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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Heizelement auf 80°C dimensionieren bei 5-10V


Autor: Fluent (Gast)
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Guten Tag,
ich würde gerne ein Heizelement auslegen, welches per Knopfdruck eine 
Temperatur von 80°C erreicht. (Skizze im Anhang)
Das Teil soll in die Hand passen und über einen Knopf verfügen. Bei 
Betätigung soll sich das Element aufheizen, so dass auf einer Fläche 
eine Temperatur von circa 80°C entsteht, was ohne Regelung natürlich 
erst mal schwierig ist. Mir steht jedoch die Kompaktheit im Fokus und 
nicht der Sollwert, der darf ruhig +-20°C schwanken.

Ich habe vom 3D-Drucker z.B. relativ viele Heizpatronen, welche sich 
anbieten würden. Aber generell würde ich gerne wissen ob es Gleichungen 
gibt, mit denen man sich ungefähr eine Temperatur von durchströmten 
Widerständen berechnen kann? Also ich weiß ja welche Verlustleitung zu 
erwarten ist, wenn ich den Widerstand messe. Es wird dann natürlich auch 
ein großer Teil in Strahlung umgesetzt, wobei die Hitze nur in eine 
Richtung gerichtet sein soll. Die andere Seite möchte ich möglichst 
abschirmen oder einen Temperaturbeständigen Kunststoff wählen.

Evt. würde ich dann einen Poti dazwischen schalten, so dass ich die 
gewünschte Beharrungsleistung an der Stelle erreiche, an der ich möchte, 
damit sich die entsprechende Temperatur einstellt.
Die Frage ist aber auch noch, ob ich dafür zwei Handy Akkus in Reihe 
schalten kann, oder die für solch Größe Ströme nicht geeignet sind 
(Glaube ein Smartphone Akku kann circa 1C - 2C ab.
Falls Jemand prinzipiell eine Idee hat wie ich an die Sache rangehen 
könnte, wäre ich sehr froh.

Danke im Voraus!

Autor: Globetrotter (Gast)
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Schau doch mal bei sogenannten thermischen "Mückenstich-Heilern". Die 
beheizte Fläche ist grob geschätzt ca. 1cm² und die Teile werden bei 
Hautkontakt gerade so warm, dass es weh tut aber man keine Verbrennung 
bekommt. Wenn man da noch ein bisschen mehr Saft drauf gibt oder weniger 
Wärme abführt kommt man da sicher auch auf 80°C, denn 60°C erreicht der 
sicher so schon.

Meine Erfahrung stammt von so einem hier:
https://www.amazon.de/Thermo-M%C3%BCcken-Stichheil...

Autor: Fluent (Gast)
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Witzig, eigentlich ist das genau dieses Ding, nur für eine andere 
Anwendung und ein wenig anderer Bauart. Danke schon einmal für die 
Hilfreiche Antwort. Ich werde mir solch ein Ding kaufen und auseinander 
bauen. Generell interessiert mich trotzdem die Theorie noch und wie 
sowas am sinnvollsten umzusetzen wäre bzw. auf was beim Verbraucher, 
Spannungsquelle usw. geachtet werden muss.

Autor: c-hater (Gast)
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Fluent schrieb:

> Generell interessiert mich trotzdem die Theorie noch und wie
> sowas am sinnvollsten umzusetzen wäre

Dann lern' doch einfach die Theorie! Das ist stinknormales "thermal 
design", wie es z.B. auch bei der Berechnung von Kühlkörpern ständig 
benötigt wird.

Sprich: das größte Problem ist die Beschaffung der "Materialkonstanten", 
weil die nunmal einfach vom verbauten Material abhängen. In deinem Fall 
wird wohl der Knackpunkt sein, wohin und wie die Kontaktfläche ihre 
Energie abgeben soll. Es ist nämlich ein ganz erheblicher Unterschied 
(mehrere Größenordnungen), ob du das Teil in einen Wassertank hältst 
oder ob die Energie rein durch Strahlung und Luftzirkulation abgegeben 
werden soll.

