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Funktion und Einsatz von Bimetallthermometern im Heizungsbau
Im Heizungsbau ist es sehr wichtig, die aktuelle Temperatur im Heizkessel zu kennen. Steigt sie beispielsweise zu stark an, könnte der Druck im Kessel zu groß werden. Aus Sicherheitsgründen verfügen Heizungsanlagen daher über Bimetallthermometer, die eine zuverlässige Temperaturkontrolle ermöglichen. Als Bimetallregler können sie auch Steuerfunktionen übernehmen. Wie das genau funktioniert, erklären wir in diesem Artikel.
Was ist ein Bimetallthermometer eigentlich genau?
Um das Bimetallthermometer und seine Funktion zu verstehen, müssen wir zuerst den Begriff „Bimetall“ erklären. Einfach gesagt, handelt es sich dabei um 2 Metallstreifen, die fest miteinander verschweißt wurden. Die Bimetallstreifen bestehen aus unterschiedlichen Metallen (zum Beispiel Edelstahl und Messing), die einen jeweils anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Sie dehnen sich unter Hitzeeinwirkung also unterschiedlich stark aus beziehungsweise ziehen sich bei Kälte entsprechend zusammen.
Je nach Temperaturänderung entscheidet das Bimetall mit dem größeren Wärmeausdehnungskoeffizient, in welche Richtung sich der Bimetallstreifen biegt. Bevor es aufwendige Relais zur Steuerung gab, wurden Blinker bei Kraftfahrzeugen häufig mit Bimetall-Kontakten ausgestattet. Auch die Steuerung von Kühl- und Heizkreisläufen ist damit möglich.
Bimetallthermometer können also nicht nur zur Anzeige von Temperaturen eingesetzt werden, sondern dienen auch als Steuerelement in der Heizungsregelung. So kann etwa über einen entsprechenden mechanischen Bimetallregler der Brenner abgeschaltet werden, wenn die Temperatur im Kessel den Sicherheitsbereich überschreitet – oder umgekehrt der Brenner zugeschaltet werden, wenn sie zu stark absinkt. Auch am Ofen oder in der Herdplatte sind meist Bimetallregler im Thermostat verbaut.
Info: Bimetallthermometer und Bimetallregler sind nicht zwangsläufig identisch, werden aber häufig miteinander kombiniert. So muss ein Bimetallregler nicht unbedingt die Temperatur anzeigen, bei der eine bestimmte Schaltung vorgenommen werden soll. Umgekehrt können die meisten Bimetallthermometer für sich genommen nur die Temperatur anzeigen.
Der Aufbau eines Bimetallthermometers im Überblick
Der Aufbau von Bimetallthermometern ist eigentlich recht simpel. Die besagten Metallstreifen bilden nach der erfolgten Verbindung ein Bimetall, das sich je nach Wärmeausdehnungskoeffizient unterschiedlich verhält. Oft wird auch vom Längenausdehnungskoeffizienten gesprochen. Gut geeignet sind beispielsweise Kombinationen aus Messing und Eisen beziehungsweise Edelstahl.
Der Metallstreifen wird ähnlich einer Schraubenfeder oder Spirale aufgewickelt und an einem Ende fest mit dem Thermometer verbunden. Das andere Ende des Bimetallstreifens ist hingegen mit einem Zeiger verbunden, der auf einer Welle sitzt und sich entlang einer entsprechenden Temperaturskala bewegen kann. Bei Temperaturänderungen wickelt sich die Feder entsprechend des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Bimetalls auf oder ab. Die Skala muss auf die verwendeten Metalle abgestimmt sein.
Es gibt 2 Hauptvarianten von Bimetallthermometern:
- Die einen zeigen die Raumtemperatur an. Solche Thermometer fand man früher häufig im Autozubehör, denn sie ließen sich einfach auf das Armaturenbrett kleben. Heute verfügen die meisten Fahrzeuge über eingebaute Thermometer und entsprechende Anzeigen im Cockpit, um etwa die Klimaautomatik steuern zu können.
- Du kannst mit einem Bimetallthermometer aber auch die Temperatur eines Mediums (also zum Beispiel von Flüssigkeiten) messen. In diesem Fall ist das Thermometer zusätzlich mit einer Messspitze ausgestattet, die in das zu messende Medium reicht. Um vor Korrosion geschützt zu sein, wird die Messspitze meist mit einer Edelstahlhülse versehen.
