Gut eingepackt Elektronikgehäuse mit Mehrwert

Das Spektrum an kühlenden Gehäuselösungen umfasst maßgeschneiderte Frontplatten ebenso wie Gehäuseteile in Druckguss, Profil- oder Stanzbiegetechnik sowie technische Aluminiumteile.

Bild: CTX Thermal Solutions
12.10.2018

Funktionelle Gehäuse schützen empfindliche Elektronik vor äußeren Einflüssen und sichern ihre Funktion dauerhaft. Wir stellen Ihnen sechs grundsätzliche Aspekte vor, die es bei der Auswahl eines geeigneten Gehäuses im Vorfeld zu berücksichtigen gilt: Größe, Material, Anzahl, Bearbeitung, Oberflächenbehandlung und Kühlfunktion.

Grundsätzlich gibt der Platzbedarf der Elektronik die Gehäusegröße vor. Wird das Gehäuse in eine größere Einheit wie eine Maschine oder einen Schaltschrank eingebaut, muss der hierfür zur Verfügung stehende Bauraum ebenfalls berücksichtigt werden. Die Wahl des Gehäusematerials wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst. Dazu gehören unter anderem die Umgebungsbedingungen, denen das Gehäuse ausgesetzt ist, und ob die Elektronik einen besonderen EMV-Schutz benötigt. Robuste Aluminiumprofil- oder -druckgussgehäuse eignen sich in der Regel problemlos für den Outdoor-Einsatz. Dichtungen, beispielsweise aus Polyurethan, erhöhen den IP-Schutz zusätzlich.

Die Frage nach der Anzahl der benötigten Gehäuse eines Typs bestimmt üblicherweise die Wahl des Produktionsverfahrens. Bei einzelnen Spezialgehäusen kann es wirtschaftlich sein, sie aus dem Vollen zu fräsen. Für größere Serien lohnt sich dagegen die Anfertigung eines Werkzeugs zur Herstellung belastbarer Druckgussgehäuse. Blech- oder Stanzbiegegehäuse sind vergleichsweise kostengünstig in der Produktion. Sie eignen sich sowohl für Einzelgehäuse als auch für kleine oder große Serien.

Faktoren für die Gehäuseauswahl

Von der Art der Applikation hängen neben dem zu wählenden Material und der Optik des Gehäuses auch seine Bearbeitung und eventuell erforderliches Zubehör ab. So werden beispielsweise Aluminiumdruckgussgehäuse häufig einer CNC-Präzisionsbearbeitung unterzogen, um an den Anbauflächen die erforderliche Oberflächenpräzision zu erreichen. Zudem müssen Anzahl und Platzierung von Bohrungen für Kabeldurchführungen oder die Montage von Schaltern und Drehknöpfen ebenso berücksichtigt werden, wie Ausfräsungen für Stecker, Kühlschlitze oder Aufnahmen von Tastaturen und Displays.

Wird das Elektronikgehäuse in einem anderen Gerät oder Schrank verbaut, spielt die Optik in der Regel eine untergeordnete Rolle – hier kommt es ausschließlich auf die Funktionalität an. Wird das Gehäuse hingegen offen sichtbar installiert, sieht dies anders aus. Denn auch bei technischen Produkten kauft heute das Auge mit. Der Anwender sieht zwar in erster Linie die technischen Anforderungen, umso besser ist es jedoch, wenn das Ganze ansprechend designed ist.

Die Aluminiumprofil- und -druckgussgehäuse können einer speziellen Oberflächenbehandlung unterzogen und wahlweise eloxiert, lackiert, chromatiert oder pulverbeschichtet werden. Auch mit Sand oder Glasperlen gestrahlte Oberflächen sind lieferbar. Die Gehäuse in Stanzbiegetechnik werden aus Aluminium, Edelstahl sowie unbehandeltem oder verzinktem Stahlblech gefertigt. Sie können ebenfalls bei Bedarf einer professionellen Oberflächenbehandlung unterzogen sowie wahlweise gestanzt, genibbelt und mit Einpressbolzen oder -buchsen versehen
werden.

Wahl der passendsten Entwärmung

Ein Großteil der Metallgehäuse schützen die Elektronik nicht nur, sondern übernehmen gleichzeitig auch eine kühlende Funktion. In diesen Fällen muss bei der Konzeption des Gehäuses, neben allen oben genannten Aspekten, außerdem die während des Gerätebetriebs anfallende Verlustleistung berücksichtigt werden. Ist sie gering, kann gegebenenfalls bereits ein Blechbiegegehäuse die anfallende Wärme ableiten. Bei höheren Verlustleistungen empfiehlt sich allerdings ein Aluminiumprofil- oder -druckgussgehäuse. Um eine optimale Entwärmung zu erhalten, kann es wahlweise mit integrierten Lüftungsschlitzen, äußeren Kühlrippen und Kupferinlays ausgestattet werden. Eine schwarze Lackierung erhöht darüber hinaus den Wärmeabtransport über Strahlung. Muss viel Wärme schnell abgeführt werden, empfiehlt sich die zusätzliche Integration eines Lüfters. Ingenieure sollten allerdings beachten, dass jedes bewegliche Teil den Wartungsaufwand erhöht.

