Blechgehäuse schützen wichtige elektronische Geräte. Sie können jedoch auch Wärme stauen. Wenn sich die Wärme staut und nirgendwohin abfließen kann, kann die Innentemperatur schnell ansteigen. Dieser Anstieg kann zu Drosselungen, plötzlichen Rücksetzungen oder einer kürzeren Lebensdauer der Komponenten führen. Viele Ingenieure befolgen eine einfache Regel: Jede zusätzliche Temperatur von 10 °C kann die Lebensdauer eines Bauteils halbieren.
Aus diesem Grund ist die Belüftung ein wichtiger Bestandteil der Gehäusekonstruktion. Sie ist keine kosmetische Entscheidung. Eine effektive Planung des Luftstroms trägt zur Aufrechterhaltung konstanter Temperaturen bei. Außerdem trägt sie zu einer stabilen Leistung und längeren Lebensdauer bei. In vielen Fällen verbessert sie sogar die Sicherheit des gesamten Systems.
In diesem Leitfaden werden praktische Methoden für die zusätzliche Belüftung von Blechgehäusen erläutert. Jede Methode hat sich in realen Projekten bewährt. Diese Ideen ermöglichen es Ingenieuren, kostengünstige und unkomplizierte Luftströmungswege für industrielle, gewerbliche und Außenanwendungen zu entwerfen.
Warum ist die Belüftung bei Blechgehäusen so wichtig?
Bei der Konstruktion eines Blechgehäuses stehen oft die Größe, die Montage und die Oberflächenbeschaffenheit im Vordergrund. Die Belüftung ist jedoch ebenso wichtig. Elektronische Bauteile erzeugen Wärme, und diese Wärme muss aus dem Gehäuse abgeleitet werden können. Massives Metall allein kann das nicht leisten.
Der Wärmestau mag langsam erscheinen, aber seine Auswirkungen werden schnell deutlich. Ein 20-30-W-Gerät in einem versiegelten Gehäuse kann die Innentemperatur um 15-25 °C erhöhen. Ein solcher Anstieg kann die Lebensdauer der Komponenten verkürzen, die Leistung verringern oder sogar eine Abschaltung verursachen. Eine gute Belüftung hält die Temperaturen stabil. Sie verringert auch die Ausfallraten und unterstützt eine sicherere Langzeitnutzung.
Passive Belüftungsoptionen
Der passive Luftstrom beruht auf der natürlichen Bewegung der Luft und nicht auf dem Einsatz von Ventilatoren. Sie funktioniert gut, wenn die Wärmelasten moderat sind und die Installationsbedingungen stabil sind. Im Folgenden werden drei passive Standardmethoden vorgestellt.
Ausschnitte - Löcher, Schlitze und individuelle Muster
Durch Ausschnitte kann die Luft auf einfache Weise in das Gehäuse hinein- und herausströmen. Sie können runde Löcher, lange Schlitze oder individuelle Formen verwenden. Jede Option bietet ihre eigenen Vorteile, aber ihre Leistung kann variieren.
Was gut funktioniert:
- Schlitze in der Nähe des Bodens lassen kühle Luft eintreten und warme Luft aufsteigen und austreten.
- Einheitliche Muster gewährleisten eine vorhersehbare und unkomplizierte Produktion.
- Vermeiden Sie sehr dichte Anhäufungen von winzigen Löchern in dünnem Metall, da sie zu Verformungen führen können.
Beratung bei der Herstellung:
- Stellen Sie den Mindestlochdurchmesser auf etwa das 1,2-fache der Blechdicke ein.
- Das Metall zwischen den Löchern muss mindestens 1× so dick sein.
- Vermeiden Sie Löcher in der Nähe von Biegelinien. Achten Sie auf einen Abstand von mindestens 2× der Dicke.
Jalousien und Labyrinthlüfter
In Außenbereichen oder staubigen Umgebungen bieten offene Löcher möglicherweise nicht genügend Schutz. Lamellen lösen dieses Problem, indem sie abgewinkelte Lamellen verwenden, die das direkte Eindringen von Staub oder Regen verhindern und dennoch einen Luftstrom ermöglichen.
Wichtige Tipps zur Platzierung:
- Bei Außengehäusen sollten die Lüftungsschlitze nach unten gerichtet oder an den Seiten angebracht werden. Vermeiden Sie nach oben gerichtete Lüftungsöffnungen.
- Passen Sie den Schaufelwinkel den tatsächlichen Einbaubedingungen an.
- Rechnen Sie damit, dass sich der Luftstrom im Vergleich zu offenen Ausschnitten um 15-30% verringert, also planen Sie den Lüftungsbereich entsprechend.
