DE10161536B4

DE10161536B4 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE10161536B4
Application number: DE2001161536
Authority: DE
Inventors: Peter Mauch
Original assignee: E-Motion Gesellschaft fur Antriebstechnik Mbh; MOTION GES fur ANTRIEBSTECHNI
Current assignee: ELECTROCRAFT GMBH, 70567 STUTTGART, DE
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2021-12-11
Also published as: DE10161536A1

Abstract

Schaltungsanordnung, welche in eine Gehäuseaufnahme (12) einschiebbar ist, umfassend eine Leiterplatte (16), auf welcher elektrische Bauelemente (18, 22) angeordnet sind, einen ersten Kühlkörper (28; 70) mit einer zur Leiterplatte (16) beabstandeten Oberfläche (30; 94) und eine Frontplatte (24; 80) zur Abdeckung der Leiterplatte (16), wenn die Schaltungsanordnung in der Gehäuseaufnahme (14) sitzt, wobei der erste Kühlkörper (28; 70) mit der Frontplatte (24; 80) verbunden ist und der erste Kühlkörper (28; 70) sich über die Frontplatte (24; 80) an der Leiterplatte (16) abstützt, dadurch gekennzeichnet , daß an dem ersten Kühlkörper (28; 70) ein zweiter Kühlkörper (40; 72), welcher zur Wärmeableitung von einem oder mehreren elektronischen Leistungsbauteilen (20) dient, einstückig gebildet ist und daß der erste Kühlkörper (28; 70) über den zweiten Kühlkörper (40; 72) an der Leiterplatte (16) gehalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, welche in eine Gehäuseaufnahme einschiebbar ist, umfassend eine Leiterplatte, auf welcher elektrische Bauelemente angeordnet sind, einen ersten Kühlkörper mit einer zur Leiterplatte beabstandeten Oberfläche und eine Frontplatte zur Abdeckung der Leiterplatte, wenn die Schaltungsanordnung in der Gehäuseaufnahme sitzt, wobei der erste Kühlkörper mit der Frontplatte verbunden ist und der erste Kühlkörper sich über die Frontplatte an der Leiterplatte abstützt.

Derartige Schaltungsanordnungen werden beispielsweise bei Motorsteuerungen eingesetzt. Die Leiterplatte ist dabei oft eine normierte Platine wie beispielsweise eine Europa-Platine. Die gesamte Schaltungsanordnung wird in der Art einer Steckkarte in die Gehäuseaufnahme eingesetzt. Um die Schaltungsanordnung kühlen zu können, ist ein Kühlkörper vorgesehen, der die Oberfläche vergrößert, über die Wärme insbesondere konvektiv an die Umgebung abgebbar ist und der auch zu einer Erhöhung der Wärmekapazität führt.

Aus der EP 0 169 136 A1 ist eine Schaltungsanordnung mit einer Leiterplatte und einer Schutzplatte bekannt, wobei sich ein Kühlkörper an der Schutzplatte abstützt.

Aus der DE 31 51 655 A1 ist eine Anordnung zur Kühlung von über eine dünne Schaltungsplatte elektrisch leitend verbundene Bauelementgruppe mittels einer Metallplatte bekannt, wobei die Metallplatte als Strangpreßteil mit zur formschlüssigen Verbindung mit weiteren Metallteilen dienenden Endprofilen versehen ist.

Aus der DE 34 12 129 C2 ist eine Baugruppe zum Einschieben in Baugruppenträger bekannt, bei der eine Leiterplatte, eine als Kühlkörper ausgebildete Frontplatte und eine Anordnung zur Wärmeableitung von thermisch belasteten elektrischen Bauteilen vorgesehen ist. An der Rückseite der Frontplatte ist ein zungenartiger Ansatz angeformt, auf welchem ein Bauelement mittels einer Fassung aufgespannt ist.

Aus der US 6,025,992 A ist ein Schaltkreis mit einer gedruckten Schaltkarte bekannt, wobei die Schaltkarte einen im wesentlichen ebenen Kartenkörper aus einem isolierenden Material aufweist und ein Wärmetauscher vorgesehen ist, welcher einen flexiblen, thermisch leitfähigen Streifen umfaßt.

Aus der DE 39 27 755 A1 ist eine Vorrichtung zur Wärmeableitung für elektrische Bauelemente, die auf einer Leiterplatte befestigt und über ein wärmeleitendes Bauteil mit einem Kühlkörper verbunden sind, bekannt, wobei das Bauteil halbkugelförmig ist und eine ebene Fläche auf dem Bauelement liegt. Die Kugelfläche ist form- und kraftschlüssig in dem Kühlkörper gehaltert.

Aus der US 5,309,979 A ist eine Wärmesenke zur Dissipation thermischer Energie bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Schaltungsanordnung so zu verbessern, daß diese auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem ersten Kühlkörper ein zweiter Kühlkörper, welcher zur Wärmeableitung von einem oder mehreren elektronischen Leistungsbauteilen dient, einstückig gebildet ist und daß der erste Kühlkörper über den zweiten Kühlkörper an der Leiterplatte gehalten ist.

Durch die Verbindung zwischen dem ersten Kühlkörper und der Frontplatte läßt es sich zum einen erreichen, daß auch über die Frontplatte selber Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Es wird also die Oberfläche vergrößert, über die Wärme abgebbar ist und außerdem wird die Wärmekapazität der Schaltungsanordnung vergrößert. Zum anderen läßt sich die Anzahl der Bauteile minimieren, die zu einem Zusammenbau der Schaltungsanordnung nötig sind und insbesondere zur Fixierung von Leiterplatte, Frontplatte und erstem Kühlkörper notwendig sind. Da sich eben der erste Kühlkörper an der Leiterplatte abstützt, läßt sich die Anzahl der Bauteile verringern, die sonst für eine Abstützung des ersten Kühlkörpers an der Leiterplatte notwendig wären.

