Wie wählt man das richtige Material für ein Elektrogehäuse aus?

 

 

Die Auswahl des richtigen Materials ist eine der ersten technischen Entscheidungen beim Entwurf oder Kauf einesElektrogehäuse. Das Gehäuse muss elektrische Komponenten vor Feuchtigkeit, Staub, Chemikalien, Stößen, Temperaturschwankungen und anderen äußeren Bedingungen schützen und gleichzeitig die Anforderungen an Gewicht, Wärmemanagement, Herstellung und Installation erfüllen.

Zu den gängigen Optionen gehören Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Aluminium und nicht{0}}metallische Materialien. Jedes weist unterschiedliche mechanische und umweltbedingte Eigenschaften auf. Die richtige Wahl hängt weniger vom Material selbst als vielmehr davon ab, wo das Gehäuse installiert wird, was es schützen muss und wie es während seiner gesamten Lebensdauer gewartet wird.

 

Beginnen Sie mit der Betriebsumgebung

Vor der Auswahl des Gehäusematerials sollte die Installationsumgebung bewertet werden.

Ein in einer sauberen Fabrik installierter Schaltschrank ist möglicherweise nur einem geringen Korrosionsrisiko ausgesetzt, während ein Schaltschrank im Freien Regen, Kondensation, UV-Strahlung, Temperaturschwankungen und Luftschadstoffen ausgesetzt sein kann. Für Chemieverarbeitungsgebiete gelten weitere Anforderungen, während Küstenstandorte möglicherweise einer erheblichen Chloridbelastung ausgesetzt sind.

Zu den wichtigsten Umweltfaktoren gehören:

• Feuchtigkeit und Kondensation
• Salznebel und Küstenexposition
• Chemische Dämpfe
• Staub und Schmutz
• Umgebungstemperatur
• Direkte Sonneneinstrahlung
• Mechanische Einwirkung
• Vibration
• Reinigungsverfahren

Beispielsweise kann Kohlenstoffstahl mit einer entsprechenden Oberflächenbehandlung für viele industrielle Inneninstallationen geeignet sein. Im Gegensatz dazu sind Edelstahl oder Aluminium möglicherweise besser geeignet, wenn Feuchtigkeit oder Korrosion ein großes Problem darstellen.

 

Kohlenstoffstahl: Eine praktische Wahl für den allgemeinen industriellen Einsatz

Kohlenstoffstahl wird häufig für Elektroschränke verwendet, da er strukturelle Festigkeit mit relativ einfacher Herstellung verbindet.

Es eignet sich für Anwendungen wie Schaltschränke, Verteilerschränke, Automatisierungsgeräte und Innenschalttafeln. Seine mechanische Festigkeit ermöglicht es Herstellern, starre Türen, Montageplatten und Schrankstrukturen ohne übermäßige Materialstärke herzustellen.

Das Hauptproblem ist Korrosion. Blanker Kohlenstoffstahl ist anfällig für Oxidation, wenn er Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Daher werden Oberflächenvorbereitung und Beschichtung zu wichtigen Bestandteilen des Gehäusedesigns.

Für eine zusätzliche Schutzschicht kann beispielsweise eine Pulverbeschichtung sorgen. Käufer sollten jedoch mehr als nur die Beschichtungsfarbe berücksichtigen. Vorbehandlung, Beschichtungsdicke, Kantenabdeckung, Schweißbereiche und beschädigte Oberflächen können das langfristige Korrosionsverhalten beeinflussen.

 

Edelstahl für anspruchsvollere Umgebungen

Edelstahl wird attraktiver, wenn Korrosionsbeständigkeit eine wichtige Kaufanforderung ist.

 

Edelstahl 304

Edelstahl 304 wird üblicherweise für Industrieumgebungen in Betracht gezogen, in denen das Gehäuse Feuchtigkeit, Reinigungsprozessen oder mäßiger Korrosion ausgesetzt sein kann.

Es wird häufig in Lebensmittelverarbeitungsbetrieben, industriellen Produktionsbereichen, Außenanlagen und anderen Orten verwendet, an denen die Erhaltung der Gehäuseoberfläche wichtig ist.

