HMI-Gehäuse für Panel-PCs und Touchdisplays

Drei Möglichkeiten zur Unterbringung eines Displays

Panel-PCs und HMIs sind für den Einbau in eine Frontplatte konzipiert: Der Rahmen und die zugehörige Dichtung schließen die Vorderseite ab, während sich die Elektronik hinter der Frontplatte befindet und durch das jeweilige Gehäuse geschützt wird. Es gibt drei gängige Methoden, um diese Frontplatte und den entsprechenden Schutz bereitzustellen:

• In der Tür eines Schaltschranks. Das Display wird zum Bedienfeld eines größeren Gehäuses, das zudem Netzteile, I/O und Klemmen aufnimmt. Bei einem NEMA4 Enclosure Wandgehäuse mit Panel-PC-Konfiguration wird die Tür per Laserschnitt exakt auf die Ausschnittsöffnung des von Ihnen gewählten IMD Panel-PCs zugeschnitten, entgratet und vor dem Versand mit Gewindebolzen versehen.
• In einem HMI-Gehäuse. Eine schlanke Schale um ein einzelnes Display für einen Bildschirm an einem Tragarm, Ständer oder Maschinengestell. Unsere bestehen aus 304 Edelstahl, zugeschnitten für einen IMD Panel-PC von 7 Zoll bis 23.8 Zoll oder für einen IMD Touchmonitor mit einem IMD Mini-PC auf einer Halterung dahinter, mit abgedichteter Rückwand, VESA-100-Rückseite und optionalem Bedientableau.
• In einem kundenspezifischen Gehäuse. Wenn sich ein Display ein Gehäuse mit anderen Geräten teilt oder die Größe ungewöhnlich ist, wird ein maßgeschneidertes Gehäuse um das Layout herum konstruiert.

Die Türvariante eignet sich für ein Display, das Teil eines Bedienfelds ist. Das HMI-Gehäuse eignet sich für ein Display, das sich am Arbeitsplatz des Bedieners befinden muss, abseits des Bedienfelds, wobei nur Netzwerk- und Stromkabel zwischen ihnen verlaufen.

Der Displayausschnitt und die Frontdichtung

Ein Panel-PC dichtet gegen die Vorderseite des Panels mit seiner eigenen Dichtung ab, die von hinten durch Klammern oder Gewindebolzen verspannt wird. Drei Zahlen aus dem Installationshandbuch des Geräts entscheiden über die Dichtigkeit:

• Ausschnittgröße und Toleranz. HMI-Handbücher geben den Ausschnitt typischerweise mit einer engen, einseitigen Toleranz an, zum Beispiel +1 / -0 mm oder bei einigen Modellen +0.5 / -0 mm. Ist er zu klein, passt das Gerät nicht; ist er zu groß, deckt die Dichtung die Kante möglicherweise nicht ab.
• Bereich der Panelstärke. Klammern funktionieren in einem angegebenen Bereich, zum Beispiel 1.6 bis 5 mm in einem HMI-Handbuch. Ein dünnes Panel kann sich zudem beim Einspannen verziehen, und ein Handbuch warnt, dass eine dünne Installationswand eventuell versteift werden muss.
• Anzugsdrehmoment. Ein Hersteller schreibt für die Klemmschrauben 2.3 bis 2.6 N·m vor, „um eine ordnungsgemäße Abdichtung zu gewährleisten“, und warnt, dass es sich bei der Dichtung um eine Kompressionsdichtung handelt, weshalb keine Dichtungsmassen verwendet werden dürfen.

Die frontseitige Einstufung eines HMI gilt nur im installierten Zustand: Ein Handbuch gibt an, dass die frontseitige Einstufung "an der Frontplatte bei ordnungsgemäßer Installation in einem Gehäuse" gilt. Dichtungen altern, und HMI-Hersteller empfehlen einen regelmäßigen Austausch; einer empfiehlt dies mindestens einmal jährlich. Der Leitfaden für Ausschnitte und HMI-Fenster enthält weitere Informationen zu Ausschnitten für andere HMIs. Bei unseren HMI-Gehäusen und Panel-PC-Türen wird die Öffnung für den spezifischen IMD Panel-PC gefertigt, sodass der Ausschnitt genau auf das Gerät abgestimmt ist.

