Dimensionierung eines Elektrogehäuses

Außen-, Innen- und Montageplattenmaße

Gehäuse werden nach Außenmaßen verkauft, Höhe x Breite x Tiefe. Drei kleinere Maße sind für das Layout wichtig:

• Innenabmessungen: die Außenmaße abzüglich der Blechdicke sowie etwaiger Türkragen oder Flansche.
• Montageplatte: die herausnehmbare Platte, an der die Geräte verschraubt werden. Sie ist kleiner als der Innenraum, da sie auf Bolzen mit Abstand zu den Wänden und dem Türflansch montiert wird.
• Nutzbare Tiefe: von der Vorderseite der Montageplatte bis zur Innenseite der geschlossenen Tür.

Berechnungsbeispiel. Unser 24 × 20 × 8 Zoll 304 Edelstahl Wandgehäuse hat gemäß der zugehörigen Zeichnung: Innenmaße 606.6 × 505.0 × 200.2 mm nominal; Montageplatte 545.6 × 444.0 mm (ca. 21.5 × 17.5 Zoll); nutzbare Tiefe 184.9 mm (ca. 7.3 Zoll). Ein 24 × 20 Zoll Gehäuse bietet Ihnen also eine Layoutfläche von etwa 21.5 × 17.5 Zoll, nicht 24 × 20. Jede Produktseite führt die nominale Innenabmessung auf, und der Größenfinder filtert nach der minimalen Innenhöhe, Breite und Tiefe.

Die über die gesamte Serie hinweg gleichen Zahlen, die aus der Referenz-CAD-Datei der jeweiligen Größe entnommen wurden, zeigen, wie viel der Außenmaße Sie tatsächlich für die Anordnung nutzen können. Die Anzahl der DIN-Module bezieht sich auf das Beispiel-Layout auf der jeweiligen Produktseite (17.5 mm Module auf horizontalen Schienen zwischen Kabelkanälen), und die Spalte Wärme wendet die Step-5-Methode (IEC/TR 60890 effektive Oberfläche, k = 3.7 W/m²K) auf diese Größe an einer Wand an:

Nennabmessungen basierend auf der Referenz-CAD jeder Größe; die endgültigen Abmessungen werden mit Ihrer Bestellung bestätigt. DIN-Module: 17.5 mm Module gemäß dem Beispiel-Layout auf jeder Produktseite. Wärme: Was das abgedichtete Gehäuse bei einem Anstieg von 10 K (18 °F) an eine Wand abgibt, k = 3.7 W/m²K.

Zwei Muster sind bemerkenswert. Die Montageplatte ist bei jeder Größe in jede Richtung etwa 40 bis 65 mm (1.5 bis 2.5 Zoll) kleiner als das Außenmaß, sodass der prozentuale Verlust bei kleinen Gehäusen am größten ist. Und die Wärme, die eine versiegelte Größe abgibt, wächst mit ihrer Oberfläche, sodass ein tieferes Gehäuse mit der gleichen Frontfläche die Wärmekapazität und Tiefe erhöht, ohne die Montageplattenfläche zu vergrößern. Die Gehäusegrößentabelle listet jede Standardgröße auf die gleiche Weise auf, in Zoll und Millimetern, mit beiden Werkstoffen und den HMI-Gehäusen.

Schritt 1: Die Bauteilhülle

Listen Sie jedes Gerät, das in das Gehäuse eingebaut werden soll, mit Höhe, Breite und Tiefe gemäß Datenblatt des Herstellers auf: Netzteile, Schutzschalter, Reihenklemmen, Relais, SPS oder I/O, Netzwerk-Switches, den Computer. Zeichnen Sie diese anschließend in ihrer tatsächlichen Position auf der Montageplatte ein, inklusive der DIN-Schienen und Kabelkanäle zwischen den Reihen. Eine maßstabsgetreue Zeichnung oder eine CAD-Planung auf dem Umriss der Montageplatte deckt Probleme auf, die eine reine Flächensumme übersieht: Geräte passen nur in vollständigen Reihen, und Kabelkanäle beanspruchen einen überraschend großen Teil der Montageplatte.

Beachten Sie die Abstände, die von den Geräteherstellern spezifiziert werden. Antriebe, Netzteile und Computer benötigen oft freien Raum oberhalb und unterhalb für den Luftstrom. Diese variieren je nach Produkt und Baugröße, entnehmen Sie diese daher dem jeweiligen Handbuch anstatt einer Faustregel.

