A készülékházakat alkotó anyagok előnyeinek és hátrányainak mérlegelése

A készülékházak sokféle kivitelűek, méretűek és formájúak lehetnek, de egy új termék beszerzésekor gyakran a készülékház anyaga a legelső szempont, amit figyelembe kell venni, és vitathatatlanul a leglényegesebb tényező a készülékház teljesítménye szempontjából. A villamos és elektronikus készülékek tervezéséhez, beszerzéséhez és karbantartásához elengedhetetlen a gyakran használt anyagok ismerete.

Nagy általánosságban a készülékházak anyaga a fém és a nem fém kategóriába sorolható.

Nem fémek

A nem fémből készült készülékházak többsége műanyagból, jellemzően ABS-ből vagy polikarbonátból készül, de ebbe a kategóriába tartoznak az üvegszálas anyagok is.

A nem fémek a rádiófrekvenciás (RF) hullámok számára átjárhatóak, és jó választásnak bizonyulnak olyan vezeték nélküli kommunikációs eszközökhöz, amelyeknek könnyen kell jeleket küldeniük és fogadniuk. Az érem másik oldala, hogy ez a tulajdonság hátrányos lehet, ha az készüléket védeni kell az elektromágneses (EMI) vagy a rádiófrekvenciás zavarástól (RFI).

ABS

Az akrilnitril-butadién-sztirol vagy röviden ABS egy olcsó hőre lágyuló műanyag, amelyet könnyű megmunkálni és alakítani. Az ABS a legkedveltebb műanyag beltéri használatra, és viszonylagos olcsósága ellenére jó ütés- és hőállóságot kínál, és meglehetősen sokoldalú. Míg az általános célú ABS (GPABS, general purpose ABS) a leggazdaságosabb típus, beszerezhető tűzálló ABS (FRABS, flame retardant ABS) is, amelynek közepesen magas szintű a tűzállósága (UL 94V-0).

Az ABS készülékházak gyakran fekete, szürke vagy fehér színűek, de nem ritkák az olyan színes változatok sem, mint a sárga, a piros és a kék. Az ABS könnyen megmunkálható és alakítható. Sajnos, nagy igénybevétel esetén nem ideális, és nehéz átlátszóvá tenni.

1. ábra: ABS készülékházak a Hammond 1551MINI sorozatból. Mivel a teljes átláthatóság az ABS esetében nem valósítható meg, gyakori az áttetsző vagy „homályos” ABS (kép: Hammond Manufacturing)

Polikarbonát

A polikarbonát a műanyagok világának rocksztárja. A kiváló ütésállóság, a széles üzemi hőmérséklet-tartomány és az ibolyántúli (UV-) sugárzás okozta károsodással szembeni ellenállás miatt számos kültéri, nagy igénybevételnek kitett és tengerészeti felhasználási területen használt műanyag. Az UV-stabilizált polikarbonát ellenáll a napsugárzás okozta elszíneződésnek és törékennyé válásnak, és természetesen tiszta. Emiatt gyakran használják olyan termékekhez, mint a szemüveglencsék és a versenyautók szélvédője, valamint a jó minőségű készülékházak. A polikarbonát kiváló tűzállósági minősítésű. Mint várható – különösen a projekt kezdetén –, a polikarbonát kevésbé gazdaságos megoldás, mint az ABS, de még zord körülmények között is hosszú élettartama költségmegtakarítást eredményezhet.

2. ábra: Átlátszó polikarbonát készülékházak a Hammond 1591T sorozatából (kép: Hammond Manufacturing)

Üvegszál

Az üvegszállal erősített poliészter, rövidítve FRP (fiberglass-reinforced polyester) vagy GRP (glass-reinforced polyester) egy poliészter műanyag, amely üvegszállal van megerősítve. A polikarbonáthoz hasonlóan az üvegszállal erősített poliészter is alkalmas kültéri használatra, jó az ütésállósága, és széles, még a polikarbonáténál is nagyobb üzemi hőmérséklet-tartományban használható. Az ibolyántúli sugárzás hatására azonban elszíneződhet. Összetételéből adódóan az üvegszállal erősített poliészter vágáskor üvegszemcséket szórhat szét, és a módosításához különleges egyéni védőfelszerelésre és szerszámokra van szükség.

