Konstruktion af elektronikkabinetter – omkring din printplade

Printpladen styrer målene

Udgangspunktet er printpladens STEP-fil fra ECAD-programmet, for eksempel KiCad eller Altium. Den viser pladens kontur, monteringshuller og komponenthøjder, og det er den, der afgør kabinettets indvendige mål. Vi lægger frigang ind rundt om pladekanten, typisk 0,5–1 mm. Så kan pladen monteres, selv når kabinet og plade har deres tolerancer i hver sin retning.

Stik som USB-C, RJ45 og skrueterminaler placeres mod væggene, med udsparinger, der følger stikkets krave. Høje komponenter, som elektrolytkondensatorer og spoler, skal have luft op til låget. Mangler der en 3D-fil, laver vi en forenklet model af pladen ud fra mål og fotos, med de komponenter, der påvirker kabinettet. Vi lægger også udsparinger ind til programmeringsstik og testpunkter, der skal kunne nås under udviklingen.

Vi kontrollerer også kollisioner i hele samlingen: plade, kabinet, låg, skruer og kabler. Det fanger fejl, der ellers først opdages ved monteringen. Det kan være en kondensator, der rører en ribbe i låget, eller et stik, der ikke kan nås med kablet tilsluttet. Et kabel med lige stik kan kræve betydeligt mere plads end selve stikket på pladen.

Skruetårne, styr og montage

Pladen fastgøres på skruetårne, der er forbundet med væggen eller bunden via ribber, så de ikke brækker af ved montering. Til selvskærende skruer i plast dimensioneres hullet efter skrueproducentens anbefaling, og tårnets udvendige diameter bliver omtrent den dobbelte skruediameter. Når kabinettet skal åbnes ofte, vælger vi gevindindsatser i messing, der varmes eller presses ind.

Låget styres af en læbe eller en not, så det sidder rigtigt, før skruerne spændes. Snaplåse fungerer godt til låg, der sjældent åbnes, men kræver, at materialet tåler tøjningen. Vi tænker også på monteringsrækkefølgen: pladen skal kunne sættes i, uden at kabler klemmes, og skruerne skal kunne nås med almindeligt værktøj.

Knapper, der skal trykkes gennem kabinettet, kan laves som fjedrende tunger i samme materiale eller som separate knapper med eget styr. Til lysdioder tegner vi lysledere eller et gennemsigtigt vindue, så der ikke skal være åbne huller i et tæt kabinet. Mærkning og symboler kan graveres eller præges direkte i overfladen.

IP-klasse og tætning

IP-klassen efter IEC 60529 angiver beskyttelsen mod faste genstande og vand. IP54 betyder beskyttelse mod støv og stænk, IP65 tåler vandstråler fra alle retninger, og IP67 tåler midlertidig nedsænkning. En højere klasse kræver en gennemtænkt tætning og færre åbninger. Derfor spørger vi altid, hvor produktet skal sidde, før klassen fastlægges.

En O-ring i en not rundt om lågets kant er den mest almindelige løsning. Noten dimensioneres, så ringen komprimeres ca. 20–30 procent og fylder noten til højst ca. 85 procent. Kabelgennemføringer tegnes til kabelforskruninger med metrisk gevind, for eksempel M12, M16 og M20. Knapper og displays tætnes med membran eller pakning. Et printet kabinet når sjældent samme tæthed som et sprøjtestøbt, og det siger vi tydeligt allerede i tilbuddet.

Tætningen skal også kunne klare montering og demontering. Et låg med O-ring skal have skruer nok til, at trykket bliver jævnt hele vejen rundt, og afstanden mellem skruerne tilpasses lågets stivhed. Et blødt låg med få skruer buler ud mellem dem og lukker vand ind, hvor trykket er lavest.