Schritt 2: Freiraum für Änderungen

Schalttafeln wachsen. Ingenieure, die von Control Design befragt wurden, beschreiben 20% Reserveplatz als häufig spezifizierte Anforderung und 20–25% als typisch, mit 25% dort, wo Erweiterungen erwartet werden; AutomationDirect schlägt etwa 20–25% Reserve bei installierten Klemmen oder Platz vor, mit 10% als Minimum. Kabelkanäle werden üblicherweise ebenfalls mit Reservekapazität ausgelegt, damit spätere Verkabelungen nicht hineingepresst werden müssen. Wenn das Layout die Schalttafel am ersten Tag bis zum Rand füllt, wählen Sie eine Nummer größer. Die leere Plattenfläche ist nicht vollständig als nutzbare Reserve zu betrachten: Die Messung des nutzbaren Reserveplatzes in einem Schaltschrank unterscheidet zwischen Erweiterungsfläche und erforderlichen Abständen, Lüftungsschlitzen, Kabelführungen und Servicezugängen.

Schritt 3: Biegeradius für Leitungen und Kabelführung

Leiter benötigen Platz, um sich vom Anschluss in Richtung der Kabeleinführung zu biegen, ohne gegen den Kabelschuh gedrückt zu werden. Für Gehäuse, die unter NEC Artikel 312 (Schaltschränke und Verteilerkästen) fallen, legt NEC 312.6 den Mindestbiegeraum für Leiter an Anschlüssen in zwei Tabellen fest: Tabelle 312.6(A), wenn der Leiter nicht in die Wand gegenüber seinem Anschluss eintritt oder diese verlässt, und Tabelle 312.6(B), wenn dies der Fall ist. Der Platzbedarf hängt von der Leitergröße und der Anzahl der Drähte pro Anschluss ab, daher benötigen große Zuleitungen weit mehr Platz als Steuerleitungen. NEC 312.8 begrenzt zudem, wie stark ein Gehäuse für Schalter oder Überstromschutzeinrichtungen mit Leitern, Spleißen und Abzweigen gefüllt sein darf.

Planen Sie auch den Weg von den Kabeleinführungen zu den Klemmen. Kabelverschraubungen und Leitungsanschlüsse beanspruchen Platz an der Innenseite der Wand. Bei Washdown-Anwendungen und im Außenbereich empfehlen wir, die Kabel durch die Bodenfläche einzuführen, damit Wasser von den Einführungen abläuft. Der Leitfaden für Ausschnitte und Kabelverschraubungen behandelt die Einführungsgrößen.

Schritt 4: Tiefe und was sich an der Tür befindet

Die Tiefe wird durch das tiefste Gerät auf der Montageplatte zuzüglich dessen Verkabelung und Anschlüssen sowie aller an der Tür montierten Komponenten bestimmt: Drucktaster, Signalleuchten, Wahlschalter, ein Display oder ein Panel-PC. An der Tür montierte Geräte ragen in das Gehäuse hinein, und ein tieferes Gehäuse ist die einfache Lösung, um zu verhindern, dass sie mit Komponenten auf der Montageplatte kollidieren. Prüfen Sie die Gerätetiefe hinter der Montageplatte anhand des Datenblatts gegen die nutzbare Tiefe des Gehäuses und lassen Sie Platz für den Kabelbiegeradius hinter den Anschlüssen.

Für IMD Hardware haben wir diese Prüfung bereits für Sie durchgeführt: Die Konfiguration "IMD mini PC" ergänzt eine VESA/DIN-Schienen-Adapterplatte sowie zwei Kabelverschraubungen, und die Panel-PC-Konfiguration beinhaltet den Türausschnitt für den von Ihnen gewählten IMD Panel-PC. Jede Produktseite führt die IMD Geräte auf, für die die jeweilige Größe konfiguriert ist.

Schritt 5: Wärmeabfuhr eines abgedichteten Gehäuses

Ein NEMA 4X-type Gehäuse ist abgedichtet, daher muss die Wärme der darin befindlichen Geräte über die Gehäusewände abgeführt werden. Die grundlegende Beziehung, die in thermischen Leitfäden für Gehäuse verwendet wird, lautet:

Abgeführte Wärme (W) = k x A x Temperaturanstieg
A = effektive Oberfläche in m², Temperaturanstieg = Innenluft minus Außenluft in Kelvin (°C), k = Wärmeübergangskoeffizient: ca. 5.5 W/m²K für lackiertes Stahlblech, ca. 3.7 W/m²K (0.344 W/ft²K) für Edelstahl.

