Protejarea interfețelor electromecanice împotriva lichidelor este una dintre cerințele de bază pentru electronica industrială în domeniul automatizării și a procesului tehnologic.
În lumea proceselor tehnologice, protecția conexiunilor electromecanice împotriva umidității și a apei este o cerință esențială. (©Mulderphoto – stock.adobe.com)
Cu toate acestea, termenul “rezistent la apă” este o chestiune de interpretare. În funcție de aplicația respectivă, pentru tehnologia de conectare electrică sunt necesare diferite grade de rezistență la lichide.
Rezistent la apă (Waterproof): termenul colocvial sugerează rezistența totală a unui obiect la efectele umidității – de exemplu, sub formă de ceață sau ploaie – și la scufundarea în lichide. Totuși, din experiența de zi cu zi se știe că, de obicei, nu există decât o protecție relativă, de exemplu a unui ceas, a unei camere foto sau a unui telefon inteligent, ale căror specificații permit doar o imersiune la o adâncime limitată sau la o presiune hidrostatică maximă. Pentru utilizatorii de produse de conectivitate electrică industrială, este evident că această experiență trebuie transferată la scenariile de aplicare pentru conectori, de exemplu în procesul tehnologic. Protecția interfețelor împotriva lichidelor este o cerință esențială în acest caz, atât din punct de vedere funcțional, cât și din punct de vedere al siguranței.
Pentru a asigura etanșeitatea întregului sistem electromecanic, conectorii sunt de o importanță deosebită în electronica industrială. Pe de o parte, aceștia trebuie să poată fi conectați și deconectați de mai multe ori; pe de altă parte, în funcție de aplicație, conexiunea trebuie să împiedice în mod fiabil pătrunderea mediilor lichide în momentul conectării.
Gradul de rezistență necesar – și, prin urmare, interpretarea corectă a atributului “rezistent la apă” – este indisolubil legat de circumstanțele aplicației în cauză: Deși în multe aplicații de automatizare conectorii nu se află în contact direct cu apa, există utilizări speciale în care aceștia sunt expuși la stropi de apă sau chiar trebuie să reziste la scufundări temporare. Mai ales în mediile solicitante din punct de vedere igienic, conectorii pot fi tratați sub presiune înaltă în scopuri de curățenie. În astfel de cazuri, considerațiile speciale de proiectare sunt esențiale pentru a asigura o transmisie fiabilă a semnalului și a puterii.
Etichetare standardizată: grade de protecție și indice IP
Gradul de rezistență la umezeală și lichide este indicat în foile tehnice de produs ale fabricanților de conectori. Specificația tehnică relevantă se referă la așa-numitul grad de protecție; aceasta determină sub ce influențe de mediu – atingere fizică, precum și pătrunderea de particule și apă – poate fi utilizat conectorul respectiv. În conformitate cu standardele DIN EN 60529 și ISO 20653, gradul de protecție este specificat prin intermediul unui indice IP (International Protection), care, pentru conectori, este în general valabil numai atunci când aceștia sunt conectați. Exemplele de mai sus corespund, prin urmare, gradelor de protecție IP67 – protecție împotriva imersiunii temporare – și IP68/69K – protecție împotriva imersiunii permanente sau a expunerii la presiune ridicată. Deoarece standardele nu definesc criterii precum “temporar” sau “permanent” într-o manieră clară și obligatorie, este recomandabil ca producătorii să furnizeze, în practică, informații mai precise.
Figura 1: Modelul M12 este utilizat pe scară largă în domeniul automatizărilor, de exemplu, pentru cablarea senzorilor și a actuatoarelor; conectorii tată și mamă care pot fi cablați în teren oferă flexibilitate în timpul instalării. (© binder)
În realitate, o cunoaștere insuficientă a normelor DIN EN 60529 sau ISO 20653 duce adesea la presupunerea eronată că un număr mare în codul IP înseamnă neapărat o protecție mai bună. Prin urmare, este important de știut că prima cifră a codului se referă la pătrunderea particulelor solide, cum ar fi praful, în timp ce a doua cifră indică protecția împotriva umidității și a apei. Astfel, un produs cu indice IP64 nu poate fi considerat “mai bine protejat”, per ansamblu, în comparație cu un produs IP55. Primul poate fi mai expus la particule, adică este rezistent la praf. Cu toate acestea, poate rezista doar la stropi de apă, în timp ce al doilea poate fi expus la jeturi de apă din orice unghi.
