DE102012103217B3

DE102012103217B3 - Steuerungsgerät für ein Gebäudeinstallationssystem

Info

Publication number: DE102012103217B3
Application number: DE201210103217
Authority: DE
Inventors: Michael Gerlach; Sven Schulte
Original assignee: ELKA ELEKTRONIK GmbH; ELKA-ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: Insta GmbH
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2032-04-14

Abstract

Ein Steuerungsgerät für ein Gebäudeinstallationssystem umfasst ein Gehäuse zur Montage auf einer Tragschiene und eine erste Leiterplatte 10, eine zweite Leiterplatte 20, die elektrische und/oder elektronische Bauteile 21, 21' aufweist, und eine vierte Leiterplatte 40, die eine Schnittstelle nach außerhalb des Steuerungsgeräts aufweist, und im wesentlichen senkrecht zur zweiten Leiterplatte 20 angeordnet ist. Die erste Leiterplatte 10 weist ein Prozesssystem auf, dass die erste Leiterplatte 10 parallel zur zweiten Leiterplatte 20 angeordnet ist und dass die erste Leiterplatte 10 mit der zweiten Leiterplatte 20 verbunden ist und die vierte Leiterplatte 40 mit der zweiten Leiterplatte 20 verbunden ist. Die erste und die vierte Leiterplatte 10, 40 sind jeweils direkt mit der zweiten Leiterplatte 20 verbunden. Die Verbindungen sind zueinander benachbart auf der zweiten Leiterplatte 20 angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsgerät für ein Gebäudeinstallationssystem mit einem Gehäuse zur Montage mit einer Unterseite des Gehäuses auf einer Tragschiene und einer ersten Leiterplatte, einer zweiten Leiterplatte, die elektrische und/oder elektronische Bauteile aufweist, und einer vierten Leiterplatte, die eine Schnittstelle nach außerhalb des Steuerungsgeräts aufweist und im Wesentlichen senkrecht zur zweiten Leiterplatte angeordnet ist.
In der Gebäudesystemtechnik ist es bekannt, Installationsgeräte, wie etwa Sicherungsautomaten oder Steuerungsgeräte, in einem Verteilerschrank anzuordnen, der mit Tragschienen versehen ist, auf denen die Geräte montiert werden. Derartige Tragschienen können beispielsweise als Hutschienen, die ein im Querschnitt U-förmiges Profil aufweisen, oder als G-Schienen mit einem G-förmigen Profil ausgebildet sein. Die Montage von Komponenten eines Gebäudeinstallationssystems in einem derart ausgestatteten Verteilerschrank ermöglicht eine funktionsgerechte, leicht zugängliche und gegen Umwelteinflüsse geschützte Anordnung der Komponenten.
Aus DE 196 15 093 C2 ist ein Automatisierungsgerät mit einem Gehäuse und mit Eingängen und Ausgängen zum Anschließen von Komponenten eines Prozessors sowie mit einem Anschluss für einen Bus bekannt, bei dem ein hinterer Teil des Gehäuses für die Befestigung an einer Tragschiene ausgebildet ist. In dem Gehäuse befindet sich eine Leiterplatte, auf der sich elektrische bzw. elektronische Bauelemente einer Schaltungsanordnung befinden. Durch Aufsetzen eines Kommunikationsadapters ist das Automatisierungsgerät an unterschiedliche Feldbusse anpassbar.
Gemäß EP 0 499 675 B1 umfasst ein Automatisierungssystem ein allein betriebsfähiges Automatisierungsgerät mit einer Schnittstelle zum Anschließen von Erweiterungsgeräten. Das Automatisierungsgerät ist an einer Hutschiene montierbar. Zum Anschließen von Erweiterungsgeräten an das Automatisierungsgerät wird ein Schnittstellenmodul neben dem Automatisierungsgerät auf die Tragschiene aufgeschnappt, wobei zur elektrischen Verbindung ein Flachbandkabel vorgesehen ist. Über das Schnittstellenmodul können Erweiterungsmodule an das Automatisierungsgerät angeschlossen werden.
Das Gebrauchsmuster DE 298 23 669 U1 offenbart ein Universalgehäuse, das eine Grundplatte umfasst, die auf eine hutförmige Tragschiene aufsteckbar ist. Im Innenraum des Universalgehäuses ist eine Leiterplatte senkrecht zur Grundplatte eingeschoben. Mittels Führungsnuten können weitere Leiterplatten vertikal im Universalgehäuse angeordnet werden. In eine Auflagefläche der Grundplatte ist eine weitere Leiterplatte eingesetzt, die Anschlusselemente aufweist.
