FoamCutter Power100 habvágó tápegység

Legyen szó épületek hőszigeteléséről, dekorációs elemek, díszlécek, feliratok készítéséről, a polisztirol habot ilyen célra elterjedten alkalmazzák. Aki ilyen anyagokkal dolgozik, az tisztában van azzal, hogy a megmunkálásuk külön szerszámot igényel, ami nem merül ki egy éles késben, vagy szikében. Ezen anyagok esztétikus darabolása csupán mechanikus úton nem megoldható, illetve borzasztó körülményes. Ipari méretben, de még hobbi jellegű munkákhoz is a minőségi eredmény elréséhez a legtöbb esetben valamilyen melegített huzallal történő alakítási, darabolási módszert alkalmaznak. Aki hobbi, vagy kisipari szinten használ ilyen anyagot, az általában valamilyen szabályozható tápegységgel kell, hogy dolgozzon a szép eredmény elérése érdekében. Egy ilyen célra kifejlesztett szabályozható tápegységet terveztem és építettem meg, melynek működését alább ismertetem.

A tápegység bemutatása előtt érdemes kitérni röviden a polisztirol alapanyagok, a megmunkálásukhoz (vágásukhoz) alkalmazott huzaltípusok, a vágószerszámhoz szükséges huzal kiválasztásának szempontjaira, mert nem minden a tápegységen múlik. A polisztirol haboknak alapvetően kétféle típusuk ismert, az EPS és az XPS. Mindkettő alapanyaga azonos kémiai összetételű, a különbség csupán az előállítás módjában van.

EPS habok

Az EPS habokat expandálással állítják elő. Expandálás során egy kisebb kiterjedésű anyagból nagyobb térfogatú anyag keletkezik. A gyártáshoz szükséges alapanyag gyöngyök formájában előállított, hőre lágyuló polimerizált sztirol és pentán, valamint égéskésleltető adalék. Egy úgynevezett előhabosítási folyamat során ezek a gyöngyök megpuhulnak és a hőmérséklet növelésével pentán gáz szabadul fel, melynek köszönhetően a gyöngyöcskék térfogata nagyjából a tízszeresére növekszik. A hőkezelés után a gyöngyök kérge megkeményedik, a hajtóanyag összehúzódása következtében a belsejében csökkenő nyomást, a kemény kérgén keresztül beáramló levegő egyenlíti ki. A megnövekedett gyöngy térfogatának túlnyomó részét így belülről levegő tölti ki. Az előkezelt gyöngyöket formába öntik, majd újabb hőkezelésnek veti alá, mely következtében tovább fog növekedni a térfogatuk és kitöltik a rendelkezésre álló teret. A kiterjeszkedés során a kis gömbök egymáshoz préselődnek és összehegednek. Pihentetés után megfelelő méretre darabolják.

Az EPS anyag nagyjából 80 °C feletti hőmérsékleten olvad meg, izzószálas habvágóval emiatt nagyon jól alakítható. Ezt az anyagot emlegetik még hungarocell, nikecell és polisztirol néven is, elsősorban hőszigetelésre, illetve különféle beltéri dekorációs célokra használják.

XPS habok

Extrudálással, habosító adalékot nem tartalmazó granulátumból készülnek speciális gyártástechnológiával, széles résű extruderen. Az expandált (EPS) változattal ellentétben kemény, zárt cellás anyagszerkezetű polisztirolhab, így rendkívül csekély a vízfelvétele (0,2–1,0 V%). Ennek megfelelően főleg a víznek kitett helyeken alkalmazzák, lábazaton, fordított rétegrendű lapostetőn, zöldtetőn. Szerkezete homogénebb, kisebb légzárványokat tartalmaz. Nehezen éghető.

