Gehäuse Welches Gehäuse passt?

Autor / Redakteur: Dipl.-Wirt. Ing. (FH) Martin Traut / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Je nach Applikation sind für die Auswahl eines Gehäuses bestimmte Randbedingungen zu berücksichtigen. Sind diese klar definiert, kann die Suche nach dem richtigen Gehäuse beginnen. Plattformprodukte, die entsprechend der Vorgaben durch den Kunden, die Applikation und die Umgebungsbedingungen, angepasst werden können, erleichtert die Auswahl.

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Sogenannte FHCs (Flexible Heat Conductor) stellen aufgrund ihres flexiblen Aufbaus einen optimalen Wärmeabtransport sicher. Sie sind bei kleinen Gehäusen mit lüfterloser Entwärmung im Einsatz.
Sogenannte FHCs (Flexible Heat Conductor) stellen aufgrund ihres flexiblen Aufbaus einen optimalen Wärmeabtransport sicher. Sie sind bei kleinen Gehäusen mit lüfterloser Entwärmung im Einsatz.
(Bild: Pentair)

Gehäuse werden zur Aufnahme von 19"-Leiterkarten, 19"-Steckbaugruppen und von ungenormten Baugruppen, wie zum Beispiel auf einer Chassisplatte montierte Trafos, genutzt. Sie können als Desktop- und Tischgehäuse sowie mit Griff als tragbares Gehäuse verwendet oder mit entsprechenden 19"-Winkeln versehen und in 19"-Schränke eingebaut werden.

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Je nach Einsatzbereich sind bestimmte Eigenschaften wichtig. Als Desktop oder tragbares Gehäuse sollten sie besonders leicht sein, etwa aus Aluminium. Für den mobilen Einsatz müssen spezielle Ausbau- und Zubehörteile verfügbar sein. Auch das Design ist relevant, da sich Gehäuse später in einer Endanwendung einfacher von anderen Produkten unterscheiden lassen. Ein aufrüstbares EMV-Konzept mit hoher Schirmdämpfungswirkung ist ebenfalls unabdingbar. In anderen Bereichen steht eine hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit im Vordergrund. Ein wichtiges Kriterium ist eine optimale Entwärmung der eingebauten Komponenten.

Die Abmessungen der Gehäuse ergeben sich aus der Größe und Art der eingebauten Elektronik sowie durch Vorgaben und räumliche Begrenzungen am Einsatzort.

Abmessungen festlegen

Die Abmessungen der Gehäuse ergeben sich aus der Größe und Art der eingebauten Elektronik sowie durch Vorgaben und räumliche Begrenzungen am Einsatzort. Im Optimalfall sollten 19“-Standardprodukte eingesetzt werden, denn sie reduzieren Entwicklungszeiten, Werkzeugkosten und die Lagerhaltung spezifischer Komponenten. Die Mehrzahl der heute eingesetzten Leiterplatten und Steckbaugruppen sind in der Größe 3 HE ausgeführt. Typische genormte Gehäuse sind in 3 und 6 HE am Markt erhältlich. Aufgrund der immer weiter gestiegenen Anforderungen an eine optimale Entwärmung, wird oft eine zusätzliche Höheneinheit (3+1HE oder 6+1HE) genutzt, um die Komponenten effektiv zu entwärmen. Zunehmend werden auch Gehäuse eingesetzt, die in ihren Abmessungen nicht der 19“-Norm entsprechen. In diese kleineren Gehäuse werden Single Board Computer nach Standards wie Embedded NUC oder Mini ITX eingebaut.

Design-Vorgaben berücksichtigen

Die Farbgestaltung kann individuell sein und sich am Corporate Design des Kunden orientieren. Aber ein Universal-Gehäuse zu finden, dass sowohl beim Design als auch in der Funktionalität jeden Kundenwunsch berücksichtigen kann, ist fast unmöglich. Daher ist es wünschenswert, wenn Gehäusehersteller unterschiedliche Gehäuseserien anbieten können, die zwar mit gleichen Ausbauteilen bestückt werden können, aber im Design und zum Teil auch in der Funktionalität Unterschiede zulassen.

Vielfältige Möglichkeiten für die individuelle Gestaltung von Gehäusen bietet die Gehäusefront. Hier können Frontplatten aus Aluminium zusätzlich zur funktionalen Beschriftung auch mit farbigen Logos bis hin zu fotorealistischen Bildern bedruckt werden. Selbst für kleinere Gehäuse für Single Board Computer werden ganz individuelle Kunden-Designs und Bedruckungen angefragt und realisiert.

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Normen und Spezifikationen beachten

Je nach Einsatzbereich müssen internationale oder auch marktspezifische Normen und Spezifikationen eingehalten werden. Aktuelle Normen enthalten Maßfestlegungen und Kriterien für physikalische Integration, Erdbebenbeständigkeit, elektromagnetische Verträglichkeit und Thermal-Management. In bestimmten Applikationen sind zusätzlich Spezifikationen verschiedener Organisationen wie VME von VITA oder Compact-PCI, Compact-PCI Serial, Micro-TCA und Advanced TCA von PICMG sowie Embedded NUC, Ver- sion 1, von SGET zu berücksichtigen. Auch in der Bahn- oder Militärtechnik gilt es spezielle Normen und Richtlinien zu beachten. Für alle Gehäuse gelten gleichermaßen spezielle Schutz- und Sicherheitsnormen, z. B. IP-Schutzgrade, Brandschutz etc.

Statische und dynamische Belastungen berücksichtigen

Gehäuse sind unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt. Die einwirkenden statischen Belastungen ergeben sich vor allem durch das Gewicht der eingebauten Komponenten. Auch das Material des Gehäuses spielt eine wichtige Rolle und es kommt darauf an, ob es geklebt, geschweißt oder verschraubt ist oder aus einem Stück besteht.

Ist das Gehäuse für den mobilen Einsatz vorgesehen, dann sind auch wechselnde dynamische Belastungen zu berücksichtigen. Zudem gibt es Aufstellorte, wie in der Nähe rotierender Maschinen, bei Bahnapplikationen oder der Verkehrstechnik sowie auf Schiffen oder in Flugzeugen, wo höhere Schock- und Vibrationseinflüsse vorliegen. Liegt der Einsatzort in einer Erdbebenzone, müssen vorher entsprechende seismische Tests durchgeführt werden.

Elektromagnetische Abschirmung notwendig?

Oft müssen elektronische Geräte mit einer EMV-Schirmung ausgerüstet werden. Mit dem vermehrten Einsatz von Mikroprozessoren mit hohen Taktfrequenzen spielt der EMV-Schutz eine immer stärkere Rolle. Schirmung beginnt beim Thema ESD und reicht bis hin zu hochfrequenten elektromechanischen Störstrahlungen. Daher sollten die Seiten-, Deck- und Bodenteile sowie Rück- und Vorderfronten der Gehäuse mit einer leitenden Oberfläche und mit Kontaktmaterialien wie Federdichtungen aus Edelstahl oder EMV-Textildichtungen umlaufend leitend miteinander verbunden sein.

Speziell im Bereich der Gehäusefront, wenn viele Steckbaugruppen mit separaten Frontplatten eingesetzt werden, entstehen schmale Schlitze, die für eine optimale EMV-Schirmung mit entsprechenden Dichtungen versehen werden müssen. Die geschirmten Gehäuse sind vor Störstrahlungen bis 2 GHz geschützt. Für Anwendungen, die einen erweiterten Temperaturbereich von –40 °C bis 85 °C fordern, gibt es am Markt auch erste hochtemperaturfeste EMV-Textildichtungen. Mit genormten EMV-Tests wird geprüft, ob die durchgeführten EMV-Maßnahmen für die gewünschte Applikation ausreichend sind.

Da Gehäuse in manchen Applikationen in entsprechende Elektronik- oder Schaltschränke eingebaut werden, sind sie dadurch in der Regel vor Umgebungseinflüssen, wie Schmutz, Staub und Wasser geschützt. Auch höhere Umgebungstemperaturen sind unkritisch, da die im Gehäuse eingebauten Komponenten durch eine Entwärmung oder Klimatisierung des kompletten Schrankes gekühlt werden können.

