Doradztwo techniczne

• Kryteria doboru materiału na obudowę
• Zalety i wady poszczególnych materiałów
• Aspekt ekonomiczny

Pisaliśmy już w naszym Consultingu Technicznym o kryteriach doboru szaf i obudów do aplikacji w tekście Dobór materiału z jakiego są wykonane obudowy do ich warunków pracy, jednak postanowiliśmy także zwrócić uwagę na kilka dodatkowych aspektów, które klient powinien wziąć pod uwagę przy wyborze swojej obudowy.

Środowisko pracy

Wpływ na kondycję obudowy, podczas długiego czasu jej użytkowania, może mieć wiele czynników środowiskowych. Aby uniknąć różnego typu uszkodzeń należy rozważyć w jakim środowisku będzie używana taka obudowa. Podczas jej doboru, należy również pamiętać o uwzględnieniu czy jej umiejscowienie nie będzie wystawiało jej na podwyższone ryzyko uszkodzeń mechanicznych.

Złym przykładem stosowania są np. obudowy z włókna szklanego wystawione na bezpośrednie działanie promieni słonecznych – gdzie po kilku latach użytkowania mogą ulec degradacji. Także stosowanie obudów ze stali miękkiej w środowiskach o podwyższonej wilgotności lub środowiskach korozyjnych – jest pewne, że taka obudowa szybko zacznie rdzewieć.

Modyfikacje

Zamawiając obudowę należy ocenić możliwości jej modyfikacji – prawie wszystkie obudowy są wyposażane w otwory oraz przepusty. Powszechnie wiadomo, że tworzywa bardziej plastyczne są znacznie łatwiejsze do modyfikacji. Materiały takie jak stal czy aluminium wymuszają zastosowanie specjalistycznych narzędzi w celu zmodyfikowania obudowy. W przypadku zastosowania włókna szklanego zmiany specyfiki obudowy bywają wysoce problematyczne. Materiał tego typu jest silnie ścierny i uniemożliwia profilowanie tworzonych otworów.

Mówiąc o modyfikacjach warto nadmienić także możliwości stworzenia obudowy w konkretnym rozmiarze czy kształcie. Obudowy tworzone ze stali miękkiej oraz nierdzewnej, jak również obudowy z aluminium produkowane są z pojedynczych blach. Pozwala to na szerokie spektrum modyfikacji rozmiarów i kształtów takich obudów. W przypadku materiałów niemetalicznych wybór jest ograniczany do tego co oferuje producent, ze względu na ograniczenia obróbki takich materiałów.

Właściwości cieplne

Projektanci obudów muszą oceniać zarówno temperaturę otoczenia, w którym będzie umieszczona obudowa jak również temperaturę umieszczanych wewnątrz niej komponentów elektronicznych. Tworzywa sztuczne, takie jak poliwęglany, są doskonałymi izolatorami, natomiast metale jak stal czy aluminium mają doskonałe parametry pod względem przewodzenia ciepła. W przypadku, kiedy wymagane jest podwyższone rozpraszanie ciepła zwykle stosuje się obudowy z metalu. Oczywiście nie jest to jedyne rozwiązanie, jako że systemy chłodzenia w postaci wentylatorów czy radiatorów mogą być montowane w obudowach niemetalowych.

Waga

Lekkie materiały jak aluminium i plastik są znacznie lepszym rozwiązaniem jeśli waga wszystkich wewnętrznych komponentów w obudowie jest dość znacząca. Zredukowanie wagi obudowy pozwala na znacznie łatwiejszy montaż, zwłaszcza jeżeli planowany jest montaż naścienny. Dla porównania obudowa z włókna szklanego waży 1,5 razy więcej niż taka sama obudowa z poliwęglanu. W przypadku materiałów metalowych różnica jest większa, np. obudowa ze stali waży około 3.25 razy więcej, niż taki sam model wykonany z aluminium. Projektując obudowę należy brać pod uwagę również wagę wszystkich zamieszczanych wewnątrz komponentów.

Cena

Ceny obudów z poszczególnych materiałów wiążą się ściśle z ich właściwościami oraz stopniem skomplikowania wytworzenia takiej obudowy. Zrozumiałym tutaj jest, że im większa odporność obudowy na ciężkie warunki pracy – tym większa cena. Wskazane jest dlatego ścisłe określenie warunków pracy na etapie zamawiania takiej obudowy, co może pozwolić ograniczyć koszty. Z ekonomicznego punktu widzenia – kupowanie droższej obudowy z materiału wysoce przekraczającego zalecane wymagania jest niepotrzebnym zwiększaniem kosztów.

