Schrankstruktur und Prozessmerkmale von Niederspannungsschaltanlagen

I. Einführung

Die Gehäusestruktur bildet die grundlegende Basis für Niederspannungsschaltanlagen, wodurch die Fertigungstechnologie von Gehäusen die Grundlage aller Grundlagen darstellt. Als strukturelle Umhüllung muss das Gehäuse nicht nur den funktionalen Integrationsanforderungen verschiedener elektrischer Einheiten (wie standardisierte Typen, modulare Kombinationen und funktionale Verteilung) entsprechen, sondern auch innewohnende Gehäuseanforderungen erfüllen (wie Festigkeit, Zuverlässigkeit, ordentliches Aussehen und einfache Anpassbarkeit). Aufgrund der unterschiedlichen Gehäusestrukturanforderungen und Fähigkeiten verschiedener Hersteller können die Fertigungsprozesse nicht rigide standardisiert werden. Es gibt jedoch bestimmte allgemein anwendbare und kritische technologische Merkmale in der Gehäusefertigung. Diese Schlüsselmerkmale werden im Folgenden in Verbindung mit der Auswahl der Gehäusestruktur kurz vorgestellt.

II. Gehäusestruktur und technologische Merkmale

Gehäusestrukturen und ihre Fertigungsprozesse können im Allgemeinen nach Strukturform, Verbindungsmethoden und Materialauswahl unterschieden werden.

1. Klassifizierung nach Strukturform

(1) Festmontiert:

Diese Konstruktion sorgt dafür, dass jedes elektrische Bauteil sicher an seiner vorgesehenen Position innerhalb des Gehäuses fixiert wird. Die Gehäuseformen sind in der Regel quaderförmig (z.B. Platten- oder Kastentyp), es werden jedoch auch trapezförmige Formen (z.B. Pulttyp) verwendet. Solche Gehäuse können einzeln oder in Reihen angeordnet sein.

Um die Abmessungs- und geometrische Genauigkeit zu gewährleisten, werden die Komponenten in der Regel schrittweise montiert – typischerweise indem zuerst zwei Seitenwände oder linke-rechte Sektionen gebildet und dann in das vollständige Gehäuse zusammengesetzt werden, oder indem zunächst die äußeren Abmessungen erfüllt und dann die internen Komponenten nacheinander verbunden werden. Die Länge der Teile, die die Gehäusekanten bilden, muss präzise korrekt sein (mit Toleranzen als negative Werte) um die gesamten geometrischen Abmessungen und das äußere Erscheinungsbild zu gewährleisten. Für die beiden Seitenwände sollte keine Verbiegung in der Mitte auftreten, um eine korrekte Ausrichtung bei der Anordnung zu ermöglichen.

Aus Sicht der Montage darf die Bodenfläche keine Absenkung aufweisen. Bei der Ausrichtung und Montage ist ein ebenes Fundament essentiell, aber sowohl die Flachheit des Fundaments als auch das Gehäuse selbst haben inhärente Toleranzen. Bei der Ausrichtung sollten seitliche Abweichungen minimiert und nicht kumuliert werden, da kumulierte Fehler zu Gehäuseverformungen, Beeinträchtigungen der Busbarschaltungen, fehlgeleiteter Bauteilmontage, Spannungskonzentrationen und sogar einer verkürzten Lebensdauer der elektrischen Ausrüstung führen können. Daher sollte bei der Ausrichtung der höchste Punkt des Fundaments als Referenz dienen und die nachfolgenden Einheiten schrittweise ausgerichtet und verlängert werden. Wenn die Bodenflachheit ideal und vorhersehbar ist, kann auch eine Ausdehnung vom Zentrum nach außen verwendet werden, um kumulierte Fehler gleichmäßig zu verteilen.

Um Anpassungen zu erleichtern und Toleranzkumulationen auszugleichen, werden die Gehäusebreiten-Toleranzen in der Regel als negative Werte festgelegt. Nach dem Zusammenbau aller Gehäusekomponenten kann eine Formgebung erforderlich sein, um die Abmessungs- und geometrischen Anforderungen zu erfüllen. Für standardisierte oder hohe Gehäuseproduktion sollten geeignete Vorrichtungen und Hilfsmittel angemessen berücksichtigt werden, um die strukturelle Konsistenz zu gewährleisten. Die Referenzfläche der Vorrichtung sollte idealerweise die Gehäusebasis sein, und Positionierungsblöcke innerhalb der Vorrichtung sollten so angeordnet sein, dass sie leicht zugänglich und bedienbar sind. Äußere Türen und ähnliche Teile, die während des Transports und der Montage leicht verformt werden können, werden in der Regel während der Endmontage gleichmäßig justiert.

