Moderne elektronische Systeme stellen hohe Anforderungen an die Gehäusetechnik. Ein Gehäuse muss funktional, robust und an den spezifischen Einsatzort angepasst sein. Typische Kriterien bei der Wahl eines Gehäuses betreffen die Größe, Integrationsmöglichkeiten für elektronische Komponenten sowie ein EMV-Schutz. Darüber hinaus spielen auch die thermischen Eigenschaften eine zentrale Rolle, denn selbst Systeme, die aus kleinen Recheneinheiten bestehen, etwa Embedded-Systeme, erzeugen während des Betriebs kontinuierlich Verlustwärme, die bei unzureichender Abfuhr zur Überhitzung der Elektronik führt. Vor diesem Hintergrund gewinnen profilbasierte Aluminiumgehäuse immer stärker an Bedeutung. Sie vereinen mechanische Robustheit, hohe Integrationsfähigkeit und ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit in einer einzigen Bauform. Damit bieten sie eine Lösung, die Schutz, Funktionalität und thermische Effizienz gleichermaßen sicherstellt.
Flexible Profilarchitektur, thermische Performance
Der Einsatz stranggepresster Aluminiumprofile zur Realisierung des Gehäusekörpers bietet in der Gehäusekonzeption viele Vorteile. Sie lassen sich durch das Strangpressverfahren mit komplexen Geometrien, geringen Toleranzen sowie einer hohen Reproduzierbarkeit kostengünstig herstellen. Zudem werden sie bei Gehäuseherstellern als Meterware bevorratet und erst bei Bedarf zugeschnitten, was Anwendern die Gelegenheit bietet, die Gehäuse, neben den Standardlängen, auch in kundenspezifischen Längen zu bestellen.
Erfahrene Gehäusehersteller wie die Firma Fischer Elektronik offerieren ein umfangreiches Sortiment von profilbasierten Aluminiumgehäusen in diversen Ausführungen und Größen. Darunter befinden sich sogenannte Kombinationsgehäuse zur Aufnahme von 100-mm-Europakarten (KO H) und 160-mm-Europakarten (KO HL), deren besonderes Merkmal in ihrer flexiblen Konfigurierbarkeit besteht. Die Architektur dieser Gehäuse beruht auf zwei stranggepressten Aluminium-Profilschalen (EN AW 6060 T66), die über eine formschlüssige Nut-und-Feder-Verbindung gegeneinander gesteckt und anschließend mittels front- und rückseitig anschraubbarer Deckelplatten fixiert werden. Kunden haben die Gelegenheit, aus einem umfangreichen Portfolio diverser Halbschalenprofile, zwei identische oder zwei verschiedenartige Halbschalenprofile miteinander zu „kombinieren“, um eine Gehäuselösung zu realisieren, die gezielt auf die spezifische Anwendungsanforderung abgestimmt ist. Die zur Auswahl stehenden Halbschalenprofile zeichnen sich nicht nur in variierende Höhenmaße aus, sondern auch durch verschiedene Konturelemente, welche die Funktionalität des Gehäuses optimieren. Stets vorhanden sind speziell geformten Schraubkanäle, die der Befestigung der Deckelplatten dienen. Innen liegende Führungsnuten ermöglichen das einfache Einschieben von Komponenten wie Leiterkarten oder Montageplatten. Die Anzahl der Führungsnuten hängt dabei von der Höhe der Halbschalen ab. Dies gibt Anwendern die Möglichkeit, Bauelemente auf unterschiedlichen Ebenen zu platzieren.
Gehäusehalbschalen mit zusätzlich integrierten T-Nuten bieten eine weitere Lösung zur Aufnahme elektronischer Komponenten. Durch das Einschieben von Gewindestreifen oder verschiebbaren Muttern entlang des Profils lassen sich Befestigungselemente wie Abstandsbolzen fixieren, über die sich Elektronikkomponenten befestigen lassen.
Die Funktion typischer Embedded-Systeme besteht meist nur in einer Aufgabe, wie beispielsweise das Verarbeiten von Signalen oder das Auslesen von Sensoren, daher können sie in der Regel lüfterlos betrieben werden. Die Entwärmung erfolgt über eine Wärmesenke. Die zur Fertigung der Profilschalen verwendete Aluminium-Knetlegierung EN AW 6060 T66 zeichnet sich durch eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 210 W/(mK) aus und bietet damit hervorragende Voraussetzungen für eine effiziente thermische Performance. Aufgrund der hervorragenden Materialeigenschaften des Aluminiums übernehmen die Gehäuseschalen eine zentrale Aufgabe im thermischen Management. Insbesondere wenn sie mit einer gerippten Außengeometrie versehen sind, dienen sie neben ihrer Funktion als schützende Umhausung als Wärmesenke. Mittels einer thermisch optimierten Anbindung der wärmeproduzierenden Bauteile an die gerippte Halbschale erfolgt eine gezielte Entwärmung der Bauteile. Dabei wird die Wärme zunächst in die Halbschale übertragen und innerhalb der Halbschalenstruktur verteilt. Anschließend gelangt die Wärme über die Schalenoberfläche an die Umgebungsluft, die sie durch die natürliche Konvektion abführt. Die durch Kühlrippen vergrößerte Schalenoberfläche steigert die Effizienz dieses Prozesses deutlich, da sie mehr Austauschfläche zur Umgebungsluft bereitstellt.