Temperaturbedingungen am Einsatzort

Da Gehäuse in manchen Applikationen in entsprechende Elektronik- oder Schaltschränke eingebaut werden, sind sie dadurch in der Regel vor Umgebungseinflüssen, wie Schmutz, Staub und Wasser geschützt. Auch höhere Umgebungstemperaturen sind unkritisch, da die im Gehäuse eingebauten Komponenten durch eine Entwärmung oder Klimatisierung des kompletten Schrankes gekühlt werden können.

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Werden die Gehäuse mobil, als Desktop- oder Tischgehäuse eingesetzt, muss bei höheren Umgebungstemperaturen eine optimale Entwärmung sichergestellt werden. In der Regel ist eine optimierte Luftkühlung ausreichend. Je nach Verlustleistung werden zu den komponenteneigenen Ventilatoren externe Lüfter zugeschaltet, Lüftereinschübe integriert oder spezielle Lüfterfrontplatte oder Lüfterrückwände eingebaut. Bei kleineren, vorwiegend nicht 19"-Gehäusen, wird die lüfterlose Entwärmung favorisiert bzw. gefordert. Hierfür gibt es verschiedene Produkte am Markt, die die Wärme vom Prozessor über feste Metallkörper und aufgeklebte Wärmepads oder Wärmeleitpaste an das Gehäuse ableiten. Neuerdings sind auch sogenannte FHCs (Flexible Heat Conductor) verfügbar. Diese Kühlkörper bestehen aus Aluminium und sind in der Höhe flexibel. Aufgrund von Fertigungstoleranzen an den Gehäusen oder den eingesetzten Prozessoren ergeben sich Abweichungen z. B. in der Bauhöhe, die einem effektiven Wärmetransport im Wege stehen können. Die FHCs gleichen aufgrund ihres flexiblen Aufbaus diese Toleranzen aus und stellen den optimalen Wärmetransport sicher. Die Wärme wird zuverlässig über die Gehäuseoberfläche durch Wärmestrahlung an die Umgebung abgegeben.

Hilfreich ist die thermische Simulation der Wärmeentwicklung und des Wärmeflusses in einem Gehäuse durch eine geeignete Software. Daher sollte bereits in der Planungsphase der Berechnungsspezialist mit am Tisch sitzen, der die Entwickler berät und die Berechnungen durchführt.

Wichtige Services

Viele Hersteller bieten ihren Kunden produktbegleitende Services an. So können Gehäuse meist über interaktive Konfiguratoren im Internet zusammengestellt werden. Dabei können auch Einzelteile beispielsweise mit Ausbrüchen oder Bohrungen modifiziert werden. Hierfür ist bei manchen Herstellern der Download von 3D-CAD-Daten über die Onlineplattform Traceparts möglich. Hardwareentwickler können dort aus 32 unterschiedlichen nativen CAD-Datenformaten auswählen und diese Formate dann direkt in den von ihnen eingesetzten CAD-Programmen nutzen.

Integration weiterer Komponenten

Oft wünschen Kunden vom Gehäusehersteller auch die Integration weiterer Komponenten wie z. B. Verkabelung, Schalter, Backplanes, Stromversorgungen, Überwachungseinheiten oder ähnliches. Solche Komponenten werden entweder von Kunden bereitgestellt oder über den Gehäuse-Hersteller, entsprechend einer festgelegten Spezifikation, eingekauft und eingebaut. Einige Gehäuse-Hersteller sind auch selbst Entwickler und Hersteller von Backplanes und Stromversorgungen und können so aufeinander abgestimmte Einheiten anbieten, die auch in hauseigenen Testlabors geprüft werden können.

Außerdem wichtig ist die Montagefreundlichkeit. Das Gehäuse sollte einfach, ohne teures Spezialwerkzeug, montiert werden können. Eine übersichtliche und verständliche Aufbauanleitung trägt dazu bei, dass die Montage in möglichst kurzer Zeit durchgeführt werden kann. (sh)

* Dipl.-Wirt. Ing. (FH) Martin Traut ist Produkt Marketing Manager Europa für Baugruppenträger, Gehäuse (19“ Formfaktor und Single Board) sowie Frontplatten und Retainer bei Pentair

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