Was sind Thermoelemente?
Ich baue jetzt seit 22 Jahren Spritzgussformen, hauptsächlich Angusssysteme und temperaturkritische Werkzeuge. Thermoelemente kommen in fast jeder Projektbesprechung zur Sprache, aber ich sehe immer noch, dass Ingenieure den falschen Typ spezifizieren oder sie an ungünstigen Stellen anbringen. Ich dachte, ich schreibe auf, worauf es wirklich ankommt, wenn es um TCs im Formenbau geht.
Die Grundlagen, die niemand richtig erklärt
Ein Thermoelement besteht aus zwei verschiedenen Metalldrähten, die an der Spitze miteinander verschweißt sind. Diese Verbindung erzeugt beim Erhitzen eine winzige Spannung. Ihr Controller liest diese Spannung und wandelt sie in Temperatur um. Ganz einfach.
Der Teil, der Menschen aus der Fassung bringt: Die Spannung ist winzig. Wir reden hier von Millivolt. Typ K gibt bei 200 Grad etwa 8 Millivolt ab. Geräusche von Frequenzumrichtern, Servomotoren, Heizungskabeln - all das kann Ihr Signal überfluten, wenn Ihre Installation schlampig ist. Ich habe gesehen, dass bei brandneuen Husky-Systemen eine Abweichung von 15 Grad angezeigt wurde, weil jemand die TC-Drähte neben den Heizungsleitungen im selben Kabelkanal verlegt hatte.
Typ J vs. Typ K - Der tatsächliche Unterschied
In Nordamerika verwenden die meisten Formenbaubetriebe standardmäßig Typ J. Es handelt sich um Draht aus Eisen und Konstantan, der bis zu etwa 400 Grad einwandfrei funktioniert, bevor das Eisen stark zu oxidieren beginnt. Kostet weniger als Typ K. Wenn Sie PP, PE, ABS, PS verwenden - übernimmt Typ J dies.
Typ K verwendet Chromel-Alumel. Steigt höher und ist langfristig stabiler, aber Folgendes erwähnt niemand: Typ K driftet anders als Typ J, wenn er altert. Typ K tendiert dazu, mit zunehmender Abnutzung niedrige Werte anzuzeigen. Typ J kann in beide Richtungen gehen. Wenn Ihr Prozessfenster für ein medizinisches Teil oder eine optische Komponente eng ist, ist dieses Abweichungsmuster bei der Erstellung Ihres PM-Zeitplans von Bedeutung.
Bei europäischen Werkzeugen ist in der Regel Typ K installiert. Wenn Sie von einem ausländischen Hersteller von Kunststoff-Spritzgussformen beziehen, prüfen Sie, was dieser einbaut. Ich habe immer gesehen, dass Werkzeuge mit Typ K angezeigt werden, und der Kunde versucht dann, sie an seine vorhandenen Typ-J-Steuerungen anzuschließen. Die Messwerte weichen stark ab, weil der Controller die falsche Umrechnungsberechnung durchführt.
Mold-Heißkanalsysteme von Masters und Synventive werden mit Typ-J-Standard für den US-Markt ausgeliefert. Husky setzt bei seinen Ultra-Helix-Sachen auf Typ K. Wissen Sie, was Sie bekommen, bevor das Werkzeug Ihren Boden berührt.
Wo man sie eigentlich hinlegt
In Lehrbüchern heißt es 3–5 mm von der Hohlraumoberfläche entfernt. Die reale Welt ist noch chaotischer.
Bei einer Heißkanaldüse sitzt der TC normalerweise in einem Loch, das in den Düsenkörper gebohrt wird, etwa 10-15 mm vom Anschnitt entfernt. Dabei wird die Temperatur des Düsenstahls gemessen, nicht die Temperatur der Schmelze. Die Schmelze im Fließkanal wird heißer -, je nach Schererwärmung manchmal 20–30 Grad heißer. Ihr Sollwert von 220 Grad am Controller könnte 245 Grad am Tor bedeuten. Bei scherempfindlichen Materialien wie POM ist das von großer Bedeutung.
