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13.10.2017

Jumo präsentiert Sensorik aus Kunststoff

Jumo-Plastosens-T-Temperaturfühler sind in nahezu jeder denkbaren Form möglich, wie diese Computermodelle zeigen

Jumo-Plastosens-T-Temperaturfühler sind in nahezu jeder denkbaren Form möglich, wie diese Computermodelle zeigen

Mit Jumo Plastosens T präsentiert Jumo ein neues Verfahren zur Herstellung von Temperaturfühlern. Die Sensoren werden dabei nicht wie bisher üblich in einem Metallrohr vergossen, sondern im Spritzgussverfahren mit Kunststoff ummantelt. Dieses System bietet gegenüber herkömmlichen Temperaturfühlern eine Reihe von Vorteilen.

In modernen Spritzgussmaschinen kann fast jede Form in beliebig hohen Stückzahlen hergestellt werden. Warum sollte man dann nicht auch einfach einen Temperatursensor mit Kunststoff umspritzen können? Zum einen liegt die Schwierigkeit darin, dass Kunststoff eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat und deshalb zur Temperaturmessung nicht optimal geeignet ist. Zum anderen kommen noch die extremen Umgebungsbedingungen beim Spritzguss hinzu. Der flüssige Kunststoff erreicht Temperaturen bis zu 360 °C, der Schließdruck der Maschine bis zu 100 t und der Druck im Gusswerkzeug beträgt bis zu 1 200 bar. Die Herausforderung bestand darin, trotz dieser ungünstigen Rahmenbedingungen einen funktionierenden Produktionsprozess zu etablieren.
Dass es möglich ist, funktionierende Temperaturfühler aus Kunststoff herzustellen, zeigt Jumo Plastosens T. Das Problem der Wärmeleitfähigkeit wird bei diesen Produkten durch den Einsatz von Spezialkunststoffen mit speziellen Additiven gelöst. Im End­ergebnis besteht kaum ein Unterschied zu Metallfühlern. Ein weiterer Vorteil dieser speziellen Mischungen: Für jeden Kunden kann ein spezieller Kunststoff entwickelt werden, der genau auf die jeweilige Applikation zugeschnitten ist. Als weitere Additive werden bei den ver­wendeten Thermoplasten auch noch Färbe-, Licht- und Flammschutzmittel sowie Verstärkungsfasern hinzugefügt.
Das größte Plus bei Sensorik aus Kunststoff ist die Formfreiheit. Plastosens-Produkte passen sich an die jeweilige Einbausituation an. So kann zum Beispiel ein Temperatursensor komplett in eine Kunststoff-Rohrleitung integriert werden. Oder er ist rund, spiralförmig oder hat einen Winkel – der Vorstellungskraft sind fast keine Grenzen gesetzt.

Kunststoff bietet aber noch weitere Vorteile. Das sind zum einen das geringe Gewicht und die Reproduzierbarkeit. Zum anderen hat Kunststoff eine hohe Isolationsfestigkeit. Das bedeutet, dass der Einsatz in Umgebungen mit hohen Stromstärken und Spannungen, zum Beispiel in Elektromotoren oder Transformatoren, jetzt leichter möglich ist.
Abhängig von der Kunststoffmischung können Plastosens-Temperaturfühler in einem Temperaturbereich von −50 °C bis zu 200 °C eingesetzt werden. Der Herstellungsprozess macht jedoch ein gewisses Umdenken im Vergleich zu herkömmlichen Temperaturfühlern notwendig.
Die Sensoren werden in enger Zusammenarbeit mit den Kunden entwickelt. Der Prozess startet mit einer Machbarkeitsprüfung und einem Designvorschlag und führt über die ­Konstruktion und Simulation der Temperaturfühler zum Bau der Spritzguss-Werkzeuge. Nach einer Bemusterungsphase starten die Prüfungen, an deren Ende ein funktionsfähiger Prototyp und die Serienproduktion stehen. Mithilfe einer modernen Simulationssoftware kann bereits früh im Entwicklungsprozess das Ansprechverhalten und die Wärmeableitfähigkeit des geplanten Temperaturfühlers simuliert werden.

Erste Entwicklungen sind bereits erfolgt: Ein Transformator ist ein denkbar schlechter Ort für einen Temperaturfühler aus Metall. Die Isola­tionsfestigkeit von maximal 2,5 kV reicht oft nicht aus, um den dort herrschenden Spannungsverhältnissen erfolgreich widerstehen zu können. Jumo hat deshalb einen Kunststofffühler entwickelt, der eine Isolationsfestigkeit von 5 kV ausweist und bei einer Dauergebrauchstemperatur von 200 °C verwendbar ist.
Besonders raue Umgebungsbedingungen herrschen auch in Motoren von Fahrzeugen oder Maschinen. Das größte Problem ist hier die Vibration. Bei herkömmlichen Fühlern ist es oft aufwendig, den Temperatursensor so im Fühlerrohr zu positionieren, dass er wirklich fest sitzt. Bei Plastosens T wird der Sensor komplett in Kunststoff eingebettet. Für einen Kunden wird derzeit ein vibrationsfester Einsteckfühler für das Medium Öl entwickelt. Erste Tests haben gezeigt, dass das Produkt Kräften von bis zu 20 g problemlos widerstehen kann.