Ex-Gehäuse Empfindliche Elektronik? So bringen Sie alle Anforderungen unter einen Hut

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Ralf Bißmeier* / Dr. Jörg Kempf

Was der Schnecke ihr Haus, ist für empfindliche Elektronik das Gehäuse – beides schützt vor Nässe, Schmutz, Vibration und Wetterextremen. Sollen die Schutzhüllen aber zusätzlich noch in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden, müssen sie noch einmal mehr können. Eine speziell entwickelte Atex bzw. IECEx-zertifizierte Gehäuse-Familie bringt alle Anforderungen unter einen Hut.

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Um Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzen zu können, gilt es eine Menge an Vorschriften zu beachten und die entsprechenden Geräte hierfür zu zertifizieren. Die Atex/IECEx zertifizierten Gehäusen der Serie ECS-Ex werden diesen Rahmenbedingungen gerecht, und der Gerätehersteller kann sich auf seine Kernkompetenzen fokussieren.
Um Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzen zu können, gilt es eine Menge an Vorschriften zu beachten und die entsprechenden Geräte hierfür zu zertifizieren. Die Atex/IECEx zertifizierten Gehäusen der Serie ECS-Ex werden diesen Rahmenbedingungen gerecht, und der Gerätehersteller kann sich auf seine Kernkompetenzen fokussieren.
(Bild: Phoenix Contact)

Die fortschreitende Digitalisierung in der Prozessindustrie erfordert unter anderem die zunehmende Erfassung von Daten bei gleichzeitiger Vernetzung zur Leitwarte oder sogar zur Außenwelt für die Fernwartung. Dies führt zu erhöhten Anforderungen sowohl für die funktionale als auch die IT-Sicherheit. Die erhobenen Daten gegen fremden Zugriff zu schützen, ist die Aufgabe der Elektronik mit der entsprechenden Software. Damit diese gegen mechanische und Umgebungs-Einflüsse geschützt ist, gilt es hier, besonderes Augenmerk auf die Qualität und den zugelassenen Einsatzbereich des eingesetzten Gehäuses zu legen.

Gehäuse zum Einsatz im Outdoorbereich werden vielfachen Belastungen ausgesetzt, denn sie müssen zum Beispiel Feuchtigkeit in Form von Regen, Hagel oder Schnee überstehen. Das andere Extrem ist Trockenheit, die oftmals ein erhöhtes Staubpartikelaufkommen zur Folge hat. Permanente Sonneneinstrahlung und die damit verbundene UV-Belastung lässt insbesondere Gehäuse aus Kunststoff schneller altern.

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Speziell ausgerüstete hochtemperatur- und UV-beständige Isoliergehäuse – zum Beispiel aus Polycarbonat – widerstehen dieser Dauerbelastung auch über lange Einsatz-Zeiträume. Sollen Geräte in besonderen Umgebungen wie z. B. in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden, sollten Gehäuse mit entsprechenden Eigenschaften verwendet werden, etwa die hierfür entwickelten Gehäuse der Serie ECS-Ex.

Betrieb im Ex-Bereich

Nicht nur in den klassischen Anlagen der chemischen und petrochemischen Industrie ist der Explosionsschutz eine Herausforderung für den Betrieb elektronischer Geräte. Häufig wird der Explosionsschutz nur mit Gasen in Verbindung gebracht, doch auch bei Stäuben können explosionsfähige Atmosphären entstehen. Somit ist auch in auf den ersten Blick harmlosen Bereichen wie der Lebensmittelindustrie ein erhebliches Gefahrenpotenzial vorhanden. Die Ausfallsicherheit der Geräte ist dabei oberstes Gebot, und die Wahl des richtigen Gehäuses spielt eine entscheidende Rolle.

Gehäuse der Serie ECS sind speziell für Geräte in anspruchsvollen Umgebungen entwickelt worden. Die Gehäuse der Serie ECS-Ex gehen hier noch einen Schritt weiter, denn sie sind gemäß Atex bzw. IECEx zertifiziert und ermöglichen somit, Geräte auch im explosionsgefährdeten Umfeld zum Einsatz zu bringen.Sie erfüllen weiterhin die wesentlichen Anforderungen an eine Komponente gemäß der Richtlinien EN IEC 60079-0:2018, EN IEC 600079-7:2015+A1:2018 und EN 60079-31:2014. Damit entsprechen die Gehäuse den Anforderungen der Zündschutzarten „Erhöhte Sicherheit -e“ und „Schutz durch Gehäuse -t“.

Temperaturwechsel und Kondensation

Geräte im Außenbereich sind 365 Tage im Jahr der direkten Witterung ausgesetzt, und dies bedeutet oftmals stark schwankende Betriebstemperaturen im ständigen Wechsel von Tag und Nacht. Durch dieses Wechselspiel werden das Material von Gehäuse und Anschlusstechnik sowie die Dichtung permanent stark beansprucht. Hinzu kommt noch die Eigenerwärmung aufgrund der Verlustleistung der Elektronik im Gehäuseinneren.

