10 tips bij het specificeren van een elektronische behuizing

Er zijn veel dingen waar u rekening mee moet houden als u aan een nieuw project begint, niet in de laatste plaats de behuizing waarin de componenten van de gebruiker worden ondergebracht. De gebruiker wil er zeker van zijn dat de behuizing alle kwaliteiten heeft die nodig zijn voor zijn toepassing.

Gebaseerd op de ervaring van Hammond Manufacturing als fabrikant van behuizingen, zijn er 10 veelvoorkomende - maar essentiële - criteria om in gedachten te houden bij het selecteren van een behuizing.

1. Grootte

In een perfecte wereld wordt de behuizing geselecteerd voordat de printplaat wordt ontworpen. Dit zorgt ervoor dat de printplaat precies de juiste grootte heeft en, als de behuizing montagepunten heeft, dat de montagegaten precies op de juiste plaats zitten. Soms is het onvermijdelijk dat het omgekeerde het geval is, en moet de gebruiker zijn bord aan een doos koppelen.

Hoe groot is de printplaat? Moet het horizontaal of verticaal worden gemonteerd? Veel kunststofbehuizingen hebben sleuven in de zijkanten van de behuizing voor directe verticale montage of printmontagenokken in de boven- en onderkant voor horizontale montage. Behuizingen van geëxtrudeerd aluminium hebben meestal sleuven over de volledige lengte in de zijkanten voor horizontale printplaatmontage. Hoeveel ruimte moet er aan de buitenkant zijn voor richtingaanwijzers, schakelaars, connectors, kabelingangen en soortgelijke onderdelen? Welke hoogte is vereist voor op de printplaat gemonteerde componenten of meerdere horizontale printplaten?

Afbeelding 1: Kunststofbehuizingen met interne kaartgeleiders uit de 1591T-serie van Hammond. (Bron afbeelding: Hammond Manufacturing)

Afbeelding 2: Een behuizing van geëxtrudeerd aluminium met sleuven voor printplaten uit de 1455-serie van Hammond. (Bron afbeelding: Hammond Manufacturing)

2. Geïnstalleerde omgeving

Waar wordt het product gebruikt? Binnen, buiten of allebei? Voor installatie buiten is UV-stabiliteit een potentieel probleem voor kunststofbehuizingen, dus is polycarbonaat de standaardkeuze. Zijn schokken en trillingen een probleem voor mobiele toepassingen zoals weg- en spoorvervoer? Is er een risico van binnendringend water of stof (zie punt 5 hieronder)? Zijn er waarschijnlijk verontreinigingen aanwezig, zoals oliën of chemicaliën? Is weerstand tegen impactschade een mogelijk probleem? Worden er bijzonder hoge of lage temperaturen verwacht?

ABS is ideaal voor gebruik binnenshuis en in de hand. Polycarbonaat is door zijn goede temperatuurbestendigheid, UV-stabiliteit en schokbestendigheid een goed materiaal voor gebruik buitenshuis en in de industrie. Metaal, zoals gegoten aluminium, heeft een superieure slagvastheid en temperatuurbestendigheid.

Afbeelding 3: Een polycarbonaat behuizing met doorzichtig deksel uit de 1554 serie van Hammond. (Bron afbeelding: Hammond Manufacturing)

3. Materiaal

Voor kleine behuizingen is de keuze meestal tussen kunststof (inclusief ABS en polycarbonaat) en metaal (inclusief gegoten, gevouwen of geëxtrudeerd aluminium en staal). Polycarbonaat wordt normaal gesproken gespecificeerd voor gebruik buitenshuis omdat het beter bestand is tegen broos worden of verkleuren door de zon dan ABS.

