DE102004054337B4

DE102004054337B4 - Kühlanordnung

Info

Publication number: DE102004054337B4
Application number: DE102004054337A
Authority: DE
Inventors: Werner Sonnabend; Wilfried Braun; Mouhamadou Ousmane; Kurt Schaffer
Original assignee: Rittal RES Electronic Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Rittal RES Electronic Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2024-11-10
Also published as: DE102004054337A1; JP2006140479A; CN1774164A; JP4113220B2; US20060109633A1; US7428151B2

Abstract

Kühlanordnung mit einem elektronische Leiterplatten (10) oder Steckbaugruppen aufnehmenden Gehäuse (12) und mit einer Klimatisierungseinrichtung (14), die über eine kühlmittelführende Vorlaufleitung (16) und eine Rücklaufleitung (18) mit mindestens einem zu kühlenden elektronische Bauteil auf der jeweiligen Leiterplatte (10) oder Steckbaugruppe in Verbindung steht, wobei die Vorlaufleitung (16) mit mindestens einer dem elektronischen Bauteil zugeordneten Bauteilvorlaufleitung (20) und die Rücklaufleitung (18) mit mindestens einer dem elektronischen Bauteil zugeordneten Bauteilrücklaufleitung (22) gekoppelt sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweiligen Leiterplatte (10) oder Steckbaugruppe ein gehäuserückseitiges Wechselmodul (Rear Transition Module) (38) zugeordnet ist, das Steckkupplungen (40) für elektrische Ein- und Ausgabesignale aufweist, in welche korrespondierende elektrische Gegen-Steckkupplungen (42) an der Leiterplatte (10) oder Steckbaugruppe eingreifen, wobei die Kopplungsstücke (24; 26) der Bauteilvorlaüfleitung (20) bzw. der Bauteilrücklaufleitung (22) im Bereich der elektrische Gegen-Steckkupplungen (42) an der Leiterplatte (10) oder Steckbaugruppe und die Gegenkopplungsstücke (28; 30) der Vorlaufleitung (16) bzw. der Rücklaufleitung (18) an...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung mit einem elektronische Leiterplatten oder Steckbaugruppen aufnehmenden Gehäuse und mit einer Klimatisierungseinrichtung die über eine kühlmittelführende Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung mit mindestens einem zu kühlenden elektronische Bauteil auf der jeweiligen Leiterplatte oder Steckbaugruppe in Verbindung steht, wobei die Vorlaufleitung mit mindestens einer dem elektronischen Bauteil zugeordneten Bauteilvorlaufleitung und die Rücklaufleitung mit mindestens einer dem elektronischen Bauteil zugeordneten Bauteilrücklaufleitung gekoppelt sind.

Aus der EP 1 448 040 A2 ist eine derartige Kühlanordnung bekannt. In einem Schaltschrankgehäuse sind in horizontalen Ebenen übereinander angeordnete Steckbaugruppen untergebracht. Auf den Steckbaugruppen befinden sich elektronische Einbauten, insbesondere CPUs von Computer-Servern, die gezielt gekühlt werden müssen. Da die entstehende Wärme durch herkömmliche Luftkühlung nicht in ausreichendem Maße mittels Lüftern angeführt werden kann, wird eine Kühlmittelkühlung eingesetzt. Die zu kühlenden Bauteile werden mittels flüssigkeitsdurchströmter Kühlkörper gekühlt, die durch Vorlauf- und Rücklaufleitungen mit einer Klimatisierungseinrichtung verbunden sind.

Das Layout der in der bekannte Kühlanordnung verwendeten Leiterplatte bzw. deren Bestückung mit Bauteilen und die Anordnung von Leiterbahnen ist abgestimmt auf die Anordnung der flüssigkeitsdurchströmter Kühlkörper und die Anschlüsse der Bauteilvorlauf- und Bauteilrücklaufschläuche. Es ist mit der bekannten Kühlanordnung nicht ohne erheblichen konstruktiven Aufwand möglich, eine Leiterplatte mit beliebigem Layout einzusetzen, und mit einer Flüssigkeitskühlung zu versehen.

Aus der US 2004/0057211 A1 ist eine Kühlanordnung für in einem Gehäuse aufgenommene Leiterplatte bekannt. Die Kühlanordnung weist eine Kühl- oder Klimatisierungseinrichtung auf, die über Kühlmittel führende Leitungen mit zu kühlenden Bauteilen auf der Leiterplatte in Verbindung stehen. Das Layout der Kühlanordnung ist auf die speziellen Einbaugegebenheiten im Gehäuse-Innenraum abgestimmt. Eine Änderung der Kühlanordnung ist nur mit hohem Aufwand zu bewerkstelligen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühlanordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der Leiterplatten mit weitgehend beliebigen Aufbau einfach gekühlt werden können.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes.

