Aufbausysteme: Was verbirgt sich hinter dem Begriff „19 Zoll“?

| Autor / Redakteur: Stephan Leng * / Kristin Rinortner

19-Zoll-Systeme: Einbauräume für Baugruppenträger und Steckbaugruppen werden über HE (Höheneinheit) und TE (Teilungseinheit) beschrieben.
19-Zoll-Systeme: Einbauräume für Baugruppenträger und Steckbaugruppen werden über HE (Höheneinheit) und TE (Teilungseinheit) beschrieben. (Bilder: Heitec)

Der erste Teil unserer Serie zu den Basics von Aufbausystemen beschäftigt sich mit der 19-Zoll-Technik. Wir skizzieren die Norm IEC 60297-3 und erläutern den Aufbau von 19-Zoll-Systemen.

Der Begriff „Zoll“ kommt vermutlich aus dem Mittelhochdeutschen und stand im Laufe der Geschichte für mehrere, aus heutiger Sicht meist recht ungenaue Längenbezeichnungen: eine königliche Daumenbreite, der zwölfte Teil eines Fußes oder auch drei hintereinandergelegte Gerstenkörner. Der englische Begriff „inch“ leitet sich aus dem Lateinischen her (lat. uncia = ein Zwölftel).

Als man die Möglichkeit hatte, exakt zu messen, änderten sich diese „Daumenmaße“. Heute ist „Zoll“ eigentlich nur noch in wenigen Bereichen gebräuchlich, vorrangig als Maß für die Bildschirmdiagonale und – das ist vielleicht gar nicht so bekannt – um die Breite und Länge unserer Jeans zu definieren.

Ursprünge des „Zollmaß“ in der Technik

In fast allen technischen Bereichen hingegen hat sich die sogenannte 19-Zoll-Technik durchgesetzt. Nicht nur bei Serverschränken in der IT, sondern auch auf vielen anderen Gebieten wie Medizin- oder Verkehrstechnik, Übertragungs-, Veranstaltungs- und Showtechnik oder Industrial Control – um nur einige zu nennen.

Der Versuch, die tatsächlichen Ursprünge dieses technischen Begriffs herauszufinden, gestaltet sich allerdings schwierig: Hat George Westinghouse die 19-Zoll-Technik in den USA der 1890-er Jahre für die Bahntechnik erfunden? Die durchschnittliche Breite einer männlichen Schulter beträgt 18 Zoll. Man könnte vermuten, dass ein Techniker in einem 19-Zoll-System gut arbeiten kann. Oder beschrieb 19 Zoll ein Maß, das gerade noch durch die Luke eines U-Bootes passte? Haben die damaligen Telefonzentralen damit zu tun – die Breite der Racks war für die Vermittlungstätigkeit gerade noch bedienbar?

Relativ gesichert ist, dass bereits 1934 eine Norm (ASA C 83.9) für die Bahntechnik etabliert wurde. Die EIA (Electronic Industries Alliance) standardisierte 1965 die 19-Zoll-Technik (EIA 310-D), bis in den 1980-er Jahren die heute immer noch gültige Normenreihe IEC 60297 entstand. Diese Norm legt den mechanischen Aufbau von Leiterplatten, Baugruppenträgern und Racks in 19-Zoll-Bauweise mittels Spezifikationen fest.

Die Norm IEC 60297-3: der Aufbau eines 19-Zoll-Systems

Der Begriff 19-Zoll-Technik leitet sich von der mit 482,6 mm definierten Frontbreite eines Baugruppenträgers beziehungsweise einer Systemfrontplatte her, die genau 19 Zoll entspricht (1 Zoll bzw. Inch beträgt 25,4 mm, siehe Bild 2). Die grundlegende Norm ist aktuell die IEC 60297-3, in der der Aufbau des 19-Zoll-Systems in verschiedenen Teildokumenten sehr ausführlich festgelegt und beschrieben ist.

Die Norm unterteilt sozusagen das Komplettsystem in mehrere Ebenen und definiert die jeweilig relevanten mechanischen Schnittstellen zwischen diesen (Bild 1). Mögliche Einbauräume für Baugruppenträger und Steckbaugruppen werden über sogenannte HE (Höheneinheit) und TE (Teilungseinheit) beschrieben.

Bild 1: Ebenen des 19-Zoll-Aufbausystems gemäß IEC 60297.
Bild 1: Ebenen des 19-Zoll-Aufbausystems gemäß IEC 60297. (Bild: Heitec)

Dies geschieht auch über ein virtuelles Raster dieser Einheiten, das die möglichen Einbauräume für Baugruppenträger und Steckbaugruppen definiert. HE sind hierbei Höheneinheiten, die den Einbauraum eines 19-Zoll-Schrankes in vertikale Abschnitte von 44,45 mm aufteilen (1,75 Zoll), Bild 2.

Bild 2: Die wichtigsten Abmessungen eines 19-Zoll-Aufbausystems.
Bild 2: Die wichtigsten Abmessungen eines 19-Zoll-Aufbausystems. (Bild: Heitec)

Die horizontale Teilungseinheiten werden mit TE bezeichnet und unterteilen den Einbauraum in einem Baugruppenträger in ein Raster von 5,08 mm (1/5 Zoll). Nach dieser Regel hat ein Baugruppenträger typischerweise einen zur Verfügung stehenden Einbauraum für Steckbaugruppen von 84 TE (Bild 2). Ziel dieser Normung ist es, eine problemlose Kombinier- und Austauschbarkeit einzelner Module und Komponenten innerhalb der jeweiligen Ebenen zu gewährleisten. Wichtig in diesem Zusammenhang ist, dass Bauteile der unterschiedlichsten Hersteller zum Einsatz kommen können.