Embedded-Systeme enthalten üblicherweise keine Leistungstransistoren. Um jedoch das Einsatzspektrum der Kombinationsgehäuse zu erhöhen, hat die Firma Fischer Elektronik eine Profilschale entwickelt, die innen beidseitig mit einer speziellen Kontur versehen wurde, über die mittels universeller Einrast-Transistorhaltefedern (THFU 2, THFU 3, THFU 4 und THFU 6) aus korrosionsgeschütztem Federstahl verschiedenartige Transistorgehäusetypen (TO 218, TO 247) schnell und zuverlässig angebracht werden können. Das Zusammenspiel aus Kontur und Transistorhaltefedern ermöglicht ein einfaches und schnelles Einclipsen von Transistoren, ohne die mechanische Sicherheit und thermische Kontaktierung zu vernachlässigen. Die durch die Geometrie der Haltefeder erzeugte Klemmkraft gewährleistet eine vibrationssichere Fixierung der Transistoren. Durch diese präzise und flächige Anbindung lassen sich minimale Wärmeübergangswiderstände realisieren, sodass ein besonders effizienter thermischer Pfad entsteht. Kühlrippen, die sich außen auf Höhe der inneren Befestigungskontur befinden, gewährleisten zudem eine effiziente Entwärmung der Transistoren.
Viele Anwendungen erfordern Gehäuse, die eine stabile und sichere Integration in unterschiedliche Einbausituationen gewährleisten.
Profilschalen mit außenliegenden Befestigungslaschen ermöglichen eine unkomplizierte Montage an Tischflächen, Wänden oder Decken, ohne den Innenraum der Gehäuse einzuschränken.
Die Basis von Kombinationsgehäusen, die für die Befestigung auf einer Standard-Tragschiene TS 35 nach EN 60715 vorgesehen sind, bildet ein entsprechendes Adapterprofil. Die Gehäuse können leicht von vorne auf Tragschienen mit Materialstärken von 1 – 2,3 mm aufgesteckt und arretiert werden. Eine weitere Befestigung ist nicht mehr erforderlich. Alternativ kann die Installation der Gehäuse an Tragschienen auch über Adapterrückwände erfolgen. Diese eigens dazu entwickelten Rückwände nutzen dasselbe Befestigungssystem wie das des Adapterprofil.
Die Rückwände werden ebenfalls aus einem Strangpressprofil gefertigt, das wie das Adapterprofil über eine spezielle Befestigungskontur verfügt, und in die eine Drahtformfeder aus rostfreiem Stahl fest eingepresst wurde. Der aus Kontur und Drahtformfeder resultierende Aufrast-Mechanismus bewirkt eine schnelle, werkzeuglose Montage auf die Tragschiene, und garantiert selbst bei Stoßeinwirkungen einen sicheren Halt.
Während sich bei Verwendung des Halbschalenprofils die Gehäuselänge parallel zur Tragschiene erstreckt, orientiert sie sich bei Nutzung der Adapterrückwände senkrecht zur Tragschiene, sodass die Frontplatte des Gehäuses zugänglich bleibt.
Oberfläche und EMV-Abschirmung
Aluminiumgehäuse wie die Kombinationsgehäuse werden standardmäßig in den Oberflächenausführungen naturfarben eloxiert, schwarz eloxiert oder einer Kombination aus beiden angeboten. Damit Kunden die Möglichkeit haben, ihren Gehäusen eine individuelle Note zu geben oder harmonisch in das Corporate Design einzubinden, sind viele andere Eloxalfarben auf Anfrage realisierbar.
Je nach Einsatzort ist ein elektrisch nicht leitendes Eloxal allerdings hinderlich. Arbeitet ein elektronisches System in einem elektromagnetischen Umfeld, stellt sich die Frage nach der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Um elektromagnetische Interferenzen wirksam abzuschirmen, müssen alle Gehäusekomponenten miteinander elektrisch leitend verbunden sein. Dies wird mit der elektrisch leitenden Oberflächen-Passivierung „TP“ (TP = transparent passiviert) aller Komponenten erreicht. Vorteil dieser Passivierung ist, dass sie Titanfluoride enthält, anstelle von Chrom (VI)-haltigen Stoffen, und damit den RoHS-Richtlinien entspricht.
Um die empfindliche Passivierung vor Berührung und Kratzern zu schützen, wird das Gehäuse später im zusammengebauten Zustand, lackiert oder pulverbeschichtet. Die Kontaktflächen bleiben auf diese Weise elektrisch leitend. Dennoch bleiben die Fugen zwischen den Deckelplatten und den Profilen sowie die Nut-Feder-Verbindung kritische Stellen. Für eine komplett lückenlose Kontaktierung der Komponenten, sorgen elektrisch leitende EMV-Dichtungen (EDKO) und Dichtschnüre (LSS10). Diese speziellen Dichtungen schmiegen sich präzise an den Zwischenräumen an und gewährleisten, dass die Schirmwirkung nicht unterbrochen wird.
Fazit
Moderne elektronische Anwendungen erfordern Gehäuselösungen, die weit mehr leisten als reine mechanische Schutzfunktionen. Aluminiumgehäuse wie die Kombinationsgehäuse-Serie vereinen thermische Effizienz und konstruktive Flexibilität in einem einzigen System. Sie dienen als Plattform für die sichere Befestigung elektronischer Baugruppen und übernehmen zunehmend eine zentrale Rolle im thermischen Management. Die Firma Fischer Elektronik bietet nicht nur ein breites Produktsortiment von verschiedenen Gehäusetypen sowie deren Zubehör an, sondern unterstützt und berät Kunden auch kompetent bei der richtigen Wahl und Gestaltung eines Gehäuses.
