Conception pour environnements difficiles avec des connecteurs étanches

Les concepteurs intègrent de plus en plus d'électronique dans des espaces de plus en plus difficiles ou confinés, en particulier dans les transports, les systèmes industriels et les appareils électroménagers intelligents comme les machines à laver. Dans de telles applications, le routage des interconnexions peut entraîner de nombreux problèmes de fiabilité et de sécurité de fonctionnement en raison de la poussière, de la pénétration d'humidité, des températures extrêmes et des contraintes mécaniques.

Même au sein d'un même système, les exigences des connexions individuelles peuvent varier considérablement. Les câbles transportant des signaux numériques basse tension ont des problèmes d'interconnexion différents de ceux des fils plus épais transportant des hautes tensions pour les moteurs et la distribution de l'alimentation. Un mauvais choix de connecteur peut entraîner des défaillances complètes ou intermittentes des signaux, des temps d'arrêt coûteux et des problèmes de maintenance.

Cet article traite des défis liés à la sélection de solutions d'interconnexion de câbles appropriées, suffisamment robustes pour l'application. Il explique comment l'utilisation correcte d'un système de connecteur de câble avec protection IP67 et étanchéité USCAR-2 de classe 2 peut garantir des interconnexions fiables qui réduisent également le coût de maintenance et de réparation. Il présente ensuite diverses solutions d'interconnexion de câbles avec protection IP67 et étanchéité USCAR-2 de classe 2 de Molex, et montre comment elles peuvent être utilisées pour répondre à un large éventail d'exigences applicatives.

Considérations relatives à la conception d'interconnexions industrielles

Les concepteurs d'équipements pour les environnements industriels doivent tenir compte des contaminants particulaires, des liquides et des températures extrêmes. De plus, les systèmes industriels doivent être conçus pour faire face aux conditions imprévisibles dues à des changements dans l'environnement ou l'équipement.

Les installations industrielles telles que les usines et les entrepôts utilisent une variété de solutions d'interconnexion, dont beaucoup sont très résistantes. Les voitures et les camions sont considérés comme des environnements industriels mobiles. Il existe des lignes directrices générales à prendre en compte pour ces situations d'interconnexion. La plus fondamentale est la résistance à tout type de matières particulaires, qu'il s'agisse de limaille de fer, de fragments de métal, de poussières ou de poudres fines. Plus les matières particulaires sont fines, plus la probabilité qu'elles soient en suspension dans l'air est élevée. Par exemple, la poussière, la suie et d'autres particules fines provenant d'équipements lourds peuvent être maintenues en hauteur par des ventilateurs et des systèmes de ventilation et atterrir à plusieurs mètres de leur source. Ces particules peuvent pénétrer dans toutes les ouvertures non étanches, y compris les connecteurs raccordés, et contaminer les surfaces intérieures. Cela peut entraîner des problèmes de raccordement s'étendant de dysfonctionnements intermittents dus à la résistance de connexion à la perte totale de contact. De plus, si les matières particulaires sont abrasives ou corrosives, elles peuvent provoquer une défaillance permanente du connecteur, entraînant un remplacement long et coûteux.

On trouve également divers fluides dans les environnements industriels. L'eau, l'essence, les huiles et divers produits chimiques sont fréquents dans les environnements industriels lourds. La pénétration de ces liquides sous forme de fluide ou de vapeur dans un système de connecteur raccordé peut provoquer des courts-circuits et, là encore, des défaillances de l'équipement.

Systèmes d'interconnexion répertoriés IP67

Au lieu de fabriquer une variété de connecteurs pour différentes conditions environnementales industrielles, l'industrie a normalisé l'utilisation de fils, de câbles et de systèmes de connecteurs répertoriés IP67. Le code IP à deux lettres signifie officiellement indice international de protection, mais on parle plus souvent d'indice de protection. Le niveau IP67 définit la résistance d'un système d'interconnexion aux particules et aux corps étrangers, ainsi que sa résistance à l'infiltration d'eau.