(2) Schubfachartig (Schubladentyp):

Schubfachschaltanlagen bestehen aus einem festen Gehäusekörper und einem austauschbaren Modul, das Hauptelektronikbauteile wie Leistungsschalter enthält. Das austauschbare Modul muss bei Ein- und Herausfahren einfach zu handhaben sein, bei der Installation sicher positioniert sein und mit anderen Modulen desselben Typs und Spezifikationen austauschbar sein. Der Gehäuseteil von Schubfachschaltanlagen wird ähnlich wie feste Gehäuse hergestellt. Aufgrund der Austauschbarkeit müssen jedoch das Gehäuse eine höhere Präzision aufweisen und die zugehörigen strukturellen Teile genügend Anpassungsmöglichkeiten bieten.

Die Fertigungseigenschaften von Schubfach-Niederspannungsschaltanlagen sind: (1) die festen und beweglichen Teile müssen einen gemeinsamen Bezugspunkt teilen; (2) die zugehörigen Komponenten müssen mithilfe spezieller Standardwerkzeuge, einschließlich Standardgehäuserahmen und Standard-Schubladen, in optimale Positionen eingestellt werden; (3) kritische Abmessungen dürfen die zulässigen Toleranzen nicht überschreiten; (4) die Austauschbarkeit identischer Schubladentypen und -spezifikationen muss zuverlässig sein.

2. Klassifizierung nach Verbindungsmethode

(1) Geschweißte Konstruktion:

Vorteile sind die einfache Bearbeitung, hohe Stärke und Zuverlässigkeit. Nachteile sind große Toleranzen, Anfälligkeit für Verformungen, Schwierigkeiten bei der Anpassung, schlechtes Aussehen und die Unfähigkeit, Werkstücke vorzuberieten. Zusätzlich haben Schweißvorrichtungen bestimmte Anforderungen:

• Hohe Steifigkeit, nicht leicht von Werkstückverformungen beeinflusst;

• Leicht größer als die nominellen Werkstückabmessungen, um die Schrumpfung nach dem Schweißen auszugleichen;

• Flach, einfach und leicht zu bedienen, mit Minimierung rotierender Mechanismen, um Beschädigungen zu vermeiden;

• Stützen müssen sorgfältig ausgewählt werden, um Korrosion am Schweißnaht zu verhindern und für leichte Inspektion und Anpassung, notfalls mit Korrosionsschutzplatten versehen.

Schweißverformungen treten aufgrund der thermischen Ausdehnung der Moleküle in der Schweißzone auf, was zu mikroskopischer Verschiebung beim Abkühlen führt und Residualspannungen verursacht. Um Verformungen zu reduzieren, müssen Formgebungsprozesse berücksichtigt werden. Gängige Methoden sind:

• Durch Tests die Verformungsbereiche vorhersagen und das Werkstück vor dem Schweißen in die entgegengesetzte Richtung vorverformen;

• Überkorrektur nach dem Schweißen;

• Das relativ zusammengezogene Gebiet hämmern oder pressen, um die Spannungen auszugleichen;

• Das relativ aufgeblähte Gebiet nach dem Schweißen erhitzen, um eine gleichmäßige Schrumpfung zu erreichen;

• Bei Bedarf eine Gesamthaärtebehandlung durchführen.

Darüber hinaus beeinflussen die Wahl der Schweißpunkte, die Ausrichtung der Schweißnaht, die Schweißreihenfolge und die Positionierung von Punktschweißungen die Verformung nach dem Schweißen. Eine korrekte Behandlung kann die Verformung reduzieren, obwohl dies von den spezifischen Bedingungen abhängt.

(2) Verbindung durch Befestigungselemente:

Vorteile sind die Eignung für vorbereitete Teile, einfache Anpassung und ästhetische Fertigstellung, standardisierte Komponentendesigns, Lagerbestände vor der Produktion und kleine dimensionale Toleranzen im Rahmen. Nachteile sind geringere Stärke im Vergleich zum Schweißen, höhere Präzisionsanforderungen an die Komponenten und relativ höhere Herstellkosten. Befestigungselemente sind in der Regel Standardteile, einschließlich allgemeiner Schrauben, Muttern, Niete, Blindniete, verstellbare Klammern, vorgespannte Ziehniete und Selbstbohrschrauben. Spezialbefestigungselemente (wie in vielen importierten Niederspannungsschranken) sind ebenfalls verfügbar.

