שיקולים עבור פתרונות מחברים עמידים מותאמים- במיוחד

מגוון רחב של תעשיות – הובלה, ייצור חלקים כימיים ובדידים ושילוח – דורשים רכיבים עמידים. כאשר מעגלים אלקטרוניים עושים את דרכם למנועים, תיבות הילוכים וחלקים שונים אחרים ברכבים כבדים ושטח, משאיות ואוטובוסים, רכבי בנייה וציוד צבאי, יש דרישה למחברים עמידים היכולים לעמוד בתנאים קשים. עם שווי של 14.75 מיליארד דולר ב-2023, השוק העולמי לאלקטרוניקה עמידה – שמחברים הם חלק ממנו – צפוי לגדול ל-33.72 מיליארד דולר בתוך 10 שנים.

להלן סקירה כללית של הגורמים המשפיעים על בחירת המחברים העמידים וכיצד ניתן להתאים אותם עבור יישומים ספציפיים.

בחירת מחברים עמידים מיוחדים

מחברים מבצעים פונקציות מפתח בציוד תעשייתי; הם מבטיחים שהספקת-כוח, אותות אלקטרוניים ונתונים מועברים בצורה בטוחה ומאובטחת בין רכיבים שונים בתוך מוצר או בין שני חלקים או יותר.

הגורמים העיקריים שיש להביא בחשבון בעת בחירת מחבר עמיד הם:

• העמידות שלו לתנאים קשים, היכולים לכלול רעידות ו עומסים גבוהים או פתאומיים המעמידים במבחן את חוסנו לפגיעות, זעזועים, טמפרטורות קיצוניות ואבק.
• תאימות לתקנים כמו דירוגי איטום (IP67, IP69K), המבטיחים את שלמות הביצועים. בהתאם ליישום שלהם, חלקים כנראה יבואו במגע עם בנזין, דיזל, הידראוליקה, תיבת הילוכים, נוזלי בלמים וחומרי סיכה. לדוגמה, מחברים מסוימים צריכים לעמוד בשטיפה בלחץ, ודורשים דירוג IP69K. אטמים הדוקים מונעים דליפה ומשמרים את התפקוד למרות חשיפה מתמדת לסביבות נוזלים קורוזיביות או קשות.
• מפרטים חשמליים כגון דירוגי מתח וזרם, המבטיחים שהמחבר יכול לעמוד בעומסים חשמליים ובשינויים צפויים במהלך הפעולה הרגיל.
• חומרי בית המחבר שלא יפגעו בשלמות המחבר.
• קלות השימוש, המאפשרת להרכיב, לחבר ולנתק מחברים במהירות, ללא הפרעה ממושכת של אותות אלקטרוניים.

ITT Cannon מייצרת מגוון של מחברים קומפקטיים וקלי-משקל עבור הסביבות הקשות ביותר. ספציפית, סדרת APD‏ של ITT Cannon‏ (איור 1) היא מערך של פתרונות מחברים הכול-פלסטיק לסביבות קשות שתוכננו עבור יישומים עם דירוגים של עד V‏ 48‏/V‏ 500‏ ועד A‏ 240‏. האפשרויות כוללות פתרונות מתח גבוה דרך-אחת ושתי-דרכים, הרשאת VDE‏ 4-דרכים, ומחברי 51‏-דרכים בצפיפות גבוהה.

איור 1: סדרת מחברי A PD של ITT Cannon היא אפשרות הכול-פלסטיק עם מנגנוני צימוד כידון עבור אטימה הדוקה. המחברים עומדים במגוון רחב של תנאי פעולה קשים. (מקור התמונה: ITT Cannon)

סדרת מחברי APD היא בעלת מנגנון צימוד כידון עם סיבוב מהיר של 120 מעלות, המבטיח אטימה אמינה עד לתקני IP67/IP69K. מתוכננים לעמידה בטמפרטורות קיצוניות של C‏°‏40‏- עד C‏ִ°‏125‏+ (F‏ִ°‏40- עד F‏ִ°‏257‏+), הם מתאימים לגודלי חוטים מ-22‏ AWG‏ עד 0‏ AWG‏ וזמינים בגרסות הן הספק גבוה והן מתח גבוה. סדרה קומפקטית, קלת-משקל וקלה להרכבה זו מציעה מספר גרסות – 1, 2, 4, 6/7, 19, 37 ו-51 דרכים – לצד מבחר מקיף של אביזרים ופתרונות כלי עבודה כדי לענות על צורכי יישומים מגוונים.

