Best practice per la scelta di connettori robusti

Per garantire il flusso di dati, segnali o potenza tra i diversi componenti di un sistema, sono necessari connettori che collegano tra loro le apparecchiature essenziali. Ad esempio, i connettori indirizzano l'uscita di un microfono a un amplificatore. Analogamente, il collegamento di alimentatori a radar e altri sistemi di comunicazione e di sensori a processori di dati per trasmettere segnali analogici o digitali sono solo due dei molti modi in cui i connettori trovano impiego nelle operazioni della vita quotidiana.

La tecnologia dei connettori continua a evolversi, di pari passo ai casi d'uso di questi componenti essenziali. Anche se si prevede che il settore militare continuerà ad essere uno dei maggiori mercati per i connettori in futuro, la domanda non si limita solo a questo settore. Secondo una ricerca di mercato condotta da Lucintel, il mercato dei connettori robusti dovrebbe crescere a livello globale con un tasso di crescita annuale composto del 3,5% fino al 2030.

I progressi nella tecnologia dei connettori

La tecnologia dei connettori ha una lunga storia, a partire da un connettore circolare commissionato per l'aereo Douglas DC-1 negli anni Trenta. James Cannon di ITT Cannon sviluppò tale prodotto. Da allora, la tecnologia dei connettori e l'ampia gamma di prodotti disponibili si sono evolute per soddisfare la domanda del settore. Seguire questi nuovi progressi nella tecnologia dei connettori permette di dare un'occhiata ai numerosi casi d'uso industriale dei connettori.

Prodotti ideali per le alte temperature

Le operazioni militari in condizioni climatiche estreme o le missioni spaziali richiedono connettori in grado non solo di sopportare il freddo e il caldo più intenso, ma anche di passare rapidamente da uno stato di temperatura all'altro. I progressi nella tecnologia dei connettori hanno permesso di giungere a una composizione di materiali che tollera tali condizioni senza compromettere le prestazioni.

Materiali leggeri

Il peso è sempre stato importante nelle applicazioni aerospaziali, dove ogni grammo influisce sull'aerodinamica e sul consumo di carburante. Oggi questo argomento è oggetto di nuove ricerche, poiché i connettori trovano impiego nei sistemi di guida autonoma, nei veicoli elettronici (EV), nella robotica e nell'automazione industriale. Carichi elevati e lunga durata della batteria sono tra loro incompatibili, per cui i connettori vengono realizzati con materiali compositi leggeri per soddisfare i vincoli ingegneristici e progettuali.

Design modulari

Le esigenze dell'infrastruttura cambiano frequentemente e le soluzioni di oggi possono essere già obsolete domani. In questi casi, l'approccio che prevede lo smantellamento e la sostituzione dei componenti è dispendioso e costoso. I connettori modulari risolvono questo problema dando la possibilità di scambiare i singoli componenti in modo selettivo. Gli utenti possono anche combinare varie configurazioni per una maggiore flessibilità e per soddisfare esigenze personalizzate.

Miniaturizzazione dei componenti

L'adozione di sensori in una varietà di casi d'uso, compresi i sistemi automotive, sta determinando la necessità di connettori in dimensioni sempre più diverse. La miniaturizzazione aiuterà i progettisti a sviluppare circuiti compatti in grado di adattarsi a spazi più ristretti, il che sta diventando necessario in una varietà di applicazioni, da quelle militari a quelle aerospaziali e oltre.

L'ascesa dei connettori robusti

La crescita della domanda di tecnologia dei connettori robusti coincide probabilmente con l'aumento delle macchine collegate nel settore industriale. L'Industrial IoT richiede la raccolta di dati da sensori che potrebbero dover resistere a svariate condizioni severe.

Sebbene sia facile immaginare che i data center siano i centri di calcolo e raccolta delle informazioni in tempo reale, le decisioni basate sui dati sono alla base della maggior parte delle operazioni moderne. I settori militare, ferroviario, aerospaziale, petrolchimico, agricolo, dell'automazione di fabbrica e della robotica dipendono tutti da dati in tempo reale; le condizioni operative e ambientali sul campo sono tutt'altro che ideali. Le apparecchiature potrebbero dover tollerare temperature estreme, sporcizia e venti forti senza perdere l'integrità e la velocità del segnale. Tutte le apparecchiature hardware, fino ai connettori utilizzati per le comunicazioni, le reti, i dati e la trasmissione di energia sul campo, devono essere rinforzate.

Specifiche rigorose per connettori robusti

Non tutti i connettori robusti sono uguali; le caratteristiche dei connettori sono determinate da molteplici condizioni operative. Alcune best practice nella scelta di un connettore includono:

