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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Adapter zum Verbinden eines Mantelthermoelements mit einer Messvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Thermoelemente bestehen im Wesentlichen aus einem Paar metallischer Leiter aus unterschiedlichen Materialien, die an einem Ende verbunden sind und aufgrund des thermoelektrischen Effektes zur Temperaturmessung geeignet sind. Zur Bestimmung der Temperatur muss die auftretende elektrischen Spannung an den Enden der metallischen Leiter gemessen werden. Dafür werden die Thermoelemente in der Regel an ein Messwertverstärker bzw. an ein Datenerfassungssystem angeschlossen, um die aus den elektrischen Spannungen resultierenden Signale als Daten weiterzuverarbeiten. Diese Schnittstelle zwischen dem Thermoelement bzw. den Signalleitungen des Thermoelements und dem Messwertverstärker bzw. dem Datenerfassungssystem kann mittels Steckverbindungen oder ähnlichen Anschlussmöglichkeiten erfolgen. Je nach verwendetem Thermoelement und vorliegendem Messwertverstärker können speziell geeignete Adapter für diese Schnittstelle notwendig sein, um eine einfache, sichere und schnelle Verbindung herzustellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Adapter zum Verbinden eines Mantelthermoelements mit einer Messvorrichtung vorzuschlagen.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Adapter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Adapter zum Verbinden eines Mantelthermoelements mit einer Messvorrichtung vorgeschlagen. Das Verbinden kann als Kontaktieren bezeichnet werden. Das Mantelthermoelement weist wenigstens zwei Signalleitungen, und insbesondere eine Isolierung und eine Ummantelung auf. Die Signalleitungen können als Thermodrähte oder als Thermopaare bezeichnet werden. Die Isolierung des Mantelthermoelements trennt bzw. isoliert die Signalleitungen gegen die unmittelbare Ummantelung, insbesondere um einen direkten Kontakt der Signalleitungen miteinander zu verhindern. Der erfindungsgemäße Adapter umfasst einen Einlegeabschnitt für einen Endbereich des Mantelthermoelements, zwei Führungsabschnitte zum Positionieren der Signalleitungen, zwei Klemmabschnitte zum Verbinden des Adapters mit der Messvorrichtung und zwei Kontaktbereiche zum Kontaktieren der Signalleitungen mit der Messvorrichtung. Der Einlegeabschnitt dient dem Anordnen des Mantelthermoelements an bzw. in dem Adapter, wobei ein Einlegen in dem Adapter ein Anordnen beispielsweise in einer Vertiefung, einer Nut oder in einem Kanal bedeuten kann. Das Positionieren der Signalleitungen, also der insbesondere nicht isolierten und ummantelten Signalleitungen, die aus dem Ende des ummantelten Bereichs des Mantelthermoelements herausgeführt werden, kann als Verlegen oder Fixieren der Signalleitungen am Adapter bezeichnet werden. Die zwei Klemmabschnitte können als Verbindungsabschnitte oder als Einsteckabschnitte bezeichnet werden, um den Adapter an der Messvorrichtung zu befestigen. Ein Befestigen kann ein Festklemmen und/ oder ein formschlüssiges Verbinden des Adapters an der Messvorrichtung bedeuten.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen und Ausführungsformen.
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Erfindungsgemäße, beispielhafte Ausführungsformen können eines oder mehrere der im Folgenden genannten Merkmale in beliebiger Kombination aufweisen, sofern eine, oder die, konkrete Kombination für den Fachmann nicht als offenkundig technisch unmöglich erkennbar ist. Auch die Gegenstände der Unteransprüche geben jeweils erfindungsgemäße, beispielhafte Ausführungsformen an.
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Bei allen oben gemachten und unten folgenden Ausführungen ist der Gebrauch des Ausdrucks „kann sein“ bzw. „kann haben“ usw. synonym zu „ist vorzugsweise“ bzw. „hat vorzugsweise“ usw. zu verstehen und soll erfindungsgemäße, beispielhafte Ausführungsformen erläutern.
