Hallo,
In der Entfernung x zur Spitze eines Loetkolbens befindet sich
das Ende eine Polymeren Faser mit einem Durchmesser von
beispielsweise 200 bis 400 Micrometer. Durch die Waerme des
Loetkolbens soll das Ende der Faser (also die Schnittflaeche
bzw. der Querschnitt) erhitzt und zum schmelzen gebracht
werden.
Es geht also um sehr selektive Erwärmung (nur Stirnfläche) ?
Wie ich in Versuchen schon festgestellt habe, ist die
Abhaengigkeit in Bezug auf die Temperatur (also irgendwie auch
auf die Distanz) nicht linear.
Wie schon geschrieben , wirkt natürlich das Abstandsgesetz
P ~ r² mit der Randbedingung x >> Ds (Ds = Durchmesser Stahler)
Meiner Meinung nach (deswegen
auch der Titel des Artikels) haengt das mit dem
Boltzmann-Gesetz zusammen. Die Temperatur ist im
Boltzmann-Gesetz 4. Grades.
Auf Stefan-Boltzmann-Gesetz wurde schon von M.B. hingewiesen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmann-Gesetz
Beachte aber, daß Du natürlich mit Kelvin rechnen mußt.
Für den Emmissonsgrad kannst Du sowohl für die Faser als auch
für den Lötkolben (nicht glänzend) erstmal ca. 0.9 annehmen.
Nun meine Frage: Hat jemand schon Erfahrungen mit sowas
gemacht? Gibt es eine Moeglichkeit die Temperatur (also die
Temperatur die zum Schmelzen der Oberflaeche fuehrt) an der
Oberflaeche des Querschnitts der Faser in Abhaengigkeit zur
Entfernung x und der Temperatur des Loetkolbens zu bestimmen?
Zumindest rein rechnerisch wird das nicht so schwer sein.
Allerdings macht das Stefan-Boltzmann-Gesetz mit der Abhängigkeit
zu T^4 da ein paar Probleme. Geringe Temperaturänderungen
bewirken schon heftige Änderungen der Strahlungsleistung.
Der Strahler muß also sehr gut konstant gehalten werden.
Die Messung und Regelung der Stahlungsintensität könnte man
aber wohl mit einem Referenzempfänger z.B. dicht neben der
Faser ganz gut machen (z.B. Thermolelement mit def. Empfangsfläche).
Um überhaupt zu einer ordentlichen Strahlungsleistung zu
kommen, muß der Strahler ausreichend heiß werden.
Sonst sind die Einflüsse durch Umgebungstemperatur und
Konvektion womöglich zu groß.
Ob Lötkolben da überhaupt reicht ? 600-700°C wären gut.
Der Strahler sollte auch eine geeignete Form haben.
Außerdem müßtest Du eine Konstruktion nehme, die Konvektion
weitgehend behindert (z.B. Faser in einen Hohlraum tun, in
dem wenig Strömung stattfindet.
Spielt da auch der Durchmesser der Faser eine Rolle?
Nur in sofern, als daß mit dem Durchmesser das Verhältnis
Stirnfläche zu dahinter liegender Mantelfläche sich ändert.
Von der Stirnfläche wird ja Wärme per Wärmeleitung an das
Faserinnere weitergeleitet.
Mit größer werdender Faser sollte der Einfluß durch
Konvektionskühlung und Abstrahlung geringer werden.
Die Faser besteht aus PMMA. Natuerlich ist ein Loetkolben
nicht wirklich sehr gut definierbar. Ich hoffe es gibt
trotzdem eine Moeglickeit…
Warum soll es denn überhaupt so gemacht werden.
Ist die Erwärmung in einem Luftstrom nicht gut.
Evtl. ist auch die Kombination von Konvektion und Strahlung zweckmäßig. z.B. im Luftstrom bis knapp unter Schmelzpunkt
erwärmen und dann die paar Grad zum selektiven Aufschmelzen
mit entsprechend viel geringerer Strahlungsintensität machen.
Die Störeinflüsse werden damit IMHO deutlich geringer.
Gruß Uwi
