Ratgeber
Schaltschränke schützen elektronische Komponenten, die der Steuerung von Maschinen und Anlagen dienen. Sie sind überall zu finden, wo es technische Einrichtungen gibt – seien es Wohn- oder Gewerbeeinheiten, Industrie-, Werk- oder Produktionsstätten. Was für Arten von Schaltschränken unterschieden werden und worauf bei der Auswahl zu achten ist, lesen Sie in unserem Ratgeber.
Schaltschränke sind ein wichtiger Bestandteil der Infrastruktur technischer Anlagen und Maschinen. Sie führen elektronische und elektrotechnische Komponenten systematisch und übersichtlich zusammen, die zu Steuerungs- oder Automatisierungszwecken, Datenkommunikation oder Stromverteilung zum Einsatz kommen. Dabei kann es sich um Schalter, Not-Aus Schalter, Schütze, Relais, Sicherungen, Stromwandler, Frequenzumrichter, Transformatoren und vieles mehr handeln.
In erster Linie werden Schaltschränke aus Sicherheitsgründen eingesetzt. Sie schützen die Schaltanlage im Inneren, aber auch Mensch und Umgebung.
Schaltschränke verhindern, dass die eingebauten elektronischen Komponenten durch äußere Einflüsse wie Staub, Schmutz und Wasser oder aufgrund von mechanischen Einwirkungen beschädigt werden. Des Weiteren können Schaltschränke einer Überhitzung der Elektronik entgegenwirken, wenn sie mit Lüftungsschlitzen oder Kühlgeräten ausgestattet sind.
Darüber hinaus sorgen Schaltschränke für ein geringeres Verletzungsrisiko, indem sie Schutz gegen das Berühren spannungsführender Teile bieten. Außerdem tragen sie dazu bei, elektromagnetische Emissionen abzuschirmen – und zwar in beide Richtungen. So wird weder die innenliegende Schaltanlage noch Elektronik in der äußeren Umgebung durch elektromagnetische Störeffekte beeinträchtigt. Darüber hinaus leisten Schaltschränke einen Beitrag zum Brandschutz, indem sie die Ausbreitung entstehender Brände durch Abschottung verhindern.
Schaltschränke können unterschiedlich komplex aufgebaut sein. Die einfachsten Ausführungen enthalten mehrere in Reihe angeordnete Klemmen, an die man die Leitungen der elektronischen Komponenten anschließt, die in den Schaltschrank integriert werden sollen. Die meisten Schaltschränke sind jedoch mit deutlich mehr Bauteilen als nur Klemmen bestückt. Sie können beispielsweise mit vorgefertigten Kabeldurchführungssystemen ausgestattet sein, die es ermöglichen, Signal-, Daten- und Stromleitungen geordnet einzuführen. Viele Schaltschränke verfügen außerdem über vormontierte Kühl- oder Belüftungslösungen, etwa in Form von Ventilatoren, Kühlaggregaten oder Wärmetauschern, um eine Überhitzung der innenliegenden Elektronik zu vermeiden.
Die Gehäuse von Schaltschränken sind üblicherweise aus Stahlblech oder Edelstahl, gelegentlich auch aus Aluminium oder Kunststoff hergestellt. Schaltschränke aus Stahlblech sind meist zusätzlich lackiert oder pulverbeschichtet, um sie haltbarer zu machen, und vorrangig Indoor-Anwendungen vorbehalten. Sie sind im gewerblichen und industriellen Bereich weit verbreitet. Vorteilhaft an Gehäusen aus lackiertem oder pulverbeschichtetem Stahlblech ist, dass sie gute elektromagnetische Schirmungseigenschaften mitbringen und als Erdpotenzial genutzt werden können. Für Outdoor-Anwendungen kommen gelegentlich Schaltschränke aus galvanisch verzinktem Stahlblech zum Einsatz, häufiger finden jedoch Edelstahl-, Aluminium- und Kunststoff-Schaltschränke Verwendung. Sie sind unempfindlich gegenüber Korrosion und halten witterungsbedingten Einflüssen wie Sonneneinstrahlung und Niederschlag besser stand.
