Einleitung
Wenn eine Thermoelementleitung unterbrochen ist, liegt es nahe, die beiden Enden wie bei einer normalen elektrischen Leitung zu verdrillen, zu verlöten oder mit einer Kupferleitung zu überbrücken.
Das ist jedoch nicht in jedem Fall fachgerecht.
Ein Thermoelement erzeugt aus zwei definierten unterschiedlichen Metallen beziehungsweise Legierungen eine temperaturabhängige Thermospannung. Für eine korrekte Reparatur reicht es deshalb nicht aus, lediglich die elektrische Verbindung wiederherzustellen. Auch Werkstoffpaarung, Polarität, Verbindungsart und Einbauort müssen berücksichtigt werden.
Liegt lediglich ein mechanischer Bruch der Thermoelementleitung vor, ist eine Reparatur unter geeigneten Bedingungen möglich. Bei einer beschädigten Messstelle, einem Defekt im Fühlerinneren oder einer thermisch geschädigten Leitung ist eine einfache Reparatur dagegen meist nicht empfehlenswert.
Das Wichtigste im Überblick
● Ein gebrochenes Thermoelementkabel kann nicht in jedem Fall wie eine normale Leitung repariert werden;
● Ein Leitungsbruch kann häufig repariert werden, wenn Werkstoffe und Polarität korrekt beibehalten werden;
● Es sollten passende Thermoelementleitungen, geeignete Thermoleitungen oder kompatible Thermoelementstecker verwendet werden;
● Normale Kupferleitungen sollten nicht als Ersatz für Thermoelementleiter eingesetzt werden;
● Thermoelementtypen wie K, J, T und E dürfen nicht beliebig miteinander kombiniert werden;
● Bei Schäden an der Messstelle, im Fühlerinneren oder in stark thermisch gealterten Bereichen ist ein Austausch meist vorzuziehen;
● Nach einer Reparatur sollte die Temperaturanzeige überprüft und bei höheren Genauigkeitsanforderungen gegebenenfalls kalibriert werden.
Warum darf eine Thermoelementleitung nicht wie eine normale elektrische Leitung verbunden werden?
Bei einer gewöhnlichen elektrischen Leitung steht vor allem die Wiederherstellung der Leitfähigkeit im Vordergrund. Bei einem Thermoelement muss zusätzlich die korrekte thermoelektrische Eigenschaft des gesamten Messkreises erhalten bleiben.
Ein Thermoelement besteht aus zwei unterschiedlichen Leitermaterialien. Ein Thermoelement Typ K verwendet beispielsweise zwei definierte Legierungen mit bestimmten thermoelektrischen Eigenschaften.
Besteht zwischen Messstelle und Vergleichsstelle eine Temperaturdifferenz, entsteht eine Thermospannung, die vom Messgerät in einen Temperaturwert umgerechnet wird.
Werden Kupfer, gewöhnliche Anschlussleitungen oder ungeeignete Thermoelementwerkstoffe in den Messkreis eingebracht, entstehen zusätzliche Übergänge zwischen unterschiedlichen Metallen.
Befinden sich diese Übergangsstellen auf unterschiedlichen Temperaturen, können zusätzliche Thermospannungen entstehen und das eigentliche Messsignal verfälschen.
Entscheidend ist daher nicht nur, ob die Leitung elektrisch leitfähig ist, sondern ob der reparierte Messkreis weiterhin die ursprünglichen thermoelektrischen Eigenschaften besitzt.
Kann ein Leitungsbruch in der Mitte repariert werden?
Befindet sich die Unterbrechung in der Thermoelementleitung oder der Thermoleitung und ist der eigentliche Temperaturfühler unbeschädigt, ist eine Reparatur grundsätzlich möglich.
Dabei sollten folgende Punkte beachtet werden:
● Thermoelementtyp, beispielsweise K, J, T oder E, eindeutig bestimmen;
● Plus- und Minusleiter korrekt zuordnen;
● Möglichst Leitungsmaterial mit den gleichen thermoelektrischen Eigenschaften wie das Original verwenden;
● Bei einer Verlängerung eine zum Thermoelementtyp passende Thermoleitung einsetzen;
● Einen geeigneten Thermoelementstecker oder eine vergleichbar zuverlässige Verbindung verwenden;
● Die Verbindung gegen Lockerung, Oxidation, Zugbelastung und wiederholtes Biegen sichern;
● Mehrere zusätzliche Übergangsstellen möglichst nicht unterschiedlichen Umgebungstemperaturen aussetzen.
