3D-Druck Pi-Halter

3D-Druck: Ultraflacher Hutschienenhalter für den Raspberry Pi mit 80mm Lüfter

3D-Druck Pi-Halter

Über Weihnachten hatte ich etwas Zeit gehabt, und so konnte ich ein mich schon länger plagendes Problem lösen. Mein Raspberry Pi im Heizraum ist auf Grund der hohen Belastung durch Raumtemperaturregelung, Buderus Ölheizung, Atmos Holzvergaser, 1-Wire usw. regelmäßig abgestürzt. Die Abstürze wurden durch zu hohe Temperaturen hervorgerufen. Die Lösung des Problems stelle ich im folgenden näher vor.

Wer meinen Beitrag„Code-Quickie: Heizung visualisieren mit Grafana“gelesen hat kann sich in etwa vorstellen, welcher Belastung der kleine RaspberryPi ausgesetzt ist. Hinzu kommt, das dichte IP65 Gehäuse von Spelsberg in dem er verbaut ist und das natürlich keinen Luftaustausch ermöglicht.

3D-Druck Pi-Halter

Die Folge waren Abstürze oder minutenlange Aussetzer des Systems. Hierbei war besonders der USB-Chip betroffen, über welchen die meisten Daten ins FHEM–System gelangten.

 

3D-Druck Pi-Halter

Um den Raspberry Pi etwas Kühlung zu verschaffen musste eine neues Kühlkonzept her und so machte ich mich auf die Suche nach Lösungsmöglichkeiten.

Eine mögliche Lösung wäre das anbringen von Kühlrippen gewesen. Für mich in meiner Situation nicht ausreichend, da vor allem im Sommer keine Kühlreserven zur Verfügung gestanden hätten. Auch das anbringen von Kühlkörpern wird meistens mit Klebepads erledigt, welche oft einen Wärmestau hervorrufen statt wirklich die Wärme weiterzuleiten. Wer diese Lösung verfolgt sollte sich speziellen 2-Komponenten Wärmeleitkleber kaufen.

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Die nächste Möglichkeit wäre das Anbringen von kleinen aktiven Kühlkörpern. Meine Erfahrung sagt mir hier, das kleine Lüfter schnell drehen müssen um Luftdurchsatz zu erzeugen, was sich dann auf Lautstärke und Lebensdauer stark auswirkt. Also kam auch diese Variante eher nicht in Frage.

Blieb noch die Möglichkeit selbst etwas zu konstruieren und mit unserem 3D-Drucker auszudrucken.

Ich entschied mich zunächst für eine aktive Belüftung einen 80mm-Axiallüfter zu verwenden, der praktisch den gesamten RaspberryPi abdeckt. Mehr geht dann auch nicht bzw. bringt nicht mehr viel.
Da ich noch mehrere 80mm Papst-Lüfter aus alten PC-Zeiten übrig hatte, wollte ich diese dann auch hier verbauen. Ich verwende bei mir Papst 12V 8412 N2GLE Lüfter mit den Abmaßen 80x80x25mm. Der unten verlinkte 8412 NGLE besitzt ähnliche technische Eigenschaften.
Diese Lüfter sind von Haus schon sehr Leise. Da ich um den Pi herum nur 5V habe dreht der Lüfter entsprechend nochmals langsamer, geschätzt mit etwa ca. 300-500 U/min und ist dabei so gut wie lautlos. Die 5V greife ich mittels praktischem Adapter direkt vom USB-Anschluss des RaspberryPi ab.

Papst 8412 NGLE*
  • EKL PAPST 8412NGL - Lüftungseinheit

Nach dem Zusammensuchen der 3D-Modelle des RaspberryPi3 und des 80x80x25mm Lüfters ging es an das Konstruieren eines Hutschienenhalters.
Das Ergebnis im CAD-Programm:

3D-Druck Pi-Halter

3D-Druck Pi-Halter

3D-Druck Pi-Halter

Das reale Ergebnis sieht so aus:

3D-Druck Pi-Halter

Download 3D-Modelle

Link zu thingiverse

Gedruckt mit dem Creality CR-10 3D-Drucker von Gearbest für ca. 291€ mit dem Gutscheincode: DSM3DCR10UK

Das Material ist PETG und die Schichthöhe 0,3mm.
Die länglichen Schlitze unten dienen dem Lösen des Halters von der Hutschiene besonders bei schlechter Zugänglichkeit.

 

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Es kommen wieder Kunststofffurchende 3x8mm Schrauben mit Unterlagsscheiben für den RasberryPi zum Einsatz, sowie M3 Schrauben und Muttern für den Lüfter.

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Zusammengeschraubt und eingebaut sieht das dann so aus:

 

3D-Druck Pi-Halter

Der Halter ist wirklich sehr platzsparend. Näher an die Hutschiene geht kaum noch und die Breite gibt sowieso der Lüfter vor.
Die CPU-Temperatur ist im Mittel um ca. 10°C (!) gesunken.

3D-Druck Pi-Halter

 

Netter Nebeneffekt ist die leichte Luftzirkulation im Gehäuse, welche die Gehäusetemperatur im Mittel um ca. 2-3°C gesenkt hat.

 

3D-Druck Pi-Halter

Für mich ist diese Lösung ideal für den Dauerbetrieb geeigent.

Damit der Lüfter nicht gegen den Druck eines vollständig geschlossenen Gehäuse arbeiten muss, empfiehlt es sich noch ein Druckausgleichselement zu installieren. Ich verwende eines mit M12-Gewinde inkl. Adapter auf M20. Damit bleibt die IP65 Spezifikation erhalten und trotzdem kann der Lüfter etwas atmen.

 

3D-Druck Pi-Halter

3D-Druck Pi-Halter

Begeistert von der ersten Variante habe ich für mein FHEM-Hauptsystem ebenfalls eine etwas abgewandelte Variante konstruiert. Diese schiebt bauraumbedingt den Lüfter und RaspberryPi3 ca. 20mm nach unten.

3D-Druck Pi-Halter

Download 3D-Modelle

Link zu thingverse

Wie man mit geübten Auge erkennen kann, war kein Platz mehr übrig um den RaspberryPi3 mittels MicroUSB-Stecker mit Strom zu versorgen.

Eine Stomversorgung über den GPIO-Header war auch nicht mehr möglich, da der Lüfter zu nah an den Pins lag. Allerdings mochte ich diese Lösung sowieso nicht, weil dabei auch alle Sicherungseinrichtungen bezüglich Überspannung, Verpolung usw. umgangen worden wären.

Weniger bekannt ist, das der RaspberryPi3 diverse Lötstellen auf der Rückseite besitzt und man dort Stromkabel anlöten kann.
Geholfen hat mir dieses vereinfachte Schaltbild.

Für Plus habe ich die Stelle PP1 und für Minus PP6 verwendet.

 

3D-Druck Pi-Halter

Verwendet man diese Lötstellen bleiben alle Sicherungseinrichtungen erhalten.
Auch andere Lötstellen sind möglich – siehe das dazu das oben verlinkte Schaltbild.
Diese Lösung zur Stromversorgung eignet sich hervorragend dazu um dem RaspberryPi bei beengten Platzverhältnissen mit Strom zu versorgen.

Letzte Aktualisierung am 1.10.2019 / Affiliate Links / Bilder von der Amazon Product Advertising API