Felkészülés a nehéz ipari környezetekre tömített csatlakozókkal

A tervezőknek egyre több elektronikai elemet kell beszorítaniuk egyre kevésbé hozzáférhető vagy szűkebb helyekre, és ez különösen igaz a közlekedési eszközök, az ipari rendszerek és az intelligens háztartási készülékek, például a mosógépek esetében. Az ilyen alkalmazásokban a vezetékek elvezetésekor számos megbízhatósági probléma jelentkezhet, a por és a nedvesség behatolása, a szélsőséges hőmérsékleti viszonyok és a mechanikai igénybevétel miatt.

Az egyes csatlakoztatási követelmények még ugyanazon a rendszeren belül is nagymértékben eltérhetnek egymástól. A kisfeszültségű digitális jeleket továbbító kábeleknél más összekapcsolási problémák jelentkeznek, mint a motorok és az energiaelosztás nagyfeszültségű, vastagabb vezetékeinél. Egy rosszul megválasztott csatlakozó teljes vagy időszakos jelkimaradásokat, költséges állásidőt és karbantartási problémákat eredményezhet.

Ebben a cikkben azoknak a szempontoknak a leírása található, amelyekkel a tervezőknek foglalkozniuk kell egy megfelelően strapabíró, és az alkalmazáshoz elég robusztus kábelösszekötő megoldás kiválasztásakor. Elmagyarázza, hogy egy IP67-es védettségű és az USCAR-2 specifikációk szerinti 2. osztályú tömítettségű kábelcsatlakozórendszer megfelelő használatával hogyan lehet megbízható összeköttetéseket létrehozni, amelyek a karbantartási és javítási költségeket is csökkentik. Ezután bemutat néhány Molex gyártmányú IP67-es védettségű, az USCAR-2 szerinti 2. tömítési osztályú kábelösszekötő megoldást, majd azt is, hogyan lehet ezeket felhasználni a különböző alkalmazási követelmények teljesítésére.

Amire oda kell figyelni az ipari összekötőelemek kiválasztásakor

Az ipari környezetekbe szánt berendezések tervezőinek figyelembe kell venniük a részecskék általi szennyeződéseket, a folyadékokat és a szélsőséges hőmérsékleteket. Ezenkívül, az ipari rendszereket úgy kell kialakítani, hogy a környezeti tényezők módosulásából vagy a berendezésekben történő változásokból adódó bármilyen kiszámíthatatlan körülményt felkészülten várják.

A gyárakban és raktárakban valamint más ipari létesítményekben számos különböző összekapcsolási megoldást használnak, amelyek közül sokat erős igénybevételre terveztek. Ilyen jellegű rendszerek a személygépkocsik és teherautók is, amelyek szintén mozgó ipari környezetnek minősülnek. Vannak általános irányelvek, amelyeket figyelembe kell venni az ilyen összekapcsolási helyzetek esetében. Első lépésként ez a védelem a szemcsés anyagok és részecskék ellen, a vasreszelékektől és fémdaraboktól kezdve a durvább és finomabb porokig. Minél finomabb egy részecske, annál valószínűbb, hogy a levegőbe kerülhet. A nehézgépek működése során keletkező vagy általuk kibocsátott közönséges por-, korom- és más finom részecskéket a ventilátorok és szellőzőrendszerek a levegőbe emelhetik, és azok több méterre is landolhatnak a forrásuktól. Ezek a részecskék bármilyen tömítetlen nyílásba bejuthatnak, beleértve a csatlakozókat is, és beszennyezhetik azok belső felületeit. Ez számos párosítási problémát okozhat, kezdve a laza illeszkedés miatti időszakos hibás működéstől a teljes kapcsolatvesztésig. Továbbá, ha a részecskék koptató vagy maró hatásúak, akkor tartósan károsíthatják a csatlakozót, ami drága és időigényes cseréket tehet szükségessé.

Az ipari környezetekben általában folyadékok is jelen vannak. A víz, a benzin, az olajok és a különböző vegyi anyagok előfordulása gyakori a nehézipari környezetekben. Ha ezen fluidumok folyadék vagy gőz formájában bejutnak egy párosított csatlakozóba, az rövidzárlatot okozhat, és az előbbi példához hasonlóan a berendezés emiatt is meghibásodhat.

IP67-es védettségű összekötő rendszerek

A különböző ipari környezeti körülményeknek megfelelő egyedi csatlakozók gyártása helyett az iparban az IP67-es védettségű vezetékek, kábelek és csatlakozórendszerek használata honosodott meg. Bár az IP jelölés hivatalosan a „nemzetközi védelmi besorolás” (angolul: „international protection rating”) rövidítése, a leggyakrabban ezt a nem hivatalos, de mégis pontos „ingress protection”-ként, vagyis a külső behatásokkal szembeni védettségként emlegetik. Az IP67-es jelölés meghatározza egy összekapcsoló elem védettségét a részecskékkel és idegen tárgyakkal, valamint a vízbehatolással szemben.