Omówienie materiałów

W tabeli poniżej zamieszczono zestawienie typowych materiałów wykorzystywanych na obudowy oraz porównano ich cechy i właściwości. W dalszej części artykułu omówiono bardziej szczegółowo wybrane materiały.

¹ – natryskiwane; ² – formowane tłocznie; 1 – nisko; 5 – wysoko
Stal miękka

Stal miękka jest nazywana stalą niskowęglową. Proces wykonywania obudów z tej stali przebiega poprzez walcowanie jej na gorąco luba na zimno. Obudowy z takiego materiału są rozpowszechnione do użytku zarówno wewnętrznego jak i zewnętrznego. Wadą jest to, że nie są one odporne na korozję. Poprawę wytrzymałości takich obudów uzyskuje się dzięki malowaniu farbami proszkowymi.

Stal nierdzewna

Stal nierdzewna posiada swoje właściwości dzięki odpowiednim domieszkom, dodawanym do niej na etapie produkcji. Głównie używanymi typami stali nierdzewnej są: stal 304 oraz 316. Stal typu 304 zawiera 18% chromu oraz 8% niklu, stal 316 – 16% chromu, 10% niklu oraz 2% molibdenu. Nikiel oraz molibden zwiększają wytrzymałość takiej stali na chlorki a także wiele powszechnie stosowanych w przemyśle substancji chemicznych. Dodatek chromu pozwala na stworzenie ochronnej powłoki na stali i zwiększenie odporności na korozję powierzchniową. Wraz ze wzrostem wytrzymałości stali na niekorzystne warunki idzie wzrost jej ceny.

Materiały niemetaliczne

Obudowy z materiałów niemetalicznych posiadają zarówno zalety jak i wady. Do największych zalet można zaliczyć możliwość modyfikacji takich obudów przez użytkownika oraz niewielką, w porównaniu do obudów metalowych, wagę. Niewątpliwą zaletą jest również, w przypadku takich obudów, niewielka ilość absorbowanego ciepła pochodzącego z promieniowania słonecznego.

Włókno szklane

Włókno szklane jest termoutwardzalnym materiałem poliestrowym wzmacnianym włóknami szklanymi. Jest ono najczęściej używanym materiałem niemetalicznym w przemyśle, ze względu na wysoką udarność oraz sztywność tego materiału. Dodatkowymi zaletami są: szeroki zakres temperatur pracy (-35 do +150⁰C), doskonałe właściwości elektryczne oraz odporność na wilgotność a także chemikalia. Jest to nisko-kosztowe rozwiązanie dla korozyjnych środowisk.

Poliwęglany

Poliwęglany są wysokowydajnymi materiałami tworzonymi z żywicy termoplastycznej poprzez wtryskiwanie lub też wytłaczanie. Obudowy z takiego materiału charakteryzują się wyjątkowo dużą odpornością na uderzenia oraz stabilnością konstrukcji. Zakres temperatur pracy jest niższy niż w przypadku włókna szklanego i wynosi (-35 do +80⁰C). Obudowy z poliwęglanów nadają się do stosowania w środowiskach kwaśnych lecz nie są wskazane do środowisk silnie zasadowych lub takich, w których występują rozpuszczalniki organiczne.

ABS

To kolejny materiał termoplastyczny stosowany w obudowach. Obudowy z ABS wykazują lepszą odporność na kwasy oraz środowiska zasadowe niż te, które są wykonane z poliwęglanów. Charakteryzuje je jednak mniejsza zdolność do pracy w ekstremalnych temperaturach – zalecane temperatury pracy takich obudów powinny mieścić się w granicach -15 do +50⁰C.

Podsumowując, poprawne zdefiniowanie warunków oraz otoczenia pracy obudowy może być niezwykle istotne dla funkcjonowania urządzeń. Już na etapie projektowania, definiując wymagania stawiane obudowie, użytkownik może przekonać się o braku konieczności stosowania najdroższych komponentów i możliwości zastosowania tańszego, równie odpornego i wytrzymałego, zamiennika. Inżynierowie w firmie CSI, posiadający wieloletnie doświadczenie w tej dziedzinie, chętnie zaoferują pomoc w omawianych w artykule kwestiach.

Sprawy techniczne (Obudowy Przemysłowe)

Sprawy techniczne (Komputery Przemysłowe, systemy operacyjne, wsparcie produktowe) – email: