Wolframwendel Überwachung

Hallo,

in einer Hochvakuum-Anlage zur Beschichtung von Bauteilen mit Aluminium befindet sich ein Heizwendel aus Wolfram. Der Drahtdurchmesser ist ca. 1-2mm. Über die Windungen des Heizdrahtes werden kurze Stücke Aluminium-Draht gehängt, und wenn die Schmelztemperatur des Aluminiums erreicht ist benetzt es den Wolframdraht. Das Problem dabei ist dass sich bei längerer Betriebsdauer eine Alu-Wolfram Legierung bilden kann, was dazu führt dass der Heizdraht durchbrennt. Dieses Durchbrennen ist extrem unerwünscht weil heisse Tropfen auf das Werkstück oder in die Turbopumpe fallen könnten. Man könnte den Widerstand des Heizdrahtes elektronisch zu überwachen: Ein Mikrocontroller mit 2 Analog-Eingängen erfasst Strom und Spannung um den Widerstand zu berechnen. Das ganze schnell genug, um das Durchbrennen rechtzeitig zu erkennen und dann sofort den Strom abzuschalten. Wenn der Draht durchbrennt müsste sich das eigentlich durch eine Erhöhung des Widerstandes ankündigen, weil a) die Temperatur lokal ansteigt und b) der Querschnitt lokal verengt wird. Als Nebeneffekt hätte man gleich noch eine Temperaturanzeige.

Fragen:

  1. Ich suche den spezifischen Widerstand von Wolfram bei höheren Temperaturen, entweder als Tabelle oder als Reihenentwicklung.

  1. Gibt es solche Überwachungsschaltungen schon?

  2. Hat jemand eine Idee wie gross die "Vorwarnzeit" ist? Ich denke mal dass ich weit auf der sicheren Seite liege wenn der Controller mit 10kHz abtastet.

Gruss Michael

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Michael Koch
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Hallo Uwe,

Stimmt, das hatte ich noch nicht bedacht. Dann brauche ich wohl besser eine Konstantstrom-Versorgung.

dem Ausschalten?

Ist ziemlich träge bei diesem Drahtdurchmesser, dauert einige Sekunden.

Michael

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Michael Koch

Hallo Frank,

Das kommt drauf an wie schnell die Abschaltung sein muss. Das einfachste wäre ein Relais, geschätzt 50ms. Mit Triac wären es maximal 10ms. Und wenn es noch schneller sein muss dann brauche ich einen Transistor-Schalter.

wieso? Beim Einschalten ist doch der Widerstand am kleinsten, also deutlich unterscheidbar vom Durchbrenn-Vorgang, wo der Widerstand am grössten ist.

Gruss Michael

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Michael Koch

Hallo Uwe,

Weiss ich nicht genau, aber ich denke man muss in die Nähe der Verdampfungstemperatur des Alus kommen (2450°C). Und das ist nicht mehr so weit von der Schmelztemperatur des Wolframs (3380°C) entfernt.

Das geht in diesem Fall nicht weil meine Anlage horizontal arbeiten soll. Aus Schiffchen kann man nur nach oben verdampfen.

Gruss Michael

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Michael Koch

Hallo Uwe,

Nein, horizontal von links nach rechts.

Alle anderen Anordnungen haben gewisse Nachteile:

-- Verdampfer unten, Werkstück oben: Werkstück ist schwierig zu befestigen, Abschattungen dort wo es aufliegt.

-- Verdampfer oben, Werkstück unten: Alu und/oder Wolfram kann runtertropfen aufs Werkstück oder in die Pumpe.

Vielleicht geht das, aber ich wollte mich nicht zu weit von bewährten Methoden entfernen. Ich weiss dass die Methode mit dem Alu auf der Wolframwendel funktioniert, abgesehen von dem Problem dass der Draht durchbrennen kann. Was man natürlich verhindern kann wenn man ihn rechtzeitig austauscht. Aber Wolfram ist teuer und ich möchte nicht früher austauschen als notwendig. Gruss Michael

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Michael Koch

Hallo Uwe,

verstehe ich noch nicht so ganz. Angenommen ich habe eine steuerbare Konstantstromquelle und die Anstiegsgeschwindigkeit des Strom-Sollwertes wird begrenzt, so dass die Aufheizung ca. 10 Sekunden dauert. Ich überwache ständig den Spannungsanstieg dU/dt. Er müsste doch am Anfang klein sein (wegen des Kaltwiderstandes) und dann grösser werden. Also hat die Schutzschaltung die grösste Empfindlichkeit wenn der Draht heiss ist. Oder mache ich da einen Denkfehler?

Gruss Michael

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Michael Koch

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