Sådan designer du for robuste miljøer ved hjælp af forseglede stik

Designere klemmer stadig mere elektronik i stadig mere akavede eller tætte rum, især inden for transport, industrielle systemer og smarte husholdningsapparater såsom vaskemaskiner. I sådanne applikationer kan interconnect-routing resultere i mange udfordringer med pålidelighed og pålidelighed på grund af støv, fugtindtrængning, ekstreme temperaturer og mekaniske belastninger.

Selv inden for det samme system kan kravene til individuelle forbindelser variere meget. Kabler, der bærer digitale lavspændingssignaler, har forskellige forbindelsesproblemer sammenlignet med tykkere ledninger, der bærer høje spændinger til motorer og strømfordeling. Det forkerte valg af stik kan resultere i fuld eller intermitterende signalfejl, dyre nedetid og vedligeholdelsesproblemer.

Denne artikel vil diskutere de udfordringer, der er forbundet med at vælge passende robuste kabelforbindelsesløsninger, der er robuste nok til applikationen. Den forklarer, hvordan den korrekte anvendelse af et IP67-klassificeret og USCAR-2 tætningsklasse 2-kabelsystem kan sikre pålidelige forbindelser, der også sænker omkostningerne til vedligeholdelse og reparation. Derefter introducerer det en række IP67-klassificerede og USCAR-2 tætningsklasse 2 kabelforbindelsesløsninger fra Molex og vise, hvordan de kan bruges til at imødekomme en række applikationskrav.

Industrielle hensyn til samtrafikdesign

Designere af udstyr til industrielle miljøer skal tage højde for partikelforurenende stoffer, væsker og ekstreme temperaturer. Derudover skal industrielle systemer være forberedt på at håndtere uforudsigelige forhold på grund af ændringer i miljøet eller udstyret.

Industrielle faciliteter som fabrikker og lagre bruger en række sammenkoblingsløsninger, hvoraf mange er tunge. Biler og lastbiler er også kvalificerede som industrielle miljøer i bevægelse. Der er generelle retningslinjer, der skal overvejes i disse sammenkoblingssituationer. Den mest basale er modstandsdygtighed over for enhver form for partikler, fra jernfilter og metalfragmenter til støv og fine pulvere. Jo finere partikler, jo større er sandsynligheden for, at det bliver luftbåret. For eksempel kan almindeligt støv, sod og andre fine partikler fra tungt udstyr holdes højt af blæsere og ventilationssystemer og lander mange fødder fra deres kilde. Disse partikler kan trænge ind i uforseglede åbninger, herunder parrede konnektorer, forurenende indvendige overflader. Dette kan forårsage koblingsproblemer, der spænder fra intermitterende funktionsfejl på grund af forbindelsesmodstand til totalt tab af kontakt. Hvis partiklerne også er slibende eller ætsende, kan det forårsage permanent forbindelsesfejl, der kræver en dyr og tidskrævende udskiftning.

Forskellige væsker kan også findes i industrielle miljøer. Vand, benzin, olier og forskellige kemikalier er almindelige i tunge industrielle miljøer. Indtrængning af disse væsker som væske eller damp i et parret forbindelsessystem kan forårsage shorts og igen resultere i udstyrssvigt.

IP67-klassificerede sammenkoblingssystemer

I stedet for at fremstille en række stik til forskellige industrielle miljøforhold, har industrien standardiseret sig ved at bruge ledninger, kabler og forbindelsessystemer, der er IP67-klassificerede. Mens de to bogstaver IP officielt står for de tre ord "international beskyttelsesvurdering", er det mest almindeligt kendt af dets uofficielle men mere nøjagtige "indtrængningsbeskyttelse". IP67 definerer sammenkoblingssystemets modstand mod partikler og fremmedlegemer samt dets modstandsdygtighed over for vandindtrængning.

“6” i IP67 indikerer, at en interconnect er fuldstændig uigennemtrængelig for partikler, herunder fint støv. Dette opnås primært ved en tæt forsegling mellem parringshuse på de to parrede konnektorer. “7” indikerer, at et IP67-sammenkoblingssystem kan modstå nedsænkning i vand til en meters dybde i op til 30 minutter. Dette er godt nok til de fleste industrielle miljøer.

Den tætning mellem de to forbindelsesparters parrede huse hjælper, men vandmodstand opnås primært ved hjælp af en forbindelsespakning, der typisk ikke er modstandsdygtig over for vand, men også modstandsdygtig over for mange kemikalier. Forskellige pakningsmaterialer er modstandsdygtige over for forskellige kemikalier, så under valg af et sammenkoblingssystem er det anvendte pakningsmateriale en vigtig overvejelse.