Demgemäss ist vorgesehen, dass der jeweiligen Leiterplatte oder Steckbaugruppe ein gehäuserückseitiges Wechselmodul (Rear Transition Module) zugeordnet ist, das Steckkupplungen für elektrische Ein- und Ausgabesignale aufweist, in welche korrespondierende elektrische Gegen-Steckkupplungen an der Leiterplatte oder Steckbaugruppe eingreifen, wobei die Kopplungsstücke der Bauteilvorlaufleitung bzw. der Bauteilrücklaufleitung im Bereich der elektrische Gegen-Steckkupplungen an der Leiterplatte oder Steckbaugruppe und die Gegenkopplungsstücke der Vorlaufleitung bzw. der Rücklaufleitung an dem Wechselmodul angeordnet sind.

Die Kopplungsstücke der Bauteilvorlaufleitung bzw. der Bauteilrücklaufleitung im Bereich der elektrische Gegen-Steckkupplungen sind an der Leiterplatte oder Steckbaugruppe und die Gegenkopplungsstücke der Vorlaufleitung bzw. der Rücklaufleitung an dem Wechselmodul angeordnet. Durch diese Anordnung ist es möglich, auf engem Raum eine Mehrzahl unterschiedlicher Anschlussmöglichkeiten für Leiterplatten zu schaffen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Leiterplatte oder Steckbaugruppe einen Bestückungsbereich für elektronische Bauteile und einen Kopplungsbereich für die Kopplung der Vorlaufleitung mit der Bauteilvorlaufleitung und für die Kopplung der Rücklaufleitung mit der Bauteilrücklaufleitung. Indem auf der Leiterplatte oder Steckbaugruppe neben dem mit dem vorgegebenen Layout und der vorgegeben Bestückung versehene Bestückungsbereich noch ein separater Kopplungsbereich geschaffen ist, wird erreicht, dass im Bestückungsbereich nur die flüssigkeitsdurchströmten Kühlelemente an zu kühlenden Bauteilen angebracht werden müssen. Eine Kopplung zum übrigen Kühlsystem wird jedoch im Kopplungsbereich vorgenommen.

Dazu ist es vorteilhaft den der Kopplungsbereich angrenzend an den Bestückungsbereich auszubilden. Zusätzlich oder alternativ kann der Kopplungsbereich am oberen Randbereich der Leiterplatte oder Steckbaugruppe ausgebildet sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bauteilvorlaufleitung und die Bauteilrücklaufleitung endseitig am Kopplungsbereich angebrachte Kopplungsstücke aufweisen. Diese bilden mit am Gehäuse angebrachten endseitigen Gegen-Kopplungsstücken der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung eine lösbare Kopplungsverbindung. Durch diese Anordnung ist es möglich, eine flüssigkeitsgekühlte Leiterplatte bzw. Steckbaugruppe unmittelbar an die mit der Klimatisierungseinrichtung verbundene Vorlaufleitung und Rücklaufleitung anzukoppeln. Die zu kühlenden elektronischen Bauteile lassen dabei auf einfache Weise mit einem flüssigkeitsdurchströmten Flüssigkeitskühlkörper verbinden, der einen Anschluss für die Bauteilvorlaufleitung und einen Anschluss für die Bauteilrücklaufleitung aufweist.

In besonders vorteilhafter Weise kann das Kopplungsstück der Bauteilvorlaufleitung und das Kopplungsstück der Bauteilrücklaufleitung nebeneinander liegend in einem Steckergehäuse untergebracht sein. Es wird ein Kopplungsblock gebildet, der eine definierte räumliche Anordnung der beiden Kopplungsstücke garantiert.

Auch das Gegen-Kopplungsstück der Vorlaufleitung und das Gegenkopplungsstück der Rücklaufleitung können nebeneinander liegend in einem Steckergehäuse untergebracht sein. So wird ein Gegen-Kopplungsblock gebildet, der in besonders vorteilhafter Weise zu dem Kopplungskopf der Bauteilvorlaufleitung und der Bauteilrücklaufleitung korrespondiert.

