เคล็ดลับ 10 ข้อสำหรับการเลือกกล่องงานไฟฟ้า

มีหลายสิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อเริ่มต้นโปรเจ็กต์ใหม่ อย่างน้อยที่สุดก็คือกล่องที่จะเก็บส่วนประกอบทางไฟฟ้าของผู้ใช้ โดยกล่องจะเป็นสิ่งที่ผู้ใช้งานเห็นและสัมผัส และผู้ใช้ต้องการให้แน่ใจว่ากล่องมีคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการใช้งานของตน

จากประสบการณ์ของ Hammond Manufacturing ในฐานะผู้ผลิตกล่องอุปกรณ์ไฟฟ้า มีเกณฑ์สำคัญทั่วไป 10 ประการที่ต้องคำนึงเมื่อเลือกใช้

1. ขนาด

ส่วนใหญ่แล้วจะเลือกกล่องก่อนที่จะออกแบบ PCB เพื่อให้แน่ใจว่าบอร์ดจะมีขนาดเหมาะสม และหากกล่องมีเสาสำหรับยึด รูสำหรับยึดก็อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง บางครั้งก็หลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะทำกลับกัน ซึ่งผู้ใช้จะต้องจับคู่บอร์ดเข้ากับกล่อง

PCB มีขนาดเท่าไร? จะติดตั้งในแนวนอนหรือแนวตั้ง? มีกล่องพลาสติกหลายแบบที่มีช่องที่หล่อเข้าที่ด้านข้างของกล่อง สำหรับการติดตั้งในแนวตั้งโดยตรงหรือ PCB หมุดยึดที่หล่อไว้ด้านบนและฐานสำหรับการติดตั้งในแนวนอน โดยทั่วไปแล้ว กล่องอะลูมิเนียมอัดขึ้นรูปจะมีช่องความยาวเต็มด้านข้างสำหรับติดตั้ง PCB ในแนวนอน จำเป็นต้องมีพื้นที่เท่าใดบนพื้นผิวภายนอกสำหรับไฟแสดงสถานะ สวิตช์ ขั้วต่อ ช่องเข้าสายเคเบิล และส่วนประกอบที่คล้ายกัน ส่วนประกอบที่ติดบอร์ดหรือบอร์ดแนวนอนหลายแผ่นต้องมีความสูงเท่าใด

รูปที่ 1: กล่องพลาสติกที่ขึ้นรูปด้วยตัวกั้นการ์ดภายในจาก ซีรีส์ 1591T ของ Hammond (แหล่งที่มาภาพ: Hammond Manufacturing)

รูปที่ 2: กล่องอะลูมิเนียมอัดขึ้นรูปพร้อมช่องบอร์ดพีซีจาก ซีรีส์ 1455 ของ Hammond (แหล่งที่มาภาพ: Hammond Manufacturing)

2. สภาพแวดล้อมที่ติดตั้ง

ผลิตภัณฑ์จะถูกนำไปใช้ที่ไหน? ภายในอาคาร กลางแจ้ง หรือทั้งคู่? สำหรับการติดตั้งกลางแจ้ง ความเสถียรของรังสี UV เป็นปัญหาที่อาจเกิดขึ้นสำหรับกล่องพลาสติก ดังนั้นโพลีคาร์บอเนตจึงเป็นตัวเลือกเริ่มต้น สำหรับการใช้งานแบบเคลื่อนที่ เช่น ถนนและราง แรงกระแทกและการสั่นสะเทือนมีแนวโน้มที่จะเป็นปัญหาหรือไม่ มีความเสี่ยงที่น้ำหรือฝุ่นจะเข้าไปหรือไม่ (ดูข้อ 5 ด้านล่าง) มีแนวโน้มที่จะมีสิ่งปนเปื้อนอยู่ เช่น น้ำมันหรือสารเคมีหรือไม่? การต้านทานต่อความเสียหายจากแรงกระแทกเป็นปัญหาที่เป็นไปได้หรือไม่? คาดว่าจะมีอุณหภูมิสูงหรือต่ำเป็นพิเศษหรือไม่?

