Temperaturtabelle in der Übergangszone des V2

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Im Anschluss an die Ermittlung der Temperatur in der Schmelzkammer des V2 Hot Ends (hier), habe ich einen Langzeittest des Temperaturverhaltens in der Übergangszone (transition zone) durchgeführt.

Das Ergebnis hat mich wieder überrascht/enttäuscht, und meine lang-gehegte Theorie scheint ebenfalls widerlegt worden zu sein.

Der Versuchsaufbau war dieselbe wie für die Schmelzkammer, nur war eine Düse montiert und der Durchgang mit einem kleinen Stück Alufolie blockiert. Dazu wurde eine kleine Scheibe aus Alufolie ausgeschnitten, auf die Teflondichtung in der Düse positioniert und mit der Düse verschraubt. Der Zweck sollte sein, einen Kamineffekt zu verhindern, damit von unten keine kalte Luft durch die Düse angesaugt wird.

Die Messspitze wurde anfangs 52mm vom Eingang positioniert und das Hot End auf 240° aufgeheizt.

NozzleTempMeasurement_TransitionZone.jpg

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Hinweis: die Maße vom Teflonrohr habe ich dem Teflonrohr abgenommen, dass sich in meinem zerlegten V1 Hot End befand. Es ist möglich, dass das Maß vom V2 Teflonrohr davon geringfügig abweicht.

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Damit befindet sich die Messspitze ungefähr 7mm vom unteren Ende des Rohrs entfernt (und damit vom Messingteil der heißen Schmelzkammer).

Der Plan war, alle 15 Minuten die Messwerte zu dokumentieren, in Erwartung, dass diese nur langsam steigen.
Ich war sehr überrascht, als ich feststellte, dass die Temperatur viel schneller stieg, als ich erwartete. Schon nach ca. vier Minuten wurden 68° angezeigt. Ich zweifelte den Messaufbau an, wollte abbrechen, entschied mich aber dagegen. Ich verrmutete, dass Wärme durch das leere Rohr im Hot End ungehindert nach oben strahlte.

NozzleTempMeasurement_TransitionZone_radiation.jpg

Bereits nach den ersten 15 Minuten waren 90° erreicht. Diese Temperatur entspricht beinahe die langfristig eingependelte Temperatur von ca. 91°. Nach etwas über eine Stunde beendete ich den Versuch. Für den nächsten Tag nahm ich mir eine Verbesserung vor.

Am nächsten Tag nahm ich ein Stück Filament, dass das das Rohr von der Verschlussscheibe bis knapp an den Fühler auffüllen sollte, womit die ungehinderte Strahlung unterbunden werden sollte. Dieses Mal war ich vorbereitet und nahm anfangs eine Messung alle 60 Sekunden vor.
Neuerliches Erstaunen - Die Werte waren annähernd gleich wie jene ohne Filament. Hier pendelte sich die Temperatur auf 92° ein. Nach 10 Minuten wurden schon 90° erreicht. Ich brach die Messreihe nach 35 Minuten ab, da kaum neue Erkenntnisse zu erwarten waren. Für den nächsten Tag wurde die nächste Änderung vorgenommen.

Alle guten Dinge sind drei...
Die Messspitze wurde um 10mm weiter herausgezogen und befand sich somit nur mehr 42mm vom oberen Einlass entfernt. Es wurden 10mm her Filament in die Öffnung nach unten geschoben, um auch die zusätzliche Luft 'aufzufüllen'. Die Messspitze war damit schon in der oberen Hälfte des Teflonrohrs positioniert, beinahe schon im oberen drittel..

NozzleTempMeasurement_TransitionZone_try#3.jpg

Die beobachtete Temperatur stieg merklich langsamer. Diese pendelte sich ebenso ca. nach 15 Minuten auf einen 'Endwert', der um 50° lag.
Nach 70 Minuten kam ich auf die glorreiche Idee, auch die Außentemperatur des PEEK-Teils zu messen. Möglich war es, da bei Kauf des Messgeräts schon ein Messfühler dabei war, den ich für diese Aufgabe einspannen konnte. Man müsste nur die Messleitungen vom Multimeter abstecken, und den mitgelieferten Messfühler anstecken (möglichst, OHNE den Messaufbau zu beeinflussen). An den letzten Punkt, die Beeinflussung des Messaufbaus, hatte ich dummerweise nicht gedacht.
Ich konnte den mitgelieferten Messfühler dort ein Stück hineinschieben, wo die Kabel durchgeleitet werden. Der violette/grüne Pfeil im oberen Bild zeigt wo. Der Punkt befand sich zufällig fast an derselben Stelle wie der innen liegende Messfühler. Der Messfühler sieht fast genau so aus wie in diesen Bild.

