Cum să folosiți eficient elastomerii conductivi pentru conexiunile electrice din conectorii Mil -Aero

by donpedro

Aceste conexiuni sunt legături RF, nu conexiuni electrice de siguranță, așadar, nu sunt create pentru a conduce curent de înaltă tensiune, în cazul unui scurtcircuit sau al unei defecțiuni. De asemenea, pot oferi parțial protecție împotriva fulgerului (LS/EMP), asemenea unei aeronave, deși este o funcție secundară minoră, deoarece alte structuri vor conduce mare parte din sarcina electrică. Această rezistență poate fi de până la 2,5 mΩ și nu este dificil de atins, dacă folosiți curele metalice, pentru a lega cele două părți ale structurii. Totuși, în unele cazuri, cum ar fi un conector tipic Mil-C-38999, nu se poate sau nu este indicat să utilizați curele. În schimb, șuruburile de lângă o garnitură conductivă plată sau în formă de „O” vă permit să legați mai ușor conectorul de carcasă.

Din păcate, uneori, apare un fenomen neobișnuit la aceste conexiuni: rezistența electrică va începe, de obicei, la o valoare de R mΩ; apoi, va crește treptat, câteva zile sau săptămâni, atingând o valoare de trei sau patru ori mai mare decât cea inițială, fără vreun motiv anume, într-un mediu totalmente favorabil.

Mulți specialiști dau vina pe instabilitatea garniturii, ceea ce poate fi adevărat în cazul garniturilor plate din cauza supra-compresiei. În general, garniturile conductive plate au o deformare maximă de aproximativ 15%, față de grosimea lor inițială. Este foarte dificil să evitați deteriorarea garniturilor, dacă strângeți excesiv elementele de fixare, din cauza variațiilor de grosime, care pornesc de la ±10% și pot atinge ±20%.Puteți observa acest fenomen și dacă folosiți garnituri cu piuliță sau în formă de „O”; chiar dacă există contact între două metale, rezistența tot va crește, în timp.

Figura 1: Dispozitiv de testare a conectorului și model de rezistență.

Mecanismele

Pentru a înțelege acest fenomen, trebuie să observăm modelul fizic și electric al legăturii, să identificăm căile de conductivitate și să măsurăm impactul lor asupra rezistenței generale a legăturii. În plus, trebuie să identificăm mecanismele care pot duce la o rezistență sporită.

Figura 1 ilustrează un dispozitiv de testare a conectorului, iar garnitura albastră și plăcile superioare și inferioare reprezintă capacul conectorului, respectiv carcasa, fixate prin patru elemente M3. În schema electrică alăturată:

  • Rb reprezintă rezistența șuruburilor
  • Rc este rezistența învelișului conectorului
  • Rg înseamnă rezistența garniturii
  • Rh este rezistența învelișului carcasei

Rezistența metalului din carcasă și conectori este neglijabilă, fiind cu câteva ordine de mărime mai mică decât celelalte rezistențe.

În acest caz, sunt posibile două căi de conducție:

  • Prin garnitură
  • Prin contactul dintre capul șurubului și capacul conectorului, apoi, prin dispozitivul de fixare și filetele carcasei

Rb este în paralel cu celelalte rezistențe și, dacă există contact între metale prin filete, se poate ajunge, inițial, la o rezistență de contact scăzută. Cu toate acestea, odată ce contactul se oxidează sau presiunea asupra filetelor scade, pe măsură ce compresia garniturii crește, situația poate dispărea definitiv sau poate apărea o creștere semnificativă a rezistenței.

Să presupunem următoarea situație:

  • Carcasa și conectorul sunt din aliaj de aluminiu
  • Ambele sunt tratate cu un strat de conversie MIL-DTL-5541, Tip II, Clasa 3
  • Observăm o rezistență specifică de cel mult 2,5 mΩ/in² pe fiecare suprafață; eșantionul arată un total de 5 mΩ/in², conform specificațiilor

Tabelul de mai jos prezintă, pe scurt, proprietățile garniturii și suprafeței, precum și contribuția fiecăruia la rezistența legăturii (fără a lua în considerare contribuția elementelor de fixare). 