Allerdings sollte 304 nicht automatisch als geeignet für stark korrosive Bedingungen angesehen werden. Die Exposition gegenüber Chlorid, insbesondere in Küsten- oder Meeresumgebungen, kann zu anspruchsvolleren Korrosionsbedingungen führen.

 

Edelstahl 316

Edelstahl 316 wird im Allgemeinen in Betracht gezogen, wenn eine Chloridbelastung oder eine stärkere chemische Beständigkeit erforderlich ist.

Es kann für Küstenanlagen, Schiffsausrüstung und bestimmte chemische Verarbeitungsanwendungen geeignet sein. Die höheren Materialkosten müssen im Vergleich zu den erwarteten Serviceumgebungs- und Wartungsanforderungen bewertet werden.

Der wichtige Punkt ist, dass es bei der Wahl von Edelstahl nicht nur darum geht, sich für eine teurere Sorte zu entscheiden. Die spezifische Umweltbelastung sollte bestimmen, ob die zusätzlichen Materialkosten einen sinnvollen technischen Vorteil bieten.

 

Aluminium, wenn Gewicht und Wärme eine Rolle spielen

Aluminium bietet eine andere Kombination von Eigenschaften.

Seine relativ geringe Dichte kann das Gewicht des Gehäuses reduzieren, was für wandmontierte Geräte, transportempfindliche Installationen-und Anwendungen, bei denen Techniker das Gehäuse häufig handhaben oder neu positionieren müssen, nützlich ist.

Aluminium hat außerdem eine gute Wärmeleitfähigkeit. Wenn elektrische Komponenten erhebliche Wärme erzeugen, kann diese Eigenschaft zur Wärmeübertragung durch die Gehäusewände beitragen.

Allerdings macht Aluminium nicht automatisch die Notwendigkeit eines thermischen Designs überflüssig. Interne Komponentendichte, Gehäuseabmessungen, Umgebungstemperatur, Belüftung und Kühlausrüstung bleiben wichtig.

Daher sollte das Material zusammen mit der zu erwartenden thermischen Belastung ausgewählt und nicht separat betrachtet werden.

 

Wenn nicht-metallische Materialien sinnvoll sind

Kunststoff- und glasfaserverstärkte Materialien-können in bestimmten Anwendungen nützliche Alternativen zu Metall sein.

Für elektrische Isolierung und geringes Gewicht können beispielsweise Gehäuse aus Polycarbonat sorgen. Glasfaserverstärktes Polyester kann dort in Betracht gezogen werden, wo Korrosion durch Feuchtigkeit oder bestimmte Chemikalien ein Problem darstellt.

Die Haupteinschränkung besteht darin, dass nicht{0}}nichtmetallische Gehäuse von Natur aus nicht die gleichen elektromagnetischen Abschirmungseigenschaften bieten wie Metallgehäuse.

Wenn das Gerät empfindliche Elektronik enthält oder erhebliche elektromagnetische Störungen erzeugt, müssen Ingenieure möglicherweise die Abschirmungsanforderungen prüfen, bevor sie sich für ein nichtmetallisches Gehäuse entscheiden.

 

Die mechanische Festigkeit sollte nicht außer Acht gelassen werden

Die Materialauswahl bestimmt auch, wie sich das Gehäuse mechanisch verhält.

Große Standschränke erfordern möglicherweise eine größere strukturelle Steifigkeit als kleine Anschlusskästen. Auch Türen mit Messgeräten, Schaltern, Displays oder Kühlgeräten erfordern möglicherweise eine zusätzliche Verstärkung.

Folgende Faktoren sollten berücksichtigt werden:

• Gehäuseabmessungen
• Blechdicke
• Türgröße
• Belastung der Montageplatte
• Scharnierkonfiguration
• Verriegelungsmechanismus
• Kabeleinführungsöffnungen-
• Transport- und Installationsbedingungen
• Erwartete Vibrationen oder Stöße

Die Verwendung eines stärkeren Materials bedeutet nicht unbedingt, dass das Gehäuse besser konstruiert ist. Die strukturelle Leistung hängt von der Materialqualität, der Dicke, der Geometrie, der Verstärkung, den Verbindungen und der Herstellungsmethode ab.

