Der Weg zum richtigen Baugruppenträger

Beim ersten Thema – den IP-Codes – geht es auch diesmal nicht ohne ein wenig Theorie. Die anzuwendende Norm für die IP-Codes im Bereich der Baugruppenträger ist die DIN EN 60529:1991 (mit den Erweiterungen A1:2000 und A2:2013). Diese Norm bildet die Basis zur Einteilung und Bewertung der Dichtigkeit eines Gehäuses, in diesem Fall den Baugruppenträgern, und stellt nach eigenen Worten „ein System zur Einteilung von Schutzarten für elektrische Betriebsmitteln mithilfe von Gehäusen zur Verfügung“.

Die mit IP klassifizierte Schutzart darf nicht mit den elektrischen Schutzklassen verwechselt werden, welche den meisten Lesern sicher geläufig sind. Während die IP-Schutzarten den Schutzgrad des Gehäuses gegen Berührung, Fremdkörper und Wasser definieren, beschreiben die elektrischen Schutzklassen Maßnahmen gegen berührungsgefährliche Spannungen an betriebsmäßig nicht unter Spannung stehenden Teilen von Betriebsmitteln.

Prinzipiell besteht die IP-Klassifizierung aus zwei Kennziffern mit vorangestellten Buchstaben „IP“. Die erste Kennziffer beschreibt sowohl den Schutz gegen Berührung als auch gegen Fremdkörper. Die zweite Kennziffer trifft eine Aussage über den Schutzgrad gegen Wasser. Es gibt noch eine dritte und vierte Kennziffer, welche optional angegeben werden können. Diese geben bei Bedarf weitere Informationen über den Berührungsschutz und den Betriebszustand bei der Prüfung. Die nachfolgenden Tabellen beschreiben die Bedeutung der ersten beiden Kennziffern.

IP-Schutzart

Die beiden Tabellen beschreiben die ersten beiden Kennziffern der IP-Klassifizierung. Heitec

Welche IP-Schutzarten haben Baugruppenträger und wie kann der Schutz erhöht werden? Üblicherweise sind Baugruppenträger, die in einen Schaltschrank eingebaut werden, nach IP20 geschützt. Das heißt, dass feste Fremdkörper mit einem Durchmesser >12,5 mm nicht mehr ins Gehäuse eindringen können. Bezüglich Spritzwasser besteht kein Schutz. Sollte für das zu schützende Betriebsmittel (zum Beispiel Elektronik) ein höherer Schutz notwendig sein, muss dies primär der Schaltschrank leisten. Durch einige konstruktive Maßnahmen lässt sich aber auch der IP-Schutz eines Baugruppenträgers in einem gewissen Rahmen erhöhen. So können beispielsweise die Löcher der Deck-und Bodenbleche auf einen Durchmesser kleiner 2,5 mm verkleinert werden. Wenn am Baugruppenträger auch weiter keine größeren Öffnungen als 2,5 mm vorhanden sind, dann wird die Schutzart IP30 erreicht. Dabei darf nicht außer Acht gelassen werden, dass bei Standard-Baugruppenträgern die Perforation der Deck-/Bodenbleche in erster Linie zur Entwärmung der enthaltenen Elektronik vorgesehen ist. Ein deutlich höherer IP-Schutz als IP30 ist im 19-Zoll-Bereich natürlich möglich, allerdings bedeutet dessen Realisierung in der Regel ein kundenspezifisches Gehäuse mit entsprechend notwendigen Lösungen zur Entwärmung der heißen Komponenten bei Anwendungen mit hoher Verlustwärme. Diese „Hot Spots“ (besonders heiße Bereiche – zum Beispiel Netzteil, Prozessor und Grafikkarte) können über „Heat-Pipes“ an Kühlkörper angebunden werden. Die Rippen der Kühlkörper befinden sich dann an der Außenseite des Gehäuses. Als Stichwort ist hier der Begriff „Conductive Cooling“ zu nennen. Dies hat mit den Standard-Baugruppenträgern aus der 19-Zoll-Technik meist nicht mehr viel gemeinsam. Abhängig von der enthaltenen Elektronik können aber auch an den Standard angelehnte 19-Zoll-Gehäuse realisiert werden. So hat Heitec für eine Anwendung in der Bahntechnik ein 42 TE breites und 4 HE hohes IP54-Gehäuse konzipiert und realisiert. Dies war unter anderem nur möglich, weil die enthaltene Elektronik eine sehr geringe Verlustwärme aufwies und somit weder eine aktive noch passive Belüftung notwendig war. Die IP54-Schutzart findet sich oft in Industrieanlagen wieder und bedeutet, dass Fremdkörper größer 1 mm nicht ins Gehäuse gelangen können und dieses gegen Spritzwasser aus allen Richtungen geschützt ist.