Perforierte Paneele für Bereiche mit hohem Durchfluss
Perforiertes Metall ist ideal, wenn Sie einen starken Luftstrom benötigen und gleichzeitig eine gute Festigkeit und ein sauberes Aussehen wünschen. Diese Platten verwenden regelmäßige Lochmuster und können eine ganze flache Platte ersetzen oder als Einsätze hinzugefügt werden.
Was zu beachten ist:
- Übliche offene Flächenverhältnisse reichen von 20% bis 40%.
- Dickere Platten bleiben starr und lassen sich nicht biegen oder verziehen.
- Wenn Sie Pulverbeschichtung oder anodisieren Stellen Sie sicher, dass die Beschichtung die Form des Lochs nicht beeinträchtigt.
- Die Kosten sind oft niedriger als beim Laserschneiden vieler kleiner Löcher, insbesondere bei großen Flächen.
Beispiel für einen Anwendungsfall:
Ein Instrumentengehäuse hatte früher nur 6% offene Fläche für die Belüftung. Nach dem Wechsel zu einer perforierten Platte mit einer offenen Fläche von etwa 28% sanken die Innentemperaturen um 12-18 °C. Es wurde kein Lüfter benötigt.
Optionen für aktive Belüftung
Ein passiver Luftstrom ist bei mäßiger Wärmeentwicklung ausreichend, verliert aber an Effektivität, wenn die Leistung steigt oder die Komponenten dicht nebeneinander angeordnet sind. In diesen Fällen kann die natürliche Konvektion die Wärme nicht schnell genug abführen. Bei der aktiven Kühlung wird die Luft mithilfe von Lüftern oder Gebläsen durch das Gehäuse zirkuliert, um eine gleichmäßige und vorhersehbare Temperaturregelung zu gewährleisten.
Aktive Belüftung hilft, wenn:
- Die Wärmebelastung liegt über 25-30 W auf engem Raum
- Mehrere Wärmequellen befinden sich in demselben Bereich
- Luft muss durch kleine Lücken oder Kanäle strömen
- Die Umgebung ist warm oder hat einen begrenzten Luftstrom
- Sie müssen die Innentemperatur innerhalb eines bestimmten Bereichs halten
Nachfolgend finden Sie praktische Möglichkeiten, eine aktive Kühlung einzubauen und eine stabile thermische Leistung zu erhalten.
Lüfterauswahl und Luftstromleistung
Bei der Auswahl eines Lüfters geht es um mehr als nur um die Auswahl der Größe oder die Berücksichtigung der Nenn-CFM. Der tatsächliche Luftstrom hängt vom Widerstand im Inneren des Gehäuses ab.
Verständnis von CFM und Temperaturanstieg
Eine einfache Methode zur Schätzung des Luftstroms ist:
Erforderliche CFM ≈ Wärmelast (W) ÷ (1,2 × Zulässiger Temperaturanstieg °C)
Eine 60-W-Last mit einem Temperaturanstieg von 15 °C benötigt zum Beispiel etwa 3,3 CFM an freier Luft. Sobald Belüftungsöffnungen, Filter, Lüftungsschlitze oder enge Innenräume einen zusätzlichen Widerstand darstellen, sinkt der Luftstrom. Eine Sicherheitsmarge von 30-80% trägt dazu bei, die Leistung im realen Einsatz zu gewährleisten.
Statischer Druck ist wichtig
Systeme mit eingeschränkten Entlüftungsöffnungen, perforierten Platten oder internen Hindernissen benötigen Ventilatoren mit höherem statischen Druck.
- Axialventilatoren bewegen viel Luft, haben aber Schwierigkeiten, den Widerstand effektiv zu bewältigen.
- Gebläse halten auch bei Einschränkungen einen starken Luftstrom aufrecht und funktionieren gut mit Kanälen oder Filtern.
- Tangentiale Ventilatoren den Luftstrom gleichmäßig über lange Leiterplatten oder Gehäuseoberflächen zu verteilen.
Der richtige Ventilatortyp stellt sicher, dass die Luft die heißen Komponenten erreicht und nicht durch die nächstgelegene Öffnung entweicht.
Richtige Platzierung des Ventilators
Die Platzierung der Lüfter hat oft einen größeren Einfluss auf die Kühlung als das Lüftermodell selbst.
Allgemeine Leitlinien:
- Platzieren Sie den Einlass niedrig und den Auslass hoch, um die natürliche Konvektion zu unterstützen.
- Halten Sie Ansaug- und Auspuffanlage so weit wie möglich auseinander, um einen Kurzschluss des Luftstroms zu vermeiden.
