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Elektronikgehäuse: universelle Anschlusstechnik integriert

01  Universelles System: das Gehäusesystem EH von Phoenix Contact ­bietet mit zwei Bauhöhen, sieben Baubreiten und drei Deckelvarianten über 100 Kombinationsmöglichkeiten

01  Universelles System: das Gehäusesystem EH von Phoenix Contact ­bietet mit zwei Bauhöhen, sieben Baubreiten und drei Deckelvarianten über 100 Kombinationsmöglichkeiten

02  Viele Möglichkeiten: die Gehäusebaubreiten reichen von 22,5 mm bis 90 mm und die Gehäusehöhen liegen bei 54 mm und 110,5 mm. Die Gehäusemontage erfolgt durch Verrasten

02  Viele Möglichkeiten: die Gehäusebaubreiten reichen von 22,5 mm bis 90 mm und die Gehäusehöhen liegen bei 54 mm und 110,5 mm. Die Gehäusemontage erfolgt durch Verrasten

03  Funktionsbereiche zusammenfassen oder auftrennen: der Leiterplatteneinbau in alle drei Raumrichtungen erlaubt eine applikations­-gerechte Gerätegestaltung

03  Funktionsbereiche zusammenfassen oder auftrennen: der Leiterplatteneinbau in alle drei Raumrichtungen erlaubt eine applikations­-gerechte Gerätegestaltung

04  Applikationsbeispiel EH-Gehäuse: Bedruckungen, Beschriftungen und Bohrungen sowie die Vorbereitung zur Aufnahme von Bedien-, Einstell- oder Signalisierungselementen werden auf Wunsch vom Hersteller Phoenix Contact vorgenommen

04  Applikationsbeispiel EH-Gehäuse: Bedruckungen, Beschriftungen und Bohrungen sowie die Vorbereitung zur Aufnahme von Bedien-, Einstell- oder Signalisierungselementen werden auf Wunsch vom Hersteller Phoenix Contact vorgenommen

Elektronikhersteller, die ihre bestückten Leiterplatten und elektronischen Schaltungen in Elektronikgehäuse einbauen möchten, stellen unterschiedliche Anforderungen an die Gehäuse. Die in einem Projekt definierte Summe dieser Anforderungen führte zur Entwicklung der neuen Gehäuseserie EH von Phoenix Contact. EH steht dabei für „Efficency Housing“ (Bild 1).

Die Anforderungen an ein Gehäuse zur Aufnahme von elektronischen Leiterplatten und Schaltungen werden von den Anwendern unterschiedlich definiert. Neben der Applikation, in die das Gehäuse mit der einzubauenden Elektronik als Gesamtgerät eingesetzt werden soll, ist der zur Verfügung stehende Einbauraum für die aufzunehmende Leiterplatte ein wichtiges Kriterium. Weitere Aspekte bei der Auswahl des Gehäuses sind die Funktionalität der Anschlusstechnik, die in das Gehäuse eingebaut werden kann, sowie die Handling- und Montagefreundlichkeit. Auch das Design und nicht zuletzt die Kosten sind Faktoren, die bei der Entscheidung für ein Gehäuse in Betracht gezogen ­werden.

Querschnitt der wichtigsten Anforderungen
Jede einzelne dieser Anforderungen an die Elektronik-Leergehäuse wird von unterschiedlichen Anbietern am Markt ganz unterschiedlich bedient. Die Herausforderung bei der Konzeption der neuen Gehäuseserie bestand darin, alle wichtigen Anforderungen mit einem möglichst universellen Gehäusesystem zu erfüllen. Die im Projektrahmen definierte Zusammenfassung führte zur Entwicklung der neuen Gehäusebaureihe „Efficency Housing“ – kurz EH – von Phoenix Contact.
Da die Gehäusebaureihe EH auch für preissensitive Märkte interessant sein sollte, wurde bei der Entwicklung bewusst auf Funktionen verzichtet, die zum einen das Gehäuse verteuern, und die zum anderen von den ergänzenden Gehäusebaureihen erfüllt werden, die Phoenix Contact anbietet. Verzichtet wurde etwa auf die Anschlussmöglichkeit über einen Tragschienen-Busverbinder sowie auf weitere Gehäusefarben neben schwarz und grau. So startete das Projekt EH mit dem Ziel, ein unkompliziertes und bequem zu handhabendes Gehäuse mit einer universellen Anschlusstechnik zu entwickeln (Bild 2).

