Die Rolle des Temperaturwechsels bei der Überhitzung von Heizpatronen

Die Rolle des Temperaturwechsels bei der Überhitzung von Heizpatronen
Anstatt eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten, erfordern viele Prozesse häufiges Erhitzen und Abkühlen. Der Widerstandsdraht, die Isolierung und der Mantel einer Heizpatrone sind bei jedem Zyklus Expansions- und Kontraktionskräften ausgesetzt. Auch wenn die durchschnittliche Leistung gering bleibt, führen diese Belastungen schließlich zu Bedingungen, die eine örtliche Überhitzung ermöglichen.
Bei hohen Temperaturen bildet der Widerstandsdraht eine abschirmende Oxidschicht. Mikrorisse entstehen, wenn sich das Oxid und das darunter liegende Metall beim Abkühlen unterschiedlich schnell zusammenziehen. Beim anschließenden Erhitzen-wird frisches Metall freigelegt und oxidiert noch stärker. Es entstehen heiße Stellen und der lokale Widerstand erhöht sich, wenn der Draht allmählich dünner wird. Gleichzeitig dehnt sich die Magnesiumoxid-Isolierung durch die Hitze immer wieder aus, wodurch winzige Lücken entstehen können. Bei einer gegebenen Leistungsaufnahme verringert sich die Wärmeleitfähigkeit und die Drahttemperatur steigt.
Das Muster der Manteloxidation ist identisch. Mit jedem Zyklus kommt es zu Ablagerungen, Brüchen und Reparaturen, wodurch der thermische Widerstand der Oberfläche zunehmend ansteigt. Wenn die Anzahl der Zyklen zunimmt, gerät eine Heizpatrone, die zu Beginn eine sichere Innentemperatur hatte, allmählich in einen Überhitzungszustand. Da der anfängliche Temperaturunterschied zwischen Draht und Mantel bereits größer ist, sind Systeme mit hoher -Watt-Dichte empfindlicher.
Wenn die Prozessbedingungen dies zulassen, konzentriert sich die Schadensbegrenzung auf die Verringerung des Ausmaßes und der Häufigkeit von Temperaturänderungen. Die Geschwindigkeit der Temperaturänderung wird durch Regler mit Rampen- oder Sanftanlauffunktionen begrenzt. Der stetige Anstieg des Innenwiderstandes wird durch den thermischen Puffer aufgefangen, der durch die Wahl einer etwas geringeren Wattdichte entsteht. Der richtige Einbau ist immer noch von entscheidender Bedeutung, da jeder Luftspalt die Temperaturschwankungen des Kabels erhöht. Regelmäßige Isolations- und Widerstandsprüfungen erkennen eine zunehmende Verschlechterung, bevor es bei Anwendungen mit zwangsläufig hohen Zyklenraten zum Ausfall kommt.
Bei Verpackungssiegelbalken, Heißkanalsystemen und bestimmten Druckgussmaschinen treten häufig hohe Zyklenzahlen auf. Der Grad der Zyklenbeanspruchung variiert je nach thermischer Masse und Wärmeverlusteigenschaften jedes Werkzeugs. Das schnelle Durchlaufen einer leichten Verpackungsbacke kann dazu führen, dass eine Heizpatrone, die für den Dauerbetrieb in einer großen Aufspannplatte ausgelegt ist, überhitzt. Die Auswahl der Wattdichte, des Drahtdesigns und des Mantelmaterials, die die erwartete Anzahl von Zyklen ohne Überhitzung unterstützen können, wird durch eine gründliche Analyse des Zyklusprofils, des Temperaturbereichs und der Werkzeuggeometrie ermöglicht.