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Wann immer hierin Alternativen mit „und/oder“ eingeführt werden, so versteht der Fachmann das darin enthaltene „oder“ vorzugsweise als „entweder oder“ und vorzugsweise nicht als „und“.
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Hierin genannte Ausführungsformen sind als erfindungsgemäße, rein exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, die nicht als beschränkend zu verstehen sind.
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Eine Messvorrichtung kann ein Messwertverstärker, eine Messbox, ein Datenerfassungssystem, ein Datenverarbeitungssystem, eine Signalverarbeitungsvorrichtung oder eine andere Vorrichtung sein, um die Messwerte zu bearbeiten. Die Messvorrichtung kann als Temperaturscanner bezeichnet werden.
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Ein Adapter kann als ein Bauteil bezeichnet und verstanden werden, das eine Verbindung zwischen dem Mantelthermoelement und der Messvorrichtung herstellt. Der Adapter kann als Verbindungsvorrichtung, Anschlusseinrichtung oder ähnlichem bezeichnet werden, das heißt, die Begriffe können synonym verwendet werden.
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Ein Thermoelement kann als ein Paar metallischer Leiter aus unterschiedlichem Material bezeichnet werden, wobei die metallischen Leiter an einem Ende verbunden sind. Aufgrund des thermoelektrischen Effektes ist diese Verbindungsstelle zur Temperaturmessung geeignet. Im Prinzip kann das Thermoelement elektrische Energie aus Wärme bei einer Temperaturdifferenz entlang des elektrischen Leiters, also der Thermodrähte bzw. der Signalleitungen, liefern bzw. erzeugen. Die dabei auftretende elektrische Spannung an den Enden der metallischen Leiter ist sehr klein und kann beispielsweise einige Mikrovolt [µV] pro Grad Celsius [°C] Temperaturdifferenz betragen. Selbst bei hohen Temperaturdifferenzen über beispielsweise tausend Grad Celsius [1000 °C] und ausgewählten Materialien mit einer hohen Empfindlichkeit können die erreichbaren elektrischen Spannungen unter oder in der Größenordnung um 0,1 Volt betragen.
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Ein Mantelthermoelement kann in einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen eine Mantelleitung aufweisen, die aus einem hitze- und korrosionsbeständigem Metallrohr (Mantelrohr) bestehen oder ein solches aufweisen kann. Die Mantelleitung kann als äußere Ummantelung des Thermoelements bezeichnet werden. Ein solches Mantelthermoelement kann als Hardline-Mantelthermoelement bezeichnet werden. In anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann das Mantelthermoelement eine Mantelleitung aufweisen, die aus einem nichtmetallischen Werkstoff aufgebaut, beispielsweise aus einem Kunststoff, aus einem Geflecht aus einem Fasermaterial, beispielsweise aus einem Kohlenstoff-Fasermaterial, oder aus einem anderen nichtmetallischen Werkstoff. Ein Mantelthermoelement mit einer Mantelleitung aus einem nichtmetallischen Werkstoff kann als Softline-Mantelthermoelement bezeichnet werden. Der Begriff Softline soll dabei die erhöhte Biegsamkeit, Verformbarkeit und Flexibilität des Mantelthermoelements gegenüber einer Hardline-Ausführung aus Metall angeben. In der Mantelleitung können die Signalleitungen von einem hochverdichteten, mineralischen Isolierpulver umgeben bzw. eingebettet sein. Mittels des Isolierpulvers können die Signalleitungen sowohl voneinander als auch vom Mantelrohr isoliert werden. Der äußere Mantelrohr-Durchmesser kann rein exemplarisch einen Wert zwischen 0,2 mm und 15 mm annehmen. Mantelthermoelemente können daher gegenüber Thermoelementen ohne einem Mantel aus Metall vorteilhaft eine kleinere Bauart aufweisen und gleichzeitig stabil, robust gegen die Umgebungsbedingungen und biegbar sein. Aufgrund dieser Eigenschaften können Hardline-Mantelthermoelemente an schwer zugänglichen Stellen, beispielsweise im Inneren von Maschinen und Anlagen, eingesetzt werden.