Ist ein höherer IP-Schutz geplant, muss also zwingend das thermische Verhalten beachtet und die Entwärmung durch Simulation oder Test überprüft und sichergestellt werden. In jedem Fall bedeutet eine Erhöhung der IP-Schutzart des Baugruppenträgers höhere Kosten in der Herstellung und stellt den Anwender oft vor weitere Herausforderungen.

Thema der nächsten Seite: Was beeinflusst die Montagezeiten eines Baugruppenträgers?

Der Standardbaugruppenträger Heipac Easy. Heitec

Ein Thema, welches beim Aufbau erster Prototypen oder auch während der Testphase oft noch eine untergeordnete Rolle spielt, wird umso wichtiger, wenn es um die Produktion größerer Stückzahlen und dem damit einhergehenden Preisdruck geht: die Montagezeit. Die Kosten für das benötigte Material eines Baugruppenträgers lassen sich relativ leicht ermitteln. Oft wird dann aber der Aufwand für den Zusammenbau unterschätzt. Dieser kann in extremen Fällen die Hälfte oder einen noch höheren Anteil an den gesamten Kosten des Baugruppenträgers ausmachen. Es gibt viele Faktoren, welche auf die Montagezeit direkten Einfluss haben. Diese werden nachfolgend betrachtet.

Maßgeblich, aber teilweise nicht beeinflussbar ist die Anzahl der benötigten Komponenten. Je mehr Teile montiert werden müssen, umso höher ist natürlich auch die Montagezeit. Neben dem Baugruppenträger selbst spielen hier die zusätzlich benötigten Teile wie zum Beispiel Backplanes, Lüfter, Netzteile, Baugruppen und weitere eine große Rolle. Bei diesen ist es mit der Montage nicht getan. Hier entsteht durch das Verkabeln und den notwendigen Funktionstests zusätzlicher Aufwand. Ein weiterer Faktor ist die Anzahl der erforderlichen Werkzeuge, welche zusätzliches Handling benötigen und damit Zeit kosten. Sind darüber hinaus Spezialwerkzeuge notwendig, steigen neben dem generellen Aufwand auch noch die Einmalkosten an.

Montagezeiten reduzieren

Wie können die Montagezeiten beim Baugruppenträger reduziert werden? Generell gilt natürlich: Je durchdachter ein Baugruppenträger konzipiert ist, umso weniger Montageschritte sind bei dessen Aufbau nötig. Es ist immer sinnvoll, nach schraublosen Befestigungsmöglichkeiten zu suchen – manche elektrischen Komponenten wie Stecker müssen nicht immer verschraubt, sondern können auch in einer Clip-Variante vorgesehen werden. Ebenfalls hilfreich ist es, während der Entwicklung und Konzeption nach dem Poka-Yoke-Prinzip zu arbeiten. Hier ist der Ansatz, „dumme Fehler“ durch entsprechend intelligent designte Komponenten von vornherein zu vermeiden. Solche Teile können während des Zusammenbaus nur in einer Art und Weise (und zwar der richtigen!) montiert werden. Dies lässt sich beispielsweise durch asymmetrisch positionierte Anschraubpunkte oder nur in einer Ausrichtung formschlüssig ineinandergreifender Teile erreichen.

Es können aber auch Positionierzapfen oder Anschlagnoppen an der Seitenwand angebracht sein, um die Ausrichtung einer Modulschiene vorzugeben. Eine weitere Reduzierung des Aufwandes wird erreicht, indem Wert auf möglichst identisches Befestigungsmaterial gelegt wird. So sind Schrauben mit einheitlichen Antrieben (zum Beispiel Torx TX20), gleichen Längen und gleicher Ausgestaltung (Senk- oder Linsenkopfschraube) eine große Hilfe beim Zusammenbau und ersparen das Suchen nach dem richtigen Teil. Die Konzeption und Beschaffung von vorkonfektionierten Elementen wie Kabelbäume oder vorbereitete Komponenten hat sich bereits etabliert. Für Bestandteile, welche während der Montage auszurichten oder zu justieren sind, empfiehlt sich der Einsatz von Montagehilfen um ein gleichbleibendes Maß an Qualität sicherzustellen. Die Initialkosten hierfür haben sich nach kürzester Zeit amortisiert.

