Jste zde

Ochrana elektronických zařízení před otřesy, vibracemi a vysokou teplotou

Art Pini, Digi-Key, 13. Září 2022 - 8:10

Nárazy, vibrace a nadměrné zahřívání jsou hrozbou pro jakýkoli elektronický systém. V případě vibrací si zákazník může stěžovat na nadměrný hluk, který se line ze zařízení nebo může dokonce dojít až k selhání funkčnosti. Jak tuto problematiku řešit?

Vibrace a hluk mohou pocházet z nesprávně nainstalovaného chladicího ventilátoru. Kolem panelů a přístupových portů může unikat studený vzduch, a tím se snižuje účinnost chlazení ve ventilačních a klimatizačních systémech. Navíc vlivem proudícího vzduchu nesprávným směrem může dojít k nepříjemnému chrastění nebo vibrování v důsledku mechanické rezonance konstrukce.

Pro tlumení těchto nepříznivých jevů lze využít těsnění a tlumiče z polyuretanové pěny absorbující energii. Výběr správného materiálu však vyžaduje pochopení jejich primárních vlastností a výkonnostních schopností. Tento článek se zaměří na klíčové vlastnosti, které je nutné vzít v úvahu při výběru tlumícího materiálu, přičemž jako příklady využijeme produkty z polyuretanové pěny ISOLOSS LS od 3M. Článek ukáže, jak lze produkty z polyuretanové pěny ISOLOSS LS použít k ochraně kritických zařízení v nejnáročnějších podmínkách.

Polyuretanová pěna ISOLOSS LS

Materiály ISOLOSS jsou jemnobuněčné polyuretanové pěny s vysokou hustotou. Jsou odolné a absorbují energii v širokém teplotním rozsahu. Jsou k dispozici v různých hustotách, tloušťkách a tvarech (pásky, kruhy, čtverce nebo obdélníky (obrázek 1).

Obrázek 1: Polyuretanová pěna 3M ISOLOSS LS je k dispozici v různých tvarech. (Zdroj obrázku: 3M)

Polyuretanová pěna ISOLOSS LS je k dispozici ve čtyřech různých hustotách: 160,2; 240,3; 320,4 a 400,5 kg/m3. Hustota je důležitá hodnota, která nám určuje přizpůsobení polyuretanové pěny k určitému tvaru. Všechny tyto pěnové produkty jsou schopny pracovat v teplotním rozsahu -40 °C až +107 °C.

Polyuretanová pěna se používá jako těsnění, odpružení(tlumení) a řízení (stabilizace) energie. Polyuretanová pěna jako těsnění musí nejen utěsnit mezery, ale i absorbovat mechanické rázy a vibrace, aby zajistila utěsnění mezi dosedajícími povrchy v každém okamžiku. Těsnění mezi ventilátorem a krytem eliminuje vibrace a zároveň poskytuje těsnost, která zabraňuje ztrátě tlaku.

Odpružení (tlumení) znamená izolování předmětů od sebe. Něco jako nárazník na dveřích, kde je nainstalován senzor pro monitoring zavřených dveří. Nárazník tlumí otřesy mezi senzorem a dveřmi při zavírání. Menší kruhové a čtvercové podložky jako je LS-2506-PSA-1-CIRCLE-50PK nebo LS-2006-PSA-2-X2-50PK jsou právě určené pro takové aplikace. Řízení (stabilizace) energie znamená snížení mechanické energie tlumením nárazů nebo vibrací.

Klíčové vlastnosti polyuretanové pěny

Všechny aplikace závisí na schopnosti pěny udržet si svůj tvar a působit silou proti předmětu, který ji stlačuje. Dva parametry, které tuto vlastnost vystihují jsou odolnost vůči deformaci při stlačení (kompresní deformace - compression set ) a vychýlení tlakové síly (CFD - compression force deflection).

Kompresní deformace je míra deformace pěny po trvalém stlačení. Nízká hodnota znamená, že se pěna vrátí do své původní tloušťky po opakovaném nebo nepřetržitém stlačení. Pěny ISOLOSS LS vykazují méně než 1% kompresní deformaci při pokojové teplotě podle ASTM D1667 (standard pro flexibilní buněčné materiály).

Standard ASTM D3574 D pokrývá zkušební metody pro měření deformaci v tlaku. Testovaný materiál je stlačen na 50 % své tloušťky a je vystaven vysoké teplotě po delší dobu. Kompresní deformace je procento původní tloušťky, které se ztratí po odstranění komprese. Typická aplikace vyžadující velmi nízkou hodnotu kompresní deformace je filtr klimatizačního zařízení (obrázek 2).

