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Hochwertig und funktional: Alu-Gehäuse für die Hutschiene

Die Montage auf einer Hutschiene ist eine Forderung an ein Gehäuse. Sicherer Halt durch die Hutschienenklammer und Dichtigkeit sind dabei wesentliche Kriterien. Wir zeigen, worauf Sie achten sollten.

Hutschienengehäuse: Eine Hutschiene ist eine spezielle Form der nach DIN EN 60 715 genormte Tragschienen, deren Profil einem Hut ähnelt. Im Bild ist eine Explosionsdarstellung einer Hutschienenbefestigung (Hutschiene gemäß DIN 60715 TH 35) zu sehen.
Hutschienengehäuse: Eine Hutschiene ist eine spezielle Form der nach DIN EN 60 715 genormte Tragschienen, deren Profil einem Hut ähnelt. Im Bild ist eine Explosionsdarstellung einer Hutschienenbefestigung (Hutschiene gemäß DIN 60715 TH 35) zu sehen.
(Bild: Fischer Elektronik)

Ein Gehäuse gewährt der Elektronik Schutz vor der Umgebung, insbesondere vor Berührungen durch Hände oder Werkzeuge, vor unvorsichtiger Handhabung oder vor unkontrollierter Stoßbelastung. Jedoch wird durch das Gehäuse auch die Umgebung vor der Elektronik geschützt, z.B. vor hohen Temperaturen an den elektronischen Bauteilen oder vor elektromagnetischer Strahlung. Bei Gehäusen handelt es sich immer um hochspezialisierte Teile von elektronischen Geräten, die sowohl passend zur Art der Anwendung als auch passend zum Einsatzort ausgewählt werden.

Neben dem Aufstellort eines Gehäuses kann die Montage an einer Hutschiene eine zusätzliche Anforderung an ein elektronisches Gerät sein. Der große Vorteil einer Hutschiene ist die einfache Montage und Demontage des Gehäuses. Hiermit ist eine einfache Wartung oder die leichte Austauschbarkeit eines kompletten Elektronikmoduls gegeben.

Definition: Was ist eine Hutschiene?

Die primäre Funktion von Tragschienen besteht darin, wie es der Name schon sagt, unterschiedliche elektrische Betriebsmittel zu tragen. Diese können seitlich aufgeschoben oder von vorne aufgeschnappt und je nach Bedarf auch arretiert werden. Eine Hutschiene ist eine spezielle Form der nach DIN EN 60 715 genormte Tragschienen. Das Profil der Hutschiene ähnelt einem Hut, woher sie auch ihren Namen hat. In der Norm erhält sie die Bezeichnung TH 35.

Es gibt drei Hutschienen, die jeweils unterschiedliche Dimensionen besitzen. Im Aufmacherbild links ist die für Aluminiumgehäuse üblichste Variante der Hutschiene abgebildet. Sie hat eine Höhe von 35 mm und eine Tiefe von 7,5 mm. Die Materialstärke beträgt 1 oder 2,3 mm. Eine zweite Hutschienenvariante offeriert eine Tiefe von 15 mm und eine Materialstärke von 1,5 mm. Die dritte Hutschienenvariante ist deutlich kleiner. Hier beträgt die Höhe nur 15 mm und die Tiefe 5 mm.

Die für Tragschienen eingesetzten Werkstoffe sind Stahl, Kupfer- oder Aluminium-Legierungen. Kupfer- und Aluminiumlegierungen sind elektrisch leitend und dürfen deswegen auch als Schutzleiter (PE- und PEN-Leiter) verwendet werden.

Welche Vorteile ein Gehäuse aus Aluminium bietet

Weithin bekannte Eigenschaften von Aluminiumlegierungen sind deren gute thermische und elektrische Leitfähigkeit. Eine hochwertige und ansprechende Haptik und Optik werden dem Aluminium ebenfalls zugesprochen. Wie also verhalten sich diese Eigenschaften in technischer Hinsicht?

Für Kühlkörper und Gehäuse übliche Aluminiumlegierungen besitzen eine hohe Wärmeleitfähgikeit von 200 bis 220 W/(m*K). So lassen sich Kühlkörper aus Aluminiumlegierungen in Gehäusen als Wände oder Deckelplatten finden. Mit diesen Wärmeableitgehäusen erfolgt neben dem Schutz der Elektronik durch das Gehäuse zusätzlich eine gezielte Entwärmung der elektronischen Bauteile.

