Elektronika przemysłowa w szczelnych obudowach

Fot. 1. Szczelna obudowa typu Handheld idealnie nadaje się na wszelkiego typu panele operatorskie

Na rynku można znaleźć wygodne systemy obudów umożliwiających szczelne zamknięcie elektroniki. Przykładem może tu być obudowa typu Handheld, którą ma w ofercie Phoenix Contact. Ma ona postać aluminiowego profilu wyposażonego w wewnętrzne sloty, w które można wsunąć PCB.

Profil zamykany jest z dwóch stron odpowiednimi elementami zaślepiającymi, z których jeden może mieć dodatkową klapkę chroniącą ewentualne przyłącza. Górna płaszczyzna obudowy ma zagłębienie, w którym można zmieścić klawiaturę membranową lub też wkleić szybkę zabezpieczającą wyświetlacz.

Samo zagadnienie doboru odpowiedniej obudowy nie rozwiązuje jednak w pełni szczelności całego urządzenia. Aby skutecznie chroniła ona komponenty w swoim wnętrzu, musi być wyposażona w odpowiednie złącza, za pomocą których będzie przyłączone zasilanie oraz sygnały sterujące. W branży przemysłowej bardzo popularne są sprawdzone od lat okrągłe złącza serii M8, M12 lub M23.

Mają one od 3 do kilkunastu biegunów i po wkręceniu wtyku zapewniają szczelność na odpowiednim poziomie (w stosownych wariantach nawet IP69K). Są one również dość wytrzymałe mechanicznie. Ich popularność na rynku pozwala na przyłączenie czujników pochodzących od różnych producentów. Gwarantują także odporność na wibracje, dzięki czemu nadają się m.in. do aplikacji kolejowych.

Projektanci mogą wybierać nie tylko spośród wielu rozmiarów złączy, liczby dostępnych biegunów, ale także sposobu montażu złącza do PCB i do obudowy urządzenia. Montaż na płytce drukowanej może odbywać się w technologii lutowania przewlekanego lub powierzchniowego (w wersji prostej i kątowej), ewentualnie można skorzystać z gniazd zawierających przymocowane przewody, które wlutowuje się bezpośrednio do PCB lub przyłącza wewnątrz urządzenia dowolnym systemem złączy.

Fot. 2. Różne sposoby montażu gniazd, od lewej: obudowa samokompensująca, obudowa montowana od wnętrza urządzenia, obudowa wciskana, obudowa montowana od zewnątrz, gniazda wykonane jako odlew korpusu urządzenia

Wersja SMT jest ciekawa z punktu widzenia obowiązującego trendu miniaturyzacji wszelkich urządzeń - przy odpowiednim zaprojektowaniu laminatu wielowarstwowego nie marnuje się tutaj miejsca wyłącznie na potrzeby przyłącza. Dodatkowo oszczędza się na kosztach produkcji, bo takie gniazda mogą zostać zamontowane automatycznie w procesie przygotowania PCB, gdyż dostarczane są w opakowaniu umożliwiającym automatyczne pobieranie komponentu przez maszynę pick & place.

Obudowy gniazd mogą być zespolone z wkładką izolacyjną lub dostępne oddzielnie. Każdy wariant dostępny jest z opcją montażu od środka lub od zewnątrz urządzenia, dzięki czemu zawsze można wybrać opcję najwygodniejszą i najbardziej ekonomiczną w produkcji lub późniejszym serwisie. Gniazda dzielone mają obudowy, które mogą zostać przykręcone do panelu lub wciśnięte w odpowiedni otwór za pomocą prasy.

Nowością na rynku jest obudowa do gniazd M12 samokompensująca tolerancje montażowe. Jest to o tyle istotne, że w przypadku urządzeń mających na jednej ściance kilka gniazd nie zawsze tolerancje wykonawcze posiadanych maszyn pozwalają na idealne zgranie miejsca montażu gniazda na PCB z otworem w obudowie.

Nawet niewielkie odchyłki rzędu dziesiętnych części milimetra mogą spowodować występowanie naprężeń na laminacie powodujących usterki. Zastosowanie obudowy samokompensującej pozwala na idealne zgranie obu elementów i jednocześnie gwarantuje szczelność połączenia po wkręceniu wtyku.

Fot. 3. Obudowa samokompensująca tolerancje montażowe pozwala na uniknięcie niebezpiecznych naprężeń w przypadku problemów z uzyskaniem liniowości montażu komponentów na PCB. Dodatkowo dostępne różnokolorowe pierścienie umożliwiają intuicyjną instalację/obsługę urządzenia

Innym ciekawym sposobem adaptacji do specyficznych wymogów środowiska jest wykonanie gniazda jako fragmentu odlewu całej obudowy (najczęściej z aluminium). Wystarczy wtedy zastosować wyłącznie wkładkę gniazda, a gwint blokujący wykonuje się jako część korpusu urządzenia. Wkładki przykładowych złączy M12 pozwalają na realizację większości potrzebnych funkcji - zaczynając od zasilania, poprzez transmisję danych (np. Ethernet), a na zwykłych sygnałach kończąc.

Jako wariant złącza zasilającego można wybrać złącza M12 Power, które mogą pracować z obciążeniem do 12 A / 630 V_AC lub 12 A / 60 V_DC. Do takich gniazd dostępne są wtyki do samodzielnego montażu lub gotowe przewody z kablem ekranowanym. Złącza do transmisji danych, oprócz wariantu standardowego, są dostępne także w wariancie hybrydowym (PoE), czyli połączenie zasilania oraz transmisji Ethernet w jednym wtyku. Aby uniknąć pomyłek przy podłączaniu, każdy typ ma inny system kodowania.

Warto rozważyć na etapie projektowania urządzenia skorzystanie z dostępnych obecnie rozwiązań, co pozwoli uniknąć topornych i kłopotliwych w instalacji lub serwisie urządzeń, do których przewody wprowadzane są dławnicami. Dzięki zastosowaniu szczelnych obudów i systemów przyłączy można uniknąć konieczności otwierania całej obudowy w celu przyłączenia okablowania.

Piotr Andrzejewski
Phoenix Contact sp z o.o.
www.phoenixcontact.pl/obudowy