10 Tipps für die Spezifikation eines Elektronikgehäuses

Zu Beginn eines neuen Projekts gibt es viele Dinge zu bedenken, nicht zuletzt das Gehäuse, in dem die Komponenten untergebracht werden sollen. Das Gehäuse wird das sein, was die Verbraucher sehen und womit sie interagieren, und sie möchten sicherstellen, dass es alle für ihre Anwendung erforderlichen Eigenschaften aufweist.

Ausgehend von der Erfahrung von Hammond Manufacturing als Gehäusehersteller gibt es 10 allgemeine, aber wichtige Kriterien, die bei der Auswahl eines Gehäuses zu beachten sind.

1. Abmessungen

In einer perfekten Welt wird das Gehäuse ausgewählt, bevor die Platine entworfen wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Platine genau die richtige Größe hat und, falls das Gehäuse über Befestigungsleisten verfügt, die Befestigungslöcher genau an der richtigen Stelle sind. Manchmal ist es allerdings unvermeidlich, dass der umgekehrte Fall eintritt, und die Platine eine Gehäuse angepasst werden muss.

Wie groß ist die Leiterplatte? Soll sie horizontal oder vertikal montiert werden? Viele Kunststoffgehäuse haben an den Seiten des Gehäuses Slots für die direkte vertikale Montage oder an der Ober- und Unterseite Leiterplatten-Montagevorsprünge für die horizontale Montage. Stranggepresste Aluminiumgehäuse haben in der Regel durchgehende Slots an den Seiten für die horizontale Leiterplattenmontage. Wie viel Platz, wenn überhaupt, muss auf den Außenseiten für Anzeigen, Schalter, Stecker, Kabeleinführungen und ähnliche Komponenten vorhanden sein? Welche Höhe ist für plattenmontierte Komponenten oder mehrere horizontale Platinen erforderlich?

Abbildung 1: Kunststoffgehäuse mit internen Kartenführungen aus der Serie 1591T von Hammond. (Bildquelle: Hammond Manufacturing)

Abbildung 2: Ein stranggepresstes Aluminiumgehäuse aus der Serie 1455 von Hammond mit Slots für Leiterplatten. (Bildquelle: Hammond Manufacturing)

2. Umgebung für die Installation

Wo soll das Produkt verwendet werden? Drinnen, draußen oder beides? Bei der Nutzung im Außenbereich ist die UV-Beständigkeit von Kunststoffgehäusen ein potenzielles Problem, so dass Polycarbonat die Standardwahl ist. Sind Stöße und Vibrationen bei mobilen Anwendungen, wie z. B. im Straßen- und Schienenverkehr, ein Problem? Besteht die Gefahr des Eindringens von Wasser oder Staub (siehe Punkt 5 unten)? Könnten Verunreinigungen wie Öle oder Chemikalien vorhanden sein? Ist hohe Widerstandsfähigkeit gegen Schlagschäden erforderlich? Werden besonders hohe oder niedrige Temperaturen erwartet?

ABS eignet sich hervorragend für den Einsatz in Innenräumen und für Handgeräte. Polycarbonat ist aufgrund seiner guten Temperaturbeständigkeit, UV-Stabilität und Stoßfestigkeit ein gutes Material für den Außenbereich und für industrielle Anwendungen. Metall, wie z. B. Aluminiumdruckguss, hat eine hohe Schlag- und Temperaturbeständigkeit.

Abbildung 3: Ein Polycarbonat-Gehäuse mit durchsichtigem Deckel aus der Serie 1554 von Hammond. (Bildquelle: Hammond Manufacturing)

3. Material

Bei kleinen Gehäusen sind die Optionen in der Regel Kunststoff (einschließlich ABS und Polycarbonat) und Metall (einschließlich Druckguss, gefaltetem oder stranggepresstem Aluminium und Stahl). Polycarbonat wird in der Regel für die Verwendung im Freien spezifiziert, da es im Gegensatz zu ABS nicht spröde wird und sich nicht durch Sonneneinstrahlung verfärbt.

