Conectorii pentru uz militar oferă un șablon pentru aplicații în medii dure

4 SEPTEMBRIE 2017

Apariția sistemelor ciber-fizice, precum roboți și vehicule autonome, conduc la cerințe pentru conectori rezistenți, solizi, pentru medii dificile. Aceste sisteme trebuie să reziste nu doar în umezeală și murdărie, ci și în contaminanți agresivi corozivi. Există numeroși conectori pentru care foile de date tehnice susțin că sunt siguri în funcționare și potriviți pentru aplicații dificile. Dar cum se comportă ei în afara domeniului îngust de condiții specificate în documentație?

Mai important pentru proiectul de conector este o înțelegere a diferitelor tehnici de construcție care au făcut dovada funcționării în medii dure. Acest lucru vine ca urmare a unor decenii de experiență și lucru în aplicații foarte solicitante. Iată de ce, când vine vorba despre conectori solizi, merită privită moștenirea de conectori militari pentru aplicații nemilitare.
Avantajul major al optării pentru conectori militari standard este acela că ei au fost testați în timp și îmbunătățiți. Evoluția standardelor militare și a conectorilor care le urmăresc se potrivește îndeaproape cerințelor solicitante de sisteme solide, rezistente și oferă un număr de opțiuni ca suport pentru diferite necesități. Dacă o aplicație de conector nu necesită caracteristici de rezistență complete, atunci sunt disponibile alte opțiuni, care pot aduce un cost mai mic. Cheia este de a potrivi cerințele pentru aplicație cu tipul de conector. Acest lucru nu trebuie să fie atât de solicitant cum pare la prima vedere, deoarece există specialiști ce pot ajuta, cu experiență tehnică specifică și mulți ani de experiență în această industrie.
Dezvoltat în urmă cu mai bine de 70 de ani, proiectul nucleu al conectorului AS50515 a trecut în mod cert testul timpului. Structura satisface cerințele unui conector ce oferă o conectare – deconectare ușoară, abilitatea de a dispune de o varietate de tipuri de contact și de performanțe mecanice și electrice excelente în condiții dificile.
Spre deosebire de conectorii utilizați în compu­terele de birou și în produse similare, proiectanții pentru produse militare au optat pentru o arhitectură circulară, care a devenit o marcă a conectorilor rezistenți din toate timpurile. Forma este importantă. Fie că interfața este Ethernet, USB, magistrală paralelă sau un mix particularizat de semnale, aceeași formă circulară este caracteristică conexiunilor solide de tip militar, datorită performanțelor ridicate oferite.
Forma circulară oferă baza pentru soliditate mecanică ridicată, în special în cazul în care conectorul este supus la șocuri și la forțe înalte, perpendiculare pe direcția de transmitere a semnalului. Nu există unghiuri ascuțite și colțuri, adesea întâlnite în cazul conectorilor de uz general și care concentrează tensiuni ridicate în porțiuni mici ale corpului conectorului.
Standardul AS50515 are limitări. Aceste probleme au condus la dezvoltarea unui număr de variante ce optimizează dimensiunea contactului pentru interconexiuni de înaltă densitate, oferind în același timp suport pentru caracteristici precum polarizare multi-cheie. Chiar și așa, conectorul are încă aplicații în sectoare precum interconectare tren de putere în transportul de masă și robotică industrială, unde este esențială capabilitatea de gestionare de putere ridicată.
Standardul MIL-DTL-28840 duce conceptul de conector circular în sistemele de la nave maritime, utilizând materiale rezistente la coroziune și etanșări pentru protecție împotriva apei de mare și a altor elemente de tip hazard. Standardul MIL-DTL-38999 oferă un conector de înaltă densitate pentru sisteme electronice de complexitate crescută, urmând tendința către conectori sub-miniaturali din spațiul comercial IT.
Longevitatea designului de bază al acestor conectori s-a datorat unui proiect care maximizează utilizarea și robustețea în utilizarea din lumea reală. Problemele cauzate de nealinierea conectorilor trebuie minimizate. Un sistem nu poate să fie neutili­zabil în condiții de serviciu activ. Conexiunile trebuie să poată fi realizate de soldați aflați în luptă – designul conectorului trebuie făcut de așa natură încât nepotrivirea și problemele cauzate să nu apară.