Es ist vorgesehen, daß an dem ersten Kühlkörper ein zweiter Kühlkörper, welcher zur Wärmeableitung von einem oder mehreren elektronischen Leistungsbauteilen dienst, einstückig gebildet ist. Insbesondere ist dabei eine Schaltungsanordnung vorgesehen, welche in eine Gehäuseaufnahme einschiebbar ist, umfassend eine Leiterplatte, auf welcher elektrische Bauelemente angeordnet sind, einen ersten Kühlkörper mit einer zur Leiterplatte beabstandeten Oberfläche und eine Frontplatte zur Abdeckung der Leiterplatte, wenn die Schaltungsanordnung in der Gehäuseaufnahme sitzt. Gleichzeitig mit dem ersten Kühlkörper läßt sich dann auch der zweite Kühlkörper an der Leiterplatte positionieren. Darüber hinaus ist durch die einstückige Ausbildung für eine Wärmeleitfähigkeit zwischen zweitem Kühlkörper und erstem Kühlkörper ge sorgt, das heißt Wärme kann von dem zweiten Kühlkörper über den ersten Kühlkörper abgeführt werden. Da ein erster Kühlkörper im wesentlichen dazu dient, die "globale" Abwärme der Schaltungsanordnung abzuführen, während der zweite Kühlkörper im wesentlichen dazu dient, die punktuell, nämlich am Ort der elektronischen Leistungsbauteile auftretende Abwärme abzuführen, läßt sich über eine integrierte Kombination aus erstem Kühlkörper und zweitem Kühlkörper eine optimierte Kühlung der Schaltungsanordnung mit geringem fertigungstechnischem Aufwand erreichen. Zudem ist der zweite Kühlkörper, da er Wärme von den elektronischen Leistungsbauteilen abführen soll, direkt oder in unmittelbarer Nähe der Leiterplatte positioniert. Er läßt sich dann wiederum dazu nutzen, um den ersten Kühlkörper an der Leiterplatte abzustützen, das heißt um den ersten Kühlkörper an der Leiterplatte zu halten.

Wenn der erste Kühlkörper über den zweiten Kühlkörper an der Leiterplatte gehalten ist, läßt sich die Zahl der notwendigen Bauteile zur Verbindung zwischen erstem Kühlkörper und zweitem Kühlkörper weiter minimieren.

Insbesondere ist der erste Kühlkörper wärmeleitend mit der Frontplatte verbunden, so daß Wärme an die Frontplatte abführbar ist, um dadurch die effektive Oberfläche der Kühlkörperelemente der Schaltungsanordnung zu vergrößern.

Günstigerweise weist der erste Kühlkörper mindestens in einem Teilbereich eine ebene äußere Oberfläche zur Anbringung einer Beschriftung auf. Die Beschriftung kann dabei mittels einer Folie aufgebracht sein. Es ist dann ganz besonders vorteilhaft, wenn Frontplatte und erster Kühlkörper so ausgebildet und miteinander verbunden sind, daß eine einzige Beschriftungsfolie über ersten Kühlkörper und Frontplatte legbar ist. Dadurch lassen sich Herstel lungskosten und Lageraufwand minimieren, da die Bedruckung für eine Frontfläche der Frontplatte und für eine Bedruckung des ersten Kühlkörpers gemeinsam herstellbar ist.

Weiterhin ist es günstig, wenn an der Frontplatte einstückig ein Handgriff gebildet ist. Ein solcher Handgriff wird benötigt, um die Schaltungsanordnung in die Gehäuseaufnahme einzuschieben bzw. aus dieser herauszuziehen. Ist der Handgriff einstückig an der Frontplatte gebildet, dann ist ein zusätzlicher Herstellungsschritt der Fixierung eines solchen Handgriffs an der Frontplatte nicht mehr notwendig. Darüber hinaus wird durch einen solchen Handgriff die Oberfläche der Frontplatte vergrößert und damit wiederum die Wärmeabgabefähigkeit der Frontplatte insbesondere mittels konvektiver Wärmeabfuhr verbessert und die Wärmekapazität verbessert.

Eine entsprechenden Frontplatte mit einstückigem Handgriff läßt sich insbesondere dann leicht herstellen, wenn der Handgriff längs einer längeren Seite mit der Frontplatte angeordnet ist. Die Frontplatte läßt sich dann mit dem integrierten Handgriff beispielsweise mittels eines Strangpreßverfahrens herstellen.