הסדרה גם כוללת לוחית APD מודולרית (איור 2) המאפשרת שימוש במחברים במגוון רחב של תצורות.

איור 2: ניתן להגדיר את הממשק המודולרי APD במגוון דרכים כדי לעזור לקצר את הזמן המושקע בהרכבה ובתחזוקה. (מקור התמונה:ITT Cannon)

הממשק נועד לניהול אפקטיבי של מחברים ביישומי תא הנוסעים-לשלדה ויישומי חיברור מרכזיים. לוחית APD‏ מבטיחה התקנה, הגדרת-תצורה וחיבור/ניתוק פשוטים ומהירים של חיברורי APD, שזו אחת הדרכים למנוע מהם להיכשל בטרם עת. בנוסף, לוחית APD המודולרית מקלה על התחזוקה ומשמשת במקומות צפופים ביעילות רבה יותר. פתרון סטנדרטי זה ניתן להעביר בקלות לרכיבים ומערכות שונים.

מנגנוני כשל במחברים

אחד הגורמים הקריטיים ביותר להבטיח בעת הפעלת ציוד בתנאים קשים הוא שהרכיבים לא ייכשלו במהלך פעולה רגילה. זה דורש הערכה קפדנית של הדרכים השונות שבהן המחברים עלולים להיכשל, כולל הדרכים הבאות:

קורוזיה וזיהום: חשיפה מתמשכת או תכופה לנוזלים קשים, בוץ ורטיבות עלולה לגרום קורוזיה בחלקי מחברים ובסופו של דבר להוביל לאותות מונחתים. בית הפלסטיק עבור סדרת APD של ITT עמיד בפני קורוזיה ורטיבות והוא קל לתחזוקה גם בתנאי הסביבה הקשים ביותר.

רעידות וזעזועים: טלטולים מתמידים על דרכים לא-סלולות ומשובשות עלולים להגביר את הרעידות והזעזועים ברכבי שטח. תנאי הדרך אינם הגורם היחיד שעלול לתרום לבלאי של המחברים ולכשלים. מחברי סדרת APD העגולים משתמשים בתכן צימוד כידון, המותאם במיוחד להתמודדות עם רעידות קיצוניות.

הרכבה ותחזוקה לא נכונים: יש להרכיב את המחברים בצורה מדויקת, והתעלמות מפרוטוקולים עלולה להוביל לפיתולים וכיפופים ברכיבים העלולים לפגוע בביצועים. קלות ההרכבה והפירוק עוזרות להבטיח אורך חיים של המחבר.

התחממות יתר עקב עומסי-יתר חשמליים: המחברים מדורגים כך שהם נושאים זרם או מתח מסוים ועומדים בנחשולים במידה מסוימת. כאשר מתקיימת חריגה ממגבלות אלו, עלולות להתרחש התמוטטויות, ולגרום נזק לרכיבי המערכת ולאיבוד אותות.

בהינתן מגוון הדרכים שבהן מחברים יכולים להיכשל, השימוש בהם במערכות מורכבות דורש הבנה של היישומים ותנאי הפעולה הספציפיים.

מחברים עמידים מותאמים-במיוחד עבור יישומים מיוחדים

לעיתים, קבוצה נרחבת של מחברים משמשת כנקודת המוצא עבור התאמה-מיוחדת.

שלושת הדוגמאות לפתרונות מותאמים-במיוחד של ITT Cannon ממחישות את יכולת ההתאמה של מחברי APD עבור מגוון של מקרי שימוש ספציפיים.