Info: Wusstest du, dass Bimetallthermometer beziehungsweise Bimetallregler je nach Zusammensetzung extreme Temperaturen aushalten? Messbereiche zwischen -80 Grad Celsius und über 500 Grad Celsius sind keine Seltenheit. Deswegen eignen sie sich auch perfekt für den Einsatz in Öfen oder im Heizungsbau.
Vorteile und Nachteile von Bimetallthermometern
Der große Vorteil ist, dass Bimetallthermometer rein mechanisch funktionieren und somit auch dann noch die Sicherheit gewährleisten können, wenn die Elektronik streikt. Außerdem sind Bimetallthermometer sehr robust, wartungsarm und relativ günstig herzustellen, weil ihr Aufbau sehr einfach ist.
Die Vorteile von Bimetallthermometern im Überblick:
- wartungsarm
- einfacher Aufbau
- geringe Herstellungskosten
- robust und langlebig
- Montage meist relativ einfach
- großer Messbereich
- multiple Einsatzmöglichkeiten
Ein Nachteil ist jedoch die relative Ungenauigkeit von Thermometern mit Bimetallen. Je nach Bauart und verwendeten Materialien sind Abweichungen bei Temperaturmessungen von mehr als 10 Prozent keine Seltenheit. Für den Einsatz in Systemen, bei denen eine sehr hohe Präzision gefragt ist, müssen Bimetallthermometer also aufwendig (und somit teuer) ausgeführt sein. Oft reicht die Genauigkeit dann aber immer noch nicht aus. Dann sollte ein genaueres Thermometer mit anderem Funktionsprinzip verwendet werden. So könntest du beispielsweise die Körpertemperatur beim Fiebermessen mit einem Bimetallthermometer nicht genau bestimmen. Für industrielle Anwendungen oder die Steuerung von Klimaanlagen, Kühlschränken und anderen Geräten, bei denen es auf Zehntelgrade ankommen kann, eignen sich Bimetallthermometer allenfalls zur groben Überwachung, nicht jedoch zur exakten Steuerung. Nicht zuletzt macht sich auch die verzögerte Temperaturanzeige negativ bemerkbar, da Bimetalle meist sehr träge auf Temperaturänderungen reagieren.
Die Nachteile von Bimetallthermometern im Überblick:
- Ungenauigkeiten von 10 Prozent und mehr sind bei der Temperaturmessung keine Seltenheit.
- Um Temperaturen anzeigen zu können, muss die Bimetall-Spirale aufgewärmt sein.
- Temperaturänderungen werden nur verzögert angezeigt, da Bimetalle relativ träge reagieren.
Was kostet so ein Thermometer?
Wie teuer ein Bimetallthermometer ist, hängt in erster Linie vom gewünschten Einsatzbereich ab. Außerdem ist die Qualität der Ausführung des jeweiligen Thermometers entscheidend für die Produktionskosten. Es gilt: Je geringer die erlaubte Messtoleranz, desto aufwendiger muss das Bimetallthermometer konstruiert sein.
Die Preisspanne ist entsprechend groß – einfache Bimetall-Armaturen bekommst du schon für unter 20 Euro, während die Kosten für Spezialthermometer mit Bimetallen mehrere hundert Euro betragen. Hier kommt vor allem das höherwertige Material zum Tragen. Ausführungen mit Messspitze sind natürlich ebenfalls teurer.
Hinzu kommen gegebenenfalls die Installationskosten. Während sehr einfache Modelle zur Messung der Raum- oder Oberflächentemperatur eines Gegenstands per Magnet oder Klebestreifen angebracht werden können, müssen Modelle mit Messsonden korrekt eingebaut werden. Im Heizungsbau sollte daher der Heizungsmonteur diese Arbeit übernehmen, um die Dichtheit und richtige Position am Heizkessel oder Pufferspeicher zu gewährleisten.
Kommen elektronische Komponenten (zum Beispiel zur Datenübertragung im Rahmen einer intelligenten Heizungssteuerung) hinzu, sind die Anschaffungs- und Installationskosten höher.
Im Heizungsbau sind Bimetallthermometer sehr praktisch
Zur Temperaturkontrolle und zur Gewährleistung der Sicherheit sind Bimetallthermometer und Bimetallregler in Heizungsanlagen nicht wegzudenken. Die einfache und mechanische Temperaturmessung versagt auch dann nicht, wenn die elektronische Steuerung einer Heizung ausfallen sollte. Bei den niedrigen Kosten für diese Thermometer musst du jedoch relativ große Abweichungen bei der Messgenauigkeit in Kauf nehmen.