In besonders vorteilhafter Weise kann die Kopplungsverbindung als eine tropffrei lös- und steckbare Kupplung ausgebildet sein. Dadurch wird verhindert, dass Kühlflüssigkeit beim Herausziehen der Leiterplatte bzw. Steckbaugruppe austritt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 in schematisch-perspektivischer Ansicht einen Baugruppenträger zur Aufnahme von vertikal angeordneten Steckbaugruppen;
2 in schematisch-perspektivischer Ansicht einen Baugruppenträger, ein Wechselmodul und eine Rückwandplatine gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlanordnung in getrennter Anordnung und
3 in schematischen Seitenansicht den Baugruppenträger, das Wechselmodul und die Rückwandplatine gemäß 2 in zusammengesetzter Anordnung.
Die 1 zeigt in schematisch-perspektivischer Ansicht einen Baugruppenträger 12 zur Aufnahme von vertikal angeordneten (nicht gezeigten) Steckbaugruppen. Der Baugruppenträger 12 weist ein Traggestell 60 mit vertikalen und horizontalen Rahmenprofilen auf. Die beiden in 1 gezeigten Seitenteile des Baugruppenträgers 12 sind mit Seitenwänden 64 versehen. Eine Bodenplatte und eine Deckplatte sind nicht eingesetzt. Jedoch können derartige Platten in gelochter oder ungelochter Ausführung angebracht werden. Eine Rückwand ist ebenfalls ausgelassen. Jedoch zeigt der Baugruppenträger 12 in seinem Rückwandbereich eine Querstrebe 54 die als T-Strebe ausgebildet ist. An der Vorderseite ist der Baugruppenträger 12 offen. Hier können Steckbaugruppen in (nicht gezeigte) Führungsschienen eingeschoben werden und im eingeschobenen Zustand mittels Schraubverbindungen am Baugruppenträger 12 fixiert werden. Der Randbereich der Vorderseite weist rechtsseitig und linksseitig jeweils ein seitlich vorstehendes Rahmenteil 66 und 68 auf, an welchen mehrere Durchgangsbohrungen 70 und 72 zur Montage an einem (nicht gezeigten) Schaltschrank angebracht sind.
2 zeigt in schematisch-perspektivischer Ansicht einen Steckbaugruppe 10, ein Wechselmodul 38 und eine Rückwandplatine 44 gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlanordnung in getrennter Anordnung. Die gezeigten Komponenten können in einen Baugruppenträger 12 gemäß 1 eingebaut werden.
Eine (schematisch dargestellte) Klimatisierungseinrichtung 14 steht über eine kühlmittelführende Vorlaufleitung 16 und eine Rücklaufleitung 18 mit drei flüssigkeitsdurchströmten Flüssigkeitskühlkörper 32a, 32b, 32c und 32d zum Kühlen (nicht gezeigter) elektronischer Bauteile auf der Steckbaugruppe 10 in Verbindung.
Die zu kühlenden elektronischen Bauteile sind mit den flüssigkeitsdurchströmten Flüssigkeitskühlkörper 32a, 32b, 32c und 32d über einen Anschluss für die Bauteilvorlaufleitung 20 und einen Anschluss für die Bauteilrücklaufleitung 22 verbunden. Die Flüssigkeitskühlkörper 32a, 32b, 32c und 32d sind zueinander in Serie durch die Bauteilvorlaufleitung 20 und die Bauteilrücklaufleitung 22 verbunden sind. Die Vorlaufleitung 16 ist mit der Bauteilvorlaufleitung 20 und die Rücklaufleitung 18 mit der Bauteilrücklaufleitung 22 gekoppelt, wobei die Bauteilvorlaufleitung 20 und die Bauteilrücklaufleitung 22 endseitig an der Steckbaugruppe 10 angebrachte Kopplungsstücke 24 und 26 aufweisen. Die Kopplungsstücke 24 und 26 sind im oberen Randbereich der Steckbaugruppe 10 in einem Kopplungsbereich 10.2, der frei von sonstigen elektronischen Bauteilen gehalten ist, angebracht. Die Kopplungsstücke 24 und 26 bilden mit am Wechselmodul 38 angebrachten endseitigen Gegen-Kopplungsstücken 28 und 30 der Vorlaufleitung 16 und der Rücklaufleitung 18 eine lösbare Kopplungsverbindung. Das Wechselmodul 38 ist rückwandseitig am Baugruppenträger 12 gemäß 1 angeordnet und bildet einen Teil dessen Rückwand.
3 zeigt die Steckbaugruppe 10, das Wechselmodul 38 und die Rückwandplatine 44 gemäß 2 in zusammengesetzter Anordnung.
Die Steckbaugruppe 10 weist neben dem Kopplungsbereich 10.2 einen angrenzenden Bestückungsbereich 10.1 für die elektronische Bauteile auf. Hier sind auch die zu kühlenden, mit den flüssigkeitsdurchströmten Flüssigkeitskühlkörper 32a, 32b, 32c und 32d versehenen Leistungsbauteile angeordnet. Im Kopplungsbereich 10.2 wird die lösbare Kopplung der Vorlaufleitung 16 mit der Bauteilvorlaufleitung 20 und die lösbare Kopplung der Rücklaufleitung 18 mit der Bauteilrücklaufleitung 22 geschaffen.