Für allgemeine industrielle Messungen oder vorübergehende Prüfungen kann ein fachgerecht reparierter Messkreis weiterhin verwendet werden. Bei hochgenauen Messungen, Kalibrieraufgaben, Qualitätssicherung oder kritischer Prozessüberwachung sollte die Messkette nach der Reparatur überprüft werden.
Kann man die gebrochenen Leiter einfach verdrillen?
Werden gleiche Thermoelementwerkstoffe mit korrekter Polarität sicher miteinander verbunden, kann eine verdrillte Verbindung kurzfristig wieder einen Messwert ermöglichen.
Als dauerhafte Reparatur ist diese Lösung jedoch nicht empfehlenswert.
Mögliche Probleme sind:
● Instabiler elektrischer Kontakt;
● Lockerung oder Oxidation der Verbindungsstelle;
● Geringe mechanische Festigkeit;
● Kontaktunterbrechungen bei Vibration oder Temperaturwechseln;
● Verminderte Zuverlässigkeit bei Feuchtigkeit, Öl oder korrosiven Umgebungen.
Auch bei einer provisorischen Reparatur sollte die Verbindung mechanisch stabil und ausreichend isoliert sein. Für den Dauerbetrieb sind geeignete Thermoelementstecker oder andere zuverlässige Verbindungstechniken vorzuziehen.
Kann eine normale Kupferleitung zum Überbrücken verwendet werden?
Im Allgemeinen nicht.
Wird Kupfer in den Thermoelementkreis eingebracht, entstehen zusätzliche Übergänge zwischen dem Thermoelementwerkstoff und Kupfer.
Theoretisch können sich die zusätzlichen Thermospannungen unter bestimmten Bedingungen gegenseitig kompensieren, wenn beide Übergangsstellen exakt dieselbe Temperatur haben. In der Praxis unterscheiden sich jedoch häufig Temperatur, Kontaktzustand, Oxidation und Umgebungsbedingungen.
Dadurch können zusätzliche Messfehler entstehen.
Für stabile und zuverlässige Temperaturmessungen sollten deshalb passende Thermoelementleitungen, Thermoleitungen oder für den jeweiligen Thermoelementtyp geeignete Ausgleichsleitungen verwendet werden.
Kann eine Thermoelementleitung verlötet werden?
Normales Weichlöten ist nicht für jede Thermoelementanwendung die bevorzugte Reparaturmethode.
Das Lot stellt einen zusätzlichen metallischen Werkstoff dar und erzeugt weitere Werkstoffübergänge. Außerdem können Temperaturbeständigkeit, Langzeitstabilität und mechanische Festigkeit der Lötstelle für die Anwendung unzureichend sein.
Befindet sich die Lötstelle in einem ausgeprägten Temperaturgradienten, kann sich zudem die Messunsicherheit erhöhen.
Bei niedrigen Temperaturen und unkritischen Anwendungen kann eine fachgerecht ausgeführte Lötverbindung unter Umständen funktionieren. Bei höheren Genauigkeitsanforderungen oder für den langfristigen Einsatz sind passende Thermoelementstecker, geeignete Crimpverbindungen oder professionelle Schweißverfahren in der Regel besser geeignet.
Was ist zu tun, wenn die Messstelle gebrochen ist?
Dieser Fall unterscheidet sich deutlich von einer einfachen Unterbrechung der Anschlussleitung.
Die Verbindung der beiden Thermoelementleiter an der Fühlerspitze bildet die Messstelle. Sie ist direkt für die Temperaturerfassung verantwortlich.
Ist diese Stelle beschädigt, ist ein einfaches Verdrillen der Leiter keine fachgerechte Reparatur.
Für die Herstellung einer neuen Messstelle müssen unter anderem folgende Anforderungen erfüllt sein:
● Richtige Thermoelementwerkstoffe;
● Stabile und reproduzierbare Verbindung;
● Zur ursprünglichen Bauform passende Größe und Geometrie der Messstelle;
● Vermeidung von Verunreinigungen und unerwünschten Werkstoffveränderungen;
● Ausreichende mechanische Festigkeit und geeignetes Ansprechverhalten.
