Elektronik-Gehäuse für die Tragschiene

Andreas Mühlbauer,

IoT-Elektronik clever verpackt

Die Anforderungen an zukunftsorientierte Automatisierungsgeräte sind vielfältig. Gerätehersteller suchen heute hochflexible und multifunktionale Gehäusesysteme. Ein neues System bietet daher abgestufte Größen, erweiterte Anschlusstechnik und optionale Busverbinder. 

Neben RJ45-, D-Sub-, USB- und Antennenanschluss erhöhen auch berührungssichere Steckergrundleisten und ein 8-poliger Busverbinder die Einsatzmöglichkeiten. © Phoenix Contact

Erst durch den Einbau der bestückten Leiterplatte im Elektronik-Leergehäuse wird die elektronische Schaltung zum Gerät. Die eingebaute Leiterplatte wird durch das Gehäuse geschützt und kann auf die Tragschiene im Schaltschrank montiert werden, wo sie nach der elektrischen Verdrahtung und der Inbetriebnahme als Gerät ihre Aufgabe erfüllt. Neben dem Schutz der Elektronik und der einfachen Befestigung spielt die Anschlusstechnik eine wichtige Rolle. Konventionelle Gehäusekonzepte bieten dem Gerätehersteller oft nur Anschlussmöglichkeiten, die sich auf Printklemmen und Grundleisten mit Steckeranschluss beschränken.

Zeitgemäße Verpackung auch für neue Schaltungen

Um der Leiterplatte weitere Anschlussmöglichkeiten zu erschließen, müssen zur Aufnahme der Signal- und Kommunikationsanschlüsse Ausbrüche und Ausfräsungen in das Gehäuse eingebracht werden. Aus Platz- und Geometriegründen bietet sich hier oftmals nur die Deckelfläche des Leergehäuses an. Kabel, die über einen Stecker an USB-, D-Sub- und RJ45-Buchsen angeschlossen sind, müssen dann im Bogen in die hinten liegenden Kabelkanäle geführt werden.

Die Anforderungen an ein Elektronik-Leergehäuse richten sich auch nach der jeweiligen Applikation – von der Prozess-, Fabrik- und Gebäudeautomatisierung über die Steuerungs- und Regelungstechnik bis hin zu Power-Supply- und Safety-Anwendungen. Design und Farbgebung fließen in eine Entscheidung für ein Gehäuse genauso mit ein wie technische Anforderungen – etwa die einbaubare Leiterplattenfläche und die Anschlusstechnik. Auch Handhabungs- und Montagefreundlichkeit spielen eine Rolle.

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Mit der Gehäusegeneration ME hatte Phoenix Contact Mitte der neunziger Jahre ein kompaktes modulares Elektronikgehäuse in Becherform auf den Markt gebracht. Auf dieser Basis wurde 15 Jahre später das modulare und seitlich anreihbare Gehäuse ME-Max vorgestellt. Um auch neu entwickelten Schaltungen und Geräten eine zeitgemäße „Verpackung“ mit neuem Anschlusskonzept zu bieten, hat Phoenix Contact das Industrial Case System – kurz ICS – auf den Markt gebracht.

Frei positionierbare Kommunikationsanschlüsse

Neben mehrpoligen kodierbaren Steckeranschlüssen lässt sich die Leiterplatte des ICS-Gehäuses auch mit standardisierten Gehäuseelementen für integrierte Kommunikationsanschlüsse bestücken, wie etwa RJ45 und USB für Industrie-4.0-Anwendungen oder D-Sub- und Antennenanschlüsse. Über eine neue Einschubtechnik lässt sich die bestückte Leiterplatte einfach und schnell in das Gehäuse einschieben und verrasten.

Das neue Gehäusesystem ICS von Phoenix Contact. © Phoenix Contact

Ausgehend von gängigen Gehäusebreiten mit 22,5 mm bietet das ICS-Gehäuse mit der neuen Breitenabstufung in der Basisbreite mit 25 mm jetzt genügend Platz, um auch Relais, Elektrolyt-Kondensatoren oder andere hochbauende Komponenten auf der Leiterplatte anordnen zu können. Die Ausführung mit 20 mm ermöglicht eine größere Gehäusedichte auf der Tragschiene. Ende 2019 kommt noch eine Gehäusevariante in der Breite 50 mm hinzu. Die Höhen und Tiefen des Gehäuses orientieren sich im Bereich von 77 bis 132 mm am Bauraum im Schaltschrank. Auch die Höhen und Tiefen werden ausgebaut. Das ICS-Gehäuse mit der eingeschobenen Leiterplatte lässt sich mit einem geschlossenen Gehäusedeckel oder mit transparentem Klappdeckel über eine wieder lösbare Verrastung verschließen.

