Keramiekoven stoken

Mijn keramiek-oventjeZoals ook op andere pagina's te lezen is ben ik wel met keramiek bezig, en een van de dingen die je daarvoor nodig hebt is een oven. Geen huis-, tuin- en keuken-oven, maar een die tot een graad of 1250 °C kan stoken. Nu heb ik er voor een paar tientjes een tweedehands op de kop kunnen tikken (al weer enkele jaren geleden), maar deze had geen temperatuurmeting of regeling meer. Hoe kan je met beperkt budget toch wat doen (ovenregelingen kunnen duur zijn, en dit is maar een hobby)?

Deze regelaar is van 2003. Zou ik het nu nog zo doen? vermoedelijk niet, ik zou een Arduino Nano microcontroller gebruiken, is meer flexibel (kan je stookprogramma's inzetten, zoals die in de grafiek wat verderop). Maar, die had je toen nog niet... Als ik een keer tijd heb toch eens omzetten naar de Arduino, en gelijk ook mijn thermokoppel er op aansluiten.

Temperatuur en Kleur

Voor een precieze meting van de meting van de temperatuur heb je eigenlijk een thermokoppel nodig. Een alternatief zijn de zogeheten 'pyrometrische kegels', die op precies bepaalde temperaturen smelten en omvallen, maar daarvoor moet je goed in de oven kunnen kijken (zonder de deur open te doen).

Maar voor veel stookwerk hoeft het helemaal niet zo precies (hoeveel eeuwen wordt er al niet zonder thermometers aardewerk gemaakt?). Je kan ook op de kleur van de spullen in de oven stoken: als iets warm genoeg wordt (meer dan 500 °C) gaat het licht uitzenden, en de kleur daarvan is een goede indicatie voor de temperatuur. Een klein gaatje (bij mij het gat voor de termokoppel) is hiervoor al voldoende.

Wel opletten: je moet wel naar een werkstuk kijken, en niet naar bijvoorbeeld een verwarmingselement: het element is altijd warmer dan de omgeving. Ik zet zelf (soms) de oven even een paar minuten uit voordat ik kijk, zodat alles op dezelfde temperatuur is.

In de onderstaande tabel is het verband tussen kleur en temperatuur te zien:

Temperatuur (°C) Kleur Opmerkingen
100 zwart vocht in de klei wordt stoom
200 zwart vocht in glazuur verdwijnt
300 zwart cristobaliet kristallen zetten uit en verliezen kristalwater
575 zwart kwartskristallen zetten uit en verliezen kristalwater
550-600 dof-rood Tot 600 °C rustig stoken om barsten te voorkomen!
650-700 diep rood
850-900 kersrood
950-1000 rood-oranje Biscuit: 950 °C
1050-1100 fel oranje Aardewerk: 1050 °C
1150-1200 bleek oranje
1250-1300 geel-wit Steengoed stoken: 1250 °C
1350-1400 blinkend wit
1450-1500 verblindend wit (iets blauw)

En dat alles zonder dat het een cent kost ;-)

Verwarmingselement schakelen (vermogensregeling)

How to control the power of a ceramics oven or other high power device? Here a simple schematics giving lossles control in steps of 1/16 of total power, by switching on/off complete periods of the 220V waves, giving very little noise.

Volgende probleem: in de oven zit wel een verwarmingselement, maar als je dat vol aanzet wordt de oven veel te snel warm. Vooral tot 600 °C moet er langzaam gestookt worden, om het water de kans te geven te ontsnappen (zodat het werk niet kapot springt door stoomvorming). Hoe zet je een element 'half aan'? Je zou er een dimmer op aan kunnen sluiten, was het niet dat zo'n oven veel te veel stroom vraagt (meer dan 2000 Watt afhankelijk van type, dus zo'n 10 tot 16 Ampère). Bovendien: zulke stromen op die manier dimmen geeft veel storing op het lichtnet (en dus op radio en TV).

Ik heb een eenvoudige elektronische schakeling gebouwd die op een wat andere manier het vermogen verliesvrij terugregelt: in plaats van bij een dimmer een gedeelte van een 50 Hz periode door te geven, geef ik meer of minder hele periodes door (en schakel dus altijd de spanning aan en uit op het moment dat er geen stroom loopt -> voor kenners: geen harmonischen en dus geen storing), zie onderstaand plaatje.

