Wat is een waxmotor?
Een waxmotor is een lineaire actuator die gebruikmaakt van het feit dat was bij het smelten in volume uitzet (doorgaans 5–20%). Deze thermische expansie wordt vervolgens omgezet in mechanische arbeid.
Werking en Ontwerp
Het systeem bestaat uit een afgesloten volume was, een plunjer (slagstang) en een warmtebron (zoals elektrische stroom, zonnestraling of omgevingswarmte). Wanneer de was wordt verwarmd, zet deze uit en drijft de plunjer naar buiten. Bij afkoeling krimpt de was weer, waarbij een voorspanningskracht (zoals een veer of gewicht) ervoor zorgt dat de plunjer terugkeert naar de beginpositie.
Voordelen
Ten opzichte van magnetische solenoïden bieden waxmotoren diverse voordelen:
- Hoge kracht: Ze kunnen een hydraulische kracht leveren tot wel 4000 N.
- Vloeiende beweging: De activering en het vrijgeven verlopen geleidelijk.
- Passief gebruik: Ze kunnen volledig onafhankelijk van een externe stroombron werken door gebruik te maken van omgevingsenergie.
- Elektrisch voordeel: Als resistieve last hebben ze bij aansturing via TRIAC's geen snubber-circuits nodig.
Toepassingen
Waxmotoren worden in diverse sectoren toegepast, waaronder:
- Lucht- en ruimtevaart: Voor het regelen van brandstoffen en vloeistoffen.
- HVAC: In zelfsturende thermostatische mengventielen en radiatorkranen.
- Huishoudelijke apparaten: Voor deurvergrendelingen van wasmachines en doseerkleppen van vaatwassers.
- Tuinbouw: Voor het passief aansturen van ventilatiesystemen in kassen.
Waxmotor
Er kan een breed scala aan wassen worden gebruikt in waxmotoren, variërend van sterk geraffineerde koolwaterstoffen tot wassen gewonnen uit plantaardig materiaal. Specifieke voorbeelden zijn paraffinewassen in de reeks van rechte-keten n-alkanen. Deze smelten en stollen binnen een goed gedefinieerd en nauw temperatuurbereik.
Ontwerp
De belangrijkste componenten van een waxmotor zijn:
- Een afgesloten volume was.
- Een plunjer of slagstang om de thermo-hydraulische kracht van de was om te zetten in een bruikbare mechanische output.
- Een warmtebron, zoals:
- Elektrische stroom; doorgaans een PTC-thermistor die de was verwarmt.
- Zonnestraling; bijvoorbeeld bij kasventilatiesystemen.
- Verbrandingswarmte; bijvoorbeeld restwarmte van interne verbrandingsmotoren.
- Omgevingswarmte.
- Een warmteafvoer (sink) om warmte-energie af te voeren, zoals:
- Convectie naar koelere omgevingslucht.
- Een Peltier-element dat is ingericht om warmte-energie weg te transporteren.
Wanneer de warmtebron wordt geactiveerd, wordt het wasblok verwarmd en zet het uit, waardoor de plunjer door volumeverplaatsing naar buiten wordt gedreven. Wanneer de warmtebron wordt verwijderd, krimpt het wasblok tijdens het afkoelen en stolt de was. Om de plunjer terug te laten keren, is doorgaans een voorspanningskracht (biasing force) nodig om de mechanische weerstand van de afdichtingen die de vloeibare was bevatten, te overwinnen. Deze voorspanningskracht is doorgaans 20% tot 30% van de bedrijfskracht en wordt vaak geleverd door een mechanische veer of een extern aangebracht gewicht (Duerig 1990, p. 214).
Afhankelijk van de specifieke toepassing kunnen waxmotoren voordelen hebben ten opzichte van magnetische solenoïden:
- Ze leveren een grote hydraulische kracht vanuit de uitzetting van de was, in de orde van 4000 N (wat overeenkomt met ongeveer 400 kg bij standaardzwaartekracht) (Tibbitts 1988, p. 13).
- Zowel de activering als het vrijgeven van de waxmotor gebeurt niet onmiddellijk, maar verloopt vloeiend en geleidelijk.
