Dlaczego warto stosować kostki zaciskowe z dźwigniami na płytkach drukowanych

Płytki drukowane stanowią elementy składowe obwodów elektronicznych, a same zawierają wiele komponentów. Jedną z takich części jest kostka zaciskowa, która łączy ze sobą dwa przewody lub przewód z płytką w obwodach elektrycznych lub elektronicznych. Na kryteria doboru kostek dociskowych ma wpływ wiele różnych czynników elektrycznych, mechanicznych i innych.

Ekosystemy komputerowe zwiększają zapotrzebowanie na kostki zaciskowe

Coraz więcej firm, nawet wykorzystujących tradycyjne linie produkcyjne, stosuje analizy danych, co skutkuje zmianami w postaci rozwoju przemysłowego Internetu rzeczy (IIoT). Przewiduje się, że do 2030 r. liczba urządzeń IoT na całym świecie osiągnie 40 miliardów.

Oprócz rozwoju Internetu rzeczy (IoT), następujące trendy powodują wzrost zapotrzebowania na użycie różnorodnych komponentów elektrycznych i elektronicznych:

• Przemysł 4.0 oraz 5.0: przemysłowy Internet rzeczy (IIoT) i roboty stanowią podstawę zaawansowanej produkcji. Jedne i drugie wymagają licznych czujników oraz urządzeń elektronicznych do odczytywania danych z maszyn i przekazywania informacji celem ich przetwarzania. Rozwój automatyki przemysłowej stymuluje popyt na obwody elektroniczne, a co za tym idzie na kostki zaciskowe.
• Sztuczna inteligencja (AI) oraz przetwarzanie brzegowe: rozwiązania przemysłowego Internetu rzeczy (IIoT) przenoszą dane do chmury w celu przetwarzania, jednak ulega to zmianie ze względu na potrzebę podejmowania decyzji w ułamku sekundy, w czasie rzeczywistym. Użycie sztucznej inteligencji brzegowej zwiększyło zapotrzebowanie na wysokowydajne przetwarzanie, co z kolei wymaga wyrafinowanych i skomplikowanych obwodów.
• Dekarbonizacja i elektryfikacja gospodarki: wraz z coraz większą presją na dekarbonizację wzrośnie liczba obwodów elektrycznych działających w wielu różnych zastosowaniach - na przykład w samochodach elektrycznych i hybrydowych oraz sieciach elektroenergetycznych.

Biorąc pod uwagę szerszy kontekst wzrostu znaczenia obwodów elektrycznych i elektronicznych, popyt na kostki zaciskowe również będzie coraz większy. Przewiduje się, że do 2027 r. globalny rynek kostek zaciskowych osiągnie wartość 5,2 mld $, przy skumulowanym rocznym wskaźniku wzrostu (CAGR) 5,7%.

Mechanizmy połączeń w kostkach zaciskowych

Kostki zaciskowe można sklasyfikować w różne kategorie, a jedną z różnicujących cech jest mechanizm wykorzystywany do wykonywania połączeń. Śrubowe kostki zaciskowe wykorzystują wkręty, aby przytrzymać przewody na miejscu. Mechanizm przyciskowy wymaga naciśnięcia przycisku, wprowadzenia przewodu i zwolnienia przycisku w celu zaciśnięcia przewodu na miejscu.

Wciskane kostki zaciskowe wymagają od użytkownika jedynie wciśnięcia przewodu do wewnątrz, a sprężyna blokuje go na miejscu. Oto w jaki sposób działają przeznaczone do płytek drukowanych kostki zaciskowe z dźwigniami z serii 2601 firmy WAGO, wykorzystując jej opatentowaną technologię wykonywania połączeń Push-In CAGE CLAMP®. Aby wykonać połączenie, użytkownik wciska przewód na miejsce. Aby uwolnić przewód, użytkownik podnosi dźwignię do góry, zwalniając siłę działającą na zacisk (ilustracja 1). Prosta operacja podnoszenia i obniżania dźwigni zapewnia łatwość i szybkość użycia tej kostki zaciskowej.

Ilustracja 1: dźwignie tych kostek zaciskowych zapewniają szybkość i łatwość wykonywania połączeń dzięki prostemu mechanizmowi, który zaciska przewody i przytrzymuje je na miejscu. (Źródło ilustracji: WAGO)

Zalety połączeń wykorzystujących dźwignie

Kostka zaciskowa z dźwignią oferuje szereg zalet w porównaniu z innymi mechanizmami blokującymi:

