Erklärung Was ist ein Schaltschrank?

Anbieter zum Thema

FAULHABER Antriebssysteme

Schaltschränke sind weitaus mehr als profane Gehäuse in denen Elektronik untergebracht ist. Je nach Anwendung, Anforderung und Einsatzort gibt es hier erhebliche Unterschiede. Doch wie sehen diese genau aus? Welche Materialien werden für Schaltschränke bevorzugt? Und welche Normen und Richtlinien sind bei der Konstruktion und konkreten Auslegung von Schaltschränken zu beachten?

Ein Schaltschrank ist ein Gehäuse zur zentralen Aufnahme sowie Verdrahtung von elektrischen und elektronischen Komponenten, die zur Steuerung von Maschinen, Anlagen und Prozessen verwendet werden. Der Schaltschrank gewährleistet hierbei, dass die Komponenten organisiert angeordnet und stets vor äußeren Einflüssen geschützt sind.

Welche konkreten Funktionen hat ein Schaltschrank?

Ein Schaltschrankgehäuse soll die hierin befindliche Elektronik vor Verschmutzung (z. B. Staub), Feuchtigkeit, Fremdeinwirkungen und Überhitzungen (z. B. durch Kühlung) schützen. Schaltschränke, die in Außenbereichen eingesetzt werden, dienen neben dem Schutz vor Staub zur Abschirmung bspw. vor Eis, Schnee, Regen und Vandalismus. Um die mitunter empfindliche Elektronik vor sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen zu schützen, werden einige Schaltschränke aufgrund der spezifischen Umgebungsbedingungen klimatisiert, also u.a. entweder beheizt, gekühlt und/oder belüftet.

Darüber hinaus sollen Schaltschränke die Umgebung, in der sie installiert sind, vor elektromagnetischen Emissionen, vor Bränden und Personen vor dem unbeabsichtigten Berühren gefährlicher und mit Spannung versorgter Komponenten schützen.

Wo werden Schaltschränke eingesetzt?

Schaltschränke sind unverzichtbare Bestandteile aller Industrie-, Haustechnik-, Telekommunikations-, Energie- und Infrastruktursysteme. In der Automatisierung dienen sie zur Steuerung und Überwachung von Maschinen und Anlagen. In der Energietechnik ermöglichen sie die Verteilung und Überwachung von elektrischer Energie u.a. in Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, weiteren Kraftwerken zur Strom- und Wärmeproduktion sowie in Umspannwerken. Zu Steuerung und Kontrolle etwa von Licht-, Heizungs- und Klimaanlagen sind Schaltschränke in der Gebäudetechnik ebenfalls nicht wegzudenken.

In der Telekommunikation und Netzwerktechnologie dienen Schaltschränke wiederum zur Signalverteilung und als zentrale Knotenpunkte zur Organisation und Steuerung von unterschiedlichen Kommunikationssystemen. Durch den Schutz bspw. von Routern, Servern und Glasfaserkomponenten vor Umgebungseinflüsse gewährleisten sie eine stets sichere und zuverlässige Kommunikations-Infrastruktur. Anwendungsbereiche sind Breitband- und Glasfasernetze, Mobilfunkinfrastruktur, Satellitenkommunikation sowie Rechenzentren und IT-Infrastrukturen.

Last, but not least gewährleisten Schaltschränke die Effizienz und Sicherheit von Verkehrsleitsystemen.

Erklärung

Was ist ein Frequenzumrichter?

Welche Materialien sind bei Schaltschränken am häufigsten zu finden?

Die gängigsten und damit am häufigsten in der Industrie eingesetzten Schaltschränke bestehen aus pulverbeschichtetem Stahlblech, meist in der Farbe RAL7035 (lichtgrau). Für besonders anspruchsvolle und raue Umgebungen sowie Outdoor-Anwendungen empfehlen sich Schaltschränke aus Stahlblech mit speziellen Beschichtungen wie z. B. einer Verzinkung. Darüber hinaus sind hier Lösungen aus Edelstahl zu finden, die besonders korrosionsbeständig und somit ideal für feuchte, aber auch aggressive Umgebungen sind, wie z. B. in der Chemie- oder Lebensmittelindustrie sowie im Schiffsverkehr auf Hochsee, wo die Schränke in der Regel häufiger mit Wasser und Salzwasser oder ähnlichen Flüssigkeiten in Kontakt kommen.

