Präziser Lagertemperatursensor: Genaues Erkennen & Überwachen

Lagertemperatursensor / -detektor

Lager Temperatursensor wird auch als Lagertemperaturdetektor (BTD) bezeichnet.

Kurzform: BTD.

Zuerst: Was ist ein Temperatursensor?

Ein Temperatursensor ist ein Instrument oder Gerät zur Temperaturmessung an Objekten oder Orten.

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Funktionsweise von Temperatursensoren

Temperatursensoren erfassen Temperatur auf zwei Wegen: direkter Kontakt mit Wärmequelle oder berührungslos über abgestrahlte Wärmeenergie.

Indirekte Methode erfordert zwei Funktionen/Variablen.

Sensorelemente haben eine reproduzierbare Widerstands-/Spannungs-/Strom-gegen-Temperatur-Beziehung (R vs. T) und einen Betriebstemperaturbereich.

Die R/V/A-gegen-T-Beziehung ist definiert als Widerstands-/Spannungs-/Stromänderung pro Grad Temperaturänderung.

Anders ausgedrückt:

Änderung der ersten Funktion durch Strahlungsenergie der Wärmequelle.

Diese erste Funktion ist direkt proportional zur Temperaturänderung.

Erste Funktion kann Spannung, Strom, Widerstand etc. sein.

Heute breites Spektrum an Temperatursensoren am Markt: Thermoelemente, Widerstandstemperaturdetektoren (RTDs), Thermistoren, Infrarot, Halbleitersensoren.

Im Temperatursensor: RTD durch Umwickeln eines feinen Drahts um Keramik oder Glas.

Für RTD-Elemente meist Platin, Kupfer, Nickel oder Cadmium mit reproduzierbarer R-gegen-T-Beziehung und Betriebstemperaturbereich.

Das Thermoelement wird auch in Temperatursensoren genutzt: zwei unterschiedliche Materialien, erzeugen Spannung bei Temperaturänderung.

Spannung direkt proportional zur Temperatur: Temperaturanstieg → Spannungsanstieg, Temperaturabfall → Spannungsabfall.

Was sind Lagertemperatursensoren / -detektoren?

Lagertemperatursensoren/detektoren sind Temperatursensoren zur Messung der Lagertemperatur.

Wo werden Lagertemperatursensoren / -detektoren montiert?

Lager haben zwei Hauptteile:

1. Stationär (Gehäuse)
2. Drehend (Welle)

Lagertemperatursensoren werden am stationären Lagergehäuse installiert und überwachen die Lagertemperatur.

Installation des Lagertemperatursensors

1. Bestehenden Schmiernippel (Grease Zerk) aus Lagergehäuse entfernen.
2. ADB-Sondenmutter lockern, Sensorsonde entnehmen.
3. ADB-Sensorkörper in 1/8″ NPT-Gewindebohrung im Lagergehäuse einschrauben.
4. Temperatursonde wieder in Sensorkörper einsetzen, Sondentiefe an Lager anpassen. Für optimale Überwachung: Sonde so nah wie möglich am Außenring, ohne Berührung (Abb. A und B).
5. ADB-Sondenmutter mit empfohlenem Schlüssel (ADBW) anziehen. Max. Drehmoment: 18 in-lb (2 Nm).
6. Wichtig: Flüssigkeitsdichte flexible Leitungen und Armaturen für Installation nutzen (Abb. C und D) zum Schutz der Sensorkabel.

INSTALLATION FLÜSSIGKEITSDICHTER FLEXIBLER LEITUNGEN

Leitungssysteme können Wasser von falsch abgedichteten Armaturen und Kondensat direkt zu Sensoren leiten.

Mit der Zeit beeinträchtigt Wasser die Sensorleistung. Zur Verhütung: Leitung und Tiefpunktabläufe korrekt installieren.

Starrmetallleitungen zum Schutz der Kabel von Sensoren zur Steuerungseinheit verwenden.

Abb. C: Korrekte Installation – Sensorbereich über Leitungablauf und Wasserspiegel.

Abb. D: Wasser, besonders Kondensat, kann Ablauf umgehen und direkt in Sensor fließen.

SKF Sensor-Lagereinheit

Was ist eine SKF Sensor-Lagereinheit?
SKF Sensor-Lagereinheiten sind mechatronische Maschinenelemente, die Sensor- und Lagetechnik vereinen.

Sie sind praktisch die ideale Kombination aus vielseitigen Rillenkugellagern mit vor äußeren Einflüssen geschützten Sensoreinheiten.

Sensorkörper, Impulsring und Lager sind mechanisch miteinander verbunden → integrale einbaufertige Einheit.

SKF Sensor-Lagereinheiten erfassen:

• Umdrehungszahl
• Drehzahl
• Drehrichtung
• Relative Position/Zählung
• Beschleunigung/Verzögerung

Zusätzlich gibt es Lagereinheiten mit Temperatursensoren von SKF. Sie ermöglichen sofortige und permanente Lagertemperaturüberwachung, verhindern heißlaufende Achslager und Lagerschäden im Betrieb.

