Wat zijn de belangrijkste ontwerpoverwegingen voor OEM-chassis en elektrische kasten?

Voor ingenieurs en productontwikkelaars vereist de overgang van een PCB-layout naar een fysieke behuizing een andere denkwijze – van elektronica naar mechanica. Deze handleiding analyseert de cruciale technische parameters die u moet definiëren voordat u begint. Plaatmetaalproductie.

1. Maatconformiteit en de "U"-norm

Bij het ontwerpen van OEM-chassis is strikte naleving van de EIA-310-D-norm ononderhandelbaar. Een chassis dat 1 mm te breed is, past niet op de rails; een chassis dat te hoog is, blokkeert aangrenzende apparatuur.

De verticale hoogtebeperking

De standaard rack-eenheid (U) is 1,75 inch (44,45 mm). De daadwerkelijke hoogte van het chassis moet echter iets kleiner zijn om voldoende ruimte te creëren.

[Gegevensbron: EIA-310-D standaardspecificaties.]

Technische opmerking: Bij het ontwerpen van een 1U-chassis is de interne componenthoogte de grootste beperking. U moet rekening houden met de metaaldikte (meestal 1,0 mm of 1,2 mm voor staal) en de afstandhouders. Vaak blijft er dan minder dan 40 mm bruikbare verticale ruimte over.

2. Structurele integriteit: Voorkomen van doorzakken en torsie

Een veelvoorkomend probleem bij industriële schakelkasten en grote units is het doorzakken van de constructie. Wanneer een chassis aan de voorste steunen (cantileverconstructie) of zelfs op schuifrails is gemonteerd, oefent de zwaartekracht een aanzienlijk koppel uit op het metaal.

Materiaalselectie voor stijfheid

Hoewel aluminium (5052) licht is, heeft het een lagere elasticiteitsmodulus dan staal. Voor behuizingen breder dan 400 mm met zware transformatoren of voedingen kunt u de volgende verstevigingsstrategieën overwegen:

1. Gebogen flenzen: Laat een onbewerkte rand nooit plat. Door de rand 90 graden te buigen, ontstaat een balkeffect dat de stijfheid met een factor 10 verhoogt.
2. Reliëf/Ribben: Bij gebruik van dunner materiaal om gewicht te besparen, voorkomt het aanbrengen van gestempelde ribben over grote vlakke panelen het 'wobbelen' (het zogenaamde 'oil-canning'-effect) en verhoogt het de stevigheid.
3. Hoekconstructie: Bij zware kasten biedt het lassen van hoeken een superieure sterkte in vergelijking met klinknagels of schroeven, hoewel dit de kosten verhoogt. Maatwerk plaatbewerking.

3. Thermisch beheer en luchtstroomstrategie

Hitte is de voornaamste oorzaak van elektronische storingen. Het ontwerp van de behuizing bepaalt de luchtstroom.

Luchtstroom in rackmontage

De standaard voor rackomgevingen is koeling van voor naar achter.

• Luchtinlaat: Ventilatoren met hoge statische druk aan de voorzijde.
• Uitlaat: Ventilatieopeningen aan de achterkant.
• Vermijd: Ventilatie aan de zijkant bij rackmontage, omdat aangrenzende servers de luchtstroom blokkeren of warme lucht recirculeren.

Luchtstroom in de kast

Voor losstaande industriële kasten hangt de strategie af van de omgevingsomstandigheden:

CFD-simulatie: Bij lay-outs met een hoge componentdichtheid kan een CFD-simulatie (Computational Fluid Dynamics) vóór het snijden van metaal "hot spots" identificeren waar de luchtstroom stagneert achter grote componenten zoals condensatoren of dochterprintplaten.

4. Eisen voor EMI/EMC-afscherming

Als uw apparaat op hoge frequenties werkt of in elektrisch storende omgevingen wordt ingezet (zoals in de buurt van frequentieomvormers), moet de behuizing als een kooi van Faraday fungeren.

Om effectieve afscherming te bereiken, moet de elektrische continuïteit over alle contactoppervlakken van de metalen behouden blijven.