Das Ebenen-Modell in der Aufbautechnik

Ebene 1, die Leiterplatte: Die genauen Abmessungen einer Leiterplatte werden in der Norm IEC 60297-3-101 beschrieben und korrespondieren mit dem sogenannten „Europakartenformat“. Dieses Format, das in den 1970-er Jahren in Europa definiert wurde, hat sich seither als Standard etabliert.

Die Höhe des jeweiligen Boards beginnt abgestimmt auf einen Baugruppenträger für ein Einbaumaß von 3 HE mit 100 mm und erweitert sich jeweils um das Vielfache einer Höheneinheit von 44,45 auf 233,35 mm bei 6 HE und 366,70 mm bei 9 HE. Dies erklärt auch die Tatsache, dass eine Leiterplatte, die im Sprachgebrauch mit 3 HE bezeichnet wird, in Wirklichkeit jedoch nicht 3 HE (133,35 mm) hoch ist, sondern eben nur 100 mm.

Die Board-Tiefe wird gemäß der Norm in Abmessungen von 160 mm, 220 mm oder 280 mm unterteilt, wobei die Tiefe von 160 mm am häufigsten vorkommt. Die Standardmaterialstärke der Leiterplatte beträgt 1,6 mm, kann aber auch – je nach Einzelfall – 2 mm oder mehr betragen.

Maße für die Steckbaugruppe und Frontplatte

Ebene 2, die Baugruppe: In der IEC 60297-3-101 werden auch die Abmessungen der kompletten Steckbaugruppe mit einer dazugehörigen Frontplatte sowie deren Verschraubungspunkte im Baugruppenträger definiert.

Die Breitenschritte der Frontplatten bewegen sich entsprechend dem in der Norm spezifizierten TE-Raster in Abständen von 5,08 mm. Am häufigsten zu finden sind Baugruppen mit einem Einbaumaß von 4 TE. Auch hier gilt, was oben für die Leiterplatte gesagt wurde: eine Baugruppe für 4 TE Einbauraum ist immer etwas kleiner als 4 x 5,08 mm.

Ebene 3, der Baugruppenträger: Die Breite der Baugruppenträgerfront wird in der DIN EN 60297-3-101 mit 482,6 mm festgelegt, was – wie oben bereits ausgeführt – umgerechnet 19 Zoll entspricht. Abgeleitet von dem im 19-Zoll-Schrank (siehe Ebene 4) beschriebenen Einbauraum im HE-Raster ist die Höhe eines Baugruppenträgers für beispielsweis 3 HE dann immer etwas geringer als 133,35 mm (3 x 44,45 mm) konzipiert, um eine mühelose Montage im Schrank zu garantieren. Die jeweilige Höhe des Baugruppenträgers wird der Höhe der eingesetzten Steckbaugruppen angepasst. Sehr typische Größen sind hierbei 3 HE, 6 HE oder 9 HE (siehe auch Ebene 1).

Die Grundmaße eines 19-Zoll-Schranks

Ebene 4, der 19-Zoll-Schrank: Die Grundmaße des 19-Zoll-Schranks werden in der Norm IEC 60297-3-100 definiert. Der für den Baugruppenträger verfügbare Einbauraum im 19-Zoll-Schrank wird durch ein Vielfaches einer Höheneinheit (1 HE) von 44,45 mm beschrieben.

Die lichte Breite des Einbauraumes zwischen den Schrankholmen beläuft sich hierbei auf mindestens 450 mm (Bild 2), d.h., ein Baugruppenträger muss hinter der Flanschbefestigungsebene immer kleiner als 450 mm sein. In der o.g. Norm wird zudem auch ein symmetrisches Lochraster für die Befestigung der Baugruppenträger definiert, welches sich in 1-HE-Schritten wiederholt (siehe Detail X).

Miniaturisierung und 19-Zoll-Systeme

Wie wir alle wissen, geht der Trend in praktisch allen Elektronikanwendungen eher in Richtung Miniaturisierung. So sind außer den hier beschriebenen auch kleinere Formate denk- und machbar, die jedoch trotzdem von den Vorzügen der 19-Zoll-Technik profitieren: der normierten Kompatibilität, der Verfügbarkeit einer großen Anzahl von unterschiedlichsten Bauteilen der unterschiedlichsten Anbieter sowie der ausgesprochen anwenderfreundlichen Skalierbarkeit.

Ein beliebiges Gehäuse – sei es 1/2, 1/3, 1 ¼ 19-Zoll oder ein sonstiges, individuelles Format – kann trotzdem auf Basis der 19-Zoll-Technik verwirklicht und mit einem entsprechenden Innenausbau versehen werden. Die Nutzbarkeit eines 19-Zoll-Aufbausystems ist also selbst dann realisierbar, wenn das System nicht wirklich 19 Zoll breit ist.

Im nächsten Teil dieser Serie geht es darum, wie kompatibel einzelne Bauteile innerhalb der beschriebenen vier Ebenen oder über diese hinweg eigentlich sind. Und wo dies eher nicht der Fall ist.

* Stephan Leng arbeitet als Produktmanager im Geschäftsbereich Elektronik bei der HEITEC AG in Eckental.

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