Temperaturfühler mit Toleranzausgleich: Sicheres Messen der Temperatur in industriellen Steuerungen

Im industriellen Maschinen- und Anlagenbau gilt es vielfältige Antriebsaufgaben zu lösen. Angefangen bei einfachen Pump- und Lüfteranwendungen in der Prozessindustrie, über verschiedenste Förder- und Transportanlagen, bis hin zu hochdynamischen Servoantrieben. Allen gemeinsam ist, dass für die Antriebsaufgaben Motorcontroller benötigt werden um die Elektromotoren betreiben zu können.

Speziell wenn hohe Leistungen auf kleine Bauräume treffen ist das Thema Thermomanagement entscheidend, um Überhitzungen vorzubeugen. Für genau diesen Zweck werden die Temperaturfühler von /H&B/ eingesetzt.

Abbildung 1: Temperaturfühler von /H&B/

Der Temperaturfühler ist auf einer Leiterplatte montiert und muss für die sichere Messung zu jeder Zeit plan am Gehäuse anliegen und somit die Distanz zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse überbrücken. Dabei müssen nicht nur die Fertigungstoleranzen, sondern auch die sich durch Wärmeausdehnung ergebenden Verschiebungen kompensiert werden.

Wie erfolgt der Toleranzausgleich?

Zum Ausgleich der Fertigungstoleranzen und Wärmeausdehnung wird der Temperatursensor mit einer Kupferscheibe verklebt, welche federnd im Kunststoffgehäuse gelagert ist. Durch diese federnde Lagerung können Distanzen von mehreren Millimetern kompensiert werden.

Abbildung 2: Prinzipbild des Toleranzausgleiches

Das Gehäuse des Temperaturfühlers ist für unseren Kunden so gestaltet, dass es auf Leiterplatten montiert und dann auf diesen verlötet werden kann. Abhängig vom Anwendungsfall und den Anforderungen sind auch andere Kontaktierungsprinzipien, wie z.B. Einpresskontakte oder Federkontakte möglich, so dass der zusätzliche Schritt des Lötens entfallen kann. Ebenso kann der Federweg des Temperaturfühlers an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.

Aufbau / Herstellung:

Bei der Herstellung des Temperaturfühlers profitiert /H&B/, speziell in Zeiten von extrem instabilen Lieferketten, von seiner hohen Fertigungstiefe. Angefangen bei der Entwicklung inkl. strukturmechanischer und spritzgusstechnischer Simulation, über die Werkzeugkonstruktion und den Werkzeugbau, bis hin zur Fertigung.

So konnten die benötigten Werkzeuge intern konstruiert und gefertigt werden. In der Serie können die Polyamid Gehäusebauteile, ebenso wie gerissene Kontaktstifte, intern gefertigt werden. Darüber hinaus findet der gesamte Montageprozess ebenfalls bei /H&B/ statt.

Bei der Herstellung werden zunächst Metallstifte in die Kunststoffteile eingepresst, anschließend aufwendig verlötet, vergossen, und in das Gehäuse montiert. Abschließend werden die Temperaturfühler bedruckt und verpackt. Aufgrund der Komplexität werden die über 500.000 Temperaturfühler, die jedes Jahr produziert werden, teilautomatisiert gefertig. Denn eine komplette Automatisierung lohnt sich aufgrund der hohen Komplexität selbst bei dieser hohen Stückzahl nicht, wie Betriebsleiter Stephan Schöne anmerkt.

Abbildung 3: Impulslöten des Temperaturfühlers

„Durch unser tiefgreifendes Prozessverständnis, welches wir aufgrund der hohen Fertigungstiefe haben, garantieren wir einen sehr hohen Qualitätsstandard“

Stephan Schöne | Betriebsleiter bei /H&B/

Verguss ist nicht gleich Verguss:

Das Vergießen von Bauteilen ist, abhängig von den Anforderungen hinsichtlich Dichtheit, häufig die einzige Option um in dem kleinen zur Verfügung stehenden Bauraum die Anforderungen erfüllen zu können. Die Kunst ist es für den jeweiligen Anwendungsfall die ideale Vergussmasse auszuwählen. Relevant hierfür sind Themen wie die Art der Fluide gegen die abgedichtet wird, die Materialien mit denen sich die Vergussmasse verbinden muss, die Füllbarkeit der Vergusstasche aufgrund der Geometrie, der Einsatztemperaturbereich und die daraus resultierenden unterschiedlichen Temperaturausdehnungen, usw..

„Bei /H&B/ ist aufgrund der Vielzahl an durchgeführten Projekten ein großer Erfahrungsschatz hinsichtlich der Vergussmassen vorhanden, so dass wir hier unsere Kunden bei der Auswahl unterstützen können“

Jan Bayerbach | Leiter der Entwicklung bei /H&B/

Abbildung 4: Verguss des Temperaturfühlers

Im Temperaturfühler wird bspw. eine UV aushärtende Vergussmasse eingesetzt, die dafür sorgt, dass der Fühler die gestellten Anforderungen erfüllt und eine sichere Temperaturmessung gewährleistet ist. Denn die Qualität und der sichere Betrieb sind die wichtigsten Punkte, wenn jährlich mehrere 100.000 Temperaturfühler gefertigt werden, betont Stephan Schöne.

Benötigen auch Sie eine auf Ihre Bedürfnisse zugeschnittene Sonderlösungen für Ihre Produkte? Dann zögern Sie nicht Kontakt mit uns aufzunehmen, unsere Spezialisten unterstützen Sie gerne von der Ersten Idee bis zur Serie!