Das V2 Hot End - Schnittbild

Hier geht es ausschliesslich um die Extruder und Kühlung des Filamnts des RF1000. Fragen und Probleme sowie Verbesserungen können hier diskutiert werden
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Das V2 Hot End - Schnittbild

Beitrag #1 von rf1k_mjh11 » Sa 11. Jan 2020, 21:50

Das V2 Hot End als schönes Schnittbild

Da ich mich zurzeit mit der Extruderheizung beschäftige (unter Anderem), denke ich natürlich über die bisherigen Systeme nach, die ich im Einsatz hatte oder habe. Eines davon wird den meisten hier bekannt sein: das V2 Hot End.

Das V2, von Conrad entwickelt, ersetzte nach relativer kurzer Zeit das V1 (das ich auch kurz im Einsatz hatte). Vermutlich hatte das V1 konstruktive Mängel, welche die Weiterentwicklung erzwangen. Das V1 wiederrum ersetzte - Überraschung! - das V0 Hot End. Mein RF1000 Bausatz war mit einem V0 ausgestattet, und ich habe es noch, als funktionierendes Exemplar. Das V0 hatte noch den Zement, mit dem die Heizdrähte vergossen waren, völlig von außen sichtbar. Wenn man beim Düsentausch nur einmal nachlässig war, durfte man sich an ein neues Hot End erfreuen, denn das alte war dahin. Die Situation wurde mit V1 und V2 deutlich besser aber eben noch nicht gänzlich unbedenklich. Hier ein Bild der drei Varianten (V0 links, V2 rechts):
V0V1V2HotEnd.jpg
Hier kann man erkennen, wieso die V1 nicht mehr brauchbar war: Der Gewindeansatz für die Düse brach beim Düsenwechsel ab (verwendet wurden am V1 dieselben Düsen wie am V0, damit war das ein M6 Gewinde – die Wandstärke wurde bei Verwendung von 2.85 Filament dadurch sehr gering [ca. 0.7mm]). Das V2 setzte hier neue Düsen ein, mit dem ungewöhnlichen M7 Gewinde, womit die Wandstärke in dem kritischen Bereich um 0.5mm deutlich anstieg.

Als das V1 sich verabschiedete, habe ich es zerlegt um zu sehen, wie es ‚tickt‘. (Siehe hier) Darauf basierend, habe ich ein Schnittmodell vom V2 gezeichnet, damit keiner mehr eines zerlegen muss, um zu sehen wie es innen aussieht.

Das V2 baut stark auf das V1 auf, so wie das V1 auf das V0 Hot End aufbaut.
Die wichtigsten Änderungen am V2 sind die Einschnürung im PEEK Teil und der Wechsel auf das M7 Gewinde für die Düsen, was natürlich eigene Düsen verlangte. Die Einschnürung wurde eingeführt, meiner Meinung nach, um den Wärmefluss nach oben einzuschränken, und das obere Ende des Hot Ends gleichzeitig mehr zu kühlen.

Für mein Schnittbild musste ich einige Annahmen treffen. Als ich das V1 auseinander nahm, machte der vergossene Zement die Sache recht schwierig. Da werden zwangsläufig Spuren vernichtet und man ist danach auf Vermutungen angewiesen. Eines dieser Vermutungen betrifft den Thermistor (Temperatursensor). Spuren vom Heizdraht waren beim Entfernen des Zements immer wieder sichtbar. Nicht so der Thermistor.
Die Lage des Thermistors war mir lange ein Rätsel – und völlig gelöst ist es noch immer nicht. Als mir die Gedanken einer beheizbaren Düse durch den Kopf gingen, kam ich immer wieder zum Problem, ‚wo bringt man den Thermistor unter?‘. Daher habe ich die Teile des V1 wieder genauer betrachtet – auch konnte ich dabei einer meiner Weihnachtsgeschenke, ein USB Mikroskop, ausprobieren.
Es gab zwei Löcher, deren Zweck mir verschlossen blieb. Anfangs dachte ich, die wären als Montagehilfe da.
TwoHoles.jpg
Dann fiel mir auf, dass diese Löcher auch weiter unten waren, wo sie als Montagehilfe keinen Sinn machen würden.
TwoHolesFurtherDown.jpg
Das wäre ein möglicher Platz für einen Thermistor, dachte ich mir. Dabei muss man wissen, dass es Thermistoren gibt, die nur 1.25mm im Durchmesser haben. So eines würde in so einem Loch problemlos passen. Daher habe ich mir diese Löcher genauer angesehen.
Die zwei Löcher sind jeweils unten und oben mit Zement ‚verschlossen‘, Einer der zwei Löcher zeigt eine Spur von etwas kupferfarbenem. Es könnte ein Draht sein:
CopperInTheHole_}.jpg
Komisch ist, dass ein zweiter Draht fehlt. Aber vielleicht sind das zwei Drähte? Bei den Thermistoren dieser Größe hat der Draht üblicherweise eine Stärke von 0.2mm.
Na egal. Jedenfalls nehme ich an, dass dort der Thermistor untergebracht ist. Einen anderen Sinn der Löcher fällt mir nicht ein.