In der DE 196 10 742 A1 ist eine Baugruppe mit einer Schaltungsanordnung offenbart, die zumindest aus einer Terminalplatine, einer mit dieser nicht direkt verbundenen Logikplatine und einer Verbindungsplatine besteht. Die Terminalplatine weist Anschlussmittel für von außen heranführbare Leitungen auf. Die Logikplatine weist zumindest eine Logikschaltung auf. Die Verbindungsplatine, die eine Zwischenschaltung aufweist, ist sowohl mit der Terminalplatine als auch mit der Logikplatine verbunden.
Die bekannten Automatisierungsgeräte haben den Nachteil, dass sie für komplexe Steuerungsaufgaben keine ausreichende Rechenleistung aufweisen, insbesondere weisen die bekannten Automatisierungsgeräte nicht die Funktionalität eines Mikrocomputers bzw. eines Personal Computer (PC) auf. Weiterhin sind zur Erfüllung der geltenden Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) häufig metallische Gehäuse notwendig, was mit einem erhöhten Handhabungs- und Schaltungsaufwand verbunden ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Steuerungsgerät für ein Gebäudeinstallationssystem anzugeben, das die genannten Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Steuerungsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Steuerungsgerät für ein Gebäudeinstallationssystem umfasst ein Gehäuse, das zur Montage auf einer Tragschiene ausgebildet ist. Insbesondere weist eine Unterseite des Gehäuses eine Aussparung auf, mit der das Gehäuse auf eine Tragschiene, etwa eine Hutschiene, aufgesetzt werden kann. Ferner können Haltemittel vorhanden sein, beispielsweise Riegel oder Klemmen, um das Gehäuse und damit das Steuerungsgerät auf der Tragschiene zu halten. Das Gehäuse kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Gehäuse mehrteilig ausgebildet mit einem Unterteil und einem auf dieses aufsetzbaren Oberteil, das insbesondere als Deckel ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Steuerungsgerät umfasst weiterhin eine erste Leiterplatte oder Leiterkarte, die ein Prozessorsystem trägt. Die erste Leiterplatte ist insbesondere als kompaktes Computermodul ausgebildet, das die Funktionalität eines Mikrocomputers bzw. eines Personal Computer (PC) aufweist und neben einer zentralen Prozessoreinheit (CPU) weitere Elemente eines PC, etwa einen Companion-Prozessor und ein Read Access Memory (RAM) trägt. Vorzugsweise ist die erste Leiterplatte gemäß einem Computer-on-Module-Standard mit einem hochintegrierten Prozessorsystem ausgebildet, besonders bevorzugt gemäß dem Qseven-Standard.
Das Steuerungsgerät umfasst zumindest drei Leitplatten, nämlich zusätzlich zur ersten Leiterplatte eine zweite Leiterplatte, die elektrische bzw. elektronische Bauelemente aufweist, die insbesondere zur Versorgung der ersten Leiterplatte dienen, sowie eine vierte Leiterplatte, die mindestens eine Schnittstelle nach außerhalb des Steuerungsgeräts trägt. Dabei ist die erste Leiterplatte mit der zweiten Leiterplatte elektrisch verbunden, wobei die erste Leiterplatte vorzugsweise parallel zur zweiten Leiterplatte angeordnet ist. Die zweite Leiterplatte ist mit der vierten Leiterplatte, die im Wesentlichen senkrecht zur zweiten Leiterplatte steht, elektrisch verbunden. Die erste und die zweite sowie die zweite und die vierte Leiterplatte können auch mechanisch miteinander verbunden sein. Die zweite und die vierte Leiterplatte können weitere mechanische, elektrische und elektronische Bauelemente aufweisen, beispielsweise zum Betrieb weiterer Schnittstellen. Das Steuerungsgerät kann weitere Anschlüsse für die Spannungsversorgung und/oder für weitere Schnittstellen, etwa für einen Feldbus, aufweisen. Die Leiterplatten sind zumindest weitgehend innerhalb des Gehäuses angeordnet, wobei das Gehäuse entsprechende Durchbrüche aufweisen kann, um die Anschlüsse von außen zugänglich zu machen.
