Realizzare terminazioni crimpate uniformi e affidabili è facile con l'attrezzo adatto

Per quanto mi piaccia saldare e realizzare una giunzione di qualità ed esteticamente bella, riconosco che a volte la saldatura non è il modo giusto per unire i fili tra loro o con i rispettivi terminali. Me ne sono reso conto di recente quando ho aiutato un amico ad aggiornare l'impianto di riscaldamento a tre zone della sua casa, passando da semplici termostati non alimentati e "muti" a unità intelligenti, predisposte per la connessione Wi-Fi.

La mia idea originale prevedeva di saldare semplicemente dei capicorda a forcella non isolati alle estremità dei vari fili, compresi i relè di segnale e dell'interfaccia di alimentazione, quindi di collegare i capicorda a una striscia di barriera a vite standard (Figura 1). Questa soluzione avrebbe semplificato i collegamenti fisici, permettendo di scollegarli se necessario per la risoluzione dei problemi o la manutenzione. Inoltre sarebbe stato un modo ideale per organizzare i fili a lungo termine.

Figura 1: Una striscia di barriera a vite facilita il cablaggio, l'accesso e la sostituzione dei collegamenti (se necessario per i test). (Immagine per gentile concessione di You-Do-It Electronics)

Mentre alcuni fili e capicorda potevano essere saldati comodamente sul mio banco di lavoro, molti dovevano essere saldati in loco vicino al quadro elettrico dell'impianto di riscaldamento (nient'altro che un grosso pannello di compensato). Ci ho pensato un po' e mi sono reso conto che si trattava di una cattiva idea, poiché saldare per bene decine di fili ai rispettivi capicorda a forcella in un ambiente buio e angusto come uno scantinato non è così facile.

Dalla saldatura alla crimpatura

A quel punto mi è venuta in mente un'alternativa. Nella mia cassetta avevo un attrezzo manuale molto basilare per la crimpatura, che mi ha dato una soluzione diversa (Figura 2). Forse lo conoscete già. Sembra un grosso paio di pinze con un'area all'estremità delle ganasce predisposta per cilindri di crimpatura di tre dimensioni, oltre ad altre funzioni di spellatura dei fili e di troncatura delle viti.

Figura 2: La mia crimpatrice fa parte di un attrezzo multifunzione che può anche spellare i fili e troncare piccole viti. (Immagine per gentile concessione di Harbor Freight Tools)

Che cos'è la crimpatura? La crimpatura è un metodo di giunzione che permette di collegare due componenti a pressione. Questo metodo forma una connessione sicura tra il conduttore e il contatto e in molti casi sostituisce la saldatura. La crimpatura può essere utilizzata con molti tipi di connettori, compresi i puntali di terminazione, che vengono poi inseriti nelle prese o nei corpi dei connettori (Figura 3). Il puntale di terminazione a crimpare è disponibile in molte misure ed è dotato di un collare in plastica (in vari colori) come ulteriore ausilio all'inserimento grazie alla forma conica del diametro interno del collare. Inoltre, impedisce che i bordi angolari dell'isolamento del conduttore si impiglino nell'imbuto di inserimento del punto di contatto.

Figura 3: Questo puntale di terminazione crimpato è disponibile in molte misure ed è dotato di un collare in plastica come ulteriore ausilio all'inserimento grazie alla forma conica del suo diametro interno. (Immagine per gentile concessione di Weidmüller Interface GmbH & Co.)

Anche se siete estimatori di un giunto saldato ben fatto (come me), ci sono vari motivi per utilizzare la crimpatura. Una buona crimpatura è meccanicamente robusta, elettricamente valida e forma un contatto a tenuta di gas tra il filo e la terminazione, che impedisce l'ingresso di umidità e la conseguente corrosione. È facile e veloce da applicare, non si sviluppano fumi né sono presenti materiali pericolosi e non c'è calore che possa distorcere l'isolamento o causare incendi.

Così ho comprato una scatola di capicorda a forcella con cilindretti isolati. Ho fatto pratica di crimpatura su una decina di capicorda per essere sicuro di poterlo fare correttamente e poi mi sono messo al lavoro (Figura 4). L'operazione non mi ha dato problemi e il sistema era già operativo dopo aver risolto alcuni piccoli inghippi con la stesura dei cavi. Nonostante l'aspetto disordinato dei fili di ingresso al circuito (che non dipendeva da me), il cablaggio effettivo dei relè e delle interconnessioni, con i capicorda crimpati e le strisce di barriera, è risultato pulito, ordinato e affidabile.

Figura 4: Nonostante l'aspetto disordinato dei fili di ingresso al circuito, il cablaggio effettivo dei relè e delle interconnessioni, con i capicorda crimpati e le strisce di barriera, è risultato pulito, ordinato e affidabile. (Immagine per gentile concessione di Bill Schweber)

Tuttavia, durante il lavoro, ho scoperto che era difficile effettuare crimpature uniformi dei capicorda, poiché il mio attrezzo è manuale e non calibrato e dipende dalla manualità dell'utente (io, in questo caso) per posizionare correttamente il capocorda nelle ganasce e applicare la giusta pressione. Mi è accaduto spesso di non avere una posizione ottimale del terminale e di applicare una pressione maggiore del necessario. Ad esempio, alcuni capicorda sono risultati appena crimpati, altri troppo stretti e altri presentavano ancora una parte di isolamento sotto la zona di crimpatura.