Mind a polikarbonátnak, mind az üvegszállal erősített poliészternek jó a vegyi ellenálló képessége, és mindkettő ideális a sós környezetben való használatra. Az üvegszállal erősített poliészter ellenáll az oldószereknek, valamint a híg savaknak és lúgoknak. A polikarbonát szintén jól ellenáll a savaknak, valamint egyes oldószereknek és lúgoknak. Az anyag kiválasztása előtt mindig vizsgálja meg az adott környezet jelentette veszélyt.

3. ábra: Üvegszál-erősítésű poliészter készülékház, Hammond cikkszám: 1590ZGRP084 (kép: Hammond Manufacturing)

Fémek

A fémből készült készülékházaknak a nem fémből készültekkel szemben jobbak a rádiófrekvenciás és elektromágneses zavarással szembeni árnyékolási jellemzőik. A teljes árnyékoláshoz és a földeléshez elengedhetetlen a fém–fém érintkezés, erre a biztonság érdekében van szükség, amikor a készülékházon belül villamos készülékek találhatóak. A fémek általában elfogadhatóak kültéri használatra, és jó az ütésállóságuk.

A fémek esetében fontos, hogy figyeljünk az elektrokémiai korrózióra, más néven a különböző fémek egymásra hatása okozta korrózióra. Ha két különböző fém kerül egymással érintkezésbe, akkor az a fém, amelyik „lúgosabb” tulajdonságú, vagyis könnyebben adja le az elektronjait, gyorsabban kezd korrodálni, ami szerkezeti és esztétikai károkat is okozhat. A felhasználóknak emiatt ügyelniük kell arra, hogy például rozsdamentes acélból készült készülékházhoz ne használjanak cinkbevonatú csavarokat vagy horganyzott acél kötőelemeket.

Alumínium

Az alumínium egy nemvasfém, amely annak ellenére erős, hogy viszonylag könnyű anyag. A különböző kialakítási változatok mellett, amilyen például az alumíniumlemez, a sajtolt alumínium és az öntött alumínium, attól függően is eltérőek a tulajdonságai, hogy mivel van ötvözve. Az ötvözet az alapfémből (alumínium) és más fémekből vagy kémiai elemekből áll. Egyes ötvözetek erősebbek, mint mások, esetleg nagyobb a szakítószilárdságuk, vagy jobban elviselnek bizonyos bevonatokat és így tovább.

Az alumínium könnyen megmunkálható és alakítható, és a legolcsóbb fémanyag a készülékházakhoz.

Öntött alumínium

Az öntött alumínium készülékházakat úgy állítják elő, hogy az olvadt fémet a kialakított szerszámokba (más néven öntőformákba) öntik. Az öntés a kis és közepes méretű készülékházakhoz a legmegfelelőbb, ezért a nagyobb méretű termékekhez az öntött fém helyett inkább fémlemezt használnak. A technológia gyors és egységes terméket eredményez. Az öntött fém, valamint a fröccsöntött műanyag készülékházaknak van egy kúpossági szögnek nevezett jellemzőjük. Ez azt jelenti, hogy a készülékház falainak kissé kifelé kell dőlniük, hogy a készülékházat könnyen ki lehessen venni az öntőformából. Ezért az alumíniumöntvény készülékházak falainak van néhány fokos ferdeségük.

4. ábra: Vastag falú öntött alumínium készülékház, Hammond cikkszám: 1590Z110 (kép: Hammond Manufacturing)

Sajtolt alumínium

A sajtoláshoz szintén olvadt alumínium és valamilyen szerszám szükséges, de az öntőforma kitöltése helyett a sajtolt alumíniumot keresztülnyomják (keresztülsajtolják) a szerszámon, hogy egy adott alakot vegyen fel. Így nagyon hosszú sajtolt munkadarabok hozhatók létre, amelyeket aztán méretre vágnak. A sajtolt alumínium készülékházak általában egy sajtolt csőből és fém vagy műanyag zárósapkákból állnak. A nagy méretű, levágható darabok sajtolása előnyös a gyártó számára, amely nagyobb készletet tarthat fenn a csövekből, és igény szerint különböző hosszúságú készülékházakat tud azokból kialakítani.