Weitere oftmals verwendete Materialien sind außerdem Aluminium und Kunststoff. Aluminium ist einerseits leicht und anderseits korrosionsbeständig und bieten somit eine gute Mischung aus Gewicht und Festigkeit. Hinzu kommt, dass Aluminiumschaltschränke über eine gute Wärmeableitung verfügen. Ebenfalls besonders leicht und korrosionsbeständig sind Kunststoff-Schaltschränke. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Schränke nicht leitfähig sind und somit eine gute Isolation gegen elektrische Ströme darstellen. Schaltschränke aus Kunststoff lassen sich, wenn sie nicht hinsichtlich ihrer Konstruktion besonders verstärkt sind, jedoch nur in Umgebungen mit vergleichsweise geringerer mechanischer Beanspruchung einsetzen.

Aus welchen Hauptkomponenten setzt sich ein Schaltschrank zusammen?

In der einfachsten Variante besteht ein Schaltschrank nur aus in Reihe angeordneten Klemmen. Ein komplett fertiger Schaltschrank ist aber weitaus komplexer. Hier die wesentlichen Bestandteile:

Das Gehäuse ist gewissermaßen der äußere Rahmen eines Schaltschrankes, dessen Materialien je nach Einsatzort und Anwendung variieren können, wie bereits zuvor erläutert. Das Gehäuse integriert zudem eine Tür für einen leichten Zugang zum Schaltschrank-Innenleben.

Der Verteiler ist das zentrale Element eines Schaltschrankes, in dem die Kabel und elektrischen Leitungen angeschlossen werden.

Der Schutzschalter (auch FI-Schutzschalter oder Fehlerstromschutzschalter) ist ein wichtiges Sicherheitselement, da hierüber bei einer Überlast oder einem Kurzschluss die Stromversorgung abgeschaltet wird.

Die Leistungsschütze dienen zum Schutz des elektrischen Systems vor Überlast oder Spannungsspitzen.

Die Stecker- und Kupplungsblöcke ermöglichen es, Leitungen sowie Kabel einfach zu verdrahten und bei Bedarf wieder zu trennen.

Die Überwachungs- und Übertragungsgeräte dienen zur Überwachung und Übertragung von Daten und Messwerten aus einem Schaltschrank.

Hinzu kommen möglicherweise eine zusätzliche Kühlung, Heizung, Belüftung oder Trockenmittel, um die Elektronik vor Überhitzung bzw. sehr kalten Temperaturen sowie Luftfeuchtigkeit und Kondensation zu schützen. Einige Schaltschränke werden zudem mit einer Beleuchtung ausgestattet, um die Arbeit an den elektronischen Komponenten bei wenig natürlichem Umgebungslicht zu erleichtern.

Worin unterscheiden sich die Schaltschaltschränke in verschiedenen Industriebereichen?

Je nach Industriezweig können die Anforderungen, Materialien und Funktionen von Schaltschränken erheblich variieren. Hier einige wesentliche Unterschiede:

In der Automatisierung werden zur Steuerung und Überwachung von Maschinen, Produktionslinien und Robotern zumeist modulare und damit jederzeit erweiterbare Schaltschränke eingesetzt, die mitunter sehr komplexe Automatisierungssysteme integrieren und häufig mit Netzwerkschnittstellen für verschiedenste Industrie-4.0-Applikationen ausgestattet sind. Die Schaltschrankmaterialien bestehen meist aus pulverbeschichtetem Stahlblech oder Edelstahl für rauere Umgebungen.

Charakteristisch in der Energietechnik sind zumeist groß dimensionierte Schaltschränke, um bei der Steuerung und Überwachung von Energieverteilungsnetzen ausreichend Kapazitäten bspw. für Leistungsschalter und Transformatoren zu schaffen. Die Lösungen bestehen zumeist aus verzinktem Stahlblech oder Edelstahl für den wetterfesten Außeneinsatz.

