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Verfahrenstechnik 12/2017

Verfahrenstechnik 12/2017

MESSEN, REGELN,

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN Messtechnik neu gedacht Sensorik aus Kunststoff eröffnet viele Möglichkeiten Bei einem neuen Verfahren werden Temperaturfühler nicht wie bisher üblich in einem Metallrohr vergossen, sondern im Spritzgussverfahren mit Kunststoff ummantelt. Dieses patentierte System bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Temperaturfühlern. Autor: Alexander Dechant, Produktingenieur, Jumo GmbH & Co. KG, Fulda Die Idee klingt erst einmal einfach: 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, Temperaturfühler aus Kunststoff herzustellen, zeigt Jumo Plastosens T. Das Problem der Wärmeleitfähigkeit wird bei diesen neuen 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 Kunststoff entwickelt werden, der genau auf die jeweilige Applikation zugeschnitten ist. Als weitere Additive kommen bei den verwendeten Thermoplasten noch Färbe-, Licht- und Flammschutzmittel sowie Verstärkungsfasern zum Einsatz. 30 VERFAHRENSTECHNIK 12/2017

NEWSLETTER Absolute Gestaltungsfreiheit Das größte Plus bei Sensorik aus Kunststoff ist die völlige Formfreiheit. Die Plastosens-Produkte passen sich an die jeweilige Einbausituation an. So kann z. B. ein Tempe ratursensor komplett in eine Kunststoff-Rohrleitung integriert werden. Oder er ist rund, spiralförmig und hat einen Winkel – der Vorstellungskraft sind fast keine Grenzen gesetzt. Kunststoff bietet aber durch das geringe Gewicht und die Reproduzierbarkeit noch weitere Vorteile. Abhängig von der Kunststoffmischung können die Temperaturfühler in einem Temperaturbereich von – 50 bis zu + 200 °C problemlos eingesetzt werden. Der Herstellungsprozess macht jedoch ein gewisses Umdenken im Vergleich zu herkömmlichen Temperaturfühlern nötig. Plastosens-Produkte werden in enger Zusammenarbeit mit den Kunden entwickelt. Der Prozess startet mit einer Machbarkeitsprüfung und einem Designvorschlag und führt über die Konstruktion Die erforderlichen Spritzgusswerkzeuge werden individuell gefertigt, wodurch die Anfangsinvestitionen höher als bei herkömmlichen Fühlern sind. Jumo setzt deshalb eine moderne Software ein, in der das Ansprechverhalten und die Wärmeableitfähigkeit des geplanten Tempe raturfühlers im Vorfeld simuliert werden. und Simulation der Temperaturfühler zum Bau der Spritzguss-Werkzeuge. Nach einer Bemusterungsphase starten die Prüfungen, an deren Ende ein funktionsfähiger Pro totyp und die Serienproduktion stehen. Mithilfe einer modernen Simulationssoftware kann bereits sehr früh im Entwicklungsprozess das Ansprechverhalten und die Wärmeableitfähigkeit des geplanten Temperaturfühlers simuliert werden. Erste Entwicklungen Alexander Dechant 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 Kunststoff-Fühler entwickelt, der eine Isolationsfestigkeit von 5 kV ausweist und bei einer Dauergebrauchstemperatur von + 200 °C verwendbar ist. Solche Fühler Eine unlösbare Verbindung am Kabelaustritt dichtet den Fühler zuverlässig ab können bspw. auch in Elektromotoren oder anderen Hochspannungs-Umgebungen eingesetzt werden. Besonders raue Umgebungsbedingungen herrschen auch in Maschinen. Das größte Problem ist hier die Vibration. Bei herkömmlichen Fühlern ist es oft aufwändig, 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. Das ist eine beeindruckende Zahl, denn in einem modernen Kampfjet wirken maximal 9 g auf den Piloten ein. In Sterilisationsanwendungen sorgt die Kombination aus hohen Temperaturen, Feuchtigkeit und Druck für Sensorstress. Das Problem bei herkömmlichen Fühlern ist oft die Dichtigkeit. Auch hier kann Plastosens T die Lösung sein: Denn beim Spritzgussverfahren gehen die verwendeten Spezialkunststoffe eine unlösbare Verbindung ein. Das ist besonders bei der kritischen Stelle des Kabelaustritts aus dem Fühler ein unschätzbarer Vorteil. www.jumo.net Der E-Mail-Service für Verfahrens ingenieure in der Prozessindustrie. Aktuelle und branchenüber greifende technische Informationen über Anlagen, Komponenten und Systeme. Jetzt kostenlos anmelden! IMMER AKTUELL INFORMIERT http://bit.ly/News_VFV

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