Was sind die Hauptanwendungen von Bimetall-Thermometern in der Industrie?

Übersicht: Was sind Bimetall-Thermometer?

Bimetall-Thermometer sind mechanische Geräte, die die Temperatur anhand der unterschiedlichen Ausdehnung zweier verbundener Metalle mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten messen. Sie wandeln Temperaturänderungen in Dreh- oder Linearbewegungen um, die normalerweise auf einem Zifferblatt angezeigt werden. Da sie keine externe Stromversorgung benötigen, robust sind und eine einfache Installation und Ablesbarkeit bieten, werden Bimetall-Thermometer nach wie vor in vielen Industrieumgebungen weit verbreitet eingesetzt, in denen Einfachheit, Zuverlässigkeit und niedrige Kosten Priorität haben.

Funktionsweise von Bimetall-Thermometern (Prinzip)

Das Sensorelement eines Bimetall-Thermometers ist normalerweise ein Streifen oder eine Spule, die aus zwei miteinander laminierten Metallen besteht. Bei Temperaturänderungen dehnen sich die Metalle unterschiedlich schnell aus, wodurch sich das Band oder die Spule verbiegt oder verdreht. Diese mechanische Verschiebung wird durch ein Getriebe auf einen Zeiger auf einem kalibrierten Zifferblatt oder auf einen anderen mechanischen Ausgang übertragen. Es gibt zwei gängige Elementkonfigurationen:

Streifenförmige Elemente

Streifenelemente sind flach und biegen sich proportional zur Temperatur. Sie werden häufig verwendet, wenn ein lineares Ansprechverhalten und eine kompakte Form für Oberflächen- oder Lufttemperaturmessungen erforderlich sind.

Aufgerollte Elemente

Aufgerollte Elemente (spiral or helix) amplify movement in a compact space and are commonly found inside dial thermometers used for liquid or gaseous media. The coil unwinds or tightens, rotating the pointer with predictable, repeatable motion.

Primäre industrielle Anwendungen

Bimetall-Thermometer werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, in denen Robustheit und stromloser Betrieb von Vorteil sind. Nachfolgend finden Sie die Hauptanwendungsbereiche mit praktischen Details zu ihrem Einsatz und warum sie anderen Sensortechnologien vorgezogen werden.

HLK- und Gebäudetechnik

In Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen werden Bimetall-Thermometer zur Überwachung der Luftkanaltemperaturen, der Vor-/Rücklaufwassertemperaturen und der Raumtemperaturen eingesetzt. Durch ihre einfache Wand- oder Kanalmontage und die direkt ablesbaren Zifferblätter eignen sie sich für Außendiensttechniker und Übersteuerungsprüfungen der Gebäudeautomation. Typische Genauigkeitsanforderungen sind moderat (±1–2 °C), was Bimetalleinheiten routinemäßig zu geringen Kosten erfüllen.

Energieerzeugungs- und Kesselsysteme

In Kesseln, Speisewassersystemen und Dampfleitungen werden häufig Bimetall-Thermometer zur lokalen Temperaturanzeige eingesetzt. Ihr robustes mechanisches Design verträgt Vibrationen, große Temperaturbereiche und gelegentliche Druckstöße. Zu den üblichen Installationen gehören flanschmontierte Thermometer an Dampfverteilern und in Taschen eingeführte Sonden für Speisewassertanks.

Petrochemie, Öl und Gas

In petrochemischen Anlagen und Raffinerien werden Bimetall-Thermometer zur Überwachung der Umgebungstemperatur, der Temperatur des Rohrleitungsmantels und unkritischer Prozesspunkte bevorzugt. Sie sind bei Außeninstallationen langlebig und in vielen Konfigurationen eigensicher, da sie keine Stromkreise enthalten. Für explosionsgefährdete Bereiche werden explosionsgeschützte Gehäuse und geeignete Materialien ausgewählt, um den Sicherheitsstandards zu entsprechen.

Lebensmittel- und Getränkeproduktion sowie pharmazeutische Produktion

Verarbeitungslinien, Pasteurisatoren und Lagertanks erfordern zuverlässige Temperaturkontrollen. Bimetall-Thermometer werden zur sekundären/lokalen Anzeige verwendet, wenn elektronische Sensoren nicht erforderlich sind, oder als redundante Kontrollen zur Überprüfung digitaler Sensoren. Sonden und Sanitäranschlüsse aus Edelstahl werden üblicherweise zur Einhaltung von Reinigungs- und Hygieneprotokollen spezifiziert.

Fertigung, Wärmebehandlung und Öfen

Für Öfen, Industrietrockner und bestimmte Wärmebehandlungsprozesse ermöglichen Bimetall-Thermometer eine einfache Überwachung der Luft- oder Oberflächentemperaturen. Sie eignen sich zwar nicht für eine präzise Prozesssteuerung, eignen sich jedoch für die Überprüfung von Sollwerten, Wartungsprüfungen und Sicherheitsverriegelungen, bei denen eine einfache mechanische Anzeige ausreicht.