Was IP65 an der Vorderseite bedeutet

Eine IP65-Code unter IEC 60529 besteht aus zwei Teilen. Die erste Ziffer 6 bedeutet staubdicht: kein Staubzugang. Die zweite Ziffer 5 bedeutet Schutz vor Wasserstrahlen: der IPX5-Test verwendet eine 6.3 mm Düse, die 12.5 L/min bei 2.5 bis 3 m abgibt. IPX6, der "starken Strahlen"-Level eines IP66-Gehäuses, verwendet eine 12.5 mm Düse bei 100 L/min. Also nimmt ein IP65-type-Front eine Schlauchspülung, aber es ist ein leichterer Test als der, den ein NEMA 4X-type / IP66-Gehäusekörper eingestuft ist.

In Washdown-Bereichen bedeutet dies:

• Spülen Sie den Bildschirm und den Rahmen ab; richten Sie den Schlauch oder die Lanze nicht direkt auf die Kante der Displaydichtung.
• Heisse Hochdruckreinigung aus kurzer Distanz ist eine andere Prüfung (IPX9 oder IP69K), für die weder die Displaydichtung noch das Gehäuse ausgelegt sind. Siehe Washdown-Gehäuse für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie.
• Die fertige Baugruppe wird durch ihr schwächstes Teil eingestuft. Die Regel von NEMA besagt, dass die Einstufung einer vor Ort installierten Baugruppe durch die niedrigste Einstufung ihrer Komponenten begrenzt wird; daher benötigt jede Kabelverschraubung und jeder Ausschnitt am Gehäuse mindestens die gleiche Einstufung.

Die IP-Schutzartentabelle erklärt jede Ziffer und wie IP-Codes mit NEMA-Typen zusammenhängen.

VESA-Montage oder Schalttafelmontage?

Ein Einbaudisplay wird in ein Panel eingesetzt, und das Panel benötigt eine Halterung. Eine VESA-Halterung ist die andere Hälfte dieses Problems: ein standardisiertes Lochmuster an der Rückseite, mit dem ein Display oder Gehäuse an einem Arm, Standfuß, Gelenkarm oder einer Wandhalterung befestigt werden kann.

Der VESA Flat Display Mounting Interface Standard (FDMI, oft als VESA-Halterung bezeichnet) bietet Teile nach Displaygröße. Teil D deckt Flachbildschirme von 12 Zoll bis 22.9 Zoll Diagonale mit einem Gewicht von bis zu 14 kg (30.8 lb) ab. Die Zentrierung erfolgt über die bekannten quadratischen Muster: 100 × 100 mm (MIS-D 100) und 75 × 75 mm (MIS-D 75, für Displays bis zu 8 kg), befestigt mit M4 Maschinenschrauben. Größere Displays nutzen Teil E (23 Zoll bis 30.9 Zoll, bis zu 22.7 kg, Sechsloch-Schnittstellen) und Teil F (31 Zoll bis 90 Zoll, Mehrloch-Schnittstellen).

Unsere HMI-Gehäuse verfügen über eine VESA 100 Rückseite, sodass das gesamte versiegelte Gehäuse inklusive Display an einen für dieses Muster ausgelegten Arm oder eine Halterung montiert wird. Zwei Prüfungen, bevor Sie den Arm bestellen:

• Gewicht. Legen Sie die Tragkraft des Arms für das Gehäuse inklusive Display aus, nicht nur für das Display allein, und bleiben Sie innerhalb des Limits des VESA-Teils.
• Kabelführung. Tragarme mit Dreh- und Neigefunktion benötigen eine Kabelschleife, die bei endseitigem Verfahrweg nicht an den Kabelverschraubungen zieht.

Wie bei jedem typgeprüften Gehäuse ist das Gehäuse an seinen externen Montagepunkten zu befestigen; NEMA weist darauf hin, dass viele typgeprüfte Gehäuse eine Befestigungsmöglichkeit außerhalb des elektrischen Raums erfordern. Siehe den Leitfaden zur Gehäusemontage.

