פתרונות לעמידת אטימות ציוד ומיכשור בתנאי סביבה קשים ועוינים

בעת תכנון מארז והתקנת פריטים כמפסקים או בפשטות כל תושבת הרכבה, יש לבצע חורים במבנה כדי להרכיבם, כך נוצרות בעיות של חלחול מים, אבק, מליחות, מזהמים שיכולים לחדור לתוך מבנה המארז לפגוע בחלקים הפנימיים, חשמליים, מכניים, או להיאסף בצד החיצוני ולגרום למניעת הפעלת הציוד. מכאן נוצרת המשימה וחשיבותה, לאטימת החור והגנה חיצונית להגנה בתנאי סביבה קשים: חשיפה ללחות, קרח, אבק, לכלוך, פטרייה, חומרי סיכה, חומרי ניקוי ממיסים, מזון, אווירה מלוחה וחומרים אחרים שיכולים לגרום נזק למכשירים מכאניים, שבסופו של דבר תוביל לנזק לפעולתו של המוצר ו/או לגרום לקשיים בתפעול חיצוני מכאני או פונקציונאלי. בתכנון קופסת הבקרה משתמשים במפסקי טוגל, מפסקים מגנטיים, מפסקי לחיצה, מתגים סיבוביים וכו’. העלות היא

סבירה, השימוש קל וניתן לשליטה בתיקון, תחזוקה והחלפה. הנגישות לחלקים מחוץ למארז מאפשרת פתרון בעיות מיידיות ופעולת מתקנת מהירה. עם זאת, נשארת פתוחה בעיית אטימות החור, ועבור מתגים אלקטרו מגנטיים ומפסקי זרם, קיימת הגנה סביבתית מוגבלת מפני חדירת מזהמים קשה. חלקים אלה מורכבים במארזי בקרה עבור פלטפורמת נפט, משאיות בטון, רכבות, רובוטים, שואבי אבק מסחריים, כלי רכב, קופסאות בקרה לציוד צבאי ומספר עצום של מוצרים הכפופים לפגיעה של יצורי אנוש או תופעות טבע. קיימת האפשרות להשתמש במפסקים אטומים הרמטיית, בנוסף לכך שעלותם היא גבוהה יחסית, יש להם בעיות מסוימות; מפסקים אטומים מגיעים ללא איטום יעיל בחור ההרכבה, ורבים מהם עצמם מגיעים ללא פתרון נאות לאטימה. בעת חשיפת הציוד לתנאי סביבה קשים, החלק הפנימי של המפסק יכול להמשיך לתפעל ללא פגע, אולם תיפגע ההפעלה החיצונית על ידי קיפאון באווירת קרח, מים או אבק מליחות חול וכו’.

מה הוא הפתרון?

עוד במהלך מלחמת העולם השנייה, לצבא ארה”ב הייתה מודעות לסוגים אלה של בעיות אמינות במכשירי שליטה ובקרה וכך נוצר הצורך לפתח סידרה של אביזרי אטימה. כוחות הצבא ומשרד ההגנה חברו לחברה יצרנית בתחום ויצרו התקן צבאי שהוא בשימוש עד היום

MIL-DTL-5423. כיסויי האטימה נקראים

“CAPS” “BOOTS”, הם מורכבים מכסוי יציקה אלסטומרי חומר גומי סיליקון שהוא חומר אטימה סטנדרטי ובתוכו יצוק אום נעילה עם צלעות גומי יצוקות המשמש לסגירת החור ואטימתו. התוצאה פתרון איטום מלא של החור והמתג בעלות כספית אפקטיבית ופשוטה. תוחלת חיים של מעבר ל-25 שנים ו-50000 הפעלות של הפריט. עמידה בתנאי חום C+ ותנאי קור של C. הפתרון כולל עמידה ברמה גבוהה בתנאי עיצוב של הנדסת אנוש (ראה איור 1). נסיון החברה בייצור אביזרי האטימה הוא מעל 65 שנים. כולל מגוון רחב של פתרונות אטימה שהורחב מעבר למפסקי toggle switch, למפסקי נדנדה rocher switch, מפסקי לחיצה pushbutton,  סיבובייםbushing Rotary Switch, פוטנציומטרים, מפסקים חצי אוטומטיים, Circuit Breakers.