לדוגמה, חברה לייצור מנועים הייתה זקוקה לפתרון מותאם-במיוחד עבור מנועי דיזל גדולים המשמשים בספינות וברכבות. בציוד כזה, המחברים מבטיחים העברת כוח יעילה ואינטגרציה של המערכות השונות, כגון תיבות הילוכים ומדחפים. התנאים העיקריים שהפתרון היה צריך לשקול כללו חשיפה לשמני מנוע, רעידות חזקות ומקום מוגבל בתוך תא המנוע. ההתמודדות עם אתגרים אלוו כללה התחלה עם מחברי 7-דרכים של סדרת APD. לבסוף הפתרון כלל טבעת-O נוספת כדי להבטיח את אטימות האיטום וכדי לשפר את העמידות לרעידות ולחצים. מהדק קפיצי מפלב”ם החזיק את המחבר במקומו. כדי לנצל ביעילות את המקום המוגבל, לפתרון המותאם-במיוחד הייתה חתימת-שטח שהייתה חצי מזו של המקבילה הסטנדרטית.

במקרה אחר, יצרן ציוד חקלאי ובנייה נזקק לפתרון מחברים מותאם-במיוחד עבור תיבת הילוכים כפולת מצמדים לטרקטורים. תיבת הילוכים כזו מאפשרת מעברים קלים וחלקים בעת החלפת הילוכים, מאפיין בעל יתרון מיוחד במכוניות מרוץ במהירויות גבוהות וטרקטורים. אחד האתגרים המיוחדים שמערכת המחברים הייתה צריכה להתגבר עליהם היה הצורה הייחודית של תיבת ההילוכים, שדרשה תצורה חדשה של צורת המחבר. גם חשיפה קיצונית לשמן גיר הייתה בעיה, וכך גם חסינות גבוהה. לבסוף הפתרון דרש שישה חיבורים שונים: שני מחברי כוח גדולים יותר 6-דרכים המבוססים על ממשק APD‏ 19-דרכים (איור 3) וארבעה מחברים קטנים יותר מבוססי APD‏ 4-דרכים עבור העברת האותות. שתי טבעות-O מותאמות-במיוחד עמדו בדרישות החסינות לרעידות.

איור 3: מחבר 19- APD דרכים של ITT Cannon היווה את הבסיס לפתרון לתיבת הילוכים כפולת-מצמדים עבור תמסורת טרקטורים. (מקור התמונה: ITT Cannon)

לבסוף, חשיפה לנוזלי פליטה ממנוע דיזל במשאבת הפחתה קטליטית סלקטיבית (SCR) הייתה האתגר העיקרי עבור יצרן רכבי מסחריים. המחברים היו צריכים לעמוד גם בסביבה קורוזיבית וגם לעבוד במקום קטן. הפתרון כלל שינויים מהותיים בגורמי הצורה של מחבר APD‏ 37-דרכים, שהיה נקודת המוצא למחברים המותאמים-במיוחד. מסגרת פלב”ם החזיקה את מכלל המחברים במקומו כדי להבטיח אי-איבוד האיטום עקב רעידות.

סיכום

תנאים קשים יכולים להשתנות באופן משמעותי ולכסות מגוון רחב, מחשיפה לשמן וטמפרטורה קיצונית ועד לזעזועים ורעידות פתאומיים. מקרי שימוש רבים דורשים פתרונות מחברים מותאמים-במיוחד, המסבכים עוד יותר את הדרישות. סדרת מחברי APD היא מקום טוב להתחיל בו עבור מגוון של יישומים. מגוון האפשרויות הגדול מתאים עבור שימושי קצה רבים, אך הם גם ניתנים-להתאמה-מיוחדת בקלות אם יש צורך בשינויים ספציפיים. בין אם בפעילויות צבאיות, אווירונאוטיקה, תובלה או במגזר החקלאי, סדרת מחברי APD נועדה לעמוד בתנאי פעולה קשים מבלי לאבד את האותות, הנתונים ושלמות החיבור.

Rolf Horn, Applications Engineer at DigiKey קרדיט: DigiKey