Eine weitere Möglichkeit ist es, vorbereitete Kits zu verwenden oder direkt vormontierte Baugruppenträger zu beschaffen. So bietet Heitec mit seinem „Heipac Easy“-Programm (eigene Schreibweise: HeiPac EASY) ein einzigartiges und preisgünstiges 19-Zoll-Baugruppenträgersystem an, welches auf einfaches Handling und schnelle Montage optimiert ist. An den Profilschienen sind die Befestigungsschrauben bereits vormontiert. Diese müssen lediglich noch in die Seitenwand gesteckt und festgezogen werden. Neben dem umfangreichen Portfolio an Standardkomponenten bietet Heitec alle Arten der Dienstleistung rund um die 19-Zoll-Gehäusetechnik an. Dies umfasst die Zusammenstellung kundenspezifischer Montagekits, die Vormontage von Baugruppenträgern bis hin zum Aufbau, Verkabelung und Test vollintegrierter 19-Zoll-Systeme.

Thema der nächsten Seite: Nachrüstung von 19-Zoll-Baugruppenträgern

Kundenspezifischer Baugruppenträger mit Schutzart IP54. Heitec

Welche Möglichkeiten der Nachrüstung gibt es für 19-Zoll-Baugruppenträger? Um diese Frage zu beantworten, ist es zunächst sinnvoll, zwischen Prototypen und Serienprodukten zu unterscheiden. In der Regel werden Baugruppenträger während der Prototypen- und Inbetriebnahme-Phase aufgerüstet – dies kann beispielsweise das EMV-seitige „Abdichten“ des Gehäuses während der Zulassung oder auch die Erweiterung um zusätzliche Steckplätze sein. Serienprodukte hingegen werden gleich entsprechend den Erkenntnissen aus der Prototypenphase konzipiert.

Abhängig vom Hersteller und der verwendeten Baugruppenträgerserie hat der Anwender viele Optionen zur Verfügung, um einen bestehenden Baugruppenträger auf- beziehungsweise nachzurüsten. Dies umfasst wie eingangs erwähnt zum Beispiel die Nachrüstung von Komponenten zum EMV-Schutz (Dichtungen und Federn), das Anbringen von Haltegriffen, Flanschen oder Aufstellfüßen am Gehäuse. Um die Steck- und Ziehkräfte bei Baugruppen zu minieren, können die Frontplatten mit Auswurfgriffen versehen werden. Auch die Erweiterung um zusätzliche Einschubkassetten zur Aufnahme von zu isolierenden Komponenten ist möglich. Sollte eine horizontale/vertikale Unterteilung notwendig sein (zum Beispiel für Kassetten), so sind auch diese integrierbar. Bei zusätzlich benötigter aktiver Belüftung im Schaltschrank kann – freier Platz vorausgesetzt – die äußerst energiesparenden 1-HE-Lüfterkassette Heicool Eco (eigene Schreibweise: HeiCool ECO) unter dem Baugruppenträger montiert werden.

Mit dem Heipac Vario (eigene Schreibweise: HeiPac Vario) von Heitec hat der Kunde die Auswahl aus einem sehr universell konfigurierbaren Baugruppenträgersystem mit flexiblen Gestaltungsmöglichkeiten und einem großen Angebot an Zubehör und Erweiterungsmöglichkeiten. Dies beginnt bei Baugruppenträgern mit Höhen von 3 bis 11 HE, standardmäßig verfügbaren Tiefen von 175 bis 585 mm, setzt sich bei Deckblechen in unterschiedlichen Ausgestaltungen fort und schließt mit dem breit gefächerten Angebot an Zubehörkomponenten.

Abschließend hoffen wir, dass Sie mit unserer Trilogie einen tieferen Einblick in die Welt der 19-Zoll-Technik bekommen haben. Es hat sich auch hier gezeigt, dass die 19-Zoll-Technik auf den ersten Blick doch relativ einfach erscheint, aber spätestens bei der Konzeption – aufgrund der notwendigen Regularien – schnell an Komplexität gewinnt. Dafür finden sich am Markt für nahezu jede Aufgabenstellung Experten.

(ah)