Aluminiumgehäuse bieten eine gute Stoßfestigkeit und sind von sich aus elektrisch leitfähig, obwohl lackierte oder eloxierte Oberflächen nicht die Verbindungsbereiche abdecken dürfen, um die Kontinuität des gesamten Gehäuses zu gewährleisten. Einige Ausführungen von Strangpressgehäusen bieten Merkmale wie mehrere Rippen zur Vergrößerung der Oberfläche, um die Wärmeableitung zu verbessern. Aluminium-Druckgussgehäuse sind stark und robust, korrodieren nicht, sind elektrisch leitfähig, haben eine hohe elektromagnetische Dämpfung und lassen sich leicht bearbeiten. Für Anwendungen, bei denen der Schutz vor Stößen wichtig ist, bei denen EMV ein Thema sein könnte oder bei denen mit hohen Temperaturen, Staub oder Wasser zu rechnen ist, ist das Druckgussgehäuse die ideale kostengünstige Wahl.

4. EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit)

Kunststoffgehäuse haben eine besondere Schwäche: Sie bieten keine Dämpfung gegen elektromagnetische Einflüsse. Wenn EMI oder RFI, die von der untergebrachten Elektronik ausgehen, oder deren Anfälligkeit für externe Felder ein potenzielles Problem darstellen, könnte die fehlende Abschirmung ein Problem sein. Innenbeschichtungen aus einer Vielzahl von Materialien können auf die Innenflächen eines Kunststoffgehäuses aufgebracht werden, um je nach den Anforderungen des Projekts unterschiedliche Dämpfungsgrade zu erzielen. Durch das Angebot verschiedener Materialien in unterschiedlichen Dicken kann die kostengünstigste und technisch beste Lösung angeboten werden.

Metallgehäuse, vorausgesetzt, sie sind so konstruiert, dass zwischen Ober- und Unterteil sowie den abnehmbaren Platten ein elektrischer Durchgang besteht, bieten ein EMV-Niveau, das für die meisten kommerziellen Anwendungen mehr als ausreichend sein dürfte. Die elektrische Verbindung zwischen den beiden Gehäusehälften wird durch eine leitfähige Dichtung hergestellt.

5. Abdichtung gegen Umwelteinflüsse

Wird das Gehäuse Umweltrisiken wie Wasser oder Staub ausgesetzt sein? Die einschlägige internationale Norm ist die EN 60529, in der die Schutzarten als IPXX angegeben sind, wobei die erste Ziffer den Schutz gegen feste Gegenstände und die zweite den Schutz gegen das Eindringen von Wasser angibt.

In der Regel sind Gehäuse der Schutzart IP54 für den allgemeinen Gebrauch geeignet. Für die Installation in Umgebungen, in denen mit Staub und Wasser zu rechnen ist, wird normalerweise IP66, 67 oder 68 spezifiziert und mit einer Dichtung erreicht. Die höchste Schutzart ist IP69K, die einen Schutz gegen Dampfreinigung mit hohem Druck bietet. In Nordamerika wird die Abdichtung von Gehäusen gegen Umwelteinflüsse normalerweise durch eine NEMA-Nummer (National Electrical Manufacturers Association) definiert. Die NEMA-Einstufungen erfordern auch zusätzliche Produktmerkmale und Tests, wie z. B. die Funktionstüchtigkeit unter Vereisungsbedingungen, Vorprägungen für Kabelanschlüsse und andere Aspekte, die bei den IP-Einstufungen nicht berücksichtigt werden.

Abbildung 4: Einige Gehäuse, wie z. B. dieses der Serie 1551SNAP, sind so konzipiert, dass sie für Anwendungen wie Umweltsensorik die Elemente durchlassen. (Bildquelle: Hammond Manufacturing)

6. Hardware

Gehäuseteile und -abdeckungen müssen an der entsprechenden Hälfte befestigt werden, wobei es zwei Hauptmethoden für Kunststoff- und Druckgussgehäuse gibt. Entweder wird eine selbstschneidende Schraube direkt im Material des Sockels befestigt, oder eine Maschinenschraube passt in einen Gewindeeinsatz (oder eine Buchse), der sich im Sockel befindet. Eine Maschinenschraube ist vorzuziehen, wenn während der Lebensdauer des Geräts wiederholte Öffnungen und Schließungen zu erwarten sind, während eine selbstschneidende Schraube für Anwendungen des Typs „einrichten und vergessen“ ausreichend ist.