In der Gebäudetechnik sind zur Steuerung und Kontrolle bspw. von Beleuchtung, Belüftung, Sicherheitssystemen und Zugangskontrollen eher kompakte Schaltschränke gefragt, die sich u.a. auch hinsichtlich ihrer Ästhetik einfach in bestehende Gebäudestrukturen integrieren lassen.

In der Telekommunikation und Netzwerktechnologie sind sowohl Verteilerschränke und Außengehäuse als auch Server- und Netzwerkschränke anzutreffen. Hinzu kommen u.a. kompakte Kunststoffgehäuse und individuell angepasste Lösungen.

Die Lebensmittel- und Chemieindustrie stellt besondere Anforderungen an Schaltschränke hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven Reinigungsmitteln und Chemikalien, wobei vor allem ein hygienisches Schrankdesign mit glatten Oberflächen in Edelstahl für eine einfache Reinigung eine entscheidende Rolle spielt.

Im Transportwesen wie z. B. der Bahntechnik werden u.a. zur Steuerung von Traktionssystemen, Bremssystemen und Notstromversorgungen Schaltschränke mit vibrationsfesten Konstruktionen geschätzt, meist sind diese Lösungen aus rostfreiem Stahl oder Aluminium für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ATEX-zertifiziert.

Wie wird der Innenbereich eines Schaltschrankes vor Umwelteinflüssen geschützt?

Bei den Erklärungen zu den Hauptkomponenten von Schaltschränken wurden bereits die Themen Material und Klimatisierung sowie Belüftung zum Schutz der elektrischen und elektronischen Komponenten angesprochen. Doch wie lässt sich der Innenbereich eines Schaltschrankes noch zusätzlich vor potenziell schädlichen Umwelteinflüssen abschotten, um die Langlebigkeit und Funktionalität der im Schaltschrank verbauten Komponenten zu gewährleisten? Hier einige praxiserprobte Maßnahmen:

Hochwertige Dichtungen, z. B. aus Polyurethan, verhindern an den Schaltschrankentüren, dass Staub, Wasser und ähnliche flüssige Medien sowie Fremdkörper in den Schaltschrank eindringen. Die Schutzarten IP54 oder IP65 definieren in diesem Zusammenhang den Grad des Gehäuseschutzes vor Feuchtigkeit und Feststoffen.

Konstruktionsbedingte Maßnahmen wie doppelte Wände und ergänzende Isolierungen, auch in Teilbereichen des Schaltschrankes, schützen vor Temperaturschwankungen und minimieren mögliche Kältebrücken, die möglicherweise eine Kondensation im Inneren fördern. In Kombination bspw. mit Gummidichtungen lassen sich zudem ausziehbare Elemente abdichten, die somit leicht zugänglich und dennoch geschützt sind.

Mit normkonformen Tests z. B. gemäß IEC 62208 und IEC 61439 werden Schaltschränke auf ihre Beständigkeit gegenüber Umgebungseinflüsse getestet und hierbei z. B. Salznebelsprühtests oder Simulationen zu extremen Temperaturen und Klimaschwankungen durchgeführt.

Definition

Wie funktioniert ein Elektromotor?

Welche gängigen Sicherheitsmaßnahmen sind in Schaltschränken enthalten?

Schaltschränke sollten einige wesentliche Sicherheitsmaßnahmen enthalten, um die Risiken für die Komponenten im Inneren und vor allem auch für Personen zu minimieren.

Hierzu gehört zuallererst ein Zugangsschutz, etwa ein spezielles Werkzeug oder ein Schlüssel, damit der Schrank nicht unautorisiert geöffnet werden kann. Weiterhin ist ein Basisschutz vor elektrischen Schlägen erforderlich, der z. B. durch eine Abdeckung von Komponenten mit gefährlichen Spannungen erzielt werden kann, um eine unbeabsichtigte Berührung mit Kabeln oder Drähten zu verhindern.

