Hallo
Bei diesem Projekt geht es nicht direkt um maximale Effizienz oder
absolute Genauigkeit sondern in erster Linie um die Machbarkeit bzw. um
die Entwicklung eines Prototypen der die Kernanforderungen erfüllt
Die Aufgabenstellung lautet wie folgt:
- Kleine metallene längliche (zwischen ~ 0.5-2cm lang und max. 1mm breit
und hoch) Gegenstände (zB. kleinste Nägel oder Klammern) sollen
möglichst schnell(1-3s) auf mindestens 4°C (aber nicht über 100°C
absolut) über der Umgebungstemperatur (~20-35°C) erwärmt werden (alles
außer den Metallgegenständen soll sich möglichst, bis auf die
unvermeidbar abstrahlende Wärme der Metallgegestände selbst, nicht
erwärmt werden).
- Die Gegenstände liegen auf einem isolierenden Material auf (Blatt
Papier, Kunststoffplatte etc, Stärke von 1-5mm, temperaturunempfindlich
bis mindestens 120°C ).
- Man kann sich vorstellen dass auf einem Endlosband (feste Breite von ~
30 cm) permanent neue zu erwärmende Stücke einfahren (mal aber auch
zeitweise keine Metallstücke auf dem Endlosband liegen).
- Der erwärmende Effekt soll auf einer Länge von ca. 10 cm eintreten (so
schnell wie möglich, Laufgeschwindigkeit des Endlosband kann angepasst
werden, ~ max 10 Werkstücke gleichzeitig in dieser Fläche).
(siehe Skizze a)
-Dies soll per Induktion über eine (oder mehrere?) Flachspulen
entstehen.
(Es sollte wenn möglich ab einer Höhe von 10cm keine etwaige Induktion
an Metallstücken erfolgen da in dieser Höhe Sensoren sitzen werden)
- Das System soll einige Stunden am Stück im Dauereinsatz laufen können
Aktueller Stand:
Ich verfüge zwar über ein Basiswissen in Elektrotechnik kenne mich
jedoch im speziellen im Bereich der Induktion und allem was dazu gehört
kaum aus.
Zur Verfügung steht ein "ZVS 1000W Niederspannung Induktion Heizung
Board Modul Flyback Treiber S0Q5" sowie Kupferdrähte in verschiedener
Stärken und ein Netzgerät (bis 31V). Weitere Anschaffungen sind möglich
Ich habe bereits von Hand mit einem 1,7mm starken Kupferdraht eine
Flach/Spiralspule mit 8 Windungen gewickelt die jedoch sehr grob
ausgefallen ist: nicht ganz rund und mit unregelmäßigem Abstand zwischen
den Windungen und die, da sie nicht auf einem Träger fixiert ist, nicht
ganz gleichmäßig flach ist.
Diese Spule funktioniert in sofern, dass sie die Werkstücke in
ausreichender Zeit, zu den gegebenen Bedingungen, ausreichend erhitzt.
Probleme/Fragestellung:
- Durch die nicht ganz flache Form erhitzt sich die Spule selbst
ungewollt selbst an den nicht flachen Stellen -> professionellere Spule
nötig (?) -> wo kann man Flach/Spiralspulen in dieser Größenordnung
kaufen ? Habe erstaunlich wenig dazu gefunden ; Macht es Sinn eine
geeignete Spule vllt doch selber zu drehen (aufkleben, selber isolieren
etc) ?
- Die Anbindung zum inneren der Spule erhitzt sich ungewollt da sie
stets im magnetischen Feld liegt und sich wie ein Werkstück verhält
(siehe Skizze b, rot hervorgehoben) -> Wie kann man dies minimieren oder
vermeiden (Die Stromzufuhr über einzelne dünne Fasern leiten [erhitzt
sich vllt durch den größeren Widerstand?], die Stromleitung in einem
bestimmten Winkel zur Spule abführen o.ä.? (wie wird dies zB bei
Induktionskochfeldern realisiert?)
- Welche Spulenform (Windungsanzahl, Stärke, Abstand zwischen den
Windungen etc) wäre vllt besser für das Vorhaben geeignet?
- In Wicklungsrichtung liegende Werkstücke werden kaum erwärmt -> Andere
Spulenform besser, evtl. mehrere Spulen verwenden (ineinander,
übereinander oder hintereinander?)