A Hammond sajtolt alumínium készülékházai eloxált bevonattal vannak ellátva. Az eloxálás egy olyan eljárás, amely növeli a készülékház oxidrétegének vastagságát, és ellenállóbbá teszi a felületet. Az eloxálás többféle színben is létrehozható. Egyes alumíniumötvözetek jól viselik az eloxálást, mások azonban nem. Míg a Hammond sajtolt készülékházai eloxálhatóak, az öntött alumínium készülékházak nem, ezért azok porszórásos bevonattal vannak ellátva.

5. ábra: Sajtolt alumínium készülékház kék eloxálással (összeszerelve). Hammond-cikkszám: 1455L1201BU (kép: Hammond Manufacturing)

6. ábra: Az 5. ábrán látható kék eloxált alumíniumból készült sajtolt alumínium készülékház szétszerelve (kép: Hammond Manufacturing)

Alumíniumlemez

Az alumíniumlemezek vághatóak és hajtogathatóak, hogy készülékházakat és paneleket lehessen belőlük létrehozni. Ellentétben a sajtolt és öntött elemekkel, amelyeket korlátoznak a szerszámok jellemzői és méretei, hajtogatott fémlemezből számtalan készülékház-kialakítás készíthető. Az alumíniumlemezek, különösen a vékonyabbak, nem bírnak el tetemesebb tömeget, mert a lemez várhatóan meghajlik vagy megvetemedik, ha túlterhelik.

7. ábra: Egy Hammond 1444-es sorozatú hajtogatott alumínium készülékház belseje (kép: Hammond Manufacturing)

Acél

Az acél számos iparágban széles körben használt és megbízható anyag. Az acélok vasötvözetek (vasból és szénből állnak). Az acéllemezeket készülékházak és panelek építésére használják, és a felhasználási területtől függően többféle acélfajta közül lehet választani. Az acél nehezebb, mint az alumínium, és különösen a rozsdamentes acél drágább is lehet.

Lágyacél

Az „alacsony széntartalmú acél” néven is ismert lágyacélnak alacsonyabb a széntartalma, mint a normál acélnak, és könnyebben alakítható és hegeszthető. A lágyacél olcsó és sokoldalú, de az időjárás hatására oxidálódik, hacsak nincs bevonva valamivel. Ez az oka annak, hogy a lágyacél készülékházak porszórásos bevonattal vannak ellátva, szemben a rozsdamentes acél vagy alumínium készülékházakkal, amelyek felületkezelés nélküliek, vagy kevésbé felületkezeltek. A belső panelekhez használható bevonat nélküli lágyacél, mivel azok nincsenek kitéve az időjárás viszontagságainak.

8. ábra: Világosszürke porfestékkel bevont lágyacél készülékház, Hammond cikkszám: ST12126LG (kép: Hammond Manufacturing)

Horganyzott acél

A horganyzott acél az acélt cinkbevonatba mártva készül. Ez megvédi az acél vasban gazdag felületét a gyors korróziótól. A horganyzott acél nem bírja jól az erősen korrodáló hatású vegyszereket és a tengeri környezetet. A horganyzott acél a belső panelek és a kereskedelemben kapható általános célú beltéri készülékházak gyakori anyaga. Porszórásos bevonattal ellátva enyhébb körülmények között kültéren is használható.

Rozsdamentes acél

A rozsdamentes acél egy krómtartalmú vasötvözet. A króm korrózióálló tulajdonságokat kölcsönöz a vasnak. A rozsdamentes acél különböző változatai további kémiai elemek hozzáadásával hozhatók létre. A rozsdamentes acél ellenáll a rozsdának, és nem kell bevonattal ellátni. Rendkívül ellenálló a savakkal, lúgokkal és oldószerekkel szemben, nagyszerűen használható kültérben, és könnyen tisztítható, így ideális higiénikus környezetbe, például gyógyászati vagy élelmiszeripari és italgyártási területeken, ahol a készülékházat gyakran kell lemosni.