Varme og ventilation

Elektronik tåler varme dårligere end plasten omkring den. Vi tager udgangspunkt i effekttabet og vurderer, om kabinettet klarer sig med naturlig konvektion eller skal have ventilationsåbninger, en blæser eller en køleplade gennem væggen. Indløb placeres lavt og udløb højt, så den varme luft stiger ud.

I et tæt kabinet ledes varmen kun bort gennem væggene. Så kan en køleplade i aluminium eller et større kabinet være løsningen, og vi tegner forbindelsen mellem komponent og køleflade med en termisk pude. Ventilationsåbninger formes som lameller eller smalle slidser, så fingre og værktøj ikke kan nå strømførende dele.

Kabinetter udendørs kan få kondens, når temperaturen skifter. En trykudligningsmembran lukker fugt ud, men holder vand ude, og den tegner vi ind som en standardkomponent med gevind. Mørke kabinetter i direkte sol bliver desuden betydeligt varmere end omgivelserne. Det påvirker både elektronikken og materialevalget.

Konstruktion af elektronikkabinetter – fra prototype til serie

Den første version af kabinettet printer vi i PETG eller ASA med en vægtykkelse på 2–3 mm. Du kan montere pladen, prøve stikkene og teste enheden i det rigtige miljø. Derefter justerer vi i den samme parametriske model, og ændringer i pladen slår igennem i kabinettet, uden at alt skal tegnes om. Efter behov printer vi flere varianter af låget på én gang. Så kan forskellige tætninger eller knapløsninger sammenlignes side om side.

Før serien tilpasses modellen til sprøjtestøbning med jævn vægtykkelse, slipvinkler og ribber – læs mere under konstruktion til sprøjtestøbning. Til mindre serier kan et printet kabinet i ASA eller PC være nok hele vejen. Hvilke tolerancer der er rimelige mod pladen, beskriver vi i guiden tolerancer på CAD-tegninger, og hele udviklingsforløbet under produktudvikling og prototyper.

Vejledende værdier for kabinetkonstruktion

Vejledende værdier for almindelige plastkabinetter. Endelige mål afhænger af materiale, fremstillingsmetode og komponenternes tolerancer.

Det skal vi bruge fra dig

• Printpladens STEP-fil fra ECAD-programmet (KiCad, Altium m.fl.)
• Pladens mål, monteringshuller og højeste komponenter, hvis STEP mangler
• Liste over stik, knapper, lysdioder og display, der skal nås udefra
• Miljø: indendørs eller udendørs, støv, vand, temperatur og ønsket IP-klasse
• Effekttab eller strømforbrug til vurdering af varmen
• Hvordan enheden monteres: på væg, DIN-skinne, bord eller i hånden
• Forventet volumen: prototyper, lille serie eller sprøjtestøbning

Eksempler på opgaver

• Kabinet til IoT-sensor med batteri
• Udendørsboks til vejrstation
• Håndholdt måler med display og knapper
• Samledåse til DIN-skinne
• Kabinet til Raspberry Pi- eller Arduino-projekt
• Kabinet til motorstyring med køleplade
• Frontpanel med udsparinger til stik og lysdioder
• Opladerholder og batteriboks
• Tæt kabinet til bådelektronik
• Afdækning til alarm- eller adgangssystem

Det påvirker pris og leveringstid

• Antal stik, åbninger og knapper, der skal tætnes
• Krav til IP-klasse og valg af tætningsløsning
• Om printpladen findes som STEP eller skal modelleres
• Varmehåndtering med ventilation eller køleplade
• Tilpasning til sprøjtestøbning med slipvinkler og delelinje
• Antal prototyperunder, før konstruktionen fastfryses

Det får du

• Kabinet og låg som samling med printpladen
• Kollisionskontrol mellem kabinet, plade og kabler
• STEP til værktøjsmageren og STL eller 3MF til prototyper
• Tegning med kritiske mål, tætningsnoter og tolerancer
• Stykliste med skruer, indsatser, O-ringe og forskruninger
• Printede prototyper (tilvalg)

Ofte stillede spørgsmål