Gehäusematerial ABS
Gehäuse, die der Aufnahme bestückter Leiterplatten dienen, bestehen aus unterschiedlichen Materialien. Dabei muss die Entscheidung für den geeigneten Werkstoff stets in Abhängigkeit von den Applikationsbedingungen erfolgen. Auch spielt es eine Rolle, ob das Gerät einer hohen mechanischen Beanspruchung und widrigen Umweltbedingungen ausgesetzt wird – etwa beim Einsatz im freien Feld. Oder ob es ausschließlich im umgebenden Schaltschrank eingesetzt wird, wo die Anforderungen an die Abführung der Verlustwärme berücksichtigt werden müssen.
So bestehen Gehäuse für den Einbau in Schaltschränken, Schaltkästen und Unterverteilungen vorzugsweise aus einem elektrisch isolationsfesten Kunststoffmaterial. Aber auch Kunststoffe weisen unterschiedliche Eigenschaften auf, die die Gehäuse für den Einsatz in bestimmten Anwendungsbereichen prädestinieren oder ausschließen. Die Gehäuse der Baureihe EH bestehen aus ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol). Dieses Material hat eine hohe mechanische Festigkeit, eine hohe Oberflächengüte sowie gute Schlag- und Kerbschlageigenschaften. Es kann in einem Temperaturbereich von –40 °C bis 80 °C problemlos eingesetzt werden. Außerdem ist ABS kostengünstig – und deshalb als Werkstoff für Gehäuse im preissensitiven Bereich interessant.
Elektronik-Leergehäuse, die für die Gerätemontage im Schaltschrank, im Schaltkasten oder in der Unterverteilung entwickelt werden, sind üblicherweise für die Schutzart IP20 ausgeführt und bieten somit Schutz gegen die Berührung elektrisch leitender Komponenten mit den Fingern. Die Schutzart des Gesamtsystems wird allerdings auch immer durch die Schutzart der Leiterplatten-Anschlusstechnik mitbestimmt, die mindestens der Schutzart des Gehäusesystems entsprechen sollte. Mit der Schutzart IP20 erfüllt die EH-Serie hier alle Anforderungen.

Montage der Leiterplatten
Neben der Anforderung, die Elektronik im Umfeld der Applikation durch eine geeignete „Verpackung“ zu schützen, muss ein Gehäusesystem den schnellen und unkomplizierten Einbau der Leiterplatte ermöglichen. Daher werden marktgängige Gehäusesysteme in einer kaum überschaubaren Varianz an Bauformen angeboten. Für eine schnelle und kostengünstige Leiterplatten-Montage sind Gehäuse in Becherbauform besonders geeignet. Dabei ist die Leiterplatte im eingebauten Zustand im Gehäuse von der Frontseite aus im Schaltschrank zugänglich. So wurde auch für die Gehäuseserie EH diese Bauform gewählt: Die bestückte Leiterplatte wird einfach in das Gehäuse eingeschoben und gegen ungewolltes Lösen verrastet.
Die im Gehäuse integrierten Leiterplatten-Führungsnuten erlauben eine komfortable Bestückung in alle drei Raumrichtungen (Bild 3). Durch die Kombination sogenannter Haupt- und Tochter-Leiterplatten können Funktionen gebündelt oder Anzeige- und Bedienelemente bequem im Gehäusedeckel positioniert werden. Die Verrastung der Gehäuse­teile erfolgt werkzeuglos ohne zusätzlichen Montageaufwand.

Bequemer Anschluss mit Push-in-Technik
Die Leistungsfähigkeit des Gesamtgeräts wird zum einen durch das Gehäusesystem selbst und zum anderen durch die Anschlusstechnik für die Leiterplatte bestimmt. Für eine applikationsgerechte Gerätegestaltung sollte ein Elektronikgehäuse daher den Einbau einer Vielzahl unterschiedlicher Steckverbindertypen ermöglichen. Der Bauraum für die Leiterplatten-Anschlusstechnik bei den Elektronik-Gehäusen der EH-Baureihe ist offen gestaltet. Daher können sowohl fest verlötete als auch steckbare Anschlusstechniken eingebaut werden – je nach Applikationsumfeld in konventioneller Schraub- oder in komfortabler Push-in-Technik.
Waagerecht oder senkrecht montierte Leiterplatten erfordern unterschiedlich gewinkelte Lötpin-Richtungen. Auch die flexible Anordnung der Steckverbinder im Frontbereich des Geräts oder an der Geräteseite sorgt für eine anwendungsgerechte Gerätegestaltung. Von der Leistungsfähigkeit und Funktionalität des Geräts hängt es ab, welcher Leiterquerschnitt den Vorzug erhält. Für Anwendungen, bei denen es auf eine hohe Signaldichte ankommt, kann im Anschlussbereich ein geringeres Rastermaß für die Anschlusstechnik verwendet werden – zum Beispiel ein 3,5-mm-Raster anstelle des gängigen 5-mm-Rasters.