Technologische Merkmale: Vorrichtungen werden für die Formgebung und Werkzeuge für die Positionierung verwendet. Druckwaschmittel können nach Bedarf verwendet werden. Nieten erfordern in der Regel Vorbohren, und es muss darauf geachtet werden, die Oberflächenbeschichtung vorbereiteter Teile zu schützen. Für Komponenten, die mit präzisen CNC-Zentren oder spezieller Ausrüstung bearbeitet werden, kann die Montage in einem Schritt ohne Vorrichtungen erfolgen, wenn die Durchmesser der Verbindunglöcher eine leichte Spielraum mit den Befestigungsdurchmessern aufweisen. Für Führung und Positionierungskomponenten sollten dedizierte Messwerkzeuge zunächst die Position festlegen, gefolgt von einer Prüfung mit Standardwerkzeugen.

(3) Hybride Verbindung (Schweißen und Befestigen):

Diese Methode kombiniert die Vorteile beider oben genannten Methoden. Schweißen wird in der Regel an den Verbindungspunkten des Gehäuses verwendet, während Befestigungselemente für variable oder einstellbare Abschnitte verwendet werden. Große Gehäuse sind nach dem Schweißen schwierig zu versilbern, daher werden die Oberflächen oft lackiert. Für Außengehäuse aus vorbereiteten Materialien, die geschweißt werden müssen, können die geschweißten Bereiche mit thermischem Metallspray behandelt werden.

3. Klassifizierung nach Material der Komponenten

(1) Profilmaterialien:

Dies beinhaltet Winkelstahl, U-Profil, spezielle Rohre und spezielles U-Profil. Komponenten aus Winkel- oder U-Profil werden in der Regel durch Schweißen verbunden. Bei der Bearbeitung müssen die Verbindungsenden eng passen, mit minimalen Lücken; andernfalls wird die Schweißqualität und -verformung beeinträchtigt. 

Spezielle Rohre können durch Schweißen oder Befestigungselemente verbunden werden. Verbindungsteile erfordern in der Regel dedizierte Fittings, die stark und präzise sein müssen; andernfalls wird das Gehäuseaussehen beeinträchtigt. Die Verwendung einheitlicher spezieller Rohre mit gleichmäßig verteilten (modularen) Löchern und Standardverbindungen ermöglicht die modulare Gehäusemontage, vereinfacht Design, Komponentenvorbereitung und Produktionsplanung. Diese Methode beinhaltet jedoch viele Löcher, von denen die meisten ungenutzt bleiben, und begrenzt die räumliche Flexibilität.

Fertigungseigenschaften: Gewährleisten Sie die Universalität und Präzision der Komponenten und Verbindungen. Die grundlegende Gehäusestruktur wird oft durch Panele verstärkt. Neben speziellen Rohren werden auch C-Profile oder gerippte rechteckige Röhren aus Blech verwendet. C-Profile eignen sich für die Versilberung, während gerippte rechteckige Röhren aufgrund von Restsäure vom Entgraten rosten können, daher sollte die Auswahl vorsichtig erfolgen.

(2) Blechkomponenten (ohne C-Profile und gerippte rechteckige Röhren)

Diese können ganz nach Bedarf geformt werden, ohne von vorgeformten Profilen eingeschränkt zu sein. Dieses Strukturdesign erfordert einen höheren Ingenieur-Aufwand, aber sobald es standardisiert ist, sind die Variationen minimal. Die Hauptstrukturteile werden in der Regel geschweißt, während variable oder einstellbare Bereiche Befestigungselemente verwenden (z.B. Niederspannungsschaltkästen und Pulte).

Da Blechstrukturen in der Regel in einem Stück geschweißt und geformt werden, müssen Schweißschrumpfung oder -verformung berücksichtigt werden. Schweißpunkte sollten gleichmäßig verteilt sein, Schweißnaht glatt, Nachschweißformgebung durchgeführt, Kanten gerade und die Mitte beider Seiten darf nicht über die vorderen und hinteren Kanten hinausragen. Falls interne Trennwände vorhanden sind, sollten diese erst nach der korrekten Formgebung der beiden Seiten geschweißt werden.

Pultkontrollgehäuse eignen sich am besten für Blechkomponenten. Wenn mehrere Einheiten in einer Reihe angeordnet sind, sollte die Tischplatte erst nachdem die gesamte Reihe platziert ist, ausgerichtet und positioniert werden.

III. Schlussfolgerung

Wie oben analysiert, muss die Auswahl der Gehäusestrukturen nicht nur durch die funktionalen Anforderungen der Schaltanlagen, sondern auch durch Fertigungsprozessbeschränkungen bestimmt werden. Das Niveau der Fertigungstechnologie beeinflusst direkt die Gehäusestruktur und die Materialauswahl.