Kültéri dekorációs elemek fontos alapanyaga, illetve hőszigetelőanyagként is elterjedten alkalmazzák, leginkább nedves helyeken. Polisztirol habból készült méhkaptárak alapanyagaként is XPS habot alkalmaznak. Az EPS habok vágási hőmérséklete valamivel alacsonyabb, mint az XPS anyagoké, viszont mindkét típus izzószál segítségével vágható. Az izzószálas vágók kialakítása nagyon változatos, vannak különféle kialakítású kézi vágóeszközök, illetve ipari méretű feldolgozás során gépi vágóegységeket alkalmaznak. Bármilyen kivitelűek is ezek a vágóeszközök, a legfontosabb eleme mindegyiknek az ellenálláshuzal, vagy ellenállás szalag.

Az ellenálláshuzal

Ellenálláshuzalt alkalmaznak szinte minden elektromos elven működő melegítőben, illetve fűtőtestben. Kedvező tulajdonságai miatt a felmelegített huzal polisztirol habból készült anyagok darabolására is kiválóan használható. A működési elv rendkívül egyszerű, valamekkora ellenállást képviselő vezető anyagon (itt leginkább ellenállás anyagon) áramot vezetnek át. A nem tökéletes vezetés miatt veszteség keletkezik, mely hő formájában jelenik meg az ellenállás anyagban. Ellenálláshuzal beszerzésére ma már sok lehetőség kínálkozik, fűtőtestek javításához, illetve különleges értékű ellenállások készítéséhez is használják. Leggyakoribb ellenálláshuzal alapanyagok az un. Kanthal ötvözetek.

Az ellenállás ötvözetek két nagy csoportra oszthatók, úgy mint a FeCrAl (Kanthal) és a NiCr (Nikrothal) alapú ötvözetek. A Kanthal A-1 maximális hőmérséklete 1400 °C (2550 °F), míg a Nikrothal 80 maximális hőmérséklete 1200 °C (2190 °F). Az ellenálláshuzalok többféle ötvözetből készülnek, így fajlagos ellenállásuk értéke ettől függően tér el egymástól. A nagyobb fajlagos ellenállású ötvözetek lehetővé teszik a nagyobb keresztmetszetű, illetve rövidebb huzalok felhasználását.

A leggyakoribb ellenálláshuzalok fajlagos ellenállása 20 °C-on:

  • Kanthal A-1: 1,45Ωmm2/m
  • Kanthal AF: 1,39Ωmm2/m
  • Kanthal D: 1,35Ωmm2/m
  • Cekasz: 1,04Ωmm2/m
  • Nikrothal 80: 1,09Ωmm2/m
  • Nikrothal 70: 1,18Ωmm2/m
  • Nikrothal 60: 1,11Ωmm2/m
  • Nikrothal 40: 1,04Ωmm2/m

A polisztirol habok vágásához többféle típusú, keresztmetszetű és hosszúságú huzalt használnak. Kis elektromos ellenállású huzalok – mivel jól vezetik az áramot - kevesebb hőt disszipálnak el, viszont rajtuk keresztül ugyanakkor nagy áram folyik. Ilyenek jellemzően a nagyobb keresztmetszetű, vagy rövidebb huzalok. A vékonyabb, vagy hosszabb ellenálláshuzalok jól melegítenek, mert a nagy ellenállásnak köszönhetően rajtuk nagyobb mennyiségű energia alakul hővé.

Kanthal termékek

Az egyes Kanthal terméktípusokra kattintva megtekinthetőek az adott huzalhoz tartozó részletes technikai adatok a gyártó weboldalán. Nyilván a kínálat ettől jóval nagyobb, érdemes a további termékek adatlapjait is megnézni. Az itt felsorolt huzalok már kellően nagy keresztmetszetűek ahhoz, hogy kicsi vágóegységeket lehessen belőlük készíteni, bár az ellenállássuk miatt nem mindegyik alkalmas a feladatra. Hogy miért? Részletek lentebb.