Nur Oberflächen, die Wärme abgeben können, zählen, und nicht alle in gleichem Maße. Die effektive Oberfläche nach IEC/TR 60890, die unsere Produktseiten, Größentabellen und der Wärmerechner verwenden, lässt die Rückseite eines Wandgehäuses außer Acht und gewichtet die anderen Flächen nach ihrer Wärmeabgabefähigkeit: A = 1.4 x B x (H + T) + 1.8 x T x H, mit den Außenmaßen in Metern. Oberflächenberechnungsmethoden in Katalogen zur Gehäuseklimatisierung, wie etwa DIN 57 660 Teil 500, unterscheiden zudem zwischen freistehenden, wandmontierten und aneinandergereihten Installationen. Betrachten Sie das Ergebnis als erste Prüfung.

Berechnungsbeispiel, Fortsetzung. Das 24 × 20 × 8 Zoll Gehäuse (0.610 × 0.508 × 0.203 m) an einer Wand hat eine effektive Oberfläche von 1.4 × 0.508 x (0.610 + 0.203) + 1.8 × 0.203 × 0.610 = 0.801 m² (8.6 ft²). Bei Edelstahl mit k = 3.7 W/m²K:

• Ein Anstieg von 10 °C (18 °F) über die Raumtemperatur ermöglicht etwa 30 W Wärme im Inneren (3.7 × 0.801 × 10 = 29.6 W).
• Ein Anstieg von 20 °C (36 °F) ermöglicht etwa 59 W.
• Der thermische Leitfaden eines Gehäuseherstellers empfiehlt einen Sicherheitsabstand von 25 %, wodurch sich die 59 W auf etwa 47 W reduzieren.

Vergleichen Sie dies mit dem, was sich im Inneren befindet: Verluste von Netzteilen, Antrieben, einem Computer, einem Netzwerk-Switch. Der thermische Leitfaden eines Gehäuseherstellers merkt an, dass sich die Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten bei jedem Anstieg von 18 °F (10 °C) über etwa 72–75 °F halbiert. Halten Sie die Innentemperatur innerhalb der vom Hersteller eingestuften Umgebungstemperatur jedes Geräts.

Außenbereich, Sonneneinstrahlung berücksichtigen. Derselbe Leitfaden beziffert die solare Spitzenlast auf etwa 97 W/ft² (ca. 1,040 W/m²) für weite Teile der Vereinigten Staaten. Tests zeigten, dass ein Sonnenschutz den Temperaturanstieg um 25% (nur Oberseite) bis 56% (Wandgehäuseschutz) reduziert. Sorgen Sie für eine Beschattung des Gehäuses oder verwenden Sie einen Sonnenschutz, wo immer dies möglich ist.

Wenn die Last für ein abgedichtetes Gehäuse zu hoch ist: Wählen Sie eine größere Gehäusegröße (mehr Oberfläche), verlagern Sie Wärmequellen nach außen oder fügen Sie eine geschlossene Kühlung hinzu, wie etwa einen Wärmetauscher oder ein Gehäuseklimagerät, das für den jeweiligen Gehäusetyp vom Hersteller eingestuft ist. Lüfter und Filter, die Außenluft austauschen, unterbrechen die NEMA 4X Abdichtung, sofern sie nicht dieselbe Einstufung aufweisen. Der Gehäuse-Wärmerechner führt diese Prüfung für Ihre spezifische Last, Umgebungstemperatur und Montageart durch.

Schritt 6: Türschwenkbereich und Arbeitsraum

Wenn das Gehäuse Ausrüstung enthält, die wahrscheinlich unter Spannung untersucht, eingestellt, gewartet oder instand gehalten werden muss, schreibt der National Electrical Code einen Arbeitsraum davor vor. Gemäß NEC 110.26(A) (2020 und 2023 Ausgaben):

• Tiefe: mindestens 3 ft (900 mm) für 0–150 V gegen Erde in Bedingung 1, mehr bei höheren Spannungen und anderen Bedingungen (Tabelle 110.26(A)(1)).
• Breite: die Breite des Geräts oder 30 Zoll (762 mm), je nachdem, welcher Wert größer ist.
• Höhe: 6.5 ft (2.0 m) oder die Höhe des Geräts, je nachdem, welcher Wert größer ist.
• Türen: "In allen Fällen muss der Arbeitsbereich eine Öffnung von mindestens 90 Grad bei Gerätetüren oder schwenkbaren Paneelen ermöglichen."