- Vermeiden Sie die Montage von Lüftern direkt an festen Platten.
- Halten Sie einen Freiraum von 25-40 mm am Ventilatoreintritt ein.
Häufige Fehler:
- Einlass und Auslass auf der gleichen Seite
- Ventilatoren, die in Kurven ohne Ausweichmöglichkeit blasen
- Ventilatoren zu nahe an hochohmigen Lüftungsschlitzen
- Kabelbündel blockieren den Lüftereinlass oder -auslass
Verwendung von Luftstromkanälen und Führungen
Ventilatoren allein können nicht garantieren, dass die Luft die Teile erreicht, die sie am meisten benötigen. Interne Kanäle oder Führungen helfen, den Luftstrom zu lenken.
Warum Kanalisation hilft:
Luft sucht sich den Weg des geringsten Widerstands. Ohne Führung, Luftstrom oft:
- Verlassen des Gehäuses durch die nächstgelegene Entlüftung
- Bewegt sich um heiße Komponenten herum und nicht über sie hinweg
- Erzeugt stagnierende warme Zonen auf der anderen Seite des Gehäuses
Einfache Rohre können:
- Luft über Kühlkörper drücken
- Getrennte Warm- und Kühlzonen
- Bypass-Luftstrom verhindern
- Bessere Kühlung ohne höhere Lüfterdrehzahlen
Beispiel:
Ein kleines CPU-Board erreichte selbst mit einem Lüfter 80 °C. Die Luft entwich seitlich, anstatt über den Kühlkörper zu strömen. Durch Hinzufügen eines kleinen Blechkanals wurde die Luft durch die Kühlrippen gedrückt und die Temperatur auf etwa 62 °C gesenkt.
Entwerfen eines klaren Luftstroms
Der Luftstrom funktioniert am besten, wenn er einen einfachen, direkten Weg nimmt. Wählen Sie die bevorzugte Richtung so früh wie möglich im Entwurfsprozess.
Übliche Luftstrommuster:
- Von vorne nach hinten: Gut für Rack- oder Chassis-Geräte
- Von unten nach oben: Gut geeignet für natürliche Konvektion und wandmontierte Boxen
- Von Seite zu Seite: Geeignet, wenn vordere oder hintere Öffnungen blockiert sind
Vergewissern Sie sich bei jedem Muster:
- Kühle Luft erreicht alle primären Wärmequellen
- Heißluft tritt an der höchstmöglichen Stelle aus
- Kabel, Halterungen und Abschirmungen blockieren den Durchfluss nicht
Vorher-Nachher-Beispiel:
- Vorher: Ansaug- und Auspuffanlage auf der linken Seite → Luftstromschleife, heiße Stelle geblieben
- Nachher: Ansaugung auf der linken Seite, geführte Luft über die Leiterplatten, Auslass auf der richtigen Seite → Temperaturen sind um 11-17 °C gesunken
DFM-Richtlinien für Belüftungsfunktionen
Wenn Sie sich für eine Belüftungsmethode entschieden haben, müssen Sie sicherstellen, dass sie leicht zu realisieren ist. Gut DFM hält die Platten flach, reduziert die Schneidezeit und hilft bei der Kostenkontrolle.
Verwaltung der Dichte von Löchern und Schlitzen
Lasergeschnitten Muster sehen sauber aus, aber dichte Gruppen von Löchern können zu Wärmeverzug führen. Das Metall erhitzt sich beim Schneiden, und dünne Abschnitte verziehen sich eher. Die folgenden Richtlinien helfen, diese Probleme zu vermeiden:
- Halten Sie einen Mindestlochdurchmesser von etwa dem 1,2-fachen der Blechdicke ein.
- Halten Sie das Metall zwischen den Löchern mindestens 1× so dick.
- Halten Sie einen Abstand von 2-3x der Dicke von jeder Biegelinie.
- Vermeiden Sie bei dünnen Materialien ein Verhältnis der offenen Fläche von über 45-55%.
- Unterteilen Sie große Entlüftungsbereiche in kleinere Zonen, um den Hitzestau beim Schneiden zu verringern.
Diese Regeln erhalten die Festigkeit und Ebenheit der Platte, insbesondere bei der Verwendung von dünnem Aluminium oder dünnem Stahl.
Überlegungen zu geformten Lamellen
Lamellen müssen gestanzt und geformt werden, daher sind die Abstände und die Form entscheidend. Ein schlechtes Design kann zu einer uneinheitlichen Formgebung oder zu geschwächten Bereichen führen.
- Die Länge der Lamellen sollte für eine stabile Formgebung mindestens 20-25 mm betragen.