Cele două cifre pentru particule și umiditate/apă pot fi urmate de litere de cod în a treia și a patra poziție pentru a indica mai precis gradul de protecție. De exemplu, un K (precum cel din IP69K) reprezintă un echipament pentru vehicule rutiere, iar un B pentru a avea acces la părțile active periculoase prin atingerea cu un deget.
Este important de subliniat că indicele de protecție IP se referă numai la protecția echipamentelor și a componentelor acestora. Acesta nu face nicio declarație cu privire la protecția persoanelor care interacționează cu acest echipament. Măsurile pentru siguranța utilizatorilor sunt definite într-o așa-numită clasă de protecție, care nu face obiectul acestui articol.
Rezistența la apă în context industrial
Figura 2: Not Connected Closed – datorită unui capac din plastic cu arc, conectorii NCC din seria 770 sunt protejați de particule și de stropi de apă chiar și atunci când nu sunt conectați. (© binder)
Pe lângă parametrii electrici, cum ar fi curentul și tensiunea nominală, suprasarcina sau rezistența de contact, parametrii relevanți pentru instalare, cum ar fi densitatea de integrare și gradul de miniaturizare – și, în consecință, designul unui conector – sunt criterii generale de selecție. Dincolo de acestea, totuși, este necesar să se evalueze caracteristicile speciale ale mediului respectiv de aplicare. Este interfața expusă la sarcini mecanice, cum ar fi șocuri sau vibrații? Trebuie luate măsuri de precauție împotriva influențelor ansamblurilor electronice adiacente de înaltă frecvență, împotriva riscului de incendiu sau de explozie? Sau, o conexiune care trebuie să fie cuplată și decuplată frecvent necesită considerații speciale de proiectare pentru a rezista la multe cicluri de cuplare? Răspunsurile la aceste întrebări și la altele similare îi conduc pe utilizatori la caracteristicile produsului, cum ar fi sistemul de blocare, ecranarea electromagnetică și materialele de contact, care influențează inevitabil decizia de cumpărare.
Faptul că dispozitivele de conectare trebuie să reziste – într-o manieră nedefinită inițial – la pătrunderea particulelor și a umidității sau a lichidelor este o cerință standard în industrie. Dar, după cum s-a explicat mai sus, gradul de protecție necesar depinde de detaliile aplicației. Deoarece acestea variază de la interfețe de măsurare și control în automatizarea fabricilor, trecând prin industria alimentară și a băuturilor, până la utilizarea clinică a instrumentarului medical, cerințele pentru conectorii “etanși” pot varia considerabil. În special în ultimele două domenii, produsele sunt expuse la o încărcătură de umiditate deosebită, rezultată din procesele de curățare și sterilizare impuse aici.
Exemple de produse care oferă indici de protecție IP67 și IP68/69K
Toți conectorii M12 de la binder sunt rezistenți la umezeală și apă în conformitate cu standardele IP67, iar mulți dintre ei sunt, de asemenea, rezistenți la IP68/69K. Variantele rezistente la coroziune sunt echipate cu inele filetate din oțel inoxidabil sau din plastic (figura 1). În timp ce IP67 asigură siguranța aplicației în condiții de umiditate ocazională – fără cerințe mai ridicate – produsele mai rezistente, în funcție de gradul de protecție și de material, pot rezista și la condițiile meteorologice în cazul utilizării în exterior, precum și la scufundarea la adâncimi mai mari, la jeturi de apă de înaltă presiune și la agenți de curățare agresivi.