Mi è venuta voglia di acquistare una crimpatrice come il modello PZ 6 ROTO ADJ di Weidmüller (Figura 5). Si tratta di un attrezzo affidabile e costante per la crimpatura di puntali di terminazione su fili di varie sezioni, da 0,14 mm² a 6 mm². Funziona con puntali di terminazione con e senza collari in plastica. Il cricchetto garantisce una crimpatura precisa e l'opzione di rilascio lo sgancia in caso di azionamento errato.

Figura 5: L'attrezzo PZ 6 ROTO ADJ di Weidmüller è una crimpatrice regolabile che assicura risultati costanti, è comoda e accetta fili di svariate sezioni. (Immagine per gentile concessione di Weidmüller Interface GmbH & Co.)

Tra le altre caratteristiche ricordo la larghezza regolabile dell'impugnatura per un'ergonomia ottimale e l'azionamento senza fatica, il peso di soli 425 grammi e la matrice di crimpatura ruotabile per adattarsi a molteplici casi d'uso.

Dati tecnici

Data la versatilità, praticità e le potenziali prestazioni della crimpatura, i suoi aspetti di fisica e meccanica sono stati ampiamente analizzati. Ad esempio, il white paper (in inglese) di Weidmüller "Crimpatura: una connessione permanente" inizia con una discussione sui tipi di fili, sulla trefolatura e sui calibri, sui tipi di contatto, sui morsetti e sugli attrezzi.

Esaminiamo i vantaggi e gli svantaggi di diverse forme di pressatura, come il trapezio, il quadrato e l'esagono. Il documento analizza la preparazione del filo, mostrando i problemi che possono verificarsi se il filo non viene tagliato correttamente (Figura 6) o se l'isolamento non viene spellato correttamente (Figura 7).

Figura 6: Sono mostrati i tre tipi di taglio inadatto di un filo, nonché l'aspetto di un taglio eseguito correttamente. (Immagine per gentile concessione di Weidmüller Interface GmbH & Co.)

Figura 7: Tre esempi di errori di spellatura e un filo spellato correttamente. (Immagine per gentile concessione di Weidmüller Interface GmbH & Co.)

Il white paper richiama anche le numerose norme DIN e IEC relative alla crimpatura, come le classi di conduttori (fili), gli errori di spellatura, la durata di vita degli utensili (in cicli), le dimensioni del vano connettore rispetto alle dimensioni del filo e la forza di azionamento della crimpatura.

È l'ora del collaudo

Uno dei problemi delle connessioni crimpate è che non esiste un modo semplice per testarle in modo non distruttivo. È lo stesso dilemma che i progettisti hanno con molti altri componenti, come i fusibili standard ad attivazione termica: non è possibile testarli, quindi devono essere perfetti sia per quanto concerne la progettazione che la produzione. Poiché la crimpatura è ampiamente utilizzata in innumerevoli applicazioni mission-critical, questa limitazione è una sfida per la garanzia di qualità.

Tenuto conto di questo aspetto, la NASA ha sviluppato un metodo brevettato di valutazione non distruttiva basato sugli ultrasuoni che opera in tempo reale nel punto di crimpatura. Con questo approccio, la qualità del contatto tra il connettore e il filo viene determinata inviando un'onda acustica attraverso il gruppo crimpato (Figura 8). Quando la pressione applicata aumenta e il terminale a crimpare si deforma intorno al filo, la firma ultrasonica che attraversa la crimpatura si altera.

Figura 8: Questo strumento portatile sviluppato dalla NASA è in grado di identificare in tempo reale e in modo non distruttivo sia le crimpature valide sia i numerosi tipi di crimpatura non idonea. (Immagine per gentile concessione di NASA)

Il sistema analizza le variazioni nella firma del segnale, comprese l'ampiezza e la frequenza, come un'indicazione della qualità sia della connessione elettrica che di quella meccanica tra il filo e il terminale.

Figura 9: Il sistema della NASA utilizza firme derivate dagli ultrasuoni per identificare la qualità e i problemi di crimpatura. (Immagine per gentile concessione di NASA)

Con questa tecnica sono stati testati diversi problemi di qualità della crimpatura, come una crimpatura insufficiente, fili mancanti, inserimento incompleto del filo, rimozione parziale dell'isolante e sezione errata del conduttore. I risultati dimostrano che lo strumento distingue in modo costante le crimpature valide da quelle non valide.

Conclusione

Alla fine, ho rifatto alcune delle mie crimpature che non soddisfacevano i miei standard, indubbiamente soggettivi, e l'impianto a tre zone con termostato intelligente ha funzionato senza problemi per tre inverni. L'uso di una crimpatrice non calibrata, con le sue variazioni di pressione dipendenti dall'utente, mi ha fatto capire ancora una volta che avere l'attrezzo giusto è molto importante per ottenere risultati omogenei e corretti. Se mai dovrò fare un altro lavoro simile, prenderò in prestito o comprerò l'attrezzo necessario.

Contenuto correlato

1: Weidmüller, "Scheda tecnica PZ 6 ROTO ADJ"

https://media.digikey.com/pdf/data%20sheets/Weidmuller%20PDFs/2831380000.pdf

2: Weidmüller, "Super individual: PZ 6 ROTO ADJ" (video)

https://www.digikey.com/en/videos/w/weidmuller/super-individual-pz-6-roto-adj

3: Weidmüller, "Crimpatura: una connessione permanente"

https://www.digikey.com/en/pdf/w/weidmuller/weidmuller-crimping-tools-whitepaper

4: NASA, "Crimpatura rapida e verificata per esigenze di cablaggio critiche"

https://ntts-prod.s3.amazonaws.com/t2p/prod/t2media/tops/pdf/LAR-TOPS-52.pdf