Zur Temperaturüberwachung von flüssigen Medien werden häufig Sensoren mit Kopftransmitter verwendet. Unterschiedlichste Bauformen, Abmessungen und elektrische Ausgänge stehen zur Verfügung, sorgen für Modularität, Flexibilität und Akzeptanz am Markt. Standardmäßig gibt es diese Sensortypen als Pt100-Widerstandsthermometer, deren Ausgangssignal entweder direkt abgegriffen oder zuvor im Transmitter in ein 4- bis 20-mA-Signal gewandelt wird. Trotz dieser Vorteile, zeigen Sensoren mit Anschlusskopf Schwächen bei der Montage. Angefangen bei der aufwendigen Verkabelung bis hin zur zeitintensiven und nicht immer praxisgerechten Installation. Abhängig vom Anschlusskonzept müssen bis zu vier Leiter konfektioniert und durch die PG-Verschraubung durchgeführt werden und anschließend an die Klemmen angeschlossen werden.

Bei der Vielzahl an Temperatur-Messstellen in einem Betrieb zieht dies einen enormen Aufwand nach sich. Allein in kleinen Molkereien sind typischerweise zwischen 200 bis 400 Temperatur-Messstellen zu finden. Selbst bei optimistisch geschätzten fünf Minuten für die Installation einer Messstelle fallen 16 bis 32 Mannstunden an. Darin sind weitere Instandhaltungsaufgaben wie die Kalibrierung oder vorbereitende Arbeiten noch nicht berücksichtigt. Des Weiteren stellt die Verdrahtung eine nicht zu unterschätzende potenzielle Fehlerquelle dar, da Anschlüsse vertauscht werden können.

Als Hauptproblem zeigt sich jedoch das auf lange Sicht undichte Gehäuse. Anwender aus unterschiedlichsten Branchen berichten immer wieder, dass Feuchtigkeit in den Kopftransmitter eindringt, dort die Kontaktstellen benetzt oder Korrosion verursacht und die Elektronik zerstört.

Der Feuchtigkeit trotzen

Feuchtigkeit kann sowohl durch Kondensation im Gehäuse entstehen als auch über die PG-Verschraubung eindringen. Zudem sind Temperatursensoren mit Anschlusskopf relativ groß und haben einen hohen Materialkostenanteil, der sich auf den Preis auswirkt. Die große und massive Bauform steht natürlich für Robustheit und Standfestigkeit. Generell bieten Geräte mit großen Abmessungen aber auch mehr Angriffsfläche für Beschädigungen und verleiten mitunter die Anlagenbediener, die Transmitter als „Trittstufe“ zu missbrauchen.

Alternativen zum Kopftransmitter waren bisher kompakte Sensoren mit integrierter Auswertung. Dieser Technik fehlt allerdings häufig die gewünschte Modularität. Die Beseitigung dieser Schwachstellen war die Zielsetzung bei der Entwicklung des kompakten „Temperatur-Plug TP“. Das Gerät sollte weiterhin die Modularität und Flexibilität bieten und darüber hinaus die bisherigen Schwächen wie Installationsaufwand, Langzeit-Dichtigkeit und Bauform eliminieren.

Anschluss unter 60 Sekunden

Das komplett vergossene Gehäuse sorgt nicht nur für die hohe Schutzart IP 67, sondern auch für eine hohe Vibrationsfestigkeit (20 g im Bereich von 10 bis 2000 Hz). Der Anschluss erfolgt unkompliziert über M12-Steckverbinder vom Typ ecolink. Deren spezielle Technologie – eine sägezahnförmige Kontur der Edelstahlhülse – verhindert das Losrütteln der Verschraubung. Der Außenring der Edelstahlhülse bildet die Auflage des Sensorsteckers und sorgt für die korrekte Verpressung des O-Rings (Abdichtung).

Die genormten M12-Stecker reduzieren den Montageaufwand von fünf Minuten auf weniger als eine Minute, da der Temperaturtransmitter werkzeuglos an Pt100-/Pt1000-Temperatursensoren angeschraubt wird. Bezogen auf das Beispiel Molkerei resultiert daraus eine Zeitersparnis von 13 beziehungsweise 26 Stunden. Zudem schließen die codierten M12-Anschlüsse eine falsche Verdrahtung aus. Selbst ohne Berücksichtung dieser Kosteneinsparungen liegen die Anschaffungskosten im Durchschnitt bei lediglich 30 % eines klassischen Kopftransmitters.

Größenvergleich klassischer Kopftransmitter versus Temperatur-Plug (rechts).

© ifm

Die Abmessungen inklusive M12-Stecker betragen gerade einmal 18 mm × 25 mm × 52 mm. Somit lassen sich die Transmitter auch bei beengten Platzverhältnissen einsetzen, zum Beispiel in mobilen Arbeitsmaschinen. Dort ist der Bauraum generell knapp bemessen und eine hohe Schutzart und Vibrationsfestigkeit sind obligatorisch.

Für den Bediener gut sichtbar, zeigt eine grüne Status-LED den Betriebszustand. Dies können Kopftransmitter bauformbedingt nicht bieten. Ebenso ist eine IO-Link-Schnittstelle integriert, die sowohl für die Programmierung als auch zur bidirektionalen Kommunikation genutzt werden kann. Aufgrund des positiven Feedbacks aus dem Markt zieht ifm in Betracht, das Designkonzept auf andere Messverfahren und Gerätekonzepte zu übertragen. Beispielsweise hat der „IO-Link Memory Plug“ das gleiche Gehäusedesign. Das Speichermodul ermöglicht es der Instandhaltung, Sensordaten auszulesen und zu speichern.

Muss ein Sensor ersetzt werden, können die Parameter des defekten Bauteils einfach und schnell aus dem Stecker in den neuen Sensor geladen werden. In Verbindung mit IO-Link- Sensoren entfällt damit die zeitintensive Parametrierung.

Autor: Robert Mönnig ist Produktmanager Temperatursensoren bei der Firma ifm electronic in Essen.