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Lubrificanti Industriali 13/03/2015

Connettori elettrici, come aumentarne la durata con un lubrificante

connettori_elettrici_multipin_lubrificazione

Tempo lettura: 3 minuti

Un film isolante tra le lamine di un contatto elettrico migliora  durata ed efficienza di funzionamento? E difficile da credere ma è cosi! In questo articolo ti raccontiamo come un grasso lubrificante sintetico specificamente formulato può migliorare durata e prestazioni di interruttori e connettori elettrici. Potrai scaricare una guida che metterà a confronto la differenza di prestazioni tra un connettore lubrificato ed uno privo di film protettivo. Elencheremo una serie di fatti evidenti e sfateremo alcuni miti circolanti nel settore.

Lubrificazione connettori elettrici  

Un connettore elettrico è soggetto durante l’esercizio a:

  • umidità o contatto diretto con acqua
  • usura abrasiva da inserzione
  • ossidazione e corrosione
  • usura da contatto (fretting)
  • sbalzi termici
Questi disturbi portano inevitabilmente ad un lento e progressivo incremento delle resistenze di contatto con perdite di efficienza nella trasmissione del segnale. Un fluido lubrificante è però un isolante, c’è poco da fare. E allora come è possibile che le prestazioni di una connessione elettrica equipaggiata di un film lubrificante non peggiorino, ma al contrario migliorino?  Per capirlo è necessario analizzare al microscopio la morfologia delle superfici conduttive a contatto.


Analisi delle superfici dei connettori elettrici

Il terminale di un connettore elettrico è formato da 3 strati funzionali: metallo base, sottostrato e rivestimento. A seconda delle condizioni operative possiamo distinguere terminali a

  • Rivestimento duro
  • Rivestimento duttile

lamine_connettori_elettrici

 

Nel caso del rivestimento duro, al sottostrato generalmente realizzato in Nichel o leghe di rame viene applicato un rivestimento duro resistente, che non infragilisce in occasione dell'inserimento. Nel caso del rivestimento duttile è lo stesso sottostrato realizzato in Sn o leghe SnPb, che ossidandosi sviluppa il rivestimento sovrastante: un sottile strato non conduttivo che si deforma e disgrega lasciando spazio al sottostrato conduttivo durante il processo di inserzione delle lamine. La rottura dello strato di ossido superficiale rappresenta quindi la condizione necessaria perché si compia il passaggio di corrente.

connettori_elettrici_superfici_a_contatto

Nella figura in alto è rappresentato il dettaglio del contatto tra le superfici di due lamine conduttive in sezione. Il passaggio di corrente non avviene attraverso tutta la sezione disponibile ma in corrispondenza di spot o microaree. Le zone di non contatto, quelle di colore blu sono libere e quindi aggredibili dagli agenti esterni. Queste zone potrebbero essere occupate da un film lubrificante, che in virtù della sua plasticità sarebbe in grado di disporsi in posizione neutra e in sintonia con le sollecitazione meccaniche:  vibrazioni, inserzioni etc. Nella figura di seguito sono invece messe a confronto due lamine di contatto con e senza lubrificante protettivo. Sulla lamina non lubrificata le zone rappresentate in verde sono soggette a un processo di alterazione superficiale che si attua attraverso i ben noti fenomeni: usura da contatto e corrosione.

sezione_connettore_elettrico 

Ora analizziamo 5 vantaggi che si ottengono applicando un film lubrificante-protettivo sulle superfici di una contatto elettrico.

 

1_Riduzione delle forze di inserzione

Le lamine conduttive di una connessione elettrica se non accoppiate con una forza di contatto sufficiente possono, a seguito di esercizio prolungato, determinare perdite di segnale o discontinuità di funzionamento. Per limitare questi fenomeni indesiderati si agisce in fase progettuale sulle tolleranze di fabbricazione per fare in modo che siano garantiti valori di attrito statico e forze di contatto sufficienti per un corretto funzionamento. Alte forze di contatto tra le lamine portano ad alte forze di inserzione durante l'accoppiamento, che possono causare:

  • Usura per sfregamento dei rivestimenti superficiali
  • Incremento dei tempi di assemblaggio
  • Fastidio agli operatori nelle manovre di inserimento

Un grasso lubrificante sintetico per connettori elettrici, se opportunamente formulato permette di ridurre l'attrito dinamico che si genera al momento dell'inserzione, senza modificare sostanzialmente l'attrito statico, che invece è necessario come visto per la continuità elettrica.

