Schutz vor negativen Einflüssen – das ist der Grund, warum elektronische Baugruppen, Module und Elektronikkomponenten ein passendes Gehäuse benötigen. Betrachtet man die einzelnen Einsatzbereiche der Gehäuse, so sollen diese in erster Linie einen Schutz vor Schmutz, Staub, Feuchtigkeit und unberechtigtem Zugriff bieten. Manche Anwendungen erfordern weitere funktionelle Eigenschaften, wie die Widerstandsfähigkeit, die Kühlfähigkeit oder die EMV-Verträglichkeit. Gefragt sind insbesondere kundenspezifische Modifikationen, anpassbare Form- und Größenfaktoren sowie die einfache Montage der Elektronikkomponenten. Neben den technischen Parametern sind auch das Preis-Leistungsverhältnis und ein modernes äußeres Erscheinungsbild nicht unerheblich: Schließlich entscheiden der erste Eindruck und der Preis, ob Kunden das Endprodukt kaufen.

Kombination aus Aluminium-Strangpressprofilen

Aluminiumgehäuse können sowohl aus Blechbiegeteilen, als auch aus Extrusionsprofilen bestehen, die in einem Strangpressverfahren erzeugt werden. Sie bieten einige der besten Möglichkeiten die empfindliche und wertvolle Elektronik zu verpacken. Besonders die stranggepressten Aluminiumprofile finden in den innovativen Gehäusekonstruktionen eine breite Verwendung, da sie neben den zahlreichen, positiven, technischen Eigenschaften auch vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten erlauben.

Die Aluminium-Strangpressprofile werden aus speziellen Knetlegierungen hergestellt, die in Form von erhitzten Aluminiumbolzen in einem Extrusionsverfahren durch eine Matrize gepresst verschiedenartige Profilkonturen ergeben. Hauptbestandteile der Knetlegierungen sind Aluminium, Magnesium, Eisen und Silizium. Diese verschaffen dem Gehäuse neben der erforderlichen Robustheit und Stabilität weitere wichtige Eigenschaften, wie eine sehr gute elektrische und thermische Leitfähigkeit. Diese Eigenschaften werden vor allem zur elektromagnetischen Abschirmung oder Entwärmung der im Gehäuse verbauten Elektronik genutzt. Außerdem lassen sich die stranggepressten Profile durch unterschiedliche Oberflächenbehandlungen wie Eloxieren, Lackieren oder Pulverbeschichten anschließend gut gestalten.

Bild 1: Hier sind vielfältige Kombinationsgehäuse zur Aufnahme von Leiterplatten im 100 mm und 160 mm Europakartenformat sowie von unterschiedlichen ungenormten Leiterplatten zu sehen.

Bild 1: Hier sind vielfältige Kombinationsgehäuse zur Aufnahme von Leiterplatten im 100 mm und 160 mm Europakartenformat sowie von unterschiedlichen ungenormten Leiterplatten zu sehen. Fischer Elektronik

Zwei Halbschalen kombiniert

Das Konzept der Produktgruppe Kombinationsgehäuse (Serie KO) besteht aus zwei dieser extrudierten Aluminium-Halbschalen-Profile unterschiedlicher Form und Größe, die über eine spezielle Nut- und Federgeometrie zusammengesteckt werden und somit den Grundkörper des Gehäuses bilden. Dieser Grundkörper wird mittels angeschraubter Deckelplatten fixiert und bildet somit ein geschlossenes und stabiles Gehäuse (Bild 1). Hierfür sind in den Gehäuseprofilen spezielle Schraubkanäle vorhanden, die mit einem metrischen Gewinde versehen, eine spannlose Gehäusemontage gewährleisten.

Sämtliche Kombinationsgehäuseprofile sind mit 1,8 mm breiten, integrierten und innenliegenden Führungsnuten ausgestattet, die in einem vorgegebenen Raster von 5,08 mm angeordnet sind. Sie ermöglichen eine einfache und schnelle Aufnahme der genormten Leiterplatten in Breiten von 100 mm sowie 160 mm. Durch eine umlaufende Anordnung der Führungsnuten in den Gehäuseprofilen können die Leiterplatten waagerecht und senkrecht montiert werden. Andere Ausführungen der Kombinationsgehäuseprofile besitzen T-förmige Einschiebekanäle zur Aufnahme von speziellen Einbausätzen BFSLP. Diese dienen ebenfalls dem Einbau von vielen unterschiedlichen, spezifischen und ungenormten Leiterkartenformaten dienen.