Wärmeabgabe des PCs

Ein Panel-PC oder Touchmonitor mit einem dahinter platzierten Mini-PC ist eine Wärmequelle innerhalb eines geschlossenen Gehäuses. Ohne Luftaustausch entweicht die Wärme durch die Wände, und thermische Berechnungsformeln für Gehäuse nutzen die Beziehung abgegebene Wärme = k × A × Temperaturanstieg, wobei k für Edelstahl etwa 3.7 W/m²K beträgt. Zur Veranschaulichung der Größenordnung: Ein Gehäuse mit 0.2 m² freier Oberfläche, gehalten auf einem Anstieg von 15 °C, gibt etwa 11 W ab. Schlanke HMI-Gehäuse haben eine geringe Oberfläche, weshalb dies der entscheidende Prüfpunkt ist.

Für unsere Gehäuse nennt das Referenz-CAD die Außenabmessungen jeder Größe, den Displayausschnitt sowie die rückseitige Schnittstelle; nach demselben Verfahren ermitteln wir die abgegebene Wärme für jedes geschlossene Gehäuse an einem Tragarm oder Standfuss, bei dem alle Flächen frei liegen:

Nennmaße basierend auf den Referenz-CAD-Daten der jeweiligen Größe; die endgültigen Maße werden mit Ihrer Bestellung bestätigt. Wärme: die Wärmeabgabe des versiegelten Gehäuses an einem Arm oder Sockel (alle Seiten exponiert) bei einem Anstieg von 10 K (18 °F), k = 3.7 W/m²K.

Vergleichen Sie die letzte Spalte mit der Leistungsaufnahme des Panel-PCs (oder des Touchmonitors samt Mini-PC) aus dessen Datenblatt: Ein Anstieg um 10 K über einen Raum von 25 °C bedeutet bereits 35 °C im Inneren, und die vom Hersteller angegebene Betriebstemperatur des PCs ist der maßgebliche Grenzwert.

• Vergleichen Sie die Leistungsaufnahme des PCs mit der vom Gehäuse ableitbaren Wärmemenge, und halten Sie die Innentemperatur im Bereich der vom Hersteller im Datenblatt angegebenen Betriebstemperatur des PCs.
• Ein thermischer Leitfaden eines Gehäuseherstellers stellt fest, dass sich die Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten mit jeweils 18 °F (10 °C) über etwa 72-75 °F halbiert, sodass bereits wenige Grad entscheidend sind.
• Verwenden Sie keinen Lüfter, der Außenluft zuführt: Dies bricht die Schutzart, es sei denn, der Lüfter weist dieselbe Einstufung auf.

Wenn die Zahlen nicht funktionieren, wählen Sie einen PC mit geringerer Leistung, verschieben Sie den PC in das Hauptsteuergestell und führen Sie nur den Bildschirm an den Bediener weiter, oder wechseln Sie zu einem größeren Gehäuse. Der Wärmeberechnung für Gehäuse-Leitfaden enthält die vollständige Methode, und der Wärmeberechnungstool für Gehäuse führt sie für jedes unserer Gehäuse durch. Für einen Panel-PC, der vollständig genutzt wird, zeigt Größe eines versiegelten Gehäuses für einen 30 W Panel-PC auf, wo die Wärme wirklich stecken bleibt, an der Außenfläche, und wie man die tatsächliche Temperaturerhöhung messen kann.

Sonne, Blendung und Betrachtungshöhe

Im Freien und unter Oberlichtern sorgt die Sonne für zusätzliche Wärme und blendet den Bildschirm aus. Ein thermischer Leitfaden eines Gehäuseherstellers gibt die Spitzen-Solarbelastung in den USA mit etwa 97 W/ft² an, und seine Tests zeigten, dass ein Sonnenschutz den Temperaturanstieg um 25% (nur oben) bis zu 56% (Wandgehäuse-Schutz) reduziert. Beschatten Sie das Display, wo immer möglich, mit einem Baldachin, einer Haube oder einfach durch die Ausrichtung; wenn Sie eine Haube für ein individuell konfiguriertes Gehäuse benötigen, geben Sie dies in Ihrer Angebotsanfrage an; ob wir dies fertigen können, wird in der angebotenen Zeichnung bestätigt.