În cazul conectorilor bazați pe designul nucleu AS50515, învelișul metalic al conectorului are un număr de chei ce corespund cu cele ale conectorului cu care se împerechează. Configurația acestor chei depinde de ceea ce este mai bine pentru aplicație.
Conectorii militari utilizează chei nu numai pentru a asigura alinierea corectă a părților ce sunt aduse împreună, ci și pentru a preveni deteriorarea pinilor fragili în proiectele de înaltă densitate. În mod uzual, există o cheie master care oferă orientarea primară. Apoi se impun o serie de chei ce permit orientarea inserțiilor respective relativ la cheia master. Acest lucru este obținut printr-o ușoară modificare a unghiului inserțiilor. De exemplu, pinul de inserat poate fi plasat cu câteva grade în sensul acelor de ceas relativ față de master, în vreme ce priza se mută în aceeași manieră în sens anti-orar. În acest fel, diferite aranjamente de pini sunt realizate fără a compromite protecția împotriva nealinierii.
Cu toate că utilizarea cheilor previne majoritatea problemelor potențiale la conectare, există încă pericolul ca prizele să deterioreze pinii în cazul unei densități ridicate. Aceasta apare în momentul inserării sau retragerii.
Pinul de inserat este protejat de un cilindru metalic ce îl înconjoară. Prin aducerea împreună a celor doi conectori ce trebuie cuplați, protecția aliniază conectorii înainte de cuplarea pinului.

Odată ce conectorii sunt potriviți, ei sunt blocați împreună printr-un cuplaj. O alegere uzuală este aceea cu filet, cu baionetă și cu clapă de închidere. În toate cazurile, scopul este de a adăuga extra-compresie înainte de blocare, pentru a asigura un contact excelent între cele două părți ale conectorului. Conectorul MIL-DTL-38999 și design-urile similare au evoluat către utilizarea unui mecanism cu filet cu trei începuturi, beneficiind de dublul avantaj legat de înalta protecție împotriva vibrațiilor și conectarea – deconectarea rapidă fără pierderea integrității conexiunii.
Alegerile legate de materialul și designul contactelor conectorului au fost dovedite prin stabi­litatea pe termen lung a standardelor conectorilor militari, făcându-le foarte potrivite pentru orice aplicație ce necesită soliditate. Conectorii sunt dispozitive mecanice de precizie, a căror interfață este critică și este subiectul unei uzuri mecanice, mult mai mare decât majoritatea altor componente electrice. Dacă nu se acordă grijă, efectele oxidării și formarea sulfurilor vor reduce capabilitatea conectorului.
Conectorii pot fi necesari pentru a stabili contacte și a le desface în mod repetat, în condiții propice coroziunii și uzurii mecanice. Aplicațiile industriale, precum și cele militare, supun adesea ansamblul conector la vibrații sau la forță fizică repetată, ceea ce contribuie la oboseala și abraziunea materia­lelor de contact.