 

Berücksichtigen Sie die im Gehäuse erzeugte Wärme

Elektrische Komponenten erzeugen während des Betriebs Wärme, und das Gehäusematerial ist ein Faktor, der Einfluss darauf hat, wie diese Wärme verwaltet wird.

Netzteile, Frequenzumrichter, Transformatoren, Relais, Leistungsschalter und andere Komponenten können die Innentemperatur erhöhen. Wenn die Wärme nicht effektiv entweichen kann, können die Betriebstemperaturen der Komponenten ansteigen.

Metallgehäuse bieten im Allgemeinen eine bessere Wärmeleitung als viele Polymermaterialien. Aluminium kann besonders nützlich sein, wenn sowohl geringes Gewicht als auch Wärmeleitfähigkeit gewünscht sind.

Allerdings sollte die Materialauswahl mit einer Bewertung von Folgendem kombiniert werden:

• Gesamte interne Wärmeerzeugung
• Umgebungstemperatur
• Gehäusefläche
• Interner Komponentenabstand
• Belüftung
• Ventilatoren oder Wärmetauscher
• Sonneneinstrahlung für Außenanlagen

Dies verhindert den häufigen Fehler, zu erwarten, dass allein das Gehäusematerial ein thermisches Problem löst.

 

Materialauswahl und Gehäuseschutz

Auch das Material sollte zusammen mit den Schutzanforderungen des Gehäuses bewertet werden.

Die Wasser- und Staubbeständigkeit eines Gehäuses hängt nicht nur davon ab, ob es aus Stahl, Edelstahl oder Aluminium besteht. Wichtig ist die komplette Konstruktion, inklusive:

Türnähte

Dichtungen

Kabelverschraubungen

Montageschnittstellen

Schweißverbindungen

Zugangsplatten

Belüftungsöffnungen

Für Anwendungen, die einen höheren IP-Schutz erfordern, können diese Details ebenso wichtig sein wie das Material selbst.

Ein Edelstahlgehäuse mit schlecht gestalteten Kabeleinführungen bietet möglicherweise weniger praktischen Schutz als ein ordnungsgemäß konstruiertes beschichtetes{0}}Stahlgehäuse, das für die gleichen Umgebungsbedingungen ausgelegt ist.

 

Leitfaden zur Materialauswahl

Diese Tabelle sollte als Ausgangspunkt und nicht als feste Spezifikation verwendet werden. Die tatsächliche Materialauswahl sollte auf der gesamten Betriebsumgebung basieren.

 

Was sollten Käufer vor der Bestellung bestätigen?

Für B2BElektrogehäuseBei der Beschaffung reicht die bloße Angabe „Edelstahlgehäuse“ oder „Metallschrank“ meist nicht aus.

In der Einkaufsspezifikation sollten Materialqualität, Dicke, Oberflächenbehandlung, Abmessungen, Schutzanforderungen und Installationsumgebung klar definiert sein.

Käufer sollten außerdem bestätigen, ob für das Gehäuse Folgendes erforderlich ist:

• Spezifische Edelstahlsorten wie 304 oder 316
• Eine definierte Oberflächenbehandlung für Kohlenstoffstahl
• Eine bestimmte Wand- oder Montageplattenstärke
• Korrosionsschutz im Außenbereich
• Elektromagnetische Abschirmung
• Bestimmungen zum Wärmemanagement
• Spezifische Kabeleinführungsvorkehrungen-
• Erforderlicher IP- oder NEMA-Schutz
• Besondere Prüf- oder Zertifizierungsanforderungen

Klare Spezifikationen erleichtern dem Hersteller die Auswahl geeigneter Materialien und die Wahrung der Konsistenz zwischen Mustern und Massenproduktion.