Rezistivitate de volum CHO-SEAL® 1285 0,008 ohm cm
Grosimea garniturii 0,081 cm
Zona garniturii 4,36 cm²
Suprafața de rezistență a unității 1 0,016 ohm/cm²
Suprafața de rezistență a unității 2 0,016 ohm/cm²

Tabelul 1: Proprietățile legăturilor

Rezistența garniturii Rg 0,00015 ohm
Rezistența suprafeței 1 Rc 0,00367 ohm
Rezistența suprafeței 2 Rh 0,00367 ohm
Rezistența totală 0,00749 ohm
% Durata rezistenței totale datorată garniturii 1.98%

Tabelul 2: Rezistențele legăturii

Figura 2: Dimensiunile garniturii

Aria garniturii este egală cu cea a carcasei unei garnituri de conector Mil-C-38999, dimensiunea 19 (aproximativ 4,8 cm2 sau 0,75 in²). Se poate calcula rezistența de trecere a acestei garnituri, folosind formula R=ρL/A, unde:

  • ρ este rezistivitatea de volum în Ω cm
  • L este grosimea în cm
  • A reprezintă aria în cm²

Evitați supracompresia

De remarcat este faptul că, dacă o garnitură EMI plată conductivă nu e deteriorată, contribuția sa generală la rezistența legăturii e foarte mică, deoarece învelișul cromat „conductiv” are cel mai mare impact.

După cum am menționat anterior, unele ansambluri reușesc să atingă rezistențe de contact <10 mΩ (deși conectorii sunt foarte mici), care cresc cu timpul. În cazul garniturilor plate, acesta este rezultatul conexiunii electrice prin șuruburi, care înlătură învelișul cromat de pe filete și, prin strângere, oferă o mică zonă de contact între metale.

 

Rezistivitatea volumului Al 2,65E-06 Ω cm
Grosimea Al 0,081 cm
Zona de contact a firului 0,0001 cm²

Tabel 3: Proprietăți de contact cu firul

 

Rezistență Al/șurub Rb 0,00215  Ω
Garnitura/rezistența la suprafață  R 0,00749  Ω
Rezistența totală Rezistența paralelă 0,001668  Ω

Tabelul 4: Contactul firului cu garnitura

Rezistivitatea de volum a aluminiului curat este de aproximativ 2,65*10-6 ohm cm sau de aproape 3000 de ori mai mică decât o garnitură la 0,008 mΩ cm. Prin urmare, pentru a obține aceeași rezistență de 10 mΩ, doar prin contact metalic și cu ajutorul unei grosimi de contact de 0,81 mm, este necesară o suprafață de 0,01 mm². Se poate crea ușor o astfel de zonă, dacă strângeți șuruburile de pe conector, cu condiția ca șuruburile să fie finisate conductiv și să înlăturați învelișul cromat. Câteva filete de pe un șurub cu acea zonă de contact vor oferi o rezistență de 2,15 mΩ, în paralel cu cei 7,49 mΩ ai garniturii (436 mm²).

Dat fiind că această rezistență este în paralel cu rezistențele din tabelul 2, folosind formula pentru rezistențe paralele, obținem rezultatul de 1,67 mΩ.

Trebuie să reținem că aceste contacte de fixare nu sunt stabile, mai ales în cazul supracompresiei. Astfel, cu timpul, garnitura se va mișca încet, de obicei la colțuri, reducând sarcina suportată de șuruburi. Prin urmare, se pierde contactul pe filete și presiunea pe garnitură și, ulterior, va crește rezistența. Chiar dacă garnitura nu se deteriorează, după strângerea excesivă a șuruburilor, poate să prezinte o oarecare compresie, având o sarcină de compresie mai mică asupra garniturii și o creștere implicită a rezistenței de trecere.

Alegerea garniturii

Există două moduri în care se pot remedia deficiențele unei garnituri plate conductoare EMI, tăiată cu matriță din tablă:

  • Folosiți un inel în formă de „O” sau „D”, într-o canelură.
  • Folosiți o garnitură „plată” turnată, precum și opritoare de compresie, fie pe carcasă sau conector, fie în interiorul garniturii.

Pentru garniturile în formă de „O”, trebuie să aveți în vedere doi factori (ca în cazul garniturilor plate):

  • Zona de contact, creată de garniturile în formă de „O”
  • Zona de contact dintre metale (care nu include filetele șuruburilor)