הגדרות אטמי BOOTS

את פתרון האיטום יש להגדיר בהתאם לסוג הרכיב אותו יש לאטום כמו מפסק וסוגו או מפסק הגנה מגנטי (CIRCUIT BRACKER), כאשר יש להתחשב בהפעלה מתאימה ותקינה של הפריט ועמידה בתקנים של כל תנאי הסביבה הנידרשים. בהתאם לכך מציאת היצרן והמפיץ נותן המענה המתאים.

רמת עמידות – רמת עמידת הזיווד הנדרש (enclosure) אטימות למים (66/68IP) סוג X4, האם המוצר עומד בתקן אזרחי UL או CSA או תקן צבאי מיל סטנדרט

MIL-STD. מציאת אטם העונה לדרישות התקן חוסך זמן כסף.

עמידה בתנאי הסביבה – עמידה בתנאי הסביבה של האטם הנבחר יש לבדוק בהתאם לתנאי הסביבה שבהם קיימת החשיפה העמידה והשימוש באטם. בשימוש חיצוני – אבק, חול, מליחות וכדומה. החומר של האטם במקרה זה הוא גומי סיליקון ברמה גבוהה מחומר גלם לא ממוחזר. באם האטם נחשף לאווירת עבודה של נפט, וחומרים דומים אחרים חומר האטם צריך להיות fluorosilicon או חומר עמיד דומה לעמידה בתנאי סביבה קשים כאלה. (ראה איור 2 לרשימה מתאימה של חומרי גלם של גומי ותכונותיו לנתונים הנדרשים).

רמת השימוש באטם – במקרה של שימוש ברמה קשה כוונדליזם יש להתחשב בכך ולהשתמש בסוג אטם שהוא אינו כיסוי מלא של הפריט לאיטום, אלא באטם אשר אוטם חלקית (חצי אטם) (ראה איור 5 – דוגמא לשימוש במשאית) קיימים גם אטמים מלאים עם חיפוי הגנה מנירוסטה. (ראה איור 3).

צבע האטם – אפשרי לבחור צבע חומר האטם כדי לציין את הגדרת השימוש וההפעלה של המוצר. ליצרן האטם האפשרות לספק את חומר הגומי בצבעים סטנדרטיים שונים.

כוח ההפעלה – בזיווד וקופסאות הבקרה כיום קיימים סוגי מפסקים טוגל ומפסקי הגנה ברמות, צורות, כוחות הפעלה שונים. במקרים מסוימים יש כח הפעלה נמוך או תנועת הפעלה מיוחדת. מצב הפעלה לצד או כלפי מעלה. מקרים כאלה מצריכים שימוש בחומר גומי סיליקון ברמת קשיות נמוכה יותר LOWER DUROMETER. כן גם פתרון המעוגן בפטנט המאפשר לאטם לעקוב אחר פעולת זרוע המתג או הכובע ולחזור למצב הפעולה כמו בהפעלה במקור.

עמידה בסטנדרטים בינלאומיים – באפשרויות השיווק הבינלאומי כיום המוצרים צריכים לעמוד בתקנים בינלאומיים. עמידה במארזים לפי תקן IEC60529 אטימות למים לפי IP66, הגדרות לחומרים לפי תנאי שמירת הסביבה ROHS REACH ומגבלות חקיקה לגבי חומרים במדינות שונות. במקרים אלה יש לוודא שהאטם עומד בדרישות השונות.

התאמת האטם

ומידות הברגה

כאשר האטם ניבחר לאטום מוצר כמפסק, מפסק הגנה וכו’ המותאם למוצר של יצרן מסויים, יש לפנות ליצרן אטמים אשר לו ניסיון במשך שנים בייצור ופתרונות של אטמים המתאימים למוצרי יצרנים של מפסקים, מפסקי הגנה וכדומה. בדרך כלל המידע המבוקש נמצא באתר אינטרנט של היצרן, המידע כולל רשימות השוואה של האטמים, התאמתם למוצרים השונים. ברשימות, הטבלאות, הנתונים הטכניים נמצאים האטמים המתאימים לכל הסוגים הסטנדרטיים והפופולריים של היצרנים השונים. לכל סוג אטם מופיעים בקטלוגים המספרים הקטלוגיים של יצרן האטם התואם. זה מקל על מציאת האטם הנדרש בקלות ופשטות.