Damit sieht das Schnittbild des V2 Hot Ends so aus:
Schnittbild V2
V2HotEnd_Sectioned.JPG
Der Thermistor ist nur in einem der zwei Löcher. Das zweite Loch bleibt frei (füllt sich mit Zement).
Ein möglicher Grund dafür, dass es zwei Löcher gibt:
Fertigungstechnisch ist die Endposition des Loches nicht bestimmt. Es ergibt sich, nachdem das spulenförmige Teil im PEEK Teil fest sitzt. Andererseits sind die tiefen Löcher für die vier Drähte (Heizung und Thermistor) bereits gebohrt und damit fixiert. Nach dem Einschrauben des spulenförmigen Teils sucht sich das Montagepersonal das lagemäßig günstigere der zwei Löcher aus, um den Thermistor darin zu platzieren.

Nicht gezeichnet ist das Zement, dass den gesamten Raum um die Heizdrähte (in blau gezeichnet) ausfüllt.
Theoretisch müssten die vier Drähte am Eingang in die Bohrungen, ebenfalls abgedichtet sein, da sonst das flüssige Zement dort auslaufen würde.
Vielleicht versteht jetzt jeder, wieso diese vier Drähte so leicht kaputtgehen können: alles vergossen. Eine kleine Relativbewegung und ein oder mehrere Drähte sind ab.


Eine weitere Kleinigkeit fiel mir auf. Dieses spulenförmige Teil, um den die Heizdrähte gewickelt sind, scheint leichte Dichtungsprobleme zu haben. Dieser Teil (sieht so aus beim V1):
SpuleDerHeizung.jpg

Dieser Teil zeigt eindeutig Spuren von Filament. Auch im zweiten und dritten Bild, weiter oben, sieht man, dass eines der zwei Löcher voll mit ‚verkochtem‘ Filament ist. Die Oberseite des Flansches ist stellenweise genauso braun, wie es eine Düse nach einiger Zeit auch wird. Auch das Gewinde, mit dem diese ‚Spule‘ im PEEK Teil befestigt wird, zeigt Spuren von Filament:
FilamentResidue_1.jpg
FilamentResidue_2.jpg
(Man sieht im zweiten Bild schön die Spur der Madenschraube, die das Ganze am Verdrehen hindert. Beim V1 gab es nur eine Madenschraube, beim V2 bereits zwei.)

Dieser Hinweis auf eine Undichtheit sollte nicht völlig überraschen. Eine der Motivationen für die Entwicklung von ganz-Metall Hot Ends war es, weniger Stoßstellen zu haben, da jede Stoßstelle das Potenzial zu einer Undichtigkeit mit sich bringt.
Am weitesten haben es hier seinerzeit die Entwickler des Pico Hot Ends gebracht, wo das ganze Hot End nur mehr aus einem Teil plus Düse besteht. Und die Düse hat einen (selbstdichtenden?) Kegelsitz, um auch dort die Leckagen zu vermeiden.

Zurück zum V2. Für jene, denen es noch nicht klar ist, wie das flüssige Filament zu der gezeigten Stelle kommt, hier der Weg, gezeichnet in Gelb:
V2HotEnd_Sectioned_leaks_}.jpg


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Re: Das V2 Hot End - Schnittbild

Beitrag #2 von Nibbels » So 12. Jan 2020, 22:19

Da haben wir noch einige Bilder, ich hänge den Link hier an:
viewtopic.php?f=72&t=2431&p=25186&hilit=V2+zerlegt#p25160
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Re: Das V2 Hot End - Schnittbild

Beitrag #3 von rf1k_mjh11 » Mo 13. Jan 2020, 12:57

Hallo Nibbels,

Deine schöne 'Kontrollzerlegung' habe ich in meiner langen Abstinenz übersehen. Sieht gut aus und beantwortet einige Fragen.