Dacă analizăm din nou un conector a cărui carcasă are dimensiunea de 19, o garnitură adecvată în formă de „O” poate avea un diametru interior de aproximativ 40 mm și o secțiune transversală de 1,78 mm. Dacă este proiectat corect, putem aproxima că zona de contact va cuprinde toată lățimea canelurii. Așadar, garnitura va avea o zonă de contact de aproximativ 257 mm² și o grosime de aproximativ
1,45 mm, astfel încât rezistența garniturii, cumulată cu suprafețele cromate, va fi de 17 mΩ. Se impune, deci, să calculăm o zonă paralelă de contact între metale, pentru a obține o rezistență sub 10 mΩ. Folosind și formula pentru rezistențe în paralel, constatăm că rezistența de contact dintre metale trebuie să fie de aproximativ
20 mΩ. Dacă atingem valoarea de mai sus printr-un contact perfect cu suprafața cromată la 5 mΩ/in², va fi necesar un contact de 0,25 in² (1,6 cm2), un lucru posibil, dar puțin probabil. Prin urmare, legătura fie necesită un contact direct între metale, neglijându-se faptul că va fi deteriorată suprafața cromată, fie se vor folosi niște curele de prindere, fixate strâns pe suprafața metalică.

A doua variantă, prin care înlocuim o garnitură plată cu una turnată (eventual, cu opritoare de compresie), este o soluție practică și eficientă, dar mai costisitoare.

Dimensiune și personalizare

Pe scurt, garniturile plate cu conductivitate electrică, pentru legăturile electrice din conectorii aerospațiali cu specificații militare, funcționează, atâta timp cât sunt suficient de mari și nu sunt deteriorate de sarcina aplicată de șuruburi. Garniturile în formă de „O” funcționează și ele, oferind protecție împotriva supracompresiei, dar au o zonă de contact redusă, spre deosebire de o garnitură plată.

Date fiind posibilitățile sale de personalizare, o garnitură turnată e soluția optimă pentru aplicațiile de conectori aerospațiali. Deși va costa mai mult decât o garnitură plată sau în formă de „O”, cea turnată are numeroase avantaje, în privința aspectului și a costurilor de întreținere. De exemplu, veți putea folosi mai puțin material de etanșare, spre deosebire de garniturile tăiate cu matrița și veți economisi bani, în cazul multor aplicații, fiind posibil, de asemenea, să respectați cerințele de compresie/deformare cu mai puține elemente de fixare, ceea ce duce la o întreținere mai bună. În plus, inginerii de proiectare pot plasa mai ușor elemente de fixare în interiorul sau în exteriorul garniturii, reducând atât scurgerile EMI, cât și cele de umiditate, care ar fi pătruns în carcasă, prin orificiile de fixare. Se vor face economii și în producție, deoarece garnitura, capacul și opritoarele de compresie devin o singură piesă, astfel scăzând numărul de articole achiziționate, inventarul și documentația. În final, cu ajutorul garniturilor turnate, veți scăpa de grija operațiunilor de conectare nesigure și costisitoare.

Strat de protecție

Un strat MIL-DTL-5541 Tip II Clasa 3 va fi întotdeauna esențial pentru rezistența oricărei legături conductoare, deoarece stratul de conversie are o rezistivitate de volum de aproximativ 45 Ω cm și o grosime de 0,25 până la 0,5 µm (10-20 microinch). În schimb, rezistivitatea de volum a unei garnituri e cuprinsă între câțiva cm miliohm și câțiva cm ohm.

Dacă reușiți să obțineți rezistențe scăzute în miliohmi, pe garniturile conectorilor foarte mici, este probabil să fi deteriorat stratul cromat de conversie de pe carcasă, de pe suprafața conectorului sau din filetele șuruburilor, fiind puțin probabil ca această rezistență de conectare scăzută să fie stabilă.

Pe de altă parte, dacă aveți un conector suficient de mare sau, de exemplu, patru conectori cu garnituri care măsoară aproximativ 3,2 cm² (0,5 in²) sau mai mult, ar trebui să atingeți un standard de legare scăzut în miliohmi. Dacă nu aveți suficient spațiu, puteți lua în considerare un finisaj placat, ca alternativă pentru stratul de conversie.

Despre CHOMERICS
Chomerics este o divizie a Parker Hannifin Corporation și face parte din Engineered Materials Group. Este liderul global în dezvoltarea și implementarea materialelor cu conductivitate electrică și termică în electronică, transporturi și în sistemele de energie alternativă. Pentru mai multe detalii, puteți accesa site-ul: https://www.parker.com/chomerics

Despre PARKER HANNIFIN

Parker Hannifin este un lider global în tehnologiile de mișcare și control, conform clasamentului Fortune 250. De peste un secol, compania a făcut descoperiri majore în domeniul ingineriei, asigurând un viitor mai bun.

Autor: Gerard Young, Inginer de aplicații

Parker Hannifin Chomerics Division Europe

S-ar putea să vă placă și

Adaugă un comentariu