10 vinkkiä elektroniikkakotelon määrittelyyn

Uutta projektia aloitettaessa täytyy ottaa huomioon monia asioita, eikä vähäisin niistä ole kotelo, johon komponentit sijoitetaan. Kotelo on komponentti, jonka kuluttajat näkevät ja jonka kanssa he toimivat vuorovaikutuksessa, ja käyttäjä haluaa varmistaa, että kotelolla on kaikki sen käyttötarkoituksen vaatimat ominaisuudet.

Kotelovalmistaja Hammond Manufacturingin kokemuksen mukaan on olemassa 10 yleistä, mutta tärkeää kriteeriä, jotka on pidettävä mielessä koteloa valittaessa.

1. Koko

Täydellisessä maailmassa kotelo valitaan ennen piirilevyn suunnittelua. Näin varmistetaan, että piirilevystä tulee juuri oikean kokoinen ja, jos kotelossa on kiinnitystapit, että kiinnitysreiät ovat juuri oikeassa paikassa. Joskus käy kuitenkin väistämättä päinvastoin, ja käyttäjän täytyy sovittaa piirilevy koteloon.

Kuinka suuri piirilevy on? Tuleeko se asentaa vaaka- vai pystysuoraan? Monissa muovikoteloissa on kotelon sivuihin valetut urat suoraa pystyasennusta varten tai ylä- ja alapintaan valetut piirilevyn kiinnitystapit vaaka-asennusta varten. Suulakepuristettujen alumiinikoteloiden sivuilla on tyypillisesti koko pituuden urat piirilevyn vaakasuoraa asennusta varten. Kuinka paljon tilaa tarvitaan (jos lainkaan) ulkopinnoilla merkkivaloille, kytkimille, liittimille, kaapeliläpivienneille ja vastaaville komponenteille? Millainen korkeus tarvitaan piirilevylle asennettavia komponentteja tai useita horisontaalisia piirilevyjä varten?

Kuva 1: Hammondin 1591T-sarjan muovikotelot, joissa on sisäiset korttiohjaimet. (Kuvalähde: Hammond Manufacturing)

Kuva 2: Hammondin 1455-sarjan suulakepuristettu alumiinikotelo urilla piirilevyä varten. (Kuvalähde: Hammond Manufacturing)

2. Asennusympäristö

Missä tuotetta aiotaan käyttää? Sisällä, ulkona vai molemmissa? Ulkoasennuksissa UV-kestävyys on mahdollinen ongelma muovikoteloiden kohdalla, joten polykarbonaatti toimii oletusvalintana. Ovatko iskut ja tärinä mahdollinen ongelma liikkuvissa sovelluksissa, kuten maantie- ja rautatieliikenteessä? Onko riskiä, että kotelon sisään pääsisi vettä tai pölyä (ks. kohta 5 jäljempänä)? Onko ympäristössä mahdollisesti epäpuhtauksia, kuten öljyjä tai kemikaaleja? Onko iskunkestävyys mahdollinen ongelma? Onko odotettavissa erityisen korkeita tai matalia lämpötiloja?

ABS soveltuu erinomaisesti sisä- ja käsikäyttöön. Polykarbonaatti on hyvän lämpötilankestävyytensä, UV-kestävyytensä ja iskunkestävyytensä ansiosta kelpo materiaali ulkokäyttöön ja teollisempiin käyttökohteisiin. Metalli, kuten valettu alumiini, kestää paremmin iskuja ja lämpötiloja.

Kuva  3: Hammondin 1554-sarjan polykarbonaattikotelo, jossa on läpinäkyvä kansi. (Kuvalähde: Hammond Manufacturing)

3. Materiaali

Pienissä koteloissa valinta tehdään yleensä muovin (mukaan lukien ABS ja polykarbonaatti) ja metallin (mukaan lukien valettu, taivutettu tai suulakepuristettu alumiini ja teräs) välillä. Polykarbonaatti määritellään yleensä ulkokäyttöön, koska se kestää auringon aiheuttamaa haurastumista ja värjäytymistä paremmin kuin ABS.

