Gut kombiniert: die Vorteile von Aluminium-Halbschalengehäusen

Ob in der Leistungselektronik, der Medizin- oder in der Telekommunikationstechnik – viele Einsatzgebiete erfordern hochwertige und funktionelle Gehäuse zur Aufnahme von elektronischen Funktionseinheiten. Die technischen Ansprüche, die an ein Gehäuse gestellt werden, hängen hierbei von der jeweiligen Anwendung ab und unterscheiden sich somit von Fall zu Fall. Neben grundlegenden Kriterien wie die sichere Implementierung der Elektronikkomponenten und deren Schutz vor schädlichen Umwelteinflüssen, fordern Benutzer oft auch ein ansprechendes und montagefreundliches Design, verschiedene funktionelle Eigenschaften und eine projektspezifische Modifikation der Gehäuse.

Aluminium-Halbschalengehäuse prädestinieren sich aufgrund ihrer modularen Bauweise und der positiven Eigenschaften des Aluminiums für ein breites Anwendungsspektrum.

Die besonderen Eigenschaften des Aluminiums

Bei der Wahl eines Elektronikgehäuses gibt es einige Aspekte zu berücksichtigen. Zunächst einmal sollte es aus einem Werkstoff gefertigt sein, der den Einsatzbedingungen standhält. Durch seine besonderen Eigenschaften bietet Aluminium zur Herstellung von Elektronikgehäusen eine Vielzahl von Vorteilen. Da die Zusammensetzung von Aluminium kein Eisen enthält, rostet es nicht im herkömmlichen Sinne. Vielmehr bildet es in einer oxidierenden Umgebung auf natürliche Weise eine dünne Oxidschicht, welche die Oberflächen des Aluminiums schützt. Ein Eloxieren der Oberfläche steigert die Widerstandsfähigkeit des Aluminiums und verleiht ihm ein gleichmäßiges Erscheinungsbild. Aufgrund dessen eigen sich Gehäuse aus Aluminium sowohl für dekorative Anwendungen als auch für den Einsatz in rauen, industriellen Umgebungen.

Die Wärmeabfuhr elektronischer Systeme gestaltet sich aufgrund steigender Verlustleistungen immer komplizierter. Wärmetechnisch optimierte Lösungen fordern daher oft Gehäuse aus einem Material mit einer guten thermischen Leitfähigkeit. Angesichts des hohen Wärmeleitwertes des Aluminiums von bis zu 210 W/(mK) tragen Gehäuse aus diesem Werkstoff erheblich dazu bei, die implementierte Elektronik zu entwärmen und so temperaturstressbedingte Ausfälle zu vermeiden.

Mit einer Dichte von 2,71 g/cm³ gehört Aluminium zu den Leichtmetallen. Dennoch handelt es sich um ein robustes Material, dass sich gut be- und verarbeiten lässt, und dessen Festigkeit und Formbarkeit sich durch Legierungselemente wie Magnesium, Eisen und Silizium weiter erhöhen lassen. Aluminiumlegierungen wie EN AW 6060 oder EN AW 6063 eignen sich sehr gut für das Strangpressverfahren. Dieses Verfahren dient unter anderem der kostengünstigen Herstellung von Halbschalenprofilen, welche in einem Gehäuse eine stabile Struktur schaffen. Ein weiterer Vorteil von stranggepressten Halbschalenprofilen ist, dass sich funktionelle Geometrien direkt in das Profil miteinformen lassen (Bild 1).

Zusammengefasst erweisen sich Gehäuse aus Aluminiumprofil-Halbschalen als widerstandsfähig gegenüber negativen Umwelteinflüssen und thermischen Belastungen, und bieten zudem eine hohe Formstabilität.

Diverse Halbschalen für unterschiedliche Anwendungen

Ein Gehäuse sollte der Elektronik nicht nur genügend Platz bieten, sondern zusätzlich über Aufnahmemöglichkeiten verfügen, um alle Komponenten ordnungsgemäß und sicher unterzubringen. Viele Anwendungen benötigen zudem Gehäuse, die sich durch ein besonders montagefreundliches Design und verschiedene funktionelle Eigenschaften kennzeichnen. Die modulare Bauweise von Gehäusen, deren Grundkörper sich aus zwei gegeneinander gesteckten Aluminium-Halbschalenprofilen zusammensetzt, sorgt für eine schnelle und unkomplizierte Installation der elektronischen Komponenten. Außerdem erleichtert diese Bauweise Wartungs- und Reparaturarbeiten, was Zeit und Kosten spart. Die Fixierung der Halbschalen, sowie deren front- und rückseitiger Abschluss, bilden angeschraubte Deckelplatten. Zusammen entsteht so ein geschlossenes und stabiles Gehäuse.