Aluminiumlegierungen sind wie bereits erwähnt gute elektrische Leiter. Bei Gehäusen ist besonders die Oberflächenleitfähigkeit interessant, die jedoch durch die natürliche, nicht-leitende Oxidschicht des Aluminiums unterbunden wird.

Eine elektrisch leitende Oberfläche der Aluminiumlegierung ist wichtig für die Störfestigkeit von Gehäusen. Elektromagnetische Strahlung, welche durch elektronische Bauteile und Geräte erzeugt wird, kann durch eine elektrisch leitende Oberfläche abgefangen werden, vergleichbar mit einem faradayschen Käfig.

Somit wird sowohl das Eindringen von elektromagnetischer Strahlung in das Gehäuse, als auch das Austreten von elektromagnetischer Strahlung aus dem Gehäuse verhindert. Die Voraussetzung für diese Schirmwirkung ist die elektrisch leitende Oberfläche des Aluminiums. Bei Gehäusen wird die Aluminium-Oxidation durch eine elektrisch leitende, transparente Passivierung erreicht.

In anderen technischen Anwendungen ist eine Oxidschicht jedoch durchaus gewünscht. Eine künstliche Oxidschicht wird durch Anodisieren erzeugt. Dessen wichtigster Vertreter ist das Eloxal-Verfahren (Eloxieren: elektrolytische Oxidation von Aluminium). Hierdurch entsteht eine durchsichtige und kratzfeste Oberfläche. Unter der schützenden Eloxal-Schicht können unterschiedliche Farben aufgebracht werden.

Auch gezielte, optisch ansprechende Bearbeitungen wie das Schleifen oder das Mattieren durch Oberflächenstrahlen sind nach dem Eloxieren und Einfärben noch sichtbar.

Weitere Möglichkeiten der Oberflächenbehandlung sind das Lackieren und das Pulverbeschichten. Durch diese Verfahren wird der Korrosionsschutz verbessert und die Oberfläche wird kratz- und schlagfester, witterungs- und abriebfester.

Welche Kriterien muss eine Hutschienenklammer erfüllen?

Hutschienenklammer aus stranggepresstem Aluminiumprofil. Die spezielle Kontur der Klammer passt auf alle Materialdicken der Hutschiene mit 35 mm Höhe. Die Klammer lässt sich durch Zusammendrücken leicht lösen.
Hutschienenklammer aus stranggepresstem Aluminiumprofil. Die spezielle Kontur der Klammer passt auf alle Materialdicken der Hutschiene mit 35 mm Höhe. Die Klammer lässt sich durch Zusammendrücken leicht lösen.
(Bild: © Fischer Elektronik)

Eine Hutschienenklammer wird eingesetzt, um ein Gehäuse mit einer Hutschiene zu verbinden. Je nach Art der Hutschiene muss eine passende Klammer verwendet werden. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Materialstärke der Hutschiene. Auch wenn die Hutschienen die gleiche Höhe besitzen, sind nicht alle Hutschienenklammern auf die drei unterschiedlichen Materialstärken ausgelegt.

Ein weiteres Kriterium für die Auswahl einer Hutschienenklammer ist die Belastung am Einsatzort. Gibt es dynamische Belastungen, beispielsweise in Form von Vibrationen, empfiehlt sich der Einsatz einer Hutschienenklammer mit Verriegelung. Zum Abnehmen des Gehäuses von der Hutschiene wird in diesem Fall ein zusätzliches Werkzeug benötigt. Ohne dynamische Belastungen kann eine Hutschienenklammer ohne Verriegelung verwendet werden, da diese einfacher und ohne Werkzeug von der Hutschiene genommen werden kann.

Eine einfache Hutschienenklammer aus einem stranggepressten Aluminiumprofil ist in Bild 2 zu sehen. Die spezielle Kontur dieser Klammer passt auf alle Materialdicken der Hutschiene mit 35 mm Höhe. Die eingepresste Drahtformfeder aus rostfreiem Stahl gewährleistet einen unverlierbaren und festen Sitz auf der Hutschiene. Die Demontage erfolgt durch das Zusammendrücken der Drahtformfeder.