Die zunehmende Integrationsdichte der Elektronikkomponenten und deren steigende Verlustwärme benötigen Gehäuse mit optimierten Wärmeableiteigenschaften. Mehrere verschiedenartige Halbschalenprofile der Kombinationsgehäuseserie KO mit außenliegenden Kühlrippen bieten hierfür ein effektives thermisches Management. Ausgestattet mit einer besonderen Nutgeometrie – wie Einrast-Transistor-Haltefedern (THFU) – haben die Aluminiumgehäuseprofile eine optimale Wärmeableitung für die Leistungselemente.

Weitere Varianten der Halbschalenprofile mit außenliegenden Laschen zur Wand- und Deckenmontage, integrierten Klammerbefestigungen zur Montage auf 35 mm Tragschienen, sowie Profile mit einer abgeschrägten Oberfläche für die Anwendungen als Pultaufsatz erweitern die Ausführungen der montagefreundlichen Kombinationsgehäuse.

Im Tubus sicher

Bild 2: Robuste Tubusgehäuse mit kundenspezifischen Modifikationen.

Bild 2: Robuste Tubusgehäuse mit kundenspezifischen Modifikationen.Fischer Elektronik

Eine vergleichbare Art dieses Gehäuseaufbaus findet ihre Verwendung in einer weiteren Produktreihe der Aluminiumgehäuse – dem Tubusgehäuse (Bild 2). Hierbei werden die – nach dem Strangpressverfahren hergestellten – Tubusprofile mit stirnseitigen Abdeckungen zusammengebaut und bilden somit eine robuste und widerstandsfähige Gehäusekonstruktion. Die Montage von Gehäuseprofilen und Deckelplatten erfolgt sowohl über die speziellen und dafür in den Profilen vorgesehenen Schraubkanäle, als auch über den selbstschneidenden Schrauben mit einem Torxanschluss.

Als besonderes Merkmal lassen sich die optionalen Befestigungslaschen an der Tubusaußenseite problemlos einführen und dadurch an den senkrechten Oberflächen fixieren und das selbst nach der Gehäusemontage. Die eigens für etliche Tubusgehäuse entwickelte Geometrie ermöglicht die Aufnahme von verschiedenen Eingabeeinheiten wie Frontfolien oder Folientastaturen.

Das Gesamtpaket muss stimmen

Gehäuse haben viele Funktionen: sie müssen sowohl vor negativen Einflüssen schützen, als auch wirtschaftlich sein. Doch wo fängt die Wirtschaftlichkeit an? Kunden achten beim Kauf vor allem auf das Erscheinungsbild. Hier ist nicht nur die Farbe, sondern auch das Design, die Haptik und das eingesetzte Material zu beachten. So werden immer häufiger auch Kombinationsgehäuse aus diversen Aluminium-Strangpressprofilen eingesetzt. Das jeweilige Endprodukt muss in erster Linie den Wünschen und Vorstellungen des Kunden gerecht werden.

Nicht nur die mechanische Stabilität, sondern auch viele weitere funktionelle Eigenschaften bietet die Konstruktion der Tubusgehäuse. So werden die Umhausungen in bestimmten elektrotechnischen Funktionsbereichen, in denen ein EMV- oder auch IP-Schutz erforderlich sind, besonders gern verwendet. Um die elektromagnetische Abschirmung der eingebauten Elektronik zu gewährleisten, werden sämtliche Aluminiumbauteile der Tubusgehäuse mit einer leitenden Chrom-VI-freien und transparent passivierten Oberfläche beschichtet. Flache EMV-Dichtungen der Serie EDKO, die stirnseitig zwischen Gehäuseprofil und Deckelplatten verschraubt werden, schaffen eine zusätzliche Oberflächenverbindung und haben den Schutzgrad IP 54.

Für die Aufnahme von Leiterplatten und Modulen im PC/104-Format ist in der Baureihe der Tubusgehäuse ebenfalls eine speziell dafür entwickelte Umhausung vorhanden: Dank zusätzlicher funktioneller Eigenschaften eignen sich diese gleichermaßen für den Einsatz als freistehendes Stand-alone-Gehäuse, wie auch für die industriellen Anwendungen in einer widrigen Umgebung. Durch die variable Länge der extrudierten Tubusprofile ist eine problemlose Aufnahme einer beliebigen Anzahl der PC/104-Boards möglich. Seitliche Deckelplatten, ausgestattet mit zusätzlichen Lüftungsschlitzen und einem integrierten Lüfter, garantieren die optimale Entwärmung und den fehlerfreien Betrieb von leistungsstarken PC/104-Modulen.

Die richtige Oberfläche für eine effiziente Wärmeableitung

In vielen Anwendungsbereichen der Elektronik kommen seit langem herkömmliche PC-Systemen zum Einsatz, ebenso kompakte Embedded-PCs. Gerade Letztere profitieren von der zunehmenden Miniaturisierung und der hohe Integrationsdichte der in diesen PCs verbauten elektronischen Bauteile.

