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Zuverlässiger Schutz

Elektronikgehäuse für kritische Umgebungsbedingungen

Outdoor-Elektronikgehäuse
Outdoor-Elektronikgehäuse
Auf einen Blick Outdoor-Gehäuse Gehäuse für den Außeneinsatz sollen die darin befindliche Elektronik für 20 Jahre und mehr zuverlässig schützen

Robuste Ausführung  Die Gehäuse müssen Umwelteinflüssen wie Temperatur(wechsel), UV-Strahlung oder mechanischer Einwirkung widerstehen
Gehäuse im Außeneinsatz sind härteren Umwelteinflüssen ausgesetzt als Tragschienen-Gehäuse im Schaltschrank. Daher kommt der Qualität und Zuverlässigkeit von Gehäusen im Kontext feldmontierter Industrieelektronik – etwa von PV-Anlagen mit üblichen Gewährleistungsfristen von 20 Jahren – eine zentrale Bedeutung zu. Produkte anerkannter Hersteller auf diesem Gebiet sind daher hinsichtlich Qualität und Zuverlässigkeit häufig die erste Wahl für anspruchsvolle Anwendungen von Industrieelektronik.

Schutz vor Berührung und Fremdkörpern

Die Kennzeichnung der Schutzarten für Fremdkörper und Wasserschutz erfolgt üblicherweise nach IEC/EN 60529 über die Kennung IP (International Protection) – gefolgt von zwei Kenn­ziffern. Dabei gibt die erste Kennziffer Berührungs- und Fremdkörperschutz und die zweite den Schutz gegen Eindringen von Wasser an. In Nordamerika gelten spezifische Normen und Standards. Für Geräte mit einer Betriebsspannung von bis zu 1000 V ist die ­relevante Standardisierung für den Berührschutz in der Nema 250 dokumentiert. Diese berücksichtigt – anders als die EN 60529 – auch Einflüsse wie Korrosion, Rost, Vereisung, Öl und Kühlflüssigkeiten.

Die Gehäuse der Baureihe ECS von Phoenix Contact erfüllen Nema Klasse 6 und IP69. So bieten sie Schutz vor herunterfallendem Schmutz, vor Strahl- und Tauchwasser sowie vor Eisbildung. Die Gehäuse schützen zuverlässig und dauerhaft die Elektronik vor schädlichen Einflüssen.

Einfluss von Umweltmedien und UV-Strahlung

Bild 1: In rauen Umgebungsbedingungen eignen sich widerstandsfähige und wasserdichte Gehäuse aus UV-stabilisiertem 
Polycarbonat
Bild 1: In rauen Umgebungsbedingungen eignen sich widerstandsfähige und wasserdichte Gehäuse aus UV-stabilisiertem Polycarbonat
Einerseits beaufschlagt Feuchtigkeit in Form von Regen, Hagel oder Schnee das Gehäuse. Andererseits kann auch Trockenheit zu Problemen führen, wenn die Luft vermehrt feinste Staubpartikel und Umweltschadstoffe wie Salznebel oder Schwefelsäure transportiert, die sich am Gehäuse dauerhaft absetzen können. Dann ist das System durch Korrosion an metallischen Teilen gefährdet.

Und permanente Sonneneinstrahlung mit Ultraviolett-Anteilen lässt insbesondere Kunststoffe schneller altern. Speziell ausgerüstete hochtemperatur- und UV-beständige Isoliergehäuse – zum Beispiel aus Polycarbonat – widerstehen dieser Dauerbelastung typischerweise über Einsatzzeiträume von 20 Jahren (Bild 1).

