In der Vergangenheit setzten Motorenhersteller überwiegend auf Sensoren des Typs KTY-84-130, die heute nur noch selten verwendet werden. Zum einen haben sich die Normanforderungen an Temperaturmessungen in Leistungsantriebssystemen deutlich verschärft, zum anderen wurden einzelne KTY-Versionen von den Herstellern abgekündigt. Aktuell kommen in Motoren vor allem Temperatursensoren des Typs Pt1000 zum Einsatz. Ihr konstruktiver Aufbau orientiert sich weiterhin am KTY-Prinzip: Schrumpfschläuche – meist aus PVDF (Polyvinylidenfluorid) – dienen als Isolierwerkstoff und werden einfach oder mehrfach auf die Messstelle aufgebracht. Diese Bauform erfüllt die gestiegenen Anforderungen an Spannungsfestigkeit und Isoliersystem jedoch nur bedingt. Hinzu kommt, dass PVDF zur Gruppe der per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) gehört, die aufgrund ihrer Umweltpersistenz zunehmend in der Kritik stehen.
Herausforderungen an neue Temperatursensoren
PGT Thermprozesstechnik, eine 100-prozentige Tochtergesellschaft von Jumo, hat für die Motorenindustrie neuartige Temperatursensoren zur präzisen Erfassung von Hotspot-Temperaturen entwickelt. Ziel war es, die neuen Normanforderungen an Spannungsfestigkeit und Isoliersysteme in Leistungsantrieben auch für Temperatursensoren zuverlässig zu erfüllen.
Dabei galt es, eine Reihe von Kernanforderungen umzusetzen: Zum Einsatz kommt ein Platinmesswiderstand Pt1000 gemäß IEC 60751, dessen elektrische Isolation gegenüber der Motorwicklung sowohl dauerhafte Stehspannungs- als auch Stoßspannungssicherheit nach DIN EN 61800-5-1 gewährleistet. Die Sensoren müssen eine normgerechte Teilentladungsfestigkeit bieten, um langfristige Sicherheit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit des Isoliersystems zu sichern.
Hierfür wurde eine Messmethode entwickelt, mit der sich Teilentladungen reproduzierbar sowohl am Sensor selbst als auch an Anschlusslitzen und im Motorsystem messen lassen. Die Anschlusslitze sollte dabei temperaturbeständig, spannungsfest und dennoch maximal 1mm im Außendurchmesser sein. In der Intralogistik ist die Maximierung der Lagerkapazität entscheidend. Kompakte Sensoren spielen dabei eine Schlüsselrolle: Höchste Leistung in kompakter Bauform schafft mehr Platz für die Ware, denn die Technik macht sich klein. ‣ weiterlesen
Intralogistik: Neue Baumer ToF-Sensoren machen sich klein
Darüber hinaus wurden alle Komponenten auf eine Harmonisierung nach UL 61800-5-1 und CSA 22.2 No. 274 ausgelegt. Parallel dazu entstand ein recyclingfähiger, wärmeleitend modifizierter Thermoplast, der im Spritzgussverfahren verarbeitet wird. Das zugehörige Werkzeugkonzept – vom Prototyp-Einfachwerkzeug bis hin zum vierfach-Mehrkavitätenwerkzeug – wurde so verbessert, dass das Messelement beim Umspritzen weder thermisch noch mechanisch beschädigt wird.
Ergänzend wurden Fixierhilfen zur mechanischen Entkopplung entwickelt, Verbindungstechniken für eng tolerierte Bauteilhöhen validiert sowie die Luft- und Kriechstrecken im Sensorkopf gemäß Norm definiert. Abschließend entstand eine Mehrfachprüfvorrichtung, mit der sich das Sensorsignal nach dem Spritzguss an allen gängigen Leitungsenden zuverlässig messen lässt. Digitale Souveränität in der Automation: Fraunhofer IOSB-INA entwickelt einen KI-Assistenten für die SPS-Programmierung. ‣ weiterlesen
Automatisierung neu gedacht
Technologie für normkonforme Hotspot-Sensoren
Die neu entwickelte PGT-Technologie basiert auf einem eigens konstruierten thermoplastischen Polymer, das mithilfe eines speziell angepassten Spritzgussverfahrens den Sensorkopf formt. Dadurch entfällt der Einsatz von PVDF-Schrumpfschläuchen vollständig. Dank hoher Automatisierbarkeit eignet sich das Verfahren auch für große Stückzahlen und garantiert eine reproduzierbar präzise Positionierung des Messelements im Sensorkopf. Derzeit produziert PGT die Sensoren in einem eigenen vierfach-Spritzgusswerkzeug.
Das Verfahren ermöglicht eine Reihe neuer Produktmerkmale: So werden UL-zugelassene Komponenten eingesetzt, das Sensorkopf-Design ist flexibel gestaltbar (Standarddurchmesser 3 bis 4mm, Länge 16 bis 18mm) und die Anschlusslitze erreicht bei nur 1mm Durchmesser eine Spannungsfestigkeit von bis zu 13kV. Der thermisch leitfähige Sensorkopf aus Thermoplast (2 bis 6W/mK) bietet höchste Erschütterungs- und Vibrationsfestigkeit, eine anpassbare Stehspannungsfestigkeit im Bereich von 4 bis 10kV sowie Stoßspannungssicherheit nach DIN EN 61800-5-1. Die Sensoren sind für alle Isolationssysteme von Klasse A bis N (105 bis 220°C) zugelassen, weisen eine sichere Teilentladungsfestigkeit <10pC bei 1,5×UPD (15s) auf, arbeiten in einem Temperaturbereich von -40 bis +240°C und reagieren innerhalb weniger Sekunden (t90). Zudem kann wahlweise ein Pt1000 in SMD- oder bedrahteter Bauform (Jumo) eingesetzt werden.
Branchenübergreifende Anwendungsmöglichkeiten
PGT stellt dem Motorenmarkt nun Temperatursensoren zur Verfügung, die nicht nur die aktuellen Normen der DIN EN 61800-5-1 erfüllen, sondern auch den höheren Anforderungen zukünftiger Regelwerke gerecht werden. Die Sensoren werden bereits in großer Stückzahl sowohl in Industrie- als auch in Fahrzeugmotoren verbaut und ermöglichen die zuverlässige Erkennung von Temperaturerhöhungen direkt an oder in den Motorwicklungspaketen – sogar auf stromführenden Leitern. Die neu entwickelte Technologie der Kunststoffummantelung empfindlicher Messelemente eröffnet zudem branchenübergreifende Anwendungsmöglichkeiten. Neben analogen Messwiderständen können auch digitale Temperatursensoren in dieser Bauform umgesetzt werden.