 

Kundenspezifische Herstellung von Elektrogehäusen durch Prota

Die Materialauswahl ist nur ein Teil der Gehäuseherstellung. Das Gehäuse muss außerdem den erforderlichen Abmessungen, der Komponentenanordnung, der Montagemethode, der Oberflächenbehandlung und dem Schutzniveau entsprechen.Protaunterstützt maßgeschneiderte Elektrogehäuseprojekte vom Konstruktionsentwurf über die Blechfertigung bis zur Endmontage.

Das Unternehmen verarbeitet Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Aluminium für unterschiedliche Gehäuseanforderungen. Zu den kundenspezifischen Dienstleistungen können gehören:

• Kundenspezifische Gehäuseabmessungen und -strukturen
• Material- und Dickenauswahl
• Präzises Laserschneiden und CNC-Biegen
• Schweißen und Blechumformung
• Individuelle Ausschnitte und Montageanordnungen
• Pulverbeschichtung und andere Oberflächenbehandlungen
• Innenmontage und Montage
• OEM-Produktion nach Kundenzeichnungen

Prota verfügt über mehr als 15 Jahre Erfahrung im Ingenieurwesen und betreibt eine Produktionsstätte mit einer Fläche von rund 14.000 m². Der Herstellungsprozess umfasst Design, Laserschneiden, Biegen, Stanzen, Schweißen, Oberflächenbehandlung, Inspektion und Montage und ermöglicht so die Koordinierung verschiedener Produktionsschritte innerhalb eines Fertigungssystems.

Das Unternehmen unterstützt Gehäuseprojekte für industrielle Automatisierung, Energieverteilung, Telekommunikation, erneuerbare Energien und andere elektrische Geräteanwendungen. Für Käufer, die bereits über Zeichnungen oder definierte technische Spezifikationen verfügen, kann Prota auch die Entwicklung und Produktion maßgeschneiderter Gehäuse auf der Grundlage der Projektanforderungen unterstützen.

 

FAQ zu elektrischen Gehäusematerialien

Welches Material wird üblicherweise für Elektrogehäuse verwendet?

Kohlenstoffstahl wird häufig für Elektroschränke im Innenbereich verwendet, da er eine gute mechanische Festigkeit bietet und sich leicht schneiden, biegen, schweißen und bearbeiten lässt. Edelstahl und Aluminium werden ausgewählt, wenn die Umgebungs- oder Gewichtsanforderungen dies erfordern.

Ist Edelstahl besser als Kohlenstoffstahl?

Nicht immer. Edelstahl eignet sich besser für feuchte, korrosive oder häufig gereinigte Umgebungen. Für Standardanwendungen im Innenbereich kann beschichteter Kohlenstoffstahl den erforderlichen Schutz zu geringeren Materialkosten bieten.

Was ist der Unterschied zwischen Edelstahl 304 und 316?

Edelstahl 304 ist für allgemeine korrosionsbeständige -beständige Anwendungen. 316 geeignet. Er enthält Molybdän und bietet eine bessere Beständigkeit gegen Chloridbelastung, wodurch er besser für Küsten-, Meeres- und chemische Umgebungen geeignet ist.

Ist Aluminium für Outdoor-Gehäuse geeignet?

Ja. Aluminium ist leicht und von Natur aus korrosionsbeständig. Es kann für Geräte im Freien in Betracht gezogen werden, bei denen eine Reduzierung des Gehäusegewichts wichtig ist, obwohl die Legierung, Beschichtung, Wandstärke und das Dichtungsdesign dennoch spezifiziert werden sollten.

Beeinflusst das Material die Wärmeableitung des Gehäuses?

Ja. Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit. Aluminium überträgt Wärme leichter als viele Stahlsorten, aber die Materialauswahl allein bestimmt nicht die Gehäusetemperatur. Auch interne Wärmelast, Belüftung, Gehäusegröße und Kühlkomponenten müssen berücksichtigt werden.

Sollte die Materialauswahl vor der IP-Schutzart stehen?

Sie sollten gemeinsam betrachtet werden. Das Material beeinflusst die Korrosionsbeständigkeit und die mechanische Leistung, während die Gehäusestruktur, das Türdesign, die Dichtung, die Kabeleinführungen und die Montage einen Großteil des endgültigen Schutzes vor eindringendem Eindringen bestimmen.