  • Kanthal SW 010 (FeCrAl) 1,45Ωmm2/m 7,1g/cm3 Ø1,6mm
  • Kanthal SW 030 (FeCrAl) 1,35Ωmm2/m 7,25g/cm3 Ø1,6mm
  • Kanthal SW 100 (FeCrAlY) 1,39Ωmm2/m 7,15g/cm3 Ø1,6mm
  • Kanthal SW 200 (NiCr) 1,09Ωmm2/m 8,3g/cm3 Ø1,6
  • Kanthal SW 210 (NiCrFe) 1,11Ωmm2/m 8,2g/cm3 Ø1,6mm
  • Kanthal SW 230 (NiCrFe) 1,04Ωmm2/m 7,9g/cm3 Ø1,6mm
  • Kanthal SW 775 (NiCrMo ) 1,11Ωmm2/m 8,45g/cm3 Ø1,6mm
  • Kanthal SW 801 (CrNiMo) 4,11Ωmm2/m 8g/cm3 Ø1,6mm
  • Kanthal SW 806 (NiAl) 0,42Ωmm2/m 8,2g/cm3 Ø1,6mm
  • Kanthal SW 782 (NiFe) 0,37Ωmm2/m 8,2g/cm3 Ø1,6mm
  • Kanthal SW 821 (CuNi) 8,8g/cm3 Ø1,6mm
  • Kanthal SW 921 (CuNi) 4,11Ωmm2/m 8g/cm3 Ø1,6mm

Az izzószálas habvágás feltételei

Maga a vágási folyamat nem bonyolult, egy megfelelően felizzított huzalt kell átvezetni az anyagon, ami a hőmérsékleténél fogva a közvetlen közelében lévő habot elpárologtatja. A polisztirol hab alacsony olvadási hőmérsékletének köszönhetően az anyag már  80 °C feletti hőmérsékleten megolvad. Az izzószál hőmérséklete akkor az ideális, ha a habot úgy képes elpárologtatni, hogy azzal nem kerül fizikai kontaktusba. Megjegyzendő, hogy az izzószál a gyakorlatban viszont sok esetben érintkezik a vágandó anyaggal. A minőségi munkavégzés elengedhetetlen feltétele a vágandó anyag megfelelő, egyenletes megvezetése, esetenként rögzítése az izzószál folyamatos, egyenletes mozgatása mellett, valamint az izzószál hőmérsékletének pontos beszabályozása és lehetőség szerint állandó értéken tartása.

Az izzószál hőmérsékletének mérése a gyakorlatban nehezen kivitelezhető különösen a vágás közben, mikor az anyagba érve a környezeti viszonyok megváltozásával az ellenálláshuzal hőmérséklete is megváltozik, ráadásul habvágás közben a teljes huzalszakaszra nézve több ponton is eltérhet. Mivel a huzal hőmérséklete az átfolyó áram arányával azonos mértékben változik és az áram mérése, illetve szabályozása elektronikai szempontból is egyszerűbben kivitelezhető, így a huzal táplálására legjobb olyan tápegységet alkalmazni, ami a kimeneti kapcsaira csatlakoztatott terhelésen átfolyó áramot képes pontosan beszabályozni. Nagyon fontos a huzal hosszúságának ismeretében a megfelelő keresztmetszetű és fajlagos ellenállású anyag jó megválasztása.

A FoamCutter100 tápegység

A fent leírtak figyelembe vételével az elmúlt 1 év során kifejlesztésre került egy olyan szabályozható tápegység, mely kifejezetten habvágás céljára használt ellenálláshuzalok szabályozható működtetését biztosítja.

Az eszközzel szemben támasztott legfontosabb követelmények:

  • nagy pontosságú, valós időben megfelelő sebességű áramszabályozás a fogyasztón
  • beállíthatóság széles tartományban
  • kellő teljesítmény a nagyobb energiaigényű felhasználáshoz
  • pontos beállíthatóság
  • egyszerű kezelhetőség
  • igényes és strapabíró kialakítás
  • üzembiztos működés ipari szintű igénybevétel esetén is.