• L'applicazione finale: è importante considerare se il connettore verrà utilizzato in ambito medicale (nel qual caso potrebbe dover resistere alla sterilizzazione), sul campo di battaglia o sott'acqua. Ad esempio, i connettori CA/5015 di ITT Cannon sono interconnessioni robuste progettate per le applicazioni più esigenti. Originariamente sviluppati per l'aviazione commerciale, questi connettori sono ora ampiamente utilizzati nei settori militare, dei trasporti, industriale e delle attrezzature pesanti.
• Peso del sistema finale: il peso può influire sulle prestazioni di un connettore semplicemente aumentando la pressione sulle sue estremità e causando usura. Il peso è importante anche per i sistemi alimentati a batteria, come i robot o le macchine semi-autonome, poiché la domanda energetica per trasportare il peso extra può ridurre la durata della batteria. Il peso determina anche il materiale di cui si compone l'involucro dei connettori. Gli alloggiamenti in alluminio leggero riducono il peso finale.
• Sicurezza informatica e il fattore "sorpresa": le operazioni militari richiedono soprattutto sistemi che possano evitare di essere rilevati da parte del nemico. Ciò richiede tecniche di schermatura speciali in connettori robusti. I gusci interamente in metallo preservano i segnali elettronici e prevengono le interferenze elettromagnetiche. La serie CA/5015 di ITT Cannon offre un'ampia gamma di gusci con connessioni che utilizzano fili singoli o cavi inguainati in versioni schermate o non schermate.
• Forma del connettore: i connettori sono disponibili in varie forme, tra cui circolare, rettangolare, a lamelle o modulare e via dicendo. I connettori circolari sono la variante più comune per trasmettere potenza, segnale o dati. È più facile allineare i pin durante l'accoppiamento e la struttura circolare garantisce la tenuta stagna. I connettori circolari hanno molti pin o contatti disposti in uno schema a griglia specifico per adattarsi ai vari tipi di connessione necessari, come l'alimentazione o i dati.

Tipi di sistemi di bloccaggio

Una volta che il connettore collega due sistemi, deve essere bloccato in modo che il collegamento non si allenti e non influisca sulla trasmissione di potenza, dati o qualità del segnale. I sistemi di bloccaggio più comuni includono un meccanismo di accoppiamento filettato simile a una vite per tenere saldamente in posizione i collegamenti e il meccanismo push-pull, in cui i collegamenti si bloccano quando sono spinti l'uno nell'altro e si sganciano quando sono tirati per separarli. I connettori come il modello TBF10SL-4PS-B di ITT Cannon (Figura 1) sono dotati di un meccanismo a baionetta, con pin e solchi che si bloccano in posizione mediante rotazione.

Tra questi, il meccanismo di accoppiamento filettato offre una resistenza superiore alle vibrazioni, particolarmente utile nelle applicazioni aerospaziali e militari.

Figura 1: Il connettore circolare robusto TBF10SL-4PS-B di ITT Cannon utilizza un meccanismo di chiusura a baionetta. (Immagine per gentile concessione di ITT Cannon, LLC)

Cicli di accoppiamento

Il ciclo di accoppiamento è il processo attraverso il quale la spina e la presa si collegano e si scollegano. L'inserimento e il distacco ripetuti delle apparecchiature può causare l'usura dei conduttori nel connettore. Di conseguenza, i connettori sono classificati in base al numero di cicli di accoppiamento che possono tollerare. Un'unità affidabile può gestire centinaia di accoppiamenti di questo tipo senza subire danni significativi.

Protezione dalle infiltrazioni

La Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) ha istituito una serie di classificazioni per valutare l'efficacia con cui le apparecchiature elettriche possono proteggere da pericoli come sporcizia e acqua. Queste classificazioni sono particolarmente importanti nelle operazioni militari, dove le apparecchiature devono funzionare in condizioni difficili, in presenza di polvere e grandine, e dove le prestazioni vengono costantemente messe alla prova. L'esposizione ripetuta alla sabbia o all'acqua può corrodere i cavi elettronici, deteriorare la trasmissione del segnale e creare barriere che impediscono connessioni forti. Gli ambienti estremi richiedono in genere connettori con grado di protezione IP68 o superiore.

Questi requisiti e molti altri devono essere soddisfatti dai connettori con specifica militare (MIL-SPEC). I connettori circolari sono in genere conformi agli standard MIL-SPEC come MIL-DT-5015, soddisfatti dai connettori CA/5015 di ITT Cannon (Figura 2). Questi connettori circolari funzionano bene in un ampio intervallo di temperatura da -55 °C a +200 °C.

Figura 2: I connettori CA/5015 di ITT Cannon sono soluzioni robuste e versatili per ambienti difficili (Immagine per gentile concessione di ITT Cannon, LLC).

I connettori CA/5015 di ITT Cannon sono ideali per applicazioni nel settore della difesa, ferroviario, aerospaziale e industriale, nonché per l'automazione di fabbrica e la robotica. Questa serie offre cinque diverse polarizzazioni grazie alle quali gli utenti possono assicurarsi che i componenti siano accoppiati con il giusto orientamento per evitare danni ai circuiti. I connettori sono disponibili in diverse scelte di placcatura: cadmio, stagno-zinco (placcatura J), zinco-nichel-blu, zinco-cobalto-nero e composizioni di nichel. I connettori sono inoltre conformi alla normativa RoHS (restrizione dell'uso di determinate sostanze pericolose), un regolamento dell'Unione Europea che disciplina l'uso di alcuni materiali pericolosi nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche.

Conclusione

Il funzionamento vitale delle apparecchiature elettroniche ed elettriche in ambienti severi sta diventando sempre più necessario in vari settori, tra cui la produzione discreta, gli impianti petrolchimici, le tecnologie solari ed eoliche e le operazioni industriali come l'estrazione mineraria. Dato che molte delle operazioni industriali e militari di oggi si basano su dati in tempo reale, l'hardware e i sensori di calcolo hanno bisogno di apparecchiature testate in prima linea per supportare una robusta infrastruttura sul campo. I connettori robusti come la serie CA/5015 di ITT Cannon hanno un ruolo fondamentale e soddisfano le esigenze di operazioni guidate dai dati in tutti i settori.