Elektronikgehäuse konstruieren – passend zu Ihrer Leiterplatte

Die Leiterplatte bestimmt die Maße

Ausgangspunkt ist die STEP-Datei der Leiterplatte aus dem ECAD-Programm, zum Beispiel KiCad oder Altium. Sie zeigt Kontur, Befestigungslöcher und Bauteilhöhen und bestimmt damit die Innenmaße des Gehäuses. Um den Plattenrand sehen wir meist 0,5–1 mm Spiel vor. So lässt sich die Platine montieren, auch wenn die Toleranzen von Gehäuse und Platine in verschiedene Richtungen gehen.

Steckverbinder wie USB-C, RJ45 und Schraubklemmen liegen an den Wänden, mit Ausschnitten, die dem Kragen des Steckers folgen. Hohe Bauteile wie Elektrolytkondensatoren und Spulen brauchen Luft zum Deckel. Fehlt eine 3D-Datei, erstellen wir aus Maßen und Fotos ein vereinfachtes Modell der Platine mit den Bauteilen, die das Gehäuse beeinflussen. Außerdem sehen wir Öffnungen für Programmierstecker und Testpunkte vor, die in der Entwicklung erreichbar sein müssen.

Wir prüfen Kollisionen in der gesamten Baugruppe: Platine, Gehäuse, Deckel, Schrauben und Kabel. So finden wir Fehler, die sonst erst bei der Montage auffallen. Typisch sind ein Kondensator, der an eine Rippe im Deckel stößt, oder ein Stecker, der mit angeschlossenem Kabel nicht erreichbar ist. Ein Kabel mit geradem Stecker braucht oft deutlich mehr Platz als die Buchse auf der Platine.

Schraubdome, Führungen und Montage

Die Platine sitzt auf Schraubdomen, die über Rippen mit Wand oder Boden verbunden sind, damit sie bei der Montage nicht abbrechen. Für selbstschneidende Schrauben in Kunststoff legen wir die Bohrung nach Empfehlung des Schraubenherstellers aus. Der Außendurchmesser des Doms beträgt etwa den doppelten Schraubendurchmesser. Wird das Gehäuse häufig geöffnet, wählen wir eingeschmolzene oder eingepresste Gewindeeinsätze aus Messing.

Der Deckel wird über eine Lippe oder Nut geführt, damit er vor dem Verschrauben richtig sitzt. Schnapphaken eignen sich gut für selten geöffnete Deckel, setzen aber einen Werkstoff voraus, der die Dehnung verträgt. Wir denken auch an die Montagereihenfolge: Die Platine muss sich einsetzen lassen, ohne Kabel einzuklemmen, und Schrauben müssen mit normalem Werkzeug erreichbar sein.

Tasten, die durch das Gehäuse betätigt werden, können als federnde Zungen im selben Werkstoff oder als separate Tasten mit eigener Führung entstehen. Für LEDs zeichnen wir Lichtleiter oder ein transparentes Fenster, sodass ein dichtes Gehäuse keine offenen Löcher braucht. Beschriftungen und Symbole können direkt in die Oberfläche graviert oder geprägt werden.

IP-Schutzart und Dichtung

Die IP-Schutzart nach IEC 60529 beschreibt den Schutz gegen Fremdkörper und Wasser. IP54 bedeutet Schutz gegen Staub und Spritzwasser, IP65 hält Strahlwasser aus allen Richtungen stand und IP67 zeitweiligem Untertauchen. Eine höhere Schutzart verlangt eine durchdachte Dichtung und weniger Öffnungen. Deshalb fragen wir immer zuerst, wo das Produkt eingesetzt wird.

Ein O-Ring in einer Nut am Deckelrand ist die häufigste Lösung. Die Nut wird so ausgelegt, dass der Ring um etwa 20–30 Prozent verpresst wird und die Nut zu höchstens etwa 85 Prozent füllt. Kabeldurchführungen zeichnen wir für Kabelverschraubungen mit metrischem Gewinde, etwa M12, M16 und M20. Tasten und Displays werden mit Membran oder Dichtung abgedichtet. Ein gedrucktes Gehäuse erreicht selten die Dichtheit eines spritzgegossenen, und das sagen wir schon im Angebot klar.

Die Dichtung muss auch Montage und Demontage überstehen. Ein Deckel mit O-Ring braucht genug Schrauben, damit der Anpressdruck rundum gleichmäßig ist. Den Schraubenabstand passen wir an die Steifigkeit des Deckels an. Ein weicher Deckel mit wenigen Schrauben wölbt sich zwischen ihnen und lässt dort Wasser ein, wo der Druck am geringsten ist.