Auswahlkriterien: Auswahl des richtigen Bimetall-Thermometers

Bei der Auswahl des richtigen Instruments müssen Betriebstemperaturbereich, Genauigkeit, Montageart, Prozessanschluss, Sondenlänge und -durchmesser, Materialkompatibilität und Umgebungsbedingungen wie Vibrationen oder korrosive Atmosphären berücksichtigt werden. Wichtige Faktoren sind:

• Temperaturbereich und erforderliche Genauigkeit (Standard ±1–2 °C; Spezialeinheiten enger).
• Einschub- oder Oberflächenmontage – Taschen und Schutzrohre schützen das Element vor dem Eintauchen in Hochdruck- oder korrosive Flüssigkeiten.
• Konstruktionsmaterialien wie Edelstahl oder Hastelloy für chemische Beständigkeit.
• Zifferblattgröße und Lesbarkeit für Fern- oder lokale Anzeige.
• Compliance-Anforderungen – explosionsgeschützte Gehäuse, Sanitärarmaturen oder Industriestandards.

Installation, Kalibrierung und Wartung

Durch eine ordnungsgemäße Installation und regelmäßige Kalibrierung bleibt die Genauigkeit erhalten und die Lebensdauer verlängert. Typische Vorgehensweisen umfassen die Montage des Thermometers in einem geeigneten Schutzrohr für unter Druck stehende Flüssigkeiten, die Vermeidung einer direkten Einwirkung von Strömungsstörungen, die zu unregelmäßigen Messwerten führen, und die Auswahl der Eintauchtiefe der Sonde entsprechend der Prozessgeometrie. Die Kalibrierungsintervalle hängen von der Kritikalität ab. Jährliche Kontrollen sind für unkritische Punkte üblich, während kritische Prozesse möglicherweise eine häufigere Überprüfung erfordern.

Tipps zur Feldkalibrierung

Die Kalibrierung kann mit einem Eisbad (0 °C) und einem Öl- oder Trockenblockkalibrator mit kontrollierter Temperatur durchgeführt werden. Bei Zeigerthermometern hilft das Nullstellen des Zeigers und das Überprüfen der Messspanne an einem oder mehreren Punkten, die Linearität zu bestätigen. Die Dokumentation des Anpassungsverlaufs ist für die Rückverfolgbarkeit in regulierten Branchen wichtig.

Vorteile und Einschränkungen

Bimetall-Thermometer bieten mehrere Vorteile: Sie sind grundsätzlich einfach, stromlos, kostengünstig, vertragen grobe Handhabung und bieten eine sofortige visuelle Anzeige. Sie weisen jedoch Einschränkungen auf: mäßige Genauigkeit im Vergleich zu RTDs oder Thermoelementen, langsamere Reaktionszeit und mögliche Drift über sehr lange Zeiträume oder extreme Temperaturwechsel. In Präzisionsregelkreisen und Datenprotokollierungsanwendungen übertreffen elektronische Sensoren in der Regel Bimetallgeräte.

Praktische Fallvergleiche (Tabelle)

Best Practices und Fehlerbehebung

Um die Zuverlässigkeit zu maximieren: Wählen Sie den richtigen Bereich und die richtige Schaftlänge, schützen Sie das Element mit einem Schutzrohr für Druckanwendungen, vermeiden Sie die Montage an Orten, an denen direkte Strahlungswärme die Messwerte verfälscht, und planen Sie Routineprüfungen. Wenn die Messwerte schwanken oder nichtlinear werden, prüfen Sie, ob das Uhrwerk mechanisch blockiert ist, ob das Sensorelement korrodiert ist oder ob es zu Schäden durch Temperaturüberschreitungen gekommen ist.

Fazit: Wann sollten Sie sich für Bimetall-Thermometer entscheiden?

Bimetall-Thermometer eignen sich ideal für die lokale Anzeige an unkritischen Kontrollpunkten, in Umgebungen, in denen Elektrizität unerwünscht ist und in denen eine langlebige, kostengünstige Lösung benötigt wird. Sie bleiben eine praktische Wahl für HLK-Anlagen, Kessel, petrochemische Sekundärüberwachung, Backups für die Lebensmittelverarbeitung und viele Produktionsumgebungen. Für Anwendungen, die eine hohe Genauigkeit, schnelle Reaktion oder digitale Integration erfordern, sollten Sie die Ergänzung von Bimetalleinheiten durch RTDs, Thermoelemente oder elektronische Sensoren in Betracht ziehen und gleichzeitig Bimetallinstrumente für Redundanz und visuelle Kontrollen beibehalten.