Le « 6 » dans IP67 indique qu'une interconnexion est totalement imperméable à toute matière particulaire, y compris la poussière fine, et ce, principalement grâce un joint étanche entre les boîtiers des deux connecteurs raccordés. Le « 7 » indique qu'un système d'interconnexion IP67 peut résister à une immersion dans l'eau jusqu'à une profondeur de 1 mètre pendant 30 minutes. Cela est suffisant pour la plupart des environnements industriels.

Le joint étanche entre les boîtiers raccordés des deux connecteurs est utile, mais la résistance à l'eau est principalement assurée par un joint de connecteur qui est typiquement non seulement résistant à l'eau mais également résistant à de nombreux produits chimiques. Différents matériaux de joints sont résistants à différents produits chimiques, c'est pourquoi le matériau de joint utilisé est une considération importante lors de la sélection d'un système d'interconnexion.

Connexion de signaux numériques basse puissance

Bien entendu, tous les systèmes d'interconnexion de câbles n'ont pas les mêmes besoins. Les solutions d'interconnexion pour les signaux logiques numériques dans les équipements répertoriés IP67 ne doivent généralement pas dépasser 5 volts (V) à des courants d'environ 500 milliampères (mA). Ces signaux basse puissance utilisent de petits connecteurs de câbles légers qui ne sont généralement pas exposés à des contraintes physiques importantes. Les connecteurs doivent être faciles à raccorder pour un assemblage rapide de l'équipement, et suffisamment légers pour ne pas exercer de contrainte sur les fils à faible courant dans l'assemblage de câbles. Pour ces applications d'interconnexion, Molex propose le système de connecteur fil-à-fil miniature Mizu-P25. Ces connecteurs étanches certifiés IP67 préviennent l'infiltration de poussière et d'eau dans l'assemblage raccordé, et ce, dans un boîtier compact et pratique.

Un exemple de paire raccordée de connecteurs Mizu-P25 répertoriés IP67 est le système de connecteur étanche à deux positions à fiche 0521160240 de Molex et prise 0521170240 de Molex (Figure 1). Lorsqu'ils sont entièrement raccordés, les deux connecteurs ne mesurent que 25,5 mm de long, ce qui convient aux petits boîtiers étroits.

Figure 1 : Le système de connecteur à deux positions à fiche 0521160240 et prise 0521170240 Mizu-P25 de Molex garantit une protection robuste contre la poussière et l'eau. Les connecteurs raccordés ne mesurent que 25,5 mm de long et produisent un clic audible net lorsqu'ils sont correctement raccordés. (Source de l'image : Molex)

Le logement et le capot de chaque connecteur sont en polyester, qui offre une excellente résistance à l'eau, est ignifuge et ne se décolore pas ou ne se fissure pas en cas d'exposition prolongée au soleil. Les connecteurs en polyester sont également résistants à la rupture et se courbent lors d'une utilisation normale tout en résistant à la déformation. Cela rend le système de connecteur suffisamment robuste pour un traitement difficile lors de l'assemblage de l'équipement. Les connecteurs en polyester présentent également une excellente résistance au cisaillement, idéale pour l'abrasion par glissement qui se produit lors de la connexion et de la déconnexion des connecteurs.

Le joint de bague de connecteur et le joint d'extrémité de fil sont tous les deux des joints en silicone qui fournissent une étanchéité à l'eau et à la poussière. Comme les joints en silicone maintiennent la flexibilité à basse température, ces connecteurs sont parfaitement adaptés aux équipements basse température tels que les réfrigérateurs et les équipements d'extérieur par temps froid. Ces connecteurs ont deux positions avec un pas de 5 mm, isolant ainsi les deux signaux en toute sécurité. Ils sont assemblés par l'utilisateur à l'aide de broches serties pour faciliter le montage.