מפסקים אטומים הרמטית

כפי שהוזכר קודם לכן, מפסקים אטומים הופכים פופולריים ובשימוש נרחב. המפסקים אינם נותנים פתרון לאטימת חור ההרכבה וכך קיימת אפשרות לחדירת נוזלים, אבק, גרגירים, וכדומה לתוך המכשיר. במקרים אלה פתרון האטם הוא כסוי אטום הכולל אטם מחומר גומי סיליקון וטבעת יצוקה מחומר אל חלד מנירוסטה. האטם מכסה את ידית ההפעלה של המפסק ואת חור ההרכבה של המפסק. פתרון זה מאפשר אטימה מלאה של כל מכלול המפסק כניסת נוזלים לתוך הזיווד או הקופסה (ראה איור 4) כאשר הציוד עומד בפני חשיפה גדולה יותר לתנאי תפעול קשים נבחנת האפשרות לשימוש באטם שהוא חצי אטם שאוטם בעיקר את כניסת הנוזלים לתוך חור הרכבת המפסק לפנל. (ראה איור 5) במקרה זה אבק או קרח יכסו את ידית ההפעלה ויש לבחון את ההשפעה על פונקציונליות המפסק.

מפסקי הגנה –

CIRCUIT BREAKER

אטמים למפסקי הגנה CIRCUIT BREAKER מצריכים פתרון ייחודי אחר. הפתרון לאטימה אינו מספיק היות ובמפסקים מסוג זה יש לתת מענה לכיתוב שמתאר מצב המפסק (ON-OFF) – חומר גומי האטימה צריך להיות שקוף. לגומי סיליקון שקוף יש בעיה של עמידה בקרני שמשUV השפעת האוזון ותנאי הסביבה. גומי מסוג זה מצהיב במשך הזמן ונעשה עמום עד טשטוש שאינו מאפשר קריאת הכיתוב פנימי. קיים יצרן אטמים המוסיף חומר UV לגומי שהוא בלעדי ליצרן ™RUBRGLAS כשל משקפי שמש וכך בעזרת חומר זה נשמר האטם שקוף, והכתב של המפסק האטום קריא למשך שנים. פתרון האטם למפסק זה שיכול להיות על ידי מפסק זרוע Toggle Switch או לחיצה PUSHBUTTON מורכב מעל מכסה המפסק או מתחת לפני הפנל הקדמי של הקופסה, ואז הפתרון המתקדם של אטם הגומי מחוזק על ידי מסגרת הפנל הקדמי של המכשיר. במקרה זה אטם מחוזק לפנל הקופסה על ידי ברגי נירוסטה אטומים. במקרה של מהלך ארוך וזרוע מפסק ארוכה במיוחד, פותח אטם שעליו רשום פטנט, שהוא יציקת “TRIGGER” המאפשרת מהלך מכני ביתרון ייחודי המאפשר את ההפעלה הנכונה בגמישות הגומי ושמירה על גמישות הגומי (ראה איורים 6,7).

קשיחים אטומים

להשלמת פתרונות אמצעי האטימה לרכיבים חשמליים ואלקטרומכניים נידרש לתת מענה לרכיבים נוספים בהרכבת פנלים וקופסאות זיווד. קודם לכן תוארו פתרונות לאטימת מפסקים ופריטים אחרים המורכבים על קופסאות בקרה. בהשלמה לפתרונות המתוארים לעיל קיימים ברגים, אומים, ניטים ודיסקיות אטומים. כל הקשיחים האלה מיוצרים ממתכת אל חלד נירוסטה עם אטמי גומי סיליקון, או סוגי גומי דומים (ראה איור 2) הפתרון הוא פשוט לשימוש ונותן פתרון אטימה בכל מקום בו נידרש בשימוש ברגים או אומים עם אטימה, ללא שימוש במישחות, או דבקי אטימה (ראה איור 10). בעזרת פתרונות אלו, ניתן לפתור את בעיות אטימת המכשירים בהתאמה לדרישות עמידות בתנאי סביבה, בצורה פשוטה ללא התנסות על ידי הבחירה המתאימה של פתרונות האטימה המתאימה לכל דרישת אטימות כמתואר בכתבה. ניתן לעשות זאת על ידי בחינה זהירה של דרישות עמידת האטימות של הציוד ומתן פתרון לפי המתואר לעיל. בצורה זו היחידה תהיה אטומה, אמינה, ועמידה לזמן ארוך.