In 3 erkennt man, dass das Kopplungsstück 24 der Bauteilvorlaufleitung 20 und das Kopplungsstück 26 der Bauteilrücklaufleitung 22 nebeneinander liegend in einem Kopplungsblock 34 untergebracht sind.
Das Gegen-Kopplungsstück 28 der Vorlaufleitung 16 und das Gegen-Kopplungsstück 30 der Rücklaufleitung 18 sind nebeneinander liegend in einem Gegen-Kopplungsblock 36 untergebracht. Die durch Zusammenbringen beider Kopplungsblöcke 34 und 36 gebildete Kopplungsverbindung ist als eine tropffrei lös- und steckbare Kupplung ausgebildet.
Anhand von 2 wird deutlich, dass die Vorlaufleitung 16 und die Rücklaufleitung 18 zumindest streckenweise horizontal in Gehäuse 12 bzw. entlang der Rückwandinnenseite verlaufen. Dies ermöglicht, dass eine Mehrzahl von gleichartigen, flüssigkeitsgekühlten Steckbaugruppen 10 vertikal und zueinander parallel verlaufend im Gehäuse 12 untergebracht und jeweils durch eine flüssigkeitsführende Kopplungsverbindung mit der horizontal verlaufenen Vorlaufleitung 16 und der horizontal verlaufenen Rücklaufleitung 18 gekoppelt werden können. Zu diesem Zweck lassen sich entlang der horizontal verlaufenen Vorlauf- und der Rücklaufleitung 16 und 18 parallel zueinander ausgerichtete Wechselmodule 38 anordnen, die jeweils über daran angebrachte Kopplungsblöcke 36 eingeschobene Steckbaugruppen 10 mit deren Kopplungsblöcken 34 verbinden können.
Die horizontal verlaufene Vorlaufleitung 16 und die horizontal verlaufene Rücklaufleitung 18 gehen jeweils in eine vertikal zur Klimatisierungseinrichtung 14 führende Steigleitung über.
Insbesondere wenn eine Mehrzahl von Baugruppenträgern gemäß 1 in einem (nicht gezeigten) Schaltschrank übereinander angeordnet sind, werden die Vorlaufleitung 16 und die Rücklaufleitung 18 aus sich zumindest teilweise vertikal innerhalb des Schaltschrankes erstreckenden Steigleitungen gebildet. Die Steigleitungen führen bei einer derartigen Anordnung zur im oberen Bereich des Schaltschrank angeordneten Klimatisierungseinrichtung 14.
Gemäß einer (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsform kann am Schaltschrank, am Baugruppenträger 12 oder an der jeweiligen Steckbaugruppe 10 zusätzlich zur Flüssigkeitskühlung ein Lüfter zur Erzeugung einer kühlenden Luftströmung angeordnet sein.
Ein Teilbereich der Geräterückwandung wird in der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform durch das gehäuserückseitige Wechselmodul (Rear Transition Modul) 38 gebildet. Dieses Modul weist eine Mehrzahl von elektrischen Steckkupplungen auf, in welche an der Steckbaugruppe 10 angebrachte Gegen-Steckkupplungen eingreifen. Das Wechselmodul 38 wird rückwandseitig durch Schraubverbindungen 38a und 38b am Baugruppenträger 12 angebracht. Die Handhabung beim Einbringen in die richtige Position wird durch verriegelbare Ein-Aushebegriffe 39a und 39b, die am unteren und oberen Teilbereich des Wechselmoduls angeordnet sind, erleichtert.
An der Vorderseite des Baugruppenträgers 12 lassen sich die Steckbaugruppen 10 ebenfalls mit Hilfe von verriegelbaren Ein-Aushebegriffen einstecken und herausziehen. In eingeschobener Position lassen sich die Steckbaugruppen 10 am Baugruppenträger 12 mittels Schraubverbindungen fixieren.
Das gehäuserückseitige Wechselmodul 38 weist in seinem oberen, der Steckbaugruppe 10 zugewandten Bereich Steckkupplungen 40 für elektrische Ein- und Ausgabesignale auf. In diese Steckkupplungen 40 greifen korrespondierende elektrische Gegen-Steckkupplungen 42 der Steckbaugruppe 10 ein. Die Kopplungsstücke 24 und 26 der Bauteilvorlaufleitung 20 bzw. der Bauteilrücklaufleitung 22 sind im Bereich der elektrische Gegen-Steckkupplungen 42 der Steckbaugruppe 10 angeordnet. Die Gegenkopplungsstücke 28 und 30 der Vorlaufleitung 16 bzw. der Rücklaufleitung 18 sind an dem Wechselmodul 38 angeordnet.
Am oberen Teilbereich des Wechselmodul 38 sind in Richtung auf die eingesteckte Steckbaugruppe 10 gerichtete Führungsstifte 37 zur sicheren Steckung der Steckbaugruppe 10 mit den elektrischen Steckkupplungen 42, 50 und 52 und den flüssigkeitsgeführten Kopplungsverbindungen 24 und 26 angeordnet.

