Welche Schlüsselfaktoren sind bei der Konstruktion von OEM-Gehäusen und Schaltschränken zu beachten?

Für Ingenieure und Produktentwickler erfordert der Übergang vom Leiterplattenlayout zum physischen Gehäuse ein Umdenken – von der Elektronik zur Mechanik. Dieser Leitfaden analysiert die kritischen technischen Parameter, die Sie vor Beginn des Projekts festlegen müssen. Blechbearbeitung.

1. Maßkonformität und die „U“-Norm

Für die Konstruktion von OEM-Gehäusen ist die strikte Einhaltung des EIA-310-D-Standards unerlässlich. Ein Gehäuse, das nur 1 mm zu breit ist, passt nicht auf die Schienen; ein zu hohes Gehäuse blockiert benachbarte Geräte.

Die vertikale Höhenbeschränkung

Die Standard-Rackeinheit (HE) beträgt 1,75 Zoll (44,45 mm). Die tatsächliche Gehäusehöhe muss jedoch etwas geringer sein, um ausreichend Freiraum zu gewährleisten.

[Datenquelle: EIA-310-D Standardspezifikationen.]

Hinweis für die Konstruktion: Bei der Entwicklung eines 1U-Gehäuses stellt die interne Bauhöhe den größten Engpass dar. Die Metallstärke (üblicherweise 1,0 mm oder 1,2 mm bei Stahl) und die Abstandshalterhöhe müssen berücksichtigt werden. Oftmals bleiben dadurch weniger als 40 mm nutzbarer vertikaler Innenraum übrig.

2. Strukturelle Integrität: Vermeidung von Durchhängen und Verdrehung

Ein häufiger Fehler bei industriellen Schaltschränken und großen Anlagen ist das Durchhängen der Struktur. Wenn ein Chassis an seinen vorderen Laschen (freitragend) oder sogar auf Gleitschienen montiert ist, wirkt die Schwerkraft mit einem erheblichen Drehmoment auf das Metall ein.

Materialauswahl für Steifigkeit

Aluminium (5052) ist zwar leicht, besitzt aber einen geringeren Elastizitätsmodul als Stahl. Für Gehäuse mit einer Breite von mehr als 400 mm, die schwere Transformatoren oder Netzteile enthalten, sollten folgende Verstärkungsmaßnahmen in Betracht gezogen werden:

1. Gefaltete Flansche: Lassen Sie niemals eine offene Kante flach. Durch das Falten der Kante um 90 Grad entsteht ein Balkeneffekt, der die Steifigkeit um den Faktor 10 erhöht.
2. Prägung/Rippen: Wenn zur Gewichtsersparnis dünneres Material verwendet wird, verhindern geprägte Rippen auf großen, flachen Platten das „Öldosen-Effekt“ (Wackeln) und erhöhen die Stabilität.
3. Eckkonstruktion: Bei Schwerlastschränken bietet das Heftschweißen der Ecken eine höhere Festigkeit als Nieten oder Schrauben, erhöht jedoch die Kosten. Kundenspezifische Blechbearbeitung.

3. Wärmemanagement und Luftstromstrategie

Hitze ist die Hauptursache für Elektronikausfälle. Die Gehäusekonstruktion bestimmt den Luftstrom.

Rackmount-Luftstrom

Der Standard für Rack-Umgebungen ist die Kühlung von vorne nach hinten.

• Lufteinlass: Hochdrucklüfter an der Vorderseite.
• Abgase: Entlüftungsöffnungen hinten.
• Vermeiden Sie: Seitliche Belüftung bei Rackmount-Designs, da benachbarte Server den Luftstrom blockieren oder heiße Luft umwälzen.

Luftstrom im Gehäuse

Bei freistehenden Industrieschränken hängt die Strategie von der Umgebung ab:

CFD-Simulation: Bei hochdichten Layouts kann die Durchführung einer CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) vor dem Schneiden von Metall sogenannte „Hot Spots“ identifizieren, an denen der Luftstrom hinter großen Bauteilen wie Kondensatoren oder Tochterplatinen stagniert.

4. Anforderungen an die EMI/EMV-Abschirmung

Wenn Ihr Gerät mit hohen Frequenzen arbeitet oder in elektrisch störungsreichen Umgebungen (z. B. in der Nähe von Frequenzumrichtern) eingesetzt wird, muss das Gehäuse als Faraday-Käfig fungieren.

Um eine effektive Abschirmung zu erreichen, muss die elektrische Leitfähigkeit zwischen allen zusammenpassenden Metalloberflächen aufrechterhalten werden.