A „6” az IP67-ben annak felel meg, hogy az összekötőelembe semmilyen módon sem hatolhat be semmilyen részecske, beleértve a finom port is. Ezt elsősorban a két csatlakozó egymással párosuló háza közötti szoros tömítéssel érik el. A „7” arra utal, hogy egy IP67-es védettségű csatlakozórendszer 30 percen keresztül meghibásodás nélkül képes elviselni az egy méter mélységig történő vízbe merítést. A legtöbb ipari környezet esetében ez teljesen elegendő.

A párosított csatlakozók háza között lévő szorosan záró tömítés segít, de a vízállóságot elsősorban a csatlakozóban elhelyezett tömítőelem biztosítja, amely jellemzően nemcsak a vízzel, hanem számos vegyi anyaggal szemben is ellenálló. A különböző tömítőanyagok különböző vegyi anyagokkal szemben ellenállóak, ezért egy összekötőrendszer kiválasztásakor fontos szempont, hogy a benne lévő tömítőelem milyen anyagból készült.

Kis energiájú digitális jelek csatlakoztatása

Az igények természetesen nem azonosak minden kábelösszekötő rendszernél. Az IP67-es védettségű berendezések belsejében vonuló digitális logikai jelvezetékek összekapcsolásakor általában csak legfeljebb 5 V feszültség továbbítására van szükség, 500 mA körüli áramok mellett. Ezeknél a kis teljesítményű jeleknél kisméretű, könnyű szerkezetű kábelcsatlakozókat használnak, amelyek általában nincsennek erős fizikai hatásoknak kitéve. A csatlakozóknak könnyen párosíthatónak kell lenniük a berendezések gyors összeszerelése érdekében, és elég könnyűeknek ahhoz, hogy fizikailag ne terheljék a kábelkorbácsok gyengeáramú vezetékeit. Ezekre az összekapcsolási helyzetekre a Molex kínálatában a Mizu-P25 miniatűr vezeték-vezeték csatlakozórendszere szerepel. Ezek a vízálló, IP67 minősítésű csatlakozók megfelelő védelmet biztosítanak a párosított csatlakozópár számára a porral és a vízzel szemben egy könnyen kezelhető, kompakt házban.

Egy párosítható, IP67-es besorolású csatlakozópárra példa a Molex kétpozíciós vízálló csatlakozórendszert alkotó 0521160240 jelű dugója és 0521170240 jelű aljzata (1. ábra). Teljesen egymásba illesztve a két csatlakozó összesített hossza mindössze 25,5 mm, ami a kisméretű, szűkös burkolatokban való használatra igen megfelelő.

1. ábra: A Molex Mizu-P25 0521160240 dugója és a 0521170240 aljzata kétpozíciós párosítható csatlakozórendszer formájában biztos védelmet nyújt a por és a víz ellen. A csatlakozás párosítva mindössze 25,5 mm hosszú, és a helyes összeillesztésükkor egy határozott kattanás hallható. (Kép: Molex)

Mindkét csatlakozó háza és kupakja poliészterből készül, amely kiválóan ellenáll a víznek, lángálló, és nem fakul vagy repedezik meg napfénynek való tartós kitettség esetén. A poliészter csatlakozók ellenállnak a törésnek is, normál használat esetén meghajlanak, és deformáció nélkül is elviselik a terhelést. Ezáltal a csatlakozórendszer fizikailag elég jól tűri a durva bánásmódot a berendezések összeszerelése során történő összeillesztéskor. A poliészter csatlakozók kiváló nyírószilárdsággal is rendelkeznek, vagyis ideálisan tűrik a csatlakozók illesztésekor és szétkapcsolásakor fellépő csúszó kopást.

A csatlakozó gyűrűs tömítése, és a vezetékvégen lévő tömítés is egyaránt szilikon tömítőanyagból készül, amelyek légmentesen zárnak a víz és a por ellen. A szilikonból készült tömítőgyűrűk és más tömítőelemek alacsony hőmérsékleten is megőrzik rugalmasságukat, így ezek a csatlakozók tökéletesen alkalmasak alacsony hőmérsékletű berendezésekhez, például hűtőszekrényekhez és kültéri hideg időjárási berendezésekhez. Ezek a csatlakozók két pozícióval rendelkeznek, 5 mm-es osztással, biztonságosan elkülönítve a két jelet egymástól. A könnyű összeillesztés érdekében kézzel szereltek, krimpelt érintkezőkkel.