Bild 3: Die Gehäuse für Embedded-PCs verfügen über ein optimales Kühlkonzept und zahlreiche Öffnungen für die Schnittstellen.

Bild 3: Die Gehäuse für Embedded-PCs verfügen über ein optimales Kühlkonzept und zahlreiche Öffnungen für die Schnittstellen.Fischer Elektronik

Benötigte man noch vor ein paar Jahren mehrere separate Karten für Mainboards, Speicher- oder Grafikkarte, Ethernet und andere, so sind auf modernen System-Boards wie dem Mini ITX alle Peripherieeinheiten und Anschlüsse vorhanden, die ein Computer braucht. Eingebaut in spezielle, kompakte Embedded-PC-Gehäuse (Bild 3), finden diese ihre Verwendung in nahezu allen Anwendungsbereichen der Elektronik: unter anderem in der Industrie-Automatisierung, Bahn-, Verkehrs- und Medizintechnik, als auch bei Anwendungen wie Info-Terminals und Selbstbedienungs-Kiosksystemen.

Bei Embedded-PCs werden in der Regel nur die Komponenten in das System integriert, die auch für die entsprechende Anwendung benötigt werden. Dementsprechend kann ein Embedded-PC wegen der geringen Leistungsaufnahme, aber auch seiner großen Gehäuseoberfläche, weitestgehend lüfterlos betrieben werden. Da hier keinerlei rotierende Teile vorhanden sind, werden aufwändige Wartungsarbeiten eingespart und gleichzeitig die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit des Rechners deutlich erhöht. Außerdem sind sie prädestiniert für die Bereiche (wie der Medizintechnik), in denen man gerne auf Luftbewegungen sowie akustische Störungen verzichten würde. Um die während des Betriebes entstehende Wärme effizient ableiten zu können, werden spezielle Aluminium- Extrusionsprofile mit integrierten, außenliegenden Kühlrippen eingesetzt. Neben den guten thermischen Eigenschaften bieten diese einen sicheren mechanischen Schutz für die eingebaute empfindliche Elektronik.

Innenseitige Führungskanäle mit schiebbaren Vierkantmuttern oder Gewindestreifen garantieren eine einfache und schnelle Montage der Mainboard-Platine mittels Sechskant-Abstandsbolzen, welche in unterschiedlichen Längenausführungen verfügbar sind. Die Aufnahme diverser ungenormter Leiterplatten, Elektronikkomponenten oder Montageplatten findet über die ebenfalls im Strangprofil integrierten seitlichen Führungsnuten statt. Eine 2 mm starke Bodenplatte, sowie stirnseitige an die Profilkontur angepasste Deckelplatten, schließen den robusten und widerstandsfähigen Gehäuseaufbau ab. Optionale Tragschienen-Klammerbefestigungen sowie anschraubbare Befestigungslaschen für eine Wand- und Deckenmontage erweitern das vielfältige Einsatzspektrum der Gehäuse.

Spezifische Fertigung

Die Vielfalt der auf dem Markt erhältlichen, unbearbeiteten Standardgehäuse ist groß und bietet dem Elektronikentwickler bei der Auswahl eines passenden Gehäuses viele Vorteile. Doch für die meisten Applikationen sind kundenspezifisch angepasste Lösungen gefragt, welche nur durch leicht- und vor allem kostengünstig modifizierbare Gehäuse realisierbar sind.

Bild 4: Moderne CNC-Bearbeitungsmaschinen ermöglichen hohe Präzision und somit eine höhere Bearbeitungsqualität.

Bild 4: Moderne CNC-Bearbeitungsmaschinen ermöglichen hohe Präzision und somit eine höhere Bearbeitungsqualität.Fischer Elektronik

Umfangreiche kundenspezifische Modifikationen an den Gehäusen wie Durchbrüche, Bohrungen oder Fräsbearbeitungen sind heutzutage aus dem Dienstleistungsangebot eines Gehäuseherstellers nicht mehr wegzudenken. Die Verwendung von modernsten CNC-Bearbeitungsmaschinen und Automaten ist eine wichtige Voraussetzung für die perfekte Bearbeitungsqualität und hohe Passgenauigkeit der maßgeschneiderten individuellen Lösungen (Bild 4).

Für den optischen Eindruck eines Gehäuses sind die abschließenden Arbeitsschritte ausschlaggebend: Hier folgen Oberflächenbearbeitungsverfahren wie Schleifen, Polieren oder Sandstrahlen sowie Oberflächenbehandlungen wie Eloxieren oder Lackieren. Für Sicht- und Dekorbereiche empfiehlt sich eine Oberflächenveredelung, etwa durch galvanische Überzüge wie Verchromen oder Vernickeln. Steuerungs- und Anzeigeelementen der verbauten Elektronik lassen sich durch Digital-Eloxaldruck, Gravieren oder Laserbeschriften kennzeichnen.