  • Der weisse Ring am unteren Ende des M6 Gewindes, wo die 'Heizspule' in das PEEK Teil geschraubt wird, ist vermutlich ein Teflon O-Ring, der sich bleibend verformt hat. Damit bekämpft 'C' die von mir beobachtete Leckage in der V1. Spuren 'verkochten' Filaments sind auch bei dir dort am Gewinde deutlich zu sehen.
  • Die dritte Madenschraube, die im Zement versteckt ist, hat sicherlich den Zweck, die Verdrehung der 'Heizspule' zu verhindern. Damit kann es aber nicht hakenförmig sein, wie am Foto, sondern war vermutlich eine Öse, die durch die Zerlegung zerstört, bzw. zum Haken wurde. Der Haken ist nämlich zur falschen Seite hin offen, und würde ein Lösen der 'Heizspule' nicht verhindern können. (Die hätten sich dort die Madenschraube, samt dem Gewindeschneiden sparen können und stattdessen bloß einen Zylinder- oder Spannstift verwendet.)
  • Der schwarze Ring ist mir auch ein Rätsel. Ist es elastisch, wie ein O-Ring? Dann könnte es als Toleranzausgleich dienen, da PTFE und PEEK unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Wird das Hot End warm, wird das Teflonröhrchen länger als die dafür vorgesehene Aussparung im PEEK Teil. Das könnte eine der Erklärungen sein, dass manche mit der Kühlung des PEEK Teils Probleme umgehen (wenn die Herstelltoleranzen bereits eine enge Passung ergeben, könnte ein Erwärmen zur Stauchung des Teflon Röhrchens führen, was wiederum zum Klemmen des Filaments führen könnte).
  • Eine Frage zu der von dir mit 'Funktion unbekannt' beschriebenen Bohrung (von der ich glaube, es wäre für den Thermistor): war da nur eine Bohrung, oder zwei?
  • Die halb-runde Nut, in der in einem Bild eine Madenschraube ragt, wird den Werkzeugzugang zur dritten, versteckten Madenschraube, bieten.

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Re: Das V2 Hot End - Schnittbild

Beitrag #4 von Nibbels » Di 14. Jan 2020, 00:28

Ich habe damals die Teile an AtlonXP abgetreten und weiß gerade nicht mehr so viel über das Thema.
Vielleicht weiß er mehr.

LG
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Re: Das V2 Hot End - Schnittbild

Beitrag #5 von AtlonXP » Di 14. Jan 2020, 02:16

Eigentlich wollte ich hier nichts schreiben.

    1.) Der Hacken ist tatsächlich so in der Originalen Form.
    Eine Gegenprobe hatte dies Bestätigt.

    2.) Wo würde ich den Thermistor positionieren?
    Weit weg von der Heizung und so nahe wie möglich zur Düse!

    3.) rf1k_mjh11, ich vermute, dass das in deinem Bild nicht ein Draht ist,
    sondern der Thermistor selber. Das scheint mir logisch.

    4.) Von uns Machern ist der Schwarze Ring übersehen worden und als verkogeltes Material unwissentlich entfernt worden.
    Ich halte es für unwahrscheinlich, dass das Ding ordentlich abdichten konnte.
    Beweise sind hier im Forum vorhanden.

    5.) Mein Mod. V2.b funzt wunderbar, die Abdichtung ist fast Ok und ich habe absolut keine Probleme damit.
    Die Wärmeausdehnung spielt hier absolut keine Rolle!


    6.) Wenn ich noch mit Beölung zu werke gehe, kann ich PLA mit 100 mm/s und PETG bis zu 60 mm/s fahren. (Das ist aber bestimmt nicht aus der Box so). ;-)

    7.) Ich glaube das V2.b steht dem E3D V6 in nichts hinten nach, ich vermute sogar das Gegenteil.
Leider ist die Ausfallrate vom V2, viel zu hoch.
Von 10 sind 7 hin, dann bleiben noch 3 im Sinn.
Ich werde dieses Jahr auch auf E3D V6 umsteigen.
Der Erste China Klone liegt schon auf der Werkbank.

Warum sich eigentlich noch mit so alten Kamelen abgeben?
Ja, eine Düsenheizung könnten wir gut gebrauch für ABS Drucker.
Wenn ich mich mit dem E3D angefreundet habe,
werde ich versuchen, was da noch zu machen geht.