Le système de connecteur est conçu pour un raccordement aisé, quelles que soient les bornes à sertir choisies par les développeurs du système. Lorsqu'ils sont correctement raccordés, les connecteurs émettent un clic clairement audible pour indiquer que les connecteurs sont solidement connectés. Cela aide les techniciens lors de l'assemblage du système et garantit l'étanchéité.

Ce système de connecteur Mizu-P25 de Molex est répertorié à 250 V et présente une plage de températures de fonctionnement de -40°C à +105°C. C'est pourquoi le système de connecteur à fiche 0521160240 et prise 0521170240 Mizu-P25 de Molex convient aux produits blancs et à de nombreux systèmes industriels par temps froid. L'indice IP67 indique aux concepteurs d'équipements que le système de connecteur est protégé contre l'infiltration d'eau et de poussière et qu'il ne nécessite pas de tests environnementaux approfondis.

Interconnexion robuste et étanche pour une maintenance aisée

Parfois, les systèmes d'interconnexion doivent supporter des courants plus élevés et être faciles à entretenir en environnements difficiles. Le système d'interconnexion doit non seulement fournir une connexion sûre qui ne se déconnecte pas accidentellement, mais également être facile à déconnecter pendant les activités de maintenance. Pour ces situations, les concepteurs peuvent utiliser le système d'interconnexion fil-à-fil étanche Squba de Molex. Les connecteurs Squba sont également répertoriés IP67 et ils peuvent fournir plus de puissance dans un facteur de forme plus petit. Le Squba de Molex à fiche 2042230004 et prise 2042200004, par exemple, est un connecteur à 4 positions à pas de 1,80 mm qui fournit une alimentation et une transmission de signaux fiables (Figure 2).

Figure 2 : Le Squba de Molex à fiche 2042230004 (à gauche) et prise 2042200004 (à droite) est un système d'interconnexion à 4 positions conçu pour fournir une protection robuste des courants élevés en environnements humides. (Source de l'image : Molex)

Ces connecteurs Squba de Molex utilisent des bornes serties et émettent un clic audible lorsqu'ils sont correctement connectés. Le loquet de connecteur sur la prise présente un profil bas, ce qui minimise le risque d'accrochage dans un équipement externe. Le loquet fournit une connexion solide et sûre qui peut être facilement déconnectée lors de la maintenance, soit en appliquant une force ferme vers le haut à l'aide des doigts, soit en utilisant un outil de déverrouillage standard.

La fiche et le logement de la prise Squba sont en nylon, qui est exceptionnellement solide et résistant à la plupart des produits chimiques industriels. Le système d'interconnexion Squba de Molex convient donc à tout environnement où les connecteurs peuvent être déplacés, poussés ou affectés par des équipements. Le système d'interconnexion est scellé contre la poussière et l'humidité par des joints en silicone.

Chaque broche de connecteur peut fournir 125 V CA ou CC. Les calibres de fil recommandés sont de 22 AWG à 24 AWG. En utilisant des broches serties sur un fil divisé de 22 AWG, chaque broche peut supporter un maximum de 5,25 ampères (A) à 30°C pour un courant admissible maximum de 21 A. La tenue en courant maximum variant avec la température, les concepteurs doivent donc prêter une attention particulière à la documentation du connecteur pour s'assurer que le flux de courant prévu est approprié aux conditions.

La température de fonctionnement est répertoriée de -40°C à +105°C, et avec un indice IP67, les connecteurs sont adaptés aux environnements tels que les systèmes CVC, les distributeurs de boissons et les équipements industriels devant fonctionner en environnements froids ou humides.

Interconnexion submersible à circuits multiples

Un système d'interconnexion ne se résume pas toujours à interconnecter les mêmes signaux sur un câble. Parfois, plusieurs types de circuits doivent être transmis sur le même câblage, notamment les signaux numériques, les signaux de commande à fort courant et les connexions d'alimentation. Ces situations exigent un système d'interconnexion hybride qui peut gérer des contacts de différentes tailles. Pour ces applications, les concepteurs peuvent utiliser le système d'interconnexion d'assemblage de câbles MX150 hybride de Molex. Le système MX150 hybride est validé selon les exigences d'étanchéité USCAR-2 de classe 2, similaires à la classification IP67. L'USCAR-2 de classe 2 exige de passer un test de vide sous pression dans l'eau.