Kunden haben die Möglichkeit aus einem breiten Sortiment diverser Halbschalenprofile zwei Favoriten, gleicher oder unterschiedlicher Form und Höhe, zu wählen. Die Länge der Halbschalenprofile ist variabel und kann auf ein gewünschtes Maß zugeschnitten werden. Alle offerierten Aluminiumprofil-Halbschalen verfügen über verschiedene zweckdienliche Konturelemente, die schon beim Strangpressen eingeformt wurden. Stets vorhanden sind die 1,8 mm breiten, innen liegenden Führungsnuten, die eine senkrechte und vertikale Aufnahme von Komponenten wie beispielsweise Leiterplatten im Gehäuse gewährleisten, oder die speziell geformten Schraubkanäle, welche zur Befestigung der Deckelplatten dienen. Weitere Konturelemente sind beispielsweise T-Nuten. Sie ermöglichen ein Einschieben von Gewindestreifen oder schiebbaren Muttern entlang des Profils und erlauben es, Abstandbolzen zu fixieren (Bild 2).

Für Anwendungen, die eine sichere Befestigung von Transistoren erfordern, bieten sich Gehäuseschalen an, die über eine eigens designte Kontur verfügen. Mittels universeller Einrast-Transistorhaltefedern werden die Transistoren zuverlässig an ihrem Platz gehalten.

Wird die Wärme von Leistungskomponenten nicht angemessen abgeführt, kann dies die Zuverlässigkeit und Lebensdauer eines Elektroniksystems beeinträchtigen. Halbschalenprofile mit einer Kühlrippengeometrie fördern die Wärmeabfuhr. Aluminium ist ein ausgezeichneter Wärmeleiter, und die Verwendung von Kühlrippen verstärkt diese Eigenschaft. Die Kühlrippen vergrößern die Oberfläche des Halbschalenprofils, wodurch die Wärme effizienter an die Umgebungsluft abgegeben werden kann.

Eine sichere Fixierung der Gehäuse garantieren Profilhalbschalen mit integrierten Befestigungskonturen wie beispielsweise seitlich außenliegende Laschen, welche mit Aussparungen für Schrauben versehen wurden. Die unkomplizierte Montage eines Gehäuses an eine Standard-Tragschiene TS 35 nach EN 60715 ermöglicht eine Profilhalbschale mit einer eigens dazu entwickelten Außenkontur und einer dort fest eingepressten Stahlfeder. Mittels dieser Hutschienenbefestigung können die Gehäuse direkt auf die Hutschiene aufgesetzt werden (Bild 3).

Alternativ können die Gehäuse mit einer Rückwand ausgestattet werden, die über diese spezielle Hutschienenbefestigung verfügt. Die Position der Befestigung auf der Rückwand wurde hierbei so gewählt, dass sich die Gehäuse mittig zur Hutschiene positionieren (Bild 4).

Stoßfeste Kunststoffabdeckungen (UL 94 V-0 gelistet) mit integrierten Standfüßen heben ein Gehäuse nicht nur optisch hervor, sondern bieten auch eine horizontale und vertikale Verbindungsmöglichkeit der Gehäuse untereinander. Zudem erlaubt die rutschhemmende Eigenschaft der Standfüße eine sichere Anwendung als Tischgehäuse. Die Kombination unterschiedlich großer Standfüße gestattet den Einsatz als Pultgehäuse.

Damit Kunden die Möglichkeit haben ihren Gehäusen eine individuelle Note zu geben, sind alle Kunststoffelemente in vielen RAL-Farben realisierbar und auf Anfrage erhältlich (Bild 5).

Farbgebung und Oberflächenbeschaffenheit

Neben den funktionellen Eigenschaften ist auch das Erscheinungsbild der Gehäuse von großer Bedeutung. Infolgedessen sind die Farbgebung und die Oberflächengüte ein entscheidendes Kriterium bei der Wahl eines Gehäuses. Aluminiumgehäuse werden standardmäßig in den Oberflächenausführungen naturfarben eloxiert (ME) und schwarz eloxiert (SA) angeboten. Andere Farben sind auf Anfrage möglich. Ein Sand- oder Glasperlenstrahlen vor dem Eloxieren verleiht der Aluminiumoberfläche ein mattfeines und dekoratives Aussehen.

