Lämpötila-arvojen valinta magneettisille kooderilevyille korkeissa/matalalämpötiloissa: Ruiskuvalettu ferriitti vs. Kumimagneetti – älä vain katso sanaa 'ferriitti'

Kun yhteistyörobotti on käynyt jatkuvasti useita tunteja, sen sijaintipalaute alkaa ajautua hitaasti. Kun liitos puretaan, magneettinen kooderilevy näyttää ehjältä, eikä sen magnetoinnissa ole ilmeistä poikkeavuutta, mutta kun se testataan uudelleen huoneenlämmössä, kulmavirhe ei palaa alkuperäiseen arvoonsa. Ongelma ei useinkaan ole enkooderin sirussa, vaan siinä, että levymateriaalin käyttäytymistä korkeissa lämpötiloissa on aliarvioitu.

Magneettisten enkooderilevyjen materiaalivalinnassa ruiskupuristettu ferriitti ja kumimagneetti ovat kaksi yleisimmin verrattavaa vaihtoehtoa. Yleinen virhearvio on: molempia kutsutaan 'ferriittimagneeteiksi', joten niiden lämpötilankestävyyden tulisi olla samanlainen. Todellisuus on täsmälleen päinvastainen - mikä määrittää niiden lämpötilaluokituksen, ei pääasiassa ole magneettinen ferriittijauhe, vaan 'sideaine', joka pitää magneettisen jauheen koossa . Magneettisen ferriittijauheen Curie-lämpötila voi olla jopa 450–470 °C, mutta maksimilämpötila, jossa enkooderilevy voi toimia pitkällä aikavälillä, riippuu lähes täysin siitä, kuinka korkeaa matriisimateriaalit - nailon, PPS, nitriilikumi tai hydrattu nitriilikumi - kestävät.

1. Kahden materiaalin 'Lämpötilatotuus': magneettinen jauhe asettaa lattian, sideaine katon

Ruiskupuristettu ferriitti valmistetaan sekoittamalla ferriittimagneettista jauhetta kestomuovihartsiin (nailon, PPS jne.) ja ruiskupuristamalla. Sen lämpötilakaton määrää hartsi, ei ferriitti:

• Nylon 12 (PA12) matriisi: maksimi käyttölämpötila noin  120°C;

• Nylon 6 (PA6) -matriisi: noin  150 °C;

• Polyfenyleenisulfidi (PPS) matriisi: voi saavuttaa noin  180 °C.

Kumimagneetti on joustava magneetti, joka on valmistettu täyttämällä nitriilikumi (NBR), hydrattu nitriilikumi (HNBR) tai muut elastomeerit ferriittimagneettisella jauheella. Kumikoostumus hallitsee myös sen lämmönkestävyyttä, ja leviäminen on suurempi kuin monet ihmiset kuvittelevat:

• Tavanomaiset NBR-formulaatiot kooderilevyillä on yleensä mitoitettu pitkän aikavälin käyttölämpötilan ylärajaksi, joka on noin  80 °C . Lyhytaikainen altistuminen 80 °C:ssa voi pitää magneettisen vaimenemisen suhteellisen alhaisella tasolla, mutta lisäkuumennus lisää merkittävästi peruuttamattoman demagnetisaation riskiä;

• NBR-formulaatiot teollisiin koodereihin voivat saavuttaa  140–150 °C ja HNBR-formulaatiot voivat saavuttaa  160–180 °C.;

• Korkeissa lämpötiloissa käytettävien matriisien, kuten silikonikumin tai erityisen magneettisen jauhemodifioinnin, ansiosta kumimagneettien lyhytaikainen toleranssikatto voi olla jopa korkeampi, mutta tällaiset formulaatiot maksavat hinnan mittastabiilisuudessa, moduulissa ja kustannuksissa.

• Toisin sanoen molemmat väitteet - 'kumimagneetit voivat saavuttaa vain 80 °C' ja 'kumimagneetit voivat saavuttaa myös yli 150 °C' - voivat pitää paikkansa. Ero on koostumuksessa, ei laajassa kategorianimessä 'kumimagneetti'. Jos valinnassa lukee vain 'kumimagneetti' lukitsematta kumilaatua ja toimittajan todellista pitkäaikaista lämpötilakäyrää, korkean lämpötilan olosuhteiden riskejä ei voida pysäyttää tulevalla tarkastuksella.