Je nach Größe und Bauart können Schaltschrankgehäuse mit ein oder zwei Türen versehen sein. Zum Schutz vor unbefugtem Zugriff lassen sich manche Modelle nur mit einem passenden Schlüssel oder einem geeigneten Montagewerkzeug öffnen. Solche Sicherheitsmaßnahmen sind sinnvoll, wenn die eingebaute Schaltanlage hohe Spannungen führt oder Maschinen steuert, die in sensiblen Bereichen verwendet werden (Verkehrstechnik etc.) Am Gehäuse oder in der Tür befindet sich ein Hauptschalter, über den der Stromkreis vollständig unterbrochen und sämtliche stromführenden Leitungen abgeschaltet werden können. Das ist sowohl bei der Reinigung, Wartung und Reparatur als auch in Notfällen von Bedeutung.
Abhängig von der Gehäusekonstruktion und Art der Montage werden mehrere Arten von Schaltschränken unterschieden. Am gebräuchlichsten sind Standschaltschränke, Anreihschaltschränke und Wandanbaugehäuse. Standschaltschränke werden einzeln aufgestellt und beispielsweise in Verbindung mit Servern genutzt. Sie können ein- oder doppeltürig ausgeführt und gegebenenfalls mit Rollen zu Transportzwecken ausgestattet sein. Anreihschaltschränke zeichnen sich durch einen modularen Aufbau aus. Sie bestehen häufig aus einem Rahmengestell mit Tür, Rückwand, Dach, Boden und Montageplatte. Durch das Hinzufügen bzw. Aneinanderreihen von Seitenwänden und anderen Einzelelementen kann das System erweitert und ausgebaut werden. Wandanbaugehäuse sind demgegenüber geschlossen konstruiert. Sie bestehen aus einem Gehäusekorpus mit Rückwand, Dach, Boden, Montageplatten und fixen Seitenwänden und sind – wie der Name schon andeutet – für die Wandmontage vorgesehen.
Schaltschränke sind in Unternehmen und Industrie ein geeignetes Mittel, um wichtige elektronische Komponenten von Maschinen und Anlagen vor äußeren Einflüssen zu schützen. Das Abschließen von Versicherungen ist häufig nur dann möglich, wenn ein Nachweis über das Vorhandensein eines Schaltschranks im jeweiligen Arbeitsbereich erbracht werden kann. Um einen optimalen Schutz für Elektronik und Umgebung gewährleisten zu können, gelten für Schaltschränke bestimmte Sicherheitsnormen. Verbindlich für den Schaltschrankbau sind die Normen DIN EN 60204-1 (elektrische Ausrüstung von Maschinen) und DIN EN 61439 (Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen).
Der Betrieb von Schaltschränken ist nur dann rechtlich sicher, wenn geltende Normen und gesetzliche Vorschriften eingehalten werden. Dazu gehören in Deutschland eine EMV-Schirmung, eine Erdung, ein Blitzschutz, ein Überspannungsschutz und ein Manipulationsschutz. Alle Komponenten, die im Schaltschrank verbaut werden, müssen für die jeweiligen Umgebungsbedingungen (Temperatur etc.) geeignet sein. Die Wärmeabgabe ist beim Einbau zu berücksichtigen. Um eine Überhitzung und daraus resultierende Elektronikschäden und Systemausfälle zu vermeiden, ist ein gutes Wärmemanagement das A und O – vor allem in der Industrie, wo häufig mit Hochleistungskomponenten gearbeitet wird. Eine Wärmeregulierung mithilfe von Thermostaten und effizient arbeitenden Lüftungs- oder Klimageräten wie Axial- und Radialventilatoren ist daher unverzichtbar.