Kezelés

A FoamCutter100 egy váltakozófeszültségű szabályozható tápegység. Az áram szabályozását mikroprocesszor végzi, ennek köszönhetően a beállított értéket nagyon stabilan képes tartani. A beállítás 0,01A-es lépésekben történik nyomógombok segítségével, mely 0,2A és 8A között tetszőlegesen választható. A beállított érték a készülék előlapján látható LED kijelzőről olvasható le, amennyiben a kijelző előtti „Set” LED világít. Bekapcsolást követően a kijelzőn minden esetben a minimális áramerősség jelenik meg. A kimenet ekkor még inaktív állapotban van.

A kimenete aktiválása „⚡” gomb segítségével lehetséges. A beállított áram – amennyiben van csatlakoztatott terhelés – lassú felfutással eléri a beállított értéket és a szabályozás igyekszik azt a lehető legstabilabban tartani. A kijelzőn ekkor a valóságban mért áram pillanatnyi értéke látható. Ezt jelezvén a „Set” LED kialszik és a „Load” LED kezd világítani. A kijelzőn megjelenő érték egy minimális intervallumon belüli ingadozása normális. Ez a huzal egyenetlen hőleadásából, illetve az 50Hz-es váltakozóáram méréséből adódik. A folyamatosan mért kimeneti áramot kiértékelő és szabályozó algoritmusnak köszönhetően ez az ingadozás jellemzően 0,1A-nél kisebb mértékű. Vágás befejeztével, esetleg tartósabb szüneteltetés alkalmával ajánlott a kimenet kikapcsolása.

Védelmek

A készülék túlterhelés elleni védelemmel van ellátva, illetve kétpontos beépített hőmérséklet figyelést is tartalmaz. Túlmelegedés esetén a kimeneti feszültség lekapcsolásra kerül, a kijelzés kikapcsol és a kijelző alatti hőmérő szimbólum mellett egy sárga színű LED világít. Ebben az esetben meg kell várni, amíg a felhevült alkatrészek visszahűlnek. Amint a készülék ismét használatra kész, visszakapcsolás automatikusan megtörténik, viszont a kimeneti áramot a „⚡” gomb megnyomásával, manuálisan kell visszakapcsolni.

A kimeneti kapcsok névleges feszültsége 12VAC. A terhelés mértékétől függően ez a feszültség kevesebb lehet. A kimeneten megjelenő feszültség törpefeszültség, melyet a készülék beépített transzformátor segítségével állít elő a 230VAC hálózati feszültségből, ezért a kimenet nincs galvanikus kapcsolatban az elektromos hálózattal. Mivel a készülék táplálása 230V-os váltakozófeszültségről történik a benne üzemszerűen feszültség alatt lévő alkatrészek megfelelően el vannak szigetelve a készülék burkolatától. A burkolat anyaga azonban eloxált alumínium, így egy esetleges meghibásodás esetén arra veszélyes érintési feszültség kerülhet, ami miatt a készülék burkolatát a hálózat védővezetőjéhez kell csatlakoztatni. A hálózati kábel, mely tartozéka az eszköznek ezt a védelmet megvalósítja, viszont a készüléket szigorúan tilos földeletlen dugaljba dugni.

A készülék hátlapján található biztosíték súlyos meghibásodás, illetve túlfeszültség okozta hirtelen nagy áramfelvétel esetén azonnal kiold, ezzel feszültségmentesítve a készüléket. A túlfeszültség levezetési küszöbérték 275V. A beépített túlfeszültség védelem nem üzemszerű védelem, csupán biztonsági célt szolgál. Áramfejlesztőről való üzemeltetés nem ajánlott kivéve, ha az stabilizált kimeneti feszültséget állít elő.