- Omdat de waxmotor een resistieve last is in plaats van een inductieve last, hebben waxmotoren die worden aangestuurd door TRIAC's geen snubber-circuits nodig.
- Waxmotoren kunnen volledig passief worden bedreven door gebruik te maken van omgevingsenergie. Aangezien er verschillende smeltpunten mogelijk zijn voor de gebruikte was, kan er een worden gekozen die past bij het bereik van de omgevingstemperaturen in een gegeven toepassing. Op deze manier kan de was binnen dit bereik smelten en stollen door de overdracht van thermische energie. Wanneer ze direct bij de warmtebron zijn geplaatst, kunnen waxmotoren werken zonder dat er een extra externe stroombron nodig is.
Toepassingen
Lucht- en ruimtevaartcontroles
Waxmotoren worden veelvuldig gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie, waar ze worden ingezet om brandstof, hydraulische vloeistoffen en andere oliën te regelen die essentieel zijn voor de veilige vlucht van moderne vliegtuigen.
Mengventielen - HVAC
Waxmotoren zijn ingebouwd in "zelfsturende" thermostatische mengventielen, waarbij de waxmotor thermische veranderingen detecteert en dienovereenkomstig reageert om een gewenste mengvloeistoftemperatuur te bereiken.
Wasmachines
Sommige wasmachines met een voorlaadopening gebruiken waxmotoren om het vergrendelingsmechanisme van de deur aan te sturen. Wanneer een cyclus start, wordt een waxmotor geactiveerd die een pen naar buiten duwt en de deur vergrendelt. Dit ontwerp biedt voordelen op het gebied van kosten, betrouwbaarheid en veiligheid. In vochtige omstandigheden is een waxmotor goedkoper voor een gelijkwaardige betrouwbaarheid dan een elektromagnetische solenoïde of een motorvergrendeling. Het heeft een voorspelbare passieve vertraging bij het vrijgeven. Als de stroom uitvalt, blijft de deur kortstondig vergrendeld (ontworpen om langer te duren dan de uitlooptijd van de centrifugeercyclus) en ontgrendelt deze vervolgens betrouwbaar zodra de was afkoelt.
Waterverwarmingssystemen
Waxmotoren worden ook algemeen gebruikt om zoneventielen aan te sturen in hydronische (warmwater) verwarmingssystemen, zoals bij thermostatische radiatorkranen.
Vaatwassers
Ze worden in veel vaatwassers gebruikt om de vergrendeling van het kleppendeurtje voor het afwasmiddel vrij te geven. De waxmotor fungeert als een solenoïde wanneer hij wordt geactiveerd door de timer of besturing van de vaatwasser, en de zuiger bedient het mechanisme dat vervolgens de pallet van het doseerdeurtje loslaat. Ze worden ook gebruikt om het uitlaatventiel voor de droogcyclus te regelen.
Kasventilatie
Waxmotoren worden op grote schaal gebruikt om de temperatuurregulerende ventilaties van kassen aan te sturen. In deze toepassing smelt de was naarmate de omgevingstemperatuur in de kas stijgt, waardoor de plunjer wordt geactiveerd en de ventilatieopeningen openen. Wanneer de temperatuur in de kas voldoende is gedaald, koelt de was af en stolt deze, waardoor de ventilatieopeningen weer kunnen sluiten.
Paraffine-microactuatoren
Een paraffine-microactuator is een type waxmotor die vaak is vervaardigd met micro-elektromechanische systemen (MEMS)-technologie of soms met precisiemechanica.
Zie ook
- Wax thermostatic element
- Thermostatische radiatorkraan
Referenties
- Setright, L. J. K. (1976). "Cooling". In Ian Ward (ed.). Anatomy of the Motor Car. Orbis. pp. 61–62. ISBN 0-85613-230-6.
- Group, Techbriefs Media (oktober 2018). "Thermostatic Solutions for Temperature Control Applications". www.aerodefensetech.com. Geraadpleegd op 2021-03-15.
- Ogden, Sam; Klintberg, Lena; Thornell, Greger; Hjort, Klas; Bodén, Roger (30 november 2013). "Review on miniaturized paraffin phase change actuators, valves, and pumps". Microfluidics and Nanofluidics. 17: 53–71. doi:10.1007/s10404-013-1289-3. S2CID 85525659.