Kundenspezifische Gestaltung
Anwender möchten ihre Leiterplatten und Schaltungen in ihrem Gehäuse „einpacken“. Die Gehäuse der Produktfamilie EH sind neutral gestaltet und können durch Bedruckung und Bearbeitung – etwa durch ein Firmenlogo oder durch funktionelle Beschriftungen – kundenspezifisch gestaltet werden. Dazu stehen unterschiedliche Druckverfahren zur Auswahl: Laserdruck und Lasermarkierung, mehrfarbiger Tintenstrahldruck, Tampondruck.
Bohrungen und Durchbrüche zur Aufnahme von Bedien-, Einstell- oder Signalisierungselementen werden auf Wunsch individuell erstellt. Für Signale von Leuchtdioden, die von der Leiterplatte zum Gehäusedeckel geführt werden müssen, stehen zudem passende Lichtleiter aus dem Zubehörprogramm von Phoenix Contact zur Auswahl (Bild 4).

Konfiguration auch online
Im Hinblick auf Industrie 4.0 spielt die Online-Konfiguration eine wichtige Rolle – bis hin zur künftigen Losgröße 1 zu den Kosten der Massenfertigung. In wenigen Schritten können Anwender ihr gewünschtes EH-Gehäuse im E-Shop von Phoenix Contact individuell zusammenstellen. Die gewünschte Gehäusegröße und -farbe wird ausgewählt, die passende Anschlusstechnik wird hinzugefügt und schon ist das Gehäuse fertig konfiguriert. Der Online-Konfigurator bietet eine nutzerfreundliche Konfiguration aller Einzelkomponenten mit Drag-and-drop-Funktion auch auf mobilen Endgeräten mit den Betriebssystemen „iOS“ und Android.
Nach der Auswahl der gewünschten Gehäusefamilie ­werden die Leiterplattenanschlüsse angezeigt, die zur gewählten Bauform passen. Die Einzelkomponenten können anschließend als Stückliste exportiert oder direkt in den Warenkorb überführt und bestellt werden. So wird der Anwender Schritt für Schritt durch den Konfigurations­prozess geführt. Dabei kann er stets sicher sein, dass er die optimale Lösung für seine Applikation erhält. Anschließend kann sogar noch die Leiterplatte konfiguriert werden, die dann als 3D-Datei für das Layout zur Fertigung zur Verfügung gestellt wird.

Fazit
Mit der Baureihe EH stellt Phoenix Contact eine Gehäusereihe für den preissensitiven Markt zur Verfügung. Die Leiterplatten können in allen drei Einbaurichtungen platziert werden, und die elektrischen Anschlüsse können mit einer applikationsgerechten Leiterplatten-Anschlusstechnik aus dem umfangreichen Anschlussprogramm ausgewählt werden. Bedruckungen, Beschriftungen und Bohrungen sowie die Vorbereitung zur Aufnahme von Bedien-, Einstell- oder Signalisierungselementen können vom Hersteller problemlos vorgenommen werden. (mh)

Anwendungsgerechte Gehäusesysteme – Kriterien für die Auswahl

Für einen zuverlässigen Schutz wertvoller Elektronikkomponenten müssen zeitgemäße Gehäusesysteme zahlreichen unterschiedlichen Anforderungen genügen. Wichtige Auswahlkriterien dabei sind:

  • eine applikationsgerechte Materialauswahl – je nach ­Umweltanforderungen und Budget,
  • eine ausreichende Schutzart gemäß IP- und IK-Klassi­fizierung,
  • eine montagefreundliche Gehäusetopologie durch ­unterschiedliche Bauformen sowie flexible Anordnung der Leiterplatten-Anschlusstechnik,
  • adaptive Anschlusstechnik-Systeme und
  • gewinnbringender Zusatznutzen, zum Beispiel durch ­Verwendung von Tragschienen-Querverbindern.

Dipl.-Ing. Joachim Gräfer ist als Leiter Produktmarketing, Business Unit Housing für die Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg tätig. jgraefer@phoenixcontact.com

Dipl.-Ing. Joachim Gräfer ist als Leiter Produktmarketing, Business Unit Housing für die Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg tätig. jgraefer@phoenixcontact.com