Uma cablagem liga dois elementos rigidos: um conector em cada extremidade. Entre ambos, o cabo flecte, dobra e absorve cargas mecanicas provenientes de vibracoes, ciclos termicos e manuseamento humano. O alivio de tensao gere a transicao entre as seccoes rigida e flexivel. Sem ele, cada puxao, torcao ou flexao concentra a tensao directamente nas unioes soldadas e nos terminais cravados.
O padrao de falha e previsivel: cabos arrancados dos conectores durante a instalacao, fios partidos na carcaca do conector apos meses de vibracao, ligacoes intermitentes causadas por fadiga do condutor num ponto de curvatura abrupta. Estas falhas geram mais devolucoes em garantia do que qualquer outra causa em conjuntos de cabos sem alivio de tensao adequado.
Seleccionar o metodo correcto exige considerar o ambiente mecanico, o volume de producao e os requisitos de manutencao. Este guia aborda cada metodo com dados suficientes para especificar o alivio de tensao com confianca.
Porque e que o alivio de tensao e importante no projecto de cablagens
O alivio de tensao transfere a carga mecanica para longe das terminacoes electricas. Quando alguem puxa um cabo, a forca deve ser absorvida pela bainha do cabo e pelo mecanismo de alivio, e nao pelo barril de cravacao, pela uniao soldada ou pela ilha do PCB no interior do conector.
A fisica e directa: a flexao do cabo concentra a tensao no ponto de maxima variacao de curvatura. Sem alivio, esse ponto situa-se exactamente onde o cabo sai do conector, o elo mais fraco do conjunto.
O alivio de tensao acrescenta entre 0,10 e 5,00 dolares por conjunto, consoante o metodo. Comparado com uma unica falha em campo, o retorno do investimento e evidente.
"Vemos o mesmo erro em cerca de um terco dos pedidos de orcamento: o desenho especifica o conector e a seccao do cabo mas nao menciona o alivio de tensao. O engenheiro assume que o fabricante resolvera a questao. O fabricante escolhe a abraca mais barata. Seis meses depois recebemos a chamada por falhas em campo."
Hommer Zhao
Director de Engenharia, WellPCB Wire Harness Production
Quatro metodos principais de alivio de tensao
Cada metodo oferece compromissos diferentes entre nivel de proteccao, custo, vedacao ambiental e capacidade de manutencao.
Alivio sobremoldado
Termoplastico ou elastomero injectado directamente sobre a juncao cabo-conector.
Maxima resistencia a traccao (50-200+ libras consoante o projecto).
Vedacao contra humidade e po (IP67/IP68 alcancavel).
Custo de ferramentaria: 2.000-8.000 dolares por cavidade de molde.
Nao reparavel em campo (substituicao requer corte do cabo).
Bracadeiras e carcacas de conector
Bracadeiras metalicas ou plasticas que fixam mecanicamente a bainha do cabo.
Sem custo de ferramentaria; componentes normalizados disponiveis.
Reparavel em campo (remover a bracadeira permite substituir o conector).
Vasta gama de dimensoes para cabos de 3 mm a 50 mm+.
Vedacao limitada sem juntas adicionais.
Passadores e bucins
Mangas de borracha ou plastico com passagem interna conica.
Custo mais baixo por unidade (0,05-0,50 dolares).
Instalacao por pressao; sem ferramentas.
Baixa resistencia a traccao (3-15 libras tipica).
Degradacao da borracha sob exposicao UV e ozono.
Botas flexiveis e termorretraccao
Botas de elastomero pre-formadas ou tubo termorretractil de parede dupla.
Boa transicao gradual de rigidez (projectos segmentados).
Custo moderado (0,50-5,00 dolares por unidade).
Versoes termorretracteis vedam contra humidade (IP65-IP67).
Forca de traccao limitada a friccao bainha-bota (10-40 libras).
