אטומים לדרישות המערכת כלים ומושגים לבחירת מחברים אטומים

סוגי המחברים

בכל פעם שנרצה כי מכשיר מסוים יהיה מוגן מהסביבה בה הוא פועל כדאי יהיה לנו לשקול לבחור אחד מבין שני סוגי המחברים האטומים הקיימים כיום בשוק; מחברי אטימה הרמטיים או מחברי אטימה סביבתיים.

מחברי אטימה הרמטיים – האטומים כנגד אוויר וגזים

החומרים מהם עשויים מחברי אטימה הרמטיים יהיו בדרך כלל זכוכית, קרמיקה או אפוקסי וזאת על מנת ליצור אטימה בדחיסה. מחברים אלו מיועדים לעמוד בלחצים גבוהים של 10,000 psi ומעלה, ומבטיחים הפרש לחץ יציב משני צידי המכלול. באופן אידיאלי, אטימה הרמטית חייבת לעמוד בלחצים נמוכים עד גבוהים, ובגבהים אותם ניתן למצוא בפיתוחים צבאיים, חלל ותעופה, יישומים בעומקים קיצוניים וגם ביישומים מסחריים ותעשייתיים.

מחברי אטימה סביבתיים – כגון אלה עם דירוג IP – Ingress Protection.

מחברי אטימה סביבתית מגינים בין היתר מפני מים, אבק ולכלוך. הם מיועדים לשמור על הביצועים החשמליים של המגעים והמחבר כולו. מחברים אלו נמצאים במכונות תעשייתיות (ניידות ו/או חיצוניות), כלי רכב וציוד נלווה (ימי ואו יבשתי).

מחברי אטימה סביבתית מיועדים למנוע כניסת מזהמים לנקודות שבאזור החיבור.
ביישומים בטמפרטורה נמוכה הדורשים מספר רב של חיבורים חוזרים ונשנים, האיטום מתבצע באמצעות אטמי Orings, אטמים המיוצרים מגומי (פלואורופולמרים וגומי אתילן פרופילן הם הנפוצים ביותר).

דרישות והגדרות
בבואנו לבחור מחבר למוצר מסוים, עלינו בראש ובראשונה, להבין את דרישות המוצר.
ראשית נציין כי יש הבדל בין המושג ‘עמיד למים’ (Waterproof) לבין המושג ‘עמיד בפני מים’ (Water-Resist).
עמיד למים פירושו שמוצר אטום למים ללא קשר למשך הזמן שהוא שקוע בתוכם.
עמיד בפני מים פירושו שמוצר יכול לעצור מים מלהיכנס לתוכו במידה מסוימת, אך לא לגמרי.

IP הוא שם התקן שנוסח על ידי הנציבות הבינלאומית לחשמל (IEC), כדי לקבוע עד כמה מכשיר חשמלי עמיד בפני מים מתוקים ובפני תנאי סביבה נפוצים – כמו לכלוך, אבק וחול.הספרה הראשונה אחרי ה- IP היא הדירוג אותו הגדירו ה IEC על מנת לאפיין את העמידות למוצקים/”לכלוך”. לדוגמא, הספרה 6 בדירוג IP67, פירושה כי אבק או לכלוך לא יחדרו ליחידה גם לאחר שהיו עימה במגע ישיר במשך זמן רב.

הספרה הבאה מציינת את דירוג העמידות למים.ישנם כרגע שני דירוגים מובילים – שבע ושמונה (IP67 & IP68), כאשר הספרה 7 מציינת עמידות המכשיר בטבילה בתוך מטר מים מתוקים למשך חצי שעה, והספרה 8 מציינת עמידות של מעל למטר למשך חצי שעה (חובת היצרן לציין את עומק הטבילה)