- Ein Lamellenwinkel zwischen 30° und 55° sorgt für einen zuverlässigen Luftstrom.
- Halten Sie einen Abstand von mindestens dem 1,5-fachen der Materialstärke zwischen den Lamellen ein.
- Vermeiden Sie die Anbringung von Lamellen in der Nähe von Kurven oder Ecken.
Lamellen versteifen ein Paneel auf natürliche Weise, aber zu viele in einem Bereich können zu ungleichmäßiger Belastung führen. Fügen Sie Verstärkungen hinzu, wenn sich die Platte zu biegen beginnt.
Integration von perforierten Paneelen
Perforierte Bleche eignen sich gut für große Luftstromabschnitte, aber sie müssen gut gestützt werden, damit sie starr und flach bleiben.
- Lassen Sie mindestens 8-12 mm des festen Randes für die Montage frei.
- Vermeiden Sie es, Befestigungselemente in perforierten Bereichen anzubringen.
- Fügen Sie Flansche oder Rücklaufbögen hinzu, um "Ölkonservenbildung" zu reduzieren.
- Vergewissern Sie sich, dass die Nachbearbeitungsprozesse kleine Löcher nicht verstopfen.
Perforierte Paneele ermöglichen einen starken und gleichmäßigen Luftstrom und reduzieren die Schneidezeit, wenn die Lüftungsbereiche eine große Fläche abdecken.
Materialverhalten und seine Auswirkungen auf die Belüftung
Verschiedene Materialien gehen unterschiedlich mit Wärme um. Die Wahl des Materials wirkt sich auf die Wärmeausbreitung, die Steifigkeit der Platte und die Entlüftungsgeometrie aus.
Unterschiede in der Wärmeleitfähigkeit
Manche Metalle leiten Wärme schnell weiter, andere speichern sie.
| Werkstoff | Wärmeleitfähigkeit (W/m-K) | Wirkung in Gehäusen |
|---|---|---|
| Aluminium | ~205 | Verteilt die Wärme gut; reduziert heiße Stellen |
| Baustahl | ~50 | Durchschnittliche Leistung; benötigt Luftstrom |
| Rostfreier Stahl | ~16 | Hält die Wärme; erfordert mehr Lüftungsfläche |
| Verzinkter/beschichteter Stahl | ~90 | Ausgewogene Leistung |
Wenn Sie Edelstahl wegen seiner Korrosionsbeständigkeit verwenden, bedenken Sie, dass er eine bessere Belüftung erfordert, da er die Wärme nicht gut nach außen leitet.
Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit
Oberflächenbeschichtungen und Farben verändern die Wärmestrahlung des Gehäuses.
- Schwarzer Pulverlack verbessert die Wärmeabstrahlung
- Matte Oberflächen strahlen Wärme besser ab als glänzende
- Eloxiertes Aluminium verteilt die Wärme effektiv über große Flächen
Diese Effekte sind kein Ersatz für die Belüftung, aber sie können dazu beitragen, heiße Stellen zu reduzieren.
Überlegungen zur Materialdicke
Die Materialstärke beeinflusst die Herstellbarkeit von Entlüftungsöffnungen.
- Dünne Platten (≤1 mm): anfälliger für Verformungen; Muster mit hoher Dichte vermeiden
- Mittlere Platten (1-1,5 mm): gute Balance für Schlitze und Öffnungen
- Dickere Bleche (≥1,5 mm): unterstützen aggressivere Lüftungsmuster und tiefere Lamellen
Durch die Wahl der richtigen Dicke wird sichergestellt, dass das Teil flach bleibt und die Kühleffizienz insgesamt verbessert wird.
Anwendungsbezogene Belüftungsstrategien
Verschiedene Gehäusetypen benötigen unterschiedliche Luftstrommuster. Jede Anwendung hat ihre eigenen Wärmequellen, Layout-Grenzen und Umweltanforderungen. Die folgenden Richtlinien helfen bei der Anpassung der Belüftung an die tatsächlichen Betriebsbedingungen.
Server- und Computer-Gehäuse
Diese Systeme erzeugen gleichmäßige und konzentrierte Wärme. Sie benötigen einen festen und gleichmäßigen Luftstrom.
- Verwenden Sie, wann immer möglich, einen Luftstrom von vorne nach hinten.
- Bringen Sie sowohl an der Ansaug- als auch an der Auspuffseite Entlüftungsöffnungen mit hohem Durchfluss an.
- Getrennte Luftstromzonen für CPU/GPU und das Netzteil.
- Fügen Sie Kanäle oder Trennwände hinzu, um die Luft über die wärmsten Bereiche zu leiten.