Használat

A készülék használata, beállítása rendkívül egyszerű. Az eszközhöz egy szabványos hálózati kábel és 2db 4mm-es banándugó jár tartozékként. A hálózati kábelt csatlakoztatva a készülékhez és a hálózati dugaljba, a készülék hátlapján található billenőkapcsolóval lehet a tápegységet bekapcsolni. Innentől a tápegység üzemész, már csak a kiválasztott vágóegységet kell csatlakoztatni a banándugós aljzatokba, illetve a hozzá tartozó áramerősséget beállítani és kezdődhet is a munka.

A polisztirol habok darabolása, formára vágása változatos és egyedi vágóegységek kialakítását igényli. Emiatt a tápegység mellé kizárólag ellenálláshuzalokat ajánlunk, melyekből kiválasztva a megfelelőt, optimális elektromos paraméterekkel rendelkező vágóegység alakítható ki. Minden vágóegységet külön kábellel és banándugóval felszerelve a munka rendkívül hatékonnyá tud válni, mivel az egységek cseréje és a hozzájuk tartozó áram beállítása rövid időt vesz igénybe. A banándugó szabványos csatlakozó, így a legtöbb elektronikai alkatrészt árusító, illetve villanyszerelési szaküzletben beszerezhető. Extra banándugó igény esetén én is tudok segíteni. Az ajánlott típus Hirschmann BUELA 20K, 4mm érintkező átmérő, 60V, 16A.

Vágóegységek cseréjénél az aktuálisan üzemelő egységről az áramot  a „⚡” gomb megnyomásával le kell kapcsolni. Ezt követően a vágófej lecsatlakoztatható, illetve be lehet csatlakoztatni az új vágóegységet. Az új vágóhoz tartozó áram beállítását követően  a „⚡” gombbal már indítható is a felfűtés. Ha az áram elérte a beállított értéket célszerű még néhány másodpercet várni, míg a huzal is eléri az üzemi hőmérsékletet, majd indulhat a vágás.

Huzal kiválasztása

Az elsődleges szempont a kívánt vágóegység elkészítéséhez a huzal keresztmetszete és hossza. Hosszú, egyenes darabolókhoz vékonyabb huzal az ideális, mely jól feszíthető, ugyanakkor a mechanikai hatásokat is jól bírja, használat közben nem szakad el. Hevítéskor az anyag kitágul, mely nagyobb méretű vágók esetében jelent problémát. A hosszú huzalok feszítését ezért rúgóval szükséges megoldani, hogy a tágulás után is megfelelő feszességű legyen a huzal.

1 méter, vagy attól rövidebb huzalhosszúságú vágókhoz alkalmazható a Kanthal A-1, AF, D típusok. Ettől nagyobb, de 2 méter alatti méret esetén a Nikrothal huzalok, a leginkább megfelelőek. 2 felett, illetve 3-4 méteres vágóknál törekedni kell a kicsi fajlagos ellenállású huzalok alkalmazására, mint például a Nikrothal 80, vagy a cekasz.

Ha a huzal teljes hosszán a maximális kapocsfeszültség esik, az áram nem növelhető tovább, hiába van beállítva nagy áramérték. Ilyenkor a szabályozás eléri a teljes kivezérlési állapotot és az áram egy adott ponton túl nem fog növekedni. Ennek elkerülése végett a hosszú vágóegységeknél fontos a megfelelő fajlagos ellenállású huzal megválasztása. Jellemzően minél hosszabb huzallal szeretnénk vágni, annál alacsonyabb ellenállású anyagból kell azt elkészíteni. Adott huzalhossz ellenállása azonos alapanyagú, de nagyobb keresztmetszetű változatokkal tovább csökkenthető.

