گرمکن شیشه عقب بخش تخصصی

یادآوری مبانی اولیه مهندسی برق – قانون اهم

نسبت اختلاف پتانسیل دو سر رسانا در دمای ثابت، به شدت جریانی که از آن می­ گذرد (R=V/I) مقدار ثابتی است که آنرا مقاومت الکتریکیR ­نامیده و یکای آن اهم Ω است. مقاومت الکتریکی یا امپدانس، بیانگر مقاومت یک جسم فیزیکی در برابر عبور جریان الکتریکی می­باشد؛ مقدار معکوس این کمیت، رسانایی الکتریکی یا ادمیتانس نام دارد که با زیمنس (Siemens) اندازه‌گیری می‌شود. همانطور که در شکل مشخص می­ باشد، مقاومت یک رسانا در دمای ثابت به طول، سطح مقطع و جنس رسانا بستگی دارد:

R= ρ L / A  →  ρ = R A /L = Ohm cm2/cm = Ohm.cm
Ωm   یا   Ωcm          


اثر دما بر مقاومت
چنانچه شخصی بخواهد از یک راهرو که در آن افرادی در حال دویدن به جهت­های مختلف هستند عبور کند، مطمئناً برخوردهای زیادی با دیگران داشته و به راحتی نمی­ تواند به سمت دیگر راهرو برسد؛ به طور مشابه در مواد فلزی می توان گفت: با افزایش دما، جنبش ملکولی (اتمی) افزایش یافته و احتمال برخورد الکترون­های در حال حرکت بیشتر شده و حرکتشان سخت می­گردد در نتیجه مقاومت ویژه جسم افزایش می‌یابد؛ مقاومت ویژه یک ماده وابسته به دما بوده و عموماً مقاومت فلزات با زیاد شدن دما افزایش می‌یابد؛ در گستره محدودی تا حدود ۱۰۰oc رسانندگی فلزها تقریبا برابر است با:

  (( ρ۲  = ρ۱  (۱+ α(T2-T1

که ρ۲ و ρ۱ مقاومت ویژه ماده در دماهای T2 و T1 می‌باشند. α ضریب دمایی مقاومت ویژه بوده و واحد اندازه­ گیری آن ۱/K   می­ باشد. با ترکیب روابط فوق  تغییرات مقاومت الکتریکی نسبت به تغییرات دما تعیین می­گردد:


(( R2 = R1 (1+ α(T2T1

برای آشنایی بیشتر، مقایسه کمی مواد و استفاده از میزان مقاومت ویژه در طراحی مدار، مشخصات مواد متداول در مدارهای الکتریکی در جدول ذیل ارائه گردیده است.


طراحی مدار گرمکن شیشه عقب خودرو
اولین گام در طراحی مدار شیشه عقب، تعیین(انتخاب) پتانسیل خطوط گرمکن یا مقدار حرارت لازم در واحد سطح(W/M2) می­ باشد؛ تعیین این پارامتر معمولاً به دو روش صورت می­ گیرد:
پاره­ ای از خودروسازان دید مستقیم راننده از آینه وسط را مطابق شکل الف به چندین بخش تقسیم نموده که نواحی وسط دارای بیشترین میزان حرارت بوده و مقدار آن به مرور در اطراف کاهش می­ یابد. اما روش متداول در خودروهای سواری کوچک و متوسط، تقسیم ­بندی شیشه به دو ناحیه میانی و گوشه ها بوده که معمولاً به صورت BL ±۴ ( مقدار ۸۰سانتیمتر وسط شیشه) و مابقی شیشه در کناره‌ها، مطابق شکل ب می‌باشد.