כיצד פועלת האטימה במחברים אטומים הרמטית? כפי שהוזכר מעלה, מחברים הרמטיים נועדו למנוע חדירת אוויר, גזים ונוזלים אחרים למחבר וכפועל יוצא גם למערכות הפועלות בסביבות עבודה קשות במיוחד. במרבית המחברים ההרמטיים האטימה נעשית ע”י שימוש בזכוכית מכיוון שהזכוכית יוצרת צורה נוקשה אשר נדחסת ומתנגדת למעטפת המחבר. הזכוכית נקשרת ותומכת במגעים ועל ידי דחיסה ותמיכה זו נוצרת האטימה ההרמטית.מחברים אטומים הרמטית חייבים גם לעמוד בשינויי טמפרטורות קיצוניות, בין -100 ° ל- 200 ° C ולההתגבר על רעידות ותאוצות.רוב המחברים ההרמטיים עשויים מתכות עמידות וחזקות כולל נירוסטה, זכוכית וניקל מכיוון שמחברים אלו פועלים בסביבות עבודה קשות. עם זאת, למרות שזכוכית היא חומר הבידוד היעיל ביותר, היא יכולה להוסיף משקל מיותר ולכן ביישומים מסוימים משתמשים באפוקסי או פולימרי זכוכית מיוחדים. בנוסף, שימוש במחברים בעלי מעטפת העשויה מסגסוגת אלומיניום יכולים לחתוך את המשקל בחצי.

מחברים הרמטיים משמשים במגוון שווקים שונים כולל יישומים צבאיים (מל”טים, צוללות, כלי רכב קרקעיים בלתי מאוישים), אך הם אינם מיועדים רק ליישומים צבאיים וחלליים וניתן למצוא אותם גם ביישומים מסחריים כדוגמאת לוויינים, כלי טיס, מכשירים רפואיים, יישומים תעשייתיים ויישומי נפט (ציוד כרייה לנפט). ניתן אף למצוא מחברים אטומים הרמטית בכלי רכב כבדים, ציוד הובלות עפר, גנרטורים, ציוד ותשתית לרכבות, מערכות תקשורת וטלקום, מנועים ועוד.

תמונה 2: Liquid ingress protection

מחברים הרמטיים בתעשייה
כאשר נמצאים בתהליך הפיתוח של מערכת – תעשייתית או צבאית – חשוב להגדיר את סוג המחבר החשמלי הנכון על מנת שיוכל לעמוד בתנאים קיצוניים שונים. מחברים חשמליים אלו חייבים להיות “קשיחים” – המסוגלים לעמוד בתנאי עבודה כבדים, בתנאי שימוש קשים ובחשיפה לכימיקלים, מים, שמנים, בוץ, אבק, ריסוס מלח ופסולת. כמו כן עליהם להיות בעלי יכולת עמידות של עד IP69K עבור מחברים תעשייתים לפי תקן IP או מחברים אטומים הרמטית ואשר יעמדו בביצועים גם בסביבת עבודה עם טמפרטורות קיצוניות, זעזועים ורטט. ישנם כמה היבטים בהגדרה של ציוד כבד כאשר אמינות המחברים ועמידותם הם אחד מתנאי החובה בייצור מערכת תפעולית ושמישה.

פתרונות – חלק ראשון

החלק הראשון יתמקד בפתרונות מחברים תעשייתיים לשלוש מערכות:מערכות היגוי ותנועה, מערכות ניהול צריכת חשמל ומערכות הנעה המרכזית. מן הראוי לציין שניתן לראות מערכות אלו גם בציוד תעשייתי קבוע ולא רק בכלי רכב כבדים.

.ITT Cannon Trident Neptune Metal (TNM) Connectors

אחד הפתרונות למחברים חשמליים אמינים הוא סדרת המחברים ITT Cannon Trident Neptune Metal (TNM). מחברים עגולים אלה תוכננו במיוחד כדי לענות על צרכי מערכות הדורשות מיגון, אטימה ועמידות יתרה של מעטפת המחבר המתכתית. מחברים אלו קיימים עד רמת אטימה IP67 ומבטיחים 200 מחזורי חיבור. המחברים כוללים מעטפת סגסוגת אבץ מצופה ניקל עם מבודדים תרמופלסטיים מדורגים UL 94 V-0 וטבעת צימוד מתכתית לקבלת אמינות ועמידות גבוהה.

פתרונות למערכות ניהול צריכת חשמל מערכת קריטית נוספת בציוד תעשייתי כבד היא מערכת ניהול צריכת החשמל שעשויה להימצא בהפעלת רשת ציוד באתר קידוח נפט וגז או בהפעלת האת ההידראולית האדירה הנמצאת בפעיליות כרייה. המשותף לשני יישומי ניהול צריכת החשמל הללו הוא הצורך במחברים תעשייתיים אמינים, ניתנים להתקנה בשטח, קומפקטים ובעלי עמידות ב IP67 לכל הפחות.