• Maskering: Poedercoating is een isolator. U moet maskeringszones rond schroefgaten en aansluitflenzen specificeren om metaal-op-metaalcontact te garanderen.
• Geleidende afwerkingen: Door middel van chromaatconversie (alodine) op aluminium of zinkplating op staal wordt geleidbaarheid verkregen en tegelijkertijd corrosiebestendigheid geboden.
• Pakkingen: Voor openingen groter dan 1/20e van de golflengte van de interferentiefrequentie, gebruik berylliumkoperen (BeCu) pakkingen of geleidende stoffen pakkingen om de naad af te dichten.

5. Ontwerpen voor productie (DFM) om kosten te beheersen

De duurste behuizing is er een die het productieproces belemmert. Door uw ontwerp te optimaliseren voor de fabrieksvloer kunt u de productiekosten met 15-30% verlagen.

Consistentie van buigradii

In de Productieproces van plaatmetaalElke gereedschapswissel kost tijd. Ontwerp alle buigingen met dezelfde interne radius (bijvoorbeeld standaardiseer op 1,5 mm of 3,0 mm, afhankelijk van de materiaaldikte). Hierdoor kan de kantbankoperator het gehele onderdeel vormen zonder gereedschap te hoeven wisselen.

Nabijheid van gaten

Plaats gaten of uitsparingen niet te dicht bij een buiglijn.

• Vuistregel: De afstand van de rand van het gat tot de buiglijn moet minstens 2,5 keer de materiaaldikte zijn.
• Gevolg: Gaten die te dicht bij elkaar geplaatst zijn, zullen tijdens het buigen vervormen (ovaal worden), waardoor de schroeven scheef komen te zitten.

6. Toegankelijkheid en menselijke factoren

De gebruikerservaring wordt vaak bepaald door het onderhoudsgemak.

• Deksel zonder gereedschap: duimschroeven of vergrendelingsmechanismen maken snelle toegang tot de binnenkant mogelijk zonder dat u naar een schroevendraaier hoeft te zoeken.
• Veiligheidsranden: Alle interne snijranden moeten worden ontbraamd. Het is een risico als een technicus zich aan een scherpe kabeldoorvoer snijdt.
• Kabelbeheer: Zorg in industriële schakelkasten voor geïntegreerde bevestigingspunten of kabelgoten. Een rommelige kast beperkt de luchtstroom en maakt het oplossen van problemen onmogelijk.

7. Oppervlakteafwerking en duurzaamheid

De afwerking dient twee doelen: esthetiek en bescherming.

• Poedercoating: De standaard voor duurzaamheid. Het biedt een dikke, krasbestendige laag, maar voegt wel een extra dikte toe (ongeveer 0,003" tot 0,005"). Houd rekening met deze extra dikte bij assemblages met nauwe toleranties.
• Natte verf: Wordt tegenwoordig zelden gebruikt vanwege milieuregelgeving met betrekking tot vluchtige organische stoffen (VOC's) en de lagere duurzaamheid, maar is noodzakelijk voor specifieke kleuraanpassing of CARC-vereisten van militaire kwaliteit.
• Anodiseren: specifiek voor aluminium. Het integreert met het metalen oppervlak en verandert de afmetingen niet significant, waardoor het ideaal is voor precisiekoelplaten of frontpanelen.

Checklist voor uw volgende offerteaanvraag

Voordat u uw ontwerpbestanden indient voor een offerte, moet u ervoor zorgen dat deze variabelen in uw tekenprogramma zijn gedefinieerd:

1. Materiaallegering en hardingsgraad: (bijv. Al 5052-H32 versus staal CRS 1018).
2. Afwerkingsspecificatie: (bijv. "Structuur zwarte poedercoating, RAL 9005").
3. Hardware-installatie: Geef aan welke PEM-moeren of -bouten erin geperst moeten worden.
4. Lasvereisten: Geef aan of de lassen gladgeslepen moeten worden of onbewerkt gelaten moeten worden.

Door deze overwegingen in balans te brengen, zorgt u ervoor dat uw behuizing niet zomaar een metalen doos is, maar een nauwkeurig ontworpen component dat waarde toevoegt aan uw elektronische systeem.