Aluminium behuizingen zijn goed bestand tegen schokken en zijn intrinsiek elektrisch geleidend, hoewel geverfde of geanodiseerde afwerkingen de contrasterende delen niet mogen bedekken om de continuïteit in de hele behuizing te behouden. Sommige ontwerpen van geëxtrudeerde behuizingen bieden functies zoals meerdere vinnen om het oppervlak te vergroten en zo de warmteafvoer te verbeteren. Behuizingen van gegoten aluminium zijn sterk en robuust; ze corroderen niet, zijn elektrisch geleidend, hebben een intrinsiek hoog niveau van elektromagnetische demping en zijn gemakkelijk machinaal te bewerken. Voor toepassingen waar bescherming tegen schokschade belangrijk is, waar EMC waarschijnlijk een probleem is of waar hoge temperaturen, stof of water worden verwacht, is de gegoten behuizing de ideale voordelige keuze.

4. EMC (elektromagnetische compatibiliteit)

Kunststofbehuizingen hebben één specifieke zwakte: ze bieden geen EMC-demping. Als EMI of RFI van de ingebouwde elektronica of hun gevoeligheid voor externe velden een potentieel probleem is, kan het gebrek aan afscherming een probleem zijn. Interne coatings in verschillende materialen kunnen worden aangebracht op de binnenoppervlakken van een kunststof behuizing om verschillende dempingsgraden te verkrijgen, afhankelijk van de vereisten van het project. Door verschillende materialen in verschillende diktes aan te bieden, kan de meest rendabele en technisch geschikte oplossing worden geleverd.

Metalen behuizingen, op voorwaarde dat ze zo ontworpen zijn dat er elektrische continuïteit is tussen de boven-, onder- en verwijderbare panelen, bieden een EMC-niveau dat waarschijnlijk meer dan voldoende is voor de meeste commerciële toepassingen. Een geleidende pakking wordt gebruikt om de twee helften van de behuizing elektrisch met elkaar te verbinden.

5. Milieuafdichting

Wordt de behuizing blootgesteld aan omgevingsrisico's zoals water of stof? De relevante internationale norm is EN 60529, die classificaties definieert die worden geschreven als IPXX waarbij het eerste cijfer de bescherming tegen vaste voorwerpen en het tweede cijfer de bescherming tegen binnendringend water definieert.

Meestal zijn behuizingen met een IP54-classificatie geschikt voor algemeen gebruik. Voor installatie in omgevingen waar stof en water waarschijnlijk aanwezig zijn, wordt normaal IP66, 67 of 68 gespecificeerd en bereikt met gebruik van een pakking. De hoogste classificatie is IP69K, die bescherming biedt tegen stoomreiniging onder hoge druk. In Noord-Amerika wordt de omgevingsafdichting van behuizingen meestal gedefinieerd als een NEMA-nummer (National Electrical Manufacturers Association). NEMA-classificaties vereisen ook extra productkenmerken en -tests zoals functionaliteit bij ijsvorming, uitsparingen voor kabelaansluitingen en andere zaken die niet aan bod komen bij IP-classificaties.

Afbeelding 4: Sommige behuizingen, zoals deze behuizing uit de 1551SNAP-serie, zijn ontworpen om de elementen binnen te laten, voor toepassingen zoals omgevingsdetectie. (Bron afbeelding: Hammond Manufacturing)

6. Hardware

Behuizingspanelen en afdekkingen moeten worden vastgemaakt aan hun tegenhangers en er zijn twee hoofdmethoden voor kunststof en gegoten behuizingen. Ofwel wordt een zelftappende schroef rechtstreeks in het materiaal van de basis vastgezet, ofwel wordt een machineschroef gekoppeld aan een inzetstuk (of bus) met schroefdraad in de basis. Een machineschroef verdient de voorkeur als tijdens de levensduur van de apparatuur herhaaldelijk openen en sluiten wordt verwacht, terwijl een zelftappende schroef volstaat voor toepassingen van het type "instellen en vergeten".