LG AtlonXP

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Re: Das V2 Hot End - Schnittbild

Beitrag #6 von rf1k_mjh11 » Di 14. Jan 2020, 19:31

Hallo allseits,
AtlonXP hat geschrieben:Die Wärmeausdehnung spielt hier absolut keine Rolle!
Das ist leicht möglich.
Wenn sich bei dir die Fertigungstoleranzen aller deiner Teile zufällig aufheben, oder sich sogar ins 'Minus' addieren, würde die Wärmeausdehnung nichts ausmachen, würde sogar helfen einen eventuellen Spalt zu minimieren.
Kommen dummerweise alle Fertigungstoleranzen als 'Pluswerte' an und addieren sich, ist das Teflonröhrchen schon im kalten Zustand unter Spannung (axialem Druck). Kommt die Arbeitstemperatur hinzu, könnte es mit der Wärmeausdehnung des Teflons schon zu viel werden und das Röhrchen könnte sich verformen (alles natürlich nur Spekulation - aber möglich).

AtlonXP hat geschrieben:Der Hacken ist tatsächlich so in der Originalen Form.
Eine Gegenprobe hatte dies Bestätigt.
Wenn dem so ist, wird der Haken den Zweck haben, dass das Thermistor-Loch immer in der korrekten Ausrichtung zu den Drahtlöchern im PEEK Teil stehenbleibt, wenn die 'Heizspule' mit dem PEEK Teil verschraubt wird. Komisch dass hier nicht einfach ein Zylinder- oder Spannstift zum Einsatz kam.

"... mit Beölung bis zu 60mm/s ..."
PLA und PETG fahre ich immer zwischen 55 und 60mm/s, ob ich öle oder nicht. Nur NinjaFlex (TPE) fahre ich, bei Düsen größer als 0.2mm, langsamer. Es ist natürlich eine Funktion der Layerhöhe (im Prinzip vom Druckvolumen pro Sekunde). Ich tendiere zu größeren Layerhöhen als die meisten hier im Forum. So an die 50-80% des Düsendurchmessers kommen meistens als Layerhöhe zum Einsatz. Mit der 0.6mm Düse fahre ich oft 0.5mm Layerhöhe (weil es halt eine schöne 'runde' Zahl ist...).

AtlonXP hat geschrieben:Ja, eine Düsenheizung könnten wir gut gebrauch für ABS Drucker.
Das ist der Grund wieso ich mit dem Philosophieren bezüglich Hot End Heizung angefangen habe. Wir glauben (zumindest wir zwei), dass eine Heizung der Düse von Vorteil wäre (damit die Schmelzkammer klein gehalten werden kann, hoffe ich?). Bloß tun wir uns mit der Beweisführung schwer. Da hilft auch keine induktive Heizung des Zufuhrrohrs. Auch wissen wir nicht, ob andere Materialien genauso davon profitieren würden...

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Re: Das V2 Hot End - Schnittbild

Beitrag #7 von AtlonXP » Mi 15. Jan 2020, 02:44

Hallo zusammen,

rf1k_mjh11 hat geschrieben:Das ist der Grund wieso ich mit dem Philosophieren bezüglich Hot End Heizung angefangen habe. Wir glauben (zumindest wir zwei), dass eine Heizung der Düse von Vorteil wäre (damit die Schmelzkammer klein gehalten werden kann, hoffe ich?). Bloß tun wir uns mit der Beweisführung schwer. Da hilft auch keine induktive Heizung des Zufuhrrohrs. Auch wissen wir nicht, ob andere Materialien genauso davon profitieren würden...
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nach meiner Erfahrung profitiert am meisten ABS davon.
Mein PA12 schätze ich auch.
Dies sind Kunststoffe die bei zu hohen Temperaturen anfangen zu zicken.
Leider müssen wir bei diesen, um ein besseres Layerbonding zu bekommen, schon in die Zersetzungstemperatur gehen.

Bei PP und PETG glaube ich nicht daran, diese verzeihen höhere Temperaturen und man kann mit dem Layerbonding zufrieden sein.
Zu PLA möchte ich nicht viel sagen, da ich zu wenig Erfahrung damit habe und ich in meiner Kunststoffzeit nie etwas von dem Zeug gehört hatte.
Vermutlich gab es diesem Kunststoff noch nicht.

Wenn wir es richtig hin bekommen, dann kann das Induktionsheizen schon was bringen.
Die Düse wird damit beheizt und die Schmelzkammer auf normalem Weg.
Es ist von Nöten, das nur die Düse um 10 -15 C° höher temperiert ist.
Die Isolierung darf bei der Heizleistung sehr bescheiden ausfallen.
Somit wird die Düse auch schnell die Temperatur von der Schmelzkammer annehmen,
wenn die Düsenheizung abgeschaltet wird.
Das System muss halt abgestimmt sein.

Ich sage nur, macht weiter so!

LG AtlonXP


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