Die Erfassung der Hohlraumoberfläche ist schwieriger. Sie bohren ein kleines Loch von der Rückseite des Kern- oder Hohlraumblocks und halten 2-3 mm von der Formoberfläche entfernt. Zu nah und es entsteht ein Spannungsanstieg – ich habe gesehen, wie Kerne nach ein paar hunderttausend Schüssen direkt am TC-Loch brachen. Wenn Sie zu weit hinten stehen, messen Sie die Temperatur des Stahls und nicht das, was der Kunststoff tatsächlich sieht.
Für Arbeiten mit engen -Toleranzen setzen einige der besseren Anbieter von Spritzgusswerkzeugen mehrere TCs in einer Kavität ein, - einen in der Nähe des Angusses, einen am Ende des Füllvorgangs und möglicherweise einen an einem dicken Abschnitt. Wird teuer, aber Sie wissen tatsächlich, was während des Zyklus passiert.
Geerdeter vs. ungeerdeter Anschluss
Eine geerdete Verbindung bedeutet, dass die TC-Drähte direkt an der Innenseite des Metallmantels angeschweißt sind. Schnelle Reaktion, vielleicht 50-100 Millisekunden. Bei ungeerdetem Anschluss ist die Verbindung vom Mantel isoliert. Langsamere Reaktion, eher 200–500 Millisekunden.
Klingt so, als wäre geerdet immer besser, oder? Nicht ganz.
Geerdete TCs nehmen elektrisches Rauschen durch den Mantel auf. Wenn Sie einen Heißkanal mit SCR-befeuerten Heizgeräten und einem geerdeten TC betreiben, werden Sie feststellen, dass die Temperaturwerte schwanken. Einige Controller filtern dies gut heraus. Billigere Regler oder ältere PID-Einheiten haben damit zu kämpfen.
Ungeerdet kostet etwas mehr, reagiert langsamer, liefert aber ein klareres Signal. In Verteilerzonen, in denen die thermische Masse groß ist und die Reaktionszeit nicht kritisch ist, ist eine Erdung sinnvoll. Bei Düsenspitzen, bei denen eine schnelle Reaktion auf die Ventilsteuerung erforderlich ist, funktioniert die geerdete Düse trotz der Geräuschprobleme besser.
Das Driftproblem
Jeder TC driftet im Laufe der Zeit. Die Drähte oxidieren, die Verbindung verschlechtert sich, die Kalibrierung verschiebt sich. Wie schnell, hängt von der Temperatur und der Anzahl der Heizzyklen ab.
Wenn PEEK bei 380 Grad betrieben wird, kann es bei einem Typ K im sechsmonatigen Produktionseinsatz zu einer Abweichung von 3 bis 5 Grad kommen. Wenn Polypropylen bei 210 Grad betrieben wird, kann derselbe TC die Kalibrierung zwei Jahre lang halten.
Das ist es, was die Leute fasziniert: Die Drift erfolgt allmählich. Ihr Prozess scheitert nicht plötzlich. Stattdessen werden Ihre Teile langsam schlechter - Es treten Grate auf, Einfallstellen werden tiefer, die Zykluszeit verlängert sich, weil die Abkühlung länger dauert. Wenn jemand daran denkt, die TC-Kalibrierung zu überprüfen, hat sich das Problem schon seit Monaten aufgebaut.
Jeder anständige Betrieb, der kundenspezifische Formen herstellt, überprüft die TC-Kalibrierung während der geplanten PM. Sollte mindestens einmal im Jahr erfolgen, bei Hochtemperatur--Geräten häufiger. Ein einfacher Handkalibrator von Fluke oder Omega kostet ein paar hundert Dollar. Keine Entschuldigung, keins zu haben.
Wichtige Installationsdetails
Der federbelastete Bajonettstil ist jetzt Standard. Die Sonde gleitet in ein Bohrloch und wird durch eine Feder gegen den Boden gedrückt. Mit dem Anschluss an der Formfläche können Sie Sensoren austauschen, ohne das Werkzeug auseinanderziehen zu müssen.
Achten Sie auf die Tiefe Ihres Lochs. Zu flach und die Sonde erreicht den Boden, bevor die Feder zusammengedrückt wird - kein Kontaktdruck, unregelmäßige Messwerte. Zu tief und die Federkompression reicht nicht aus, um den Kontakt aufrechtzuerhalten, wenn sich die Form erwärmt und der Stahl sich ausdehnt. Im Allgemeinen ist ein Federweg von 1–2 mm nach dem Sitz der Sonde erforderlich.
