Проектирование долговечных корпусов: Защита электроники от воды и мусора

Хочу поделиться опытом и знаниями о проектировании корпусов, защищающих от воды и мусора. Это неизбежно поднимает вопрос стандартов NEMA или IP, но иногда возникает путаница в их работе. Пишу, чтобы дать направление дизайнерам, решающим эту задачу. Для простоты ограничусь NEMA, но принципы те же для IP — всё актуально.

Сначала: дизайнеры должны четко понимать, чего хотят.

Просто экологическая защита? Или формальное требование соответствия стандарту NEMA (наложенное клиентом или менеджером)?

Я видел тысячи кастомных корпусов через Protocase с требованиями экологической стойкости, и большинство нуждаются только в защите. Клиенты часто используют стандарты NEMA, чтобы объяснить, что нужно: устойчивость к пыли, грязи, воде — но формальное соответствие NEMA не требуется.

Иногда клиенту нужно формальное соответствие NEMA, требующее тестов. Protocase не проводит тесты NEMA, но некоторые клиенты отправляют корпуса в сторонние лаборатории для сертификации. Принципы ниже те же.

Понимание классификации NEMA

Документ «NEMA Enclosure Types» стандартизирует спецификации электроустройств. Роль NEMA — задать, как корпус должен выполняться для классификации. Конкретно NEMA касается:

1. Защиты персонала от опасных внутренних частей
2. Защиты оборудования внутри от экологических опасностей

NEMA НЕ предписывает, как проектировать и производить корпус для соответствия — это в следующем разделе.

NEMA охватывает много типов. Наши клиенты обычно работают с подмножеством:

• NEMA Type 1 — общего назначения, для помещений, защита от контакта с живыми частями и мусора (пыль).
• NEMA Type 2 — обычно в помещениях, капельностойкий. Защита как Type 1 + защита от капающей и слегка брызгающей воды.
• NEMA Type 4, 4X — для помещений и улицы. Водонепроницаемый, пыленепроницаемый, устойчивый к наледи. Защита как Type 1, 2 + от падающей грязи, дождя, наледи, снега. Защита от повреждений внешним обледенением и брызгающей/струйной водой. Ржавостойкий (X = коррозионностойкость).
• NEMA Type 5 — обычно в помещениях, пыленепроницаемый. Защита как Type 2 + прокладки предотвращают доступ оседающей пыли, линта, волокон, льет.
• NEMA Type 6, 6P — помещения/улица, погружаемый. Защита как Type 4 + Type 6: защита от кратковременного погружения; Type 6P: защита от длительного погружения на ограниченной глубине.

Все типы защищают персонал от доступа к опасным частям.

Полный список типов NEMA — здесь.

Далее — разные семейства корпусов и как они защищают от экологических опасностей NEMA.

Типы корпусов для соответствия NEMA

Нестандартные корпуса из листового металла

Очень способны защищать от пыли, мусора, капающей/брызгающей воды. Могут соответствовать NEMA Types 1, 2, 4, 4X, 5. Но если нужно погружение в воду — не лучший выбор. Рекомендации:

• NEMA Type 1: простой двухчастный корпус, полностью закрытый сверху (L-образный, U-образный или экструдированный).
• NEMA Type 2: перекрывающиеся фланцы на всех открытых швах, приварка/точечная/штыревая сварка для закрепления швов. В зависимости от суровости среды — может потребоваться полная сварка швов. U-образный лучше — меньше швов для сварки.
• NEMA Type 4,4X: полная сварка швов + прокладки. Прокладки рекомендуются для всего, где вода рядом или направлена на корпус. В большинстве применений достаточно пенообразных полос или цельной прокладки. Герметизация крепежа обязательна при воде — рекомендуем уплотнение крепежа. Способы:

• • Стратегическое размещение крепежа, чтобы он не выходил внутрь корпуса.
  • Сборка с уплотняющими винтами (продаются готовыми, O-ring под головкой). Аккаунт-менеджер даст инфо.
  • Использование защелки или замка для закрытия. Петли также популярны для этого стиля.

Для Type 4X — выберите коррозионностойкий материал: нержавейку, алюминий или гальваннеал, и следуйте рекомендациям выше.

• NEMA Type 5: перекрывающиеся фланцы на всех открытых швах или полная сварка швов, в зависимости от среды. Опять же U-образный лучше для этого дизайна.

Нестандартные CNC-обработанные корпуса

Если нужен корпус для погружения в воду — это он. CNC-обработанный корпус может соответствовать NEMA Types 1, 2, 4(X), 5. Может быть полностью герметизирован, и с правильными O-ring или прокладками — водонепроницаемый для глубокого погружения, соответствуя NEMA Type 6(P).

При проектировании для водного погружения:

• Минимизируйте количество швов для герметизации — меньше деталей и швов = меньше шансов воды попасть внутрь.
• Алюминий — лучший вариант для обработки. Нержавейка возможна, но стоимость обработки намного выше. Другие материалы недостаточно коррозионностойки.
• Если O-ring в дизайне — держите его ближе к внутренней стороне отверстий сборки, чтобы предотвратить утечку через крепеж.
• Для финальной сборки — равномерный крутящий момент винтов для равномерного сжатия O-ring. Размер винта должен увеличиваться с ростом корпуса.
  • Примечание: Учитывайте шаг винтов при проектировании. Если слишком далеко — герметизация может страдать, comprometiendo водонепроницаемость.

Готовые литые корпуса (OTS) с CNC-доработкой

Также предлагаем линейку кастомизируемых литых корпусов (OTS) — готовые литые корпуса, которые мы кастомизируем. Могут быть водонепроницаемыми с правильным дизайном и уплотнениями, очень похожи на кастомные CNC-обработанные. С минимальной кастомизацией/вырезами и правильными прокладками/O-ring — могут соответствовать NEMA Type 6(P). Также легко соответствуют NEMA Types 1, 2, 4(X), 5.

Два главных отличия от кастомных CNC-обработанных:

• OTS Cast — стартуем из готового корпуса, ограничены складскими размером и формой.
• OTS значительно дешевле (нет отходов материала при литье, тогда как CNC — из цельного бруска).

Если можете жить с ограничениями размера/формы — кастомизируемый литой корпус — экономичный выбор.

Как и для CNC-обработанных, для водонепроницаемости нужно, чтобы каждый проникающий элемент (разъемы, переключатели и др.) был соответствующим образом водонепроницаем и оснащен прокладкой/уплотнением.

Как сказано, Protocase не проводит тесты NEMA/IP у себя, но некоторые клиенты отправляют корпуса для тестов. Где тестировать — здесь.

Если интересно и есть вопросы по NEMA или типам корпусов — спрашивайте на info@protocase.com или в комментариях.

---

Материалы и услуги: www.protocase.com

Protocase дает инженерам и дизайнерам новый опыт: нестандартные корпуса, панели и детали с беспрецедентной скоростью, простотой и сервисом.