Posouzení výhod a nevýhod materiálů krytu

Kryty se dodávají v mnoha provedeních, velikostech a tvarech, avšak často zcela prvním kritériem při nákupu nového produktu a pravděpodobně tím největším faktorem ovlivňujícím kvalitu krytu je materiál, ze kterého je kryt vyroben. Znalost běžných materiálů má zásadní význam pro plánování, poptávání a údržbu elektrických a elektronických sestav.

Z obecného hlediska lze materiály krytů rozdělit do dvou kategorií: kovové a nekovové.

Nekovové materiály

Většina nekovových krytů je vyrobena z plastu, typicky ABS nebo polykarbonátu, tato kategorie však zahrnuje také sklolaminát.

Nekovové materiály jsou propustné pro vysokofrekvenční (RF) vlny a představují dobrou volbu pro bezdrátová komunikační zařízení, která vyžadují snadné odesílání a příjem signálů. Na druhou stranu může být tato funkce být škodlivá, pokud je třeba zařízení izolovat od elektromagnetického (EMI) a vysokofrekvenčního (RFI) rušení.

ABS

Akrylonitrilbutadienstyren neboli ABS je levný termoplast, který se snadno zpracovává a tvaruje. ABS je oblíbený plast pro vnitřní použití a navzdory své relativní hospodárnosti nabízí dobrou odolnost proti nárazu, tepelnou odolnost a všestrannost. Zatímco univerzální materiál ABS (GPABS) je nejúspornější typ, je k dispozici také ABS zpomalující hoření (FRABS), které poskytuje středně vysokou úroveň zpomalení hoření (UL 94V-0).

ABS kryty jsou často černé, šedé nebo bílé, ale nejsou neobvyklé ani barevné varianty jako žlutá, červená a modrá. Materiál ABS se snadno obrábí a upravuje. Bohužel není ideální pro použití při vysoké zátěži a je obtížné vytvořit materiál ABS v průhledné variantě.

Obrázek 1: ABS plastové kryty řady 1551MINI od společnosti Hammond. Jelikož u ABS není možné dosáhnout úplné průhlednosti, používá se průsvitné nebo „matné“ ABS. (Zdroj obrázku: Hammond Manufacturing)

Polykarbonát

Polykarbonát je rockovou hvězdou plastového světa. Nabízí vynikající odolnost proti nárazu, široký rozsah provozních teplot a odolnost proti poškození UV zářením. Jde o ideální plast pro mnoho venkovních, vysoce odolných a námořních aplikací. Polykarbonát stabilizovaný proti UV záření je odolný proti změně barvy a křehnutí vlivem slunečního záření a je přirozeně čirý. Z tohoto důvodu se často používá pro produkty, jako jsou brýlové čočky a čelní skla závodních vozů, stejně jako vysoce kvalitní kryty. Polykarbonát má vysokou odolnost proti hoření. Jak se dalo očekávat, polykarbonát je proto méně ekonomickou variantou než ABS, zejména na začátku projektu, ale jeho dlouhá životnost i v náročných podmínkách může z dlouhodobého hlediska ušetřit náklady.

Obrázek 2: Průhledné plastové kryty z polykarbonátu řady 1591T od společnosti Hammond. (Zdroj obrázku: Hammond Manufacturing)

Skleněné vlákno

Polyester vyztužený skleněnými vlákny, zkráceně FRP nebo GRP, se skládá z polyesterového plastu vyztuženého skleněnými vlákny. FRP, stejně jako polykarbonát, je vhodný pro venkovní použití, má dobrou odolnost proti nárazu a široký rozsah provozních teplot, dokonce i širší než polykarbonát. Vystavením UV záření však může dojít ke změně barvy. Vzhledem ke svému složení může FRP při řezání rozptylovat skleněné částice a k jeho úpravě jsou zapotřebí specializované osobní ochranné pomůcky a nástroje.

Polykarbonát i FRP nabízejí dobrou chemickou odolnost, přičemž oba jsou ideální pro použití ve slaném prostředí. FRP odolává rozpouštědlům a zředěným kyselinám a zásadám. Polykarbonát dobře funguje proti kyselinám a některým rozpouštědlům i zásadám. Před výběrem materiálu vždy prozkoumejte konkrétní nebezpečí.

Obrázek 3: Polyesterový kryt vyztužený skelnými vlákny, číslo dílu 1590ZGRP084 od společnosti Hammond. (Zdroj obrázku: Hammond Manufacturing)

Kovové

Na rozdíl od nekovových mají kryty vyrobené z kovu lepší stínící vlastnosti proti RFI a EMI. Kontakt kov na kov je nezbytný pro úplné stínění a také uzemnění, což je proces, který je nezbytný pro bezpečnost při manipulaci s elektrickými zařízeními uvnitř krytu. Kovové materiály jsou obecně přijatelné pro venkovní použití a mají dobrou odolnost proti nárazu.