ProbeTip.jpg

Das Ding hat nur 0.4-0.6mm Durchmesser und passt zwischen Kabel und Bohrung im PEEK-Teil.
Das Messergebnis hat mit ebenfalls überrascht: 70° war der PEEK-Teil außen, aber nur 52° innen. Wie erklärt man sich das? Vielleicht leitet PEEK besser? Oder die erwärmte Luft, vom heißen Messing darunter, wärmt beim Aufsteigen?
Nebenbei gab es einen Sprung der 'eingependelten' Innentemperatur um 2° nach oben. Vermutlich bin ich beim Umstecken irgendwie an die Kabel angekommen und habe die Position des inneren Messfühlers leicht verändert. Diese erhöhte Innentemperatur blieb dann die nächsten 12 Minuten konstant - damit dürfte es sich nicht um einen Trend gehandelt haben.
Nach weiteren zehn Minuten hatte sich an der Temperatur innen nichts getan, die Temperatur außen stieg auf 76°. Den Versuch musste ich an diesem Punkt abbrechen und zum Flughafen fahren.
Obwohl die Kurven nicht besonders Aussagefähig sind, hier:

NozzleTempMeasurement_TransitionZone_results.jpg

Extrem überrascht bin ich über die höhe der Temperatur nach so kurzer Zeit. Das ist vielleicht nicht so ein Problem für die 'ABS-ler' unter euch, aber PLA wird bei 50° doch schon deutlich weich. Bei 90° sowieso. Vielleicht ist an meiner alten Leier doch was dran? Nur sollten die Probleme schon nach 20 Minuten auftreten, nicht erst nach ein-ein-halb Stunden.

Eines kann der Messaufbau nicht simulieren. Der ungewollte Temperaturtransport in die Übergangszone, der durch wiederholten Retract verursacht wird. Da wird immer wieder recht heißes Filament in die kühlere Übergangszone transportiert - das könnte zu einer Erwärmung führen, die ich nicht simulieren kann.

mjh11

[Nibbels]

Wenn sich die Temperatur im Hotend nach etwa 10 Minuten einpendelt, glaube ich das.
Dann ist auch das meiste der Ausdehnung schon passiert. Nur nicht alles.
Aber die Wärme fließt danach auch weiter in die nächsten Bauteile. Kann gut sein, dass im Hotend die Ausgleichsvorgänge zu diesem Zeitpunkt schon abgeschlossen sind.

Wenn ich an den Effekt mit der Aussentemperatur des Peek denke: Du schiebst den Sensor in die Löcher wo die Kabel durchgehen. In den Kabeln ist Metall und das ist mit der heißen Zone verbunden. Da sehe ich das Plus an Temperatur herkommen. (reine Vermutung)

LG

[rf1k_mjh11]

Für die, denen es interessiert, hier der Messaufbau:

NozzleTempMeasurement_Setup_closeup_annotated.jpg

A... ist der Messfühler. Hier sieht man ein Stück Plastikrohr, wie diese für Kugelschreiberminen oder in Pump/Sprühflaschen verwendet werden. Das Rohr schützt den Fühler vor Beschädigungen. Das Rohr reicht nur bis zum Eingang des Hot Ends.
B... ist ein kleiner Stellring, der den Abstand zur Messspitze konstant hält. Deswegen das Plastikrohr, damit der Stellring den Fühler nicht beschädigt.
C... ist eine kleine Aluplatte die ich zur Montage missbrauche. Die Platte ist mit der X-Platte verschraubt, das Hot End mit der Platte. Damit ist eine solide, stabile Basis geschaffen.
D... ist der untere Messfühler der nur die Außentemperatur des PEEK-Teils erfasste.
E... ist wo der Außenmessfühler in das PEEK-Teil gesteckt wurde.

Hier die Gesamtansicht:

NozzleTempMeasurement_Setup_annotated.jpg

A... Die Messleitungen, am Adapter angesteckt
B... Der Adapter für den Messfühler
C... Der Messfühler mit Standardstecker (gelb)
D... Das Messgerät (ein Multimeter)
E... Der Stecker des mitgelieferten Messfühlers, angesteckt (schwer zu sehen - schwarz auf schwarz)
F... Die Messleitungen des zusätzlichen Messfühlers für die Innenmessung (im Bild nicht angesteckt)

Der Aufbau gilt ebenso für die Messreihe in diesem Beitrag. Bloß wurde der mitgelieferte Messfühler nur einmal kurz in Düsennähe an das Messing gehalten und war nirgends länger befestigt.

mjh11