Der Lochdurchmesser muss mit dem Durchmesser der Sondenhülle übereinstimmen und einen minimalen Abstand einhalten. Durch einen schlampigen Sitz kann sich die Sonde verschieben und der Kontaktdruck variiert. Die meisten Geschäfte verwenden standardmäßig 3-mm- oder 1/8-Zoll-Sonden.
Die Kabelführungen sollten von den Stromkabeln des Heizgeräts ferngehalten werden. Verwenden Sie ein abgeschirmtes TC-Verlängerungskabel und erden Sie die Abschirmung nur auf der Controller-Seite. Ich weiß, dass es verlockend ist, alles in einem Kabelkanal zu bündeln. Nicht.
Wenn etwas schief geht
Ein offener Stromkreis ist der offensichtliche Fehler. - Kabelbruch, Controller liest die maximale Temperatur oder gibt einen Fehlercode aus. Leicht zu diagnostizieren.
Die heimtückischen Fehler sind teilweiser Kontakt und langsames Driften. Ein teilweiser Kontakt entsteht, wenn die Sonde nicht richtig sitzt oder die Feder ihre Spannung verliert. Die Temperaturanzeige hinkt der Realität hinterher und kann um 10–20 Grad abweichen. Der Regler geht davon aus, dass der Sollwert erreicht ist, die tatsächliche Stahltemperatur weicht jedoch ab. Teile kommen falsch heraus, aber die angezeigten Temperaturen sehen gut aus.
Schlechte Verbindungen am Stecker kommen häufiger vor als tatsächliche Sensorausfälle. Stifte korrodieren, insbesondere bei Werkzeugen mit Wasserkühlung, und es kommt zu Kondensation. Kontakte werden verbogen, wenn jemand mit Gewalt auf den Stecker drückt. Ich schätze, 60 % der „schlechten TC“-Anrufe, die ich im Laufe der Jahre gesehen habe, waren tatsächlich Verbindungsprobleme.
Ersatzsensoren kaufen
OEM-Ersatzteile von Ihrem Heißkanallieferanten kosten das 3--4-fache dessen, was generische Äquivalente kosten. Bei dem TC der Marken Mold-Masters oder Husky handelt es sich normalerweise um denselben Watlow- oder Omega-Sensor, auf dem die Teilenummer eingeprägt ist.
Es ist nichts Falsches daran, sich für den Ersatzteilmarkt zu entscheiden, solange Sie die Spezifikationen einhalten: Sondendurchmesser, Mantellänge, Verbindungstyp (geerdet/ungeerdet), TC-Typ (J/K), Steckerstil. Ein Lieferant von Präzisionsformkomponenten oder ein Händler für industrielle Sensoren wie Grainger oder MSC führt Standardkonfigurationen.
Wo es auf den OEM ankommt: die eigentliche Controller-Kalibrierung. Bei Heißkanalreglern sind manchmal Kompensationskurven für ihren spezifischen TC programmiert. Ein allgemeiner Sensor kann einige Grad anders anzeigen. Normalerweise spielt es keine Rolle. Bei kritischen Prozessen könnte es sein.
Fazit
TCs sind einfache Geräte, die eine wichtige Aufgabe erfüllen. Der Sensor selbst fällt selten katastrophal aus - Es sind die Installation, Verkabelung und Wartung, die Probleme verursachen. Wählen Sie den richtigen Standort, halten Sie die Verkabelung sauber, überprüfen Sie die Kalibrierung regelmäßig und Sie erhalten über Jahre hinweg zuverlässige Temperaturrückmeldungen.
Die meisten Probleme, die ich behebe, entstehen in der Entwurfsphase - jemand hat den falschen Typ spezifiziert, den TC an einer schlechten Stelle platziert oder nicht an die Störfestigkeit gedacht. Es lohnt sich, im Vorfeld Zeit mit Ihrem Spritzguss-Konstruktionspartner zu verbringen, um die TC-Platzierung und den Typ zu klären, bevor der Stahl geschnitten wird. Viel günstiger, als es später zu reparieren.
Haben Sie Fragen zu Thermoelementproblemen in Ihren Werkzeugen? Schreiben Sie einen Kommentar oder kontaktieren Sie uns. Ich beschäftige mich schon so lange mit diesem Zeug, dass ich wahrscheinlich gesehen habe, welches Problem Sie haben.