Obrázek 2: Pěnové těsnění ISOLOSS LS s nízkou kompresní deformací utěsňuje přístupová dvířka k filtru klimatizace, čímž se minimalizují úniky vzduchu a zároveň drží filtr na místě. (Zdroj obrázku: 3M)

Stojany pro vzduchové filtry používají polyuretanovou pěnu s nízkou kompresní deformací k utěsnění a udržení filtru na správném místě. Při výměně nebo čištění filtru, pěna expanduje zpět na téměř původní tloušťku. Nízká kompresní deformace zaručuje, že si těsnění zachová svůj tvar bez ohledu na to, jak dlouho bylo stlačeno. Pro tyto účely je vhodné použít těsnicí pěnu LS-1025LM/PSA o tloušťce 6,35 mm a hustotou 160 kg/m3. Tato měkká pěna se přizpůsobí filtru a udržuje jej na místě, přičemž stále utěsňuje otvor dveří.

Parametr vychýlení tlakové síly CFD představuje pevnost pěny při různém stupni stlačení. ASTM D3574C testuje CFD stlačením pěny ze 100 % na 30 % její původní tloušťky. Jak je pěna stlačována, měří se síla, kterou je nutné vyvinout pro stlačení na určitou tloušťku. Je důležité si uvědomit, že toto je také síla, kterou pěna působí zpět. Graf komprese jako funkce aplikované síly je znázorněn na obrázku 3. Pro každou hustotu pěn ISOLOSS LS jsou k dispozici tabulky a grafy parametru CFD, aby bylo možné provést správný výběr pěny pro danou aplikaci.

 

Obrázek 3: Graf parametru CFD pro čtyři hustoty pěny 160,2; 240,3; 320,4 a 400,5 kg/m3. Zvýšené síly lze dosáhnout použitím pěny s vyšší hustotou nebo použitím zvýšené komprese. (Zdroj obrázku : 3M)

Tam kde je nutné odpružit dva povrchy od sebe tlakem 100 kPa (14,5 psi) je možné použít pěnu o hodnotě CFD 400,5 kg/m3 stlačenou přibližně na 16 %, pěnu o hodnotě CFD 320,4 kg/m3 stlačenou přibližně na 28 %, pěnu o hodnotě CFD 240,3 kg/m3 stlačenou přibližně na 50 % nebo pěnu o hodnotě CFD 160,2 kg/m3 stlačenou přibližně na 70 %.

Tlumení vibrací a hluku

Strukturální tlumení eliminuje mechanickou energii přeměnou na teplo. Tlumicí materiály se nanášejí přímo na povrch konstrukce pomocí silného lepidla (obrázek 4).

Obrázek 4: Pěnové desky ISOLOSS LS připevněné k povrchům tlumí hluk a jsou kompatibilní se širokou škálou lepidel 3M. (Zdroj obrázku: EAR Division of 3M)

Energie se rozptyluje v důsledku roztažení a stlačení tlumícího materiálu v důsledku ohybového namáhání od základní konstrukce. I s tímto jednoduchým systémem lze dosáhnout úctyhodných výsledků. Zejména u kročejového hluku, kde je možné dosáhnout snížení o 20 decibelů (dBA) nebo více.

Tlumící materiály jsou k dispozici ve čtvercových nebo obdélníkových deskách a kruhových nebo čtvercových záplatách. Tyto deskové materiály mohou být vyraženy pomocí lisu nebo laserem. Snížení kročejového hluku o 10 dBA lze dosáhnout již při 25% pokrytí povrchu. Pro tlumení hluku jsou vhodné pěny LS-1506/PSA-5"x7"-10PK a LS-1006LM-PSA-12"x12"-6PK. Díky své flexibilitě jsou tyto pěny přizpůsobitelné většině povrchům a tvarům výrobku.

Existují čtyři faktory, které určují míru tlumení a snížení hluku:

  1. Druh a tloušťka základního materiálu
  2. Tloušťka a vlastnosti tlumícího materiálu při teplotě
  3. Poměr tloušťky tlumícího materiálu k tloušťce základního materiálu
  4. Procento plochy pokryté tlumícím materiálem

Techniky tlumení a vibrací využívají schopnost polyuretanové pěny převádět mechanický pohyb na teplo. Tím se snižuje hladina hluku a vibrací. Polyuretanové pěny ISOLOSS LS si zachovávají tvar a vlastnosti i v drsném prostředí. Všechny důležité parametry polyuretanové pěny ISOLOSS LS pro čtyři dostupné hustoty jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1: Typické vlastnosti polyuretanové pěny ISOLOSS LS pro čtyři dostupné hustoty. (Zdroj obrázku: 3M)

Závěr

Vibrace, otřesy, hluk a teplotní extrémy jsou realitou pro mnoho elektronických zařízení, kterým musí bez problému odolat. Proto je nutné využít správný tlumicí materiál, který tyto vnější vlivy dokáže značně eliminovat. Polyuretanové pěny ISOLOSS LS od 3M jsou právě tím materiálem. Pěny se dodávají v různých tvarech, hustotách a tloušťkách, snášejí širokou škálu prostředí a nabízejí dlouhou životnost. Jsou vhodné pro utěsnění otvorů a snížení vibrací. Snižují otřesy a vibrace a zároveň se používají ke snížení hluku.

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com, autorem je Art Pini.

Hodnocení článku: 

Související články