Beratung bei der Gehäusekonzeption

CTX berät seine Kunden bei der Konzeption des passenden, bei Bedarf auch kühlenden Gehäuses. Am Beispiel eines kühlenden Aluminium-Profilgehäuses, dass das Unternehmen für einen kompakten, modular aufgebauten Box-PC konzipiert hat, wird das deutlich. Bei diesem Gehäuse leiten äußere Kühlrippen die entstehende Verlustleistung von 15 W zuverlässig, ohne zusätzliche wartungsintensive Komponenten wie Lüfter, ab und tragen damit zur fehlerfreien Funktion des PCs bei.

Auf Wunsch des Kunden stattete CTX das Gehäuse für die Montage der Front-, Rück- und Bodenplatte zusätzlich mit insgesamt zwölf Einpressbohrungen aus. Die Frontplatte für den I/O-Bereich wurde mit Aussparungen für PC-Schnittstellen versehen, anthrazit lackiert und mit den Beschriftungen für die Schnittstellen bedruckt. Die Rückseite erhielt neben der anthrazitfarbenen Lackierung lediglich Bohrungen für die Montage eines Halbleiterlaufwerks und eines Adapters für die Hutschienenmontage. Außerdem verfügt das Gehäuse des Box-PCs über Desktopfüße, lässt sich jedoch auch an der Wand befestigen.

Hoher IP- und EMV-Schutz

Bei der Entwicklung eines Gehäuses für die Spannungsversorgung industrieller Antriebe stand neben Schutz und Kühlung vor allem die elektromagnetische Abschirmung im Fokus. Da der Kunde jährlich mehrere tausend Gehäuse benötigt, lohnte sich hier die Anfertigung eines speziellen Werkzeugs für die Ausformung von Aluminiumdruckgussgehäusen. Das Gehäusematerial ist leicht, gleichzeitig mechanisch sowie chemisch robust und schirmt Elektronik besonders gut ab. Darüber hinaus zeichnen sich Aluminiumdruckgusslegierungen durch eine gute Wärmeleitfähigkeit von 150 W/mK aus. Diese reicht im Fall der Antriebsnetzteile aus, um die entstehende Verlustleistung auch ohne Oberflächen vergrößernde Effekte wie Kühlrippen nur mit natürlicher Konvektion abzuführen. Der Gehäusedeckel erhielt eine Polyurethan-Dichtung, die die Elektronik gegen Staub, Berührung und Spritzwasser schützt.

Zudem stattet CTX die Gehäuse nach Zeichnungsvorgabe mit Bohrungen für die diversen Anschlüsse aus. Eine Pulverbeschichtung sorgt für den robusten Look. Eine besonders spannende Herausforderung war die Realisierung eines optisch ansprechenden Aluminiumdruckgussgehäuses für einen Stellantrieb, das gleichzeitig als Motorflansch fungieren sollte. Speziell diese Flanschfunktion stellte hohe Anforderungen an die Gehäuseoberfläche und die vorzusehenden Bohrungen. Daher wurde das Aluminiumdruckgussgehäuse nach dem Guss einer CNC-Präzisionsbearbeitung unterzogen, um an den Anbauflächen die erforderliche Oberflächenpräzision zu erreichen. Anschließend wurde das Gehäuse aus optischen Gründen pulverbeschichtet. Zudem stattet CTX die Prozessorgehäuse nach Zeichnungsvorgabe mit Bohrungen für die diversen Anschlüsse aus.

Worauf man bei der Auswahl achten sollte

Die wichtigsten Fragen bei der Elektronikgehäuse-Auswahl:

  1. Wie groß muss das Gehäuse sein und wie viel Bauraum steht zur Verfügung?

  1. Welches Material passt am besten zu den Umgebungsbedingungen und bietet den erforderlichen EMV- und IP-Schutz?

  1. Wie viele Gehäuse werden benötigt und welches Herstellungsverfahren eignet sich dafür am besten?

  1. Wie muss das Gehäuse für den Einsatz bearbeitet werden und welches Zubehör wird benötigt?

  1. Benötigt der Einsatz des Gehäuses ein besonders Design bzw. eine spezielle Oberflächenbehandlung?

  1. Muss das Gehäuse neben Schutz auch eine Kühlfunktion erfüllen?

Bildergalerie

  • Beispiel für ein von CTX entwickeltes schwarzeloxiertes, kühlendes Extrusionsgehäuse mit integrierten Kühlrippen für einen Box-PC.

    Beispiel für ein von CTX entwickeltes schwarzeloxiertes, kühlendes Extrusionsgehäuse mit integrierten Kühlrippen für einen Box-PC.

    Bild: CTX Thermal Solutions

  • Eine Polyurethan-Dichtung im Deckel des Aluminiumdruckgehäuses schützt die verbaute Elektronik sicher vor Spritzwasser. Die Bohrungen nehmen elektrische Ein- und Ausgänge sowie eine An-/Aus- Schalter auf.

    Eine Polyurethan-Dichtung im Deckel des Aluminiumdruckgehäuses schützt die verbaute Elektronik sicher vor Spritzwasser. Die Bohrungen nehmen elektrische Ein- und Ausgänge sowie eine An-/Aus- Schalter auf.

    Bild: CTX Thermal Solutions

  • CTX liefert auch Gehäuse in Profiltechnik mit eloxierten, lackierten, chromatierten oder pulverbeschichteten Oberflächen.

    CTX liefert auch Gehäuse in Profiltechnik mit eloxierten, lackierten, chromatierten oder pulverbeschichteten Oberflächen.

    Bild: CTX Thermal Solutions

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