Claims

Kühlanordnung mit einem elektronische Leiterplatten (10) oder Steckbaugruppen aufnehmenden Gehäuse (12) und mit einer Klimatisierungseinrichtung (14), die über eine kühlmittelführende Vorlaufleitung (16) und eine Rücklaufleitung (18) mit mindestens einem zu kühlenden elektronische Bauteil auf der jeweiligen Leiterplatte (10) oder Steckbaugruppe in Verbindung steht, wobei die Vorlaufleitung (16) mit mindestens einer dem elektronischen Bauteil zugeordneten Bauteilvorlaufleitung (20) und die Rücklaufleitung (18) mit mindestens einer dem elektronischen Bauteil zugeordneten Bauteilrücklaufleitung (22) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweiligen Leiterplatte (10) oder Steckbaugruppe ein gehäuserückseitiges Wechselmodul (Rear Transition Module) (38) zugeordnet ist, das Steckkupplungen (40) für elektrische Ein- und Ausgabesignale aufweist, in welche korrespondierende elektrische Gegen-Steckkupplungen (42) an der Leiterplatte (10) oder Steckbaugruppe eingreifen, wobei die Kopplungsstücke (24; 26) der Bauteilvorlaüfleitung (20) bzw. der Bauteilrücklaufleitung (22) im Bereich der elektrische Gegen-Steckkupplungen (42) an der Leiterplatte (10) oder Steckbaugruppe und die Gegenkopplungsstücke (28; 30) der Vorlaufleitung (16) bzw. der Rücklaufleitung (18) an dem Wechselmodul (38) angeordnet sind.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (10) oder Steckbaugruppe einen Bestückungsbereich (10.1) für elektronische Bauteile und einen Kopplungsbereich (10.2) für die Kopplung der Vorlaufleitung (16) mit der Bauteilvorlaufleitung (20) und für die Kopplung der Rücklaufleitung (18) mit der Bauteilrücklaufleitung (22).
Kühlanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsbereich (10.2) angrenzend an den Bestückungsbereich (10.1) ausgebildet ist.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsbereich (10.2) am oberen Randbereich der Leiterplatte (10) oder Steckbaugruppe ausgebildet ist.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilvorlaufleitung (20) und die Bauteilrücklaufleitung (22) endseitig an der im Kopplungsbereich (10.2) angebrachte Kopplungsstücke (24, 26) aufweisen welche mit am Gehäuse (12) angebrachten endseitigen Gegen-Kopplungsstücken (28; 30) der Vorlaufleitung (16) und der Rücklaufleitung (18) eine lösbare Kopplungsverbindung bilden.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsstück (24) der Bauteilvorlaufleitung (20) und das Kopplungsstück (26) der Bauteilrücklaufleitung (22) nebeneinander liegend in einem Steckergehäuse untergebracht sind und einen Kopplungsblock (34) bilden.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegen-Kopplungsstück (28) der Vorlaufleitung (16) und das Gegenkopplungsstück (30) der Rücklaufleitung (18) nebeneinander liegend in einem Steckergehäuse untergebracht sind und einen Gegen-Kopplungsblock (36) bilden.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsverbindung als eine tropffrei lös- und steckbare Kupplung ausgebildet ist.