Ferner ist es günstig, wenn der Handgriff mit Rippen zur Oberflächenvergrößerung versehen ist. Diese Rippen verbessern dadurch die Kühlfunktion und sind darüber hinaus abrutschungshemmend bezüglich Anfassen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn an dem ersten Kühlkörper ein zweiter Kühlkörper, welcher zur Wärmeableitung von einem oder mehreren elektronischen Leistungsbauteilen dienst, einstückig gebildet ist. Insbesondere ist dabei eine Schaltungsanordnung vorgesehen, welche in eine Gehäuseaufnahme einschiebbar ist, umfassend eine Leiterplatte, auf welcher elektrische Bauelemente angeordnet sind, einen ersten Kühlkörper mit einer zur Leiterplatte beabstandeten Oberfläche und eine Frontplatte zur Abdeckung der Leiterplatte, wenn die Schaltungsanordnung in der Gehäuseaufnahme sitzt. Gleichzeitig mit dem ersten Kühlkörper läßt sich dann auch der zweite Kühlkörper an der Leiterplatte positionieren. Darüber hinaus ist durch die einstückige Ausbildung für eine Wärmeleitfähigkeit zwischen erstem Kühlkörper und zweitem Kühlkörper gesorgt, das heißt Wärme kann von dem ersten Kühlkörper über den zweiten Kühlkörper abgeführt werden. Da ein ersten Kühlkörper im wesentlichen dazu dient, die "globale" Abwärme der Schaltungsanordnung abzuführen, während der zweite Kühlkörper im wesentlichen dazu dient, die punktuell, nämlich am Ort der elektronischen Leistungsbauteile auftretende Abwärme abzuführen, läßt sich über eine integrierte Kombination aus zweitem Kühlkörper und erstem Kühlkörper eine optimierte Kühlung der Schaltungsanordnung mit geringem fertigungstechnischem Aufwand erreichen. Zudem ist der zweite Kühlkörper, da er Wärme von den elektronischen Leistungsbauteilen abführen soll, direkt oder in unmittelbarer Nähe der Leiterplatte positioniert. Er läßt sich dann wiederum dazu nutzen, um den ersten Kühlkörper an der Leiterplatte abzustützen, das heißt um den ersten Kühlkörper an der Leiterplatte zu halten.

Vorteilhafterweise sind die elektronischen Leistungsbauteile, wie beispielsweise Halbleiterverstärker, wärmeleitend mit dem zweiten Kühlkörper verbunden, um so eben eine gute Wärmeableitung zu ermöglichen und die Leistungsbauteile effektiv kühlen zu können.

Bei einer insbesondere herstellungstechnisch günstigen Variante einer Ausführungsform wird ein elektronisches Leistungsbauteil durch ein oder mehrere elastische Elemente gegen den zweiten Kühlkörper gedrückt. Dadurch ist es möglich, auf Formschlußelemente zur Fixierung der elektronischen Leistungsbauteile an dem zweiten Kühlkörper zu verzichten. Dadurch wiederum ist der Herstellungsaufwand minimiert.

Insbesondere ist dabei jeweils einem elektronischen Leistungsbauteil zugeordnet auf der Leiterplatte ein Halteelement mit einem elastischen Element positioniert, durch welches das elektronische Leistungsbauteil gegen den zweiten Kühlkörper drückbar ist. Entsprechende Halteelemente sind in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 101 54 878 A1 vom 6. November 2001 der gleichen Anmelderin beschrieben.

Bei einer Variante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß der zweite Kühlkörper eine der Leiterplatte zugewandte Nut als Aufnahme für Fixierungselemente aufweist. Bei einer insbesondere durchgehenden Nut besteht dann eine entsprechende Variabilität für die Anordnung der Fixierungselemente wie Schrauben, da ein Freiheitsgrad der Positionierung durch die Längsrichtung der Nut gebildet ist.

Bei einer weiteren Variante eine Ausführungsform weist der zweite Kühlkörper mindestens eine und beispielsweise zwei beabstandete Haltebrücken auf, über die dieser an der Leiterplatte fixierbar ist, wobei der Leiterplatte zugewandt zwischen dem zweiten Kühlkörper und der Leiterplatte ein oder mehrere Freiräume gebildet sind.

In eine Haltebrücke ist beispielsweise eine entsprechende Mutter zur Aufnahme eine Schraube eingelassen oder es ist eine Nut vorgesehen. Dadurch, daß ein Freiraum vorgesehen ist, welcher einen Abstand zu der Leiterplatte aufweist, steht auf dieser mehr Platz zur Verfügung, um beispielsweise elektrische Bauelemente oder Leiterbahnen anzuordnen, das heißt der durch die Fixierung des zweiten Kühlkörpers an der Leiterplatte erforderliche Platzaufwand auf der Leiterplatte ist minimiert.

Um die Frontplatte an der Leiterplatte abzustützen, ist es günstigerweise vorgesehen, daß diese eine Aufnahmenut für die Leiterplatte aufweist. In diese Aufnahmenut läßt sich die Leiterplatte einschieben und beispielsweise über Schrauben läßt sich dann eine Verbindung zwischen Frontplatte und Leiterplatte herstellen.

Günstigerweise ist dabei die Aufnahmenut so dimensioniert, daß die Leiterplatte bei mit dem ersten Kühlkörper verbundener Frontplatte ohne Verbiegung einführbar ist. Dadurch wird durch die Fixierung von Frontplatte und Leiterplatte die elektrische Schaltung auf der Leiterplatte nur minimal mechanisch beansprucht.

Es kann vorgesehen sein, daß die Leiterplatte mit der Frontplatte über Nutwände verschraubt ist, das heißt daß entsprechende Fixierungselemente die Nutwände durchdringen und so eine formschlüssige Verbindung zwischen Frontplatte und Leiterplatte hergestellt ist, um so wiederum den ersten Kühlkörper mit der Leiterplatte zu verbinden.

Bei einer ersten Ausführungsform sind erster Kühlkörper und Frontplatte einstückig miteinander verbunden. Eine solche entsprechende erster-Kühlkörper-Frontplatte- und gegebenenfalls -zweiter-Kühlkörper-Kombination läßt sich beispielsweise mittels Strangpressung herstellen. Es muß dann nur noch für eine Fixierung zwischen Leiterplatte und Frontplatte und Leiterplatte und zweitem Kühlkörper gesorgt werden, wobei die Kombination sich an der Leiterplatte abstützt. Die Anzahl der erforderlichen Bauteile zum Zusammenbau der Schaltungsanordnung ist minimiert und es ist auch der Zeitaufwand für den Zusammenbau minimiert.

Bei einer zweiten Ausführungsform sind erster Kühlkörper und Frontplatte über eine Schiebeverbindung mit einer Einschubrichtung quer zur Einschubrichtung der gesamten Schaltungsanordnung in die Gehäuseaufnahme verbunden. Dadurch lassen sich Frontplatte und erster Kühlkörper getrennt herstellen, wobei sie sich dann aber so verbinden lassen, daß der erste Kühlkörper sich über die Frontplatte an der Leiterplatte abstützen kann. Ist die Einschubrichtung zur Herstellung der erster-Kühlkörper-Frontplatten-Verbindung quer zur Einschubrichtung der gesamten Steckkarten-Schaltungsanordnung in die Gehäuseaufnahme, dann wird eben durch Einschieben in die Gehäuseaufnahme bzw. Herausziehen aus dieser die Verbindung minimal beeinflußt.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schiebeverbindung eine Schwalbenschwanzverbindung ist. Dadurch läßt sich eine weitgehend spielfreie Positionierung zwischen Frontplatte und verbundenem ersten Kühlkörper erreichen, wodurch eine sichere mechanische Verbindung erreicht ist. Darüber hinaus ist auch die Relativbewegung quer zur Einschubrichtung zwischen Frontplatte und erstem Kühlkörper weitgehend gesperrt, so daß wiederum eine hohe Kontaktfläche zwischen erstem Kühlkörper und Frontplatte bereitgestellt ist, um einen guten Wärmeübergang vom ersten Kühlkörper auf die Frontplatte sicherzustellen.

Die Schiebeverbindung kann dabei über Fixierungselemente wie Schrauben mit einer Fixierungsrichtung quer zur Einschubrichtung für die Schiebeverbindung zusätzlich gesichert sein. Beispielsweise ist dazu eben eine Formschlußverbindung vorgesehen.

Erster Kühlkörper und/oder Frontplatte lassen sich kostengünstig durch Strangpressung herstellen, wobei durch diese Herstellungsverfahren sich insbesondere Kühlrippen, zweiter Kühlkörper und weitere Elemente direkt ausbilden lassen.

Vorteilhafterweise sind erster Kühlkörper und/oder Frontplatte aus eloxiertem Aluminium hergestellt. Die Oxidschicht auf dem Aluminium weist einer sehr geringe elektrische Leitungsfähigkeit auf, ohne jedoch die Wärmeleitung wesentlich zu beeinträchtigen. Dies bedeutet, daß bei der Fixierung von erstem Kühlkörper und/oder Frontplatte an der Leiterplatte eine isolierende Schicht eben zwischen Leiterplatte und dem fixierten Element liegt. Dadurch wiederum ist eine hohe Kurzschlußsicherheit erreicht. Darüber hinaus ist damit auch für eine elektrische Isolierung zwischen einem elektronischen Leistungsbauteil, welches mit dem zweiten Kühlkörper verbunden ist, und eben dem zweiten Kühlkörper hergestellt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses, welches eine Mehrzahl von Aufnahmen zum Einschub von Steckkarten-Schaltungsanordnungen aufweist;
2 eine seitliche schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
3 eine Draufsicht auf die Schaltungsanordnung gemäß 2 in der Richtung A;
4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in seitlicher Schnittansicht und
5 eine Draufsicht in der Richtung B auf die Schaltungsanordnung gemäß 4.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, vor der ein Ausführungsbeispiel in 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, ist derart steckkartenförmig ausgebildet, daß sie in eine Aufnahme 12 eines Gehäuses 14 einschiebbar ist und dann in dieser Aufnahme 12 gehalten ist. Beispielsweise weist das Gehäuse 14 mehrere Aufnahmen entsprechend für mehrere Schaltungsanordnungen auf, wobei insbesondere in dem Gehäuse 14 entsprechende Schubladenführungen angeordnet sind.
Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, welche in den 1 bis 3 gezeigt ist, umfaßt eine Leiterplatte 16, auf der eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen 18 angeordnet sind. Insbesondere sitzen dabei auf der Leiterplatte 16 elektronische Leistungsbauteile 20 wie Halbleiterverstärker, bei deren Betrieb eine hohe Wärmeentwicklung entsteht.
Ferner sitzt auf der Leiterplatte 16 ein Steckerelement 22, welches insbesondere über die Leiterplatte 16 an einem Ende hinausragt. Mittels diesem Steckerelement 22 wird die Schaltungsanordnung 10 elektrisch mit einem entsprechenden Gegensteckerelement in dem Gehäuse 14 verbunden. Das Steckerelement 22 ist dabei so angeordnet, daß beim Einschub der Schaltungsanordnung 10 in die Gehäuseaufnahme 12 Steckerelement 22 und Gegensteckerelement (in der Zeichnung nicht gezeigt) aufeinander ausgerichtet sind und das Steckerelement 22 auf das Gegensteckerelement aufschiebbar ist. Wenn dann also die vorgesehene Position der Schaltungsanordnung 10 in dem Gehäuse 14 erreicht ist, dann ist dadurch auch der elektrische Kontakt mit dem Gehäuse 14 hergestellt.
Die Schaltungsanordnung 10 umfaßt ferner eine Frontplatte 24, welche die Gehäuseaufnahmen 12 nach vorne, dem Steckerelement 22 abgewandt, abdeckt, so daß dadurch die Leiterplatte 16 gegenüber dem Außenraum abgedeckt ist. In der Frontplatte 24 sind insbesondere Anzeigeelemente und Beeinflussungselemente 26 für die Schaltungsanordnung 10 angeordnet. Beispielsweise umfassen die Anzeigeelemente und Beeeinflussungselemente 26 Leuchtdioden, welche einen Betriebszustand der Schaltungsanordnung 10 anzeigen oder das Auftreten von Fehlern melden; ferner können beispielsweise Potentiometer vorgesehen sein, über die sich Parameter der Schaltungsanordnung 10 einstellen lassen.
Beabstandet zu der Leiterplatte 16 und insbesondere parallel zu dieser ausgerichtet ist ein erster Kühlkörper 28 (Rückenkühlkörper) vorgesehen, welcher mit der Frontplatte 24 verbunden ist und sich über diese an der Leiterplatte 16 abstützt. Der erste Kühlkörper 28 weist auf seiner äußeren Oberfläche 30 einen ebenen Teilbereich 32 auf, der sich bedrucken läßt. Auf diesen ebenen Teilbereich 32 läßt sich beispielsweise eine Folie anbringen, auf welcher technische Details der Schaltungsanordnung 10 und auch Herstellerinformationen aufgedruckt sind.
Der erste Kühlkörper 28 weist eine vergrößerte Oberfläche auf, um von der Schaltungsanordnung 10 erzeugte Wärme über eine möglichst große Oberfläche konvektiv abführen zu können und damit für eine Kühlung der Schaltungsanordnung 10 zu sorgen. Bei dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt der erste Kühlkörper 28 Kühlrippen 34, welche beanstandet zueinander der Leiterplatte 16 zuweisend parallel zueinander angeordnet sind.
Ferner umfaßt der erste Kühlkörper 28 weitere Kühlrippen 36 auf seiner äußeren Oberfläche 30 außerhalb des ebenen Teilbereichs 32 und Kühlrippen 38, welche dem Steckerelement 22 zugeordnet sind und über die beispielsweise der erste Kühlkörper 28 sich an einem der Frontplatte 24 gegenüberliegenden Ende der Schaltungsanordnung 10 an dem Steckerelement 22 abstützt.
In einem Abstand zu der Frontplatte 24 ist einstückig an dem ersten Kühlkörper 28 ein zweiter Kühlkörper 40 (Basiskühlkörper) gebildet, welcher beispielsweise als Kühlblock sich über im wesentlichen die gesamte Breite des ersten Kühlkörpers 28 erstreckt. Durch die erfindungsgemäß integrale Ausbildung von erstem Kühlkörper 28 und zweitem Kühlkörper 40 ist die Wärmeleitfähigkleit von eben dem zweiten Kühlkörper 40 zu dem ersten Kühlkörper 28 sichergestellt und damit wiederum eine gute Wärmeabführbarkeit von dem zweiten Kühlkörper 40 sichergestellt.
Der zweite Kühlkörper 40 ist wärmeleitend verbunden mit elektronischen Leistungsbauteilen 20, die eine besonders große Wärmeentwicklung haben. Bei einer Variante einer Ausführungsform ist es dabei vorgesehen, daß eine elektronisches Leistungsbauteil 20 mittels eines elastischen Elementes 42 gegen den zweiten Kühlkörper 40 gedrückt wird, um so eben für eine wärmeleitende Verbindung zu sorgen, über die wiederum Wärme von dem elektronischen Leistungsbauteil 20 abführbar ist. Das elastische Element 42 sitzt dabei an einem Halteelement 44, welches auf der Leiterplatte 16 angeordnet ist und über das die entsprechende Kraft auf das elektronische Leistungsbauteil 20 ausgeübt wird, um dieses gegen den zweiten Kühlkörper 40 zu pressen.
Insbesondere ist dabei das Halteelement 44 zur Fixierung eines an der Leiterplatte 16 angeordneten elektronischen Leistungsbauteils 20 an dem zweiten Kühlkörper 40 mit dem elastischen Element 42 derart ausgebildet, daß es in einer Bestückungsrichtung von den elektronischen Bauelementen 18 an der Leiterplatte 16 positionierbar ist und die Druckkraft des elastischen Elements 42 quer zur Bestückungsrichtung auf das elektronische Leistungsbauteil 20 wirkt. Ein derartiges Halteelement und eine entsprechende Schaltungsanordnung ist in der nicht vorveröffentlichten DE 101 54 878 A1 beschrieben.
Der zweite Kühlkörper 40 erstreckt sich von dem ersten Kühlkörper 28 bis zur Leiterplatte 16, so daß sich der erste Kühlkörper 28 über den zweiten Kühlkörper 40 an eben der Leiterplatte 16 abstützt. Zur Fixierung zwischen erstem Kühlkörper 40 und Leiterplatte 16 weist erstere eine durchgehende Nut 46 auf, in die beispielsweise eine Schraube oder ein Gewindestift 48 von einer Unterseite 50 der Leiterplatte 16 her eindrehbar ist (3). Auf diese Weise kann eine Fixierung über jede auf die Nut 46 ausgerichtete Position an der Leiterplatte 16 her erreicht werden, das heißt eine Schraube 48 und die Nut 46 müssen nur in einer Längsrichtung 52 der Leiterplatte 16 aufeinander ausgerichtet sein (wobei diese Längsrichtung 52 einer Einschubrichtung 54 in das Gehäuse 14 entspricht), ohne daß eine genaue Ausrichtung quer zur Längsrichtung 52 erforderlich ist bzw. es besteht noch eine Variationsmöglichkeit bezüglich des Ortes der Schraube 48; dadurch läßt sich ein geeigneter Ort für die Durchdringung der Schraube 48 durch die Leiterplatte 16 wählen, um entsprechend die Anordnung der elektrischen Bauelemente wegen der Durchdringung der Leiterplatte 16 in möglichst geringem Umfang umgruppieren zu müssen.
Beispielsweise sind zwei beabstandete Fixierungselemente 48 und insbesondere Schrauben zur Fixierung der Leiterplatte 16 an dem zweiten Kühlkörper 40 vorgesehen.
Bei dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Frontplatte 24 einstückig mit dem ersten Kühlkörper 28 verbunden. Dadurch ist auch automatisch für eine wärmeleitende Verbindung gesorgt, so daß die Frontplatte 24 eine Frontfortsetzung des ersten Kühlkörpers 28 darstellt und damit auch Wärme an die Umgebung über die Frontplatte 24 abführbar ist.
Die Frontplatte 24 weist eine derartige Höhe auf, daß sie bezogen auf den zweiten Kühlkörper 40 den ersten Kühlkörper 28 mit seinem ebenen Teilbereich 32 im wesentlichen parallel zu der Leiterplatte 16 an dieser abstützt.
Zur Aufnahme der Leiterplatte 16 umfaßt die Frontplatte 24 eine Nut 56, welche zwischen beabstandeten, einstückig mit der Frontplatte 24 gebildeten Nutwänden 58 und 60 sitzt. Diese Nutwände sind dabei im wesentlichen senkrecht in Richtung des Steckerelementes 22 weisend an der Frontplatte 24 angeordnet. Der Abstand der beabstandeten, parallel ausgerichteten Nutwände 58, 60 ist dabei so dimensioniert, daß die Leiterplatte 16 einschiebbar ist, ohne daß diese verbogen werden muß. Dadurch ist gewährleistbar, daß die elektrische Schaltung bei der Fixierung der Leiterplatte 16 an der Frontplatte 24 nicht beschädigt wird.
Die Verbindung zwischen der Leiterplatte 16 und der Frontplatte 24 läßt sich durch Fixierungselemente 62 wie beispielsweise Schrauben sichern, die mindestens die Nutwand 58 und insbesondere die Nutwände 58 und 60 durchdringen und dadurch die Frontplatte und die Leiterplatte 16 formschlüssig miteinander verbinden.
Beispielsweise sind zwei beabstandete Schrauben 62 vorgesehen, um für eine solche Verbindung zu sorgen.
Die Frontplatte 24 ist mit einem Handgriff 64 versehen, welcher insbesondere längs einer längeren Seite der Frontplatte 24 angeordnet ist, daß heißt insbesondere längs einer Breitseite der Frontplatte 24 angeordnet ist (siehe 1). Vorzugsweise ist dabei der Handgriff 64 einstückig an der Frontplatte 24 gebildet und damit bei dem ersten Ausführungsbeispiel einstückig an dem ersten Kühlkörper 28 gebildet.
Der Handgriff 64 ist mit Rippen 66 versehen. Diese vergrößern die äußere Oberfläche des Handgriffs 64 und sorgen damit für eine Vergrößerung der Oberfläche des Handgriffs 64, so daß insgesamt die Oberfläche der Frontplatte 24 vergrößert ist, über die Wärme an die Umgebung abgebbar ist. Gleichzeitig dienen die Rippen 66 auch als Griffrillen, um ein Abrutschen beim Einschieben bzw. Herausziehen der Steckkarten-Schaltungsanordnung 10 zu verhindern.
Der erste Kühlkörper 28 mit integrierter Frontplatte 24 und integriertem zweiten Kühlkörper 40 läßt sich insbesondere mittels Strangpressung herstellen. Ein bevorzugtes Material ist Aluminium, wobei diese insbesondere eloxiert wird. Dadurch ist die Wärmeleitfähigkeit im wesentlichen nicht beeinflußt, während für eine elektrische Isolierung an entsprechenden Verbindungsstellen gesorgt ist:
Insbesondere ist damit automatisch für eine elektrische Isolierung zwischen einem elektronischen Leistungsbauteil 20 und dem zweiten Kühlkörper 40 gesorgt, an den diese elektronische Leistungsbauteil 20 mittels eines elastischen Elementes 42 gedrückt wird, aber ohne wesentliche Beeinflussung der Wärmeableitfähigkeit des zweiten Kühlkörpers 40 bezüglich der in dem elektronischen Leistungsbauteil 20 erzeugten Wärme.
Ferner ist für eine elektrische Isolierung der Verbindung zwischen dem zweiten Kühlkörper 40 und der Leiterplatte 16 und der Verbindung zwischen der Frontplatte 24 und der Leiterplatte 16 gesorgt.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Handgriff 64 eine Verlängerung des ersten Kühlkörpers 28 über eine Frontfläche 68 der Frontplatte 24 hinaus. Es kann aber auch vorgesehen, sein, daß der Handgriff 64 an dem anderen Ende der Frontplatte 24 angeordnet ist (vergleiche 4). Dies wird unten stehen noch näher beschrieben.
Die erfindungsgemäße Steckkarten-Schaltungsanordnung 10 läßt sich wie folgt zusammenbauen:
Der erste Kühlkörper 28 mit integrierter Frontplatte 24 und integriertem zweiten Kühlkörper 40 wird hergestellt. Getrennt davon wird die Leiterplatte 16 mit den entsprechenden elektrischen Bauelementen 18 und den elektronischen Leistungsbauteilen 20 bestückt.
Die entsprechende bestückte Leiterplatte 16 wird dann in die Nut 56 eingeschoben und in eine Fixierungsposition geschwenkt. In dieser Fixierungsposition werden die Schrauben 48 und 62 angezogen, um eben die Fixierung zwischen der Leiterplatte 16 und dem Kühlkörper, welcher sich aus dem ersten Kühlkörper 28, der Frontplatte 24 und dem zweiten Kühlkörper 40 zusammensetzt, zu bewirken.
Es kann dabei vorgesehen sein, daß das Steckerelement 22 selber noch eine Anlagefläche bereitstellt, um den Zusammenbau zu erleichtern.
Die elastischen Elemente 42 der Halteelemente 44 können dabei beim Zusammenbau so hinter einer Begrenzungsebene gehalten sein, daß sie eben während des Zusammenbauens die zugeordneten elektronischen Leistungsbauteile 20 nicht kraftbeaufschlagen, um so die Montage zu erleichtern. Entsprechende Mittel, um diese zu bewirken, sind in der DE 101 54 878 A1 beschrieben.
Erfindungsgemäß läßt sich die Anzahl der Bauelemente minimieren, die für den Zusammenbau der Steckkarten-Schaltungsanordnung 10 benötigt werden. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden dazu letztendlich nur die Schrauben 48 und 62 benötigt, da sich der erste Kühlkörper 28 über die Frontplatte 24 und über den zweiten Kühlkörper 40 an der Leiterplatte 16 abstützt. Dadurch läßt sich die Steckkarten-Schaltungsanordnung 10 kostengünstig und zeitsparend herstellen.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches in den 4 und 5 gezeigt ist, ist die Leiterplatte im wesentlichen gleich ausgebildet wie die in den
1 bis 3 gezeigte. Gleiche Elemente tragen daher die gleichen Bezugszeichen.
Es ist wiederum ein erster Kühlkörper 70 (Rückenkühlkörper) mit einer vergrößerten Oberfläche vorgesehen, welcher sich über einen zweiten Kühlkörper 72 (Basiskühlkörper) an der Leiterplatte 16 abstützt. Dieser erste Kühlkörper 70 weist wiederum einen ebenen Oberflächenbereich 74 auf, auf den insbesondere eine bedruckte Folie anbringbar ist.
Die Oberflächenvergrößerung des ersten Kühlkörpers 70 kann auch durch innere Oberflächen erreicht werden, und dabei insbesondere durch durchgehende Hohlräume 76. Die Form und Dimensionierung der Hohlräume 76 und entsprechender Kühlrippen 78 kann dabei an die jeweilig Anwendung angepaßt sein.
Eine Frontplatte 80 ist als von dem ersten Kühlkörper 70 getrenntes Teil ausgebildet, wobei die Frontplatte 80 eine durch Nutwände 82, 84 begrenzte Nut 86 aufweist, in die die Leiterplatte 16 einführbar ist; die Leiterplatte 16 läßt sich dann auf die gleiche Weise an der Frontplatte 80 halten bzw. die Frontplatte 80 auf die gleiche Weise an der Leiterplatte 16 abstützen, wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Ein Handgriff 88 sitzt an einer Stirn-Breitseite 90 der Frontplatte 80, welche einer Stirn-Breitseite 92 gegenüberliegt, die bündig mit einer äußeren Oberfläche 94 des ersten Kühlkörpers 70 ausgerichtet ist. Dadurch läßt sich eine Folie von dem ebenen Oberflächenbereich 74 über eine Frontfläche 96 der Frontplatte 80 umlegen, so daß mittels einer einzigen Folie die Frontfläche 96 und auch der Oberflächenbereich 74 beschriftbar sind.
Die Frontplatte 80 und der erste Kühlkörper 70 sind mechanisch verbunden. Dazu ist eine Schiebeverbindung 98 vorgesehen, die sich durch eine Einschubrichtung quer zur Längsrichtung 52 der Leiterplatte 16 herstellen läßt. Beispielsweise umfaßt der erste Kühlkörper 70 dazu eine Querausnehmung 100 welche sich trapezförmig von einem der Frontplatte 80 zugewandten Ende hin erweitert. Diese Querausnehmung liegt dann parallel zu einer entsprechenden Querbreitseite der Leiterplatte 16 (in 4 senkrecht zur Zeichenebene).
An der Frontplatte 80 ist ein an die Querausnehmung 100 angepaßter Zapfen 102 gebildet, wobei dann die Verbindung zwischen Frontplatte 80 und erstem Kühlkörper 70 dadurch hergestellt wird, daß letzterer quer zur Längsrichtung 52 der Leiterplatte 16 auf diesen Zapfen 102 aufgeschoben wird. Durch die Schwalbenschwanz-Ausbildung von Querausnehmung 100 und Zapfen 102 (trapezförmige Ausbildung) ist dabei sichergestellt, daß sich in der Längsrichung 52 die Frontplatte 80 und der erste Kühlkörper 70 zum einen nicht voneinander lösen und zum anderen aber auch für einen weitgehend spielfreien Kontakt gesorgt ist. Dadurch wiederum ist ein guter Wärmeübergang zwischen erstem Kühlkörper 70 und Frontplatte 80 erreicht, so daß auch über die Frontplatte 80 Wärme an die Umgebung abgebbar ist, um so wiederum die Schaltungsanordnung zu kühlen.
Die Verbindung zwischen Frontplatte 80 und erstem Kühlkörper 70 ist über die Schiebeverbindung 98 insbesondere in der Einschubrichtung 44 gesichert. Es kann dabei zusätzlich noch vorgesehen sein (in der 4 nicht gezeigt), daß Formschlußelemente wie Schrauben die Frontplatte 80 durchdringen und in die Wände, welche Querausnehmung 100 bilden, um die Fixierung bezogen auf die Richtung 52 zu verbessern.
Bei einer Variante einer Ausführungsform erstreckt sich der zweite Kühlkörper 72 nicht vollständig bis zur Leiterplatte 16 sondern weist beispielsweise zwei beabstandete Haltebrücken 104 auf, über die der erste Kühlkörper 70 an der Leiterplatte 16 gehalten ist. Zwischen diesen Haltebrücken 104 ist bezogen auf eine dem ersten Kühlkörper 70 zugewandte Oberfläche 106 ein Freiraum 108 angeordnet sowie ein Freiraum 110 zu einem jeweiligen seitlichen Ende der Leiterplatte 16. Der zweite Kühlkörper 72 sitzt also nur mit seinen Haltebrücken 104 auf der Leiterplatte 16 auf. Dadurch wird der Platz beispielsweise für elektronische Bauelemente oder Leiterbahnen auf der Leiterplatte 16 vergrößert, da der Platzbedarf des zweiten Kühlkörpers 72 in seiner Funktion der Abstützung des ersten Kühlkörpers 70 an der Leiterplatte 16 minimiert ist.
Beispielsweise ist in eine Haltebrücke 104 eine Mutter eingelassen, in die dann bei der Fixierung an der Leiterplatte 16 eine entsprechende Schraube 116 eintaucht.
Eine solche Ausbildung eines zweiten Kühlkörpers 72 ist auch möglich, wenn erster Kühlkörper und Frontplatte einstückig miteinander ausgebildet sind.
Die Steckkarten-Schaltungsanordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel läßt sich auf die gleiche Weise herstellen wie oben anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Vor der Fixierung des ersten Kühlkörpers 70 an der Leiterplatte 16, das heißt vor dessen Abstützung an der Leiterplatte 16, muß jedoch die Frontplatte 80 und der erste Kühlkörper 70 mittels der Schiebeverbindung 98 verbunden werden.

Claims

Schaltungsanordnung, welche in eine Gehäuseaufnahme (12) einschiebbar ist, umfassend eine Leiterplatte (16), auf welcher elektrische Bauelemente (18, 22) angeordnet sind, einen ersten Kühlkörper (28; 70) mit einer zur Leiterplatte (16) beabstandeten Oberfläche (30; 94) und eine Frontplatte (24; 80) zur Abdeckung der Leiterplatte (16), wenn die Schaltungsanordnung in der Gehäuseaufnahme (14) sitzt, wobei der erste Kühlkörper (28; 70) mit der Frontplatte (24; 80) verbunden ist und der erste Kühlkörper (28; 70) sich über die Frontplatte (24; 80) an der Leiterplatte (16) abstützt, dadurch gekennzeichnet , daß an dem ersten Kühlkörper (28; 70) ein zweiter Kühlkörper (40; 72), welcher zur Wärmeableitung von einem oder mehreren elektronischen Leistungsbauteilen (20) dient, einstückig gebildet ist und daß der erste Kühlkörper (28; 70) über den zweiten Kühlkörper (40; 72) an der Leiterplatte (16) gehalten ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kühlkörper (28; 70) wärmeleitend mit der Frontplatte (24; 80) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kühlkörper (28; 70) mindestens in einem Teilbereich (32; 74) eine ebene äußere Oberfläche zur Anbringung einer Beschriftung aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Frontplatte (24; 80) und erster Kühlkörper (28; 70) so ausgebildet und miteinander verbunden sind, daß eine einzige Folie über ersten Kühlkörper (28; 70) und Frontplatte (24; 80) legbar ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Frontplatte (24; 80) einstückig ein Handgriff (64; 88) gebildet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Handgriff (64; 88) längs einer längeren Seite der Frontplatte (24; 80) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Handgriff (64; 88) mit Rippen (66) zur Oberflächenvergrößerung versehen ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Leistungsbauteile (22) wärmeleitend mit dem zweiten Kühlkörper (40; 72) verbunden sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronisches Leistungsbauteil (20) durch ein oder mehrere elastische Elemente (42) gegen den zweiten Kühlkörper gedrückt wird.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einem elektronischen Leistungsbauteil (20) zugeordnet auf der Leiterplatte (16) ein Halteelement (44) mit einem elastischen Element (42) sitzt, durch welches das elektronische Leistungsbauteil (20) gegen den zweiten Kühlkörper (40; 72) drückbar ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kühlkörper (40) eine der Leiterplatte (16) zugewandte Nut (46) als Aufnahme für Fixierungselemente aufweist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kühlkörper (72) mindestens eine Haltebrücke (104) aufweist, über die dieser an der Leiterplatte (16) fixierbar ist, wobei der Leiterplatte (16) zugewandt zwischen zweitem Kühlkörper (72) und Leiterplatte (16) ein oder mehrere Freiräume (108) gebildet ist.
Schaltungsanordnung nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontplatte (24; 80) eine Aufnahmenut (56; 86) für die Leiterplatte (16) aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmenut (56; 86) so dimensioniert ist, daß die Leiterplatte (16) bei mit dem ersten Kühlkörper (28; 70) verbundener Frontplatte (24; 80) ohne Verbiegung einführbar ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (16) mit der Frontplatte (24; 80) über Nutwände (58, 60; 82, 84) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß erster Kühlkörper (28) und Frontplatte (24) einstückig miteinander verbunden sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß erster Kühlkörper (70) und Frontplatte (80) über eine Schiebeverbindung (98) mit einer Einschubrichtung quer zur Einschubrichtung (54) der gesamten Schaltungsanordnung in die Gehäuseaufnahme (12) verbunden sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebeverbindung (98) eine Schwalbenschwanzverbindung ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebeverbindung (98) über Fixierungselemente mit einer Fixierungsrichtung quer zur Einschubrichtung für die Schiebeverbindung (98) gesichert ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß erster Kühlkörper (28; 70) und/oder Frontplatte (24; 80) durch Strangpressung hergestellt sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß erster Kühlkörper (28; 70) und/oder Frontplatte (24; 80) aus eloxiertem Aluminium hergestellt sind.