Mit der Möglichkeit, auch zwei Leiterplatten in ein Gehäuse mit einer Basisbreite von 20 oder 25 mm oder bis zu vier Leiterplatten in das Gehäuse mit 50 mm Breite einsetzten zu können, lässt sich die bestückbare Leiterplattenfläche von etwa 10.000 auf 20.000 mm² und sogar 40.000 mm² in einem ICS-Gehäuse mit Standardabmessungen – 100 mm Höhe und 110 mm Tiefe – verdoppeln und vervierfachen. Zur Tragschiene hin kann die Leiterplatte mit einem Funktionserdkontakt (FE) sowie mit Kontakten zum 8-poligen Tragschienenbusverbinder T-Bus  8 ausgeführt werden.

Neben mehrpoligen Grundleisten, die über die zugehörigen Stecker miteinander codiert werden, lasen sich Kommunikationsanschlüsse wie RJ45-, USB-, D-Sub- oder Antennenanschlüsse mittels Blenden – sogenannte Filler – mit Funktionsausschnitten frei auf der Leiterplattenseite positionieren und in jeder beliebigen Position und Gehäuseetage bestückt in das Gehäuse einschieben. Aufwendige Fräsarbeiten oder nachträgliche Bearbeitungen für die Ausschnitte solcher Anschlusstechniken entfallen dann.

8-poliger Tragschienenbus

Die Kabelabgänge dieser Anschlüsse befinden sich nicht mehr auf der Gehäusedeckelseite, sondern sind beim ICS-Konzept an der Gehäuseseite angeordnet. Somit befinden sie sich in unmittelbarer Nähe zum Kabelkanal und zur Tragschiene, wo auch die übrigen Stecker der Einzeladern zum Gehäuse geführt werden. Die Kabel gelangen dann ohne aufwendige Kabelschleifen oder Knicke direkt in den darüber- oder darunterliegenden Kabelkanal. Der Gehäusedeckel ist auch weiterhin für eine kopfseitige Parametrier- oder Konfigurationsschnittstelle mit einem USB-Ausschnitt oder ähnlichem ausführbar.

Gehäusesystem ICS: abgestufte Größen, variable Anschlusstechnik und optionale achtpolige Busverbinder bieten viel Flexibilität. © Phoenix Contact

Auch das Tragschienenbuskonzept wurde erweitert. Durch das Rastermaß der Kontaktabstände von 2,54 mm kann das neue Tragschienenbus-Element T-Bus 8 jetzt acht Leiterplattenkontakte aufnehmen: entweder acht parallele Kontakte oder eine Kombination aus parallelen und bis zu zwei seriellen Kontakten im Standard. Da es sich bei diesem T-Bus technologisch um das gleiche Prinzip- und Steckgesicht wie beim Frontanschlussgehäuse ME-IO handelt, sind beide Systeme kombinierbar. Zudem haben Tests ergeben, dass sich der T-Bus 8 für Kommunikationsfrequenzen von bis zu 100 MHz eignet.

Individualisiert wird das Gehäuse schon durch die Farbgebung: Zahlreiche Standardfarben stehen zur Auswahl. Gehäuse, Deckel, Anschlusstechnik und Blenden lassen sich – in geschlossener Ausführung oder mit Funktionsausschnitten – auch mit verschiedenen Farben zusammenstellen. Individuelle Bedruckungen an unterschiedlichen Positionen sind ebenso möglich wie die Bearbeitung für Bohrungen, Ausschnitte und Durchbrüche.

Industrie 4.0 und Online-Konfiguration

Über einen Online-Selektor und -Konfigurator lässt sich das ICS-Gehäuse in wenigen Schritten im Internet nach individuellen Kundenanforderungen zusammenstellen. Die nutzerfreundliche Auswahl und Konfiguration aller Einzelkomponenten mit Drag and Drop ist auch auf mobilen Endgeräten möglich. Über ein Auswahlmenü wählt der Anwender zunächst die Gehäusegröße mit Farbvarianten und zugehörigem Gehäusedeckel in geschlossener Ausführung oder mit transparentem Klappdeckel. Dann wird die Anschlusstechnik gewählt: Steckergrundleiste mit codierbaren Steckern mit Push-in- oder Schraubanschluss, T-Bus-8-System mit parallelen und seriellen Kontakten sowie FE-Kontakt. Zu guter Letzt kommen die Kommunikationsanschlüsse, die auf einer oder zwei Leiterplatten je Gehäusebasisbreite positioniert werden.

Dipl.-Ing. Joachim Gräfer, Produkt-Marketing Electronics Enclosures, Device Connector Solutions, Phoenix Contact. © Phoenix Contact

Bei jeder Auswahl wird das Gehäuse detailliert auf dem Bildschirm dargestellt. Zum Schluss steht das Leiterplatten-Layout als 3D-Datei in einem wählbaren Dateiformat zum Download zur Verfügung. Die Konfiguration lässt sich auch in Zwischenschritten speichern und später aufrufen und fortsetzen. Abschließend werden die Einzelkomponenten in eine Stückliste exportiert und zur Bestellung in den Warenkorb übertragen.

Dipl.-Ing. Joachim Gräfer, Produkt-Marketing Electronics Enclosures, Device Connector Solutions, Phoenix Contact / am

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