A csatlakozórendszert úgy tervezték, hogy könnyen párosítható legyen a rendszertervezők által választott és felhasznált krimpelhető érintkezők típusától függetlenül. Megfelelő illesztés esetén jól hallható kattanás jelzi a megfelelő és szoros illeszkedést. Ez megkönnyíti a technikusok dolgát a rendszerek összeszerelésénél, és biztosítja az illeszkedő felületek közötti tömítés szorosságát.

A Molex Mizu-P25 csatlakozórendszer névleges feszültsége 250 V, és a -40°C és +105°C közötti üzemi hőmérséklettartományban való használatra alkalmas. Ennek köszönhetően a Molex Mizu-P25 0521160240 dugók és 0521170240 aljzatok alkotta csatlakozórendszer háztartási berendezésekhez és számos hideg időjárású ipari rendszerhez alkalmas. Az IP67 minősítés jelzi a berendezések tervezői számára, hogy a csatlakozórendszer víz- és porvédett, és hogy azt nem szükséges átfogóan tesztelni a környezeti hatásokkal szemben.

Erős, tűrőképes és tömített összekötőelemek a könnyű karbantartás érdekében

A nagyobb áramok vezetésekor néha összekötőelemekre van szükség, amelyeknek durva ipari környezetekben is egyszerűen karbantarthatóknak kell lenniük. Egy összekötőelemnek nemcsak egy biztonságos és véletlenül meg nem szakítható kapcsolatot kell biztosítania, hanem karbantartási tevékenységek során is könnyen bonthatónak kell lennie. Ilyen esetekben a tervezők a Molex Squba tömített vezeték-vezeték összekötőelemét használhatják. A Squba-csatlakozók szintén IP67-es besorolásúak, és nagyobb teljesítményt nyújtanak kisebb méretben. A Molex Squba 2042230004 jelű dugók és 2042200004 jelű aljzatok például négypozíciós, 1,80 mm-es osztású csatlakozók, amelyek megbízható áram- és jelátvitelt biztosítanak (2. ábra).

2. ábra: A Molex Squba 2042230004 dugó (balról) és a 2042200004 aljzat (jobbról) egy négypozíciós összekötő rendszer, amelyet úgy terveztek, hogy nagyáramú nedves környezetekben is szilárd védelmet nyújtson. (Kép: Molex)

Ezekben a Molex Squba csatlakozókban krimpelt érintkezők találhatók, és megfelelő összeillesztésük esetén ezt hallható kattanás jelzi. A csatlakozóaljzaton található reteszelőpecek alacsony profilú, minimálisra csökkentve a más berendezésekbe való beakadás esélyét. A pecek szoros és biztonságos kapcsolatot biztosít, amely karbantartáskor az ujjakkal való határozott felfelé feszítéssel vagy egy szabványos kioldó szerszámmal könnyen bontható.

A Squba dugók és aljzatok házai nejlonból készülnek, amely rendkívül erős, és ellenáll a legtöbb ipari vegyi anyagnak. A Molex Squba összekötő rendszer így alkalmas minden olyan környezetben való használatra, ahol a csatlakozókat más berendezések általi mozgató, toló vagy egyéb hatások érhetik. Az összekötő rendszer szilikon tömítésekkel van lezárva a por és a nedvesség ellen.

Minden egyes érintkező egyenként 125 V váltakozó vagy egyenáramú feszültség biztosítására képes. Az ajánlott huzalvastagság 22-24 AWG. A 22 AWG méretű sodrott huzalra krimpelt érintkezők mindegyikén keresztül 30°C-on maximum 5,25 A erősségű áram folyatható, ami maximálisan 21 A áramvezetési képességet jelent. A maximális áramerősség a hőmérséklet függvényében változik, ezért a tervezőknek nagy figyelmet kell fordítaniuk a csatlakozó dokumentációjára, hogy a csatlakozón keresztül vezetett áram erőssége a körülményeknek megfelelő legyen.

A névleges üzemi hőmérséklet -40°C és +105°C közötti, és az IP67-es védettséggel párosulva a csatlakozók például fűtő-, hűtő- és légkondicionáló (HVAC) rendszerekben, italadagoló berendezésekben és más olyan környezetekben használhatók, ahol hideg vagy nedves környezetben való működésre van szükség.

Több áramkörös folyadékba meríthető összekötőelem

Van, hogy egy összekötő rendszer nem egyszerűen abból áll, hogy egyetlen kábel azonos jeleit kell összekapcsolni egymással. Esetenként többféle áramkörtípust kell ugyanazon a kábelen továbbítani, beleértve a digitális jeleket, a nagyáramú vezérlőjeleket és a tápellátási vezetékeket. Ilyen helyzetekben olyan hibrid összekötő rendszerre van szükség, amelybe különböző méretű érintkezők helyezhetők. Ezekre az alkalmazásokra a tervezők a Molex MX150 Hybrid típusú, szerelt kábelekhez alkalmas összekötőrendszerét használhatják. Az MX150 Hybrid rendszer az USCAR-2 szerinti 2. tömítési osztály követelményeinek megfelelő besorolású, ami hasonló az IP67-es védettséghez. Az USCAR-2 szabványok szerinti 2. tömítési osztálynak való besoroláshoz az eszköznek víz alatt végrehajtott nyomás-vákuum vizsgálatnak kell megfelelnie.