Materiais para alivio de tensao: propriedades e compromissos
A seleccao do material determina a gama de temperaturas, a resistencia quimica, a vida a fadiga e o custo. Um material inadequado falha mesmo com um projecto mecanico correcto.
| Material | Gama Temp. | Dureza Shore | Resist. Quimica | Ideal Para | Custo |
|---|---|---|---|---|---|
| PVC | -20 a +80C | 60A-90A | Moderada | Consumo, industrial geral | $ |
| TPE | -40 a +120C | 35A-95A | Boa | Automovel, industrial | $$ |
| TPU | -40 a +100C | 70A-95A | Excelente (oleos) | Automovel, robotica | $$ |
| Silicone | -60 a +200C | 20A-80A | Boa (autoclave) | Medicina, aeroespacial | $$$ |
| Nylon PA6/PA66 | -40 a +120C | Rigido (75D+) | Boa | Bracadeiras, carcacas | $ |
| Aco inoxidavel | -200 a +800C | Rigido (metal) | Excelente | Aeroespacial, militar | $$$$ |
"Uma abraca apertada atras de um conector nao e alivio de tensao. Concentra a forca numa linha de 2 milimetros atraves da bainha. Em poucas centenas de ciclos de flexao, o bordo da abraca corta a bainha e comeca a desgastar os condutores."
Hommer Zhao
Director de Engenharia, WellPCB Wire Harness Production
Parametros criticos de projecto
Raio minimo de curvatura: 5x o diametro exterior do cabo para instalacoes estaticas, 10x para aplicacoes dinamicas com movimento continuo.
Relacao de transicao de rigidez: o alivio ideal reduz a rigidez gradualmente numa distancia de 3-5x o diametro do cabo. Uma variacao maxima de 3:1 em qualquer ponto evita a concentracao de tensao.
Forca de traccao: a IPC-620 especifica minimos consoante a seccao (0,9 kg para AWG 28, 9,1 kg para AWG 14). Os OEM do sector automovel exigem geralmente 1,5-2x os minimos IPC.
Seleccao por sector industrial
Automovel: sobremoldagem TPE para ligacoes vedadas, bracadeiras de nylon com insercoes de borracha para trocos encaminhados, carcacas em conectores de alta tensao para veiculos electricos.
Dispositivos medicos: sobremoldagem de silicone para cabos ligados ao doente, TPE de grau medico para cabos de instrumentos, botas vedadas para conjuntos descartaveis.
Automacao industrial e robotica: botas segmentadas de TPU para articulacoes roboticas (10M+ ciclos de flexao), bracadeiras de aco inoxidavel para entradas de painel em ambientes de lavagem.
Aeroespacial e militar: carcacas metalicas com terminacao EMI para cablagens blindadas, botas de silicone segmentadas para percursos nao blindados.
Requisitos de alivio de tensao segundo a IPC-620
A IPC/WHMA-A-620 e a norma principal de qualidade para conjuntos de cabos e cablagens. Define tres classes de produto com requisitos crescentes de alivio de tensao.
| Requisito | Classe 1 (Geral) | Classe 2 (Servico) | Classe 3 (Alta Fiabilidade) |
|---|---|---|---|
| Alivio exigido | Onde especificado | Todos os pontos de terminacao | Todos os pontos + encaminhamento |
| Controlo do raio de curvatura | Inspeccao visual | Conforme desenho | Medido e documentado |
| Ensaio de traccao | Nao exigido | Primeira peca | Primeira peca + periodico |
| Inspeccao | Amostragem | Amostragem segundo AQL | Inspeccao a 100% |
| Alivio redundante | Nao exigido | Nao exigido | Exigido em circuitos criticos |
Cinco erros de alivio de tensao que causam falhas em campo
1. Usar abracas como alivio primario: criam um ponto de pressao agudo que abrasiona a bainha.
2. Ignorar a transicao de rigidez: a termorretraccao padrao cria uma seccao rigida que desloca o ponto de falha.
3. Materiais incompativeis: PVC sobre TPU produz uma uniao fragil que se separa com ciclos termicos.
4. Especificar forca de traccao sem metodo de ensaio: 50 libras axiais diferem de 50 libras a 45 graus.
5. Nao incluir o alivio no desenho: sem especificacao, o fabricante escolhe a opcao mais barata.