مروری بر طراحی خطوط گرمکن شیشه های عقب - قسمت چهارم

در انتخاب خمير نقره علاوه بر بعد فني بايد به ابعاد اقتصادي و سلامت كاركنان نيز توجه شود. خلوص خمير نقره از عوامل اصلي بعد اقتصادي و رقابتي برندها مي باشد كه در خريد بايد به دقت شود. بطور مثال اگر خمير 80% خريداري مي شود حد پايين خلوص آن 0.5% بوده و به عبارتي خلوص آن بايد در محدوده 81-79.5% باشد. در صورتيكه بعضي از مواد موجود باقيمت پايين تر داراي خلوص تقريبي 75% و كمتر مي باشند. در واقع براي كاهش قيمت، از خلوص نقره كم شده و به جاي آن، روغن كاج (Pine Oil) بيشتري اضافه گرديده است كه باعث بروز مشكلات فني در رسيدن به اهم مورد نظر مي گردد.

عامل مهم ديگر در انتخاب خمير نقره، بررسي وجود سرب مي باشد كه معمولا در بعضي از برندها، براي سهولت چاپ و ارزان نمودن قيمت تمام شده اضافه مي شود. عدم وجود سرب يا ساير عناصر سنگين در بسياري از كشورهاي جهان براي سلامتي كاركنان به عنوان الزام شناخته شده است كه عدم توجه به آن منجر به ابتلا به سرطان مي گردد؛ با كمي دقت كارگران سرطاني ايستگاه هاي چاپ در بعضي از كارخانجات قابل مشاهده مي باشند. لذا در صورتي كه بعضي از شركتها يا افراد حتي به قيمت مرگ تدريجي كارگران نيز نمي توانند از چند صد دلار سود بيشتر صرفنظر كنند، توصيه مي شود حداقل به افراد ايستگاه چاپ بصورت روزانه شير داده شود. لازم به يادآوري است خوردن، آشاميدن و حتي سيگار كشيدن در محيط چاپ احتمال بروز سرطان هاي پيشرفته را به شدت افزايش مي دهد.

مروری بر طراحی خطوط گرمکن شیشه های عقب - قسمت سوم

نكات قابل توجه در طراحي مدار گرمكن

با توجه به قيمت بالاي خميرنقره، طراحي بهينه بر مبناي برآورده شدن مقدار گرماي لازم با حداقل مقدار نقره مصرفي مي باشد. خمير نقره اصلي در مدار گرمكن خودرو داراي خلوص80% مي­ باشد كه معمولاً براي تنظيم مقاومت معادل مدار با خمير نقره50% مخلوط مي­ گردد؛ همچنين ساير نسبتها مثل 63،60 و ... نيز استفاده مي شود.

با در نظر گرفتن اينكه چاپ خمير نقره قبل از فرآيند فرم دهي و خم بوده، معمولاً در شيشه مسطح، فاصله خطوط موازي از همmm 25-30 انتخاب مي­ شود كه در مواردي تا mm 35 نيز استفاده مي شود؛ بديهي است اين فاصله با توجه به اندازه شيشه و خم آن، در بعضي از نقاط وسط محصول نهايي كه خم زياد است تغيير كرده و تا mm 5 افزايش خواهد داشت؛ معمولاً بسته به اندازه شيشه، 18-10 خط در هر شيشه قرار مي­گيرد.

براي جلوگيري از قطعي خطوط در محل تماس با نقطه­ چين­ هاي چاپ سراميكي توصيه مي­ شود عرض ابتداي هر خط از دو طرف به طول حداقلmm 20-30 بعد از نقطه­ چين­ ها، دو تا پنج برابر ضخامت نازكترين نقطه مدار (وسط) در نظر گرفته شود.(بنده در طراحي اين مقدار را mm 1.1 درنظر مي گيرم).

حداقل اندازه عرض هر خط با توجه به نوع چاپ داراي محدوديت ابعادي بوده اما با درنظر گرفتن كليشه­ هاي متداول، بهترين انتخاب0.7- mm 0.6  در نازكترين نقطه مدار مي­ باشد؛ چراكه در محدوده كمتر از اين مقدار احتمال مشاهده قطعي خطوط گرمكن افزايش مي­ يابد. در صورت لزوم به استفاده از عرض­ هاي كمتر از اين مقدار، بايد فرآيند آماده­ سازي خمير نقره و تميز نمودن كليشه­ ها با دقت فراواني انجام شود.

