Riepilogo: la progettazione di contenitori veramente impermeabili è un'arte arcana, ma è ragionevolmente fattibile se vengono rispettate determinate regole che codificano la "magia" sottostante.

Si verificano errori quando la regola fondamentale del suggellamento discussa di seguito viene violata. Cioè la pressione su tutte le superfici di tenuta supera sempre la pressione differenziale. In molti prodotti il ​​fallimento è insito a causa della mancanza di un design formale e sta solo aspettando condizioni in cui la "regola" richiesta non è soddisfatta.

Il metodo più semplice e solitamente migliore è l'uso di un O ring progettato in modo appropriato. La causa tipica di qualsiasi guasto è che le persone usano anelli di gomma schiacciati che sembrano O-ring ma che non sono progettati e quindi non soddisfano la regola di base in alcune situazioni.

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Requisito per la sigillatura: per essere e rimanere impermeabili un requisito minimo è che TUTTE le posizioni lungo le superfici di sigillatura devono essere incollate con un materiale impermeabile o esercitare una pressione (forza per unità di area) che è superiore alla differenza di pressione tra interno ed esterno.

Un materiale di rivestimento (ad esempio "grasso") può essere utilizzato per aiutare a soddisfare questa "regola", ma l'uso di un materiale di rivestimento in un modo non progettato non è garanzia di sigillare il successo.

O-ring: la solita soluzione più semplice e migliore: il mezzo più facilmente progettabile per fornire una tenuta è utilizzare un O-ring.

Un O-ring in genere ha la forma, e è, un anello di gomma circolare di sezione trasversale ad anello rotondo. Tuttavia, molti anelli di gomma circolari di sezione trasversale ad anello tondo GUARDA come gli O-ring, ma non lo sono . Cioè per funzionare come un O-ring, è necessario soddisfare determinati vincoli ben definiti ed è molto probabile che se una guarnizione ad anello in gomma rotonda non è formalmente progettata, non funzionerà nel modo in cui funziona un O-ring in tutte le circostanze.

Un O-ring utilizza il differenziale di pressione in modo tale che l'anello si sposti e / o si deformi in modo tale da produrre più pressione sulle superfici di tenuta rispetto al differenziale di pressione. Cioè la pressione resistente è causata dalla pressione di tenuta target ed è progettata per essere sempre maggiore. Progettare un sigillo che funzioni in questo modo dai primi principi è un compito formidabile poiché dipende da una serie di dimensioni e proprietà del materiale. Progettarne uno utilizzando tabelle standard è relativamente semplice.

Un'analogia: una semplice analogia per l'operazione O-ring che è incompleta ma utile è immaginare una folla in preda al panico di persone che cercano di attraversare una porta che deve essere aperta verso il folla per permettere alle persone di passare. L'aumento della pressione della folla sulla porta rende semplicemente più difficile l'apertura.

Il design dell'O-ring si ottiene più facilmente utilizzando parametri scelti dalle tabelle standard. Questi includono larghezza e profondità della scanalatura, diametro del materiale dell'anello, diametro dell'anello dell'anello, diametro interno della scanalatura, angolo della parete dell'anello, finitura superficiale, materiale dell'anello e della scanalatura e un po 'di più. Segui semplicemente le procedure standard del "libro di cucina" e un O-ring di solito funzionerà davvero molto bene.

Mantenere l'integrità del design: lo 'Space Shuttle' Challenger è stato distrutto a causa di un O- guasto dell'anello in un giunto SRB (solid rocket booster). Tuttavia, l'anello era ben progettato e in grado di gestire il compito assegnatogli. L'errore si è verificato perché l'attività è cambiata in modo incontrollato. La pressione sul sistema complessivo del giunto ha permesso alle separazioni meccaniche tra i lati del giunto di aumentare e di adottare un angolo piuttosto che essere parallele. I gas caldi sono stati quindi in grado di fuoriuscire oltre l'O-ring, provocandone la progressiva distruzione.

Allo stesso modo in una custodia fai-da-te - non solo l'alloggiamento O-ring & deve essere progettato per funzionare insieme, ma le relazioni meccaniche progettate delle parti del giunto devono essere mantenute entro le specifiche. Se una custodia può flettersi sotto l'impatto o la forza sulla custodia in modo tale che i giochi o gli angoli dei giunti superino i limiti di progettazione, potrebbe verificarsi una perdita. Cioè una parte vitale del progetto è garantire che le "escursioni" articolari nel caso peggiore siano note e non superate.

Esistono due tipi principali di O-ring: tenuta radiale e tenuta frontale o assiale.

• Un O-ring con tenuta radiale è più comune e più facile da progettare le forze di tenuta sono generate dal processo di scorrimento delle due parti dell'unione insieme - eventuali elementi di fissaggio o viti ecc. non giocano alcun ruolo nella creazione della forza di tenuta - servono semplicemente a mantenere i pezzi nella corretta prossimità relativa.
• Un sistema di O-ring di tenuta assiale o frontale "schiaccia" efficacemente un anello tra due piastre. Presenta vantaggi nel tipo di superfici che possono essere facilmente sigillate MA si basa su dispositivi di fissaggio, viti, ecc. Per unire le due superfici di tenuta al fine di fornire una forza di tenuta adeguata. Sebbene questo non sia difficile da progettare, dipende dal corretto assemblaggio e dall'assenza di guasti del sistema di compressione.