Alumiinikotelot kestävät hyvin iskuja ja ovat luonnostaan sähköä johtavia, mutta maalatut tai anodisoidut pinnoitteet eivät saa peittää liitäntäalueita, jotta johtavuus säilyisi koko kotelossa. Jotkin suulakepuristetut kotelorakenteet tarjoavat sellaisia ominaisuuksia kuten useita lamelleja, jotka lisäävät pinta-alaa ja parantavat lämmönpoistoa. Valetut alumiinikotelot ovat vahvoja ja kestäviä. Ne eivät syövy, ne johtavat sähköä, niillä on luontaisesti korkea sähkömagneettinen vaimennustaso ja ne on helppo koneistaa. Valettu kotelo on ihanteellinen ja edullinen valinta sovelluksiin, joissa iskunsuojaus on tärkeää, joissa EMC voi olla ongelma tai joissa on odotettavissa korkeita lämpötiloja, pölyä tai vettä.

4. EMC (sähkömagneettinen yhteensopivuus)

Muovikoteloilla on yksi erityinen heikkous: ne eivät tarjoa EMC-vaimennusta. Jos koteloidun elektroniikan lähettämät sähkömagneettiset häiriöt (EMI) tai radiotaajuushäiriöt (RFI) tai herkkyys ulkoisille kentille on mahdollinen ongelma, suojauksen puute voi aiheuttaa ongelmia. Muovikotelon sisäpinnoille voidaan levittää eri materiaaleista valmistettuja sisäpinnoitteita eri vaimennustasojen saavuttamiseksi projektin vaatimusten mukaan. Tarjolla on erilaisia materiaaleja eri paksuuksina, jotta voidaan valita kaikkein kustannustehokkain ja teknisesti sopivin ratkaisu.

Jos metallikotelot on suunniteltu siten, että ylä- ja alaosien sekä irrotettavien paneelien välillä on sähköinen jatkuvuus, niiden EMC-tason pitäisi olla enemmän kuin riittävä useimpiin kaupallisiin sovelluksiin. Kotelon kahden puoliskon yhdistämiseen käytetään sähköä johtavaa tiivistettä.

5. Tiivistys ympäristövaikutuksia vastaan

Altistuuko kotelo ympäristöriskeille, kuten vedelle tai pölylle? Tätä käsittelevä kansainvälinen standardi on EN 60529, joka määrittelee luokitukset IPXX-muodossa, jossa ensimmäinen numero määrittelee suojauksen kiinteitä esineitä vastaan ja toinen numero suojan veden sisääntunkeutumista vastaan.

IP54-luokitellut kotelot soveltuvat tyypillisesti yleiskäyttöön. Kun asennus tapahtuu ympäristöön, joissa esiintyy todennäköisesti pölyä ja vettä, määritellään vaatimustasoksi yleensä IP66, 67 tai 68, joka saavutetaan käyttämällä tiivistettä. Korkein luokitus on IP69K, joka suojaa höyrypuhdistukselta korkeassa paineessa. Pohjois-Amerikassa koteloiden suojaus ympäristötekijöiltä määritellään yleensä NEMA (National Electrical Manufacturers Association) -numerolla. NEMA-luokitukset edellyttävät myös ylimääräisiä tuoteominaisuuksia ja -testejä, kuten toimivuutta jäisissä olosuhteissa, kaapeliliitäntöjen aukkoja ja muita seikkoja, joita ei oteta huomioon IP-luokituksissa.

Kuva 4: Jotkin kotelot, kuten tämä 1551SNAP-sarjan kotelo, on suunniteltu sellaisiksi, että ilma pääsee niiden sisään. Näitä voidaan käyttää esimerkiksi ympäristötekijöiden mittaussovelluksissa. (Kuvalähde: Hammond Manufacturing)

6. Metalliosat

Kotelopaneelit ja -kannet on kiinnitettävä vastakappaleisiinsa, ja muovi- ja painevalukoteloille on käytettävänä kaksi päämenetelmää. Itsekierteittävä ruuvi kiinnitetään joko suoraan alustamateriaaliin tai koneruuvi liitetään alustassa olevaan kierreosaan (tai holkkiin). Koneruuvi on suositeltavampi, jos laitteen käyttöiän aikana on odotettavissa toistuvia avauksia ja sulkemisia, kun taas itsekierteittävä ruuvi riittää pysyvästi kiinnitettäviin sovelluksiin.

Kuva 5: Hammondin 1591-sarjan hinnaltaan edullinen muovikotelo ilman messinkiosia (vasemmalla) ja palamista hidastava muovikotelo messinkiosilla (oikealla). (Kuvalähde: Hammond Manufacturing)

7. Ulkoasu

Vaikka estetiikka voi toki olla subjektiivista, käyttäjällä on todennäköisesti ainakin yleinen käsitys siitä, miltä tuotteen pitäisi näyttää ja tuntua. Muovikoteloissa on valittavana läpinäkymätöntä tai läpikuultavaa materiaalia useissa eri väreissä. Ne ovat kevyitä ja niissä on usein upotetut kannet kalvonäppäimistöjä ja näyttöjä varten. Suulakepuristetuissa koteloissa on tyylikäs anodisoitu pinta, joka voidaan yhdistää lisävarusteisiin, kuten värikkäisiin muovikehyksiin näyttävän ulkoasun saamiseksi. Valetut alumiinikotelot voidaan maalata useilla eri väreillä, ja niitä suositaan pitkälle räätälöidyissä tuotteissa, kuten kitarapedaaleissa. Joskus järeä, viimeistelemätön painevalukotelo on kaikki, mitä käyttäjä tarvitsee!

Kuva 6: Hammondin 1590-sarjan maalatut ”stomp box” -valetut alumiinikotelot. (Kuvalähde: Hammond Manufacturing)

8. Tuotteiden ja tuen saatavuus

Monet erikoistuneet valmistajat tuottavat elektroniikka- ja sähköteollisuuden vakiokoteloita monenlaisina eri kokoina, malleina ja tyyppeinä. Valettu, suulakepuristettu tai painevalettu kotelo saattaa vaikuttaa yksinkertaiselta, mutta on todellisuudessa kattavan suunnitteluasiantuntemuksen tulos. Se perustuu runsaasti omaisuuksia tarjoavaan koteloon, joka soveltuu käytettäväksi monenlaisissa sovelluksissa ja ympäristöissä. Jälleenmyyjät pitävät hyllyissään suurta varastoa vakiokoteloita, ja uusin trendi on, että jälleenmyyjät tekevät yhteistyötä valmistajien kanssa tarjotakseen teknistä tukea asiakkailleen ja työskentelevät heidän kanssaan suunnitteluvaiheessa auttaakseen heitä valitsemaan haluttuun sovellukseen parhaiten sopivan kotelon.

9. Ladattavat piirustukset ja tukimateriaalit

Jokainen hyvämaineinen koteloiden valmistaja ja jakelija tarjoaa verkkosivustollaan kattavan kirjaston teknisiä tietoja. Tyypillisiä ladattavia resursseja ovat suunnittelu- ja muutosvaatimuksissa tarvittavat PDF- ja CAD-muodossa olevat mittapiirustukset, tekniset yksityiskohdat ja tärkeimmät tuoteominaisuudet.

Kuva 7: Kaikkien Hammondin koteloiden mitoituspiirustukset ovat ladattavissa. (Kuvalähde: Hammond Manufacturing)

10. Räätälöinti

Kaikkia koteloita on muokattava jollakin tavalla, jotta ne olisivat käyttökelpoisia, esimerkiksi lisäämällä reikiä liittimiä varten tai painamalla tarroja ja logo. Hammond tarjoaa omia sisäisiä koneistus- ja painatuspalvelujaan pienellä vähimmäistilausmäärällä. Kotelotyyppi avaa ainutlaatuisia mahdollisuuksia räätälöintiin. Voimme esimerkiksi asentaa metalliseen koteloon puristettuja kiinnikkeitä, kuten asennuskorokkeita, muuttaa suulakepuristettujen alumiinikoteloiden pituuden halutuksi ja valaa muovikoteloita halutun värisenä. Katso lisätietoja muokatuista koteloista DigiKeyn Custom Enclosures -sivulta.

Kuva 8: 1455-sarjan suulakepuristettu alumiinikotelo, johon on lisätty värikkäät kehykset, aukot ja painatus. (Kuvalähde: Hammond Manufacturing)

Yhteenveto

Kaikki nämä vinkit eivät päde kaikkiin projekteihin, mutta niiden huomioon ottaminen auttaa suunnittelijoita pitämään kokonaiskuvan mielessä - tietyn kotelon lyhyen ja pitkän aikavälin saatavuuden ymmärtämisestä aina täydellisen laatikon mitoittamiseen seuraavaa projektia varten. Kun otetaan huomioon mitat ja tekniset vaatimukset sekä toteutettavuus ja estetiikka, varmistetaan, että jokainen projekti sujuu mahdollisimman sujuvasti prototyypistä käyttöönottoon.