Tilslutning af digitale signaler med lav effekt

Selvfølgelig har ikke alle kabelforbindelsessystemer de samme behov. Interconnect-løsninger til digitale logiske signaler dybt inde i IP67-klassificeret udstyr behøver typisk kun at håndtere 5 volt eller mindre ved strømme omkring 500 milliampere (mA). Disse laveffektsignaler bruger små lette kabelstik, der typisk ikke ser meget fysisk misbrug. Stikkene skal være lette at parre til hurtig udstyrssamling og lette nok til, at de ikke lægger nogen belastning på ledningerne med lav strøm i kabelsamlingen. For disse sammenkoblingsapplikationer har Molex Mizu-P25 miniature lednings-til-lednings stiksystem. Disse vandtætte IP67-certificerede stik holder støv og vand ud af den parrede enhed i et praktisk kompakt hus.

Et eksempel på et parret par IP67-klassificerede Mizu-P25-stik er Molex 0521160240 stik og Molex 0521170240 beholder vandtæt stiksystem med to positioner (figur 1). Når de er fuldt parret, er de to stik kun 25,5 millimeter (mm) lange, passende til små, trange kabinetter.

Figur 1: Molex Mizu-P25 0521160240-stikket og 0521170240-beholderens to-positions parrede stiksystem giver solid beskyttelse mod støv og vand. De parrede stik er kun 25,5 mm lange og giver et solidt, hørbart klik, når de er korrekt parret. (Billedkilde: Molex)

Huset og hætten til hvert stik er lavet af polyester, som har fremragende modstandsdygtighed over for vand, er flammebestandig og falmer ikke eller knækker ved langvarig udsættelse for sollys. Polyesterforbindelser er også modstandsdygtige over for brud og bøjes under normal brug, mens de modstår deformering. Dette gør stiksystemet robust nok til grov håndtering, når det parres under monteringen af udstyret. Polyesterstik har også fremragende forskydningsmodstand, ideel til den glidende slid, der opstår, når konnektorer parres og ikke parres.

Både forbindelsesringstætningen og trådendeforseglingen bruger silikone tætninger, der giver en lufttæt tætning mod vand og støv. Silikone tætninger og tætninger opretholder fleksibilitet ved lave temperaturer, hvilket gør disse stik perfekte til udstyr med lave temperaturer såsom køleskabe og udendørs koldtvejrudstyr. Disse stik har to positioner med en 5 mm deling, der isolerer de to signaler sikkert. De samles brugeren ved hjælp af krympede ben for at lette montering.

Forbindelsessystemet er designet til nem parring, uanset hvilke krimpterminaler der valgt af systemudviklerne. Når de parres ordentligt, giver stikkene et tydeligt hørbart klik for at indikere, at stikkene er solidt parrede. Dette hjælper teknikere under systemmontering og sikrer en tæt tætning.

Dette Molex Mizu-P25-stiksystem er klassificeret til 250 volt og har et driftstemperaturområde på -40 °C til +105 °C. Dette gør Molex Mizu-P25 0521160240-stikket og 0521170240-stikforbindelsessystemet velegnet til hvidevarer og mange industrielle systemer i koldt vejr. IP67-klassificeringen angiver udstyrsdesignerne, at stiksystemet er sikkert mod vand og støv og ikke kræver omfattende miljøtest af stiksystemet.

Robust og forseglet sammenkobling for nem vedligeholdelse

Nogle gange er det nødvendigt med sammenkoblingssystemer til at håndtere højere strømme og være vedligeholdelsesvenlige i barske miljøer. Interconnect-systemet skal ikke kun give en sikker forbindelse, der ikke ved et uheld frakobles, men også være let at afbryde under vedligeholdelsesaktiviteter. I disse situationer kan designere bruge Molex Squba forseglet sammenkoblingssystem fra ledning til ledning. Squba-stikkene er også IP67-klassificerede og kan levere mere strøm i en mindre formfaktor. Molex Squba 2042230004 tilslut og 2042200004 stikkontakt er for eksempel fire-positionsstik med en benafstandf på 1,80 mm, der giver pålidelig strøm og signalafgivelse (figur 2).

Figur 2: Molex Squba 2042230004-stikket (venstre) og 2042200004-stikket (højre) er et fire-positioners sammenkoblingssystem designet til at give solid beskyttelse af høje strømme i våde omgivelser. (Billedkilde: Molex)

Disse Molex Squba-stik bruger krympede terminaler og giver et hørbart klik, når de er korrekt tilsluttet. Stiklåsen på beholderen er lavprofil, hvilket minimerer chancen for at blive fanget af eksternt udstyr. Låsen giver en fast, sikker forbindelse, der let kan frakobles under vedligeholdelse, enten ved at anvende en fast opadgående kraft ved hjælp af fingrene eller ved hjælp af et standard låseværktøj.

Både Squba-stikket og beholderhuset er lavet af nylon, som er usædvanligt stærk og modstandsdygtig over for de fleste industrielle kemikalier. Dette gør Molex Squba-forbindelsessystemet passende til ethvert miljø, hvor stikkene kan bevæges, skubbes eller påvirkes af udstyr. Interconnect-systemet er forseglet mod støv og fugt af silikone tætninger.

