TECHNO BROTHER

Блок управления предназначен для управления самодельной печью для фьюзинга (декоративное спекание цветных стекол) и сконструирован как часть печи – на боковой ее стенке. Это позволило ввести внутрь блока управления все выводы (нагревателей и термопары) через стенку, выводы при этом максимально короткие, переходные межблочные кабели, провода, разъемы или клеммы отсутствуют. Высокоэффективная теплоизоляция и воздушный зазор не позволяют блоку управления перегреваться во время работы.

Нагреватели печи – 12 шт, объединены в три группы (3 фазы) по 4 последовательно включенных нагревателя 2 кВт. Получилось 3 группы по 500 Вт, общая мощность печи соответственно – 1.5 кВт. Для коммутации нагревателей применены самодельные электронные ключи на симисторах, аналоги твердотельных реле. Конструктивно, каждый ключ-модуль собран на алюминиевом основании (используется как теплоотвод) от старого жесткого диска ПК.

Все промежуточные соединения проволочных нагревателей внутри рабочей камеры (сварены), наружу выходят только выводы групп, контролировать целостность всех этих соединений и самих нагревателей позволяют самодельные трансформаторные датчики тока с индикаторами на передней панели блока.

Процесс оплавления стекла довольно сложен и содержит 7…8 ступеней. Каждая ступень предполагает выдержку заготовки с определенной температурой заданное время, кроме того, чрезвычайно важна скорость изменения температуры между ступенями. Небольшие заготовки позволяют обходиться упрощенным графиком спекания, при этом изменения между несколькими ступенями можно делать вручную по таймеру. Оборудование для таких работ тоже может быть довольно простым. При этом (небольшие линейные размеры) возникающие внутренние напряжения не достигают разрушительных величин. С увеличением размеров заготовки повышаются и требования к изменениям и выдерживанию (подобранным экспериментально) времени и температуры. Процесс может длиться 18…20 часов. Ручное управление таким процессом затруднено, требуется программируемый термоконтроллер.

Здесь, применен программируемый термоконтроллер от паяльной станции для микросхем в BGA (выводы-контактные площадки на дне микросхемы) корпусах. Конструкция корпуса не позволяет монтировать такую микросхему паяльником, ее прогревают насквозь. При этом очевидны также высокие требования к точности поддержания термопрофиля и возможность регулировать скорости нарастания и спада температур. Это роднит обе задачи, практика также показала полную пригодность такого контроллера для спекания стекол. Контроллер китайского производства прекрасно работает и много дешевле специализированных приборов.

Что было использовано для работы.

Набор инструментов для некрупной слесарной работы, набор инструментов для электромонтажа.

Материалы – кроме радиоэлементов понадобилась листовая сталь для корпуса прибора, кусочек оргстекла для лицевой панели, крепеж, мелочи, ЛКМ.

К делу.

На одну из боковых сторон (правую, под рабочую руку) верхней части печи (откидывающейся крышки) выведены все электрические выводы – 6 выводов от 3 групп нагревателей (3 фазы), выводы термопары. Заранее, до монтажа огнеупорной футеровки печи в раму с этой стороны вварены ряд винтов М5 для крепления блока управления.

Первым делом вырезал пластину-основание для монтажа элементов блока управления (далее БУ). Листовая сталь 1.5 мм, болгарка. Просверлил и волшебным надфилем подогнал отверстия так, чтобы плата точно садилась на торчащий крепеж, керамические изоляторы легко проходили через соответствующие отверстия.

В местах предполагаемой прокладки жгутов проводов просверлил отверстия для их крепления.

Использовал обычный ПОС-60 и кислотный витражный флюс, но по стали хорошо работают и «паяльная кислота» (хлористый цинк) и кислота ортофосфорная. Железки массивные, кроме мощного паяльника лучше применить и дополнительный подогрев. Здесь применена лабораторная электрическая плитка. Вместе с паяльником 150 Вт они прекрасно справились с задачей. Подогрев газовой горелкой или строительным феном менее удобен и может привести к короблению тонкого металла. После пайки не откладывая, следует отмыть остатки флюса. Теплой водой со щеткой, а лучше слабым раствором соды.

Расценил эту информацию как справочную и вспомогательную и чтобы не уподоблять БУ новогодней елке, индикаторы сделал не слишком яркими, малого диаметра и около края лицевой панели. Яркость подобрал токоограничивающими сопротивлениями, «точечности» добился, выпустив наружу блока только маленькие стеклянные шарики на конце, торце баллона лампочек. Получилось чудо как хорошо, индикацию хорошо видно, но глаза не режет. Для установки лампочки впаял в простую печатную платку, она крепится к панели двумя отрезками толстого медного провода. Пайкой. Снаружи индикаторы прикрыты слоем оргстекла.

Трехфазный «автомат» на 10 А установлен на отрезке DIN рейки припаянном к основанию. По краю квадратика «раскоса» насверлил отверстий для крепления проводов, жгутов.

Подготовленное основание с передней-задней панелью зачистил-обезжирил-покрасил. Поработал наждачной бумагой, протер тряпочкой смоченной бензином, покрасил грунтом-эмалью по ржавчине в два слоя.  

