Raspberry Pi 3 B+ fiept in Aluminiumgehäuse

  • Hallo,

    mein Raspberry Pi 3 B+ verrichtete bisher unhörbar seine Dienste als Klipper/MainsailOS-Rechner an meinem 3D-Drucker. Um die CPU von ihren konstanten ~60°C herunter zu bringen, habe ich ein Aluminiumgehäuse bei A***** bestellt. Die flache bauweise, bestehend aus zwei gefrästen, schwarz eloxierten Teilen - siehe Anhang.

    Schalte ich den Pi nun an, bootet er für ca. 5-10 Sekunden unhörbar und fängt dann an unangenehm zu fiepen. Sehr hochfrequent. Und wenn man mit dem Ohr nahe rangeht, hört man auch ein "Rattern" der CPU bei Arbeit (kenne ich von meinem Intel NUC8i5 in einem Akasa Turing Gehäuse). Das fiepen ist quer durch den Raum zu hören. Nicht laut, aber genug um richtig zu nerven.

    Es spielt keine Rolle, ob der Pi per USB mit dem Drucker verbunden ist oder nicht, er fiept immer.

    In der Lieferung hätten 3 Wärmepads unterschiedlicher Dimension und Dicke beiliegen sollen. 2 x 1mm Dicke und 1 x 0,5mm Dicke für die CPU-Oberseite. Es waren allerdings alle 1mm dick. Ich dachte also, dass vielleicht das zusammenschrauben mit zu dickem CPU-Pad die Platine etwas verbiegt und die Töne produziert. Habe deshalb alles nochmal auseinander genommen. Die Platine alleine macht keine Geräusche (UPDATE: macht sie doch, aber sehr leise. Dennoch, die Verstärkung dieser Töne ist Thema dieses Threads). Liegt sie lose auf dem Unterteil auch nicht. Lege ich das Oberteil lose mit auf, hört man es ganz leise. In dem Moment wo ich es langsam (ohne viel Spannung) wieder verschraube, nimmt das fiepen wieder zu.

    Hat dazu irgendjemand eine Idee? Was kann das sein, Kurzschlüsse, Verbiegungen, ist das ein normaler Effekt eines metallenen Gehäuses, regelt er die WLAN-Signalstärke nach?

    Vielen Dank

  • razupaltuff um Schwingungen zu dämpfen? Habe leider keine Gummiklötzchen - wobei, könnte mir welche schneiden. Werde wohl erstmal das Gehäuse auf eine Gummimatte drücken, dürfte den selben Effekt haben. Wobei ich mich eher frage woher das fiepen überhaupt kommt.

  • Oft gibt es solche Geräusche von Spulen ( meist von der Spannungsversorgung ) man könnte mal testen ob sich das Geräusch mit einem, in den USB Port gestecktem Gerät ändert. Könnte auch sein, dass das Geräusch schon vorher da war und nun durch das Gehäuse verstärkt wird.

  • Fliegenhals in der Annahme ein USB-Gerät das Strom zieht, ändert Strom und/oder Spannung an der Spule und das würde sich durch geänderte Frequenz/Töne zeigen?

    Ich werde gleich testen:
    - ist das Geräusch bei purer Platine zu hören?

    - besteht Kontakt zu besagtem Kondensator? (feilen oder Kapton-Tape drüber)
    - verändert sich das Geräusch bei Last an USB?
    - ändert eine andere Stromversorgung/Netzteil etwas?
    - bringt es was WLAN abzuschalten?
    - ach ja, und mit Gummi das Gehäuse von außen dämmen/dämpfen

    2 Mal editiert, zuletzt von demianovics (29. Oktober 2022 um 16:00)

  • razupaltuff um Schwingungen zu dämpfen? Habe leider keine Gummiklötzchen - wobei, könnte mir welche schneiden. Werde wohl erstmal das Gehäuse auf eine Gummimatte drücken, dürfte den selben Effekt haben. Wobei ich mich eher frage woher das fiepen überhaupt kommt.