دانه بندي ذرات استفاده شده در خميرنقره عامل اصلي قطعي خطوط گرمكن شيشه مي باشد. زيرا انباشتگي يا به هم چسبيدن ذرات ميكروني (agglomeration)تشكيل دهنده خمير نقره و عدم عبور آن از توري يا كليشه چاپ سبب قطعي خطوط گرمكن مي شود.

ضخامت خطوط گرمكن مطابق ديتاشيت شركت جانسون متي (Johnson Matthey) در دو اندازه 30 و 20 ميكرون توصيه شده كه ضخامت نهايي با توجه به پارچه متداول در كليشه چاپ (77T)، پس از خم و خشك شدن حداقل2 ميكرون كمتر از مقادير فوق خواهد بود؛ از اينرو در ساخت كليشه انتخاب ضخامت و عرض، دو پارامتر اصلي در جلوگيري از قطعي خطوط گرمكن به عنوان يكي از موارد مهم شكايت مشتري مي­ باشد.

در روش­هاي جديد ترمينال گرمكن(پنس) بجاي لحيم، با چسب­هاي مايع هادي جريان چسبانيده مي­ شود. اين روش به ويژه در شيشه هاي داراي مدار آنتن كارآيي بالايي دارد.

براي ناحيه كناري مدار كه ترمينال گرمكن در آن لحيم يا چسبانده مي شود پهنا يا عرض ثابتي را نمي ­توان توصيه نمود و تنها با درنظر گرفتن ميزان مقاومت ويژه و خلوص نقره، بايد سطح به قدري بزرگ انتخاب شود كه مقاومت آن ناچيز بوده و ابتداي شروع خط ها در طرفين، مانند يك گره عمل نمايند. چنانچه پهنايmm 12-20 براي ناحيه كناري مدار تعيين گردد، مي­ توان پهناي انتهايي از بالا و پايين را بطور تقريبي تا 20% كاهش داد، كه اين مقدار با توجه به پارامترهاي چاپ قابل افزايش مي­ 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 206 اشاره نمود.

شيشه در برابر انواع مواد شيميايي از جمله اسيدها و بازهاي بسيار مقاوم بوده و خوردگي در آن به وجود نمي ­آيد و فقط اسيد فلوريدريک (HF) مي‌تواند شيشه را در خود حل نمايد. از اين نكته مي­ توان استفاده نمود و بوسيله HF رقيق و يا خمير دندان (داراي فلورايد)، خط و خش كمتر از mm 0.1 ناشي از فرآيند توليد و يا چاپ خطوط گرمكن را ترميم يا اصلاح نمود؛ كه مدت زمان لازم با توجه به درصد مواد، به صورت تجربي قابل محاسبه مي باشد.

مروری بر طراحی خطوط گرمکن شیشه های عقب - قسمت دوم

دوست عزيزي دو ايراد از مطالب قبلي گرفته اند که قبل از پرداختن به ادامه موضوع طراحي مدار گرمكن شيشه عقب، به شرح ذيل توضيح داده مي شود:

1- استفاده از لغت شابلون چاپ بجاي كليشه چاپ: كليشه در صنعت دارای مفهوم ابزار توليدي و استفاده در توليد انبوه بوده و شابلون دارای بار معنایی كنترلي و كيفي مي باشد. چنانچه دقت شود بيشتر توليدكنندگان از لغت كليشه چاپ بجاي شابلون چاپ استفاده مي كنند.

2- مفهوم به اهم نرسيدن مدار گرمكن هنگام چاپ، اختلاط نامناسب خميرنقره80% - 50% و ساير پارامترهاي موثر در عدم قرارگيري مقاومت الكتريكي مدار در محدوده مورد نظر مي باشد و در صنعت شيشه خودرو اصطلاح بوده و در این جمله مفهوم حد نصاب ندارد.

اما از دقت نظر و اظهار لطف اين دوست عزيز تشكر مي نمايم.

