Das originale Raspberry-Pi-5-Gehäuse zeigt in einigen Anwendungsfällen Schwächen. Daher ist es durchaus sinnvoll, sich ein eigenes Case zu designen.
Der Raspberry Pi 5 bietet viele neue Funktionen. Allerdings ist das Originalgehäuse zu klein, um alle Möglichkeiten voll auszuschöpfen. Das fängt schon beim GPIO-Header an: Der 40-polige Stecker lässt sich nur sehr umständlich verbinden. Danach geht der Deckel nicht mehr richtig zu und der verdeckt den Lüfter.
Das Gehäuse ist an sich schon so eng bemessen, sodass der ab Werk vorhandene Lüfter kaum für Zirkulation sorgt. Richtig knapp wird es, wenn Sie den Active Cooler [1] verwenden. Scheinbar hat auch niemand daran gedacht, dass die Batterie [2] für die Real Time Clock (RTC) auch ein wenig Platz braucht.
Alles in allem müsste ein vernünftiges Gehäuse mehr Platz bieten und genügend Öffnungen für die Kühlung lassen. Im Idealfall fiele es so groß aus, dass auch ein beliebiger HAT noch Platz fände.
Der Plan besteht also darin, ein Gehäuse zu entwickeln, das auch gehobenen Ansprüchen genügt und zusätzlich flexibel genug ist, um auch künftige Anforderungen zu meistern. Das Gehäuse selbst fabrizieren wir per 3D-Drucker. Um das Modell für den Druck zu erstellen, verwenden wir Onshape [3], ein für die private Nutzung kostenfreies Online-CAD-Programm. Beachten Sie, dass alle mit Onshape erstellten Modelle öffentlich zugänglich sind. Lernvideos helfen dabei, sich einzuarbeiten [4].
Anforderungen
Zunächst definieren wir unser Anforderungsprofil. Der Luftstrom innerhalb des Gehäuses soll gewährleistet sein. Daher planen wir ausreichend große Lüftungsschlitze und Platz für den Active Cooler ein. Der Zugang zum GPIO-Header muss ohne Beschränkungen möglich sein. Die Durchführungen im Gehäuse müssen daher entsprechend groß ausfallen. Das Gehäuse soll genug Platz bieten, um auch einen HAT unterzubringen. Damit sich der HAT und der Cooler nicht in die Quere kommen, wird der HAT mithilfe einer abgewinkelten Buchsenleiste [5] senkrecht im Gehäuse montiert. Außerdem benötigt die Pufferbatterie für die RTC einen festen Platz. Und zu guter Letzt besitzt der RasPi 5 einen Anschluss für einen externen Power-Taster [6], den es zu berücksichtigen gilt.
Modell
Das Erstellen eines 3D-Modells ist ein iterativer Prozess, bei dem man üblicherweise mehrere Anläufe benötigt, bis alles nach Wunsch passt. Eine große Hilfe dabei sind genaue Maße. Daher werfen wir einen Blick in das Datenblatt (Abbildung 1) des RasPi 5 [7]. Hieraus entnehmen wir einige Maße für unser Gehäuse, etwa den Abstand der Befestigungslöcher. Jedoch finden sich hier nicht alle benötigten Maße, die restlichen ermitteln wir mit dem Messschieber.
Abbildung 1: Die Bemaßung des Raspberry Pi 5 in der Übersicht.
Jetzt kommen wir zum Aufbau des Gehäuses, das prinzipiell aus einer unteren und einer oberen Schale bestehen soll. Der untere Teil beherbergt den RasPi mit allen allgemeinen Komponenten wie Schalter und Batterie. Die obere Hälfte soll sich je nach Anwendungsfall verändern lassen. Möchten Sie den RasPi ohne an der GPIO angeschlossene Komponenten verwenden (Abbildung 2), genügt ein einfacher Deckel. Bei GPIO-Nutzung benötigt das Gehäuseoberteil eine Kabeldurchführung.
Abbildung 2: Wenn Sie die GPIO-Schnittstelle nicht benötigen, genügt als Oberseite ein schlichter Deckel.