    Ja genau. Hat man auch bei luftgekühlten Motorradmotoren gemacht, um den Schallpegel zu senken. Hier würde ich eher hoffen, dass man die Eigenfrequenz der Kühlrippen nach oben zieht. Kostet nix, geht schnell, ...

  • - ist das Geräusch bei purer Platine zu hören?

    Ja, wenn man mit dem Ohr nahe ran geht. So auf Höhe CPU würde ich es verorten

    - besteht Kontakt zu besagtem Kondensator? (feilen oder Kapton-Tape drüber)
    Kein Kontakt. Außerdem ist sind die Gehäuseteile nicht leitfähig (getestet).

    - verändert sich das Geräusch bei Last an USB?
    Nein. Habe ne variable USB-Last von 0 bis 200mA getestet

    - ändert eine andere Stromversorgung/Netzteil etwas?
    Nein.

    - bringt es was WLAN abzuschalten?
    Vielleicht minimal, aber es ist nach wie vor klar da. (Hab WIFI & BT abgeschaltet und bin per Kabel drauf)

    - ach ja, und mit Gummi das Gehäuse von außen dämmen/dämpfen
    Das hat keinen Unterschied gemacht.


    Also das fiepen ist schon da, wenn die Platine pur betrieben wird. Ist dann allerdings nur sehr leise zu vernehmen wenn ich das Ohr fast drauflege. Lege ich die Gehäuseschalen leicht an, ohne Dämmpad auf der CPU, bleibt es weiterhin leise. Erst das Dämmpad transportiert scheinbar die Schwingungen auf die Schalen, genauer auf die "obere", also den CPU-Teil. Drücke ich die Schalen dann zusammen bzw. ziehe die Schrauben an, verstärkt sich das Geräusch immer weiter.

    Interessanterweise nimmt das Geräusch kaum zu wenn ich die beiden von der USB-Seite entfernten Schrauben anziehe. Erst das festziehen der anderen beiden Schrauben auf der USB-Seite bringen das Geräusch zu voller Stärke. Ich weiss nun nicht, ob dadurch erst der volle Kontakt von Gehäuse und Dämmpad zustande kommt, oder ob der Kontakt zum Ethernet-Controller und dessen Wärmepad. Außerdem ist es so, dass die Ausrichtung des Pi eine Rolle spielt, ob man das Fiepen hört. Das Geräusch strahlt nicht in alle Richtungen gleich ab. Ich glaube das bestehende Fiepen wird durch die Schalen überraschend stark verstärkt. Ob nun über CPU und Wärmepad oder die Kontaktflächen des Boards weiß ich nicht.

    Ich schaue dass ich die Schrauben nur so weit nötig festziehe. Mache aus 'nem Luftballon oder Schrumpfschlauch noch 8 "Unterlegscheiben" für die Schraub-Kontaktflächen zum Board und werde den Pi ansonsten so "ausrichten" oder "einpacken", dass möglichst wenig Gefiepe zu hören ist.

    Danke für eure Ideen.

    Einmal editiert, zuletzt von demianovics (29. Oktober 2022 um 16:01)

  • Moinsen,

    mal bevor ich zu deinen Aufzählungspunkten komme, von solchen Passiv-Kühlmonstern halte ich gar nichts.
    (A) Sie verdecken die WLAN Schnittstelle,
    (B) Plan oder eben ist nicht immer eben ! Da gibt es einiges was auf der Platine 3B+ über den Headspedder hinaus ragt. Stimmen die Freiarbeitungen wirklich überein ? PS: Ich habe selber einige dieser 3B+ im Einsatz und musste Bau-Serien-abhängig hier einige Unterscheide trotz gleichen Modells feststellen. Hier hilft nur die Montage ohne Wärmeleitpad / Paste aber stattdessen mit einem Stück Blaupapier, aus der alten Schreibmaschinen-Zeit. Oh welche Verwunderung, wo dann doch der Kühler mit aufgelegen hat.

    (C) Auch wenn diese Kühlkörper eloxiert sind, aber nur bei vollständiger und gleichmäßiger Schichtdicke nicht leitend sind, sieht man mit dem bloßen Auge keine Fehlstellen. Hier hilft nur der Salzwasser-Test.
    Oben wo es einem nicht stört, eine Blankstelle schaffen und einen elektrischen Kontakt herstellen, dann den Kühlkörper in ein Glas-, Kunststoff- oder Keramikgefäß auf Gummiringe legen ( Dichtgummis aus dem Modellbau zB für Stoßdämpfer ), und Salzwasser ( 2 Teelöffel auf ein normales Trinkglas ) auffüllen, bis diese Grundfläche wirklich unter Wasser ist. ( Dabei darauf achten das diese Blankstelle nicht mit dem Salzwasser in Berührung kommt ) Und nun mal mit dem Ohmmeter oder einem Multimeter den Widerstand zwischen dieser Blankstelle und dem Salzwasser erfassen. Alles was jetzt kleiner als 50 kOhm angezeigt wird, bedeutet die Eloxalschicht ist doch nicht so perfekt. Besonders an den Stellen wo diese beiden Kondensatoren unmittelbar an die CPU grenzen und den anderen Stellen die auf dem Bild markiert habe ( jedoch nicht bei jedem Board gleich )

    hatte ich Berührungsstellen. Hier kann man sich mit Kapton-Tape ( ausgeschlachteter Laptop ) , oder einer Glimmerscheibe behelfen um wirklich sicher zu gehen, dass dort nichts passiert.

    Jetzt zu deinen Punkten:

    1. Wenn du an der CPU ein Pfeifen hörst kann das 2 Ursachen haben entweder der Headspedder ist locker oder schief, oder das Geräusch kommt von dem benachbart liegenden WLAN Modul, welches unter der Blechpräge-Himbeere liegt.
    2. Hast du nur bei diesen beiden Kondensatoren dieses Kapton-Tape verwendet ?
    Denn Salzwassertest hast du wahrscheinlich nicht in diesem Umfang durchgeführt, oder ?

    3. Ob eine Lastmessung via USB was bring, zumal nur bis 200 mA durchgeführt ist eher fraglich, wenn dann seitliche die GPIOs 2 oder 4 ( 5 V ) und dann gegen 6 ( GND ) nutzen ( auf wirkliche Isolation achten ) und hier mal je nach Netzteil bis auf 500 mA hochgehen. Dabei aber nur maximal ein USB Anschluß für Benutzerintaktionesgeräte ( Mouse / Tastatur auch als Funk-Kombi ) .
    4. Wenn auch andere Netzteile nichts bringen, ebenso keine Dämpfungsgummis zwischen Kühlkörper und der Leiterplatte zum Verspannen selber, könnte auch ein Materialfehler ( Mikrorisse ) im Kühlkörper selber vorliegen. Hier kann einem ggf das Autohaus des Vertrauens weiter helfen, die haben so tolle Sprays um feinste Risse in Metallgehäusen zu finden. Dann wäre das eine Erklärung, wenn das Board ohne Kühlkörper sonst keinen Ton von sich gibt.

    Lösungsansatz, wenn du einen guten Kumpel mit einer Fräsmaschine ( muss keine CNC sein ) hast, genau ausmessen wo sich der Headspedder in den Abmessungen zu den Befestigungsbohrungen befindet und alles bis zu 3 mm tief darum wegräumen / wegfäsen, dass dann nur noch diese erhabene Fläche auf dem Headspedder aufliegt. Und ja man sieht dann von einigen Stellen ( den Seiten ) aus ob der Kühlkörper wirklich plan auf der CPU aufliegt. ( Ist natürlich abhängig wie dick diese Grundplatte überhaupt ist )

    Meine Vorgehensweise wäre folgende: Erst ein Besuch im Autohaus, oder einer Metallverarbeitungsfirma die bei ALU eine Oberflächenrissprüfung vornehmen könnte. Wenn dort schon Risse erkannt werden, kannst du schon einmal mit diesem Kühlkörper aufhören.
    Wenn die Entscheidung steht, zwischen mache ich den Salzwassertest, oder fräse an dem Kühlkörper herum, was dann ohnehin zum möglichen Garantieverlust führen würde, dann entsprechen der Möglichkeit ob man sich die Grundfläche bearbeiten lassen kann, oder nicht.
    Auf jeden Fall nach dem Risstest noch einmal mit dem Blaupapiertest schauen wo das Teil wirklich aufliegt. Dazu ein Stück Blaupapier auf ein Stück Butterbrotpapier legen, auf die Maße des Kühlkörpers zurechtschneiden und dann ohne Wärmeleitpaste , oder Wärmeleitpad montieren, und nach wenigen Minuten nachschauen wo du überall einen Abdruck hast.

    Alternativ 18 x18 mm mal 22 mm hoch einen gerippten Blockkühlkörper aus reinem Kupfer, und dann hat man auch Ruhe. Damit passt dieser Kühlerdkörper auch noch in die Standard Original PI-Gehäuse. Bei mehrtägiger 100% Dauerlast komme ich mit dieser Alternative auch nicht über 56 Grad !

    Franky

    Einmal editiert, zuletzt von Franky07 (30. Oktober 2022 um 08:58)

  • Franky07 Vielen Dank für Deine ausführlichen Anmerkungen.

    Nein, einen so aufwendigen Salzwasser-Test habe ich nicht gemacht (auch nichts von diesem Ansatz gewusst). Ich habe einfach mit dem Multimeter auf Durchgang geprüft, und dabei mit Kraft ins Gehäuse gestochen bzw. gekratzt. An zwei blanken Gewinden konnte ich Durchgang feststellen, sonst nicht. Ich gehe gegenwärtig einfach davon aus, dass es keine Kurzschlüsse gibt. Leider lässt sich allein optisch schwer erkennen was was berührt oder nicht, sobald das Ding erstmal zusammengeschraubt ist. Ich schaue mir ggf. nochmal die Höhenprofile von Platine und Gehäuse an, auch unter Berücksichtigung Deiner Markierungen. Blaupapier ist ein super Tip, damit lassen sich eventuelle Zweifel ausräumen. Salzwasser & Co wäre die (mächtig) elaborierte Variante, die behalte ich im Hinterkopf für den Fall dass Kurzschluss-Befürchtungen aufkommen.

    Die anderen Hinweise sind auch super. Also das WLAN ist weiterhin stark genug für mich (Router in ca. 3m Entfernung). Da das Fiepen auch mit abgeschaltetem WLAN und Bluetooth anhielt, sehe ich in der Blechpräge-Himbeere nicht den Schuldigen. Bleiben der Heatspreader oder irgendwo liegende Spulen (wobei ich immer dachte Spulen fiepen nur bei Wechselstrom (und da mit sonoren 50Hz); hier bliebe ja nur Spannungswandlung und davon das Schalten oder Kondensatoren - aber da bin ich Laie).

    Ich habe nun aus einem winzigen Silikon-Schlauch so etwas wie Unterlegscheiben geschnitten, 8 an der Zahl. Habe alle Wärmepads bis auf die der CPU entfernt. Und dann langsam das Gehäuse verschraubt und dabei darauf geachtet zu sehen, wann Heatspreader, Wärmepad und Gehäuse-Auflagefläche definitiv durchgängig Kontakt haben. Die CPU bleibt bei Last nun unter 42° C und das Fiepen ist, wenn überhaupt, nur marginal lauter als im reinen Platinen-Betrieb. Damit kann ich vorerst leben. Vielleicht rüste ich die verbleibenden Wärmepads nach und schaue in dem Zuge die Höhenprofile ausführlich nach.

    So spannend die Suche nach Spannungsrissen oder das frei-Fräsen per CNC auch klingen (und so gerne ich eine CNC besäße ;) oder einen Freund mit einer solchen), ich glaube das wäre momentan etwas over-the-top. Es handelt sich um ein 12 Euro Kühlkörper. Und hätte ich weiter das Fiepen-Problem, wäre es wahrscheinlich am einfachsten Deinen 18x18x22mm-Kühlkörper-Tip zu beherzigen.

    Muchas Gracias!

    Einmal editiert, zuletzt von demianovics (29. Oktober 2022 um 18:15)

  • Vielleicht testest Du mal, ob sich das Geräusch evtl. bei wechselnder Systemlast der CPU/GPU ändert bzw. verstummt. Spulen machen nicht nur Geräusche bei Wechselspannung, sondern auch u.U. bei gepulster Gleichspannung. In vielen Schaltnetzteilen sind diese oft mit etwas Silikonmasse bzw. Heißkleber versehen.

  • Fliegenhals das System läuft headless, also bietet nur nen Webserver an. GPU wird wahrscheinlich gar nicht verwendet. Ansonsten habe ich eben die Seite des Webservers (MainsailOS) im Browser neu geladen um Last zu erzeugen. Dann hörte ich das Rattern der CPU. Aber am Fiepen änderte das nichts. Ich wüsste über meinen USB-Last-Test hinaus gar nicht ohne weiteres wie testen. Ggf. mit y-cruncher ein bisschen Pi berechnen.

    Aber im Grunde ist mein Problem ja gelöst. Das bisschen Fiepen jetzt höre ich nicht mehr. Da ist mir egal woher es eigentlich kommt ;)

  • Moinsen

    So spannend die Suche nach Spannungsrissen oder

    Dort fängt es aber an.
    Gerade bei gesägten oder eingefrästen Gassen zwischen den Rissen ist das die Hauptursache für mögliche Risse.
    Das kann man um weitere Aufwendungen gering zu halten im Vorfeld auch optisch prüfen.
    Wenn du jetzt mal diese Gasse zwischen den Rippen von der offenen Seite genauer betrachtest, gibt es nur 3 Aussehensformen. Rechts und links hast du das Material was die Rippen selber darstellt. Unten hast du den Grund der Vertiefung ( Nut ), und nun kommt es auf diese beiden Übergänge drauf an. Entweder er ist scharf 90 grad, dann gefräst oder gesägt, er ist wie gefast dann ist es gesägt, oder wenn dieser verrundet ist also ein Übergangsradius zwischen der Grundfläche und der Rippe besteht ist er entweder so gezogen / gewalzt oder gefräst. Wenn es dort am Grund einen Übergangsradius gibt ist die Wahrscheinlichkeit von Materialrissen äußert gering. Besonders anfällig sind die Bauformen wo die Übergänge hart ohne Radius oder Fase ausgeführt sind. Und solche kleinen Risse, die man mit bloßem Auge nicht erkennt, sind ein bekanntes Leiden von solchen "Designer"-Kühlkörpern. Das Problem ist auch im industriellen Umfeld bekannt, dass Leistungsstufen mit Kontur-angepassten Backside Kühlkörpern mit zunehmender Betriebszeit anfangen Geräusche zu machen. Ich werde hier jetzt namentlich keine solche Vertreter nennen, aber das Problem ist nicht wirklich neu.
    Autohaus , einsprühen lassen, dann spülen und mit der UV Lampe mal schauen wo es an diesen Übergangszonen überall schön leuchtet. Nicht nur das durch diese Mikrorisse die Kühlleistung nachlässt, sie sind auch immer Verursacher von Geräuschübertragung /-bildung.

    Franky

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