Jedes Metallmaterial hat einen festen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, und die Diskrepanz zwischen dem Ausdehnungskoeffizienten der Thermoelement-Hüllenlegierung und dem Formstahl ist ein leicht zu übersehender Faktor, der zu langfristiger Kontaktinstabilität und Temperaturdrift führt. Wenn sich der Heißkanal auf Produktionstemperatur erwärmt, dehnen sich die Sondenhülle und die Wand des Verteiler-/Düsenmontagelochs unterschiedlich schnell aus, wodurch sich die Kompressionsfestigkeit der Federbajonettstruktur ändert und sich variable Luftspalte zwischen der Messspitze und dem Lochboden bilden, was nach Wochen kontinuierlicher Produktion zu einer allmählich zunehmenden Messabweichung führt. Passende Thermoelement-Ummantelungsmaterialien mit ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie Formstahl und die Optimierung des Federkompressionshubs können einen stabilen engen Kontakt in allen Temperaturbereichen aufrechterhalten.
Formheißkanalplatten bestehen größtenteils aus P20-, H13- und S136-Formstahl mit linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von 11,0×10⁻⁶/Grad bis 13,5×10⁻⁶/Grad. Verschiedene Thermoelementmantellegierungen haben sehr unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten: Gewöhnlicher Edelstahl 304 beträgt 17,2×10⁻⁶/Grad, Edelstahl 316L beträgt 16,0×10⁻⁶/Grad, Hastelloy-Legierung beträgt 12,8×10⁻⁶/Grad, Inconel-Legierung beträgt 13,1×10⁻⁶/Grad. Je näher der Ausdehnungskoeffizient des Mantels am Formstahl liegt, desto geringer ist der Ausdehnungsunterschied beim Erhitzen und desto stabiler ist der Anpressdruck der Federsonde.
Gewöhnliche 304-Edelstahlhüllen haben einen viel höheren Ausdehnungskoeffizienten als H13-Formstahl. Wenn die Form auf 300 Grad erhitzt wird, dehnt sich der Außendurchmesser der Hülle weitaus stärker aus als der Innendurchmesser des Montagelochs, drückt die Lochwand fest zusammen und drückt die eingebaute Feder übermäßig zusammen. Nach längerer Überkompression erfährt die Feder eine elastische Ermüdung und verliert an Rückprallkraft. Wenn die Form abkühlt, schrumpft die Hülle zurück und die ermüdete Feder kann die Sensorspitze nicht an den Lochboden drücken, wodurch ein fester Luftspalt von 0,3–0,6 mm entsteht, der eine kontinuierliche Temperaturdrift von 4–9 Grad auslöst. Diese Drift entwickelt sich langsam und hat kein Alarmsignal, sondern spiegelt sich lediglich in instabilen Produktmaßtoleranzen und Aussehensfehlern nach der Massenproduktion wider.
Umhüllungen aus Hochtemperaturlegierungen aus Hastelloy und Inconel haben Ausdehnungskoeffizienten, die gut mit denen von Heißkanalstahl H13 und S136 übereinstimmen. Der Ausdehnungsunterschied zwischen der Hülle und der Wand des Montagelochs nach dem Erhitzen wird innerhalb eines extrem kleinen Bereichs kontrolliert, die Feder trägt nur eine geringe Druckbelastung ohne langfristige Ermüdung bei der Extrusion und die elastische Kompressionskraft kann bei 24-Stunden-Dauerproduktion mehr als 5 Monate lang aufrechterhalten werden. Für Hochtemperatur-PEEK-Heißkanalformen aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit langfristigen Arbeitstemperaturen über 320 Grad sind hochpassende Legierungsmäntel zwingend erforderlich, um eine Kontaktdämpfung aufgrund von Ausdehnungsfehlanpassungen zu vermeiden.
Selbst bei angepassten Ausdehnungskoeffizienten von Mantel und Formstahl führt eine unangemessene Auslegung des Federhubs immer noch zu Kontaktfehlern. Bei der kundenspezifischen Anpassung von Bajonett-Thermoelementen muss der reservierte Kompressionshub der Feder entsprechend der maximalen Wärmeausdehnungsdifferenz von Hülle und Formloch einen Pufferraum von 1–2 mm reservieren. Wenn der Federkompressionsweg zu kurz ist, führen selbst kleine Dehnungsunterschiede dazu, dass die Feder bis zum Anschlag vollständig komprimiert wird, was zu einem Ermüdungsversagen führt. Ein übermäßiger Hub führt dazu, dass die Messspitze während der Formvibration lose im Loch wackelt, was zu schwankenden Temperaturmesswerten führt.
Unterstützung von Optimierungsmaßnahmen zum Ausgleich des Risikos einer Nichtübereinstimmung der Expansionskoeffizienten. Erhöhen Sie bei vorhandenen Formen mit 304-Edelstahlsonden, die nicht in Chargen ausgetauscht werden können, die reservierte Tiefe des Thermoelement-Befestigungslochs um 1,5 mm, um den Federkompressionspufferbereich zu erweitern, und rüsten Sie die Standardfedern auf hoch-wegfeste -Legierungsfedern auf, um einer über-komprimierten elastischen Dämpfung standzuhalten. Bei der Konstruktion neuer Heißkanalformen sollten Sie passenden Hastelloy-Mantel-Thermoelementen für Hochtemperaturformen für die kontinuierliche Produktion Vorrang einräumen und in der Ziehphase standardmäßige Pufferhublöcher für Sonden reservieren. Ziehen Sie bei der regelmäßigen monatlichen Wartung die Sonden heraus, um die Federrückfederelastizität zu prüfen. Ein langsamer und unvollständiger Rückprall weist darauf hin, dass eine langfristige Expansionskompression zu Ermüdung geführt hat und die Sonde im Voraus ausgetauscht werden muss, um versteckte Driftgefahren zu beseitigen.
Durch eine sinnvolle Abstimmung des Ausdehnungskoeffizienten der Thermoelementhülle und des Formstahlmaterials kann der Kontaktabstand zwischen der Messspitze und dem Lochboden im gesamten Temperaturbereich von Raumtemperatur bis zur hohen Produktionstemperatur unter 0,1 mm gehalten werden. Dadurch werden langfristige versteckte Temperaturdriftfehler, die durch inkonsistente thermische Ausdehnungsverformung von Metallkomponenten verursacht werden, grundsätzlich behoben.