A rövid, néhány centiméteres vágófejek kialakításánál más szempontok is érvényesülnek. ezeknél fontos a huzal megfelelő merevsége is, mivel az ilyen kicsi vágók nagyrészt formára hajtott, rövid huzalból állnak. Ahhoz, hogy a forma a vágás során is megmaradjon, nagyobb átmérőjű, nehezebben hajlítható huzalt kell alkalmazni. Mivel ezen huzalok rövidek, így az ellenállásuk nagyon kicsi, ehhez még társul a nagyobb keresztmetszet, ami tovább csökkenti az ellenállást. Ebből kifolyólag a kicsi vágófejek nagyon nagy áram mellett képesek csak felhevülni. Ebben az esetben törekedni kell a lehető legnagyobb fajlagos ellenállású huzal kiválasztására, (pl. Kanthal A-1, Kanthal SW 801, Kanthal SW 921) valamint a keresztmetszet tekintetében is csak addig szabad elmenni, ameddig az feltétlenül indokolt.

Bekapcsolási idő

Minél nagyobb a vágóáram, annál nagyobb teljesítmény leadására van szükség, ami miatt a készülék gyorsabban is melegszik. A hőmérséklet figyelés 70C foknál aktiválódik. A vágási idő függ a környezeti hőmérséklettől, illetve a leadható hőmennyiségtől is. Az alábbi táblázat többféle áramerősségen történő 1 órás folyamatos üzemeltetés mérési eredményeiből készült el. A környezeti hőmérséklet 20C fok.

Bekapcsolási idők

A grafikonon jól látható, hogy mennyivel csökken a bekapcsolási idő a teljesítmény növelésével, ugyanakkor az is látszik, hogy 3A-es áramerősségig a tápegység gyakorlatilag folyamatos üzemelésre képes. A bekapcsolási idő növelhető, ha a készüléket hűvös helyen helyezi el, illetve a légáramlás körülötte biztosított. nem szükséges mesterséges levegőmozgatás, elegendő annyi is, ha már nem egy zárt polcban, vagy asztalban üzemelteti a készüléket.

Tovább növelhető a készenléti idő, ha a munka során abban az időszakban, amikor előreláthatólag hosszabb ideig nem kíván vágni, akkor a „⚡” gombot használva kapcsolja le az áramot a huzalról. Kikapcsolt állapotban sem a szabályozó elektronika, sem pedig a transzformátor nem termel hőt.

A készülék strapabíró alumínium házat kapott, de a burkolata nem por és cseppálló. A munkaterület kialakításánál az elhelyezésnél erre ügyelni kell.

Rendelés

Habvágó tápegység

A FoamCutter Power100 tápegység ára 75.000Ft.

Rendelési kód: EI-01401

Tartozékok: 1db 230V hálózati kábel, 1db piros és 1db fekete  Hirschmann BUELA 20K, 4mm-es banándugó.

Garancia: 2 év

Megrendelésre készül, gyártási idő 1 hét

MEGRENDELÉS

Banándugók

Minőségi Hirschmann BUELA 20K 60V 30A banándugó szett ára 680Ft.

Egy szett rendelési kódja: EI-01402

Raktáron van

MEGRENDELÉS

Folyamatos terméktámogatás és frissítési lehetőség

A felhasználói visszajelzések alapján az ismert hibák javítása, fontosabb funkcionalitásbeli bővítések:

2017.01.05. SW v.1.1 A készülék folyamatos üzemben véletlenszerű időközönként egy rövid pillanatra lekapcsolta a kimenetről a feszültséget, majd vissza. Felhasználói visszajelzés alapján, az észlelt szoftveres hiba javításra került.

Minden, a frissítési dátum előtt készült alapmodell szoftveres hibajavítása garanciaidőn túl is díjmentesen igényelhető!

Felhasznált irodalom:

Készült egy rövid film, ami a tápegység használatát igyekszik demonstrálni. A tesztelés idejére sajnos csak sima EPS hab állt rendelkezésre, illetve egyetlen 60cm hosszú vágóegység, ami a film kedvéért készült. Rövid huzalokkal nagyrészt elektronikus tesztek és vágóképesség próbák lettek végezve, konkrét vágás bemutatásához vágófejeket kellett volna gyártani belőlük, így az azokkal történt vágások nem lettek lefilmezve.