U kovů je důležité dávat pozor na galvanickou korozi, nazývanou také koroze nepodobných kovů. Pokud se dva různé kovy dostanou do vzájemného kontaktu, ten, který je „zásaditější“ nebo snadněji odevzdává elektrony, začne rychleji korodovat, což způsobí strukturální i estetické poškození. Uživatelé by si například měli dbát opatrnosti, aby nepoužívali pozinkované šrouby nebo pozinkovanou ocelovou spojku u krytu z nerezové oceli.

Hliník

Hliník je neželezný kov, který je pevný, přestože jde o relativně lehký materiál. Kromě toho, že hliník může mít různé podoby, například hliníkový plech, extrudovaný hliník a hliníkový odlitek, má také různé vlastnosti v závislosti na použité slitině. Slitina se skládá ze základního materiálu (hliníku) a dalších kovů nebo prvků. Některé slitiny jsou pevnější než jiné, mají vyšší pevnost v tahu, lépe přijímají určité povrchové úpravy atd.

Hliník se snadno zpracovává a tvaruje a je nejlevnějším kovovým materiálem pro kryty.

Tlakově litý hliník

Kryty tlakově litého hliníku se vyrábějí litím roztaveného kovu do tvarovaných forem (také nazývaných dutiny). Jelikož je tlakové lití ideální pro malé až středně velké kryty, větší produkty budou mít tendenci používat namísto litého kovu plech. Proces je rychlý a produkuje konzistentní produkt. Tlakově lité kryty, jakož i vstřikované plastové kryty, mají vlastnost zvanou úhel úkosu. Stěny krytu musí být mírně nakloněny směrem ven, aby bylo možné kryt řádně vyjmout z odlitku. Stěny krytů z tlakově litého hliníku proto budou mít sklon několik stupňů.

Obrázek 4: tlustostěnný kryt z tlakově litého hliníku, objednací číslo Hammond: 1590Z110. (Zdroj obrázku: Hammond Manufacturing)

Extrudovaný hliník

Při extruzi se také používá roztavený hliník a lisovací forma, avšak místo vyplňování dutiny se extrudovaný hliník protlačuje lisovací formou, aby získal určitý tvar, a vytváří se tak velmi dlouhé extrudované kusy, které se pak zkracují na požadovanou velikost. Extrudované hliníkové kryty se obvykle skládají z extrudované trubky a kovových nebo plastových koncovek. Extruze velkých kusů, které lze zkrátit, je výhodná pro výrobce, který může mít připravenou zásobu trubek a dodávat kryty v různých délkách na požádání.

Extrudované hliníkové kryty se u společnosti Hammond dodávají s eloxovaným povrchem. Eloxování je proces, který zvyšuje tloušťku oxidové vrstvy krytu a zlepšuje odolnost jeho povrchu. Eloxování lze aplikovat v různých barvách. Některé hliníkové slitiny se eloxují dobře, jiné nikoliv; zatímco lisované kryty Hammond lze eloxovat, tlakově lité hliníkové kryty eloxovat nelze a namísto toho se lakují práškovou barvou.

Obrázek 5: extrudovaný hliníkový kryt s modrým eloxovaným povrchem (smontovaný). Objednací číslo Hammond: 1455L1201BU. (Zdroj obrázku: Hammond Manufacturing)

Obrázek 6: kryt z extrudovaného hliníku z obrázku 5 s modrým eloxovaným povrchem zobrazený v demontovaném stavu. (Zdroj obrázku: Hammond Manufacturing)

Hliníkový plech

Hliníkové plechy lze řezat a skládat a vytvářet tak kryty a panely. Na rozdíl od výlisků a lisovacích forem, které jsou omezeny vlastnostmi a rozměry nástrojů, lze z ohýbaného plechu vyrobit nesčetné množství krytů. Hliníkové plechy, zejména u tenčích rozměrů, neunesou mimořádnou hmotnost a lze očekávat, že se plech při přetížení ohne nebo zkroutí.

Obrázek 7: vnitřek složeného hliníkového šasi řady 1444 od společnosti Hammond. (Zdroj obrázku: Hammond Manufacturing)

Ocel

Ocel je široce používaný a spolehlivý materiál v mnoha průmyslových odvětvích. Ocel je slitina železa (vyrobená ze železa kombinovaného s uhlíkem). Ocelové plechy se používají ke konstrukci krytů a panelů, přičemž lze vybírat z různých typů oceli v závislosti na aplikaci. Ocel je těžší než hliník a zejména nerezová ocel může být dražší.

Měkká ocel

Měkká ocel, nazývaná také „nízkouhlíková ocel“, má nižší obsah uhlíku než standardní ocel a snáze se tvaruje a svařuje. Měkká ocel je levná a všestranná, ale pokud nemá povrchovou úpravu, oxiduje vlivem počasí. To je důvod, proč mají kryty z měkké oceli povrchovou úpravu práškovým lakem, na rozdíl od krytů z nerezové oceli nebo hliníku, které se dodávají v přírodním provedení nebo s menší povrchovou úpravou. Pro vnitřní panely, které nebudou vystaveny povětrnostním vlivům, lze používat přírodní měkkou ocel.