Industrielle Thermoelement-Messstellen werden üblicherweise geschweißt. Bei Mantelthermoelementen sowie geerdeten, isolierten oder speziell aufgebauten Fühlern kann eine unsachgemäße Reparatur zudem Isolationsverhalten, Ansprechzeit und Störfestigkeit verändern.
In solchen Fällen ist ein Austausch oder eine professionelle Reparatur mit anschließender Prüfung meist die bessere Lösung.
Warum wird bei einem Bruch im Hochtemperaturbereich eher ein Austausch empfohlen?
Bei langjährigem Einsatz unter hohen Temperaturen liegt häufig nicht nur ein mechanischer Leitungsbruch vor.
Dauerhafte Wärmebelastung, Oxidation, Korrosion und Temperaturwechsel können die Werkstoffeigenschaften verändern und zu einer Drift der Thermospannung führen.
Auch wenn die sichtbare Bruchstelle repariert wird, kann die umliegende Leitung bereits gealtert sein.
Typische Anzeichen sind:
● Versprödete Leiter;
● Starke Oxidation;
● Verfärbte oder verkohlte Isolation;
● Mehrere Risse;
● Zunehmende Messwertdrift;
● Erneuter Bruch bereits bei geringer Biegung.
In solchen Fällen stellt die Reparatur nur der sichtbaren Bruchstelle die ursprüngliche Messqualität nicht zuverlässig wieder her. Der Austausch des Thermoelementfühlers ist meist die sicherere Lösung.
Können unterschiedliche Thermoelementtypen miteinander verbunden werden?
Nein, sie sollten nicht gemischt werden.
Thermoelemente der Typen K, J, T, E und anderer Typen verwenden unterschiedliche Werkstoffpaarungen und besitzen unterschiedliche Temperatur-Spannungs-Kennlinien.
Wird beispielsweise eine Leitung des Typs J in einen Messkreis des Typs K eingebaut, kann weiterhin ein Messwert angezeigt werden. Die resultierende Thermospannung entspricht jedoch nicht mehr eindeutig der Kennlinie des Typs K.
Auch die Leiterfarbe allein ist keine ausreichende Identifikation, da sich Farbcodierungen je nach Normensystem unterscheiden können.
Vor einer Reparatur sollten Thermoelementtyp, Polarität und geeignetes Verbindungsmaterial eindeutig bestimmt werden.
Was passiert bei vertauschter Polarität?
Thermoelementleiter besitzen eine definierte Plus- und Minuspolarität.
Werden die Leiter bei einer Reparatur vertauscht, wirkt die Thermospannung in die falsche Richtung. Dadurch kann die Anzeige deutlich fehlerhaft werden.
Typische Anzeichen sind:
● Die angezeigte Temperatur sinkt, obwohl das Messobjekt erwärmt wird;
● Der Messwert weicht deutlich von der tatsächlichen Temperatur ab;
● Die Anzeige verändert sich entgegengesetzt zum realen Temperaturverlauf;
● Unter bestimmten Bedingungen treten negative Werte oder starke Abweichungen auf.
Vor jeder Wiederverbindung muss daher die Polarität eindeutig geprüft werden.
Wie lässt sich prüfen, ob ein repariertes Thermoelement weiterverwendet werden kann?
Nach einer Reparatur reicht es nicht aus, lediglich zu prüfen, ob das Messgerät wieder einen Temperaturwert anzeigt.
Mindestens eine einfache Vergleichsprüfung ist empfehlenswert.
● Messwert bei stabiler Raumtemperatur auf Plausibilität und Stabilität prüfen;
● Gegen eine bekannte Temperaturreferenz testen, beispielsweise einen stabilen Eiswasserpunkt oder einen geeigneten Temperaturkalibrator;
● Mit einem geprüften Referenzthermometer vergleichen;
● Temperatur langsam erhöhen oder absenken und auf einen kontinuierlichen, stabilen Verlauf achten;
● Reparaturstelle leicht bewegen und auf Sprünge, Unterbrechungen oder Drift achten.
Bei höheren Genauigkeitsanforderungen empfiehlt sich eine Mehrpunktprüfung mit einer kalibrierten Temperaturquelle und gegebenenfalls eine erneute Kalibrierung.
Wann sollte auf eine Reparatur verzichtet werden?