Wärme und Belüftung

Elektronik verträgt Wärme schlechter als der Kunststoff um sie herum. Wir gehen von der Verlustleistung aus und entscheiden, ob natürliche Konvektion reicht oder Lüftungsöffnungen, ein Lüfter oder ein durch die Wand geführter Kühlkörper nötig sind. Zuluft liegt unten, Abluft oben, damit die warme Luft nach oben entweicht.

In einem dichten Gehäuse wird die Wärme nur über die Wände abgeführt. Dann kann ein Kühlkörper aus Aluminium oder ein größeres Gehäuse die Lösung sein. Die Verbindung zwischen Bauteil und Kühlfläche zeichnen wir mit einem Wärmeleitpad. Lüftungsöffnungen gestalten wir als Lamellen oder schmale Schlitze, damit Finger und Werkzeuge keine spannungsführenden Teile erreichen.

Gehäuse im Freien können bei Temperaturwechseln Kondenswasser bilden. Ein Druckausgleichselement lässt Feuchtigkeit hinaus, aber kein Wasser hinein. Wir zeichnen es als Normteil mit Gewinde ein. Dunkle Gehäuse in direkter Sonne werden zudem deutlich wärmer als die Umgebung, was Elektronik und Werkstoffwahl beeinflusst.

Elektronikgehäuse konstruieren – vom Prototyp zur Serie

Die erste Version drucken wir in PETG oder ASA mit 2–3 mm Wandstärke. Sie können die Platine einbauen, die Stecker prüfen und das Gerät in der echten Umgebung testen. Danach passen wir dasselbe parametrische Modell an, und Änderungen an der Platine wirken sich auf das Gehäuse aus, ohne alles neu zu zeichnen. Bei Bedarf drucken wir mehrere Deckelvarianten gleichzeitig, um Dichtungen oder Tastenlösungen direkt zu vergleichen.

Für die Serie passen wir das Modell an den Spritzguss an: gleichmäßige Wandstärke, Entformungsschrägen und Rippen – mehr unter spritzgussgerechte Konstruktion. Für kleinere Serien kann ein gedrucktes Gehäuse aus ASA oder PC auf Dauer genügen. Welche Toleranzen zur Platine sinnvoll sind, beschreiben wir im Ratgeber Toleranzen und Passungen, die ganze Entwicklungskette unter Produktentwicklung und Prototypen.

Richtwerte für die Gehäusekonstruktion

Richtwerte für übliche Kunststoffgehäuse. Die endgültigen Maße hängen von Werkstoff, Fertigungsverfahren und den Toleranzen der Bauteile ab.

Das benötigen wir von Ihnen

• STEP-Datei der Leiterplatte aus dem ECAD-Programm (KiCad, Altium u. a.)
• Maße der Platine, Befestigungslöcher und höchste Bauteile, falls keine STEP-Datei vorliegt
• Liste der Stecker, Tasten, LEDs und Displays, die von außen erreichbar sein müssen
• Umgebung: innen oder außen, Staub, Wasser, Temperatur und gewünschte IP-Schutzart
• Verlustleistung oder Stromaufnahme zur Beurteilung der Wärme
• Montageart: Wand, Hutschiene, Tisch oder Handgerät
• Erwartete Stückzahl: Prototypen, Kleinserie oder Spritzguss

Typische Aufträge

• Gehäuse für IoT-Sensor mit Batterie
• Außengehäuse für eine Wetterstation
• Handmessgerät mit Display und Tasten
• Anschlussgehäuse für die Hutschiene
• Gehäuse für Raspberry-Pi- oder Arduino-Projekte
• Gehäuse für Motorsteuerung mit Kühlkörper
• Frontplatte mit Ausschnitten für Stecker und LEDs
• Ladehalterung und Batteriefach
• Dichtes Gehäuse für Bootselektronik
• Abdeckung für Alarm- oder Zutrittssysteme

Das beeinflusst Preis und Lieferzeit

• Anzahl der abzudichtenden Stecker, Öffnungen und Tasten
• Geforderte IP-Schutzart und gewählte Dichtungslösung
• Ob die Leiterplatte als STEP vorliegt oder modelliert werden muss
• Wärmemanagement mit Belüftung oder Kühlkörper
• Spritzgussgerechte Anpassung mit Entformungsschrägen und Trennebene
• Anzahl der Prototyprunden, bis die Konstruktion eingefroren wird

Das erhalten Sie

• Gehäuse und Deckel als Baugruppe mit der Leiterplatte
• Kollisionsprüfung zwischen Gehäuse, Platine und Kabeln
• STEP für den Werkzeugbau und STL oder 3MF für Prototypen
• Zeichnung mit kritischen Maßen, Dichtungsnuten und Toleranzen
• Stückliste mit Schrauben, Einsätzen, O-Ringen und Verschraubungen
• Gedruckte Prototypen (optional)

Häufige Fragen