• Abkleben: Pulverbeschichtung ist isolierend. Sie müssen Abklebebereiche um Schraubenlöcher und Passflansche herum angeben, um einen Metall-auf-Metall-Kontakt zu gewährleisten.
• Leitfähige Oberflächen: Durch Chromatierung (Alodine) von Aluminium oder Verzinkung von Stahl wird Leitfähigkeit bei gleichzeitiger Korrosionsbeständigkeit erreicht.
• Dichtungen: Bei Spalten, die größer als 1/20 der Wellenlänge der Interferenzfrequenz sind, verwenden Sie Berylliumkupfer (BeCu)-Finger oder leitfähige Gewebedichtungen, um die Naht abzudichten.

5. Design for Manufacturing (DFM) zur Kostenkontrolle

Das teuerste Gehäuse ist das, das den Fertigungsprozess erschwert. Durch die Optimierung Ihres Designs für die Produktionsumgebung können die Stückkosten um 15–30 % gesenkt werden.

Konsistenz der Biegeradien

Im BlechfertigungsprozessJeder Werkzeugwechsel kostet Zeit. Konstruieren Sie alle Biegungen mit demselben Innenradius (z. B. standardisiert auf 1,5 mm oder 3,0 mm, abhängig von der Materialstärke). Dadurch kann der Abkantpressenbediener das gesamte Teil ohne Werkzeugwechsel formen.

Lochnähe

Vermeiden Sie es, Löcher oder Ausschnitte zu nahe an einer Biegelinie anzubringen.

• Faustregel: Der Abstand von der Lochkante zur Biegelinie sollte mindestens das 2,5-fache der Materialstärke betragen.
• Folge: Zu eng beieinander liegende Löcher verformen sich beim Biegen (nehmen eine ovale Form an), was zu einer Fehlausrichtung der Schrauben führt.

6. Zugänglichkeit und menschliche Faktoren

Das Endbenutzererlebnis wird oft durch die Wartungsfreundlichkeit bestimmt.

• Werkzeuglose Deckel: Rändelschrauben oder Verriegelungsmechanismen ermöglichen einen schnellen Zugriff auf das Innere, ohne dass ein Schraubendreher benötigt wird.
• Sicherheitskanten: Alle inneren Schnittkanten müssen entgratet sein. Eine Schnittverletzung eines Technikers an einer scharfen Kabeldurchführung stellt ein Haftungsrisiko dar.
• Kabelmanagement: In industriellen Schaltschränken sollten integrierte Befestigungspunkte oder Kabelkanäle vorgesehen werden. Ein unordentlicher Schrank behindert die Luftzirkulation und erschwert die Fehlersuche.

7. Oberflächenbeschaffenheit und Haltbarkeit

Die Oberflächenbehandlung erfüllt zwei Zwecke: Ästhetik und Schutz.

• Pulverbeschichtung: Der Standard für Langlebigkeit. Sie bietet eine dicke, kratzfeste Schicht, erhöht aber die Materialstärke (ca. 0,076 mm bis 0,127 mm). Diese zusätzliche Dicke muss bei Baugruppen mit engen Toleranzen berücksichtigt werden.
• Nasslackierung: Wird aufgrund von Umweltauflagen bezüglich VOC und geringerer Haltbarkeit heutzutage nur noch selten verwendet, ist aber für die genaue Farbanpassung oder die Einhaltung militärischer CARC-Anforderungen erforderlich.
• Anodisieren: Speziell für Aluminium. Es verbindet sich mit der Metalloberfläche und verändert die Abmessungen nicht wesentlich, wodurch es sich ideal für Präzisionskühlkörper oder Frontplatten eignet.

Checkliste für Ihre nächste Angebotsanfrage

Bevor Sie Ihre Konstruktionsdateien zur Angebotserstellung einreichen, stellen Sie sicher, dass diese Variablen in Ihrem Zeichnungspaket definiert sind:

1. Werkstoff, Legierung und Härtegrad: (z. B. Al 5052-H32 vs. Stahl CRS 1018).
2. Oberflächenspezifikation: (z. B. „Strukturierte schwarze Pulverbeschichtung, RAL 9005“).
3. Hardware-Installation: Geben Sie genau an, welche PEM-Muttern oder -Bolzen eingepresst werden müssen.
4. Anforderungen an die Schweißnaht: Festlegen, ob die Schweißnähte glattgeschliffen oder im Originalzustand belassen werden sollen.

Die Berücksichtigung dieser Aspekte gewährleistet, dass Ihr Gehäuse nicht nur eine Metallbox ist, sondern ein präzisionsgefertigtes Bauteil, das Ihrem elektronischen System einen Mehrwert verleiht.