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Ein Hardline-Mantelthermoelement mit einem metallischen Mantel kann als biegbares Mantelthermoelement in einem Metallrohr, insbesondere in einem Edelstahlmantel als Metallrohr, ausgeführt sein.
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In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfasst der Adapter einen Halteabschnitt zum Halten, beispielsweise zum manuellen Halten, und Führen des Adapters. Der gesamte Adapter kann beispielsweise als Klemmplatte ausgeführt sein, der flach und parallel zur Oberfläche einer Einsteckplatte einer Messvorrichtung auf die Kontakte aufgeschoben wird. Damit diese plattenförmigen Adapter manuell einfach und sicher an der Messvorrichtung fixiert werden könne, kann es vorteilhaft sein, einen Halteabschnitt an dem Adapter bzw. als Teil des Adapters vorzusehen. Der Halteabschnitt kann beispielsweise als klappbarer Abschnitt des Adapters ausgeführt sein. Mithilfe des Halteabschnitts ist es dann beispielsweise vorteilhaft einfach möglich, den gesamten Adapter auf eine Messvorrichtung mit Verbindungsbuchsen aufzuschieben, aufzustecken oder anders miteinander zu verbinden.
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In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Adapter aus Kunststoff hergestellt oder weist Kunststoff auf. Insbesondere sind direkte elektrische Kontakte zwischen den Signalleitungen, außer an den jeweiligen Enden, unbedingt zu vermeiden. Daher ist es vorteilhaft, wenn zumindest der Grundkörper des Adapters aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff hergestellt ist. Der Adapter kann eine Beschichtung oder ähnliches aufweisen, um beispielsweise die Stabilität des Adapters zu erhöhen, um so einem mechanischen Bruch durch starke Biegekräften (bei der Montage) entgegenzuwirken.
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In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die Klemmabschnitte in Form von zwei Nuten oder Langlöchern zum Aufstecken auf Verbindungsbuchsen der Messvorrichtung ausgestaltet.
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In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfassen die Führungsabschnitte wenigstens jeweils Durchführungen durch den Adapter. Eine Durchführung kann eine Bohrung, ein Durchgangsloch durch den Adapter oder ähnliches sein. Die Führungsabschnitte können zwei oder mehr Durchführungen aufweisen. Mittels dieser Führungsabschnitte können die Signalleitungen vorteilhaft mechanisch verankert bzw. fixiert werden, ohne das eine weitere Fixierung, beispielsweise mittels einer Klemmung, einer Klebung oder ähnlichem notwendig ist. Die Signalleitungen können aus diesen Führungsabschnitten anschließend wieder einfach entnommen und demontiert werden.
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Die Messvorrichtung kann zur weiteren Datenverarbeitung und Datenauswertung an einen Computer und/ oder an weitere Geräte angeschlossen werden. Die Verbindungen zu einem Computer oder anderen Geräten kann beispielsweise mittels einem oder mehreren Netzwerkkabeln erfolgen.
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Manche oder alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen können einen, mehrere oder alle der oben und/oder im Folgenden genannten Vorteile aufweisen.
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Mittels des erfindungsgemäßen Adapters können Mantelthermoelemente, die oft konstruktiv unterschiedlich ausgestaltet sind, beispielsweise als Modelle von verschiedenen Herstellern und für verschiedene Anwendungen, vorteilhaft an Messvorrichtungen angeschlossen bzw. adaptiert werden. Sowohl die Mantelthermoelemente und/oder die Messvorrichtungen können derart aufgebaut sein, dass standardmäßig keine einheitlichen Schnittstellen zwischen vorhanden sind.
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Der erfindungsgemäße Adapter ermöglicht es vorteilhaft, das Mantelthermoelement mit dem Adapter zu verbinden bzw. daran zu befestigen, bevor das Mantelthermoelement mit der Messvorrichtung verbunden wird. Damit kann eine Vormontage erfolgen, die ein einfaches, schnelles und sicheres, anschließendes Verbinden des Mantelthermoelements, zusammen mit dem Adapter, mit der Messvorrichtung ermöglicht. Die Vormontage kann als Konfektionierung bezeichnet werden. Eine direkte und unmittelbare Verbindung des Adapters mit der Messvorrichtung ist somit erst in einem zweiten, unabhängigen Schritt der Montage notwendig. Dies kann im Rahmen des gesamten Ablaufs zur Temperaturmessung vorteilhaft sein.