Signaltechnik und Not-Aus-Schalter sind in vielen Bereichen ebenfalls vorgeschrieben. Akustische und optische Signalgeber (Warnleuchten) helfen dabei, kritische Situationen schnell zu erkennen und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Not-Aus-Schalter ermöglichen es, technische Anlagen sofort zu stoppen, wenn sich ein Problem im Schaltschrankbereich ergeben sollte. Neben der Ausstattung von Schaltschränken sind auch deren regelmäßige Wartung und Instandhaltung gesetzlich vorgeschrieben, um einen einwandfreien Betrieb sicherzustellen und eventuelle Elektrizitätsfehler oder Schäden ausfindig machen zu können.
Bei der Auswahl eines geeigneten Schaltschrankes spielen mehrere Faktoren eine Rolle. Zunächst einmal sind die Standortbedingungen zu berücksichtigen. Generell sollten Schaltschränke keinen Temperaturschwankungen und hohen Luftfeuchtigkeitswerten ausgesetzt werden, da diese Faktoren die Leistung des gesamten elektrischen Systems beeinflussen können. Es kann notwendig sein, einen anderen Standort zu wählen, falls die Umgebungsbedingungen nicht optimal sind oder zu wenig Platz für den Schaltschrank zur Verfügung steht, denn er muss ausreichend groß dimensioniert sein, um alle notwendigen elektronischen Komponenten aufnehmen zu können. Schaltschränke gibt es in unterschiedlichen Größen und in standardisierten Abmessungen. Üblich sind Breiten von 60, 80, 100 und 120 cm, Höhen von 160, 180, 200 und 220 cm und Tiefen von 40, 50, 60 und 80 cm. Kleine Kompakt-Schaltschränke sind gerade mal 15 cm hoch und 12 cm breit. Sie dienen in erster Linie als Sicherungskästen oder Verteilerkästen. Große Schaltschränke erreichen dagegen Abmessungen von 220 cm Höhe und 180 cm Breite. Das Gewicht fällt hier entsprechend höher aus.
Das Material des Gehäuses ist bei der Auswahl ebenfalls zu berücksichtigen. Die meisten industriellen und kommerziellen Schaltschränke bestehen aus pulverbeschichtetem Stahlblech. Sie sind für Indoor-Anwendungen die richtige Wahl. Soll der Schaltschrank im Freien aufgestellt werden, ist verstärkt auf Korrosionsschutz, Wetterfestigkeit und UV-Beständigkeit zu achten. Edelstahlgehäuse eignen sich in dem Fall besonders gut. Sie sind auch für Anwendungen in der Medizin-, Pharma- und Lebensmittelindustrie zu empfehlen, da sie aufgrund ihrer porenfreien Oberfläche hygienische Anforderungen besser erfüllen. Für Umgebungen, in denen Schränke aus Stahl oder Stahlblech nicht in Frage kommen, beispielsweise aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit oder des Gewichts, bieten sich Schränke mit Kunststoffgehäuse an. Häufig anzutreffende Kunststoffe sind Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), glasfaserverstärktes Polyamid, Polycarbonat und Polyester. Gehäuse aus ABS eignen sich gut für Innenanwendungen, während Gehäuse aus glasfaserverstärktem Kunststoff und Polycarbonat eine besonders hohe Strapazierfähigkeit mitbringen.
Der IP-Schutz kann je nach Einsatzumgebung ebenfalls relevant sein. Eine der gängigsten Schutzarten für Schaltschränke ist IP40. Solche Modelle sind gegen das Eindringen fester Fremdkörper mit einem Durchmesser ab einem Millimeter und üblichem Draht geschützt. Ein Schutz gegen eindringende Feuchtigkeit besteht hier jedoch nicht, daher sind Schaltschränke dieser Art nur für die Verwendung in Innenräumen geeignet. Wird ein Schaltschrank im Freien aufgestellt, muss mindestens IP44 vorliegen. Dieser IP-Schutz ist aber nur im geschützten Außenbereich ausreichend. Steht der Schaltschrank ungeschützt, muss die Schutzart höher ausfallen. In Produktionsanlagen kommen häufig Schaltschränke der Schutzklasse IP55 zum Einsatz. Sie sind vollständig gegen Berührung, Staub in schädigender Menge und Strahlwasser aus beliebigem Winkel geschützt.