ABS เหมาะสำหรับการใช้งานในร่มและแบบพกพา โพลีคาร์บอเนต มีความเสถียรต่อรังสี UV เนื่องจากทนทานต่ออุณหภูมิได้ดีและทนทานต่อแรงกระแทก ทำให้เป็นวัสดุที่ดีสำหรับใช้กลางแจ้งและในอุตสาหกรรมมากขึ้น โลหะ เช่น อลูมิเนียมหล่อ มีคุณสมบัติทนต่อแรงกระแทกและอุณหภูมิได้ดีกว่า

รูปที่ 3: กล่องโพลีคาร์บอเนตพร้อมฝาปิดใสจาก ซีรีส์ 1554 ของ Hammond (แหล่งที่มาภาพ: Hammond Manufacturing)

3. วัสดุ

สำหรับกล่องขนาดเล็ก โดยทั่วไปตัวเลือกจะอยู่ระหว่างพลาสติก (รวมถึง ABS และโพลีคาร์บอเนต) และโลหะ (รวมถึงอะลูมิเนียมและเหล็กกล้าแบบหล่อ พับ หรืออัดขึ้นรูป) ปกติโพลีคาร์บอเนตจะถูกออกแบบให้ใช้งานกลางแจ้งเพราะทนทานต่อการเปราะหรือเปลี่ยนสีจากแสงแดดได้ดีกว่า ABS

กล่องอะลูมิเนียมให้ความต้านทานแรงกระแทกที่ดีและนำไฟฟ้าได้ในตัว แม้ว่าการทาสีหรือชุบอโนไดซ์จะต้องไม่ครอบคลุมพื้นที่เชื่อมต่อเพื่อรักษาความต่อเนื่องตลอดทั้งกล่อง การออกแบบกล่องแบบอัดขึ้นรูปบางแบบนำเสนอคุณสมบัติต่างๆ เช่น ครีบระบายความร้อนเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวเพื่อปรับปรุงการกระจายความร้อน อะลูมิเนียมหล่อ มีความแข็งแรงและทนทาน ไม่เป็นสนิม นำไฟฟ้า มีการลดทอนของแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับสูง และตัดเฉือนได้ง่าย สำหรับการใช้งานที่การป้องกันความเสียหายจากแรงกระแทกเป็นสิ่งสำคัญ โดยที่ EMC มีแนวโน้มที่จะเป็นปัญหา หรือในบริเวณที่คาดว่าจะมีอุณหภูมิสูง ฝุ่น หรือน้ำ ตู้อะลูมิเนียมหล่อคือตัวเลือกราคาประหยัดในอุดมคติ

4. EMC (ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า)

กล่องพลาสติกมีจุดอ่อนเฉพาะประการหนึ่ง นั่นคือ ไม่มีการลดทอน EMC หาก EMI หรือ RFI ที่ปล่อยออกมาจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ติดตั้งไว้หรือความไวต่อสนามแม่เหล็กภายนอกอาจเป็นปัญหาได้ การขาดการคัดกรองอาจเป็นปัญหาได้ การเคลือบภายในด้วยวัสดุหลากหลายชนิดสามารถนำไปใช้กับพื้นผิวด้านในของกล่องพลาสติกเพื่อให้ระดับการลดทอนที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับความต้องการ ด้วยการนำเสนอวัสดุที่แตกต่างกันในช่วงความหนาต่างๆ จึงสามารถจัดหาโซลูชันที่คุ้มต้นทุนและเหมาะสมทางเทคนิคมากที่สุดได้

กล่องโลหะได้รับการออกแบบในลักษณะที่มีความต่อเนื่องทางไฟฟ้าระหว่างแผงด้านบน ฐาน และแผงที่ถอดออกได้ จะทำให้ระดับของ EMC น่าจะเกินเพียงพอสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ ปะเก็นที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะถูกใช้เพื่อการเชื่อมโยงไฟฟ้าทั้งสองส่วนของกล่องหุ้ม

5. การป้องกันสภาพแวดล้อม

กล่องจะเสี่ยงต่อสภาพแวดล้อม เช่น น้ำหรือฝุ่นหรือไม่ มาตรฐานสากลที่เกี่ยวข้องคือ EN 60529 ซึ่งกำหนดพิกัดที่เขียนเป็น IPXX โดยที่หลักแรกกำหนดการป้องกันวัตถุที่เป็นของแข็ง และหลักที่สองคือการป้องกันน้ำเข้า