Aceste probleme pot cauza degradarea conduc­tivității electrice și pot – în design-uri inferioare – cauza contacte deschise, intermitente sau rezistență excesivă. În unele instalații, tensiunea mecanică poate afecta negativ integritatea aparatului în cauză.
Printre materialele ce pot fi găsite în cazul conectorilor economici sunt aliajele metalice potrivite pentru turnare, precum metalele bazate pe zinc. Alegerile de materiale pentru conectorii circulari militari se concentrează pe metale și aliaje cu o anduranță mai mare. Cupru cu beriliu este o alegere uzuală a produ­cătorilor de frunte în zona conectorilor circulari. Cuprul prezintă avantajul cheie de a fi un excelent conducător electric, dar este un metal relativ moale. Alierea cuprului cu beriliu, schimbă dramatic performanțele fizice. Aliajul de cupru cu beriliu are și avantajul suplimentar de a fi ușor.
Mici schimbări în conținutul de beriliu, tipic între 0.15 și 2%, produc aliaje cu proprietăți fizice foarte diferite. Toate dispun de un modul de elasticitate de aproximativ 20 de milioane de psi, cu 10 până la 20% mai mult decât alte aliaje similare. Experiența pe termen lung cu performanțele din lumea reală a conectorilor pentru aplicații militare solicitante a oferit producătorilor de vârf o experiență solidă, în care aliajele furnizează avantajul global cel mai ridicat. Contactele aurite furnizează o conductivitate excelentă pentru terminale cu lipire sau sertizare.
Pentru mantaua din jurul corpului conectorului există un număr de materiale de ales. Unul este aluminiul care este placat sau anodizat pentru protecție la coroziune. Pentru placare poate fi utilizată o varietate de materiale. Uzual, cadmiul s-a dovedit a fi o alegere de înaltă calitate pentru rezistență la coroziune, dar apariția unor restricții legate de mediu, precum directivele RoHS și REACH, înseamnă că, în majoritatea aplicațiilor, trebuie utilizate materiale mai puțin toxice. Experiența a arătat că zincul aliat cu nichel prezintă o rezistență la sare comparabilă cu cea a placării cu cadmiu. Această performanță este obținută fără a compromite continuitatea electrică. O continuitate mai mare, dar cu o rezistență la sare mai mică, este disponibilă prin utilizarea de aluminiu nichelat.
Oțelul inoxidabil reprezintă o altă opțiune pentru construcția învelișului. Pe lângă rezistența excelentă la coroziune este în general una dintre cele mai bune alegeri în situațiile care necesită abilitatea de a opera în medii sterile – potrivite pentru aplicații în industriile medicală și de alimentație. Placarea în cazul oțelului inoxidabil este în general cu nichel sau cu un strat de pasivare.
Contactele interne vor trebui să fie în general protejate de pătrunderea umezelii, posibil chiar la nivelul unei etanșări ermetice. Examinarea structurii interne a unui conector circular tipic relevă cât de bine este potrivit pentru acest aspect.
Există adesea un număr de straturi de materiale de izolare în spațiul dintre corpul conectorului și contacte. Privind din față un conector tată, un utilizator va vedea un dispozitiv de etanșare interfacial. Dar în spatele său va fi un strat de izolare, un disc de retenție și în final o garnitură inelară, care se extinde către partea din spate a corpului conectorului. Conectorul mamă furnizează un nivel de izolare adânc în capătul unui alt disc de retenție și al unei garnituri de izolare.

Pe lângă participarea la abilitatea de izolare a conectorului, discurile de retenție ajută la asigurarea unui contact ferm între părțile electrice.
Materialele izolatoare sunt alese cu grijă.
Materialele dielectrice în conectorii comerciali economici pot include polietilenă și polistiren, posibil umplutură de sticlă pentru performanțe de înaltă tensiune. Producătorii de conectori circulari vor specifica adesea fluor-carbon FEP sau politetafluoretilenă (PTFE). Pentru conectorii cu interfață etanșă, materialul de manșon este tipic cauciuc siliconic.
O alegere atentă a materialelor izolatoare, precum și a contactelor, asigură performanțe ridicate în aplicații solicitante electric, precum în cazul interfețelor de semnal de înaltă frecvență. Acești conectori vor oferi performanțe electrice consistente, precum și siguranță mecanică.
De asemenea, plasând alegerea conectorului în jurul unui standard cunoscut și bine suportat precum MIL 38999, se asigură performanțe uniforme printre produsele diferiților producători.
De exemplu, un astfel de standard va solicita nivele de placare cu aur la o treptă care să garanteze conductivitatea.
Un alt avantaj al materialelor specificate pentru uz militar este acela al domeniului tipic de temperatură operațională al conectorilor. Ei pot fi utilizați pe un domeniu larg de temperaturi, de la un minim de -65°C către un maxim de +200°C, în funcție de model.
Pentru operare în medii periculoase, înclinate către foc, o altă opțiune este conexiunea prin fibră optică. Datorită înaltei integrități a semnalului, ce poate fi obținută prin transmisii fotonice, există numeroase opțiuni pentru conectori cu fibră optică în gama de produse militare – precum și standarde adecvate: MIL-PRF-29504.
Proiectat pentru a se potrivi cu MIL-DTL-28840, MIL-DTL-38999 și conectori similari, standardul MIL-PRF-29504 determină criterii de performanță pentru terminații cu fibră optică pentru a asigura o potrivire curată.
Datorită necesității de a păstra continuitate optică și în cazul unor șocuri și vibrații, standardele pe fibră optică sunt stringente în acest sens, asigurând menținerea unor performanțe de fiabilitate în produsele compatibile.
O combinație de experiență și standardizare clară ce maximizează interoperabilitatea și flexibilitatea, fac din conectorii circulari militari o alegere inteligentă pentru o gamă largă de aplicații industriale, care trebuie să opereze în medii dure, dar cu cerințe stringente de performanță.

Heilind  www.heilind.de

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *