Geeigneter Gehäuselüfter und Lüftersteuerung für Raspberry Pi 4

    Hallo Community,

    meinem Raspberry Pi 4 mit seinen vier Platinen (übereinander) wird es in seinem Gehäuse immer wieder etwas warm und ich möchte ihm etwas Gutes tun und mittels eines Lüfters die Wärme aus dem Gehäuse absaugen. Dies soll allerdings sinnvoll geregelt, möglichst leise und mit möglichst kleinem Energieaufwand geschehen.

    Die Temperatur am BMP280-Sensor, der oben im Gehäuse angebracht ist, zeigt regelmäßig um die 43 °C, die CPU hat bei normaler Auslastung um die 70 °C. Spiele ich z.B. ein Video aus einer Mediathek ab, können das schnell mal 85 °C werden und das rote Thermometersymbol blitzt rechts oben auf dem Bildschirm auf. Als Kühlkörper verwende ich aktuell die Standard-Kühler, die zum Raspberry Pi Set original dazu waren.

    Thema 1: Nach einem ersten Versuch eine Lüftersteuerung nach einer Anleitung aus dem Netz selbst zu bauen (siehe hier), schiefgelaufen ist, wollte ich nun den alternativen Weg gehen und mir einen PWM-Lüfter für den Raspberry Pi kaufen. Da gibt es so einige. Es soll einfach nur ein Lüfter (ca. 40 mm) sein, den ich in mein Gehäuse integrieren kann. Ich benötige keinen Hut oder eine Platine, die ich oben auf den Raspberry Pi montieren kann. (Da steckt schon der Hifiberry drauf.)

    Könnt ihr mir hier etwas empfehlen. Wie gesagt, es soll ein Lüfter sein, der:

    • Mit RasPi-Bordmittels PWM-steuerbar ist (Drehzahlregelung)
    • möglichst leise ist (gute strömungstechnische Auslegung)
    • Einen guten Luftvolumenstrom bewegen kann
    • Möglichst wenig elektrische Energie verbraucht

    Bei BerryBase habe ich diesen Lüfter gefunden. Dann gibt es ja den originalen Raspberry Pi Lüfter. Was gäbe es noch Gutes für den Raspberry Pi? Wie viel Geld müsste man für einen guten Lüfter ausgeben?

    Sind außerdem alle Lüfter direkt am Raspberry Pi betreibbar oder benötigt man evtl. doch z.B. noch einen Transistor als Treiber?

    Thema 2: Ich benötige dann noch eine Software-Steuerung für den Lüfter. Ich möchte gern auf die Gehäusetemperatur (des BMP280) und die CPU-Temperatur steuern. Gibt es dafür anpassbare Skripte? Kann man auch die Temperaturen der auf meinen zwei Geekworm-USB-Adaptern verbauten SATA-SSD’s auslesen und ggf. darauf regeln?

    Vielen Dank schon einmal für eure Unterstützung!

    Grüße,
    Mic.

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    Moinsen,

    hyle ich meine gelesen zu haben, das der TO von 4 Platinen übereinander spricht, wobei ich annehme das diese alles via dieses GPIO Block Connectors miteinander verbunden sind. Also hilft hier offensichtlich nur Querlüften. Nur jeder kennt den Aufbau des RasPi. Irgendwo /-wie die Luft von außen zwischen die Platinen Blasen bringt recht wenig, zumal immer der GPIO Header auf der langen Seite im Weg ist, und zum anderen in der unteren Etage ( RaspI selber eine Stirnseite durch die USB / Netzwerk-Connector(en) als Luftstromhindernis vorhanden sind. Hier sollte der TO doch besser Angaben machen, welche Abmessungen das potentielle Gehäuse haben darf, denn auch die Breite des Gehäuses durch die HDMI- und Stromversorgungsanschlüße lässt sich in dieser Ausdehnungsrichtung nicht beliebig größer machen. Ebenso das rein von Oben hineinblasen von Luft dürfte ganz unten an der CPU nur noch eine, wenn überhaupt, Wärmeableitungswirkung erzielen.
    Ich damit deinen Vorschlag und die Ansteuerungsmethode in Frage stellen, nur frage ich mich wie man bei einem solchen Stapelsystem wirklich eine effiziente CPU / RAM Kühlung hinbekommen möchte, wenn der Lüfter oben drauf sitzt ?

    Franky

    Quote from Franky07

    wenn der Lüfter oben drauf sitzt ?

    Von oben drauf war ja nicht die Rede, sondern von

    Quote from Mic2022

    die Wärme aus dem Gehäuse absaugen

    :wink1:

    Wenn die Platine(n) senkrecht stehen, unten Luftschlitze sind, dann könnte man den Lüfter oben saugend setzten um die Zuluft zwischen den Platinen durchzuziehen, wobei auf die Platinen, bzw. Kühlkörper blasend immer besser wäre.

    Es gibt aber seit Ewigkeiten Diskussionen darüber, was nun besser wäre, saugen oder blasen. :green_wink:

    Hallo zusammen,

    ihr habt meinen Text richtig interpretiert und genau diese Einschränkungen (u.a. GPIO-Steckerleisten auf der "linken Seite") sind auch das, was es mir schwer macht. Die einzige halbwegs brauchbare Idee, die ich habe, ist es den Lüfter an der Vorderseite (wo der SD-Karten-Schlitz ist) senkrecht vor die Platinen zu stellen. Ich möchte damit nicht nur die Wärme vom eigentlichen RasPi (CPU etc.) sondern auch von den zwei SSD's mit "absaugen".

    Ich habe es in folgendem Bild versucht etwas zu skizzieren.

    Das ist alles nicht so ganz perfekt. ich nehme also gern auch bessere Ideen an. Und dann ist da noch die Frage nach geeigneter Hardware.

    Grüße,
    Mic.

    PS.: Ihr dürft mich Mic nennen. TO ist nicht nötig. 😉

    Die Löcher am Boden des Gehäuses sind ungünstig, weil dort falsch Luft gezogen wird. Wenn schon so, dann Luftschlitze gegenüber des Lüfters, sodass die Zuluft über die Platinen gezogen oder geschoben wird.

    Quote from Mic2022

    Und dann ist da noch die Frage nach geeigneter Hardware.

    Siehe den Link im Beitrag #2, falls Du damit den Lüfter meinst. :green_smile:

    Noch hat die aktuelle Version des Gehäuses ja keinen Lüfter. Daher möglichst viele Löcher. Die Löcher am Boden sind direkt unter der untersten SSD, damit diese dort etwas Wärme los bekommt. Kann ich aber in einer neuen Version ggf. alles ändern.

    So richtig über die Platine ziehen geht ja leider auch schlecht, weil überall irgendein Anschluss o.ä. im Weg ist.

    Daher wollte ich im ersten Versuch einfach mal vorn eine Öffnung für einen Lüfter einbauen und schauen, ob rein das Absaugen der warmen Luft schon hilft. Da sind zwar auch SD Card und LEDs aber eine bessere Idee habe ich nicht. Quer durchströmen geht ja auch nicht.

    Hauptfrage ist dann auch noch immer: Welchen Lüfter kaufe ich?

    Moinsen,

    Noctua Lüfter sind leise, langlebig und verhältnismäßig saugkräftig.
    Ich würde an deiner Stelle auf die gesamte Breite des Gehäuses gehen und damit die Ausdehnung des Lüfterquadrats vergrößern. Mit einem einzelnen 40er Lüfter wird das nichts.

    Hier wäre ein 60er Lüfter die bessere Wahl.

    Dann solltest du auch nicht das Gesamte Gehäuse zu einem Sieb machen, sondern wenn der Lüfter absaugen soll, die Lufteinlasslöcher hinter der Hauptwärmequelle positionieren, damit der Luftstrom immer und automatisch über diese "Wärme-Hot-Spots" gezogen wird.

    Franky

    Hallo Franky07,

    vielen Dank für deine Hinweise. Du kennst dich gut damit aus. Frage ist nur, wie kann man "in einem Raspberry Pi" einen vernünftigen Luftstrom hinbekommen, wenn überall etwas im Weg ist. Durchströme ich das Gehäuse quer, kommt bei der CPU nichts an, weil die schwarze Pin-Leiste im Weg ist. Durchströme ich längs, kommt bei der CPU fast nichts an, weil die USB- und LAN-Anschlüsse im Weg sind.

    Ich werde wahrscheinlich keine optimale Strömung und Kühlung hinbekommen. Daher war meine erste Idee, dass eine - wenn auch diffuse - Strömung besser ist als stehende warme Luft.

    Danke und Grüße,
    Mic.

    Moinsen,

    Was unten die SSD sind ist das wohl das kleine Problem ;) Da machst du einfach neben den Anschlusslöcher ( USB ) einfach noch ein paar kleine Löcher ein, lässt aber in diesen beiden Etagen die Seiten komplett geschlossen. Damit pfeift der Wind einmal von der USB Anschluss in Richtung Lüfter ( so wie du es als 3D Modell dargestellt hat ) durch.
    Bei PI würde ich nur einige senkrechte Schlitze jeweils Seitlich reinmachen , die wenn es die Gehäusestärke zulässt eine Richtungswirkung in Richtung Platinenmitte haben. Auf der Seite der GPIO Connectoren ist das zwar weniger aber wenn du weiter vorne ( In Richtung der USB Anschlüsse ) beginnst die Luft einzuleiten, dann hast du immer noch etwas Spielraum denn der GPIO Connector beginnt nicht unmittelbar hinter der Netzwerk Buchse. Und wenn das nur ein 5 mm Spalt über volle Abstandshöhe zwischen der PI Platine und der Unterseite des HATs ist, es hilft wirtschaften.

    Franky

    Quote from Hofei

    ja, das hab ich nicht mehr implementiert. Da hat Mic2022 dann gleich eine kleine Programmieraufgabe ;)

    Das wäre dann am Ende ein Sahnehäubchen. Erst 'mal Lüfter, dann Lüftersteuerung, dann Gehäusekonstruktion anpassen und dann..............

    Apropos, eine Frage ist mir noch ganz offen. Kann ich mit irgendeinen Skript die Temperaturen der SSD's auslesen? Dann würde ich das gern in die Regelung mit einbringen.

    Und noch einmal zur Sicherheit die Frage: Der Raspberry Pi 4 kann praktisch alle Lüfter mit Drehzahlregelung (3-adriges Kabel) direkt über die GPIO-Leiste ansteuern oder muss man dabei etwas beachten? (Art der Ansteuerung? Maximale Leistungsaufnahme? etc.)

    Moinsen,

    Nein !
    3 Pin Lüfter haben eine Versorgungsspannung, einen Masseanschluß und einen Rückmeldendes Tachosignal, welches darüber Auskunft gibt, ob der Lüfter sich noch dreht.

    Das gleiche bei 2 Pin Lüftern, bei denen nur das Tachosignal fehlt.

    Hingegen bei 4 Pin Lüftern reicht es die Betriebsspannung anzulegen und mittels des Pin Nr. 4 kann man da ein 3,3 V PWM Signal draufgeben, ohne da die elektrische Last des Lüfters aus dem GPIO kommt.

    Wenn du also einen 2 oder 3 Pin Lüfter egal mit welcher Vcc ( Versorgungsspannung ) an einen RasPi betreiben willst, solltest du dir in erster Linie den Stromverbrauch, bzw die Leistung ansehen.
    Normal benötigt man da eine Treibereinheit, egal ob aus einem Bipolaren Transistor ( NPN / PNP ) bei kleineren Laststörmen, oder mittels eine MOSFETs. ( MOSFETs sind im Gegensatz zu den Bipolaren Transistoren Spannungsgesteuert, und benötigen im Verhältnis weniger Strom aus dem GPIO zur Gate Ansteuerung wie ein Bipolarer Transistor -> diese sind über den Basis -Anschluß Stromgesteuert. )

    Franky

    Hallo franky,

    vielen Dank für deine Erläuterungen. Da sind viele nützliche Informationen drin. Gut zu wissen, dass es Lüfter mit drei Anschlüssen gibt, die kein PWM unterstützen. Anders herum ist es aber auch so, dass Lüfter mit drei Pins angeboten werden, die PWM unterstützen (aber dafür kein Drehzahlsignal haben). Der originale Raspberry Pi Lüfter ist si ein Beispiel. Er wird z.B. bei BerryBase (siehe hier) angeboten.

    Eine Ansteuerung über einen Bipolaren-Transistor hatte schon ausprobiert. Hat irgendwie nicht geklappt. Daher möchte ich nun den einfacheren Weg gehen und einen Lüfter nehmen, der schon eine PWM-Ansteuerung mit sich bringt. Nach der Anleitung von Hofei(siehe Bild hier) müsste das ja recht einfach mit den Bordmitteln des RasPi 4 machbar sein.

    Danke und Grüße,
    Mic.

    NF-A4x10 5V
    Der NF-A4x10 5V ist eine spezielle 5V Version von Noctuas hochoptimiertem leisen 40x10mm Premium-Lüfter, der auf das AAO-Rahmensystem und fortschrittliche…
    noctua.at

    Ich würde den nehmen. Es sind auch Antivibrationsgnubbel für die Gehäusebefestigung enthalten. Damit wird der Lüfter vom Gehäuse entkoppelt.

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