Kiinnittimien vaikutus lämpötehokkuuteen ja lämmönjakoon
Insinöörien yleinen huolenaihe on, vaikuttaako patruunan lämmittimeen kiinnittimen lisääminen sen lämpötehoon. Kiuas on suunniteltu tuottamaan lämpöä tasaisesti koko pituudeltaan. Lämmittimen runkoon kiinnitetty mutteri, laippa tai kannake voi toimia jäähdytyselementtinä ja vetää lämpöä pois aiotulta alueelta. Tai se voi luoda kylmän pisteen, joka vaikuttaa lämpötilan tasaisuuteen. Kiinnikkeiden ja lämpöjärjestelmän välisen vuorovaikutuksen ymmärtäminen auttaa suunnittelemaan asennuksia, jotka säilyttävät suorituskyvyn ja hyötyvät turvallisesta asennuksesta.
Kiinnikkeen ensisijainen lämpövaikutus on lämpövajaus. Suuri metallimutteri tai laippa johtaa lämpöä pois lämmittimen rungosta. Tämä lämpö johdetaan sitten ympäröivään ilmaan tai koneen runkoon. Seurauksena on paikallinen lämpötilan lasku kiinnityskohdassa. Jos kiinnitin sijaitsee lämmitetyssä vyöhykkeessä, tämä lämpötilan pudotus voi olla merkittävä -joskus 20-50 astetta pienempi kuin muussa lämmittimessä. Ohjausjärjestelmä voi reagoida lisäämällä lämmittimen tehoa, mikä voi aiheuttaa muiden osien ylikuumenemisen.
Ratkaisu on sijoittaa kiinnike lämmittimen kylmälle alueelle. Kylmä vyöhyke on lyijypäässä oleva lämmittämätön osa, tyypillisesti 15-30 millimetriä pitkä. Tällä alueella sisäinen vastuslanka ei tuota lämpöä. Vaipan lämpötila kylmävyöhykkeellä on alhaisempi, koska se lämpenee vain aktiiviselta vyöhykkeeltä tulevalla johdolla. Tänne sijoitetulla kiinnikkeellä on minimaalinen vaikutus aktiivisen pituuden lämpöprofiiliin. Tästä syystä useimpien kiinnitettävien patruunalämmittimien liitin on hitsattu lähelle lyijyn ulostuloa, ei lämmittimen keskelle.
Sovelluksissa, joissa kiinnitin on sijoitettava lämmitetylle alueelle, -ehkä siksi, että onkalorakenne ei jätä tilaa kylmälle vyöhykkeelle, -edellyttää erityistoimenpiteitä. Yksi lähestymistapa on käyttää pienempää kiinnitysosaa, jolla on pienempi lämpömassa. Ohut mutteri tai matalaprofiilinen laippa imee vähemmän lämpöä kuin paksu. Toinen lähestymistapa on käyttää matalan lämmönjohtavuuden omaavasta materiaalista, kuten titaanista tai keramiikasta, valmistettua kiinnitintä. Titaanilla on noin viidesosa ruostumattoman teräksen lämmönjohtavuudesta, joten se vetää vähemmän lämpöä pois. Keraamisilla kiinnikkeillä on erittäin alhainen lämmönjohtavuus, mutta ne ovat hauraita.
Kokemuksen mukaan myös kiinnittimen suunnalla on merkitystä. Liikkuvalle ilmalle alttiina oleva mutteri imee enemmän lämpöä kuin suljettu mutteri. Suureen metallirunkoon pultattu laippa johtaa lämpöä kyseiseen kehykseen, jolloin syntyy merkittävä jäähdytyselementti. Tällaisissa tapauksissa lämpösulun lisääminen laipan ja rungon väliin,-kuten ohut kiillekerros tai keraaminen aluslevy-vähentää lämpöhäviötä. Pultit itse voivat myös johtaa lämpöä; pidempien pulttien käyttö tai eristysholkkien lisääminen auttaa.
Toinen lämpönäkökohta on kiinnittimen vaikutus lämmittimen ja ontelon väliseen välykseen. Itse kiinnitin on halkaisijaltaan suurempi kuin lämmitin. Se voi estää lämmittimen työntämisen kokonaan onteloon, jos ontelon porausta ei ole porattu kiinnittimen vastaanottamiseksi. Suunnittelun tulee varmistaa, että kiinnitin ei häiritse onteloa. Koneen rungossa oleva vastaporaus tai syvennys mahtuu kiinnittimeen ja antaa lämmittimen saavuttaa oikean syvyyden.
Yhteenvetona voidaan todeta, että kiinnikkeet voivat vaikuttaa lämpötehokkuuteen ja lämmön jakautumiseen, mutta vaikutuksia voidaan hallita. Aseta kiinnikkeet kylmälle alueelle aina kun mahdollista. Jos niiden on oltava lämmitetyllä alueella, minimoi lämpömassa, käytä heikosti johtavia materiaaleja ja lisää lämpöesteitä. Varmista, että kiinnike ei häiritse ontelon työntämistä. Kun näitä ohjeita noudatetaan, kiinnitetty patruunalämmitin tuottaa saman lämpötehon kuin sileärunkoinen lämmitin, ja lisäetu on turvallinen asennus. Sovelluksissa, joissa tarkka lämpötilan tasaisuus on kriittinen, hyvin suunniteltu kiinnitetty lämmitin pystyy täysin täyttämään vaatimukset.