פתרון נפוץ למערכות ניהול צריכת חשמל בציוד תעשייתי כבד הוא Amphenol SurLok Plus Compression Lugs עם טכנולוגיית מגע R4 RADSOK המיועדות ליישומים מסוג זה. מחברי אמפנול אלה הינם מוגני מגע והתחשמלות, בעלי דירוג IP67, קשיחים ובעיצוב קומפקטי. למחברים אלו יש נעילה מהירה, שחרור על ידי לחצן וקידודים שנועדו למנוע חוסר התאמה בין המחברים בשטח. מחברי Amphenol SurLok Plus Compression Lugs הינם אמינים ביותר, ניתנים להתקנה בשדה, בעלי תקע מסתובב 360 מעלות וקיימים באפשרויות סיום שונות, כולל הברגה, Crimp ו Busbar.

פתרונות למערכות הנעה מרכזיות

בציוד תעשייתי כבד ישנן מערכות הנעה הפועלות בתנאי סביבה קשים, ולפיכך על המחברים לעמוד בפני חדירת מפגעים סביבתיים כמו מים מלוחים, אבק ובוץ – ולעיתים אף להיות אטומים הרמטית. הם גם צריכים להיות קלים וקומפקטיים.מחברי SOURIAU 851 מציעים פתרונות רבים למערכות ההנעה בציוד שטח תעשייתי. מחברים חזקים, תואמי תקן RoHS, הזמינים גם בגרסאות הרמטיות, תוכננו במיוחד לשימוש חיצוני והם מסוגלים לעמוד בפני שינויי אקלים וסביבה קורוזית. כמו מחברים רבים של SOURIAU, הם מציעים ביצועים מצוינים בסביבות ריסוס מלח והם עמידים בפני ריסוס מלח במשך 500 שעות. בסדרת המחברים 851 יש מנגנון Bayonet אשר משמיע קליק כאשר ננעל, דבר המבטל את חוסר הוודאות בחיבור ומצמצם את זמן העבודה במהלך ההתקנה.

פתרונות – חלק שני

חלק זה מציג אפשרויות סגנון שונות של יצרנים מובילים בתעשייה וכולל שלוש סדרות של מחברים: מחברי Micro-D, מחברי Bayonet ומחברים עגולים D38999.

מחברי Micro-D
Hermetic Micro-D Connectors – מחברי מיקרו-D הרמטיים מיועדים ליישומים בהם שתי סביבות העבודה שונות הן מבחינת רמות הלחצים והן מבחינת רמות החומרים בסביבה וריכוזם. בדרך כלל מחברים אלו יהיו אטומים הרמטית לקצב דליפה של פחות מ- 1 x 10-8 cc/sec He across a 1 atm pressure differential. ההרכבה של המחבר לגוף נעשית מפנים המערכת ומשתמשת ב O-Ring סיליקון פלואורית לשמירה על האטימה. מחברי Micro-D הם קשיחים וקומפקטים (0.050” (1.27 mm) pitch) ובעלי ביצועים גבוהים. מחבר זה הוא המחבר האידיאלי ליישומים בהם יש צורך במשקל וגודל מינימליים תוך שמירה על אמינות מירבית.

מחברי Bayonet

מחברי (Amphenol PT (MIL-DTL-26482 סדרה I הם מחברים אטומים הרמטית בעלי חיבור Bayonet המאפשר חיבור מהיר. לסדת מחברים זו מספר תצורות שונות, גדלים ומגוון Layouts. בניית מחברי אמפנול PT מתאפשרת על ידי מבודד ניאופרן גמיש ועל ידי Grommet לאטימת החלק האחורי של המחבר המקשר בין חוטי החשמל לבין המגעים.

מחברים עגולים D38999

סדרת המחברים MIL-DTL-38999 Series III מיועדת בעיקר לשימוש ביישומים צבאיים אך מיושמת גם ביישומים מסחריים רבים. מחברים אלה מציעים פתרונות אטימה הרמטית ובחלק מהיצרנים הם אף מתאימים למפרט EN3645 ועומדים במפרטים מחמירים של MIL-DTL-38999 סדרה III

מחברים הרמטיים מסדרת III38999 חורגים מיכולות איטום מים טיפוסיות, כפי שמודגם על ידי קצב הדליפה שלהם שהינו פחות מ atm cm3/s 10-7 הליום. אלה תואמים את MIL-DTL-38999 והם אידיאליים ליישומים הכוללים משאבות ואקום, מצלמות היי-טק ומדי זרימה.