Grenzen ausgelotet – Extrembedingungen beherrschen

Es gibt Umgebungen, in denen sich empfindliche Elektronik einfach nicht wohlfühlt, aber dennoch einwandfrei funktionieren muss. Daher stellen vor allem extreme Bedingungen immer auch erhöhte Anforderungen an den Schaltschrankbau. Wie sehen diese Anforderungen aus? Wie werden sie bewältigt? Und welche Voraussetzungen muss ein Anbieter hierfür erfüllen? Einblicke in einen Bereich, der Extreme beherrschen muss.

 Auf einer Produktionsfläche von mehr als 7.000 Quadratmetern können Schalt- und Steuerschränke in Einzel-, Serien- und Fließfertigung hergestellt werden. Darüber hinaus gibt es einen eigenen Bereich innerhalb der Produktion für die Prototypenfertigung. (Bild: SSB Wind Systems GmbH & Co. KG)
Auf einer Produktionsfläche von mehr als 7.000 Quadratmetern können Schalt- und Steuerschränke in Einzel-, Serien- und Fließfertigung hergestellt werden. Darüber hinaus gibt es einen eigenen Bereich innerhalb der Produktion für die Prototypenfertigung. (Bild: SSB Wind Systems GmbH & Co. KG)

In nur zwei Stunden hat der Schaltschrank im Grunde sein ganzes Leben durchlaufen. Hierbei wurde er kräftig durchgeschüttelt, genauer, einem Lifecycle-Test zur mechanischen Festigkeit auf einem Vibrationsstand unterzogen. Hierzu musste der Schrank sowohl in x- und y- als auch z-Richtung zwei Frequenzbereiche mit 5Hz bis circa 11Hz sowie mit 11Hz bis 200Hz durchlaufen, und das jeweils pro Achse über 10 Zyklen. Die Schaltschrank- bzw. die Prüfkomponenten wurden hierbei mit 0,7g beschleunigt, also dem 0,7-Fachen der Erdbeschleunigung ausgesetzt.

Nur zum Vergleich: Erdbeben bewegen sich in Schwingungsbereichen von 0,1Hz bis 30Hz. Doch warum das Ganze? Es gibt Einsatzfelder, in denen Schaltschränke hohen Belastungen ausgesetzt sind und daher ganz spezifische Anforderungen erfüllen müssen. Solche Anforderungen können eine gewisse Temperaturbeständigkeit innerhalb spezifischer Grenzen sein, aber auch die Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit und Schmutz oder potenzieller EMV-Störeinflüsse, um nur einige Beispiele zu nennen.

Wenn aus hohen Belastungen jedoch mitunter Extrembedingungen werden, dann sind die Anforderungen an Schaltschränke zumeist höher und gehen weit über das hinaus, was von reinen Outdoor-Gehäusen verlangt wird. Beispiele hierfür finden sich etwa in der Bahntechnik, in der eine hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit gefragt ist, oder bei Baufahrzeugen sowie Fahrzeugen für die Land- und Forstwirtschaft, die teilweise unter sehr anspruchsvollen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden. Ein weiteres Beispiel liefert die Schifffahrt mit ihren Schalt- und Steuerschränken im autarken Inselbetrieb, die ebenfalls eine hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit erfordern.

 In der eigenen Klimakammer werden die Schränke sowie deren Komponenten auf Temperaturbeständigkeit im Bereich von -50°C bis +60°C getestet. (Bild: SSB Wind Systems GmbH & Co. KG)
In der eigenen Klimakammer werden die Schränke sowie deren Komponenten auf Temperaturbeständigkeit im Bereich von -50°C bis +60°C getestet. (Bild: SSB Wind Systems GmbH & Co. KG)

Ohne Rücksicht auf Verluste

Bedingungen, mit denen SSB eSystems bestens vertraut ist, denn der Spezialist für die Entwicklung und Herstellung von Schalt- und Steuerschränken mit Sitz in Salzbergen hat seine Wurzeln in der Windenergie, also einer Branche, in der ‚extrem‘ eigentlich alltäglich ist, wie u.a. der eingangs beschriebene Vibrationstest zeigt. Da die Komponenten einer Windenergieanlage (WEA) je nach Standort immens hohen Belastungen ausgesetzt sind, ist auch eine hohe Qualität der Schalt- und Steuerschränke im Sinne einer hohen Verfügbarkeit unabdingbar. So müssen Schaltschränke inklusive der integrierten Elektronik in WEA sehr niedrigen Temperaturen von -40°C respektive hohen Temperaturen von bis zu +60°C sowie starken Temperaturschwankungen standhalten.

Hinzu kommt, dass auf engstem Raum unterschiedlichste elektronische und elektrische Komponenten untergebracht sind, für die wirksame Schirmungs- und Entstörmaßnahmen für einen hohen EMV-Schutz zu ergreifen sind. WEA sind außerdem aggressiven Medien wie Salzwasser ausgesetzt. Sämtliche Gehäuse einer WEA werden daher entsprechend der DIN EN 12944 geprüft und intensiven Tests unterzogen. Das bedeutet, dass ein Schaltschrank z. B. 480 Stunden (C3) oder gar 720 Stunden (C4) einem Salznebelsprühtest unterzogen wird. Zusätzlich sind das WEA-Schrankdesign und die Komponenten für über 100 Millionen Lastzyklen auszulegen.

Dieser kleine Ausschnitt an potenziellen Anforderungen zeigt, welch hohe Maßstäbe bei der Entwicklung und Produktion von Gehäuselösungen in der Windenergie angelegt werden. Maßstäbe, die sich auch in anderen Bereichen bei der Entwicklung und Produktion von Schalt- und Steuerschränken realisieren lassen. Hierfür bietet SSB eSystems am Hauptsitz im Emsland eine eigene Entwicklungsabteilung und eine Produktionsfläche von mehr als 7.000 Quadratmetern für die Einzel-, Serien- und Fließfertigung mit einem eigenen Bereich für die Prototypenfertigung.

Umfassende Prüfkompetenz

SSB eSystems testet alle Prototypen entsprechend der technischen Spezifikation in einer eigenen, rund 20 Quadratmeter großen Klimakammer auf Temperaturbeständigkeit im Bereich von -50 bis 60°C. Auch ein Korrosionsschutznachweis, wie weiter oben beschrieben, oder ein IP-Schutzklassentest gemäß DIN EN 60529 sind natürlich möglich, EMV-Tests, genauer, Prüfungen gemäß EN IEC 61000-6-2 (Störaussendung für Industrieanwendungen) sowie EN IEC 61000-4 (Störfestigkeit) werden in Zusammenarbeit mit akkreditierten externen Laboren durchgeführt.

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