Da viele Aluminiumgehäuse ebenfalls aus stranggepressten Aluminiumprofilen bestehen, lässt sich diese Kontur auch in Gehäuseprofile oder Deckelplattenprofile integrieren. Beispiele für die unterschiedlichen Anwendungsarten einer solchen Hutschienenklammerkontur sind in Bild 3 zu sehen.

Die Wahl zwischen einer am Gehäuse verschraubten Hutschienenklammer und der Verwendung eines Gehäuse- oder Deckelplattenprofils ist verschiedenen Kriterien unterworfen. So kann mit Hilfe einer am Gehäuse verschraubten Hutschienenklammer das Gehäuse je nach Platzbedarf und Ausrichtung im Raum frei gewählt werden.

Anders verhält es sich bei Gehäuse- oder Deckelplattenprofilen mit Hutschienenklammerkontur. Hier hat das Gehäuse eine vorgeschriebene Richtung. Der Vorteil besteht jedoch in der leichteren Abdichtung eines solchen Gehäuses, da es weniger abzudichtende Schraubverbindungen besitzt.

Ist die Dichtigkeit ein gefordertes Kriterium für ein Gehäuse, darf dies demzufolge auch bei der Wahl der Hutschienenklammer nicht außer Acht gelassen werden. In DIN EN 60 529 wird der Gehäuseschutz gegen Wasser, Berührung und Fremdkörper mit der sogenannten IP-Schutzart definiert (Ingress Protection, dt. Schutz gegen Eindringen).

Die IP-Schutzart wird durch zwei Kennziffern beschrieben. Die erste Kennziffer (zwischen 0 und 6) beschreibt den Schutz gegen Festkörper und Berührungen, während die zweite Kennziffer (zwischen 0 und 9) den Schutz gegen Wasser definiert. Bei beiden Kennziffern beschreibt die jeweils höhere Ziffer den besseren Schutz.

Weitere Möglichkeiten zur Gestaltung eines Gehäuses

Beispiele für die unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten einer Hutschienenklammerkontur.
Beispiele für die unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten einer Hutschienenklammerkontur.
(Bild: © Fischer Elektronik)

Viele Hutschienengehäuse aus Aluminium gibt es als einfache Standardgehäuse zu kaufen. Jedoch muss jedes Gehäuse individuell bearbeitet werden, damit z.B. Anschlüsse oder Displays sinnvoll genutzt werden können. Denkbar sind hier Fräsbearbeitungen an Gehäuseprofilen und Deckelplatten. Gibt es Blechteile an den Gehäusen, ist das Stanzen und das Laserschneiden eine weitere Bearbeitungsmöglichkeit.

Neben bearbeiteten Standardgehäusen gibt es jedoch auch Anbieter, die komplett individuelle Gehäuse auf Kundenwunsch konstruieren und fertigen.

Nach der mechanischen Bearbeitung und dem Erstellen der fertigen Oberfläche kann das Gehäuse zur Kennzeichnung der unterschiedlichen Funktionen eines Gerätes bedruckt werden. Von bewährten Verfahren wie dem Siebdruck bis hin zu modernen Digitaldruckverfahren steht dem Kunden eine große Auswahl zur Verfügung.

Wie sieht das passende Hutschienengehäuse aus?

Die Montage an einer Hutschiene ist nur eine von vielen Anforderungen an ein Gehäuse. Die thermische und elektrische Leitfähigkeit von Aluminiumlegierungen sprechen für diesen Werkstoff, ebenso wie die unterschiedlichen hochwertigen Oberflächenvarianten. Neben der Auswahl für ein Gehäuse muss auch die Hutschienenklammer unterschiedlichen Anforderungen genügen. Der sichere Halt an der Hutschiene ist hier ausschlaggebend, jedoch nicht das einzige Kriterium. Auch die Dichtigkeit eines Gehäuses kann – je nach Befestigung der Hutschiene am Gehäuse – beeinflusst werden.

Zusammenfassend kann hier gesagt werden, dass die Anpassung eines Gehäuses an den Einsatzzweck und den Einsatzort immer einen Kompromiss erfordert. Hier bestimmt nicht nur die Funktionalität die Wahl des Gehäuses, auch das Design in Form von Oberflächen, Konturen, Farben und Bedruckungen spielt eine Rolle. Das perfekte Gehäuse liegt also im Auge des Anwenders, der für seinen speziellen Zweck das passende Gehäuse bekommt.

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