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Der erfindungsgemäße Adapter ermöglicht ein flexibles, einfaches und kostengünstiges Kombinieren von Mantelthermoelementen und Messvorrichtungen, die zunächst nicht für einen gemeinsamen Betrieb konfiguriert und vorgesehen sind.
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Mit dem erfindungsgemäßen Adapter können Messfehler durch zusätzliche Steckverbindungen oder andere Adapter, die für eine gemeinsame Verwendung unterschiedlicher Komponenten notwendig wären, vorteilhaft vermieden werden.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen, in welcher identische Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile bezeichnen, exemplarisch erläutert. In den stark schematisch vereinfachten Figuren gilt:
- 1 zeigt das Prinzip einer einfachen Messkette mit einem Thermoelement, einer Messvorrichtung und einem Computer;
- 2 zeigt das Prinzip einer Messkette mit mehreren Thermoelementen, einer Messvorrichtung und einem Computer;
- 3 zeigt ein Mantelthermoelement und eine Vielfach-Messvorrichtung ohne Adapter;
- 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Adapter ohne Mantelthermoelement; und
- 5 zeigt den erfindungsgemäßen Adapter mit einem Abschnitt eines angeschlossenen Mantelthermoelements.
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1 zeigt das Prinzip einer einfachen Messkette 100 mit einem Thermoelement 1, einer Messvorrichtung 3 und einem Computer 5. Das Thermoelement 1 weist, schematisch vereinfacht, eine Thermoleitung 7 und eine Temperaturmessstelle 9 auf. Die Temperaturmessstelle 9 kann an oder in einem Bauteil 11 angeordnet sein, wobei das Bauteil 11 beispielsweise eine Anlage, ein Motor, ein Triebwerk oder ähnliches sein kann. Insbesondere ein als biegsames Mantelthermoelement 15 in einem Metallmantel ausgeführtes Thermoelement 1 kann für schwer zugängliche Temperturmessstellen in einem Motor oder in einem Triebwerk vorteilhaft verwendet werden. Als Metall für den Mantel als Umhüllung kann ein Edelstahl verwendet werden.
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Die von der Messvorrichtung 3 erfassten Temperaturmesssignale können zur Weiterverarbeitung an den Computer 5 weitergeleitet werden, beispielsweise mittels eines Netzwerkkabels 13. Der Computer 5 kann allgemein zur Datenerfassung oder zur weiteren Datenverarbeitung verwendet werden.
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2 zeigt das Prinzip einer Messkette 100 mit mehreren Thermoelementen 1, einer Messvorrichtung 3 und einem Computer 5. Die Messvorrichtung 3 kann die Gleiche sein wie in 1, wenn sie für mehrere Thermoelemente 1 ausgelegt ist. Beispielsweise kann die Messvorrichtung 3 eine Vielkanal-Messvorrichtung 17 sein, zum Anschluss von vier, acht, sechszehn, zweiunddreißig oder mehr Thermoelementen 1. Ebenso können der Computer 5 und das Netzwerkkabel 13 die Gleichen sein wie in 1.
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3 zeigt ein Mantelthermoelement 15 und eine Vielfach-Messvorrichtung 17 ohne Adapter. Das Mantelthermoelement 15 weist zwei Thermodrähte 19 auf, von denen ein Thermodraht 19 ein positive Spannung und das andere Thermodraht 19 eine negative Spannung aufweist bzw. erzeugt. Die Spannungsdifferenz wird durch die beiden unterschiedlichen Materialien der Thermodrähte 19 erzeugt, die an ihrem Endbereich zusammengeführt werden. An dieser Verbindungsstelle 9 wird die Temperatur bestimmt. Daher wird diese Verbindungsstelle 9 als Temperaturmessstelle 9 bezeichnet.