تعیین پتانسیل خطوط گرمکن
شاید کاهش زمان گرم شدن و افزایش سرعت ذوب یخ و برف انباشته شده بروی شیشه عقب، دلایل مناسبی برای طراحی بر مبنای حرارت بیشتر باشد؛ افزایش میزان حرارت مستلزم کاهش مقاومت خطوط المنت می­ باشد، اما قبل از کاهش این مقدار در طراحی، باید توجه داشت در شرایط سرما و استفاده از گرمکن­ها، معمولاً بخاری و در مواردی برف پاک­ کن و چراغ­ها نیز به طور همزمان مورد استفاده قرار می­گیرند؛ که سبب افزایش عبور جریان مصرفی از مدار الکتریکی خودرو می­گردد.
معمولاً کاهش هر۰٫۱ Ω  در مقاومت مدار شیشه، بسته به نوع خودرو و مدار گرمکن آن، سبب افزایش A1-4 در آمپراژ مصرفی خودرو گردیده که مقدار زیادی می­ باشد؛ همچنین بنابر اصل فیزیکی کاهش مقاومت الکتریکی یک رسانای فلزی در سرما یا کاهش دما، مشخص می‌گردد در ابتدای حرکت در فصول سرما، میزان آمپراژ مصرفی خودرو بدلیل کاهش مقاومت معادل مدار از حالت اسمی بیشتر خواهد بود.

استفاده از گرمکن شیشه عقب بواسطه جریان زیاد مصرفی، تقریباً۲۰% مصرف سوخت را افزایش می­دهد؛ علاوه بر آن بروز خودکشی یا شکست خودبخودی شیشه به سبب استفاده طولانی مدت از گرمکن محتمل بوده که معمولاً برای جلوگیری از وقوع آن از قطع کن خودکار با زمان تقریبی۱۰-۶ دقیقه استفاده می­شود.
به این سبب برای کاهش پدیده خودکشی در طراحی باید تناسب بین پارامترهای تولید با توجه به جنس و ضخامت شیشه، مدت زمان استفاده از گرمکن تا قطع خودکار و پتانسیل مدار در نظر گرفته شود. با توجه به موارد موارد فوق می­توان گفت: در صورت تعیین نامناسب پتانسیل خطوط گرمکن شیشه، فشار مضاعفی بر مدار و تجهیزات الکتریکی خودرو وارد آمده و سبب افزایش استهلاک و مراجعات خدمات پس از فروش برای تعویض باتری، دینام و … می­گردد؛ به همین دلایل باید قبل از طراحی با در نظر گرفتن مشخصات الکتریکی خودرو و حساسیت آن، پارامترهای مبنا را تعیین نمود.

در جداول ذیل برای آشنایی بیشتر و مقایسه، مشخصات تعدادی از خودروهای متداول در بازار کشور ارائه گردیده است:

 دو ایراد از مطالب قبلی گرفته اند که قبل از پرداختن به ادامه موضوع طراحی مدار گرمکن شیشه عقب، به شرح ذیل توضیح داده می شود:

۱- استفاده از لغت شابلون چاپ بجای کلیشه چاپ: کلیشه در صنعت دارای مفهوم ابزار تولیدی و استفاده در تولید انبوه بوده و شابلون دارای بار معنایی کنترلی و کیفی می باشد. چنانچه دقت شود بیشتر تولیدکنندگان از لغت کلیشه چاپ بجای شابلون چاپ استفاده می کنند.

۲- مفهوم به اهم نرسیدن مدار گرمکن هنگام چاپ، اختلاط نامناسب خمیرنقره۸۰% – ۵۰% و سایر پارامترهای موثر در عدم قرارگیری مقاومت الکتریکی مدار در محدوده مورد نظر می باشد و در صنعت شیشه خودرو اصطلاح بوده و در این جمله مفهوم حد نصاب ندارد.

اما از دقت نظر و اظهار لطف این دوست عزیز تشکر می نمایم.

 
برای سهولت ارائه مطالب نکات قابل توجه در طراحی مدارهای گرمکن، در قالب نمونه مثال کاربردی ذیل بررسی می‌شود؛ لازم به ذکر است این روش محاسباتی بنده بوده که در سال ۸۹ در شرکت سایا تهیه شده و در هیچ یک از مراجع مشابه آن را ندیده ام و احتمال وجود روش های دیگر نیز وجود دارد:
طراحی مدار گرمکن شیشه عقب یک خودرو با مشخصات ذیل مورد نظر می­ باشد:
ظرفیت باتری:  ۵۰AH
ظرفیت دینام:  ۹۵A
دارای ۱۲ خط
طول کوتاهترین و بلندترین خط:  cm 102-108
ضخامت هرخط: ۲۰ میکرون