Arbeiten elektronische Geräte unter erschwerten Umweltbedingungen bei denen eine eloxierte Gehäuseoberfläche keinen ausreichenden Schutz bietet, empfehlen sich Pulverbeschichtungen. Sie zeichnen sich durch eine sehr gute Kratz- und Abriebfestigkeit aus mit einer hohen Schutzwirkung gegen Korrosion und Chemikalien. Da das Pulver keine Schwermetalle und Lösungsmittel enthält, handelt es sich dazu um eine umweltfreundliche Oberflächenbehandlung.

Oftmals müssen Gehäuse über eine ausreichende Abschirmung gegen elektromagnetische Interferenzen verfügen, um die Stabilität des Elektroniksystems zu gewährleisten. Eine EMV-gerechte Ausführungen ist mit der elektrisch leitenden Passivierung „TP“ (TP = transparent passiviert) erreichbar. Hervorzuheben ist, dass diese Passivierung Titanfluoride enthält, anstelle von Chrom (VI) -haltigen Stoffen, und damit den RoHs-Richtlinien entspricht. Da es sich bei TP um eine recht berührungsempfindliche Oberfläche handelt, werden die Gehäusekomponenten nach der Passivierung meist im zusammengebauten Zustand lackiert oder pulverbeschichtet. Somit bleiben die Kontaktflächen elektrisch leitend. Leitfähige Flachdichtungen zwischen den Deckelplatten und dem Gehäusekörper, sowie Schnurdichtungen zwischen den Halbschalen, passen sich den Kontaktstellen lückenlos an und erhöhen die Isolationseigenschaften.

Individuelle Modifikationen für projektspezifische Anforderungen

In den meisten Fällen sind Gehäuse mit individuellen Bearbeitungen für technische Applikationen gefragt. Neben der Entwicklung funktioneller Gehäuse und deren Oberflächenveredelung gehört auch eine mechanische Bearbeitung aller Gehäuseelemente zu den Kernkompetenzen von Fischer Elektronik. Moderne CNC-Bearbeitungszentren und Automaten, die hohe Bearbeitungsgüte in Industrie- oder Dekorqualität gewährleisten, lassen eine umfangreiche projektspezifische Modifizierung der Standard-Gehäusen nach Kundenvorgaben zu. So können projektspezifische Konturen, wie Nuten, Frästaschen oder Durchbrüche durch eine frästechnische Bearbeitung in alle Gehäusekomponenten implementiert werden. Fräsbearbeitungen zeichnen sich durch eine hohe Toleranzgenauigkeit, eine saubere Kantenglätte, und planebene Fräsflächen mit besonderer Güte in Hinsicht auf Ebenheit und Rauheit aus. Doch nicht immer sind glatte Schnittkanten zwingend erforderlich. Die Herstellung der Deckelplatten erfolgt vorzugsweise durch die Trennverfahren „Stanzen“ und „Nibbeln“. Diese Verfahren zeichnen sich durch eine hohe Produktivität und niedrige Herstellungskosten aus. Auf diese Weise lassen sich nahezu alle notwendigen Durchbrüche schnell und preiswert in die Deckelplatten stanzen bzw. nibbeln.

Fazit: Halbschalengehäuse aus Aluminium bieten vielfältige Vorteile

Die modulare Bauweise von Halbschalengehäusen aus Aluminium vereinfacht die Montage der Gehäuse und erleichtert die Implementierung der Elektronik, sowie deren Wartung. Die zahlreichen Kombinationsvarianten unterschiedlicher Profilhalbschalen mit diversen zweckdienlichen Konturelementen, bieten Kunden die Möglichkeit ein für ihre Anwendung geeignetes Gehäuse zusammenzustellen. Aufgrund der leichten Modifizierbarkeit können Benutzer alle Gehäusekomponenten nach ihren individuellen Anforderungen anpassen lassen, was zu einer maßgeschneiderten Lösung führt. Insgesamt bieten Halbschalengehäuse eine kostengünstige und praktische Lösung für individuelle Gehäuseanforderungen. (neu)