โดยทั่วไปแล้ว กล่องระดับ IP54 เหมาะสำหรับการใช้งานทั่วไป สำหรับการติดตั้งในสภาพแวดล้อมที่อาจเกิดฝุ่นและน้ำ โดยปกติแล้วจะให้มีระดับ IP66, 67 หรือ 68 และใช้ปะเก็น ระดับสูงสุดคือ IP69K ซึ่งช่วยป้องกันไอน้ำสะอาดแรงดันสูง ในอเมริกาเหนือ การปิดผนึกด้านสิ่งแวดล้อมของกล่องโดยปกติจะกำหนดเป็นหมายเลข NEMA (National Electrical Manufacturing Association) ระดับ NEMA ยังต้องการคุณสมบัติและการทดสอบผลิตภัณฑ์เพิ่มเติม เช่น การทำงานภายใต้สภาวะน้ำแข็ง การน็อคเอาท์สำหรับการเชื่อมต่อสายเคเบิล และอื่นๆ ที่ไม่ได้ระบุอยู่ในพิกัด IP

รูปที่ 4: กล่องบางกล่องเช่น ซีรีส์ 1551SNAP ได้รับการออกแบบเพื่อให้องค์ประกอบต่างๆ เข้าไปได้ สำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น การตรวจจับสภาพแวดล้อม (แหล่งที่มาภาพ: Hammond Manufacturing)

6. ฮาร์ดแวร์

แผงและฝาครอบกล่องต้องยึดไว้ครึ่งหนึ่งของการเชื่อมต่อ และมีสองวิธีหลักสำหรับกล่องพลาสติกและกล่องแบบหล่อ ไม่ว่าจะขันสกรูเกลียวปล่อยเข้ากับวัสดุของฐานโดยตรง หรือสกรูเกลียว (หรือบุชชิ่ง) อยู่ในฐาน ควรใช้สกรูเกลียวหากคาดว่าจะมีการเปิดและปิดซ้ำ ๆ ในระหว่างอายุการใช้งานของอุปกรณ์ ในขณะที่สกรูเกลียวปล่อยนั้นเพียงพอสำหรับการใช้งานประเภท "ทั่วไป"

รูปที่ 5: กล่องพลาสติกแบบประหยัดที่ไม่มีส่วนทองเหลือง (ซ้าย) และกล่องพลาสติกทนไฟพร้อมส่วนทองเหลือง (ขวา) จาก ซีรีส์ 1591 ของ Hammond (แหล่งที่มาภาพ: Hammond Manufacturing)

7. ลักษณะภายนอก

แม้ว่าสุนทรียภาพอาจเป็นเรื่องส่วนตัว แต่อย่างน้อยผู้ใช้อาจมีความคิดทั่วไปว่าพวกเขาต้องการให้ผลิตภัณฑ์มีรูปลักษณ์และความรู้สึกอย่างไร กล่องพลาสติกมีให้เลือกทั้งวัสดุทึบแสงและโปร่งแสงในหลากหลายสี และมีน้ำหนักเบา โดยหลายแบบมีฝาปิดแบบฝังสำหรับแผงปุ่มควบคุมแบบเมมเบรนและจอแสดงผล กล่องอัดขึ้นรูป มีการเคลือบอะโนไดซ์อย่างมีสไตล์ซึ่งสามารถจับคู่กับอุปกรณ์เสริม เช่น กรอบพลาสติกสีสันสดใสเพื่อให้ดูโดดเด่น กล่องอะลูมิเนียมหล่อขึ้นรูปสามารถทาสีได้หลากหลายสี และเป็นที่นิยมสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ปรับแต่งตามความต้องการสูง เช่น แป้นเหยียบกีตาร์ บางครั้งกล่องหล่อที่ทนทานและยังไม่ทาสีก็เป็นสิ่งที่ผู้ใช้ต้องการ!