• Obsługa nie wymagająca narzędzi: dociśnięcie przewodów nie wymaga użycia wkrętaka, co przyspiesza i usprawnia montaż. Użycie kostek zaciskowych z dźwigniami jest szczególnie korzystne w zastosowaniach wymagających częstych zmian oprzewodowania, takich jak instalacje polowe lub prototypowanie laboratoryjne.
• Mniejsze odkształcenia przewodów: urządzenia zwykle wytrzymują dłużej, ponieważ przewody nie są przykręcane, dlatego nie podlegają zużyciu. Podłączanie i ponowne podłączanie przewodów jest łatwiejsze i mniej obciąża obwody, wydłużając czas ich użytkowania.
• Odpowiednia siła: w mechanizmach śrubowych kostek zaciskowych często występuje ryzyko nadmiernego dociskania. Nacisk spowodowany nadmiernym dociśnięciem może szybciej uszkadzać przewody, skracając okres użytkowania komponentów elektrycznych i elektronicznych. Wciskane kostki zaciskowe z dźwigniami zwalniającymi eliminują potrzebę zgadywania, jaka siła jest wymagana, aby utrzymać przewody na miejscu.
• Mocniejsze i bardziej powtarzalne połączenia: w mechanizmach śrubowych występuje również ryzyko luźnych połączeń, co prowadzi do wadliwych sygnałów i utraty danych. Użycie kostek zaciskowych z wciskaną technologią zaciskową zapewnia powtarzalność połączeń, niezależnie od doświadczenia technika. Dzięki powtarzalności i połączeniom pełnokontaktowym, omawiane kostki zaciskowe są szczególnie użyteczne w środowiskach, gdzie występują silne drgania, na przykład w produkcji przemysłowej lub w lotnictwie i kosmonautyce.
• Elastyczność i kompatybilność: w przypadku integracji z większymi obwodami elektrycznymi, czujniki IoT zwykle posiadają nieujednolicony zestaw przewodów, niezbędnych do przekazywania danych i sygnałów. Wciskane kostki zaciskowe z dźwigniami zwalniającymi są kompatybilne z różnymi rodzajami przewodów - litymi, plecionymi i drobno plecionymi.
• Łatwość użycia: dźwignia zwalniająca przewody w kostce zaciskowej ułatwia rozpoznanie, które połączenia są w stanie zablokowanym i odblokowanym. Wizualne i dotykowe wskazówki ułatwiają użycie i zmniejszają ryzyko błędów podczas budowy skomplikowanych obwodów.

Inspekcje i konserwacje również są łatwiejsze ze względu na modułową konstrukcję poszczególnych elementów kostek. Modułowa konstrukcja pozwala również na szybsze odłączanie przewodów. Technicy nie muszą wyjmować i wymieniać całych płytek, aby dokonać zmian. Zamiast tego mogą skoncentrować się na konkretnych fragmentach, które wymagają pracy i wymieniać moduły selektywnie.

Dobór właściwej kostki zaciskowej

Ponieważ obwody stają się coraz powszechniej spotykane i coraz bardziej skomplikowane, znalezienie właściwej kostki zaciskowej do podłączania przewodów koncentruje się na elementach, które mogą działać w ekstremalnych warunkach środowiskowych, a jednocześnie zajmujących mniej miejsca.

Do kryteriów, które należy wziąć pod uwagę przed wybraniem kostki zaciskowej należą prąd i napięcie wytrzymywane przez obwody. Projektanci zwykle stosują pewien zapas przed wybraniem produktu (150% wymaganej wartości znamionowej). Liczba biegunów decyduje o liczbie obwodów, jaką może obsłużyć kostka zaciskowa. Dopuszczalne napięcie i prąd kostki zaciskowej, droga upływu itp. decydują o rastrze kostki, czyli odległości pomiędzy liniami środkowymi poszczególnych biegunów (ilustracja 2). Projektanci muszą wreszcie upewnić się, czy obudowa kostki zaciskowej pomieści przewody - zwykle podawany jest przekrój AWG (American Wire Gauge).

Ilustracja 2: raster kostki zaciskowej, jedno z kryteriów doboru, to odległość pomiędzy środkami biegunów. (Źródło ilustracji: WAGO)

Przy doborze kostki zaciskowej konieczne jest uwzględnienie parametrów elektrycznych, mechanicznych i innych czynników. Przykładowo: przeznaczone do płytek drukowanych kostki zaciskowe z dźwigniami z serii 2601 firmy WAGO są kompaktowe, nie wymagają użycia narzędzi oraz pozwalają na szybkie i łatwe zakańczanie przewodów o przekrojach od 26AWG do 14AWG. Opatentowana przez firmę WAGO technologia połączeń Push-In CAGE CLAMP® pozwala na podłączanie żył litych lub plecionych z tulejkami poprzez ich wciśnięcie do wnętrza kostki.

Dzięki możliwości instalacji na płytce w pozycji pionowej lub poziomej oraz odległościom wtyków zaledwie 3,5mm, seria 2601 zajmuje minimalną ilość miejsca na płytce. Przeznaczone do płytek drukowanych kostki zaciskowe z dźwigniami z serii 2601 firmy WAGO stanowią idealny wybór do wykonywania połączeń w terenie, bez względu na klasę parametrów. Intuicyjne wykonywanie połączeń przewodowych bez użycia narzędzi i technologia dźwigniowa zapewniają zawsze bezpieczny styk. Omawiana seria znajduje zastosowanie w zasilaczach, na płytkach sterujących, w produkcji i podłączaniu urządzeń, modułach interfejsów, czujnikach oraz domach inteligentnych.

Podsumowanie

Kostki zaciskowe mają krytyczne znaczenie dla integralności i działania skomplikowanych obwodów elektrycznych i elektronicznych. Podczas doboru inżynierowie muszą uwzględnić różne czynniki, takie jak zastosowanie, tolerancje prądu i napięcia, a także mechanizmy fizycznych połączeń. Wciskane kostki zaciskowe z dźwigniami zwalniającymi są szczególnie łatwe w obsłudze, gdyż gwarantują szybkie, powtarzalne i niezawodne połączenia.