Lernfeld 8 · Prüfung Teil 2

Gehäuse, Schutzgrade und Wärmeableitung

Gehäuse, Schutzklassen nach DIN EN 61140, IP-Code nach DIN EN 60529 und Wärmeableitung mit Kühlkörper und Wärmewiderstand erklärt.

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Darum geht es

Beim Geräteaufbau legst du Gehäuse, mechanische Bauteile und Anschlüsse nach Pflichtenheft und technischer Zeichnung fest. Zwei Kennzeichnungen werden gern verwechselt: Die Schutzklasse nach DIN EN 61140 beschreibt den Schutz gegen elektrischen Schlag. Schutzklasse I nutzt den Schutzleiter, Schutzklasse II doppelte oder verstärkte Isolierung, Schutzklasse III Kleinspannung SELV oder PELV aus einer Quelle mit sicherer Trennung. Der IP-Code nach DIN EN 60529 beschreibt dagegen den Schutz gegen Fremdkörper (erste Ziffer) und Wasser (zweite Ziffer).

Für Geräte im Freien zählen neben dem Schutzgrad UV-Beständigkeit, Temperaturbereich, Druckausgleich gegen Kondenswasser und passende Kabelverschraubungen. Metallgehäuse oder leitfähige Beschichtungen schirmen zusätzlich ab. Achtung: Die Untertauchstufen IPX7 und IPX8 schließen Strahlwasser nicht automatisch ein.

Jedes Leistungsbauteil gibt Wärme ab. Die Wärme fließt von der Sperrschicht über das Bauteilgehäuse und den Übergang zum Kühlkörper in die Luft; die Wärmewiderstände dieser Strecke liegen in Reihe. Aus Verlustleistung, höchster Sperrschichttemperatur und Umgebungstemperatur bestimmst du den zulässigen Wärmewiderstand des Kühlkörpers. Wärmeleitpaste dünn auftragen, Isolierscheiben bei Kühlkörpern auf Schutzleiterpotential nicht vergessen und die Isolation nach der Montage messen.

Das solltest du dir merken

Schutzklasse und Schutzart sind zwei verschiedene Dinge.
Erste IP-Ziffer Fremdkörper, zweite Ziffer Wasser.
Wärmewiderstände von Sperrschicht bis Umgebung addieren sich.
Wärmeleitpaste dünn auftragen, eine dicke Schicht verschlechtert den Übergang.
Ein dichtes Gehäuse staut Wärme, Wärmeabfuhr immer mit einplanen.

Formeln

Sperrschichttemperatur: $ϑ_{j} = ϑ_{U} + P \cdot (R_{thJG} + R_{thGK} + R_{thKU})$; $ϑ_{j}$ Sperrschichttemperatur, $ϑ_{U}$ Umgebungstemperatur, $P$ Verlustleistung, $R_{th}$ Wärmewiderstände in K/W
Zulässiger Wärmewiderstand des Kühlkörpers: $R_{thKU} = \frac{ϑ _{j,max} - ϑ _{U}}{P} - R_{thJG} - R_{thGK}$; $R_{thJG}$ Sperrschicht zu Gehäuse, $R_{thGK}$ Gehäuse zu Kühlkörper, $R_{thKU}$ Kühlkörper zu Umgebung

Typische Fehler in der Prüfung

IP-Code als Schutzklasse gedeutet.
Den Wärmewiderstand von Bauteil und Übergang nicht vom Gesamtwert abgezogen.
Die Innentemperatur des Gehäuses mit der Raumtemperatur gleichgesetzt.
IP67 auch für Hochdruckreinigung angenommen.

Tipps aus der Werkstatt

Schutzklasse und IP-Code nicht verwechseln: Die Schutzklasse regelt den Schutz gegen elektrischen Schlag, der IP-Code den Schutz gegen Fremdkörper und Wasser. Beim Kühlkörper teilst du die Temperaturdifferenz durch die Leistung und ziehst dann die Wärmewiderstände von Bauteil und Übergang ab.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

13 Aufgaben zu „Gehäuse, Schutzgrade und Wärmeableitung“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Geräte und Systeme (2003 i. d. F. 2018), Lernfeld 8 (Geräte herstellen und prüfen); DIN EN 60529; DIN EN 61140. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.