In Innenräumen ist Blendung meist eine Frage der Positionierung. Die OSHA-Leitlinie für Bildschirmarbeitsplätze empfiehlt, den Bildschirm so aufzustellen, dass seine oberste Zeile auf oder unter Augenhöhe liegt und senkrecht zu Fenstern ausgerichtet ist. An einem Tragarm bedeutet dies, die Schwenkhöhe auf die tatsächlichen Bediener einzustellen und den Bildschirm von Fenstern sowie hellem Deckenlicht wegzuneigen.

Kabeleinführung und Service

Jedes Kabel, das in das Gehäuse eingeführt wird (Strom, Ethernet, USB, ein Barcodescanner), führt durch eine Öffnung, welche die Dichtung intakt halten muss. Verwenden Sie Kabelverschraubungen mit mindestens der Schutzart des Gehäuses, angepasst an den jeweiligen Kabeldurchmesser, und führen Sie diese nach Möglichkeit von unten ein, damit Wasser von den Einführungspunkten abläuft, anstatt hineinzulaufen. Belassen Sie im Inneren eine Serviceschleife, damit die Rückwand abgenommen werden kann, ohne an den Steckern zu ziehen, und verwenden Sie Stecker mit Zugentlastung.

Halten Sie die Anzahl der Kabeleinführungen gering: Jede zusätzliche Öffnung bedeutet eine weitere Dichtung, die gewartet werden muss. Ein einzelnes Netzwerkkabel und ein Netzkabel reichen oft aus, wenn der PC die HMI-Software ausführt. Angaben zu Gewindearten, Lochgrößen und Anzugsdrehmomenten für Kabelverschraubungen finden Sie im Leitfaden für Ausschnitte und Kabelverschraubungen.

Auswahl von Display und Gehäuse

Beginnen Sie beim Display. Die HMI-Gehäuse-Seite filtert nach dem IMD Panel-PC, für den jedes Gehäuse konfiguriert ist, von 7 Zoll bis 23.8 Zoll. Wenn Sie den Computer noch auswählen, vergleichen Sie Industrie-Panel-PCs nach Bildschirmgröße, Leistungsaufnahme und Herstellerangabe zur Betriebstemperatur und wählen Sie dann das für dieses Modell vorbereitete Gehäuse. Für ein Display in einer Schaltschranktür wählen Sie ein Wandgehäuse mit der entsprechenden Panel-PC-Konfiguration. Für alles andere, wie zwei Displays, ein Display mit einer Reihe von Drucktasten oder ein anderes HMI, senden Sie uns die entsprechende Ausschnittzeichnung mit einer individuellen Angebotsanfrage; der Leitfaden für individuelle Gehäusespezifikationen listet auf, was enthalten sein muss.

Häufig gestellte Fragen

Quellen

1. VESA, Flat Display Mounting Interface (FDMI) Übersicht (Teile B bis F, Größen- und Gewichtsbereiche)
2. Wikipedia, „Flat Display Mounting Interface“ (MIS-D 75 und 100 Muster, Gewichte, M4 Schrauben; aus VESA FDMI v1 Rev 1)
3. IEC 60529 Ed. 2.2, Schutzarten durch Gehäuse (IP-Code): Prüfbedingungen für IP6X, IPX5 und IPX6
4. NEMA, "NEMA FAQs: Gehäuse" (Q15 schwächster Punkt, Q16 externe Montage)
5. Hardwarehandbuch der Pro-face GP4000-Serie (Ausschnitttoleranz, Panelstärke, Verzug, Dichtungsaustausch, Frontschutzart)
6. Rockwell Automation, PanelView 5510 / Plus 7 Edelstahlinstallation (Klemmdrehmoment, Kompressionsdichtung)
7. Hammond Manufacturing, Auswahl von Heizungen (k für Edelstahl)
8. nVent HOFFMAN, Spec-00488, thermisches Management (Zuverlässigkeit, Solarbelastung, Sonnenschutzblenden)
9. nVent HOFFMAN, Spec-01113, Test der Sonnenschutzblende zur Wandmontage
10. OSHA eTool, Computerarbeitsplätze: Monitore (obere Linie auf oder unter Augenhöhe, senkrecht zum Fenster)