Hver stikben kan levere 125 volt AC eller DC. Anbefalede trådmål er 22 til 24 AWG. Ved hjælp af stifter krympet til strandet 22 AWG-ledning kan hver stift håndtere maksimalt 5,25 ampere (A) ved 30 °C til en maksimal strømbærende kapacitet på 21 A. Maksimal strømkapacitet varierer med temperaturen, så designere skal være meget opmærksomme til stikkets dokumentation for at sikre, at stikkets påtænkte nuværende gennemstrømning er passende for forholdene.

Driftstemperaturen er bedømt til -40 °C til +105 °C, og sammen med en IP67-klassificering er stikkene passende til miljøer såsom HVAC-systemer, udstyr til udlevering af drikkevare og industrielt udstyr, der skal fungere i kolde eller våde omgivelser.

Flere kredsløb nedsænkelig sammenkobling

Nogle gange er et sammenkoblingssystem ikke så simpelt som at forbinde de samme signaler på et kabel. Lejlighedsvis skal flere kredsløbstyper transmitteres langs den samme kabler inklusive digitale signaler, styresignaler med høj strøm og strømforsyningsforbindelser. Disse situationer kræver et hybrid interconnect-system, der kan håndtere forskellige størrelser af kontakter. Til disse applikationer kan designere bruge Molex's MX150 Hybridsammenkoblingssystem til kabelsamling. MX150 Hybrid-systemet er valideret til USCAR-2 Sealing Class 2-krav, hvilket svarer til IP67-klassificeringen. USCAR-2 klasse 2 kræver en trykvakuumtest nedsænket i vand.

Når den er samlet, er Molex MX150 Hybrid et fuldt forseglet forbindelsessystem, der passer til situationer, hvor de parrede stik kan blive enten nedsænket eller i et meget vådt miljø, hvor væsker og højtryksvandsspray er almindelige.

Molex MX150 Hybrid 1601126001 12-polet stik og 1601116006 12-positions-beholder (figur 3) kan indeholde en blanding af op til ti 1,5 mm bladterminaler og op til to 2,5 mm bladterminaler. 1,5 mm-terminalerne kan bruges til at bære logiske signaler på lavt niveau, mens de to 2,8 mm blade-terminaler kan bruges til at bære op til 22 A. Dette gør dette sammenkoblingssystem egnet til bilindustrien og industrielle applikationer, hvor en enkelt ledningsnet skal bæres både strøm og data til en enkelt maskine.

Figur 3: Molex MX150 Hybrid 1601126001 12-polet stik (venstre) og dets kompis, 1601116006-holderen (højre), kan sikkert håndtere en blanding af 1,5 mm og 2,80 mm bladklemmer i et nedsænket sammenkoblingssystem. (Billedkilde: Molex)

Når MX150 IP67 Hybrid sammenkoblingssystem er fuldt samlet og parret, er det immun mod forurening fra snavs eller støv. Det kan nedsænkes under vand og køre over -40 °C til +125 °C. Stikhuset er en kombination af nylon og glas, som er meget holdbart og modstandsdygtigt over for hård håndtering og milde påvirkninger. Dette gør dette sammenkoblingssystem velegnet til barske industrielle miljøer og mange forbrugsapparater samt applikationer til bilmotorer, hvor stikket udsættes for ekstreme temperaturer, højtryksvandsspray og hård påvirkning fra tunge genstande.

Molex MX150 Hybrid 1601126001-stikket og 1601116006-stikket skal samles som en del af et kabel eller ledningsnet. Denne samling kræver, at terminaler indsættes i stikket og stikkontakten. Det er dog muligt for montageteknikere at undertiden ikke indsætte terminalerne fuldt ud i stikhuset, hvilket fører til upålidelige forbindelser. I disse situationer inkluderer hvert af disse stik et TPA-hus (terminal position assurance).

Under en vellykket stiftindsættelse i TPA-huset vil monteringsteknikeren føle stiften låse fast på plads. Hvis terminalen ikke er isat korrekt, kan stikket og stikket ikke parres ved parring. Dette garanterer, at stifterne er korrekt indsat, hvilket øger systemets pålidelighed.

Konklusion

Designere af systemer til industri-, transport- eller husholdningsapparater har brug for at sikre, at deres forbindelser tåler applikationens hårdhed, herunder trange rum, støv og snavs, ekstreme temperaturer, væsker og olier og andet gennemtrængende materiale. For at hjælpe med at forenkle designprocessen kan designere kigge efter specialdesignede stik klassificeret til IP67 eller til at tackle både støv og snavsindtrængning samt fugt og væskeindtrængning.

Som vist er der en række IP67-klassificerede stik, der passer til en bred vifte af applikationskrav, fra digitale signaler på lavt niveau til strømforsyning med høj strøm. Valg af den korrekte IP67-klassificerede stiksamling sikrer systemets pålidelighed og minimerer risikoen for dyre nedetider eller reparationer.