Golfvormen

Ik doe dit door in een groep van 16 periodes van de 50 Hz (dus in ongeveer 1/3 seconde) een instelbaar aantal periodes (1-16) door te laten. In het plaatje hierboven is dit de onderste grafiek, maar dan met slechts 4 in plaats van 16 periodes. Dit is elektronisch niet eens zo moeilijk: voor mensen die ook zo iets zoeken hieronder het schema. Geen gedetailleerde beschrijving: alleen te bouwen door gevorderden. Denk er om: het gaat hier wel om 220 Volt en 16 Ampère, dus geen kinderspeelgoed! Goed isoleren, zorg voor koeling, geaarde behuizing, neem de 220 Volt bedrading dik genoeg (bijvoorbeeld installatiedraad voor 16 Ampère). Als ik de oven op half vermogen aan heb zie ik mijn verlichting op dezelfde groep wat knipperen (op ~3 Hz), zo veel stroom trekt het geheel!

Vermogensregeling door periodes te schakelen

Wat details: Het blokje 'Rotary switch BCD' is een draaischakelaar met binaire uitgang. Het solid state relais moet ingebouwde zero-crossing detectie hebben (dus alleen schakelen op nuldoorgangen).

TemperatuurcurveDe temperatuur: ik heb met een oventhermometer (tot 300 C) de curve bij stand 3 (3/16 van totaal vermogen) gemeten. Dezelfde curve is qua tijd ook geldig voor andere standen, en qua temperatuur schaalt dit met het vermogen: stand 6 (6/16 van totaal) wordt in dezelfde tijd twee keer zo warm (in eerste orde, in werkelijkheid gaat het wat minder hard omdat bijvoorbeeld de weerstand van het verwarmingselement element hoger wordt bij hogere temperaturen). Door een aantal van dit soort curves te combineren heb ik een mooi stooktempo gevonden, waarbij ik zo om de een á twee uur de zaak wat hoger zet, zie de grafiek hiernaast. Dus eerst een uur op stand 3 (3/16 van het vermogen), dan twee uur op 5, een uur op 7, en zo voort.

Na afloop (zo'n uur of twaalf tot veertien) uitzetten, en langzaam af laten koelen (duurt zeker ook deze zelfde tijd). Deur dichtlaten, anders gaat het veel te snel en zullen de werkstukken barsten (denk ik, heb het maar niet uitgeprobeerd).

Pas op, de over wordt heet, ook aan de buitenkant: zorg dat er niets brandbaars in de buurt staat/hangt!

Thermokoppels

Thermokoppel2007: Ondertussen heb ik ook een thermokoppel gekocht. Volgens Wikipedia: Een thermokoppel bestaat uit twee draden van verschillende metalen of metaallegeringen die aan elkaar zijn gelast in de punt. Als er een temperatuurverschil is tussen het laspunt en de beginpunten zal een spanning ontstaan, waarvan de sterkte afhankelijk is van het temperatuurverschil. Voor dit soort hoge temperaturen moet je wel een speciaal thermokoppel hebben, NiCr-Ni (K-type). Dit geeft per graad 41 µV af, oftewel per 1000° nog maar 41 mili-Volt. Toch genoeg voor een normale digitale voltmeter.

Gekocht voor zo'n €30 bij Keramikos, een speciaalzaak voor keramiekmakers. Ook veel mooie glazieren, hulpmiddelen en zo. Bij het thermokoppel zat ook een keramische huls ter bescherming, kan je hem zo mee in de oven schuiven (via kijkgat). Het kroonsteentje (schroefbevestiging) en het houten blokje (voorkomt dat'ie te ver in de oven valt) heb ik er zelf opgezet.

Thermokoppels2008: En soms heb je gewoon mazzel. Op de vrijmarkt op Koninginnedag stond daar opeens iemand met een kastje met twee thermokoppels plus bijhorende meters, mooi in graden aangevend. En dat voor €12.50... (sorry, kon het niet laten toch af te dingen; is tenslotte vrijmarkt). Hij was overgestapt van keramiek naar bronsgieten, en had deze thermometers niet meer nodig. Mooie platina thermokoppels, geschikt voor hogere temperaturen dan de NiCr versies, en mooie, duidelijke Philips meters tot 1500°C. Te zien hiernaast op het plaatje (een thermokoppel zit in de oven, nu op 500°C; de andere ligt bovenop het kastje), naast links mijn power-regeling.

Kant en klare ovenregelingen

2008: Voor mensen met minder (maar wel wat) handigheid in elektro: er zijn kant-en-klare regelmodules te vinden bij Crydom. Helaas, niet geschikt voor dit type thermokoppel. Rond de €100 (kijk naar types MCBC en MCTC), goedkoper dan een kant-en-klare ovenregeling.