Złącza przemysłowe, czyli elementy umożliwiające optymalne wykorzystanie systemów w transmisji energii elektrycznej oraz sygnału analogowego i cyfrowego, stosuje się w branżach związanych głównie z budową maszyn i urządzeń, w energetyce (zasilanie i dystrybucja energii elektrycznej), transporcie (głównie szynowym), górnictwie, a także w obszarze medycyny, wojskowości czy w systemach elektronicznych. Ta wielość zastosowań sprawia, że na rynku dostępna jest szeroka gama złączy, różniących się budową, kształtem, wielkością, materiałami konstrukcyjnymi i rodzajem połączeń (zacisków).

Miejsce krytyczne
Złącza umożliwiają stworzenie modułowego układu podzespołów, urządzeń, systemów i instalacji, upraszczają obsługę, produkcję, konserwację i szybką wymianę komponentów, pozwalają też na integrację nowych funkcji w istniejących systemach, co wpływa na obniżenie kosztów ich modernizacji lub przebudowy. Ponieważ systemy elektryczne, telekomunikacyjne i stosowane w automatyce podlegają ciągłemu rozwojowi, głównym wyzwaniem dla każdego producenta złączy jest podążanie za tym rozwojem przy jednoczesnym spełnieniu maksymalnych wymagań technicznych w możliwie najmniejszych rozmiarach złącza.

Kolejnym wyzwaniem stojącym przed konstruktorami jest dostosowanie złączy do warunków pracy. Złącza stanowią miejsce styku, muszą więc być wytrzymałe, elastyczne, łatwe w przyłączaniu i rozłączaniu oraz bezpieczne. Narażone są na oddziaływanie różnych czynników środowiskowych, dlatego ich jakość i dopasowanie do warunków jest krytycznym czynnikiem, który decyduje o tym, czy urządzenia będą pracować bezawaryjnie nawet w najbardziej wymagającym otoczeniu.

Trudne warunki
Trudne środowisko pracy człowieka to takie, w którym długotrwałe narażenie na działanie czynników zewnętrznych bez stosowania specjalnego wyposażenia stanowi zagrożenie dla ludzkiego zdrowia i życia. Podobne założenia można przyjąć w stosunku do złączy: surowe warunki pracy mogą poważnie uszkodzić układ elektryczny lub elektroniczny, zatem bezawaryjna praca złączy niemożliwa jest bez odpowiedniej konstrukcji oraz właściwych materiałów wykonania obudowy, która je zabezpieczy.

Mokre lub wilgotne środowisko, a także pył i kurz mogą szybko uszkodzić urządzenie elektroniczne, powodując zwarcie na płytce drukowanej. Poza tym wilgoć, szczególnie połączona z zasoleniem, powoduje korozję. Także ekstremalne temperatury (wysokie lub niskie) są wysoce szkodliwe dla elementów elektronicznych, prowadząc do szybszego ich zużywania się lub natychmiastowej awarii.

Kolejne niebezpieczeństwa to mechaniczne uderzenia, wibracje, wysokie lub niskie ciśnienie itp., które mogą spowodować uszkodzenie złącza lub jego awarię. Zapylenie i gazy w środowisku zagrożonym wybuchem wymagają, aby złącza tam pracujące były iskrobezpieczne, czyli nie mogły wytworzyć iskry lub łuku elektrycznego, który mógłby doprowadzić do zapłonu lub wybuchu.

Wspomnieć należy też o zakłóceniach elektromagnetycznych wpływających na dane (analogowe i cyfrowe) i zwiększających poziom szumu w przekazywanym sygnale bądź też zupełnie uniemożliwiających komunikację między podzespołami. Jak widać – liczba czynników „utrudniających” pracę złączy jest spora.