Beim ECS-Ex-Gehäuse schaffen integrierte Membranen hier Abhilfe und ermöglichen den Ausgleich unterschiedlicher Druckniveaus zwischen Gehäuseinnerem und Umgebung. Dadurch werden das Eindringen von Kondensationswasser aus der Atmosphäre sowie mechanische Verformungen durch permanente Druckschwankungen langfristig verhindert. Somit können ECS-Ex-Gehäuse für Betriebstemperaturen von -40 °C bis +100 °C auch unter schwankenden Bedingungen eingesetzt werden.

Gegen Vibration, Schock und Stoß geschützt

Insbesondere im Außeneinsatz sind Vibration, Schock oder gar Stöße gefürchtete Einflussfaktoren beim Betrieb von Geräten. Das Maß für die Stoßfestigkeit ist der IK-Code gemäß IEC 62262 und EN 50102. Im Testverlauf wird an jeder bei regulärer Nutzung freiliegenden Gehäusefläche eine Schlagprüfung durchgeführt. Diese Prüfung wird fünfmal wiederholt, wobei nicht mehr als dreimal in der Nähe der gleichen Stelle eine Beanspruchung eingebracht werden darf. Alle Schläge müssen je Prüfdurchgang gleichmäßig und symmetrisch auf dem Gehäuse verteilt sein. Die ECS-Gehäuse verfügen über einen Stoßfestigkeitsgrad von IK08, dies bedeutet, dass sie an sensiblen Stellen fünf Joule Schlagenergie ohne Einbußen von Dichtigkeit und Berührschutz überstehen.

Installation und Wartung

Die ECS-Ex-Gehäuse bieten dem Gerätehersteller einen Vorteil bezüglich time-to-market, denn sie bringen die notwendigen Zulassungen direkt mit und reduzieren für ihn die Aufwände für die Approbation. Weiterhin zeichnen sie sich durch ein optimiertes Handling bei Installation und Betrieb aus.

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Die Gehäuse

  • bestehen aus dem Gehäuse in verschiedenen Abmessungen und zugehörigen Frontplatten,
  • schützen wirksam empfindliche Geräteelektronik im Innen- und Außeneinsatz,
  • sind einsetzbar in potenziell kritischen Bereichen, wie zum Beispiel in Außenbereichen mit starken Temperaturschwankungen oder im Ex-Bereich,
  • sind Atex und IECEx zertifiziert,
  • zeichnen sich durch einen weiten Temperatur-Einsatzbereich von -40 °C bis +100 °C aus.

Der Zeitaufwand für die Installation eines Gerätes – insbesondere im Freien – sowie die hierfür notwendige Qualifikation des Installateurs tragen maßgeblich zu den Initialkosten bei. Zusätzliche Kosten entstehen, wenn im Service- oder Wartungsfall das verkabelte Gerät vor Ort geöffnet werden muss. Im ECS-Gehäuse verhindern integrierbare Federstahlelemente im Bereich der Leiterplattenführung, dass die Elektronik im Service-Fall versehentlich aus dem Gehäuse herausrutscht.

Die Gesamtkosten zählen

Der Begriff Total Cost of Ownership (TCO) bezeichnet ein Abrechnungsverfahren, das alle anfallenden Kosten im Betrieb von Investitionsgütern abschätzt. Betrachtet werden dabei nicht nur die Anschaffungskosten, sondern sämtliche Aspekte der späteren Nutzung der betreffenden Komponenten über die gesamte Lebensdauer. Ziel dabei ist es, alle Kostentreiber inklusive der versteckten Kosten im Vorfeld einer Investitionsentscheidung zu identifizieren.

Bezogen auf den Betrieb von Industrieelektronik ist jeder Service-Einsatz im Außenbereich mit Kosten verbunden, die die reinen Gerätekosten um ein Vielfaches übersteigen können. Besonders im Umfeld von prozesstechnischen Anlagen kommt noch die mögliche Gefährdung des Servicepersonals erschwerend hinzu. Daher kommt der Qualität und Zuverlässigkeit von Gehäusen im Kontext feldmontierter Industrieelektronik eine zentrale Bedeutung zu. Phoenix Contact bietet neben Gehäusesystemen mit sehr hoher Qualität und Zuverlässigkeit auch entsprechende Anschlusstechnik für Installation und Betrieb industrieller Gerätetechnik, selbstverständlich auch mit der notwendigen Atex-Zertifizierung.

Fazit: Für Elektronik im Außeneinsatz sind robuste Gehäuse ein Muss. Sollen diese darüber hinaus in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden, sind spezielle Gehäuse erforderlich. Das ECS-Ex-Gehäusesystem erfüllt diese Anforderungen und muss weder Schmutz, Feuchtigkeit oder Vibration noch explosionsfähige Umgebungen fürchten.

* Der Autor ist Manager Produktmarketing Elektronikgehäuse, Business Unit Device Connector Systems, bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg.

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