Sofern Sie einen HAT oder eine eigene Platine an der GPIO einsetzen möchten (Abbildung 3), designen Sie den Deckel so hoch wie nötig und versehen ihn gegebenenfalls mit zusätzlichen Aussparungen. Da der HAT dann den Raum belegt, in dem sich der Taster befindet, muss der in den oberen Teil des Gehäuses ausweichen. Die zwei Schalen sind so konzipiert, dass sie ineinander passen und in jeder Hälfte festgeklebte Magnete sie zusammenhalten.
Abbildung 3: Um die GPIO zu verwenden, benötigen Sie eine zusätzliche Kabelausführung.
Es gibt ein paar allgemeine Gesichtspunkte, die Sie beim Entwickeln von Modellen für den 3D-Drucker beachten sollten. So empfiehlt es sich, etwas Platz zwischen Gehäuse und Platine vorzusehen; hier genügen 0,5 Millimeter vollkommen. Bei zu wenig Spaltmaß kann es vorkommen, dass Sie die Platine nicht mehr herausbekommen. Achten Sie bereits beim Design darauf, dass das 3D-Modell zur Layer-Höhe des Druckers passt. Anderenfalls hat der Ausdruck später nicht die erwarteten Abmessungen. Selbst im Zeitalter von CAD hilft es ungemein, sich zunächst eine Skizze auf Papier zu erstellen. Achten Sie beim Montieren der RasPi-Platine im Gehäuse darauf, dass das Case nicht auf den verbauten Power-Button drückt.
Falls Sie auf dem RasPi bereits einen Kühlkörper montiert haben, erwärmen Sie diesen mithilfe eines Föhns, um den Kleber zu lösen. Danach lässt sich der Quirl mit einer leichten Drehbewegung entfernen. Um einen externen Power-Button verwenden zu können, müssen Sie den Jumper JP2 bestücken, der sich neben der USB-C-Buchse befindet.
TIPP
Die vollständigen 3D-Modelle des Autors finden Sie auf der Onshape-Webseite [8].
Cooler
Wie schon erwähnt, ist das Originalgehäuse des RasPi 5 etwas knapp bemessen. Gerade deswegen haben wir ja unser eigenes Gehäuse entwickelt. Wir wollten ohne viel Gebastel den Active Cooler verwenden können, ohne dass die GPIO-Leitung den Luftstrom behindert. Daher haben wir auf der Oberseite des Gehäuses einen Lufteinlass vorgesehen. Die warme Abluft kann über die großzügigen Durchbrüche bei den Steckverbindern wieder austreten.
Bei der hohen Gehäuseschale dürfte die Öffnung vermutlich nicht diesen Effekt haben, aber hier kann die warme Luft aus dem Gehäuse austreten, was einen Wärmestau verhindert. Das Verwenden des Active Cooler bietet neben der besseren Kühlung auch noch weitere Vorteile. So arbeitet er sehr leise und kühlt neben dem Prozessor auch noch den WLAN/Bluetooth-Chip und die Stromversorgung.
Outtakes
Der Autor möchte Ihnen nicht vorenthalten, was bei seinen Designversuchen so alles danebengegangen ist. Abbildung 4 zeigt einige der Prototypen mit mehr oder minder großen Macken. Die Ursachen waren hauptsächlich kleine Mess- und Denkfehler.
Abbildung 4: Fehlversuche hielten sich zwar in Grenzen, ließen sich aber dennoch nicht ganz vermeiden.
Besonders viele Problemchen gab es mit den Haltern für die Magneten, die die Gehäusehälften zusammenhalten. Sie müssen mit der Gehäusekante fluchten, dürfen aber nicht bündig mit der Kante der Führung sein. Auch die diversen Aussparungen passten erst nach etlichen Versuchen perfekt zusammen. Ein besonders ärgerliches Missgeschick trat beim Taster auf: Zwar passte alles zusammen, aber die Mutter am Taster ließ sich nicht mehr drehen, weil ein Millimeter Spiel fehlte.