Zusätzliche Ausstattungsmerkmale wie ein Sichtfenster, eine Innenbeleuchtung oder ein Schloss zum Zweck der Zugangskontrolle können bei der Auswahl eines geeigneten Schaltschranks ebenfalls relevant sein. Dasselbe gilt für Erweiterungsmöglichkeiten und das Angebot an Zubehör. Manche Hersteller halten ein umfangreiches Portfolio an Zubehör (Filter, Lüfter etc.) bereit, um die Ausstattung des Schaltschranks auf den individuellen Bedarf abzustimmen.
Um sicherzugehen, dass die Elektronik im Schaltschrank reibungslos funktioniert, müssen Art und Anzahl der zu integrierenden Komponenten vorab definiert werden und es muss klar sein, wie sie verlegt werden sollen. Zu diesem Zweck empfiehlt es sich, einen Schaltplan zu erstellen. Am besten geht das mit CAD-Software. Sie hilft dabei, zu den Gegebenheiten passende Schaltungen zu entwickeln und generiert oft selbst passende Vorschläge, was die Arbeit nochmals erleichtert. Sinnvoll ist in dem Zusammenhang die Erstellung eines 3D-Modells, um zu ermitteln, wie die Leitungen zukünftig verlaufen. Das ist nützlich bei der Auswahl eines passenden Schaltschranks, denn dadurch lässt sich einschätzen, wie viel Platz und welche Aufnahmemöglichkeiten vorhanden sein müssen.
Welche Montagemöglichkeiten bieten Schaltschränke im Innenraum?
Schaltschränke, die in Industrie und Gewerbe eingesetzt werden, sind grundsätzlich für die Montage unterschiedlicher Halterungssysteme vorgesehen. Das können Hutschienen, aber auch Trennwände und Montageplatten sein. Es können komplette Schaltanlagen und sogar Ablageflächen für Werkzeuge und Messinstrumente eingebaut werden.
Worauf ist zu achten, wenn man Löcher oder Ausschnitte in Schaltschränke schneiden will?
Die Fertigung von Ausschnitten erfordert ein schrittweises Vorgehen. Zunächst muss jeder Ausschnitt sorgfältig ausgemessen und markiert werden, wobei darauf zu achten ist, dass keine Kratzer entstehen. Wenn die Formen der Ausschnitte korrekt ausgerichtet sind, kann man mit dem Bohren und Schneiden beginnen. Das nimmt einige Zeit in Anspruch. Während Kunststoffgehäuse meist leicht zu durchdringen sind, nutzen sich die Schneiden bei Gehäusen aus Stahlblech, Aluminium und Edelstahl schneller ab. Für die Erzeugung großer Löcher wird außerdem Spezialwerkzeug benötigt. Sobald die Ausschnitte fertig sind, müssen die Ränder glattgefeilt werden, um Grate, raue Stellen und scharfe Kanten zu entfernen. Außerdem sind Schneidereste, Öl, eventuell Klebeband und die Ausschnittmarkierungen zu beseitigen. Handelt es sich um ein Gehäuse aus Stahlblech, sollte man die blanken Kanten nach dem Schleifen und Säubern zum Schutz vor Korrosion lackieren.
Was ist besser: Ein Einzel- oder Anreihschaltschrank?
Das kommt auf den Anwendungsfall an. Geht es darum, möglichst viel Platz zu sparen, wie es beispielsweise im Maschinen- und Anlagenbau erforderlich ist, sind einzelne Standschaltschränke die bessere Lösung, wenn sie passend zum Bedarf dimensioniert sind. Bei Anreihschaltschränken nehmen Abdichtungen, Zwischenstücke, Sockel und weiteres Zubehör, das zum Anreihen nötig ist, viel Raum ein, der nicht effizient genutzt werden kann. In dem Zusammenhang bieten Einzelschränke ein höheres Einsparpotenzial – und sie sind einfacher zu montieren.