Из пластинки оргстекла выпилил прозрачную накладку для передней панели, вычертил и распечатал пояснительные надписи для нее. Прозрачная панель не имеет собственного крепления и удерживается крепежом установочных элементов – кнопок и термоконтроллера.

Панель в сборе установил на печь. Гайки-шайбы стопорные шайбы. Выступающие части винтов спилил тонким абразивным диском УШМ.

Электромонтаж.

Проволочные выводы групп нагревателей соединены с нетонким медным проводом через металлическую деталь – элемент мощной винтовой клеммы. Печь управляется программируемым контроллером Altec-410 (поз.1); для сопряжения с симисторными ключами применен промежуточный модуль (поз.2) жесткие проволочные выводы которого зажаты в винтовых клеммах контроллера. Управляющий сигнал поступает на три симисторных модуля (поз.3); целостность цепей (нагревателей) контролируется трансформаторами тока (поз.4) с индикаторами на передней панели (поз.5). Для пуска и остановки программы, к контроллеру подключены внешние кнопки (поз.6) кнопка «пуск» должна при работе удерживаться в замкнутом состоянии. Трехфазное напряжение подается через автоматические выключатели (поз.7).

Кабель питания – пятипроводный («ноль», 3 фазы, заземление) и составлен из двух мягких проводов в двойной изоляции (2-х и 3-х жильный), соответствующего сечения.

После опробования БУ в работе, из оцинкованной стали 0,45 мм гнутьем был изготовлен П-образный кожух. Верхняя передняя его сторона несколько удлинена и образует небольшой козырек над передней панелью блока. Это уменьшает скапливание пыли и мусора на выступающих частях, уменьшает боковую засветку. Для циркуляции воздуха внутри блока на верхней и нижней стенках кожуха размечены и просверлены поля отверстий в соответствии с расположением радиаторов ключей. Крепится кожух четырьмя саморезами.

Babay Mazay, апрель, 2020 г.

Фьюзинг - сплавление цветных стекол в печи - одна из самых интересных областей при работе с декоративным стеклом. Занятие относительно новое, получило развитие и распространение с разработкой цветных стекол с одинаковым КТР (коэффициентом температурного расширения). Главное препятствие для занятий такого рода творчеством – дорогая печь, особенно, если речь идет о сколь ни будь существенных размерах. Здесь описана самодельная печь для фьюзинга с рабочей камерой 300х400 мм и полезной высотой 120 мм. Это позволит кроме спекания плоских заготовок, еще и формовать (моллировать) стекло на невысоких моделях, отжигать довольно крупные стекляшки, например, выполненные стеклодувным способом. Печь проста, не содержит дорогих и дефицитных материалов, потребляет немного электричества. Общая мощность печи 1.5 кВт, ее можно включать, в том числе и в квартирную, гаражную сеть. Футеровка печи выполнена на основе рулонных огнеупорных материалов. В числе прочего, это дало и невысокую массу печи – ее без труда могут переносить два человека. Разъединив печь (верх-низ), она помещается в легковой автомобиль для перевозки. Это дает возможность использовать печь на выездных семинарах и мастер-классах. В стационарных условиях печь установлена на специальном столике, ее проволочные нагреватели объединены в три группы и подключены к разным фазам трехфазной сети.

Столик. Рама печи. Сварены из стандартной квадратной трубы 20х20х1 мм.

Получив основания, собрал их с вертикальными стойками, на дне и крыше печи установил по две дополнительные перекладины, отрезал и установил две коротких стойки и длинную горизонтальную ручку для откидывания крышки печи с нагревателями и контроллером.

Металлическое ограждение каркаса печи выполнено из мелкоячеистой стальной оцинкованной сварной сетки. Сетка крепится изнутри каркаса. К ней и трубам каркаса прикрепляется мягкая футеровка.

Предварительно для саморезов сверлил отверстия. В некоторых местах удобным оказалось применение больших «кузовных» шайб (М6) подложенных под саморез. Один из краев шайбы предварительно отгибал плоскогубцами.

Спроектировал петли крышки печи. Их несколько необычная форма нужна для более вертикального откидывания крышки в начальный момент. Это не позволяет приминаться и истираться краям огнеупорной футеровки, позволяет более полно задействовать внутренний объем рабочей камеры.

Дополнительные треугольные детали – подкладки для верхних частей петель. Для меньшего износа тонкого металла под нагрузкой, отверстия для осей усилил накладками.

Установил на живую нитку нижние части петель, прокладки. Поверх прокладок прихватил верхние части петель. Предварительно верхние части скреплены шарнирами (короткие болтики) с нижними.

Вариант повышающий удобство эксплуатации печи – газовый лифт (два). Его (их) усилие, длину и расположение придется подобрать по месту.

Готовый металлический каркас печи и столик покрасил. Столик с деревянными полками - остатками эмалей ПФ-115 нескольких цветов (что удалось наскрести), каркас печи – черной термостойкой эмалью КО. Железки предварительно зачистил и обезжирил тряпочкой смоченной бензином. Эмали немного разбавлял нужными растворителями до удовлетворительной текучести (меньше подтеков) и покрывал в три слоя с полным высыханием предыдущего. Оцинкованные детали (сетку) не красил.