SKF Lagertemperatursensor

Lagertemperatursensoren messen Lagertemperatur. SKF-Lagertemperatursensor = SKF BTD-Sensor.

Üblicherweise PT100-RTD-Sensoren für Lagertemperaturmessung.

Einstellbarer PT100 SKF-Lagersensor mit Schmiernippel Typ SKF PT100K3DN

SKF PT100K3DN hat besonderes Merkmal: einstellbare Sondentiefe. Speziell für SKF-Lager entwickelt.

In der Praxis weichen Oberflächentemperaturmessungen um ca. 20–40 % ab. Dies kann bei Temperaturanstieg schnell stören.

PT100 liefert permanentes Standby-Signal. Fehlt dieses, Ursache prüfen und Sensor ggf. tauschen.

Solange Standby-Signal vorhanden, sendet PT100 bei steigender Temperatur durch Reibung (Schaden, Hitze, Brand) ein Notfallsignal.

Analoge Signalsensoren direkt an SPS anschließbar oder zum Schutz durch unabhängiges Überwachungsgerät (z. B. GSI48-Anzeige).

Analogsignal auch per Transmitter in digitales PROFIBUS-Signal wandelbar.

SKF Lagertemperatur-Grenzwert

ATEX-Klassifizierung (Ex-i):
II 1/2 D Ex ia IIIC TX Da/Db, II 1/2 G Ex ia IIC T6..T1 Ga/Gb –40 °C bis 185 °C

SKF Lagertemperatur-Grenzwert: 185 °C.

Lagertemperatursensor PT100

PT100-Lagertemperatursensor ist ein RTD-Sensor mit Platin-Widerstand.

PT100: Gängiger RTD-Typ mit Platin-Sensorelement.

Weitverbreitetster RTD für Lagertemperaturmessung, Nennwiderstand 100 Ohm bei 0 °C.

Pt = Platin, „100“ = Widerstand in Ohm bei 0 °C.

Analog PT1000: Pt für Platin, „1000“ = Widerstand in Ohm bei 0 °C.

Widerstands-/Temperatur-Beziehung für Metalle

Typische RTD-Sensorelemente aus Platin, Kupfer, Nickel haben reproduzierbare R-gegen-T-Beziehung und Betriebstemperaturbereich.

R-gegen-T-Beziehung = Widerstandsänderung pro Grad Temperaturänderung.

Relativer Widerstandsänderungskoeffizient variiert nur geringfügig über den nutzbaren Bereich.

Funktionsprinzip Lagertemperatursensor / -detektor

Wie oben: Temperatursensoren messen über direkten Kontakt oder berührungslos (Infrarot).

BTDs erfassen Temperatur berührungslos, da Rotation Sensorbeschädigung riskiert.

Prinzip: Eine Variable (Widerstand, Strom, Spannung) in Verbindung mit Wärmequelle über Infrarot ist direkt proportional zur Temperatur.

Zwei Funktionen/Variablen: eine indirekt über Infrarot mit Messelement verbunden, zweite = Temperatur.

Ändert sich erste Funktion des BTD, ändert sich auch die Temperatur.

Beispiel:

Lager-RTD-Sensor

RTD-Sensor: Sensorelement, dessen Widerstand sich mit Temperatur ändert.

Meist Platin, Nickel oder Kupfer möglich.

Heute diverse Bauformen: Drahtwicklung, Dünnfilm.

Widerstandsmessung am RTD: Konstantstrom einspeisen, resultierende Spannung messen, RTD-Widerstand bestimmen.

Funktionsweise RTD

RTD besteht aus metallischen Elementen, deren Widerstandsänderung ein Temperatureffekt ist.

Im Betrieb fließt kleiner Erregerstrom durch Element, die proportional zum Widerstand stehende Spannung wird gemessen und in Temperaturkalibriereinheiten umgewandelt.

RTD-Element: Drahtwicklung (wire wound) oder Dünnfilm (thin film) auf Keramik-/Glas-Kern, in Keramik-/Glas-Kapsel versiegelt.

Lager-Thermoelement

Ein Thermoelement besteht aus einer verschweißten „heißen“ Verbindung (meist Drähte) zwischen zwei verschiedenen Metallen und einer Referenzverbindung an den gegenüberliegenden Enden der Basismaterialien.

Das verbundene Ende = HEISSER ANSCHLUSS (Hot Junction). Das andere Ende = KALTER ANSCHLUSS (Cold Junction).

Kalter Anschluss am Ende des Thermoelementmaterials.

Temperaturdifferenz zwischen heißem und kaltem Anschluss → kleine Spannung (EMK).

Temperaturänderungen an Messstelle verschieben die elektromotorische Kraft (EMK) an den anderen Enden.

An den freien Enden der Thermoelementdrähte tritt die EMK auf, wird gemessen und in Temperatureinheiten umgewandelt.

Hinweis: Für –400 °F bis 1550 °F Platin-RTDs. RTDs ersetzen Thermoelemente in vielen industriellen Anwendungen unter 1200 °F aufgrund verbesserter Genauigkeit und Reproduzierbarkeit.