Skryté náklady na voľné uloženie – prečo vôľa určuje životnosť ohrievača
Ohrievač kazety dimenzovaný na 950 stupňov je nainštalovaný s tým, čo sa zdá byť vhodné. Otvor je o niečo väčší ako priemer ohrievača-možno 0,15 mm. Zdá sa to neškodné. Počas niekoľkých týždňov ohrievač zlyhá. Plášť je zafarbený, odporová cievka je vypálená a výroba sa zastavila.
Vinník? Vzduch. Presnejšie povedané, vzduchová medzera medzi ohrievačom a montážnym otvorom.
Tolerancia uloženia medzi ohrievačom kaziet a jeho vývrtom je pravdepodobne najdôležitejším faktorom určujúcim životnosť-najmä pri 950 stupňoch . Keď je vôľa príliš veľká, teplo sa nemôže efektívne prenášať z plášťa do okolitého materiálu. Ohrievač musí pracovať tvrdšie, aby udržal teplotu, čím poháňa vnútorné teploty ďaleko za konštrukčné limity. Pre väčšinu aplikácií je odporúčaná vzdialenosť medzi 0,02 mm a 0,05 mm. V menej náročných aplikáciách môže byť prijateľné až 0,08–0,10 mm. Ale pri 950 stupňoch je nevyhnutné zostať na užšej strane tohto rozsahu.
Tu je dôvod, prečo pri extrémnych teplotách tak záleží na prispôsobení. Keď ohrievač kazety pracuje pri 950 stupňoch, vnútorný odporový drôt dosahuje teploty výrazne vyššie ako povrch plášťa. Teplo musí prejsť cez izoláciu z oxidu horečnatého, potom cez plášť a nakoniec cez rozhranie do montážneho otvoru. Akákoľvek vzduchová medzera na tomto rozhraní pôsobí ako izolant. Podľa skúseností z odvetvia je vzduchová medzera medzi dvoma povrchmi najdôležitejším faktorom určujúcim, či ohrievač s vysokou -teplotou a vysokou-wattovou- hustotou prežije. V prípade ohrievača, ktorý pracuje s hustotou výkonu nad 20 W/cm², zaručuje nesprávne nasadenie rýchle zlyhanie.
Tepelná rozťažnosť rovnicu prispôsobenia ešte viac komplikuje. Ohrievač, ktorý perfektne sedí pri izbovej teplote, sa môže pri roztiahnutí počas prevádzky zadrhnúť alebo zaviazať. Pri 800 stupňoch môže tepelná rozťažnosť prispieť k efektívnej vôli 0,08–0,12 mm, v závislosti od zliatiny plášťa a dĺžky. Výpočet používa vzorec lineárneho rozšírenia: ΔD=× D × ΔT. To znamená, že chladiaca vzdialenosť musí byť vypočítaná opatrne-príliš tesná a ohrievač sa môže vo vývrte roztiahnuť a zadrieť; príliš voľné a prenos tepla trpí.
Technika inštalácie je dôležitá rovnako ako špecifikácia. Použitie výstružníka na zabezpečenie správneho priemeru otvoru a povrchovej úpravy pomáha ohrievaču kazety správne zapadnúť do montážneho otvoru. Vývrt by mal byť pred inštaláciou úplne čistý-kovové triesky, zvyšky reznej kvapaliny a produkty oxidácie vytvárajú tepelné bariéry, ktoré tvoria horúce miesta. V prípade aplikácií pri vysokých-teplotách niektorí inžinieri odporúčajú naniesť na povrch ohrievača-tepelne vodivé silikónové mazivo s cieľom znížiť tepelný odpor a zvýšiť tepelnú vodivosť.
Tolerancia uloženia závisí aj od priemeru ohrievača. Pre väčšie priemery môže byť potrebná o niečo väčšia vôľa na prispôsobenie sa tepelnej rozťažnosti. V prípade ultra-dlhých ohrievačov s dĺžkou 1000 mm alebo viac sa často odporúča vôľa priemeru 0,1 mm až 0,2 mm, aby ohrievač mohol „dýchať“ a voľne expandovať počas viacerých teplotných cyklov.
Na základe skúseností je najčastejšou príčinou zlyhania ohrievača kazety nesprávne uloženie v montážnom otvore. Keď ohrievač nedokáže rozptýliť teplo, ktoré vytvára správnym kontaktom s plášťom, vnútorné teploty naďalej stúpajú, až kým nedôjde k poruche. Ohrievač, ktorý správne sedí, efektívne prenáša teplo, vnútorne je chladnejší a vydrží podstatne dlhšie. Správne prispôsobenie nie je voliteľné,-je nevyhnutné.