- Vermeiden Sie seitliche Belüftungsöffnungen, es sei denn, der Luftstrom kann vollständig kontrolliert werden.
Auf diese Weise werden die Temperaturen konstant gehalten und die Wahrscheinlichkeit, dass heiße Luft innerhalb des Gehäuses zirkuliert, verringert.
Industrielle Schaltschränke
Diese Schränke enthalten oft Kabelbündel und gemischte Leistungsmodule. Der Luftstrom darf nicht behindert werden und muss vor Staub geschützt sein.
- Verwenden Sie seitlich montierte gefilterte Einlässe mit Abluftöffnungen an der Oberseite.
- Halten Sie die Kabel von den Lüftungsöffnungen fern, um den Luftstrom nicht zu blockieren.
- Verwenden Sie zum Schutz vor Staub nach unten gerichtete Lüftungsschlitze.
- Trennen Sie heiße Gegenstände, wie z. B. Transformatoren, von der Steuerelektronik.
Filter schützen die Komponenten, verringern aber auch den Luftstrom, so dass die Ansaugbereiche in der Regel größer sein müssen.
Outdoor-Gehäuse (Telekommunikation, IoT, Solar)
Außenboxen sind hohen Umgebungstemperaturen, Sonnenlicht und Witterungsbedingungen ausgesetzt. Die Belüftung muss ein Gleichgewicht zwischen Luftstrom und Schutz gewährleisten.
- Vermeiden Sie Lüftungsöffnungen von oben; verwenden Sie nach unten gerichtete Lüftungsschlitze oder Labyrinthlüftungen.
- Erwägen Sie atmungsaktive Belüftungsmembranen für Spritzwasserschutz.
- Fügen Sie innere Abschirmungen hinzu, um den solaren Wärmegewinn zu begrenzen.
- Verwenden Sie korrosionsbeständige Beschichtungen für eine lange Lebensdauer.
Ein temperaturgesteuerter Lüfter kann helfen, Hitzespitzen zu bewältigen, wenn die passive Belüftung nicht ausreicht.
Kompakte Instrumente und Verbrauchergeräte
Kleine Geräte haben wenig Platz und stellen höhere Anforderungen an das Design. Der Luftstrom muss effektiv bleiben, ohne das Aussehen zu beeinträchtigen.
- Verwenden Sie saubere Schlitzmuster, die dem Design des Produkts entsprechen.
- Fügen Sie kleine Luftkanäle im Inneren ein, um den Luftstrom zu lenken.
- Verwenden Sie Lüfter mit niedriger Drehzahl, um die Geräuschentwicklung zu minimieren.
- Halten Sie die Abluftöffnungen von Oberflächen fern, die der Benutzer berührt.
Ein geführter Luftstrom in engen Räumen verhindert, dass sich die Wärme in der Nähe empfindlicher Komponenten staut.
Schlussfolgerung
Eine gute Belüftung muss sorgfältig geplant werden. Jede Methode - Ausschnitte, Lüftungsschlitze, perforierte Platten, Lüfter oder Kanäle - verändert die Art und Weise, wie sich die Wärme innerhalb des Gehäuses bewegt. Die Wahl des Materials, die Form der Belüftungsöffnungen, die Richtung des Luftstroms und die Umgebungsbedingungen wirken sich alle darauf aus, wie gut das System seine Kühle und Stabilität beibehält.
Wenn Sie ein Gehäuse entwerfen und einen zuverlässigen Belüftungsplan benötigen, können wir Ihnen helfen. Bitte senden Sie uns Ihre 3D-Dateien, Wärmebelastungsangaben oder Musterzeichnungen. Wir bieten eine schnelle und praktische Bewertung des Luftstroms und empfehlen geeignete Entlüftungsformen. Wir können auch Kostenoptionen vergleichen und Ihnen helfen, ein kühleres, sichereres und produktionsreifes Design zu entwickeln.
Hey, ich bin Kevin Lee
In den letzten 10 Jahren bin ich in verschiedene Formen der Blechbearbeitung eingetaucht und teile hier coole Erkenntnisse aus meinen Erfahrungen in verschiedenen Werkstätten.
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Kevin Lee
Ich verfüge über mehr als zehn Jahre Berufserfahrung in der Blechverarbeitung und bin auf Laserschneiden, Biegen, Schweißen und Oberflächenbehandlungstechniken spezialisiert. Als Technischer Direktor bei Shengen bin ich bestrebt, komplexe Fertigungsherausforderungen zu lösen und Innovation und Qualität in jedem Projekt voranzutreiben.