Ich weiß dass es bei diesem Projekt viele Baustellen gibt und erhoffe
mir weitere Anregungen und Kritik an dem Plan um einen funktionierenden
Prototypen bauen zu können.
Falls Informationen oder Angaben fehlen werde ich diese natürlich
ergänzen.
Gruß
Im Prinzip ne gute Idee. Dort stellen sich eben nun die Fragen: Kann ich
die Flachspule einfach ausbauen und dirket an meine Schaltung
anschließen. Ich befürchte nicht jede Dimensionierung ist für mein
Vorhaben oder die Schaltung geeignet ? Wodrauf gilt es bei der Spule
oder Wiederverwendung solcher Komponenten zu achten?
Ich überlegte auch einfach eine günstige Infuktionskochplatte zu
erwerben und diese zu nutzen wobei meines Wissens nach diese
Schutzschaltungen haben die verhindern würden das einzelne so kleine
Stücke erwärmt werden würden da dann die Platte gar nicht erst angeht da
sie eine große Metallfläche (Topf) erwartet
Dave schrieb:> Kann ich die Flachspule einfach ausbauen und dirket an meine Schaltung> anschließen
Anschließen Ja, funktionieren Nein.
üblicherweise arbeiten Induktionskochfeld er mit Wechselstrom mit einer
Frequenz zwischen 25kHz und 50Hz. Bei 50Hz erwärmt sich nur die Spule.
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Induktionskochfeld
Dave schrieb:> Ich befürchte nicht jede Dimensionierung ist für mein> Vorhaben oder die Schaltung geeignet ?
Da hast du Recht. Diese Flachspulen sind von der Induktion her auf die
Kochplatten-Elektronik abgestimmt. Außerdem sind an der Rückseite
spezielle Ferrite verklebt, deren Daten man nicht kennt. Diese können
bei falscher Frequenz eine Menge Energie aus dem Schwingkreis ziehen, im
Extremfall sogar zu rauchen beginnen.
GEKU schrieb:> Dave schrieb:>> Kann ich die Flachspule einfach ausbauen und dirket an meine Schaltung>> anschließen>> Anschließen Ja, funktionieren Nein.>> üblicherweise arbeiten Induktionskochfeld er mit Wechselstrom mit einer> Frequenz zwischen 25kHz und 50Hz. Bei 50Hz erwärmt sich nur die Spule.>> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Induktionskochfeld
Welche Windungsanzahl welcher Drahtstärken kommt dann für meine
Schaltung überhaupt in Frage ? (Ich werde morgen mall die Frequenz der
Wechselspannung messen die die Schaltung ausgibt). Vorallem frage ich
mich wie die Erwärmung der Zuleitung (siehe Skizze b, rot) vermieden
werden kann ohne aktiv Kühlen zu müssen...
Davy Jones schrieb:> Dave schrieb:>> Ich befürchte nicht jede Dimensionierung ist für mein>> Vorhaben oder die Schaltung geeignet ?>> Da hast du Recht. Diese Flachspulen sind von der Induktion her auf die> Kochplatten-Elektronik abgestimmt. Außerdem sind an der Rückseite> spezielle Ferrite verklebt, deren Daten man nicht kennt. Diese können> bei falscher Frequenz eine Menge Energie aus dem Schwingkreis ziehen, im> Extremfall sogar zu rauchen beginnen.
Was wäre denn bei den Anforderungen eine angemessene Flachspule bzw.
welche Schaltungs oder Spulenbedingungen müssen gelten um recht kleine
und schmale Stücke zu erwärmen?
Na ich dachte du nimmst einfach die Flachspule aus der Induktionsplatte.
Von den Halbleitern kann man bestimmt auch was brauchen.
Spezielle Spulen kann man fertig kaufen, aber wird bestimmt teurer. Muß
ja speziell gewebte Litze sein.
Abdul K. schrieb:> Na ich dachte du nimmst einfach die Flachspule aus der> Induktionsplatte.> Von den Halbleitern kann man bestimmt auch was brauchen.>> Spezielle Spulen kann man fertig kaufen, aber wird bestimmt teurer. Muß> ja speziell gewebte Litze sein.
Kennst du zufällig ein paar potentielle Anbieter dafür (wurde bisher
nicht zufriedenstellend fündig) und hast du evtl eine Idee für die
Dimensionierung der nötigen Spule?
No Y. schrieb:> PCB Spule?
Meinst du dass eine solche Spule (z.B. auf eine Platine geätzt,
korrekt?) die nötige Stromstärke verträgt um ein ausreichend starkes
Feld zu erzeugen ohne sich selbst zu stark zu erwärmen (kann das leider
selber kaum abschätzen)? Wo könnte man solche Spulen beziehen?
Bonzo N. schrieb:> Was soll so eine Spiralspule ? Die mag ja gut sein fuer Pfannen> drauf.> Fuer ein Foerderband wuerde ich eher auf eine Rechteckige gehen.
Ich konnte beobachten dass ein näherungsweise in Wicklungsrichtung
liegendes gerades Werkstück sich im Verhältnis z.B. zu einem dazu 90°
gedreht liegenden Werkstückes kaum erhitzt. Dadurch dass die runde Spule
eine Krümmung hat und sich das "Förderband" bewegt, das Werkstück somit
nie ganz gerade in Wicklungsrichtung liegen kann, wird dieser Effekt
etwas kompensiert ist aber nach wie vor präsent und sollte vermieden
werden (dazu evtl eine Idee ? mehrere Spulen übereinander vllt?). Ich
befürchte der Effekt würde bei einer rechteckigen Spule viel stärker zum
tragen kommen oder?
Die PCB Spüle wird nicht funktionieren, da Leiterabstände zu groß und
FR4 ab 100 Grad sich langsam verabschiedet.
Ich kenn auch nur Google, sorry. Aber immerhin wissen wir nun, es ist
kommerziell.
Dave schrieb:> Welche Windungsanzahl welcher Drahtstärken kommt dann für meine> Schaltung überhaupt in Frage ? (Ich werde morgen mall die Frequenz der> Wechselspannung messen die die Schaltung ausgibt). Vorallem frage ich> mich wie die Erwärmung der Zuleitung (siehe Skizze b, rot) vermieden> werden kann ohne aktiv Kühlen zu müssen...
Die Wirbelstromverluste nehmen mit der Frequenz zu. Siehe:
https://de.wikipedia.org/wiki/Eisenverluste
Außerdem kann man Spulen mit weniger Induktivität verwenden, dass
bedeutet weniger Windungen.
Die verwendete Frequenz ist jedenfalls das wichtigste, sie ist aber
nicht frei wählbar. Erlaubt sind nur die ISM-Bänder. Zum Metallerhitzen
werden fast nur 13,55 und 27,12 MHz verwendet. Die Arbeitsspule ist
immer Teil eines abgestimmten Schwingkreises. Der Abgleich erfolgt bei
vorgegebener Spule mit Kondensatoren.
Zwischen Sender und Lastspule muß ein automatisches Pi-Filter gegen
Fehlanpassung des Senders (sonst dort Überspannung) geschaltet werden.
Dessen beide motorisch angetriebenen Drehkos werden von der Größe der
gemessenen Phase und Amplitude verstellt.
Bei schnellen Lastwechseln (Förderband) hat man mit manueller
Verstellung keinerlei Chance, außer der Sender ist stark überlastbar.
Gruß - Werner
Die gegebene Schaltung erzeugt bei einer Flach(ring)spule (1,7mm Stärke,
8 Windungen) eine Ausgangsfrequenz von ca. 157kHz bei ca. 1,2V. Bei
einer Zylinderspule (2,0 mm Stärke, 10 Windungen) ca 200kHz bei ca.
1,0V.
Auch wenn man die Parameter fein auf die Situation abstimmen müsste...
kann man dennoch grob abschätzen wieviele Windungen bei welcher
Drahtstärke ausreichend sein sollten um Metallstücke (gegebener Größe)
in 1-2 cm Abstand zu erwärmen und dabei möglichst die Selbsterwärmung
der Zuleitung und/oder das nicht/kaum Erwärmen von in Wicklungsrichtung
liegenden Stücken vermieden werden kann bzw. es stabiler und effizienter
funktioniert. Per Try&Error ohne das nötige Fachwissen Spulenvariationen
zu drehen und zu testen ist sehr mühsam und von mäßigem Erfolg gekrönt.
Ein paar begründete Schätzungen sind alles was ich erwarten kann bei
diesen Angaben aber das würde mir schon weiterhelfen.
Gruß