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Das Mantelthermoelement 15 weist weiterhin ein Isoliermaterial 21 auf, in dem die beiden Thermodrähte 19 eingebettet sind. Das Isoliermaterial 21 kann ein hochverdichtetes, mineralisches Isolierpulver sein. Das Isoliermaterial 21 und die beiden Thermodrähte 19 werden von einem Metallmantel 23 umgeben, der als Mantelrohr in Form eines hitze- und korrosionsbeständigen Metallrohrs ausgeführt sein kann.
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Die Vielfach-Messvorrichtung 17 zeigt schematisch vereinfacht zwölf Buchsenpaare 25, die zur Aufnahme von jeweils einem Paar Stecker zum Messen einer Spannungsdifferenz vorgesehen sind. Für das Anschließen der Thermodrähte 19 an die Buchsenpaare 25 können genormte Stecker verfügbar sein. In einigen Fällen stehen jedoch keine derartigen Stecker zur Verfügung, beispielsweise weil die Vielfachmessvorrichtung 17 nur zum Anschließen bestimmter Thermoelemente 1 vorgesehen ist. Um dennoch ein schnelles und sicheres Verbinden der Thermodrähte 19 mit den Anschlüssen der Vielfach-Messvorrichtung 17 zu erreichen, wird der erfindungsgemäße Adapter 200 verwendet, der in den 4 und 5 näher beschrieben wird. Der Kontaktbereich 39 der Thermodrähte 19 kann dabei insbesondere mit konzentrischen Kontaktflächen 41 der Buchsenpaare 25 direkt elektrisch verbunden werden. Die konzentrischen Kontaktflächen 41 können beispielsweise Metallschichten sein, die jeweils direkt mit den elektrischen Leitern der Stecker für die Buchsenpaare 25 in Verbindung stehen.
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4 zeigt einen erfindungsgemäßen Adapter 200 ohne Mantelthermoelement 15. Der Adapter 200 ist rein exemplarisch als klappbares Kunststoffteil dargestellt, das beispielsweise vorteilhaft einfach und kostengünstig als Spritzgussteil hergestellt werden kann.
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Das Mantelthermoelement 15 bzw. ein Endbereich 31 (siehe 5) des Mantelthermoelements 15 kann in eine Vertiefung 27, die als Nut oder Einlegeabschnitt 27 bezeichnet werden kann, in einem ersten Schritt eingelegt werden. Die beiden Thermodrähte 19 werden dann durch die Öffnungen 29 durchgeführt bzw. eingefädelt. Damit kann einerseits das Mantelthermoelement 15 an dem Adapter 200 fixiert, andererseits der elektrische Kontakt zu den Buchsen 25 bzw. den konzentrischen Kontaktflächen 41 der Messvorrichtung 3 hergestellt werden.
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Die exemplarische Ausführungsform mit einem Gelenkmechanismus 33 ist einerseits im geöffneten Zustand zum Einlegen des Endbereichs 31 des Mantelthermoelements 15 und der Thermodrähte 19 vorteilhaft. Andererseits kann der Adapter 200 im geklappten Zustand (siehe 5) einfach und sicher manuell gegriffen und anschließend mittels der beiden offenen Langlöcher 35 auf die Buchsen 25 der Messvorrichtung 3 aufgeschoben werden. Dadurch kann gleichzeitig der elektrische Kontakt zwischen den beiden Thermodrähten 19 und den Buchsen 25 bzw. den bzw. konzentrischen Kontaktflächen 41 hergestellt werden.
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Eine mögliche, exemplarische Anordnung des Mantelthermoelements 15 und der Thermodrähte 19 wird exemplarisch in 5 dargestellt.