Autor: Patrick J. (ho-bit-hun-ter)
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Hi

Meines Wissen nach muß der Mückenstift nur auf knapp über 42°C 
aufheizen, da bei den Temperaturen wohl Enzyme der Mücke zersetzt werden 
und so keine Schwellung und damit kein Jucken eintritt bzw. danach eben 
nicht mehr.

Dein Problem wird die über die Fläche an die kältere Luft/kältere Haut 
abgegebene Energie sein.
Im Vakuum, wo die beheizte Fläche nahezu Nichts abgeben kann, wollten 
kleinste Leistungen reichen, um auf beachtliche Temperaturen zu kommen, 
da einfach die Kühlung fehlt.

Klar, damit hast Du hier 'kein Problem', Du musst nur herausfinden, wie 
viel Energie abgegeben wird und darauf entsprechend 'nachlegen'.

Denke, eine ganz gewöhnliche Regelung sollte Dir reichen, egal ob der 
Mückenstift gerade den Tee warmhalten oder im Nahezu-Vakuum die 
Kontaktplatte auf Temperatur halten soll.

80° halte ich bei Hautkontakt aber für sehr ... äh ... gewagt!

MfG

Autor: Fluent (Gast)
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@c-hater
Deine Antwort war zu ziemlich die dümmste die man geben haben. Ich frage 
nach der Theorie und du sagst "Lern doch erst mal die Theorie". 
Scheinbar weißt du selbst nicht wie man vorgeht und nennst es 
"Stinknormales thermal design". Wenn das angeblich so überschaubar ist, 
hättest du auch hilfreiche Quellen parat.

@Patrick
Danke für den Post und den Hinweis mit der Haut, aber das Ding hat 
nichts mit Mücken zu tun und wird auch nicht mit der Haut von irgendwas 
in Kontakt kommen (Wie ich aber bereits geschrieben habe).
Globetrotter hat mir einfach nur den hilfreichen Hinweis gegeben, dass 
es so etwas von der Funktion her schon zu kaufen gibt, auch wenn es in 
einem ganz anderen Bereich eingesetzt wird.

Autor: Sascha W. (sascha-w)
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Hallo Fluent,

natürlich kann man das so auslegen das die zugeführte Leistung genau der 
an die Umgebung abgegebenen bei 80°C entspricht. Dir sollte allerdings 
klar sein das das erreichen dieser Temperatur dann "unendlich" lang 
dauert.
Wenn du das Teil auf Knopfdruck aufheizen willst wirst du um eine höher 
gewählte Heizleistung und entsprechende Regelung nicht drumherumkommen. 
Evl. findet sich auch ein PTC-Heizelement welches den Strom und damit 
die zugeführte Leistung mit steigender Temperatur durch die Erwärmung 
selbst verringert.
Als Stromversorgung sollte eine LiPo-Zelle ausreichen wenn der 
Widerstand des Heizelements nicht zu hoch ist.

Sascha

Autor: c-hater (Gast)
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Fluent schrieb:

> Deine Antwort war zu ziemlich die dümmste die man geben haben.

Für jemandem, der nach eigenem Bekunden keinerlei Ahnung hat, hast du 
eine ganz schön große Klappe.

Zumal du mit keinem Wort auf den konkreten Hinweis eingegangen bist, den 
ich gegeben habe. Das ist dann schon richtig dummfrech.

Also: mach's dir gefälligst selbst!

Autor: Wolfgang (Gast)
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Patrick J. schrieb:
> Im Vakuum, wo die beheizte Fläche nahezu Nichts abgeben kann, wollten
> kleinste Leistungen reichen, um auf beachtliche Temperaturen zu kommen,
> da einfach die Kühlung fehlt.

Jetzt habe ich endlich verstanden, wie die auf der ISS ihre Abwärme mit 
den Radiatoren loswerden - wenn man dir glaubt, kann das gar nicht 
funktionieren.

Guck dir mal ein paar Grundlagen dazu durch:
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung
https://de.wikipedia.org/wiki/Emissionsgrad

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