Obrázek 8: kryt z měkké oceli opatřený světle šedým práškovým lakem, objednací číslo Hammond: ST12126LG. (Zdroj obrázku: Hammond Manufacturing)

Pozinkovaná ocel

Pozinkovaná ocel se vyrábí ponořením oceli do zinkové lázně. Tento postup chrání povrch oceli bohatý na železo před rychlou korozí. Pozinkovaná ocel špatně odolává extrémně korozivním chemikáliím nebo mořskému prostředí. Pozinkovaná ocel je běžným materiálem pro vnitřní panely a vnitřní komerční kryty pro všeobecné použití. Po práškovém lakování ji lze používat v lehkých venkovních podmínkách.

Nerez

Nerezová ocel je slitina železa s obsahem chromu, který jí dodává odolnost proti korozi. Začleněním dalších prvků lze vytvořit různé třídy nerezové oceli. Nerezová ocel odolává korozi a není třeba ji povrchově upravovat. Tato ocel je vysoce odolná vůči kyselinám, zásadám a rozpouštědlům, nabízí vysokou kvalitu ve venkovním prostředí a snadno se čistí, čímž je ideální pro hygienicky citlivá prostředí, jako jsou lékařské nebo potravinářské a nápojové aplikace, kde bude kryt často oplachován hadicí.

Dvě nejrozšířenější třídy nerezové oceli:

• 304 - jedná se o nejběžnější druh nerezové oceli.
• 316 - jedná se o specializovanější třídu nabízející všechny výše uvedené výhody nerezové oceli a navíc odolnost proti korozi díky prvku molybden. Nerezová ocel 316 má vynikající vlastnosti v mořském prostředí.

Obrázek 9: volně stojící nerezový kryt, objednací číslo Hammond: HN4FS726036SS. (Zdroj obrázku: Hammond Manufacturing)

Klasifikace a materiály

Klasifikace krytu a jeho materiálu jdou ruku v ruce, neboť klasifikační systémy, jako jsou NEMA, UL a IP, posuzují kryt podle jeho chování v různých podmínkách.

NEMA - nejběžnější systém klasifikace průmyslových a elektrických krytů; jednotlivé typy klasifikace NEMA popisují, zda je daný kryt určen pro vnitřní nebo venkovní použití, zda je odolný proti korozi a míru jeho odolnosti vůči rizikům, jako jsou voda a nečistoty. Některé běžné typy klasifikace NEMA zahrnují:

• 12 a 13 - vnitřní použití, s určitou ochranou proti nečistotám a kapající vodě
• 3R - vnitřní nebo venkovní použití, s ochranou proti nečistotám a vlhkému počasí (déšť, plískanice, sníh)
• 4 - vnitřní nebo venkovní použití, kvalitní ochrana proti nečistotám, vlhkému počasí a stříkající nebo hadicí směrované vodě
• 4X - podobné jako 4, avšak s přidáním odolnosti proti korozi

Obrázek 10: hygienické modré silikonové těsnění lemuje dveře nerezového krytu řady HYW od společnosti Hammond. (Zdroj obrázku: Hammond Manufacturing)

Ingress Protection (IP) - IP klasifikace jsou definovány Mezinárodní elektrotechnickou komisí (IEC). Ačkoli je IP je typičtějším vyjadřováním pro kryty elektroniky, mezi klasifikacemi IP a NEMA existuje určité překrytí. První číslice IP klasifikace se týká prachotěsnosti, zatímco druhá číslice se týká vodotěsnosti. Některé běžné IP klasifikace zahrnují:

• IP54 - prachotěsné krytí s ochranou proti stříkající vodě
• IP65 - minimální krytí, které je považováno za vodotěsné, minimální doporučené krytí pro venkovní použití, prachotěsné, s ochranou proti tryskající vodě
• IP66 - prachotěsné, s ochranou proti silnému proudu vody
• IP67 - prachotěsné, s ochranou proti dočasnému ponoření do vody
• IP68 - prachotěsné, s ochranou proti trvalému ponoření do vody

Seznam UL - produkty uvedené v seznamu UL, jsou testovány nezávislými laboratořemi. Kryty splňují normy uvedené pod UL 508A. Mezi testy by nemělo docházet k vnikání vody; jinak nebude produkt zařazen do seznamu UL. Jsou zohledněny také další faktory, například konzistence materiálů, výrobní procesy, odolnost vůči UV záření a klasifikace hořlavosti. Seznam UL je cenným ukazatelem výkonnosti, kvality a bezpečnosti.

Obrázek 11: štítek UL uvnitř polykarbonátového krytu uvedeného na seznamu UL, objednací číslo Hammond: 1554C2GYCL. (Zdroj obrázku: Hammond Manufacturing)

Závěr

Při návrhu elektrické nebo elektronické sestavy je třeba vzít v úvahu mnoho faktorů, ale doufejme, že tento přehled materiálů a jmenovitých hodnot krytů pomůže zjednodušit jejich výběr.

Ať již daná aplikace vyžaduje jednoduchou plastovou krabičku pro ruční spínač nebo robustní nerezovou skříň, která musí odolávat slanému vzduchu na molu, kryty jsou bezpochyby důležitou součástí všech sestav.