Betrieb bei Temperaturwechsel und Kondensation

Betrachtet man die Anforderungen an ein Gehäuse für den Einsatz in PV-Anlagen, darf der zulässige Bereich der Umgebungstemperatur gemäß IEC/EN 61215 nur innerhalb bestimmter Grenzen liegen. 365 Tage im Jahr der direkten Witterung ausgesetzt zu sein impliziert Umgebungstemperaturen von – 40 °C bis + 85 °C, und das im ständigen Wechsel von Tag zu Nacht. Hinzu kommt noch die Eigenerwärmung in Form von Verlustleistung im Gehäuseinneren durch den Betrieb der Elektronik. Durch dieses Wechselspiel werden das Material und die Dichtung von Gehäuse und Anschlusstechnik permanent stark beansprucht.
Bild 2: Die Integration von passiven Lichtleitern und aktiven RGB-Signalleuchten sorgt auch unter widrigen Bedingungen für sichere Statusanzeigen im Servicefall;  Quelle: Phoenix Contact
Bild 2: Die Integration von passiven Lichtleitern und aktiven RGB-Signalleuchten sorgt auch unter widrigen Bedingungen für sichere Statusanzeigen im Servicefall; Quelle: Phoenix Contact
Integrierbare Membranen schaffen hier Abhilfe und ermöglichen den Ausgleich unterschiedlicher Druckniveaus zwischen Gehäuseinnerem und Umgebung. Dadurch wird das Eindringen von Kondensationswasser aus der Atmosphäre sowie mechanische Verformungen durch permanente Druckschwankungen über die Zeit verhindert.

Vibration, Schock oder Stöße sind gefürchtete Einflussfaktoren im Betrieb von Geräten. Die Kenngröße, die den Grad der Stoßfestigkeit und der Schlagfestigkeit eines Gehäuses angibt, ist der IK-Code gemäß IEC 62262 und EN 50102. Im Testverlauf wird an jeder bei regulärer Nutzung freiliegenden Gehäusefläche eine Schlagprüfung durchgeführt. Diese Prüfung wird fünfmal wiederholt, wobei nicht mehr als dreimal in der Nähe der gleichen Stelle eine Beanspruchung eingebracht werden darf. Alle Schläge müssen je Prüfdurchgang gleichmäßig und symmetrisch auf dem Gehäuse verteilt sein. Ein Stoßfestigkeitsgrad von IK08, über den das ECS-Gehäuse verfügt, bedeutet, dass es an sensiblen Stellen 5 J Schlagenergie ohne Einbußen von Dichtigkeit und Berührschutz übersteht.

Installation und Wartung im Feld

Bild 3: Leiter­plattenstopper, 
Druckausgleichsmembran und Mast­befestigung gewährleisten ­eine sichere Inbetriebnahme und einen störungs­freien Dauerbetrieb; Quelle: Phoenix Contact
Bild 3: Leiter­plattenstopper, Druckausgleichsmembran und Mast­befestigung gewährleisten ­eine sichere Inbetriebnahme und einen störungs­freien Dauerbetrieb; Quelle: Phoenix Contact
Der Zeitaufwand zur Installation eines Gerätes, insbesondere im Freien, sowie die dazu notwendige Qualifikation des Installateurs, tragen maßgeblich zu den Initialkosten bei. Zusätzliche Kosten entstehen, wenn Diagnosen durchgeführt und das verkabelte Gerät vor Ort geöffnet werden muss. Wasserdichte passive Lichtleiter oder aktive mehrfarbige Signalleuchten zeigen dem Servicemitarbeiter den aktuellen Systemstatus an, ohne dass er das Gerät öffnen muss (Bild 2).

Die Mastbefestigung etwa sollte passgenau auf das Gerätegehäuse abgestimmt sein, sich schnell installieren lassen und das System dauerhaft mechanisch fixieren. In das ECS-Gehäuse integrierbare Federstahlelemente im Bereich der Leiterplattenführung verhindern, dass die Elektronik im Servicefall versehentlich aus dem Gehäuse herausrutscht (Bild 3).

Phoenix Contact bietet hier Gehäusesys­teme mit entsprechender Kontakttechnik zum Anschluss und Betrieb industrieller Gerätetechnik. Dank der Schutzarten von IP65 bis IP69 und eines weiten Temperaturbereichs eignen sie sich für anspruchsvolle Umgebungsbedingungen.
Über den Autor
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Dipl.-Ing. Michael Schlue

Marketing Strategy & Innovation Housing, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg

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