Wie sich ein Thermomodul ohne Stecker mit der Messstelle verbinden lässt

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Ein patentiertes Verfahren ermöglicht erstmals die steckerlose Kontaktierung zwischen Messstelle und Modul. Das Sensorkabel wird einfach in das Modul geschoben, wo es automatisch kontaktiert und verriegelt.

Wie kaum eine andere physikalische Größe hat sie enormen Einfluss auf diverse Vorgänge bei technischen, biologischen und chemischen Prozessen: die Temperatur. Sie ist die am häufigsten verbreitetste Messgröße bei thermodynamischen Untersuchungen.

Ebenfalls stark verbreitet sind Temperatursensoren auf Basis einer Zwei-Draht-Thermoelement-Leitung. Dazu gehören beispielsweise Typ K (NiCr-Ni), da sie über eine günstige Fühlerleitung und einfache Anschlusstechnik verfügen. Allerdings ist für den Messtechniker die Kontaktierung von Fühlerleitungen an Steckern ein aufwendiger und zeitintensiver Vorgang, der immer noch manuell erfolgt. Dabei werden die beiden Leitungen händisch mit den Schraubkontakten der Stecker verbunden. Um zu verdeutlichen, wie aufwendig und zeitintensiv man bisher arbeiten musste, nachfolgend die notwendigen Arbeitsschritte:

• Mantel der Leitung abisolieren,

• beide Adern abisolieren,

• Steckerdeckel aufschrauben und entfernen,

• Zugentlastungshülse überstülpen und aufcrimpen,

• Fühlerleitung in die U-Form umbiegen,

• beide Schraubkontakte lösen,

• abisolierte, gebogene Fühlerader unter die Kontakte einlegen,

• Kontakte festschrauben und

• Steckerdeckel auflegen und festschrauben.

Ein weiteres Problem: es kann schnell zu einer Verpolung der Drähte kommen. Trotz Farbkennung kann die Plus-Ader (NiCr) mit der Minus-Ader (Ni) verwechselt werden. Die Folge: eine mit dem Vorzeichen gedrehte Thermospannung wird an die Messtechnik übergeben. Steigt insofern die Temperatur am Fühler physikalisch, wird eine umgedrehte Thermospannung gemessen, die dazu führt, dass die angezeigte Temperatur am Messsystem sinkt.

Wie sich fehlerhafte Messdaten vermeiden lassen

Verpolungen lassen sich nie völlig ausschließen. Fehlerhafte Messdaten können ganze Versuchsreihen und damit verbundene wissenschaftliche Rückschlüsse verfälschen und zunichte machen. Die Kontaktierung von Thermoelement-Leitungsadern mit der Messtechnik und/oder Signalkonditionierung kann über Schraubklemmen, Federzugklemmen oder per Stecker erfolgen. Bei einer festen Messkonfiguration, wie beispielsweise im Schaltschrankbau und bei Prüfständen, findet die Kontaktierung aufgrund der schnellen Umsetzbarkeit häufig über Schraubklemmen oder Federzug statt. Hier werden die Adern zum Anschluss der Messstelle lediglich aufgelegt.

Eine weitere Möglichkeit zur Sensorkontaktierung bieten die Thermoelement-Stecker. Die Messstelle lässt sich schnell von der Messtechnik oder Signalverarbeitung lösen. Vorteil: Bei wechselndem Messaufbau oder unterschiedlichen Fühlern oder Prüflingen lässt sich die Messtechnik in kürzester Zeit anschließen.

Thermoleitungen unkompliziert und direkt kontaktieren

Eine schnelle und unkomplizierte Handhabe verspricht das M-TDC 8 (Thermo-Direct-Connect). Mit dem Modul lassen sich Thermoleitungen steckerlos kontaktieren. Neben der Zeitersparnis wird zudem die Fehlerhäufigkeit gesenkt. Das spezielle TDC-Kabel besteht aus einer Thermoelement-Leitung vom Typ K (weitere Typen sind möglich) mit einem asymmetrischen, birnenförmigen Leitungsquerschnitt. Der Querschnitt verhindert rein mechanisch, dass das Kabel mit der falschen Polung/Orientierung im Gerät kontaktieren kann. Das M-TDC 8 wiederum besitzt eine spezielle Einführungsöffnung, die jenem birnenförmigen Leitungsquerschnitt des Kabels entspricht. Eine verpolte Messstelle wird verhindert. Beim M-TDC 8 handelt es sich um ein Thermomodul mit acht Kanälen. Es misst 106 mm x 30 mm x 63 mm bei einem Gewicht von 305 g.

Das Modul besitzt einen feinmechanisch ausgearbeiteten Sensorleitungs-Kontaktkopf, in den die birnenförmige Sensorleitung eingeschoben wird. Sobald die Fühler in die Messstelle eingeführt werden, kommt es im Thermoblock zu einer Nadelkontaktierung. Die im Gerät verbaute Nadel ist in einer Hülse gelagert und wird mit einer Feder, die einen definierten Gegendruck erzeugt, in den Querschnitt der Fühlerleitung eingestochen. Dank der Federlagerung wird sichergestellt, dass sich die Nadel optimal in den Kern der sieben-adrigen Litze der Fühlerleitung eindrücken lässt und eine sichere elektrische Verbindung aufbaut. Verbaute LEDs signalisieren den erfolgreichen Kontakt. Fixiert werden die Kabel über eine speziell ausgeformte Verriegelungsfeder.

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Bestehende Stecker und Buchsen verbinden

Dank der Formdichtungen wird die Schutzklasse IP 65 erreicht. Das Kabel wird über eine Hebelfunktion entriegelt: Die Verriegelungsfeder wird leicht nach außen gewölbt und ermöglicht es, dass das Kabel leicht entnommen werden kann. Mit dem TDC-System lassen sich bestehende Miniatur-Thermoelement-Stecker und -Buchsen anschließen. Damit ist das Kabel- und Kontaktierungssystem zu bestehenden Sensorsystemen kompatibel.

Über die Adapterbuchse für das M-TDC 8 lassen sich auch herkömmliche Thermoelement-Stecker mit Kontaktblechen in die Buchse einschieben. Dazu verfügt die Adapterbuchse über einen automatischen Verriegelungsmechanismus, der per federgelagerten Nadelkontakt die TDC-Sensorleitung verbindet. Die Buchse bietet keine mechanische Entriegelungstechnik. Darum sollte eine TDC-Leitung nur einmal in die Buchse eingesetzt und befestigt werden, da es bei Entnahme zu einer dauerhaften Verformung der Verriegelungsfeder kommt.

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* Jens Powala ist für das Marketing und die PR zuständig und Felix Ottofülling ist Leiter Marketing. Beide arbeiten für IPETRONIK in Düsseldorf.

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