Patronski grijač koji savršeno pristaje na sobnoj temperaturi može postati ozbiljan problem nakon što se sustav zagrije. Ovo nije greška u dizajnu, već posljedica osnovnog fizikalnog principa: materijali se šire kada se zagrijavaju. Izazov postaje sve izraženiji što je grijač dulji. U patronskom grijaču od 1200 mm ukupni aksijalni rast od hladnog pokretanja do radne temperature može biti značajan. Ako instalacijski razmak ne uzme u obzir ovo širenje, grijač bi mogao zapeti unutar šupljine, iskriviti se ili otkazati mnogo prije očekivanog.
Kada se metalni predmet zagrijava, širi se u svim smjerovima. Za patronski grijač povećavaju se i promjer i duljina. Dijametralno širenje se obično može kontrolirati jer se širi i šupljina. Međutim, situacija je drugačija za aksijalno širenje. Grijač raste duž svoje dužine, dok šupljina-posebno slijepa rupa-ne pruža mjesta za taj rast na zatvorenom kraju. Rezultat je sila pritiska koja gura grijač na dno šupljine i završetak na ono što ga drži na mjestu.
Količina ekspanzije ovisi o tri čimbenika: materijalu omotača, radnoj temperaturi i izvornoj duljini. Nehrđajući čelik, najčešći materijal za plašt, ima koeficijent toplinskog širenja od približno 17 dijelova na milijun po stupnju Celzijusa. Grijač od 1200 mm zagrijan od 20 stupnjeva do 500 stupnjeva stoga će se proširiti za otprilike 1200 × 0,000017 × 480, što je jednako oko 9,8 milimetara. To je gotovo cijeli centimetar rasta. U slijepoj šupljini bez dopuštenja za ovu ekspanziju, grijač nema kamo otići. Savija se, savija ili pritišće na stijenku šupljine s dovoljnim pritiskom da pukne unutarnja izolacija od magnezijevog oksida.
Rješenje nije povećati šupljinu na sobnoj temperaturi jer bi to stvorilo problem sa zračnim rasporom. Umjesto toga, pristup uključuje ostavljanje ekspanzijskog razmaka na vrhu kaviteta. Jednostavna praksa je osigurati da je dubina šupljine malo veća od grijane duljine grijača. Razmak od 1 do 2 milimetra na zatvorenom kraju daje grijaču prostora za aksijalni rast bez dna. Ovaj razmak ne utječe na toplinsku izvedbu jer je vrh grijača po dizajnu već hladna zona.
Još jedan aspekt koji se često zanemaruje je montaža završetka. Ako je grijač čvrsto stegnut na izlazu vodiča, sila aksijalne ekspanzije nema kamo otići osim u stezaljku i vodove. Tijekom mnogih toplinskih ciklusa, to može zamoriti unutarnju presovanu vezu ili povući olabavljene žice. Raspored montaže koji omogućuje grijaču da lagano "lebdi"-kao što je klizanje kroz nosač umjesto krute stezaljke-prilagođuje širenje bez naprezanja završetka.
Za vrlo duge grijače koji rade na visokim temperaturama, neki dizajni uključuju montažu s oprugom na kraju dovoda. Opruga se sabija dok se grijač širi, održavajući konstantan kontaktni pritisak bez stvaranja čvrstog zaustavljanja. Ovaj pristup je uobičajen u primjenama gdje je grijač montiran vodoravno i ne može se osloniti na gravitaciju da ostane u položaju.
Izbor materijala također utječe na ponašanje ekspanzije. Incoloy® legure imaju koeficijent toplinske ekspanzije sličan nehrđajućem čeliku, ali zadržavaju bolju mehaničku čvrstoću na visokim temperaturama, odupirući se deformaciji do koje može doći kada su sile ekspanzije velike. Za primjene sa širokim oscilacijama temperature-od sobne do 600 stupnjeva ili više-Incoloy® omotači se često preferiraju jer podnose ponovljeni stres širenja i skupljanja bolje od standardnog nehrđajućeg čelika.
Izravno mjerenje ekspanzije rijetko je praktično u proizvodnom okruženju, ali učinke je lako uočiti. Grijač koji je teško ukloniti nakon što je bio u upotrebi, ili onaj koji pokazuje znakove savijanja ili površinskog nagrizanja, vjerojatno se borio protiv svoje šupljine. Provjera dubine šupljine, osiguravanje malog razmaka na vrhu i pružanje fleksibilne montaže na kraju vodiča jednostavni su koraci koji toplinsko širenje pretvaraju iz skrivenog neprijatelja u faktor kojim se može upravljati. Kada je ekspanzija pravilno prilagođena, dugi grijač uloška može kružiti tisućama puta bez stvaranja mehaničkih naprezanja koja dovode do preranog kvara.