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5 zeigt den erfindungsgemäßen Adapter 200 mit einem Endabschnitt 31 eines angeschlossenen Mantelthermoelements 15, der in die Nut 27 eingelegt ist. Der Endabschnitt 31 wird teilweise von der umgeklappten Hälfte des Adapters 200, der als Halteabschnitt 37 bezeichnet werden kann, verdeckt und daher als unterbrochene Linie der verdeckten Kontur dargestellt. Am Ende des Endabschnitts 31 treten die beiden Thermodrähte 19 aus dem Inneren des Mantelthermoelements 15 heraus. Diese beiden Thermodrähte 19 werden zunächst durch die beiden Durchgangsöffnungen 29 nach unten (bezogen auf 5 in die Zeichenebene hinein) durchgeführt bzw. durchgesteckt. Anschließend werden die Thermodrähte 19 zu den beiden nächsten, benachbarten Durchgangsöffnungen 29 weitergeleitet und anschließend wieder nach oben geführt. Die beiden Enden der Thermodrähte 19 werden nun umgebogen und in die sich anschließenden beiden Nuten gelegt. Die Abschnitte, also die Durchgangsöffnungen 29 und die Nuten, können als Führungsabschnitte zum Positionieren der Signalleitungen 19 bezeichnet werden. Damit ist der Endabschnitt 31 des Mantelthermoelements 15 an dem Adapter 200 verankert.
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Der elektrische Kontakt bzw. die elektrische Verbindung der Thermodrähte 19 mit den elektrischen Anschlussleitungen, die in die Buchsen 25 (siehe 3) eingesteckt werden, erfolgt mittels der Kontaktbereiche 39. Diese Kontaktbereiche 39 der Thermodrähte 19, die, bezogen auf die Ansicht in 5, auf der Unterseite des Adapters 200 zwischen den Durchgangsöffnungen 29 entlanggeführt werden, können beispielsweise mit den Kontaktflächen 41 (siehe 3) direkt elektrisch verbunden werden.
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In dem in 5 dargestellten Zustand des Adapters 200 und der Thermodrähte 19 kann der Adapter 200 mittels der beiden Langlöcher 35 an den Buchsen 25 (siehe 3) festgeklemmt bzw. verankert werden. Der elektrische Kontakt zwischen den Thermodrähten 19 und den Buchsen 25 wird dabei direkt durch dieses Festklemmen hergestellt.
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Der in den 4 und 5 dargestellte Adapter 200 ist exemplarisch auf die in 3 schematisch vereinfachte Messbox 3 angepasst. Bei einer Messbox 3 eines anderen Herstellers und/oder einer anderen Ausführung könnte der Adapter 200 entsprechend angepasst werden, beispielsweise weil die Buchsen 25 anders angeordnet sind.
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Der erfindungsgemäße Adapter 200 ermöglicht somit vorteilhaft, die an einem Bauteil oder in einer Messanordnung verwendeten Mantelthermoelemente 15 an unterschiedliche bzw. gängige Messboxen 3, die als Temperaturscanner bezeichnet werden können, anzuschließen. Dabei können zusätzliche Messfehler durch beispielsweise Steckverbindungen oder andere Adapter vorteilhaft vermieden werden.
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Der erfindungsgemäße Adapter 200 ermöglicht es, schnell, einfach und sicher Mantelthermoelemente 15 an Messvorrichtungen 3 anzuschließen. Dies kann bei den oft vielfältigen Aufgaben, die an Versuchsvorrichtungen und/oder Messständen beispielsweise an komplexen Anlagen wie beispielsweise Triebwerken notwendig sind, vorteilhaft sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Messkette
- 200
- Adapter
- 1
- Thermoelement
- 3
- Messvorrichtung; Messbox
- 5
- Computer; Datenverarbeitungsanlage
- 7
- Thermoleitung
- 9
- Temperaturmessstelle; Verbindungsstelle
- 11
- Bauteil
- 13
- Netzwerkkabel
- 15
- Mantelthermoelement
- 17
- Vielfach-Messvorrichtung
- 19
- Thermodraht; Signalleitung
- 21
- Isoliermaterial; Isolierung
- 23
- Metallmantel; Ummantelung
- 25
- Buchsenpaar; Buchse
- 27
- Vertiefung; Nut; Einlegeabschnitt
- 29
- Öffnung; Durchführung; Durchgangsöffnung; Führungsabschnitt
- 31
- Endbereich des Mantelthermoelements
- 33
- Gelenkmechanismus
- 35
- Langloch; Klemmabschnitt
- 37
- Halteabschnitt
- 39
- Kontaktbereich
- 41
- Kontaktfläche; konzentrische Kontaktfläche, elektrische Kontaktfläche