 

براي سهولت ارائه مطالب نكات قابل توجه در طراحی مدارهاي گرمكن، در قالب نمونه مثال كاربردي ذیل بررسي مي‌شود؛ لازم به ذکر است این روش محاسباتی بنده بوده که در سال 89 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:

طراحي مدار گرمكن شيشه عقب يك خودرو با مشخصات ذيل مورد نظر مي­ باشد:

ظرفيت باتري:  50AH

ظرفيت دينام:  95A

داراي 12 خط

طول کوتاهترین و بلندترین خط:  cm 102-108

ضخامت هرخط: 20 ميكرون

عرض هرخط:mm 0.8

روش اول در محاسبه پارامترهاي مدار گرمكن

براي سهولت محاسبات، مدار را به مستطيلي به طول متوسط دو قاعده بزرگ مطابق شكل زیر شبيه­ سازي نموده و پتانسيل خطوط با توجه به توضيحات قبلي در وسط  W/M² 500 و در كناره­ ها  W/M² 165  انتخاب مي­ گردد.
توان كل مدار(P_TOTAL) مجموع توان در ناحيهA (وسط شيشه) و گوشه‌ها مي­باشد:

 

P_A = 500 W/M² ×(0.8 M×0.35 M)=140W

P_B1 = P_B2 = 165 W/M² ×(0.125 M×0.35 M)=7.22W

P_TOTAL =P_A + P_B1+ P_B2=140+7.22+7.22=154.4~155W

P_TOTAL = V_T ²  /R_T → R_T =12² /155=0.93 Ω   

حدود مقاومت مدار گرمكن با در نظر گرفتن محدوديت­هاي فرآيند توليد معمولاً 10%± مقدار مقاومت معادل و يا Ω 0.1± در نظر گرفته مي­شود كه در اين طراحي با توجه به مقاومت محاسباتي R_Tمي­توان دو محدوده  Ω 0.8-1 و يا Ω  0.85 -1.05 را پيشنهاد نمود.

با توجه به اينكه در محاسبات طراحي، عرض و ضخامت خطوط ثابت در نظر گرفته شده و يا در مواردي ساده­ سازي شده­ اند، براي رسيدن به مقاومت معادل مورد نظر در فرآيند چاپ، با تركيب خمير نقره80%و50% مخلوط كاليبره مي­گردد؛ اما براي جلوگيري از سعي و خطا بودن درصد اختلاط مي­ توان مقاومت ويژه را به روش ذيل محاسبه نمود:

P_A =140W ,V_A =11.3v   

(مقدار ولتاژ در ناحيه وسط(V_A) با ولتمتر خوانده مي­شود.)

P_A = V_A ² / R_A → R_A =11.3² /140 =0.91 Ω  

با فرض يكسان بودن مقاومت هر12 خط و با توجه به موازي بودن خطوط المنت، براي محاسبه مقاومت يك خط(R) كافي است  R_Aدر تعداد خطوط (n) ضرب شود:

R_A=R/n → R= 0.91×12=10.95 Ω

سطح مقطع هر خط (A) برابر است با ضخامت(20 ميكرون) در عرض هرخط (mm 0.8)

A = 20 ×10^-6 M × 0.8 ×10^-3 M =1.6 ×10^-8  M²

L=0.8 M

R= ρ L / A → ρ = R A /L

ρ = R A /L =10.95×1.6 ×10^-8/0.8 =21.9×10^-8 Ω.M

مقايسه ρ بدست آمده با مقاومت ويژه نقره خالص از جدول1 (1.62×10^-8 Ω.M) نشان دهنده تفاوت خلوص نقره مدار گرمكن خودرو نسبت به صنايع الكترونيك و ابزار دقيق مي‌باشد.

روش دوم در محاسبه پارامترهاي مدار گرمكن

در اين روش با در نظر گرفتن ظرفيت سيستم الكتريكي خودرو، جريان عبوري از مدار گرمكن را با تلرانس A 4-7 %±  انتخاب نموده و برمبناي آن پتانسيل خطوط گرمكن و مقاومت معادل مدار محاسبه مي‌گردد. چنانچه در مثال فوق جريان مدار گرمكنA11 انتخاب شود، با درنظر گرفتن A5%±   براي محاسبه توان كل مي‌توان نوشت:

I =11 ±%5 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=1.04 - 1.14 Ω

P = V ² /R →

P₁ =144/1.04=138W

P₂ =144/1.14=126W

توان كل شيشه متوسط دو مقدار بدست آمده(132W) مي­باشد كه ساير پارامترها را مي‌توان با تكرار مراحل حالت قبل محاسبه نمود.

جمع ­بندي
دو پارامتر اصلي در طراحي كاربردي مدار گرمكن شيشه، كاركرد مناسب در شرايط خواسته شده و عدم قطعي خطوط در زمان استفاده مشتري در بلند مدت مي­باشد. شايد يكي از قديمي­ ترين سوابق مشكلات جانبي قطعي خطوط گرمكن، گزارش شركت جنرال موتورز در اواخر دهه 70 ميلادي در خصوص تغييرات فركانس و ايجاد پارازيت راديو باشدكه آغازي بر ابداع روش­ها و مواد مختلف براي كنترل فرآيند توليد و ترميم خطوط گرمكن بود(شركت­هاي ايالات متحده در مواد ترميمي نتايج و كيفيت بهتري دارند). اعمال شوك الكتريكي به مدار براي شناسايي نقاط سست و بررسي شار حرارتي شيشه به وسيله دوربين فرابنفش يكي از روش­هاي متداول در خطوط توليد مي‌باشد؛ اين روش عليرغم كنترل مناسب، بدليل هزينه بالا و كاهش نسبي سرعت فرآيند توليد داراي محدوديت­هايي مي‌باشد، به همين سبب خودروسازان با ايجاد مسير فرعي و اضافه نمودن دو يا سه خط عمودي در مدار كه خطوط موازي را قطع مي­نمايد، قابليت عملكردي مدار را افزايش داده و مدار را از نظر قطعي خطوط، اصلاح و بهينه مي­ كنند.

مروری بر طراحی خطوط گرمکن شیشه های عقب - قسمت اول

سال نو مبارک

با سلام و عرض ادب، نوروز باستانی و سال جدید را خدمت تمامی دوستان و همکاران محترم تبریک گفته، سلامتی و موفقیت را برای تمامی عزیزان آرزومندم. از تمامی دوستان(جدید و قدیمی) که به هر نحوی ابراز محبت نموده اند سپاسگزارم.

يادآوري مباني اوليه مهندسي برق - قانون اهم

نسبت اختلاف پتانسيل دو سر رسانا در دماي ثابت، به شدت جرياني که از آن مي­ گذرد (R=V/I) مقدار ثابتي است كه آنرا مقاومت الکتريکيR ­ناميده و يکاي آن اهم Ω است. مقاومت الکتريکي يا امپدانس، بيانگر مقاومت يک جسم فيزيکي در برابر عبور جريان الکتريکي مي­باشد؛ مقدار معکوس اين کميت، رسانايي الکتريکي يا ادميتانس نام دارد که با زيمنس (Siemens) اندازه‌گيري مي‌شود. همانطور كه در شكل مشخص مي­ باشد، مقاومت يک رسانا در دماي ثابت به طول، سطح مقطع و جنس رسانا بستگي دارد:

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

اثر دما بر مقاومت
چنانچه شخصي بخواهد از يک راهرو که در آن افرادي در حال دويدن به جهت­هاي مختلف هستند عبور کند، مطمئناً برخوردهاي زيادي با ديگران داشته و به راحتي نمي­ تواند به سمت ديگر راهرو برسد؛ به طور مشابه در مواد فلزي مي توان گفت: با افزايش دما، جنبش ملکولي (اتمي) افزايش يافته و احتمال برخورد الکترون­هاي در حال حرکت بيشتر شده و حرکتشان سخت مي­گردد در نتيجه مقاومت ويژه جسم افزايش مي‌يابد؛ مقاومت ويژه يک ماده وابسته به دما بوده و عموماً مقاومت فلزات با زياد شدن دما افزايش مي‌يابد؛ در گستره محدودي تا حدود 100oc رسانندگي فلزها تقريبا برابر است با:

  (( ρ₂  = ρ₁  (1+ α(T₂-T₁

كه ρ2 و ρ1 مقاومت ويژه ماده در دماهاي T2 و T1 مي‌باشند. α ضريب دمايي مقاومت ويژه بوده و واحد اندازه­ گيري آن 1/K   مي­ باشد. با تركيب روابط فوق  تغييرات مقاومت الكتريكي نسبت به تغييرات دما تعيين مي­گردد:

(( R2 = R1 (1+ α(T₂-T₁

براي آشنايي بيشتر، مقايسه كمي مواد و استفاده از ميزان مقاومت ويژه در طراحي مدار، مشخصات مواد متداول در مدارهاي الكتريكي در جدول ذیل ارائه گرديده است.

