Zaloguj
Zewnętrzny wymiar obudowy nie mówi, ile miejsca zajmie urządzenie
Dobór obudowy na podstawie długości, szerokości i wysokości to dopiero początek. W rzeczywistej aplikacji trzeba uwzględnić także przestrzeń potrzebną na podłączenia wejść i wyjść czy zasilania, przewody i ich promienie gięcia oraz dostęp do punktów przyłączeniowych. Znaczenie ma również umiejscowienie urządzenia na szynie DIN i możliwość jego późniejszego demontażu.
W szafie sterowniczej obudowa funkcjonuje w otoczeniu kanałów kablowych, innych urządzeń i elementów konstrukcyjnych. Kierunek wyprowadzenia przewodów może więc przesądzić o wymaganej głębokości szafy, odstępie od kanału kablowego i liczbie urządzeń mieszczących się na jednej szynie. Nawet kompaktowy moduł może w praktyce potrzebować znacznie więcej miejsca, jeżeli przyłącza wymagają prowadzenia przewodów szerokim łukiem.
Istotna jest także wygoda serwisu. Bardzo krótkie przewody pozwalają ograniczyć zajętą przestrzeń, ale podczas wymiany urządzenia muszą zostać odłączone i ponownie podłączone. Rozwiązanie, które dobrze wygląda w modelu 3D, może zatem utrudniać pracę monterowi i wydłużać obsługę urządzenia.
Wysokość urządzeń również wpływa na układ szafy. Najwyższy moduł zamontowany na szynie może wyznaczać wymagany prześwit od kanałów kablowych, a pośrednio także liczbę szyn możliwych do rozmieszczenia w danej przestrzeni. Dlatego warto oceniać nie tylko obrys samej obudowy, lecz cały obszar montażowy potrzebny do jej okablowania, instalacji i późniejszej obsługi.
Konstrukcja obudowy wpływa na dostępną powierzchnię PCB
Wybór typu obudowy określa sposób montażu płytek PCB z elektroniką, ich orientację, dostępną powierzchnię montażową oraz położenie przyłączy. To z kolei ma wpływ na rozmieszczenie komponentów, wskaźników i interfejsów użytkownika.
W przypadku obudów modułowych prosta, dwuczęściowa budowa sprzyja szybkiemu montażowi końcowemu. Jeżeli jednak potrzebna jest duża liczba punktów zaciskowych umieszczonych na kilku poziomach, konstrukcja górnej części obudowy może ograniczać miejsce dostępne na oznaczenia i elementy sygnalizacyjne.
Obudowy półskorupowe oferują inne możliwości. Pozwalają łatwiej zmieniać szerokość urządzenia i rozmieszczać przyłącza na różnych poziomach, bez tak dużego ograniczania powierzchni czołowej. Jednocześnie ich montaż końcowy jest bardziej złożony. Przy porównywalnych wymiarach zewnętrznych mogą natomiast zapewnić większy obszar montażowy PCB niż konstrukcje modułowe. Wybór staje się więc kompromisem pomiędzy dostępną przestrzenią dla elektroniki a prostotą składania urządzenia.
Jeszcze inną grupę stanowią konstrukcje profilowe, które pełnią przede wszystkim funkcję nośnika PCB. Profile mogą być docinane do wymaganej długości, a konstrukcja pozwala umieszczać płytki na kilku poziomach.
Nie istnieje zatem jeden rodzaj obudowy odpowiedni dla każdej elektroniki. Decyzja powinna wynikać z architektury urządzenia, liczby PCB, sposobu produkcji, wymaganej liczby przyłączy oraz potencjalnych czynności serwisowych.
Orientacja PCB i przyłącza powinny być projektowane razem
Poziomy lub pionowy montaż płytki względem szyny DIN nie jest wyłącznie kwestią mechaniczną. Orientacja PCB ogranicza wybór technologii przyłączeniowej i wpływa na kierunek prowadzenia przewodów. Poziomy układ płytki może zapewnić dużą powierzchnię czołową na wyświetlacze, wskaźniki i elementy sterujące. Nie oznacza jednak, że przewody muszą być prowadzone poziomo. Odpowiedni dobór przyłączy pozwala zmienić kierunek ich wyprowadzania, na przykład o 45° lub 90°, i dopasować go do warunków montażowych. W układzie pionowym często potrzebne są specjalnie dostosowane bloki zaciskowe. Dedykowane rozwiązania pozwalają zmienić kierunek prowadzenia połączeń względem płytki i zapewnić wygodny dostęp.
Równie ważna jest decyzja pomiędzy przyłączem stałym a rozłącznym. Przyłącze stałe łączy przewód bezpośrednio z płytką i może oznaczać mniejszą liczbę elementów. Podczas serwisu przewody trzeba jednak odłączyć i podłączyć ponownie, co zwiększa znaczenie ich prawidłowego oznaczenia. W rozwiązaniu wtykowym okablowanie pozostaje połączone z wtyczką, dzięki czemu wymiana modułu może być prostsza, a zastosowanie kodowania ogranicza ryzyko błędnego ponownego połączenia.
Technologia przyłączeniowa, w kwestiach produkcyjnych, pozostaje nie bez mniejszego znaczenia. Rodzaj wybranego przyłącza wpływa na rodzaj montażu, lutowania na fali lub rozpływowego, czy możliwość montażu automatycznego. Wtykowa konstrukcja może pozwolić na późniejszy wybór sposobu podłączania przewodów, ponieważ część przewodowa jest dodawana na dalszym etapie. Może to też stworzyć możliwość wyboru rożnych rodzajów wtyków przez użytkowników końcowych.