Hohe Spannungen können aber nicht nur im Schaltschrank, sondern auch am Gehäuse selbst gefährlich werden. Daher sollte ein Schaltschrank geerdet sein, um u.a. einen Potentialausgleich z. B. bei einer losen Verdrahtung zu schaffen.Entsprechende Geräte für den Überspannungs- und Blitzschutz vermeiden überdies Schäden aufgrund von Spannungsspitzen durch Blitzeinschläge oder Netzstörungen.

In Bereichen mit besonderer Explosionsgefährdung sind von Schaltschränken spezielle Schutzarten wie „Ex d“ (flammenfeste Einkapselung) oder „Ex e“ (erhöhte Sicherheit) gefordert, die das Eindringen entzündlicher Stoffe verhindern und mögliche Zündquellen isolieren.

Verschiedenste Sensoren sorgen zudem für eine kontinuierliche Temperaturüberwachung, um bei kritischen Überschreitungen z. B. Lüfter oder Notkühlsysteme aktivieren zu können.

Damit alle Schutzmaßnahmen ordnungsgemäß funktionieren, insbesondere in sicherheitskritischen Bereichen, dienen letztendlich regelmäßige Inspektionen und Wartungen dazu, die Sicherheit von Schaltschränken zu erhöhen.

Welchen Normen und Richtlinien sind für Schaltschränke besonders wichtig?

Vor diesem Hintergrund müssen Schaltschränke gängigen Normen wie der IEC 60204-1 (elektrische Ausrüstung von Maschinen) und IEC 61439 (Niederspannungs-Schaltgeräte-Kombinationen) entsprechen, die sowohl die Konstruktion, den Bau und die Inbetriebnahme regeln. Darüber hinaus sind die VDE-Richtlinien für elektrische Anlagen und die CE-Kennzeichnung zu berücksichtigen. Abschließend zusammengefasst einige der wichtigsten Normen, Vorschriften und Zertifizierungen:

Europäische Normen und Richtlinien

• IEC 61439: Sicherheit von Niederspannungs-Schaltgeräte-Kombinationen

• IEC 60439-1: Auslegung von Schaltschränken, einschließlich Materialien, Konstruktion, Leistungsmerkmale und Prüfverfahren

• EN 60204-1: Sicherheit elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Steuerungssysteme

• DIN EN 62208: Norm für leere Gehäuse von Niederspannungsschaltgerätekombinationen

• EMV-Richtlinie: Anforderungen für die elektromagnetische Verträglichkeit, um Störungen durch elektrische Geräte zu minimieren.

Normen für Nordamerika

• UL 508A: Zertifizierung für Industrieschaltschränke, die elektrische Sicherheit in den USA gewährleistet

• NFPA 79: Elektrische Ausrüstungen in industriellen Maschinen für den US-Markt

• NFPA 496 und UL 1203: Normen für Schaltschränke in explosionsgefährdeten Bereichen

• CSA C22.2: Kanadische Standards für Schaltschränke, einschließlich spezifischer Anforderungen für explosionsgeschützte Gehäuse

Anbieter von Schaltschränken (Auszug):

• Asedo

• AST

• Atlantique Automatisierungstechnik

• Boxexpert

• Brückmann Elektronik

• Delphin Technology

• Distrelec

• E-abel

• Elektro Heinle

• Fibox

• GD Industrie

• Gebäudetechnik Jakob

• Haewa

• Hensel

• Luka

• Lütze

• MBI

• Norgren

• Purplan

• RB Elektro Systems

• Rittal

• Rose

• Siemens

• Schaal Elektro- und Montagetechnik

• Schaltschrankbau Wied

• Schneider Electric

• Solak Elektrotechnik

• Spelsberg

• TRU Components

Quellen:WikipediaWied IndustrieautomationAstRadiolexPurplanStudysmarterAsedoGD IndustrieIMI NorgrenKnowhowMBIhttps://www.eabel.com/de/so-verhindern-sie-kondensation-in-ihren-schaltschranken/ElektronikpraxisEdge WareDopagBürklinDGUV

(ID:50393527)