מפסקים הרמטיים

כפי שהוזכר קודם לכן, מפסקים הרמטיים הופכים פופולריים. כדי לאטום את פעולתו של המתג מכניסה על ידי חלקיקי נוזל או מוצקים. עם זאת, הם לא נועדו לאטום את חור ההרכבה אשר כפוף עדיין לבעיות מכאניות בעת חשיפה לאלמנטים שיכולים לחבל במתג (קרח, מלט או אבק פחם, שאריות מזון הנישאים באוויר, וכדומה) אם החשיפה היא בעיקר לנוזלים – יש צורך בתותב אטימה בעל ביצועים גבוהים הכולל טבעת פלדת אל-חלד ואטם יצוק מגומי סיליקון שיהיה חיובי לאטום את חור ההרכבה המתג. (ראה איור 4) אם הציוד גם חשוף לאיתני טבע אחרים שיכולים לשבש את הפעלת המתג, יש לשקול שימוש במחצית אתחול שלאטום את חור ההתקנה ולהגן מגורמים שיכולים לשבש הפעלת הפריט כמו קרח וחלקיקי אבק, חול,שמן וכו’ (ראה איור 5).

מפסקים

על אטם המפסק להציג אתגר נוסף. הגנה מהסביבה היא לא מספיקה. במקרה של מפסק הפעלה (ON- OFF) ידית המפסק בדרך כלל מראה את מצב הפעולה של המפסק, חשוב שהאטם לא מסתיר את המידע הזה. זו הסיבה שרוב אטמי המפסק עשויים הם מגומי סיליקון. מובן עם זאת, כאשר החשיפה לאור UV מהשמש והאוזון באוויר, גומי הסיליקון בעמידות לאורך זמן, מצהיב והופך להיות כמעט אטום. יצרן אטמים אחר מוסיף לגומי סיליקון חומר “™RUBRGLAS” הפועל כמו במשקפי שמש לאטימה ושמירה על אותה רמת שקיפות במשך שנים גם בשימוש בתנאים קשים. מפסקים בהפעלת ידית טוגל יכולים להיות מותקנים בחלק הקידמי של הפאנל או מאחוריו במקרה זה הפתרון להתאים אטם הגומי לפאנל. עבור שני הסוגים, האטם והמפסק מחוזקים יחד על ידי ברגי פלדת אל-חלד. אטם הגומי תוכנן כדי לאפשר פעולה מכאנית הפעלת המפסק בצורה קלה, לעמידה בתנאים קשים

גם עם ידית הפעלה ארוכה. פותחה אטימה יצוקה שהיא כפטנט הנותנת יתרון מכני ואפשרות מתיחה בגומי הסיליקון בצורה מזערית. (ראה תרשים 6,7)

קשיחים אטומים

לאחר איטום הרכיבים החשמליים, אין להזניח את האטימה של כל סוג פריט אחר העשוי להיות מחובר לקופסת בקרה או כל ציוד אחר. פותחו סוגי אטמים וקשיחים אטומים במגוון רחב לכל סוגי הברגים, אומים, ברגים לנעילה עצמית, ומכשירים העומדים ברמת אטימות גבוהה. השימוש הוא במתכות אל-חלד וכיסויי גומי סיליקון (ראה איור 2). היישום של האטמים הוא מחליף שימוש של דבק או כל פתרון דומה אחר (ראה איור 8). חשיפת הציוד לתנאי סביבה קשים יכולים לגרום לתקלות הפעלה קשות. על ידי בחירה נכונה של ההגנה למתגים מבחינה של אפשרות דליפה וזליגה לציוד פתרונות האטימה מאפשרים עבודה אמינה ואיפשור אמינות ואורך חיים ארוך יותר לציוד. להלן מספר דוגמאות של אטמים וקשיחים אטומים

הכתבה נמסרה באדיבות חברת APM Hexseal