Alcuni prodotti utilizzano o sembrano impiegare entrambi i tipi di O-ring in un unico giunto - due parti tubolari vengono fatte scorrere insieme con un O-ring tra di loro e la parte esterna viene avvitata su una guarnizione frontale. Nei progetti che fanno questo in apparecchiature di consumo a basso costo, sembra probabile che l'O-ring radiale faccia la maggior parte del lavoro.

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Reale prodotti del mondo:

Alloggiamenti in ABS a basso costo I prodotti di consumo fabbricati in Asia non dovrebbero generalmente avere un grado di protezione IP66 +. Ma può essere raggiunto. Sono stato coinvolto nella progettazione dei due tipi principali di luci portatili ad energia solare visto qui : arrotolare dal punto di partenza per esempi di luci grandi, verso il basso per luci piccole. Le luci più grandi sono state costruite prima con il contributo di un designer cinese che era bravo a realizzare cose che sembravano buone ma resistenti a certi suggerimenti come: la sigillatura. La sigillatura ha funzionato "abbastanza bene" se assemblata correttamente, ma avrebbe potuto essere molto migliore. La piccola luce utilizza un vero sigillo frontale con O-ring e un sigillo del vano batteria "quasi O-ring" (meno critico) (e il direttore della fabbrica ha gestito un cambiamento di progettazione lungo la strada perché "sapeva meglio"). L'importante guarnizione frontale funziona in modo eccellente. Le luci sono testate al 100% fino a una profondità di immersione equivalente a 5 metri durante la produzione e si può fare affidamento per rimanere asciutte in qualsiasi utilizzo. (Mentre galleggiano, ottenere una profondità da uno a più di 5 metri di solito non è attraente per gli utenti :-)).

Gli interruttori utilizzano un interruttore reed azionato da un magnete e sono impermeabili al 100% ed estremamente affidabili durante il funzionamento (per progettazione).

Posso aggiungere e aggiungerò riferimenti a tabelle, collegamenti di design e foto a questa risposta se sembra che le persone lo trovino utile. Se riceve poco interesse non vale la pena (e devo fare altre cose in questa fase).

I principali fattori che circondano i punti di rottura dell'impermeabilizzazione sono, come è stato detto, l'ingresso di acqua intorno all'apertura dell'involucro principale e qualsiasi area di I / O. Per l'apertura del case principale, questo ingresso è solitamente mitigato da un O-ring. A causa della deformazione dell'O-ring sotto pressione, le piegature rigide a 90 $ ^ \ circ $ di solito sono il punto principale di guasto. Questo è il motivo per cui alla maggior parte delle guarnizioni del case viene assegnato un raggio abbastanza ampio (rispetto al canale stesso) sugli angoli.

Per dare una prospettiva per guarnizioni migliori, le connessioni ad alto vuoto di solito usano il rame per guarnizioni; Le flange CF hanno un "bordo di coltello" che morde la guarnizione in rame morbido, creando una tenuta a prova di perdite a pressioni differenziali ad alto vuoto e ad alto vuoto. Se intendi un'immersione profonda e hai accesso alla produzione necessaria, questa potrebbe essere la strada da percorrere.

Per quanto riguarda la questione dell'interfacciamento I / O, la maggior parte dei sistemi di immersione profonda utilizzare connettori a paratia completamente isolati, dove il cavo stesso non penetra attraverso un foro nella custodia. La trasmissione effettiva, ad esempio, sarebbe attraverso un connettore femmina-femmina collegato elettricamente e quindi "sigillato" utilizzando termoplastica, resina epossidica, ecc. Nella parete della paratia.

Per quanto riguarda specificamente la questione dei telefoni , il problema qui è che mentre qualsiasi tipo di strato del touchscreen può essere reso arbitrariamente resistente all'ingresso, lo strato di materiale trasmissibile al tocco è spesso piuttosto sottile e quindi non è adatto a molto di più che un'immersione in acqua occasionale (cioè bassa pressione dell'acqua).

E infine, il problema del legno stesso come materiale di custodia impermeabile; alcuni legni duri più densi sono notevolmente meno porosi di altri, ma questo può essere aumentato applicando uno strato di sigillante come resina epossidica o poliuretano verniciato all'interno della custodia. Tuttavia, FWIW non metterei il telefono in una custodia di legno e lo lancerei in piscina.

Il legno non è un materiale particolarmente impermeabile (assorbe l'acqua & umidità), preferirei plastica o metallo. Per garantire l '"impermeabilità" della custodia, suggerirei di utilizzare un o-ring o una guarnizione in schiuma simile sotto compressione, questo è il modo migliore per assicurarsi che sia sigillato. Normalmente con gli o-ring, mireresti a una compressione del 20%.

Ora, c'è la domanda se vuoi che sia un caso come in una scatola chiusa, o se vuoi comunque essere in grado di usare il dispositivo quando è nel caso. In quest'ultimo caso, ciò pone molti più vincoli al design, il che significa che probabilmente è necessario disporre di vetri sensibili al tocco, aperture &, coperture per connettori, ecc ... il che lo rende molto più complesso.

Perché un contenitore impermeabile sia utile, devi essere in grado di aprirlo e mettere qualcosa all'interno. Il luogo più probabile per il fallimento è ovviamente nei punti in cui il caso si apre. Solitamente questo viene risolto utilizzando una guarnizione in gomma che si comprime leggermente quando la custodia è chiusa, creando una tenuta continua tra i due lati. I punti più probabili di rottura della guarnizione in gomma si trovano nei punti in cui fa una curva acuta, come i quattro angoli per una cassa rettangolare.