Figura 3: Miniaturizate și rezistente la apă conform IP67: Seriile 620 și 720 cu garnitură O-ring (pe partea mamă) și garnitură în zona de prindere. (© binder)
Portofoliul IP67 include, de asemenea, prize și fișe M12 care pot fi asamblate. Tehnologiile de conectare cu protecție IP67, cum ar fi seria de conectori 770 NCC (Not Connected Closed) (figura 2), sunt recomandate, de exemplu, pentru utilizarea în terminale portabile, echipamente medicale și ansambluri de iluminat cu LED-uri. Echipate cu un sistem de blocare tip baionetă și proiectate pentru mai mult de 5.000 de cicluri de conectare, aceste produse se caracterizează printr-o caracteristică specială de design. Un capac din plastic cu arc în interiorul carcasei lor include contactele – atunci când nu sunt cuplate – astfel încât acestea sunt ferite de atingeri accidentale. Ele sunt astfel protejate împotriva particulelor și a stropilor de apă și sunt, de asemenea, protejate împotriva impactului mecanic din exterior.
Figura 4: Conectori de cablu din seria 763, conform IP68, în diferite versiuni. (© binder)
Așa-numitele serii subminiatură și miniatură 620 și, respectiv, 720 – atunci când sunt cuplate – îndeplinesc, de asemenea, criteriile IP67 (figura 3). În acest scop, produsele sunt echipate cu o garnitură O ring pe capătul mamă, precum și cu o garnitură în zona de strângere. În ciuda elementelor lor sensibile de fixare cu clichet, conectorii rezistă la mai mult de 1.000 de cicluri de cuplare. Acestea sunt, de asemenea, potrivite pentru echipamente medicale; alte aplicații posibile includ echipamentele de metrologie, iluminatul industrial sau încălzirea scaunelor din arenele sportive.
Figura 5: Seria HEC de conectori pentru exterior conform IP68/IP69K. (© binder)
Toți conectorii turnați din seria 763 (figura 4) care includ cabluri de semnal și pentru senzori, precum și inele filetate din plastic rezistent la agenți și la temperaturi ridicate, sunt etanși la apă până la gradul de protecție IP68 atunci când sunt conectați. Gradul de protecție IP68/IP69K este obținut de conectorii pentru exterior cu închidere rapidă tip baionetă din seria HEC (figura 5). Printre exemplele de aplicații se numără iluminarea tunelurilor pentru medii foarte umede, sondele de măsurare subacvatică și liniile de alimentare pentru pompe submersibile. Conectorii HEC sunt, de asemenea, utilizați pe scară largă în mașinile agricole și în aparatele de sudură portabile. Versiunile pentru exterior precum și cele din oțel inoxidabil ale seriei 713 (figura 6) respectă, de asemenea, gradul de protecție IP68/69K. Versiunile pentru exterior sunt realizate dintr-un material plastic adaptat acestui scop și sunt echipate cu capace pentru protecția conectorilor de semnal împotriva intemperiilor. Produsele din oțel inoxidabil sunt deosebit de rezistente la agenți agresivi.
Figura 6: Seria 713, IP68 – capacele de protecție mențin contactele la adăpost de intemperii în aplicațiile de exterior. (© binder)
Versiunile speciale pentru industria alimentară și a băuturilor din seria 763 și variantele din oțel inoxidabil ale seriei 713 sunt protejate conform IP69K. Conectorii M12 sunt potriviți, de exemplu, pentru conectarea senzorilor care monitorizează parametrii de proces în instalațiile de îmbuteliere. În general, aceștia sunt destinați să fie instalați în mașini și sisteme care sunt curățate cu aparate de curățare de înaltă presiune și agenți de curățare agresivi.
Concluzie: aplicația determină gradul de protecție
Autor:
David Phillips, Managing director
binder
Company address:
Franz Binder GmbH & Co.
Elektrische Bauelemente KG
Roetelstrasse 27
https://www.binder-connector.de