Une fois assemblé, le MX150 hybride de Molex est un système de connecteur entièrement étanche, adapté aux situations où les connecteurs raccordés peuvent être soit submergés, soit dans un environnement très humide où les fluides et les projections d'eau à haute pression sont fréquents.

Le MX150 hybride de Molex à fiche à 12 positions 1601126001 et à prise à 12 positions 1601116006 (Figure 3) peut contenir un mélange de jusqu'à dix bornes à lame de 1,5 mm et jusqu'à deux bornes à lame de 2,8 mm. Les bornes de 1,5 mm peuvent être utilisées pour transporter des signaux logiques de bas niveau tandis que les deux bornes à lame de 2,8 mm peuvent être utilisées pour transporter jusqu'à 22 A. Ce système d'interconnexion convient donc aux applications automobiles et industrielles dans lesquelles un seul faisceau de câbles doit transmettre à la fois l'alimentation et les données vers une seule machine.

Figure 3 : Le MX150 hybride de Molex à fiche à 12 positions 1601126001 (à gauche) et à prise homologue 1601116006 (à droite) peut gérer en toute sécurité un mélange de bornes à lames de 1,5 mm et 2,80 mm dans un système d'interconnexion submersible. (Source de l'image : Molex)

Lorsqu'il est entièrement assemblé et raccordé, le système d'interconnexion MX150 hybride IP67 est protégé contre la contamination par la saleté ou la poussière. Il peut être immergé sous l'eau et fonctionner à des températures comprises entre -40°C et +125°C. Le logement du connecteur est une combinaison de nylon et de verre, qui est très durable et qui résiste à une manipulation rude et aux chocs légers. C'est pourquoi ce système d'interconnexion est adapté aux environnements industriels difficiles et à de nombreux appareils électroménagers, ainsi qu'aux applications automobiles dans lesquelles le connecteur est exposé à des températures extrêmes, à des projections d'eau à haute pression et à l'impact d'objets lourds.

Le MX150 hybride de Molex à fiche 1601126001 et prise 1601116006 doit être assemblé comme partie d'un câble ou d'un faisceau de câblage. Cet assemblage nécessite l'insertion de bornes dans la fiche et la prise. Cependant, il arrive que les techniciens de montage n'insèrent pas complètement les bornes dans le logement du connecteur, ce qui entraîne des connexions non fiables. Pour ces situations, chacun de ces connecteurs inclut un logement à garantie de positionnement des bornes (TPA).

Lorsque la broche est correctement insérée dans le logement TPA, le technicien de montage sent que la broche s'enclenche fermement en position. Si la borne n'est pas correctement insérée, la fiche et la prise ne se verrouilleront pas lors du raccordement. Cela garantit que les broches sont correctement insérées, ce qui augmente la fiabilité du système.

Conclusion

Les concepteurs de systèmes destinés à des équipements industriels, de transports ou domestiques doivent s'assurer que leurs connexions peuvent résister aux rigueurs de l'application, notamment les espaces confinés, la poussière et la saleté, les températures extrêmes, les liquides et les huiles, et d'autres matières pénétrantes. Pour simplifier le processus de conception, les concepteurs peuvent se tourner vers des connecteurs spécialement conçus, répertoriés IP67 ou qui empêchent à la fois la pénétration de poussière et de saleté et l'infiltration d'humidité et de liquides.

Comme illustré, il existe une variété de connecteurs répertoriés IP67 adaptés à un large éventail d'applications, des signaux numériques de bas niveau à la distribution de puissance à fort courant. Le choix d'un assemblage de connecteur répertorié IP67 approprié garantit la fiabilité du système et réduit les risques de réparations ou de temps d'arrêt coûteux.