 

forze_di_inserzione_connettori_elettrici

2_Inibizione fretting corrosion: usura contatto

Pensando ad un connettore di un elettrodomestico o ad uno localizzato nel vano motore di un autovettura possiamo essere sicuri della presenza di vibrazioni. Il contatto forzato tra corpo e contro-corpo necessario per garantire la continuità elettrica,
sebbene correttamente impostato, non impedisce l'innesco di "nanomovimenti" tra le lamine, responsabili del ben noto fenomeno di usura da fretting. E’ una forma di corrosione che avviene sulla superficie di contatto di materiali metallici compressi l'uno sull'altro e soggetti a vibrazioni e scorrimenti di piccola entità.  L'attacco si presenta morfologicamente a vaiolature o solchi circondati da prodotti di corrosione o a volte solamente come perdita di lucentezza del materiale metallico.

 

 

fretting_corrosione

 


3_Protezione dalla corrosione / ossidazione

Un grasso lubrificante per contatti elettrici incorpora un pacchetto di additivi specifici per la riduzione dell'ossidazione e della corrosione. Sebbene alcune tipologie di ossidi siano comunque conduttive, preservare la superficie da reazioni superficiali è comunque un vantaggio non indifferente. La presenza di un film lubrificante oltre a proteggere dall’azione dell’umidità, è in grado ad esempio in presenza di rivestimenti superficiali duri a base di oro, di impedire che dalle porosità tipiche del metallo nobile possano trafilare gli ossidi del substrato o del metallo base: fenomeno tipico delle leghe di rame e di stagno.

connettore_elettrico_ossidato_automotive 

 

4_Stabilità delle resistenza elettrica di contatto

In corrispondenza del contatto elettrico è presente una caduta di tensione, è un compromesso necessario se si desidera disporre di un punto di interruzione disinseribile in un circuito elettrico: il connettore. Come analizzato in precedenza a proposito della morfologia del contatto, gli strati conduttivi superficiali sono scelti in virtù della lora bassa resistenza elettrica per favorire la più bassa caduta di tensione possibile: ma la discontinuità è inevitabile. Nella guida che è possibile scaricare a questo link, vengono affrontati in dettaglio le tipologie di resistenza elettrica che il flusso di corrente incontra durante il suo percorso, e come è fondamentale che tali valori rimangano costanti:

  • Dopo ripetuti inserimenti e disconnessioni
  • In presenza di vibrazioni

 

5_Smorzamento dell’arco elettrico

Non è un fenomeno così frequente nei connettori elettrici, la cui separazione o accoppiamento (plug-in) avviene o dovrebbe avvenire in assenza di tensione, ma vale la pena comunque di sapere che un film lubrificante può contribuire in maniera significativa a smorzare gli effetti devastanti dell'arco elettrico. L’arco elettrico è un fenomeno piuttosto noto in letteratura, la sua estinzione a seconda delle condizioni di lavoro in bassa, media o alta tensione può essere agevolata attraverso svariati sistemi:
  • aria
  • olio
  • SF6 (esafloruro di zolfo)
In presenza di bassa tensione, come negli interruttori elettrici domestici quando si genera un arco di dimensioni modeste, è sufficiente l’aria e una geometria di contatto accurata. E’ noto però che azionamento dopo azionamento le scariche elettriche possono produrre delle alterazioni importanti alle superfici e generare crateri e dissimmetrie, determinando anomalie di contatto. La presenza di un grasso lubrificante con una speciale formulazione a base di poliglicole o perfluoropolietere può assorbire l’energia della scarica elettrica senza carbonizzare o lasciare depositi solidi dannosi per la continuità elettrica.

 

arco_elettrico



Abbiamo elencato alcuni vantaggi che un fluido lubrificante può contribuire a generare in  un connettore elettrico in esercizio, nella guida di seguito confronteremo come cambiano i parametri r
esistenza elettrica di contatto e indice di usura in funzione del numero di cicli di inserzione e disinserzione a cui sono sottoposti, del tempo di esercizio e dalla presenza o meno di film lubrificante protettivo. Partiremo dalle caratteristiche di una lamina conduttiva, affrontando i seguenti aspetti:
  • Stratigrafia delle superfici
  • Resistenza elettrica di contatto
  • Fenomeni di usura delle superfici
  • Accorgimenti per migliorare le qualità di contattazione
  • Caratteristiche di una buona formulazione lubrificante per contatti elettrici

 

Lubrificazione connettori elettrici

Marco Gandelli

Scritto da Marco Gandelli

Imprenditore. Co-fondatore di Macon Research. Esperto e appassionato di meccanica e chimica della lubrificazione. Da 15 anni dopo migliaia di analisi condotte su dispositivi elettro-meccanici, formulo per i progettisti soluzioni lubrificanti su misura per l'incremento dell'efficienza, della durata e il controllo dell'attrito. Amante dell'efficienza dei processi aziendali e del digital marketing.

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