عرض هرخط:mm 0.8

روش اول در محاسبه پارامترهای مدار گرمکن
برای سهولت محاسبات، مدار را به مستطیلی به طول متوسط دو قاعده بزرگ مطابق شکل زیر شبیه­ سازی نموده و پتانسیل خطوط با توجه به توضیحات قبلی در وسط  W/M2 500 و در کناره­ ها  W/M2165  انتخاب می­ گردد.
توان کل مدار(PTOTAL) مجموع توان در ناحیهA (وسط شیشه) و گوشه‌ها می­باشد:

 

PA = 500 W/M2 ×(۰٫۸ M×۰٫۳۵ M)=140W

PB1 = PB2 = 165 W/M2 ×(۰٫۱۲۵ M×۰٫۳۵ M)=7.22W

PTOTAL =PA + PB1+ PB2=140+7.22+7.22=154.4~155W

PTOTAL = VT 2  /RT → RT =122 /155=0.93 Ω   

حدود مقاومت مدار گرمکن با در نظر گرفتن محدودیت­های فرآیند تولید معمولاً ۱۰%± مقدار مقاومت معادل و یا Ω ۰٫۱± در نظر گرفته می­شود که در این طراحی با توجه به مقاومت محاسباتی RTمی­توان دو محدوده  Ω ۰٫۸-۱ و یا Ω  ۰٫۸۵ -۱٫۰۵ را پیشنهاد نمود.
با توجه به اینکه در محاسبات طراحی، عرض و ضخامت خطوط ثابت در نظر گرفته شده و یا در مواردی ساده­ سازی شده­ اند، برای رسیدن به مقاومت معادل مورد نظر در فرآیند چاپ، با ترکیب خمیر نقره۸۰%و۵۰% مخلوط کالیبره می­گردد؛ اما برای جلوگیری از سعی و خطا بودن درصد اختلاط می­ توان مقاومت ویژه را به روش ذیل محاسبه نمود:

PA =140W ,VA =11.3v   

(مقدار ولتاژ در ناحیه وسط(VA) با ولتمتر خوانده می­شود.)

PA = VA 2 / RA → RA =11.32 /140 =0.91 Ω  

با فرض یکسان بودن مقاومت هر۱۲ خط و با توجه به موازی بودن خطوط المنت، برای محاسبه مقاومت یک خط(R) کافی است  RAدر تعداد خطوط (n) ضرب شود:

RA=R/n → R= 0.91×۱۲=۱۰٫۹۵ Ω

سطح مقطع هر خط (A) برابر است با ضخامت(۲۰ میکرون) در عرض هرخط (mm 0.8)

A = 20 ×۱۰ M × ۰٫۸ ×۱۰ M =1.6 ×۱۰  M2

L=0.8 M

R= ρ L / A → ρ = R A /L

ρ = R A /L =10.95×۱٫۶ ×۱۰/۰٫۸ =۲۱٫۹×۱۰ Ω.M

مقایسه ρ بدست آمده با مقاومت ویژه نقره خالص از جدول۱(۱٫۶۲×۱۰ Ω.M) نشان دهنده تفاوت خلوص نقره مدار گرمکن خودرو نسبت به صنایع الکترونیک و ابزار دقیق می‌باشد.

روش دوم در محاسبه پارامترهای مدار گرمکن

در این روش با در نظر گرفتن ظرفیت سیستم الکتریکی خودرو، جریان عبوری از مدار گرمکن را با تلرانس A 4-7 %±  انتخاب نموده و برمبنای آن پتانسیل خطوط گرمکن و مقاومت معادل مدار محاسبه می‌گردد. چنانچه در مثال فوق جریان مدار گرمکنA11 انتخاب شود، با درنظر گرفتن A5%±   برای محاسبه توان کل می‌توان نوشت:

I =11 ±A   →  I1=10.45 A  ,  I2=11.55 A

V = R ×I

R1=12/10.45=1.14 Ω

R2=12/11.55=1.04 Ω

R=1.041.14 Ω

P = V 2 /R →

P1 =144/1.04=138W

P2 =144/1.14=126W

توان کل شیشه متوسط دو مقدار بدست آمده(۱۳۲W) می­باشد که سایر پارامترها را می‌توان با تکرار مراحل حالت قبل محاسبه نمود.

جمع ­بندی
دو پارامتر اصلی در طراحی کاربردی مدار گرمکن شیشه، کارکرد مناسب در شرایط خواسته شده و عدم قطعی خطوط در زمان استفاده مشتری در بلند مدت می­باشد. شاید یکی از قدیمی­ ترین سوابق مشکلات جانبی قطعی خطوط گرمکن، گزارش شرکت جنرال موتورز در اواخر دهه ۷۰ میلادی در خصوص تغییرات فرکانس و ایجاد پارازیت رادیو باشدکه آغازی بر ابداع روش­ها و مواد مختلف برای کنترل فرآیند تولید و ترمیم خطوط گرمکن بود(شرکت­های ایالات متحده در مواد ترمیمی نتایج و کیفیت بهتری دارند). اعمال شوک الکتریکی به مدار برای شناسایی نقاط سست و بررسی شار حرارتی شیشه به وسیله دوربین فرابنفش یکی از روش­های متداول در خطوط تولید می‌باشد؛ این روش علیرغم کنترل مناسب، بدلیل هزینه بالا و کاهش نسبی سرعت فرآیند تولید دارای محدودیت­هایی می‌باشد، به همین سبب خودروسازان با ایجاد مسیر فرعی و اضافه نمودن دو یا سه خط عمودی در مدار که خطوط موازی را قطع می­نماید، قابلیت عملکردی مدار را افزایش داده و مدار را از نظر قطعی خطوط، اصلاح و بهینه می­ کنند.

نکات قابل توجه در طراحی مدار گرمکن

با توجه به قیمت بالای خمیرنقره، طراحی بهینه بر مبنای برآورده شدن مقدار گرمای لازم با حداقل مقدار نقره مصرفی می باشد. خمیر نقره اصلی در مدار گرمکن خودرو دارای خلوص۸۰% می­ باشد که معمولاً برای تنظیم مقاومت معادل مدار با خمیر نقره۵۰% مخلوط می­ گردد؛ همچنین سایر نسبتها مثل ۶۳،۶۰ و … نیز استفاده می شود.

با در نظر گرفتن اینکه چاپ خمیر نقره قبل از فرآیند فرم دهی و خم بوده، معمولاً در شیشه مسطح، فاصله خطوط موازی از همmm 25-30 انتخاب می­ شود که در مواردی تا mm 35 نیز استفاده می شود؛ بدیهی است این فاصله با توجه به اندازه شیشه و خم آن، در بعضی از نقاط وسط محصول نهایی که خم زیاد است تغییر کرده و تا mm 5 افزایش خواهد داشت؛ معمولاً بسته به اندازه شیشه، ۱۸-۱۰ خط در هر شیشه قرار می­گیرد.

برای جلوگیری از قطعی خطوط در محل تماس با نقطه­ چین­ های چاپ سرامیکی توصیه می­ شود عرض ابتدای هر خط از دو طرف به طول حداقلmm 20-30 بعد از نقطه­ چین­ ها، دو تا پنج برابر ضخامت نازکترین نقطه مدار (وسط) در نظر گرفته شود.(بنده در طراحی این مقدار را mm 1.1 درنظر می گیرم).

حداقل اندازه عرض هر خط با توجه به نوع چاپ دارای محدودیت ابعادی بوده اما با درنظر گرفتن کلیشه­ های متداول، بهترین انتخاب۰٫۷mm0.6  در نازکترین نقطه مدار می­ باشد؛ چراکه در محدوده کمتر از این مقدار احتمال مشاهده قطعی خطوط گرمکن افزایش می­ یابد. در صورت لزوم به استفاده از عرض­ های کمتر از این مقدار، باید فرآیند آماده­ سازی خمیر نقره و تمیز نمودن کلیشه­ ها با دقت فراوانی انجام شود.

دانه بندی ذرات استفاده شده در خمیرنقره عامل اصلی قطعی خطوط گرمکن شیشه می باشد. زیرا انباشتگی یا به هم چسبیدن ذرات میکرونی (agglomeration)تشکیل دهنده خمیر نقره و عدم عبور آن از توری یا کلیشه چاپ سبب قطعی خطوط گرمکن می شود.

ضخامت خطوط گرمکن مطابق دیتاشیت شرکت جانسون متی(Johnson Matthey) در دو اندازه ۳۰ و ۲۰ میکرون توصیه شده که ضخامت نهایی با توجه به پارچه متداول در کلیشه چاپ (۷۷T)، پس از خم و خشک شدن حداقل۲ میکرون کمتر از مقادیر فوق خواهد بود؛ از اینرو در ساخت کلیشه انتخاب ضخامت و عرض، دو پارامتر اصلی در جلوگیری از قطعی خطوط گرمکن به عنوان یکی از موارد مهم شکایت مشتری می­ باشد.

