Automatyka i urządzenia do zastosowań specjalnych

Warunki panujące w przemyśle oraz wielu miejscach poza nim – w pojazdach szynowych, na statkach czy też na budowach, są często niekorzystne dla maszyn i urządzeń. Ekstremalnie wysokie oraz niskie temperatury, zapylenie, wilgoć, chemikalia czy drgania powodują awarie i przyspieszają zużywanie się wyposażenia. Stąd też, aby zapewnić jego jak najdłuższe i bezpieczne funkcjonowanie, stosuje się odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne, a także specjalnie dobrane wyposażenie i automatykę. Przedstawiamy omówienie tych zagadnień, w szczególności w kontekście przemysłu, sektora budowlanego i rolnictwa.

Woda wnikająca do obudowy powoduje zwarcia. Podobnie negatywnie wpływają deszcz, śnieg, środki chemiczne (smary, rozpuszczalniki, sól drogowa, środki myjące). Na kontakt z nimi narażone są m.in. wyposażenie statków i morskich elektrowni wiatrowych i panele operatorskie w sprzęcie górniczym, budowlanym, pojazdach komunalnych (odśnieżarki, śmieciarki), ratowniczych (wozy strażackie). Szafy elektryczne i obudowy na przykład w zakładach produkcji żywności, obróbki drewna, kopalniach są z kolei użytkowane w warunkach dużego zapylenia. Drobiny pyłu, które przenikają do ich wnętrza, też są źródłem wielu problemów (zwarcia, zatykanie wentylacji powodujące przegrzewanie).

Odporność na płyny i pyły zapewnia dobór właściwego materiału obudowy, materiału i typu jej uszczelnień i specjalna konstrukcja złączy. Poziom ochrony opisuje stopień IP. Kod IP składa się z dwóch cyfr. Pierwsza, od 0 do 6, opisuje poziom zabezpieczenia przed wnikaniem do wnętrza urządzenia ciał stałych, a druga, od 0 do 9, wody. Przykładowo obudowa o stopniu ochrony IP58 ma zagwarantowaną pyłoodporność i szczelność przy zanurzeniu ciągłym, IP56 – pyłoodporność i szczelność w razie zalania falą wody, a IP67 – pyłoszczelność i szczelność przy zanurzeniu czasowym.

Uszczelki

Obudowy przed wnikaniem ciał obcych chronią uszczelki: w postaci pasków, wycięte w kształt obrysu łączonych elementów lub wylewane w formie pianki, która zastyga. Pierwsze są tanie, ale na złączach i w rogach szybko niszczeją. Nie dotyczy to uszczelek wylewanych, ich zaletą jest ciągłość na całym obwodzie i dobra przyczepność do podłoża. Są tanie. Uszczelki wycinane są zwykle droższe.

Materiał uszczelki musi być odporny na te same czynniki zewnętrzne, co obudowa. Wykonuje się je zwykle z TPE, czyli elastomerów (kauczuków) termoplastycznych, PUR (poliuretanu), EPDM (terpolimeru etylenowo-propylenowo-dienowego) o dużej wytrzymałości na rozciąganie, neoprenu, silikonu. Najpopularniejszy jest neopren. Zaletą poliuretanów jest łatwość wytwarzania uszczelek o nieregularnych kształtach. Za silikonem przemawia odporność na promienie słoneczne i szeroki zakres temperatur pracy (–60°C... +170°C). Jest jednak droższy niż pozostałe materiały.

Złącza

Krytycznym elementem obudów są złącza. By nie dopuścić do przenikania przez nie czynników środowiskowych, korzysta się z modeli z uszczelnieniem. Popularne są złącza wodoodporne i pyłoszczelne oraz złącza hermetyczne.

Wodoodporność i pyłoszczelność zapewniają uszczelnienia z tworzyw sztucznych. W złączach hermetycznych izolację kontaktów wykonuje się ze szkła, ceramiki, żywicy. Są projektowane tak, by wytrzymały wysokie ciśnienie. Gazoszczelność wymagana jest w zastosowaniach specjalnych w wojsku, lotnictwie, na dużych głębokościach w eksploracji dna morskiego.

Popularnością cieszy się zwłaszcza pierwszy materiał. Zalety złączy hermetycznych z uszczelnieniem ze szkła to: trwałość, wytrzymałość mechaniczna i temperaturowa. Gazoszczelność uzyskuje się, topiąc szkło w piecu, aż wypełni przestrzeń między kontaktami i obudową wkładki, a między szkłem i metalem wytworzą się trwałe wiązania. Wtedy temperatura jest obniżana aż do schłodzenia wkładów.

Szkło i metal muszą mieć zbliżone współczynniki rozszerzalności termicznej. Zapobiega to powstawaniu niekontrolowanych naprężeń i przesunięć komponentów wkładki przy zmianie temperatury.