Ein Austausch des Thermoelementfühlers oder der Leitung ist in der Regel sinnvoller, wenn:
● Die Messstelle beschädigt ist;
● Das Schutzrohr gerissen oder stark verformt ist;
● Die Leitung nach längerer Hochtemperaturbelastung versprödet ist;
● Die Isolation stark gealtert, beschädigt oder verkohlt ist;
● Mehrere Leitungsbrüche vorhanden sind;
● Der ursprüngliche Thermoelementtyp nicht eindeutig bestimmt werden kann;
● Die Polarität nicht sicher feststellbar ist;
● Der Messwert nach der Reparatur weiterhin instabil ist oder driftet;
● Das Thermoelement für Kalibrierung, Laboranwendungen, Qualitätssicherung oder kritische Prozesse eingesetzt wird.
In solchen Anwendungen bietet der Austausch durch ein korrekt spezifiziertes neues Thermoelement meist eine höhere Messsicherheit.
FAQ
Kann ein Thermoelement nach einem Kabelbruch weiterverwendet werden?
Ja, abhängig von der Schadstelle. Ein mechanischer Bruch der Anschlussleitung kann häufig mit einer passenden Thermoelementleitung oder einem geeigneten Stecker repariert werden. Bei Schäden an Messstelle, Fühlerinnerem oder thermisch gealterten Bereichen ist ein Austausch empfehlenswert.
Kann eine gebrochene Thermoelementleitung einfach verdrillt werden?
Kurzzeitig kann dadurch wieder ein Messwert entstehen, sofern Werkstoffe und Polarität stimmen. Als dauerhafte Verbindung ist eine verdrillte Stelle jedoch wegen der geringen mechanischen und elektrischen Stabilität nicht empfehlenswert.
Kann Kupferleitung zur Reparatur verwendet werden?
Im Allgemeinen nicht. Kupfer erzeugt zusätzliche Übergänge zwischen unterschiedlichen Metallen, die bei Temperaturunterschieden zusätzliche Thermospannungen verursachen können.
Kann Thermoelementleitung verlötet werden?
Normales Weichlöten ist insbesondere bei hohen Temperaturen oder hohen Genauigkeitsanforderungen nicht die bevorzugte Methode. Geeignete Thermoelementstecker, Crimpverfahren oder professionelle Schweißtechniken sind meist besser geeignet.
Kann ein Typ-K-Thermoelement mit einer anderen Typ-K-Leitung repariert werden?
Grundsätzlich ja, sofern Werkstoffe, Polarität und Leitungsausführung mit dem ursprünglichen Messkreis kompatibel sind.
Kann eine beschädigte Messstelle neu geschweißt werden?
Technisch ja. Dafür sind jedoch geeignete Werkstoffe und ein kontrolliertes Schweißverfahren erforderlich. Bei fertigen Mantel- oder Spezialfühlern ist eine professionelle Reparatur oder ein Austausch meist sinnvoller.
Muss ein repariertes Thermoelement kalibriert werden?
Für allgemeine industrielle Messungen ist mindestens eine Vergleichsprüfung empfehlenswert. Bei hoher Genauigkeit, Labor-, Qualitäts- oder Prozessanwendungen sollte eine Kalibrierung beziehungsweise Prüfung gegen eine rückführbare Temperaturreferenz erfolgen.
Fazit
Ob eine gebrochene Thermoelementleitung repariert werden kann, hängt in erster Linie von der Schadstelle ab.
Bei einem einfachen Leitungsbruch ist eine Reparatur häufig möglich, sofern passende Thermoelementwerkstoffe, korrekte Polarität und eine geeignete Verbindungstechnik verwendet werden.
Ein Thermoelement ist jedoch keine gewöhnliche elektrische Leitung. Kupfer, ungeeignete Thermoelementtypen oder nicht passende Verbindungsmaterialien können zusätzliche Thermospannungen erzeugen und die Messung verfälschen.
Bei einer beschädigten Messstelle, internen Fühlerschäden, deutlicher thermischer Alterung oder weiterhin instabilen Messwerten ist der Austausch meist die zuverlässigere Lösung.
Überall dort, wo Messgenauigkeit entscheidend ist, sollte ein repariertes Thermoelement vor der erneuten Verwendung gegen eine geeignete Temperaturreferenz geprüft werden.