Abbildung 5: Ein kostengünstiges Kunststoffgehäuse ohne Messingeinsätze (links) und ein flammhemmendes Kunststoffgehäuse mit Messingeinsätzen (rechts) aus der Serie 1591 von Hammond. (Bildquelle: Hammond Manufacturing)

7. Erscheinungsbild

Obwohl die Ästhetik sicherlich subjektiv sein kann, hat der Benutzer wahrscheinlich zumindest eine allgemeine Vorstellung davon, wie das Produkt aussehen und sich anfühlen soll. Bei den Kunststoffgehäusen haben Sie die Wahl zwischen lichtundurchlässigem und lichtdurchlässigem Material in einer Vielzahl von Farben. Sie sind leicht und verfügen häufig über vertiefte Deckel für Folientastaturen und Displays. Stranggepresste Gehäuse haben ein elegantes Eloxal-Finish, das mit Zubehör wie bunten Kunststoffblenden kombiniert werden kann, um einen auffälligen Look zu erzielen. Aluminiumdruckgussgehäuse können in einer Vielzahl verschiedener Farben lackiert werden und werden für hochgradig individuelle Produkte wie Gitarrenpedale bevorzugt. Manchmal ist ein robustes, unbearbeitetes Druckgussgehäuse alles, was der Benutzer braucht!

Abbildung 6: Lackierte „Stomp-Box“-Gehäuse aus Aluminiumdruckguss aus der Serie 1590 von Hammond. (Bildquelle: Hammond Manufacturing)

8. Verfügbarkeit von Produkten und Support

Standardgehäuse für die Elektronik- und Elektroindustrie werden von vielen spezialisierten Herstellern in einer Vielzahl von Größen, Ausführungen und Typen produziert. Ein gegossenes, stranggepresstes oder druckgegossenes Gehäuse mag auf den ersten Blick wie ein einfacher Kasten aussehen, doch in Wirklichkeit ist es das Ergebnis umfangreicher Konstruktionskenntnisse, die zu einem funktionsreichen Gehäuse geführt haben, das sich für eine Vielzahl von Anwendungen und Umgebungen eignet. Distributoren halten ein umfangreiches Lager an Standardgehäusen vor, und der jüngste Trend geht dahin, dass die Händler nun gemeinsam mit den Herstellern ihre Kunden technisch unterstützen und mit ihnen in der Konstruktionsphase zusammenarbeiten, um das am besten geeignete Gehäuse für die jeweilige Anwendung auszuwählen.

9. Herunterladbare Zeichnungen und Hilfsmaterialien

Jeder seriöse Gehäusehersteller und -händler stellt auf seiner Website eine umfassende Bibliothek mit technischen Informationen zur Verfügung. Zu den typischen herunterladbaren Ressourcen gehören bemaßte Zeichnungen im PDF- und CAD-Format, die bei Konstruktions- und Änderungsanforderungen, technischen Details und wichtigen Produkteigenschaften helfen.

Abbildung 7: Für alle Hammond-Gehäuse stehen Maßzeichnungen zum Download zur Verfügung. (Bildquelle: Hammond Manufacturing)

10. Anpassung

Alle Gehäuse müssen in irgendeiner Weise modifiziert werden, um nützlich zu sein, z. B. durch das Anbringen von Löchern für Anschlüsse oder das Aufdrucken von Etiketten und einem Logo. Hammond bietet interne Bearbeitungs- und Druckdienstleistungen mit einer geringen Mindestbestellmenge an. Die Art des Gehäuses eröffnet einzigartige Möglichkeiten zur individuellen Gestaltung. Wir können zum Beispiel eingepresste Hardware wie Abstandshalter in Metallgehäuse einbauen, die Länge von stranggepressten Aluminiumgehäusen anpassen und Kunststoffgehäuse in kundenspezifischen Farben formen. Weitere Informationen über modifizierte Gehäuse finden Sie auf der Seite Maßgefertigte Gehäuse von DigiKey.

Abbildung 8: Ein Gehäuse aus stranggepresstem Aluminium der Serie 1455, das mit farbigen Einfassungen, Ausschnitten und Aufdrucken individuell gestaltet wurde. (Bildquelle: Hammond Manufacturing)

Fazit

Nicht alle diese Tipps werden auf jedes Projekt zutreffen, aber ihre Berücksichtigung hilft, das große Ganze im Auge zu behalten - vom Verständnis der kurzfristigen und langfristigen Verfügbarkeit eines bestimmten Gehäuses bis hin zur Dimensionierung der perfekten Box für das nächste Projekt. Die Berücksichtigung der maßlichen und technischen Anforderungen sowie der Machbarkeit und Ästhetik gewährleistet, dass jedes Projekt vom Prototyp bis zur Markteinführung so reibungslos wie möglich verläuft.