To pokazuje, dlaczego obudowy, PCB i przyłączy nie należy rozwijać jako trzech oddzielnych obszarów projektu. Zmiana jednego z nich może wymusić korektę pozostałych.
Bilans cieplny
W zamkniętej obudowie komponenty elektryczne i mechaniczne oddają ciepło do otoczenia. Dopóki temperatury pozostają poniżej wartości granicznych, układ może działać prawidłowo. Po ich przekroczeniu konieczne jest zapewnienie skuteczniejszej wymiany ciepła, ponieważ nadmierna temperatura może prowadzić do uszkodzenia urządzenia.
Ciepło jest przekazywane przez promieniowanie, konwekcję i przewodnictwo. W przypadku obudów z tworzywa promieniowanie i przewodzenie przez ścianki mogą mieć ograniczoną skuteczność. Dodatkowo urządzenia zamontowane blisko siebie ograniczają oddawanie ciepła przez powierzchnie boczne, a sąsiednie moduły mogą stać się kolejnym źródłem nagrzewania. Zwiększenie odstępów poprawia warunki termiczne, ale jednocześnie zwiększa zapotrzebowanie na miejsce w szafie.
Jeżeli obudowa ma szczeliny wentylacyjne i jest zamontowana w odpowiedniej pozycji, może wykorzystywać konwekcję naturalną. Chłodniejsze powietrze wpływa przez dolne otwory, ogrzewa się przy komponentach i opuszcza obudowę górą. Skuteczność tego mechanizmu zależy jednak od orientacji urządzenia i od tego, czy przepływ nie jest blokowany przez elementy znajdujące się wewnątrz lub w jego otoczeniu.
Na wynik cieplny wpływają zatem:
- moc tracona przez komponenty i ich rozmieszczenie na PCB,
- materiał i wielkość obudowy,
- pozycja montażowa,
- obecność otworów wentylacyjnych,
- sąsiednie urządzenia i kanały kablowe,
- sposób przyłączenia przewodów.
Symulacja termiczna umożliwia przygotowanie mapy cieplnej z uwzględnieniem elementów generujących ciepło oraz podzespołów wrażliwych na podwyższoną temperaturę. Pozwala sprawdzić wpływ ułożenia komponentów, obudowy i wentylacji jeszcze przed wykonaniem finalnej konstrukcji. W przypadkach zbliżonych do wartości granicznych wynik symulacji powinien zostać zweryfikowany pomiarem gotowego rozwiązania. Analiza może wskazać potrzebę użycia dodatkowych elementów chłodzących ,pasywnych czy aktywnych, których wprowadzenie może okazać się problemowe na późniejszych etapach projektowania urządzenia.
Materiał obudowy trzeba dobierać do warunków pracy
Tworzywo obudowy nie pełni wyłącznie funkcji estetycznej. Znaczenie mają jego stabilność wymiarowa, zachowanie w określonej temperaturze, właściwości izolacyjne, odporność mechaniczna oraz wymagania dotyczące palności. Poszczególne materiały termoplastyczne różnią się właściwościami. Poliamid może być stosowany przy wyższych temperaturach, ale pochłania wodę i ma inną stabilność wymiarową niż poliwęglan. Poliwęglan wyróżnia się sztywnością, większą odpornością mechaniczną, stabilnością wymiarową i ograniczonym pochłanianiem wilgoci. ABS znajduje zastosowanie tam, gdzie wymagana jest dobra odporność na uderzenia i jakość powierzchni.
Dobór materiału wymaga więc odniesienia do rzeczywistej aplikacji. Inne warunki występują w urządzeniu pracującym wewnątrz szafy, inne w obudowie zewnętrznej, a jeszcze inne w konstrukcji z komponentami generującymi dużo ciepła. Trzeba również sprawdzić zależność parametrów materiału od grubości ścianki. Wyższa odporność temperaturowa nie zawsze idzie w parze z najlepszą stabilnością wymiarową.
Trzy poradniki, jedna ścieżka projektowa
Znaczenie wyboru właściwej obudowy jest duże już na wstępnych etapach projektów. Wybrany system określa ilość dostępnego miejsca na PCB, możliwe kierunki podłączania przewodów, sposób montażu na szynie DIN i wygodę serwisowania. Dlatego Phoenix Contact przygotował trzy poradniki, które prowadzą przez kolejne obszary tego zagadnienia:
- Obudowa elektroniki jako część szafy sterowniczej. Pokazuje zależności pomiędzy obudową, szyną DIN, technologią przyłączeniową, prowadzeniem przewodów i wykorzystaniem przestrzeni w szafie.
- Konstrukcje obudów do elektroniki. Omawia konstrukcje modułowe, półskorupowe i profilowe, orientację PCB, przyłącza oraz dodatkowe elementy funkcjonalne urządzenia.
- Rozpraszanie ciepła, materiały, testy. Porządkuje zagadnienia termiczne, kryteria wyboru tworzyw oraz metody weryfikacji właściwości materiału i kompletnej obudowy.
Materiały tworzą spójną bazę wiedzy dla konstruktorów projektujących urządzenia przeznaczone do montażu w szafach sterowniczych i innych instalacjach. Zamiast analizować pojedynczy parametr obudowy, pozwalają zobaczyć zależności pomiędzy mechaniką, elektroniką, produkcją i późniejszą eksploatacją. Zapisz się na serię trzech praktycznych poradników i poznaj najważniejsze kryteria wyboru obudów elektronicznych, od wymagań aplikacji po personalizację gotowego rozwiązania. Znajdziesz je na https://www.phoenixcontact.com/pl-pl/zawsze-wlasciwa-obudowa/poradnik-obudowy-formularz.