Összeszerelve, a Molex MX150 Hybrid egy teljesen zárt csatlakozórendszer, amely olyan helyzetekre alkalmas, amikor a csatlakozók víz alá kerülhetnek, illetve nagyon nedves környezetben, ahol gyakori a folyadéknak vagy nagynyomású vízpermetnek való kitettség.

A Molex MX150 Hybrid 1601126001 jelű 12-pozíciós dugója és 1601116006 jelű 12-pozíciós csatlakozóaljzata (3. ábra) legfeljebb tíz 1,5 mm-es és legfeljebb két 2,8 mm-es késes érintkező kombinációját tartalmazhatja. Az 1,5 mm-es érintkezők alacsony szintű logikai jelek továbbítására használhatók, míg a két 2,8 mm-es késes érintkező akár 22 A erősségű áram vezetésére is alkalmas. Ez teszi ezt az összekötő rendszert alkalmassá az autóipari és ipari alkalmazásokhoz, ahol egyetlen kábelköteggel kell egyaránt áramot és adatokat is továbbítani egyetlen géphez.

3. ábra: A Molex MX150 Hybrid 1601126001 12-pozíciós dugó (balról) és párja, a 1601116006 aljzat (jobbról) 1,5 mm-es és 2,80 mm-es késes érintkezők kombinációtját tartalmazhatja, és egy folyadékba meríthető összekötő rendszer. (Kép: Molex)

Teljesen összeszerelve és összeillesztve az MX150 IP67 Hybrid összekötő rendszer a szennyeződésektől és portól teljesen védett. Víz alá meríthető, és a -40°C és +125°C közötti tartományban használható. A csatlakozóház nejlon és üveg ötvözetéből áll, amely nagyon tartós, és a durva bánásmódnak valamint az enyhe ütéseknek is ellenáll. Ez teszi ezt a csatlakozórendszert alkalmassá a zord ipari környezetben és számos fogyasztói készülékben, valamint olyan autóipari motoralkalmazásokban való használatra, ahol a csatlakozó szélsőséges hőmérsékletnek, nagynyomású vízpermetnek és nehéz tárgyak kemény ütéseinek van kitéve.

A Molex MX150 Hybrid 1601126001 jelű dugóját és az 1601116006 jelű aljzatát egy kábel vagy kábelköteg részeként kell használni. Ehhez érintkezőket kell beilleszteni a dugóban és az aljzatban található pozíciókba. Előfordulhat azonban, hogy az összeszerelést végző technikusok néha hibát követnek el, és nem illesztik be teljesen az érintkezőket a csatlakozóházba, ami megbízhatatlan kapcsolatokhoz vezet. Az ilyen esetek elkerülése érdekében a csatlakozók mindegyike egy pontos vezetést és csatlakozást biztosító (TPA – Terminal Position Assurance) házból áll.

Egy érintkezőnek a TPA házba történő sikeres behelyezésekor a szerelőtechnikus érezni fogja, hogy az érintkező szilárdan rögzül a helyén. Ha az érintkező nem megfelelően van behelyezve, és ha a dugót és az aljzatot összeillesztik, akkor azok nem fognak egymásba akadni. Ennek a kialakításnak köszönhetően az érintkezők megfelelő behelyezése garantált, ami növeli a rendszer megbízhatóságát.

Összegzés

Az ipari, közlekedési rendszerek vagy háztartási berendezések tervezőinek biztosítaniuk kell, hogy a csatlakozók ellenálljanak a használatnak, beleértve a szűk helyeket, a port és a szennyeződéseket, a szélsőséges hőmérsékleteket, a folyadékokat és olajokat, valamint más behatoló anyagokat. A tervezési folyamat egyszerűsítése érdekében a tervezők speciális IP67-es védettségű csatlakozókat kereshetnek, vagy olyanokat, amelyek mind a por és a szennyeződés, mind a nedvesség és a folyadék behatolása ellen is védelmet nyújtanak.

Mint bemutattuk, számos IP67-es besorolású csatlakozó áll rendelkezésre, amelyek széleskörűen alkalmazhatók a különböző alkalmazási követelményeknek megfelelően, az alacsony szintű digitális jelektől a nagyáramú tápellátásig. A megfelelő IP67-besorolású összekötőelem kiválasztásával a rendszer megbízhatósága biztosítva van, és ez a minimumra csökkenti a költséges leállások vagy javítások esélyét.