Взболтать, но не смешивать! Надежный конструктив для мобильных устройств.

Корпуса для электронных приложений призваны решать широкий спектр задач, в том числе обеспечивать всестороннюю защиту размещенной в них электроники. Помимо защиты от электромагнитных помех внутри и снаружи корпуса в этих устройствах также важна механическая устойчивость и безопасность. Особо строгие требования предъявляются к качеству корпусов, используемых в тяжелых условиях (в строительной технике, морских приложениях) или при мобильной эксплуатации (в железнодорожном транспорте, например). Поскольку хранящиеся в них устройства зачастую являются критически важными для обеспечения безопасности всей системы, высокая механическая прочность и устойчивость к воздействиям окружающей среды (влаги, тепла, а также инородных тел) являются для таких корпусов обязательными. Именно для этой области специального применения компания HEITEC расширила свою многофункциональную линейку крейтов HeiPac Vario, разработав новую надежную версию HeiPac Vario HEAVY. Электроника должна безопасно функционировать даже в самых жестких условиях! Благодаря особой конструкции, крейт HEAVY сохраняет устойчивость при особо высоких уровнях вибрации и ударах. Одновременно с этим он выдерживает большие монтажные нагрузки – более 60 кг. Компоненты крейта изготовлены из высококачественного алюминиевого сплава AW-6060 T66, который для достижения высокого уровня прочности подвергается специальной обработке. Для обеспечения электрического контактирования поверхность хроматируется в соответствии с требованиями электромагнитной совместимости (ЭМС), с соблюдением директив RoHS. В базовой конфигурации крейт состоит из боковых стенок, профильных шин и монтажных фланцев (рис. 1). Все эти элементы в совокупности определяют общую жесткость корпуса и стойкость к воздействиям поперечных сил и сил сдвига, действующих внутри крейта. При этом монтажные фланцы служат не только для стабилизации корпуса, они позволяют размещать крейт как в шкафу управления, так и на монтажной панели. И поскольку в типичном случае применения корпус в шкафу закреплен только фланцами, они несут на себе всю нагрузку встраиваемой системы. Поэтому при больших монтажных нагрузках необходимы особо прочные монтажные фланцы. Но как достичь такого высокого уровня надежности? С помощью анализа методом конечных элементов конструкция компонента была максимально оптимизирована для достижения требуемой прочности. Так для фланца HeiPac Vario HEAVY HEITEC реализовал два ключевых аспекта в конструкции. Во-первых, была расширена часть фланца, которая крепится к боковой стенке крейта. Это увеличивает площадь контактной поверхности с боковой стенкой, обеспечивает двойное винтовое крепление и соответствующее контактное давление, поддерживая высокую стабильность всей системы. Кроме того, было решено использовать материал большей толщины, благодаря чему площадь момента инерции фланца значительно увеличилась и, следовательно, увеличилась жесткость компонента. Другая конструктивная особенность расположена на стороне внутреннего угла монтажного фланца. Известно, что это самая слабая точка компонента, имеющая тенденцию к повреждению при высокой монтажной нагрузке в стойке. Поэтому фланец был спроектирован таким образом, что вместо двух поверхностей, соединенных встык, материал в этом месте идет по радиусу. Надежность поперечного соединения боковых стенок – так называемых профильных шин – также обеспечивает общую стабильность системы, оказывая сопротивление прогибу и кручению (anti-twist). Для повышенной жесткости применяются шины с увеличеным поперечным сечением и двойным винтовым креплением с боковыми стенками, что значительно повышает устойчивость, особенно при сопротивлении кручению. Если рассмотреть отклонение профильной шины в упрощенной модели (см. Рис. 3), то во внимание принимается равномерно распределенная нагрузка. В этом случае изгибающий момент Mb в середине профиля является наибольшим, и соответсвенно, отклонение W здесь также наибольшее. Чтобы система полностью функционировала даже при высоких нагрузках, необходимо обеспечить жесткость корпуса при изгибе, которая позволит избежать повреждения электронных компонентов, например, установленных внутри модулей и карт. При обеспечении стабильности системы не следует также пренебрегать и качеством крепежного материала. Поэтому в HeiPac Vario HEAVY винты высокого класса прочности 8.8 имеют прочность на растяжение 800 Н/мм2 . Для предотвращения нежелательного ослабления крепежа в комплектации крейтов HEAVY (как и всей линейки HeiPac Vario) применяются винты с контрнасечкой под головкой (рифление). Все линейки крейтов HEITEC протестированы и сертифицированы независимыми испытательными лабораториями. Так, для HeiPac Vario HEAVY проводились испытания в соответствии со стандартом EN50155, обобщающим требования для применения на железнодороном транспорте, и DIN EN61587–1, определяющим испытания на механические и климатические нагрузки. Тестирование по стандарту обычно требует некоей практически применимой конструкции (см. рисунок 4). Это означает, что все компоненты, используемые в испытуемой системе, будут установлены и в конечном приложении. В этом ключе типичной является конструкция крейта с верхними и нижними защитными панелями, кроссплатой, направляющими для карт, задним защитным кожухом, передними панелями и соответствующими нагрузочными модулями для имитации реального использования. При испытаниях на динамическую нагрузку смонтированный крейт устойчиво фиксируется на испытательном стенде и подвергается различным вибрационным и ударным нагрузкам. На систему оказывается воздействие в несколько сотен кН. Необходимо, чтобы испытуемое устройство выдержало самые экстремальные ускорения, выходящие далеко за рамки реальных условий. Если крейт проходит этот тест без повреждений, он идеально подходит для использования даже в самых суровых случаях применения. HeiPac Vario HEAVY был протестирован по нормативам DL2V или DL2S, которые соответствует типовым требованиям железнодорожной и транспортной промышленности. При этом показатели надежности HEAVY значительно превосходили значения стандартных требований, превышая предписания стандарта по части установочной нагрузки. Разумеется, система должна выдерживать и статические нагрузки, что проверяется отклонением профильной шины: в соответствии с DIN EN61587–1 оно не должно превышать 0,4 мм. Данная норма гарантирует, что электронные модули, размещенные в направляющих для карт, будут оставаться подключенными и полноценно функционировать даже при большой нагрузке. Как показано на рисунке 3, при равномерно распределенной нагрузке в середине профильной шины отклонение максимально, и в этой точке оно не должно превышать 0,4 мм. Так, конструктив HeiPac Vario HEAVY в исполнении 3U высоты полностью удовлетворяет этому требованию стандарта для монтажной нагрузки 10 кг. Кроме того, благодаря техничеким характеристикам направляющих для карт HEITEC система сохраняет полную работоспособность даже при монтажной нагрузке 15 кг! Конструкция этих направляющих для карт уникальна и является запатентованным решением HEITEC. Таким образом, благодаря надежной конструкции HeiPac Vario HEAVY предполагает широкий спектр использования. Конечно, его применение наиболее типично на железнодорожном и автомобильном транспорте в условиях вибрации, а также в оборонных или морских приложениях. Однако способность HeiPac Vario HEAVY выдерживать очень высокие нагрузки и возможность ЭМС-оснащения позволяет использовать его в секторе энергетики, на электростанциях, а также в лабораторном оборудовании, поскольку именно в этих областях отдельные приложения (необязательно содержащие печатные платы) могут обладать высокой монтажной нагрузкой и быть требовательны к соблюдению ЭМС директив.

Алексей Катютин, менеджер по продукции.

www.rittal.ru