طراحي مدار گرمكن شيشه عقب خودرو
 اولين گام در طراحي مدار شيشه عقب، تعيين(انتخاب) پتانسيل خطوط گرمكن يا مقدار حرارت لازم در واحد سطح(W/M²) مي­ باشد؛ تعيين اين پارامتر معمولاً به دو روش صورت مي­ گيرد:
 پاره­ اي از خودروسازان ديد مستقيم راننده از آينه وسط را مطابق شكل الف به چندين بخش تقسيم نموده كه نواحي وسط داراي بيشترين ميزان حرارت بوده و مقدار آن به مرور در اطراف كاهش مي­ يابد. اما روش متداول در خودروهاي سواري كوچك و متوسط، تقسيم ­بندي شيشه به دو ناحيه مياني و گوشه ها بوده كه معمولاً به صورت BL ±4 ( مقدار 80سانتیمتر وسط شيشه) و مابقي شيشه در كناره‌ها، مطابق شكل ب مي‌باشد.

تعيين پتانسيل خطوط گرمكن
شايد كاهش زمان گرم شدن و افزايش سرعت ذوب يخ و برف انباشته شده بروي شيشه عقب، دلايل مناسبي براي طراحي بر مبناي حرارت بيشتر باشد؛ افزايش ميزان حرارت مستلزم كاهش مقاومت خطوط المنت مي­ باشد، اما قبل از كاهش اين مقدار در طراحي، بايد توجه داشت در شرايط سرما و استفاده از گرمكن­ها، معمولاً بخاري و در مواردي برف پاك­ كن و چراغ­ها نيز به طور همزمان مورد استفاده قرار مي­گيرند؛ كه سبب افزايش عبور جريان مصرفي از مدار الكتريكي خودرو مي­گردد. معمولاً كاهش هر0.1 Ω  در مقاومت مدار شيشه، بسته به نوع خودرو و مدار گرمكن آن، سبب افزايش A1-4 در آمپراژ مصرفي خودرو گرديده كه مقدار زيادي مي­ باشد؛ همچنين بنابر اصل فيزيكي کاهش مقاومت الکتريکي يک رساناي فلزي در سرما يا كاهش دما، مشخص مي‌گردد در ابتداي حركت در فصول سرما، ميزان آمپراژ مصرفي خودرو بدليل كاهش مقاومت معادل مدار از حالت اسمي بيشتر خواهد بود.
استفاده از گرمكن شيشه عقب بواسطه جريان زياد مصرفي، تقريباً20% مصرف سوخت را افزايش مي­دهد؛ علاوه بر آن بروز خودكشي يا شكست خودبخودي شيشه به سبب استفاده طولاني مدت از گرمكن محتمل بوده كه معمولاً براي جلوگيري از وقوع آن از قطع كن خودكار با زمان تقريبي10-6 دقيقه استفاده مي­شود. به اين سبب براي كاهش پديده خودكشي در طراحي بايد تناسب بين پارامترهاي توليد با توجه به جنس و ضخامت شيشه، مدت زمان استفاده از گرمكن تا قطع خودكار و پتانسيل مدار در نظر گرفته شود. با توجه به موارد موارد فوق مي­توان گفت: در صورت تعيين نامناسب پتانسيل خطوط گرمكن شيشه، فشار مضاعفي بر مدار و تجهيزات الكتريكي خودرو وارد آمده و سبب افزايش استهلاك و مراجعات خدمات پس از فروش براي تعويض باتري، دينام و ... مي­گردد؛ به همين دلايل بايد قبل از طراحي با در نظر گرفتن مشخصات الكتريكي خودرو و حساسيت آن، پارامترهاي مبنا را تعيين نمود.
در جداول ذیل براي آشنايي بيشتر و مقايسه، مشخصات تعدادي از خودروهاي متداول در بازار كشور ارائه گرديده است: