Ein 19 Zoll Rackmount für Raspberry Pi aus dem 3D-Drucker

19 Zoll Raspberry Pi Rack
19 Zoll Raspberry Pi Rack

Ich habe hier ja inzwischen ein paar Raspberry Pi (3B+ und 4B) im Einsatz, z.B. für den Pi-hole oder als Minecraft-Server für die Kids. Bisher lagen diese in stapelbaren, 3D-gedruckten Gehäusen im Serverschrank. Da ich alle Raspis mit einer SSD betreibe, lagen diese natürlich auch noch daneben. Und ein großes USB-Netzteil zur Stromversorgung sowie ein USB-Lüfter zu Kühlung. Mit inzwischen fünf Raspberrys Pi also eine ganze Menge Zeug...

Ein19 Zoll Rackmount

Die Raspberry Pi im BetriebSchon länger hatte ich daher vor, eine bessere Lösung umzusetzen. Ein 19 Zoll Rack war der Plan. Verschiedene Bleche zu festen Montage von bis zu vier Raspberrys gibt es zwar am Markt, aber diese überzeugten mich nicht. Bei Thingiverse hatte ich hingegen verschiedene und deutliche bessere Lösungen (1, 2, 3, 4, 5) gefunden, die ich dann als Basis genommen habe, mir eine eigene Lösung nach meinen Bedürfnissen umzusetzen.

Sechs Raspberry Pi mit SSD

Die Konstruktion des Racks in Fusion 360Ich wollte einen Rahmen mit einer Höheneinheit (1HE), in der ich bis zu sechs Raspis einschieben konnte. Die SSDs sollten auch Platz finden und die Stromversorgung sollte zukünftig nur per PoE erfolgen. Dazu habe ich alle Raspis mit dem PoE-Hat ausgestattet, denn die seitliche Stromversorgung über USB wäre ja ohnehin nicht mehr möglich gewesen.

Ein komplett montierter EinschubrahmenZunächst hatte ich vor, meine 2,5-Zoll SSDs ebenfalls in einem Einschubrahmen unterzubringen, aber das hätte ja nochmal Platz gekostet. Ich entschied mich dann, die bisherigen SSDs durch kleinere SSDs von Intenso zu ersetzen, die ich dann auf dem Einschubrahmen hinter jedem Raspi positionieren konnte.

Auf dem PoE-Hat ist zwar ein kleiner Lüfter integriert, aber dieser bläst ja nur von oben auf die CPU, also musste noch ein weiterer Lüfter dazu kommen, der die Luft (zumindest in der Theorie) nach hinten abtransportiert. Da ich keine zusätzliche Stromversorgung wollte, musste dieser auch über den Raspi versorgt werden. Ich habe mir dazu ein paar kleine 30x30 5V-Lüfter besorgt und diese parallel an die Kabel des Lüfters auf dem PoE-Hat angelötet. Da die Lüfter auch auf dem Einschubrahmen montiert werden müssen, hätten größere 40x40 Lüfter nicht gepasst, auch wenn eine Höheneinheit 44,45 mm hoch ist.

Die Umsetzung

Die einzelnen Module des RacksDie Grundidee, einzelne Module zu drucken, die dann von zwei 5 mm (M5) Gewindestangen zusammen gehalten werden, habe ich vom Rackmount von Russ Ross bei Thingiverse übernommen. Der ganze Rahmen wird dadurch wirklich sehr stabil. Die gelochte Grundform der einzelnen Einschubrahmen und die Idee der hinten positionierten SSDs habe ich vom Design von Ivan Kuleshov übernommen.

Alle Teile des Racks sind gedruckt und montiertDas gesamte Rack meiner Konstruktion besteht also nun aus sechs Rahmen für die Raspis sowie zwei Winkeln für die Montage im Serverschrank. Somit habe ich aktuell noch eine Slot frei. Und falls ich noch weitere Raspis benötige, kann ich ja ein zweites Rack drucken.

Lichtleiter für die LEDsAls kleines Goodie kam mir dann noch die Idee, die LEDs des Raspis und der SSD nach vorne zu führen. Warum? Weil es geht... Zunächst wollte ich das mit transparentem PLA machen. Den Ansatz habe ich aber schnell verworfen, da ich vermute, dass dies mangels ausreichender Lichtleitfähigkeit ohnehin nicht wie gewünscht funktioniert hätte. Das Ganze habe ich dann mit einem einfachen 1,5 mm „Glasfaserkabel“ bzw. Lichtleiter gelöst. Und das funktioniert sogar besser als erwartet. Der recht weiche und gummiartige Lichtleiter ist sehr biegsam und lässt sich ohne Leuchtverlust problemlos verlegen.

Die Einschubrahmen bestehen aus drei TeilenMeine Einschübe bestehen aus drei Teilen. Dem eigentlichen Einschubrahmen, dem Griff und der Halterung für die SSD. Durch diese Aufteilung ist es möglich ohne bzw. mit sehr wenig Stützstruktur zu drucken und optional die Griffe in verschiedenen Farben drucken. Außerdem wären so natürlich auch Halterungen für andere SSD-Bauformen möglich. Griff und SSD-Halterung werden über eine Schiene auf den Einschubrahmen geschoben. Die Griffe lassen sich auch mit einem Labeldrucker beschriften.

Ein Einschubrahmen mit den verlegten LichtleiternDer Einschubrahmen hat eine Halterung für den Lüfter sowie Führungen und Löcher für die Lichtleiter. Diese muss man allerdings mit einem kleinen Handbohrer noch einmal etwas nachbohren. Die Lichtleiter halten besser als erwartet, man kann diese aber optional auch mit etwas Sekundenkleber fixieren.

Die Module werden durch Gewindestangen zusammengehaltenGedruckt habe ich alle Teile mit normalem PLA auf meinem Anycubic i3 Mega. Ganz ohne Stützstruktur geht es leider nicht, auch wenn ich bei der Konstruktion versucht habe, diese möglichst zu vermeiden. Notwendig ist diese in erster Linie bei der Öffnung für den Lüfter und eventuell bei ein paar der Rundungen. Den Einschubrahmen habe ich wegen der kleinen Löcher für den Lichtleiter mit 0,1 mm Schichtdicke gedruckt. Alle andere Teile mit 0,2 mm.

Lüftersteuerung

Der Lüfter des PoE-Hat und auch der zusätzliche Lüfter werden über den Raspi gesteuert. Da mir die Geräusche im Serverschrank recht egal sind, weil es dort ohnehin schon laut genug ist, habe ich die Lüfterdrehzahl über die /boot/config.txt angepasst, sodass diese deutlich höher ist, als bei den Standard-Einstellungen (die Parameter findet man hier). Ich werde das in der nächsten Zeit aber mal beobachten und ggf. noch einmal anpassen. Hier meine aktuelle Config:

dtoverlay=rpi-poe
dtparam=poe_fan_temp0=30000,poe_fan_temp0_hyst=2000
dtparam=poe_fan_temp1=35000,poe_fan_temp1_hyst=2000
dtparam=poe_fan_temp2=40000,poe_fan_temp2_hyst=2000
dtparam=poe_fan_temp3=45000,poe_fan_temp3_hyst=5000

Nach der Änderung muss der Raspi einmal neu gebootet werden.

Intenso SSD-Boot mit dem Raspberry Pi 4B

Es hat etwas gedauert, aber inzwischen kann man den Raspi 4B ja auch direkt von einer USB-SSD booten. Ich hatte mit den Intenso-SSD allerdings zunächst ein paar Probleme, fand aber zum Glück in einigen Foren die Lösung. Man muss in der /boot/cmdline.txt den Quirks-Mode für den USB-Boot aktivieren, Man fügt dort einfach die folgenden Anweisung hinzu:

usb-storage.quirks=152d:0579:u

Damit bootet der 4er Raspi nun ohne Problem von der Intenso-SSD.

Download der STL-Dateien

Ich habe alle Komponenten als STL-Dateien bei Thingiverse hochgeladen:

Falls Ihr Anmerkungen oder Verbesserungsvorschläge habt, freue ich mich über Eure Kommentare!

Bisher 14 Kommentare
  1. Dominik

    Dominik

     

    8. Januar 2021, 07:46 Uhr

    Ähm wieso 6 RPI wenn man einfach ein Docker System auf seinem/deinem Server installieren kann ? Spart Geräte, SSd´s und Strom :D und man kann noch mehr Betreiben als Pi-Hole und Gamingserver

    der Ansatz ist doch eher unwirtschaftlich.

  2. Thomas Mielke

    8. Januar 2021, 10:23 Uhr

    @Dominik: Zum Einen weil es für meine ARM-Synology keine offizielle Docker-Unterstützung gibt und ich darauf ungerne manuell etwas installieren möchte. Und zum Anderen habe ich es gerne dediziert. Insbesondere so etwas Essentielles wie der Pi-hole gehört meiner Meinung nach nicht in einen Container.

  3. Bernd

    Bernd

     

    9. Januar 2021, 15:08 Uhr

    Hallo, ich möchte auch sowas nachbauen - aber dazu muss ich erst mal einen 3D Drucker anschaffen. Kennt zufällig jemand einen Dienst, der das gegen Bezahlung ausdruckt und zuschickt, wenn man die Thingiverse-Dateien hochlädt? Ich hab leider nur was sauteures gefunden, da wäre ich bei einem kleinen Projekt gleich bei 100 Euro...

    Ansonsten muss ich mir doch mal so ein Gerät anschaffen. Kosten ja nicht die Welt. Ich hab leider mit Grafikprogrammen/Cad usw null am Hut. Ich könnte dann nur mit Hilfe von Thingiverse-Dateien etwas nachdrucken.

    Was anderes zum Thema Docker: Ich hab in meinen insgesamt 3 Bädern und WCs ein Multiroom-System, also LogitechMediaServer und Raspis mit Hifiberry-Verstärker-Hat auf denen piCorePlayer läuft. Sowas kann man eher nicht virtualisieren... zumindest kenne ich keine Lösung. Keine Ahnung, obs dafür USB-Sounkarten mit Amp gäbe?!

  4. Bernd

    Bernd

     

    9. Januar 2021, 15:11 Uhr

    Nochwas zu den Intenso-SSDs - warum hast du dich für diese entschieden? Sind die genau so schnell wie m.2 SSDs auf USB-Adapter oder "normale" 2,5"-SSDs mit USB-Adapter?

  5. Thomas Mielke

    9. Januar 2021, 20:20 Uhr

    @Bernd: Anbieter gibts da viele. Aber ich habe mangels Notwendigkeit natürlich noch keinen getestet. Ich halte die genannten 100 Euro für diese Dienstleistung aber nicht für unrealistisch. Mal so als Rechenbeispiel, welcher Aufwand mein Rackmount beim Druck bedeutet (also ohne die Konstruktion, die Testdrucke, etc.):

    Das Hauptmodul hat eine Druckzeit von gut vier Stunden. Davon braucht man sechs Stück, macht also insgesamt 24 Stunden. Ich konnte mit meinem Drucker zwei Stück gleichzeitig drucken (größere Drucker können natürlich mehr drucken), aber abgesehen von der Druckvorbereitung geht das natürlich insgesamt auch nicht schneller. Ein Modul = 4 Stunden, zwei Module = 8 Stunden, etc. Pro Stück braucht man ca. 60-80g Filament, also ca. 400-500g zusammen.

    Dann kommen die beiden Winkel. Diese brauchen zusammen auch nochmal gut 4-5 Stunden und benötigen ca. 40-50g Filament.

    Die Einschubrahmen bestehen jeweils aus drei Teilen, davon kann man natürlich auch einige Teile gleichzeitig drucken. Zusammen sind das aber auch ca. 36 Stunden Druckzeit und es wird ca. 250g Filament benötigt.

    Eine Rolle Filament (1kg) kostet ca. 25-30 Euro, ich habe in zwei Farben gedruckt, macht also von den Materialkosten ca. 50-60 Euro, auch wenn die Rollen natürlich nicht komplett verbraucht wurden. Aber Fehldrucke können immer passieren und Testdrucke können ebenfalls nötig sein, auch bei professionellen Dienstleistern.

    Die Druckvorbereitung kostet auch etwas Zeit. Die STL-Dateien müssen ja mit einem Slicer in Druckdateien für den entsprechenden Drucker vorbereitet werden. Und ein 3D-Drucker druckt nicht einfach auf Knopfdruck wie ein Laserdrucker, sondern benötigt bei jeden Druck manuelle Vorbereitung: Druckbett reinigen, Filament einlegen, etc.

    Die Intenso-SSDs habe ich gewählt, weil diese eine für meine Anwendung praktische Bauform haben und diese direkt ohne Adapter, also nur mit dem Kabel direkt am USB-Port angeschlossen werden können. Und auch preislich sind diese interessant. Bei der Geschwindigkeit wird es vermutlich bei einem Raspberry Pi keine ernsthaft messbaren Unterschiede zwischen den verschieden SSD-Typen geben. Der Unterschied SD-Karte hingegen ist schon spürbar.

  6. David

    David

     

    7. März 2021, 13:35 Uhr

    Wie lange muss die Gewindestange sein und welchen Durchmesser hat diese?
    Was für Schrauben hast du genutzt um die Pi's auf den Schienen fest zu schrauben?

  7. Thomas Mielke

    7. März 2021, 17:48 Uhr

    @David: Es sind 5mm (M5) Gewindestangen. Steht aber auch oben im Artikel. Ich habe mir ein 5er Set mit 1 Meter Länge bestellt. Diese habe ich auf ca. 45cm gekürzt. Das musst aber am besten ausmessen, wenn einmal alles zusammen steckst und dann auch die Dicke die Muttern und ggf. Unterlegscheiben berücksichtigst.

    Beim PoE-Hat sind ja Schrauben dabei, sind aber dann auf dem Rahmen etwas zu kurz. Ich habe mir ein Set mit M2,5 Schrauben bestellt und dann ausprobiert, welche am besten passen.

  8. Philipp

    Philipp

     

    8. April 2021, 22:19 Uhr

    Hallo,
    ich finde die Idee toll und habe mir auch schon ein komplettes Rack gedruckt und zusammengeschraubt.
    Ich finde es aber schade, dass ich die Stromkabel nicht anschließen kann.
    Die Lösung mit den PoE Hats finde ich nicht gut. Zumal haben die Teile einen schlechten Ruf, wenn man den Kommentaren bei Amazon glauben kann.
    Besteht die Möglichkeit, dass Sie die Konstruktionsdateien veröffentlichen?
    Viele Grüße
    Philipp

  9. Thomas Mielke

    9. April 2021, 00:04 Uhr

    @Philipp: Bei mir funktionieren die PoE-Hats einwandfrei und versorgen ja auch noch die USB-SSD. Es gab aber in der Tat bei der ersten Board-Version ein paar Probleme, sodass es bei Last an den USB-Ports zu Under-Voltage-Fehlern kam. Das ist aber inzwischen behoben. Ich verwende ich PoE-Hats mit dem 3B und dem 4er.

    Einer der Gründe warum ich die PoE-Hats verwende (abgesehen von der Einsparung der USB-Netzteile), war aber insbesondere, dass der USB-Port bei de Raspis an der Seite sind und somit bei einem Rack-Einbau Platz verschwendet wird. Mit der seitlichen Stromzuführung hätte ich nur fünf und nicht sechs Raspis nebeneinander in das Rack bekommen.

  10. David

    David

     

    9. Oktober 2021, 19:00 Uhr

    Hallo Thomas,
    Vielen Dank für die Anleitung. Hast mir wirklich viel weiter geholfen. Aber leider scheint die Intenso bei mir so gar nicht zu wollen.
    Er bootet zwar von der SSD. Aber weder Netzwerk noch sonst was läuft. Zur console kommt er nur selten. Strom Probleme kann ich dank 160w Netzteil ausschließen, oder?

  11. Thomas Mielke

    9. Oktober 2021, 19:02 Uhr

    @David: Hast Du in der /boot/cmdline.txt den Eintrag wie oben vorgenommen? Die Datei kannst Du auch bearbeiten, wenn Du die USB-SSD an Deinen normalen PC anschließt. Windows kann auch auf die Boot-Partition zugreifen. Ohne diesen Eintrag hat der RasPi Probleme mit dem Zugriff auf die SSD.

  12. David

    David

     

    10. Oktober 2021, 19:05 Uhr

    Ha...
    Ja. Den Parameter hatte ich irgendwann drin. Hatte hier den Text nciht richtig gelesen, in einem anderem Forum den Tipp bekommen, eingetragen aber es hatte leider nicht wirklich funktioniert. Gebootet hatte er dann aber leider war die root partition irgendwie nicht richtig gemountet oder beschädigt oder was auch immer.
    Nachdem ich nun hier den Post geschrieben hab, hab ich zum x-ten mal von vorne begonnen. Und nun läufts :)
    Keine Ahnung was ich anders gemacht hab, aber das finde ich beim nächsten Mal raus :)
    Danke jedenfalls trotzdem für den Hinweis!

  13. Alexander

    Alexander

     

    14. Oktober 2021, 10:43 Uhr

    Hallo Thomas !
    Vielen Dank für die ausführliche Erklärung und Bereitstellung von Deinem Projekt ... ich bin auch gerade dabei es nachzubauen, lediglich spiele ich mich mit USB Sticks herum, nicht mit SSD - darum die Frage die sich mir auftut - warum SSD und keinen USB Stick ? Langlebigkeit ? Schreib/Lesezyklen ? Schnelligkeit wird eher vernachlässigbar sein oder ? Danke !

  14. Thomas Mielke

    14. Oktober 2021, 13:23 Uhr

    @Alexander: SSDs sind auf jeden Fall schneller und langlebiger im Gegensatz zu den Micro-SD-Karten. USB-Sticks (USB 3.0) sind vermutlich auch etwas schneller als die SD-Karten, aber was die Ausfallsicherheit (Schreib-Lese-Zyklen, Stromausfall, etc.) angeht sind SSDs klar im Vorteil. Auf einen USB-Stick würde ich mich im Dauerbetrieb nicht verlassen wollen.

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