A rozsdamentes acél két legelterjedtebb fajtája a következő:

• 304 – Ez a leggyakoribb rozsdamentes acélfajta.
• 316 – Ez egy különlegesebb minőség, amelyre jellemző a rozsdamentes acél összes fenti előnye, valamint a molibdénnek köszönhetően rendkívül nagy a korrózióállósága. A 316-os rozsdamentes acél kiválóan alkalmas tengeri környezetben való használatra

9. ábra: Rögzítést nem igénylő rozsdamentes acél kapcsolószekrény, Hammond cikkszám: HN4FS726036SS (kép: Hammond Manufacturing)

Minősítések és anyagok

A készülékház minősítése és anyaga kéz a kézben jár, mivel az olyan minősítési rendszerek, mint a NEMA, az UL és az IP a készülékházat a különböző körülmények közötti teljesítménye alapján ítélik meg.

NEMA – Az ipari és villamos készülékházak legelterjedtebb minősítési rendszere. A NEMA-típusok leírják, hogy a készülékház beltéri vagy kültéri használatra készült-e, korrózióálló-e, és hogyan viselkedik az olyan veszélyekkel szemben, mint a víz és a szennyeződés. Néhány gyakori NEMA-típus:

• 12 és 13 – beltéri használatra, némi védelemmel a szennyeződés és a rácsöppenő víz ellen
• 3R – beltéri vagy kültéri használatra, védelemmel a szennyeződések és a nedves időjárás (eső, havas eső, hó) ellen
• 4 – beltéri vagy kültéri használatra, jó védelemmel a szennyeződések, a nedves időjárás, a fröccsenő és a locsolócsővel ráirányított víz ellen
• 4X – hasonló a 4-eshez, de korrózióállósággal kiegészítve

10. ábra: A Hammond HYW sorozatú rozsdamentes acél készülékházának ajtaját higiénikus kék szilikontömítés keretezi (kép: Hammond Manufacturing)

Behatolás elleni védelem (IP) – Az IP-minősítéseket a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC, International Electrotechnical Commission) határozza meg. Az IP az elektronikai készülékházak legelterjedtebb minősítése, de az IP és a NEMA minősítések között van némi átjárás. Az IP-besorolás első számjegye a porzáróságot, míg a második számjegye a vízzáróságot mutatja. Néhány gyakori IP-besorolás:

• IP54 – por elleni védelem fröccsenő víz elleni védelemmel
• IP65 – a már vízhatlannak tekintett leggyengébb minősítés, kültéri használatra minimum ilyen minősítés ajánlott, porálló, vízsugár elleni védelemmel
• IP66 – porálló, erős vízsugárral szembeni védelemmel
• IP67 – porálló, rövid ideig tartó vízbe merülés elleni védelemmel
• IP68 – porálló, hosszú ideig tartó vízbe merülés elleni védelemmel

UL-lista – Az UL-listán szereplő termékeket független laboratóriumok tesztelik. A listára felkerülő készülékházak megfelelnek az UL 508A szabványban felsorolt normáknak. A tesztek között nem szabad, hogy víz jusson be a készülékbe, különben a termék nem kerül fel az UL-listára. Egyéb tényezőket is figyelembe vesznek, amilyen például az anyagok egységessége, a gyári technológiák, az ibolyántúli fénnyel szembeni ellenállás (más néven UV-állóság) és a gyúlékonysági besorolás. Az UL-lista a teljesítmény, a minőség és a biztonság értékes mutatója.

11. ábra: UL-matricás címke egy UL-listás polikarbonát készülékház belsejében, Hammond cikkszám: 1554C2GYCL (kép: Hammond Manufacturing)

Összegzés

Egy villamos vagy elektronikus készülék tervezésekor nagyon sok mindent figyelembe kell venni, de remélhetőleg ez a készülékházak anyagát és minősítését ismertető áttekintés is segít megkönnyíteni a megfelelő készülékház kiválasztását.

Akár egy egyszerű műanyag dobozra van szükség egy kézi kapcsolóhoz, akár egy strapabíró rozsdamentes kapcsolószekrényre, amelynek el kell viselnie a sós levegőt egy mólón, a készülékházak kétségtelenül létfontosságú részét képezik minden készüléknek.