Prüfen Sie daher den Türschwenkbereich, nicht nur das Gehäuse. Das Beispiel 24 × 20 × 8 Zoll hat einen Türschwenkradius von 511.3 mm (etwa 20.1 Zoll) und eine Gesamtgröße mit Füßen, Scharnier und Verschlüssen von 697.6 × 515.2 × 213.7 mm, alles auf der Referenzzeichnung (PDF). Lassen Sie auf der Scharnierseite Platz, damit sich die Tür vollständig öffnen lässt, und bestätigen Sie die lokale Normenausgabe bei der zuständigen Behörde.

Montage des Gehäuses

Hängen Sie ein vom Hersteller eingestuftes Gehäuse an seinen externen Befestigungsvorrichtungen auf. NEMA weist darauf hin, dass viele dieser Gehäuse eine Montage außerhalb des elektrischen Innenraums erfordern, sofern keine Zwischenhalterung oder Standfüße verwendet werden, anstatt Schrauben durch Bohrungen in der Rückwand des elektrischen Innenraums zu führen. Unsere Wandgehäuse werden mit vier externen Wandmontagefüßen geliefert; das Lochbild für die Wandmontage ist auf jeder Referenzzeichnung angegeben. Berücksichtigen Sie bei der Wahl der Wandanker das Gewicht des Gehäuses sowie dessen gesamten Inhalt.

Wenn es zu einem industriellen Schaltschrank wird

Ein Gehäuse mit Motorsteuerungen, Überstromschutz und Steuergeräten im Inneren ist nach NEC-Definition ein industrielles Bedienfeld. NEC Artikel 409 behandelt industrielle Bedienfelder und schreibt vor, dass diese mit Informationen einschließlich des Kurzschlussstrom-Bemessungswerts gekennzeichnet sein müssen; UL 508A Supplement SB ist eine anerkannte Methode zur Bestimmung dieses Werts. Ob das Bedienfeld zusätzlich gelistet sein muss, entscheidet die zuständige Behörde oder die Projektspezifikation.

Prüfen Sie es in CAD, bevor Sie bestellen

Jede NEMA4 Enclosure Produktseite enthält Referenz-CAD-Daten, die Sie herunterladen können: ein STEP-Modell, eine DWG/DXF-Zeichnung und eine PDF-Zeichnung mit den Außen-, Innen-, Montageplatten- und Befestigungslochabmessungen. Platzieren Sie Ihr Plattenlayout auf der Kontur der Montageplatte, prüfen Sie die Tiefe im Verhältnis zur Tür und prüfen Sie den Türanschlag im Raum. Die Abmessungen sind Nennmaße; die endgültigen Abmessungen werden mit Ihrer Bestellung bestätigt.

Wir fertigen 65 Wandgehäuse-Größen, von 6 × 4 × 4 in bis zu 60 × 36 × 16 in, in 304 und 316L, sodass bei knapper Planung in der Regel eine Größe darüber verfügbar ist.

Häufig gestellte Fragen

Quellen

1. NFPA 70, National Electrical Code (kostenloser Lesezugriff): 110.26, 110.28, Artikel 312, Artikel 409
2. EC&M, "NEC-Anforderungen für Arbeitsabstände" (110.26 Türöffnung)
3. IAEI Magazine, "Artikel 312 und 314" (Tabellen 312.6(A) und (B))
4. EC&M, NEC 312.8 Füllgrenzen für Gehäuse von Überstromschutzeinrichtungen
5. EC&M, NEC Artikel 409, industrielle Bedienfelder (SCCR-Kennzeichnung, UL 508A Supplement SB)
6. Rittal, Technisches Systemhandbuch Klimatisierung (Wärmeverlustbeziehung, k = 5.5 W/m²K Stahlblech)
7. Hammond Manufacturing, Auswahl der Heizung (k für lackierten Stahl und Edelstahl)
8. nVent HOFFMAN, Spec-00488, Thermomanagement (Oberflächenmethode, 25% Spielraum, Zuverlässigkeit, solare Einstrahlung, Sonnenschutz)
9. nVent HOFFMAN, Spec-01113, Test der Sonnenschutzblende zur Wandmontage
10. Control Design, „Experten äußern sich zu bewährten Verfahren für Schaltschrankgehäuse“ (Reserveplatz, Türgeräte)
11. Control Design, „Wie man Reserveplatz für E/A plant“
12. NEMA, "NEMA FAQs: Enclosures" (Q16, externe Montage)