Ochrona IP
W przemyśle trudne warunki są dość typowym zjawiskiem – w wielu branżach brud, kurz, chemikalia, wilgoć, różnice temperatury, wibracje, pod- lub nadciśnienie to codzienność. Złącza pracujące w takich warunkach muszą być wyposażone w szczelne i wytrzymałe obudowy (metalowe lub z tworzywa) o odpowiednim stopniu ochrony IP.
Klasyfikacja IP (ang. Ingress Protection lub International Protection Rating) pozwala się zorientować, jaki stopień ochrony przed wilgocią, pyłem i ciałami obcymi gwarantuje obudowa danego urządzenia. Pełny symbol IP informuje o tym, jak dobrze zabezpieczone jest urządzenie przed warunkami zewnętrznymi (tzw. klasa przenikalności) i jaki poziom bezpieczeństwa dla człowieka zapewnia. Stopień IP nadany konkretnemu urządzeniu wskazuje, w jakich warunkach środowiskowych może ono pracować. Co ważne, obudowa powinna być wykonana w taki sposób, by poziom jej zabezpieczenia nie zmieniał się w trakcie eksploatacji.
Pierwsza z cyfr w symbolu IP określa, jak ludzie są chronieni przed dostępem do części pod napięciem lub części ruchomych. Dotyczy również możliwości przedostawania się do wnętrza urządzenia ciał stałych. Stosuje się tu oznaczenia cyfrowe od 0 do 6, przy czym 0 oznacza całkowity brak ochrony, a 6 – bezpieczeństwo nawet przy dotknięciu drutem i pyłoodporność obudowy. Im wyższa liczba, tym wyższe bezpieczeństwo. Druga cyfra (od 0 do 8) określa ochronę przed wnikaniem wody do urządzenia (jego wodoodporność). Szczegółowy opis znaczenia cyfr dostępny jest w stosownych tabelach.

Pierwsza linia ochrony
W przypadku trudnych warunków pracy złączy ich obudowy powinny być zawsze pyłoszczelne i chronić przed wnikaniem wody, co oznacza, że muszą mieć klasę szczelności IP66 i wyższą. Niezwykle istotny jest także materiał, z jakiego są wykonane. W zastosowaniach, w których kluczowa jest odporność na ekstremalną temperaturę, wilgoć, kurz i agresywne środki chemiczne, najlepiej sprawdzi się obudowa metalowa. Tam, gdzie wymagana jest niska masa i elastyczność, sięgnąć należy po tworzywa sztuczne.

W strefach zagrożonych wybuchem istotnymi parametrami są ochrona przed wnikaniem pyłu (IP6X i IP5X), ochrona przed przyrostem temperatury, izolacja układu elektrycznego od otaczającej atmosfery i zabezpieczenie przed powstawaniem iskier elektrycznych. Wymagania te spełnia się zazwyczaj, stosując obudowy wykonane z metali (stal i lekkie stopy) oraz tworzyw sztucznych, które muszą cechować się odpowiednią wytrzymałością termiczną.

W środowisku, w którym występują wstrząsy i wibracje, niezbędny jest solidny mechanizm sprzęgający złącza. Istnieje wiele różnych rozwiązań, takich jak połączenia skręcane, gwintowane, bagnetowe, wciskane, szybkozłącza i inne, które dobierane są w zależności od potrzeb. Na przykład połączenia typu push-pull ułatwiają szybkie łączenie i wypinanie, z kolei zamki bagnetowe zapewniają większe bezpieczeństwo przed uderzeniami i wibracjami, lecz trudniej je rozłączyć. Obudowy złączy stosowanych w takich warunkach często są produkowane z poliuretanów formowanych wtryskowo, niejednokrotnie wzmacnianych aluminium.

----------------

Przykłady złączy przemysłowych do pracy w trudnych warunkach

Firma Harting do pracy w trudnych warunkach oferuje serię złączy w obudowie Han M Plus, która skutecznie chroni interfejsy elektryczne i elektroniczne nawet w ekstremalnych warunkach. Aluminiowa obudowa pokryta jest powłoką poliuretanową (PU), która zapewnia dodatkową ochronę przed oddziaływaniem mechanicznym i chemicznym, a jednocześnie gwarantuje odporność na promieniowanie UV. Złącza te są przeznaczone do zastosowań w transporcie, środowisku morskim, górnictwie lub petrochemii, gdzie narażone są na uderzenia i wstrząsy, a także agresywne oddziaływanie środowiska, np. słonej wody.

Phoenix Contact dla złączy przeznaczonych do pracy w trudnych warunkach proponuje obudowy z serii Hevycon complete z klamrami blokującymi wzdłużnymi i poprzecznymi lub z blokadą śrubową. Wykonane są z metalu lub tworzyw sztucznych. Z kolei dla stosowanych w branży transportowej i kolejnictwie producent przygotował w tej serii obudowy tulejowe i obudowy gniazd z zamkniętym dnem.

Złącza stosowane w transporcie szynowym muszą mierzyć się z upałem, deszczem, śniegiem, trzaskającym mrozem, wibracjami i szarpaniem. Firma Staubli oferuje produkty, które dobrze radzą sobie w takich warunkach, np. złącza serii Railwayline. Spełniają one najwyższe wymagania jakościowe. Firma rozwija szeroką gamę produktów dla specjalnych projektów kolejowych na zamówienie, opierając się na technologii MULTILAM.