- Freund, M.; Csikos, R; Keszthelyi, S; Mozes, Gy (1982). Paraffin products: properties, technologies and applications. Budapest, Hungary: Hungarian academy of sciences. ISBN 963-05-2680-8.
- Duerig, T.W. (1990). Engineering aspects of shape memory alloys. Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-1009-3.
- Tibbitts, Scott (1988). "High output paraffin actuators: Utilization in aerospace mechanism". NASA Technical Reports Server. Hanover, MD: NASA Center for AeroSpace Information (CASI). Geraadpleegd op 31 mei 2019.
Externe links
- Wax Motor Manufacturer - Rostra Vernatherm
- General Thermal Actuator - Wax Motor Information
- Wax Motor and Thermoactuator Manufacturer | iSwell
Waxmotor
Er kan een breed scala aan wassen worden gebruikt in waxmotoren, variërend van sterk geraffineerde koolwaterstoffen tot wassen gewonnen uit plantaardig materiaal. Specifieke voorbeelden zijn paraffinewassen in de reeks van rechte-keten n-alkanen. Deze smelten en stollen binnen een goed gedefinieerd en nauw temperatuurbereik.
Ontwerp
De belangrijkste componenten van een waxmotor zijn:
- Een afgesloten volume was.
- Een plunjer of slagstang om de thermo-hydraulische kracht van de was om te zetten in een bruikbare mechanische output.
- Een warmtebron, zoals:
- Elektrische stroom; doorgaans een PTC-thermistor die de was verwarmt.
- Zonnestraling; bijvoorbeeld bij kasventilatiesystemen.
- Verbrandingswarmte; bijvoorbeeld restwarmte van interne verbrandingsmotoren.
- Omgevingswarmte.
- Een warmteafvoer (sink) om warmte-energie af te voeren, zoals:
- Convectie naar koelere omgevingslucht.
- Een Peltier-element dat is ingericht om warmte-energie weg te transporteren.
Wanneer de warmtebron wordt geactiveerd, wordt het wasblok verwarmd en zet het uit, waardoor de plunjer door volumeverplaatsing naar buiten wordt gedreven. Wanneer de warmtebron wordt verwijderd, krimpt het wasblok tijdens het afkoelen en stolt de was. Om de plunjer terug te laten keren, is doorgaans een voorspanningskracht (biasing force) nodig om de mechanische weerstand van de afdichtingen die de vloeibare was bevatten, te overwinnen. Deze voorspanningskracht is doorgaans 20% tot 30% van de bedrijfskracht en wordt vaak geleverd door een mechanische veer of een extern aangebracht gewicht (Duerig 1990, p. 214).
Afhankelijk van de specifieke toepassing kunnen waxmotoren voordelen hebben ten opzichte van magnetische solenoïden:
- Ze leveren een grote hydraulische kracht vanuit de uitzetting van de was, in de orde van 4000 N (wat overeenkomt met ongeveer 400 kg bij standaardzwaartekracht) (Tibbitts 1988, p. 13).
- Zowel de activering als het vrijgeven van de waxmotor gebeurt niet onmiddellijk, maar verloopt vloeiend en geleidelijk.
- Omdat de waxmotor een resistieve last is in plaats van een inductieve last, hebben waxmotoren die worden aangestuurd door TRIAC's geen snubber-circuits nodig.
- Waxmotoren kunnen volledig passief worden bedreven door gebruik te maken van omgevingsenergie. Aangezien er verschillende smeltpunten mogelijk zijn voor de gebruikte was, kan er een worden gekozen die past bij het bereik van de omgevingstemperaturen in een gegeven toepassing. Op deze manier kan de was binnen dit bereik smelten en stollen door de overdracht van thermische energie. Wanneer ze direct bij de warmtebron zijn geplaatst, kunnen waxmotoren werken zonder dat er een extra externe stroombron nodig is.
Toepassingen
Lucht- en ruimtevaartcontroles
Waxmotoren worden veelvuldig gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie, waar ze worden ingezet om brandstof, hydraulische vloeistoffen en andere oliën te regelen die essentieel zijn voor de veilige vlucht van moderne vliegtuigen.
Mengventielen - HVAC
Waxmotoren zijn ingebouwd in "zelfsturende" thermostatische mengventielen, waarbij de waxmotor thermische veranderingen detecteert en dienovereenkomstig reageert om een gewenste mengvloeistoftemperatuur te bereiken.
Wasmachines
Sommige wasmachines met een voorlaadopening gebruiken waxmotoren om het vergrendelingsmechanisme van de deur aan te sturen. Wanneer een cyclus start, wordt een waxmotor geactiveerd die een pen naar buiten duwt en de deur vergrendelt. Dit ontwerp biedt voordelen op het gebied van kosten, betrouwbaarheid en veiligheid. In vochtige omstandigheden is een waxmotor goedkoper voor een gelijkwaardige betrouwbaarheid dan een elektromagnetische solenoïde of een motorvergrendeling. Het heeft een voorspelbare passieve vertraging bij het vrijgeven. Als de stroom uitvalt, blijft de deur kortstondig vergrendeld (ontworpen om langer te duren dan de uitlooptijd van de centrifugeercyclus) en ontgrendelt deze vervolgens betrouwbaar zodra de was afkoelt.
Waterverwarmingssystemen
Waxmotoren worden ook algemeen gebruikt om zoneventielen aan te sturen in hydronische (warmwater) verwarmingssystemen, zoals bij thermostatische radiatorkranen.
Vaatwassers
Ze worden in veel vaatwassers gebruikt om de vergrendeling van het kleppendeurtje voor het afwasmiddel vrij te geven. De waxmotor fungeert als een solenoïde wanneer hij wordt geactiveerd door de timer of besturing van de vaatwasser, en de zuiger bedient het mechanisme dat vervolgens de pallet van het doseerdeurtje loslaat. Ze worden ook gebruikt om het uitlaatventiel voor de droogcyclus te regelen.
Kasventilatie
Waxmotoren worden op grote schaal gebruikt om de temperatuurregulerende ventilaties van kassen aan te sturen. In deze toepassing smelt de was naarmate de omgevingstemperatuur in de kas stijgt, waardoor de plunjer wordt geactiveerd en de ventilatieopeningen openen. Wanneer de temperatuur in de kas voldoende is gedaald, koelt de was af en stolt deze, waardoor de ventilatieopeningen weer kunnen sluiten.
Paraffine-microactuatoren
Een paraffine-microactuator is een type waxmotor die vaak is vervaardigd met micro-elektromechanische systemen (MEMS)-technologie of soms met precisiemechanica.
Zie ook
- Wax thermostatic element
- Thermostatische radiatorkraan
Referenties
- Setright, L. J. K. (1976). "Cooling". In Ian Ward (ed.). Anatomy of the Motor Car. Orbis. pp. 61–62. ISBN 0-85613-230-6.
- Group, Techbriefs Media (oktober 2018). "Thermostatic Solutions for Temperature Control Applications". www.aerodefensetech.com. Geraadpleegd op 2021-03-15.
- Ogden, Sam; Klintberg, Lena; Thornell, Greger; Hjort, Klas; Bodén, Roger (30 november 2013). "Review on miniaturized paraffin phase change actuators, valves, and pumps". Microfluidics and Nanofluidics. 17: 53–71. doi:10.1007/s10404-013-1289-3. S2CID 85525659.
- Freund, M.; Csikos, R; Keszthelyi, S; Mozes, Gy (1982). Paraffin products: properties, technologies and applications. Budapest, Hungary: Hungarian academy of sciences. ISBN 963-05-2680-8.
- Duerig, T.W. (1990). Engineering aspects of shape memory alloys. Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-1009-3.
- Tibbitts, Scott (1988). "High output paraffin actuators: Utilization in aerospace mechanism". NASA Technical Reports Server. Hanover, MD: NASA Center for AeroSpace Information (CASI). Geraadpleegd op 31 mei 2019.
Externe links
- Wax Motor Manufacturer - Rostra Vernatherm
- General Thermal Actuator - Wax Motor Information
- Wax Motor and Thermoactuator Manufacturer | iSwell
Groetjes,