2. Ytimen jakoviiva korkean/matalan lämpötilan valinnassa: ei 'Voidaanko sitä käyttää', vaan 'Onko demagnetointi palautuvaa'

Lämpötilan vaikutukset magneettisille kooderilevyille jaetaan kahteen luokkaan. Niiden sekoittaminen on yleisin virhearvioinnin lähde korkean lämpötilan validoinnissa.

Reversiibeli demagnetointi  tarkoittaa sitä, että lämpötilan noustessa remanenssi ja koersitiivisuus pienenevät tilapäisesti lämpötilakertoimen mukaan ja lämpötilan palautuessa magneettinen suorituskyky periaatteessa palautuu. Ruiskupuristetun ferriitin remanenssilämpötilakerroin on suuruusluokkaa  -0,18 %/°C - -0,20 %/°C . Tämä tarkoittaa, että 25 °C:sta 100 °C:seen pelkkä lämpötilakertoimen aiheuttama remanenssin pudotus on yli kymmenen prosenttiyksikköä. Tämä pudotus itsessään ei välttämättä tarkoita, että levy on 'huono', mutta korkeassa lämpötilassa anturin näkemä tehollinen signaalin amplitudi pienenee ja sama kohina, epäkeskisyys ja ulkoiset magneettiset häiriöt vahvistuvat enemmän kulmalaskelmissa, mikä ilmenee kulmavärinänä, nolla-asennon poikkeamana tai nopeushäiriöinä korkeissa lämpötiloissa.

Palautumaton demagnetointi  tarkoittaa, että lämpötilan ylittyessä tietyn kynnyksen magneettialueen rakenne muuttuu pysyvästi, eikä magneettinen suorituskyky vieläkään palaudu huoneenlämpötilaan. Ruiskupuristetun ferriitin koersitiivisuus on suhteellisen alhainen, ja riski leikkauspisteen polven ylittämisestä korkeassa lämpötilassa on suurempi; kumimagneeteille sideaineen pehmeneminen tai vanheneminen korkeassa lämpötilassa muuttaa magneettisten jauhehiukkasten dispersiotilaa, mikä voi samoin jähmettää tilapäisen laskun pysyväksi häviöksi.

Siksi  korkean/matalan lämpötilan valinnan todellinen kriteeri ei ole 'mikä materiaalin nimellislämpötilaluokitus', vaan 'pysyvätkö korkeimmassa käyttölämpötilassa kulmavirhe ja jäännösmagneettikenttä sallitulla alueella.' Päätellen  'demagnetisaatiota' pelkästään sen perusteella, kuinka paljon materiaalin magneettikentän lämpötilan aleneminen on korkein amplitudi. yhdellä maksimilämpötilaluvulla toimittajan TDS:ssä, ei riitä kattamaan anturijärjestelmän todellisia riskejä.

3. Valinta käyttölämpötila-alueen mukaan: Toimiva päätöksentekokehys

Sen sijaan, että kysyisit 'kummalla on parempi lämmönkestävyys, ruiskupuristettu ferriitti vai kumimagneetti', on parempi käyttää maksimikäyttölämpötilaa ensimmäisenä leikkauksena ja validointikykyä toiseksi leikkaukseksi.

≤ 80°C ympäristön/matalan lämpötilan alue : Molemmat ovat käyttökelpoisia. Ruiskupuristetulla ferriitillä on etuja magneettisessa suorituskyvyssä, mittatarkkuudessa ja moninapamagnetoinnin johdonmukaisuudessa; kumimagneettien joustavuus parantaa iskunkestävyyttä ja sopeutumista epäsäännölliseen asennukseen, ja hinta on suhteellisen ystävällinen. Tässä vaiheessa valinnan tulisi keskittyä enemmän resoluutioon, napaväliin ja rakenteellisiin integraatiovaatimuksiin lämpötilan kestävyyden sijaan. On huomattava, että kumimagneetit voivat kovettua erittäin alhaisissa lämpötiloissa (esim. -40 °C). Jos sovellukseen liittyy alhaisessa lämpötilassa tapahtuva käynnistys tai lämpöshokki, koostumuksen joustavuuden säilyttäminen alhaisessa lämpötilassa tulee varmistaa, ei vain 'matalaa lämpötilaa kestävä' -merkintää.

80–120°C keski-korkea lämpötila-alue : Tämä on aika, jolloin nämä kaksi eroavat toisistaan. Perinteiset kumimagneettikoostumukset ovat jo tulleet vyöhykkeelle, joka vaatii huolellista arviointia tällä alueella; ruiskupuristetun ferriitin PA12-matriisin nimellinen yläraja on noin 120 °C, mutta enkooderilevynä käytettäessä 'materiaalin ylärajaa' ei suositella suoraan 'suunnittelun toimintapisteeksi'. Jos toimintahuippu on lähellä 120 °C, PA6-pohjainen ferlyriitti tarjoaa sopivamman 5 °C:n ruiskuvalettua. reilusti marginaalia, ja peruuttamaton hävikki tulee vahvistaa lämpötilasyklin jälkeisellä jäännösmäärällä huoneenlämpötilaan palaamisen jälkeen.

120–150 °C : PA6-pohjainen ruiskupuristettu ferriitti on luonnollinen ehdokas tälle lämpötilaalueelle, kun taas kumimagneetit edellyttävät nimenomaisesti korkean lämpötilan NBR- tai HNBR-formulaatioiden valitsemista ja toimittajan pitkän aikavälin vanhenemistietojen pyytämistä tavoitelämpötilassa sen sijaan, että luottaisivat vain lyhytaikaisiin hetkellisiin toleranssiarvoihin. Tällä vyöhykkeellä 'formulaatio tekee kaiken eron' on ilmeisin: samalla 'kumimagneetilla' perinteiset NBR-koostumukset ja korkean lämpötilan NBR/HNBR-koostumukset koodereille voivat käyttäytyä täysin eri tavalla pitkän aikavälin käyttäytymisessä lähellä 150 °C:ta.

> 150°C : PPS-pohjainen ruiskupuristettu ferriitti (noin 180°C) on realistisempi vaihtoehto kahdesta materiaalityypistä. Kumimagneetit eivät ole täysin käyttökelvottomia, mutta ne vaativat korkean lämpötilan kumimatriisin tai erityisesti muunnetun koostumuksen, ja joustavuuden, mittavakauden ja kustannusten väliset kompromissit tulevat entistä näkyvämmiksi. Jos käyttöolosuhteet ylittävät 180 °C pitkällä aikavälillä, molempien orgaanisten sideainemagneettien tyypit alkavat lähestyä materiaalijärjestelmän rajoja, ja valintakeskustelussa tulisi siirtyä muihin magneettijärjestelmiin tai järjestelmätason lämmönhallintaan sen sijaan, että jatkettaisiin hienosäätöä 'ruiskupuristetun ferriitti- tai kumimagneetin' välillä.

Matalalämpöistä päätä ei myöskään voida arvioida vain 'minimilämpötilan' perusteella. Ferriitin koersitiivilämpötilakerroin poikkeaa suunnassa remanenssilämpötilakertoimesta, ja joissakin ferriittilajeissa on peruuttamattoman matalan lämpötilan demagnetisaatiomekanismi matalissa lämpötiloissa; kumimagneettien matalan lämpötilan riski keskittyy enemmän kumimatriisin kovettumiseen ja haurastumiseen. Vuorottelevissa korkean ja matalan lämpötilan olosuhteissa  kulman nolla-asennon vakaus lämpötilan jaksotuksen jälkeen  heijastaa levyn käytettävyyttä todellisissa käyttöolosuhteissa paremmin kuin magneettinen suorituskyky yhdessä lämpötilapisteessä.

4. Vaihe, joka helpoimmin unohtuu validoinnissa

Magneettisten kooderien korkean lämpötilan validoinnissa on 'näennäisesti oikea' ansa: magneettikentän amplitudi putoaa lämmityksen jälkeen, ei toivu täysin jäähtymisen jälkeen, minkä jälkeen sen katsotaan olevan peruuttamaton demagnetoituminen. Mutta amplitudijäännös voi johtua magneetista tai kokoonpanon jännityksen vapautumisesta, rakenteellisen lämpölaajenemisen aiheuttamista ilmavälin muutoksista tai anturin etupään ajautumisesta. Sitä vastoin tilapäinen amplitudin pudotus korkeassa lämpötilassa, joka palautuu jäähdytyksen jälkeen, ei tarkoita, että järjestelmä olisi välttämättä turvallinen korkean lämpötilan aikana – tehollisen signaalin pienentyessä kulmavirhe on saattanut jo ylittää rajan korkean lämpötilan prosessin aikana, ja se vain 'näyttää hyvältä' jäähtymisen jälkeen.

Järkevämpi lähestymistapa on:  käytä ennen ja jälkeen lämpötilan jaksotusta ensisijaisena kriteerinä kulmavirhettä ja nollapaikan poikkeamaa ja apudiagnostisena suureena magneettikentän amplitudia . Jos kulmavirhe ja nolla-asento huoneenlämpötilaan palaamisen jälkeen eivät palaa lähtötasolle, erottele, onko kyseessä peruuttamaton magneettihäviö, sideaineen vanheneminen vai kokoonpanotilan muutos. Liimattujen magneettien, kuten ruiskupuristetun ferriitti- ja kumimagneetin, sidosaineen tilan muutokset korkean lämpötilan altistuksen jälkeen eivät useinkaan ilmene 'magneetti yhtäkkiä katoamisena', vaan kulmasignaalin hitaana heikkenemisenä, joka jää helposti huomaamatta rutiininomaisilla 'magnetointi ok, ulkonäkö OK' -tarkastuksilla.

Johtopäätös

Korkean/matalan lämpötilan olosuhteissa magneettisten kooderilevyjen valinta ei ole pohjimmiltaan binäärivalinta 'ruiskuvalettu ferriitti vs. kumimagneetti' välillä, vaan kaksi peräkkäistä kysymystä:  maksimi käyttölämpötila ja kiertotila määräävät ehdokasmateriaalien sideainejärjestelmän; validointitiedot – erityisesti kulmajäännös huoneenlämpötilaan palaamisen jälkeen – määrittävät, voiko ehdokasmateriaali todella päästä suunnitteluun . Ruiskupuristetun ferriitin lämpötilakatto on kirjoitettu hartsilaadulla, kumimagneetin lämpötilakatto kumikoostumukseen ja anturin luotettavuus lämpötilakierron jälkeiseen kulmavirheeseen. Vain pitämällä nämä kolme kerrosta erillään valinta ei pysähdy liian karkeaan vaikutelmaan, että 'ferriitti kestää korkeita lämpötiloja'.

Pikavalinnan tarkistuslista

• Lukitse ensin  suurin käyttölämpötila  ja  jaksojen lukumäärä ; Älä käytä keskilämpötilaa huippulämpötilan sijasta.

• Ruiskupuristetun ferriitin osalta kysy selkeästi hartsimatriisista  : PA12 ≈ 120°C, PA6 ≈ 150°C, PPS ≈ 180°C; käyttää auktoriteetina toimittajan mittaamaa pitkän aikavälin lämpötilakäyrää.

• Kumimagneetin osalta kysy selkeästi kumilaadusta  : tavanomaisten NBR-formulaatioiden ja korkean lämpötilan NBR/HNBR-valmisteiden pitkän aikavälin ylärajat voivat vaihdella kymmeniä Celsius-asteita; älä kirjoita vain 'kumimagneetti'.

• Vaadi toimittajaa toimittamaan  vanhenemisen jälkeinen kulmavirhe/magneettikentän jäännös sen jälkeen, kun se on palannut huoneenlämpötilaan tavoitelämpötilassa , ei vain hetkellistä magneettivuoa korkeassa lämpötilassa.

• Matalissa lämpötiloissa varmista myös  kumimatriisin haurastumisriski alhaisessa lämpötilassa  ja  ferriitin peruuttamaton demagnetoitumistaipumus matalassa lämpötilassa.