Afbeelding 5: Een kunststofbehuizing zonder messing inzetstukken (links) en een vlamvertragende kunststofbehuizing met messing inzetstukken (rechts) uit de 1591-serie van Hammond. (Bron afbeelding: Hammond Manufacturing)

7. Uiterlijk

Hoewel esthetiek zeker subjectief kan zijn, heeft de gebruiker waarschijnlijk op zijn minst een algemeen idee van hoe hij wil dat het product eruit ziet en aanvoelt. Kunststofbehuizingen bieden een keuze aan ondoorzichtig en doorschijnend materiaal in verschillende kleuren en zijn licht van gewicht, veel met verzonken deksels voor membraantoetsenborden en displays. Geëxtrudeerde behuizingen hebben een stijlvolle geanodiseerde afwerking die kan worden gecombineerd met accessoires zoals kleurrijke kunststof randen voor een opvallende look. Behuizingen van gegoten aluminium kunnen in een groot aantal verschillende kleuren worden geverfd en genieten de voorkeur voor sterk aangepaste producten zoals gitaarpedalen. Soms is een robuuste, onafgewerkte gegoten behuizing alles wat de gebruiker nodig heeft!

Afbeelding 6: Geschilderde "stomp box" gegoten aluminium behuizingen uit de 1590-serie van Hammond. (Bron afbeelding: Hammond Manufacturing)

8. Beschikbaarheid van producten en ondersteuning

Standaardbehuizingen voor de elektronica- en elektrotechnische industrie worden door veel gespecialiseerde fabrikanten geproduceerd in een enorme variëteit aan maten, stijlen en types. Een gegoten, geëxtrudeerde of gegoten behuizing lijkt misschien niet meer dan een eenvoudige doos, maar in feite is het het resultaat van uitgebreide ontwerpexpertise die heeft geresulteerd in een behuizing met veel mogelijkheden, geschikt voor gebruik in een breed scala aan toepassingen en omgevingen. Distributeurs houden een uitgebreide voorraad standaardbehuizingen op de plank, en de laatste trend is dat distributeurs nu samen met fabrikanten technische ondersteuning bieden aan hun klanten, en met hen samenwerken in de ontwerpfase om de meest geschikte behuizing voor de toepassing te helpen kiezen.

9. Downloadbare tekeningen en ondersteunend materiaal

Elke gerenommeerde fabrikant en distributeur van behuizingen biedt een uitgebreide bibliotheek met technische informatie op zijn website. Typische downloadbare bronnen zijn maattekeningen in PDF- en CAD-formaten om te helpen bij ontwerp- en wijzigingsvereisten, technische details en belangrijke productattributen.

Afbeelding 7: Voor alle Hammond-behuizingen zijn maattekeningen beschikbaar om te downloaden. (Bron afbeelding: Hammond Manufacturing)

10. Aanpassing

Alle behuizingen moeten op de een of andere manier worden aangepast om bruikbaar te zijn, bijvoorbeeld door gaten voor connectors toe te voegen of labels en een logo te printen. Hammond biedt interne bewerkings- en drukdiensten met een kleine minimale bestelhoeveelheid. Het type behuizing biedt unieke mogelijkheden voor maatwerk. We kunnen bijvoorbeeld ingeperste hardware zoals standoffs in metalen behuizingen installeren, de lengte van geëxtrudeerde aluminium behuizingen aanpassen en kunststofbehuizingen in aangepaste kleuren gieten. Ga voor meer informatie over aangepaste behuizingen naar de pagina Aangepaste behuizingen van DigiKey.

Afbeelding 8: Een 1455-serie behuizing van geëxtrudeerd aluminium op maat gemaakt met kleurrijke randen, uitsparingen en bedrukking. (Bron afbeelding: Hammond Manufacturing)

Conclusie

Niet al deze tips zijn van toepassing op elk project, maar ze helpen ontwerpers om het grote geheel in het oog te houden - van inzicht in de beschikbaarheid op korte en lange termijn van een bepaalde behuizing tot de dimensionering van de perfecte kast voor het volgende project. Door rekening te houden met de dimensionale en technische vereisten, maar ook met de haalbaarheid en esthetiek, verloopt elk project zo soepel mogelijk van prototype tot uitrol.