Нагреватели печи проволочные в кварцевых трубках. Кварцевые трубки позволяют удобно крепить нагреватели к металлическому каркасу печи (изоляторы), не позволяют осыпаться окалине на расплавленную заготовку. Проволочные нагреватели применил готовые – запасные спирали для электроплиток. Три группы по четыре нагревателя позволяют вывести наружу выводы групп только с одной боковой стороны, внутрь корпуса контроллера. Внутренние промежуточные соединения из относительно тонкой проволоки сделал сваркой, подобно изготовлению термопар.

Мои кварцевые трубки уже были нарезаны в размер. При необходимости длинные заготовки режутся механизировано, алмазным инструментом, например, бормашиной со специальными насадками-дисками, или обычным приемом, принятым в стеклодувном деле. Внутренний диаметр моих трубок – 11…12 мм. Стандартные плиточные спирали мощностью 1.5 кВт выровнял и перемотал на диаметр близкий к 11 мм, кроме того слегка укоротил до мощности 2 кВт (последовательное соединение – 500 Вт в секции). Они лучше помещались в трубках, витки слегка растянуты для предотвращения межвитковых замыканий, остались длинные выводы.

Сваривал внутренние выводы нагревателей инвертором настроенным на малый ток ~10А, флюс – кашица из буры с борной кислотой. Лучше всего у меня получались аккуратные оплавленные шарики, если хорошо скрученными проводами чиркнуть подобно спичке о кусочек листовой нержавейки. Полярность обратная. Угольный (графитовый) электрод или порошок графита смешанный с бурой давал худшие результаты.

Наружные выводы нагревателей (под винт) приваривал из такой же проволоки сложенной вдвое – сопротивление этого участка (вывода) будет меньше, греться он будет незначительно, соединение (снаружи, зажатое между шайб) не будет слишком сильно окисляться и проработает дольше. Приварить более толстую проволоку или проволоку медную, менее удобно – сварочное соединение получается хуже, чем, если сваривать три одинаковых проволоки.

Футеровка печи выполнена из мягкого рулонного материала – «керамического одеяла» Сerablanket толщиной 25 мм. Толщина футеровки 100 мм. Одеяло легко режется строительным ножом с новым острым лезвием, работать следует в респираторе – вредная пыль.

Верхняя часть печи, ее крышка имеет чашеобразную конструкцию, нижняя часть печи заполнена огнеупором полностью, всклень. Порядок укладки был такой – два слоя по периметру крышки (по боковым стенкам), два слоя дна, еще два слоя по боковым сторонам, еще два слоя дна.

Нижняя часть печи заполнялась прямоугольниками одеяла без затей, слоями.  

Монтаж нагревателей в крышке печи. Кварцевые трубки со спиралями привязывал нетолстой нихромовой проволокой (ø0,6 мм) к внешнему металлическому каркасу печи. Сквозь керамическое одеяло. Для работы сделал из 2.5 мм латунной проволоки длинное шило с зубом на конце, подобное «крючку» для прошивки обуви. Зуб выпилил ювелирным лобзиком.

Трубки с нагревателями слегка утапливал в одеяле. Кроме механического крепления нагревателей, шилом продергивал и выводы спиралей наружу (на одну из боковых стенок печи, где будет расположена коробка контроллера). Проволочные ячейки сетки вокруг выводов удалены (выкушены мощными кусачками).

Керамические пуговицы для крепления оставшихся без нагревателей боковых сторон футеровки. Существуют специальные, здесь применил имеющиеся керамические прокладки для транзисторов (при установке их на радиаторы) в больших металлических корпусах. Они применялись в старой специальной и промышленной электронике. Промыл растворителем от остатков теплопроводной пасты и уретанового лака, распределил немногое имеющееся. Хватило как раз.

Получилось по несколько конусообразных, вставляющихся друг в друга и по термопарному «биноклю». Две проволочины продевались через отдельные отверстия и скручивались снаружи, бусы несколько утапливались в мягкую футеровку. Здесь же, аналогичным образом заделывалась и термопара (К-типа, хромель-алюмелевая).

Прогон печи, лучше назвать прожогом – первоначальные несколько включений лучше делать на улице или под очень хорошей вытяжкой. Выжигаются некие необязательные частицы огнеупорного одеяла, об этом, собственно, есть предупреждающая надпись и на упаковочной коробке. Прожог делал на улице, пропустив через приоткрытую дверь трехфазный кабель. При рабочей температуре до 750 °С (max четверть часа за цикл обработки), держал печь 6 часов при 800 °С. При этом выжглась основная часть, первые 5…7 циклов внутри (помещения) немного попахивало, приходилось приоткрывать дверь. В принципе, нагревательные печи следует оснащать индивидуальной вытяжкой (зонтом).

Внешняя отделка печи ограничилась обшивкой верхней части (пыль, мусор). Обшил оцинкованной кровельной сталью 0,45 мм, закрепил вытяжными заклепками.

Блок управления печи.

Babay Mazay, апрель, 2020 г.