در روش­های جدید ترمینال گرمکن(پنس) بجای لحیم، با چسب­های مایع هادی جریان چسبانیده می­ شود. این روش به ویژه در شیشه های دارای مدار آنتن کارآیی بالایی دارد.

برای ناحیه کناری مدار که ترمینال گرمکن در آن لحیم یا چسبانده می شود پهنا یا عرض ثابتی را نمی ­توان توصیه نمود و تنها با درنظر گرفتن میزان مقاومت ویژه و خلوص نقره، باید سطح به قدری بزرگ انتخاب شود که مقاومت آن ناچیز بوده و ابتدای شروع خط ها در طرفین، مانند یک گره عمل نمایند.

چنانچه پهنایmm 12-20 برای ناحیه کناری مدار تعیین گردد، می­ توان پهنای انتهایی از بالا و پایین را بطور تقریبی تا ۲۰% کاهش داد، که این مقدار با توجه به پارامترهای چاپ قابل افزایش می­ باشد. اما در مواردی با توجه به نوع مدار، خم شیشه و افزایش طول خطوط پایینی، پهنای انتهایی خطوط کناری افزایش می یابد که می توان به پژو ۲۰۶ اشاره نمود.

شیشه در برابر انواع مواد شیمیایی از جمله اسیدها و بازهای بسیار مقاوم بوده و خوردگی در آن به وجود نمی ­آید و فقط اسید فلوریدریک(HF) می‌تواند شیشه را در خود حل نماید. از این نکته می­ توان استفاده نمود و بوسیله HF رقیق و یا خمیر دندان (دارای فلوراید)، خط و خش کمتر از mm 0.1 ناشی از فرآیند تولید و یا چاپ خطوط گرمکن را ترمیم یا اصلاح نمود؛ که مدت زمان لازم با توجه به درصد مواد، به صورت تجربی قابل محاسبه می باشد.

در انتخاب خمیر نقره علاوه بر بعد فنی باید به ابعاد اقتصادی و سلامت کارکنان نیز توجه شود.

خلوص خمیر نقره از عوامل اصلی بعد اقتصادی و رقابتی برندها می باشد که در خرید باید به دقت شود. بطور مثال اگر خمیر ۸۰% خریداری می شود حد پایین خلوص آن ۰٫۵% بوده و به عبارتی خلوص آن باید در محدوده ۸۱-۷۹٫۵% باشد. در صورتیکه بعضی از مواد موجود باقیمت پایین تر دارای خلوص تقریبی ۷۵% و کمتر می باشند. در واقع برای کاهش قیمت، از خلوص نقره کم شده و به جای آن، روغن کاج (Pine Oil) بیشتری اضافه گردیده است که باعث بروز مشکلات فنی در رسیدن به اهم مورد نظر می گردد.

عامل مهم دیگر در انتخاب خمیر نقره، بررسی وجود سرب می باشد که معمولا در بعضی از برندها، برای سهولت چاپ و ارزان نمودن قیمت تمام شده اضافه می شود.

عدم وجود سرب یا سایر عناصر سنگین در بسیاری از کشورهای جهان برای سلامتی کارکنان به عنوان الزام شناخته شده است که عدم توجه به آن منجر به ابتلا به سرطان می گردد؛ با کمی دقت کارگران سرطانی ایستگاه های چاپ در بعضی از کارخانجات قابل مشاهده می باشند.

لذا در صورتی که بعضی از شرکتها یا افراد حتی به قیمت مرگ تدریجی کارگران نیز نمی توانند از چند صد دلار سود بیشتر صرفنظر کنند، توصیه می شود حداقل به افراد ایستگاه چاپ بصورت روزانه شیر داده شود.

لازم به یادآوری است خوردن، آشامیدن و حتی سیگار کشیدن در محیط چاپ احتمال بروز سرطان های پیشرفته را به شدت افزایش می دهد.

برگرفته از وبلاگ اتو گلاس

شیشه اتومبیل نعمتی

رفتن به نوارابزار