รูปที่ 6: กล่องอะลูมิเนียมหล่อขึ้นรูป “สต็อปบ็อกซ์” ทาสีจาก ซีรีส์ 1590 ของ Hammond (แหล่งที่มาภาพ: Hammond Manufacturing)

8. ความพร้อมใช้งานของผลิตภัณฑ์และการสนับสนุน

กล่องมาตรฐานสำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าผลิตขึ้นในหลากหลายขนาด รูปแบบ และประเภทโดยผู้ผลิตผู้เชี่ยวชาญหลายราย กล่องแบบขึ้นรูป อัด หรือแบบหล่ออาจดูเหมือนเป็นเพียงกล่องธรรมดา แต่ในความเป็นจริงแล้ว เป็นผลมาจากความเชี่ยวชาญด้านการออกแบบที่กว้างขวาง ซึ่งส่งผลให้มีตัวกล่องมีคุณลักษณะที่หลากหลาย เหมาะสำหรับใช้ในการใช้งานและสภาพแวดล้อมต่าง ๆ โดยผู้จัดจำหน่ายเก็บสต๊อกกล่องมาตรฐานไว้จำนวนมาก และแนวโน้มล่าสุดก็คือ ขณะนี้ผู้จัดจำหน่ายกำลังร่วมมือกับผู้ผลิตในการให้การสนับสนุนทางเทคนิคแก่ลูกค้าของตน โดยทำงานร่วมกับพวกเขาในขั้นตอนการออกแบบเพื่อช่วยเลือกกล่องที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งาน

9. เอกสารสนับสนุนและแบบร่างที่ดาวน์โหลดได้

ผู้ผลิตและผู้จัดจำหน่ายกล่องที่มีชื่อเสียงจะจัดให้มีคลังข้อมูลทางเทคนิคที่ครอบคลุมบนเว็บไซต์ของตน ทรัพยากรที่ดาวน์โหลดได้โดยทั่วไป ได้แก่ แบบที่ระบุขนาดในรูปแบบ PDF และ CAD เพื่อช่วยในการออกแบบและแก้ไขข้อกำหนด รายละเอียดทางเทคนิค และคุณลักษณะที่สำคัญของผลิตภัณฑ์

รูปที่ 7: แบบระบุขนาดพร้อมให้ดาวน์โหลดสำหรับตู้ Hammond ทั้งหมด (แหล่งที่มาภาพ: Hammond Manufacturing)

10. การปรับแต่ง

กล่องทั้งหมดจำเป็นต้องได้รับการแก้ไขในลักษณะใดลักษณะหนึ่งเพื่อให้นำมาใช้งานได้ เช่น การเพิ่มรูสำหรับขั้วต่อหรือการพิมพ์ฉลากและโลโก้ Hammond นำเสนอบริการตัดเฉือนและการพิมพ์ภายในโดยมีปริมาณการสั่งซื้อขั้นต่ำเพียงเล็กน้อย ประเภทของกล่องจะเปิดช่องทางเฉพาะสำหรับการปรับแต่ง ตัวอย่างเช่น เราสามารถติดตั้งฮาร์ดแวร์แบบกดเข้า เช่น ตัวกั้นลงในกล่องโลหะ ปรับแต่งความยาวของกล่องอะลูมิเนียมอัดขึ้นรูป และกล่องพลาสติกขึ้นรูปด้วยสีที่กำหนดเองได้ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตู้ที่ได้รับการปรับเปลี่ยน โปรดไปที่หน้า กล่องไฟฟ้าแบบกำหนดเอง ของ DigiKey

รูปที่ 8: กล่องอะลูมิเนียมอัดขึ้นรูปซีรีส์ 1455 ที่ปรับแต่งด้วยกรอบ ช่องเจาะ และการพิมพ์สีสันสดใส (แหล่งที่มาภาพ: Hammond Manufacturing)

สรุป

เคล็ดลับเหล่านี้อาจใช้ไม่ได้กับทุกโครงการ แต่การพิจารณาเคล็ดลับเหล่านี้จะช่วยให้นักออกแบบคำนึงถึงภาพรวม ตั้งแต่การทำความเข้าใจความพร้อมใช้งานในระยะสั้นและระยะยาวของกล่องแต่ละกล่อง ไปจนถึงการกำหนดขนาดกล่องที่สมบูรณ์แบบสำหรับโครงการถัดไป การพิจารณาปัจจัยในข้อกำหนดด้านขนาดและทางเทคนิค ตลอดจนความเป็นไปได้และความสวยงาม ช่วยให้มั่นใจได้ว่าทุกโครงการดำเนินไปได้อย่างราบรื่นที่สุดตั้งแต่ต้นแบบไปจนถึงการเปิดตัว