Gemäß der Erfindung ist die erste Leiterplatte direkt mit der zweiten Leiterplatte verbunden, beispielsweise indem die zweite Leiterplatte einen Sockel trägt, in den entsprechende Stifte der ersten Leiterplatte eingesetzt sind. Die vierte Leiterplatte ist ebenfalls direkt mit der zweiten Leiterplatte verbunden, beispielsweise über Stifte der vierten Leiterplatte, die in einen Sockel der zweiten Leiterplatte eingesetzt sind. Die Verbindungen mit der ersten und der vierten Leiterplatte sind benachbart zueinander auf der zweiten Leiterplatte angeordnet, beispielsweise sind die jeweiligen Sockel, in die die der ersten bzw. der vierten Leiterplatte zugeordneten Stifte eingesetzt sind, unmittelbar benachbart zueinander auf der zweiten Leiterplatte angeordnet. Dadurch, dass die erste Leiterplatte somit sehr nahe an der vierten Leiterplatte platziert ist, sind die Leiterbahnen, über die das Prozessorsystem mit der von der vierten Leiterplatte getragenen Schnittstelle verbunden ist und über die hochfrequente Signale geleitet werden, besonders kurz. Hierdurch wird eine weitere Verbesserung hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit erreicht.
Dadurch, dass die der Versorgung des Prozessorsystems dienenden Bauelemente sowie die Schnittstelle nicht auf der ersten Leiterplatte angeordnet sind, kann diese besonders kompakt ausgebildet sein. Dadurch, dass auf der vierten Leiterplatte die Schnittstelle nach außen angeordnet ist, wird auch eine kompakte Ausbildung der zweiten Leiterplatte ermöglicht. Ferner wird dadurch, dass die vierte Leiterplatte im Wesentlichen senkrecht zur zweiten Leiterplatte angeordnet ist, eine besonders kompakte Ausbildung des Steuergeräts ermöglicht. Die erfindungsgemäße Anordnung der Leiterplatten ermöglicht ferner einen Verzicht auf zusätzliche Verbindungsleitungen sowie auf lange Stiftleisten, was hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) vorteilhaft ist. Hierdurch wird es weiterhin ermöglicht, das Gehäuse aus einem elektrisch nicht-leitenden Material, etwa einem Kunststoffmaterial, auszuführen, was hinsichtlich Handhabung und elektrischer Sicherheit vorteilhaft ist und eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. Schließlich wird durch die im Wesentlichen zur zweiten Leiterplatte senkrechte Anordnung der vierten Leiterplatte, die die Schnittstelle nach außerhalb des Steuergeräts trägt, eine einfache Zugänglichkeit entsprechender Anschlüsse bzw. Buchsen von oben, d. h. von einer der Tragschiene entgegengesetzten Seite, ermöglicht.
Vorzugsweise umfasst das Steuerungsgerät darüber hinaus eine dritte Leiterplatte, die elektrische bzw. elektronische Bauelemente aufweist, die beispielsweise zur Versorgung der ersten Leiterplatte dienen. Die zweite und die dritte Leiterplatte sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und über die vierte Leiterplatte, die im Wesentlichen senkrecht zur zweiten und dritten Leiterplatte steht, miteinander elektrisch verbunden. Die dritte und die vierte Leiterplatte können auch mechanisch miteinander verbunden sein. Die zweite und die dritte Leiterplatte bilden beispielsweise einen Stapel, wobei beide Leiterplatten im Wesentlichen parallel zu einer Längsrichtung der Tragschiene angeordnet und übereinander in das Gehäuse eingebaut sind. Die zweite, die dritte und die vierte Leiterplatte können weitere mechanische, elektrische und elektronische Bauelemente aufweisen, etwa zum Betrieb weiterer Schnittstellen. Auch die dritte Leiterplatte ist zumindest weitgehend innerhalb des Gehäuses angeordnet.
Das Steuerungsgerät kann auch mehr als vier Leiterplatten umfassen.
Dadurch, dass eine dritte Leiterplatte vorgesehen ist, auf der weitere elektronische Bauelemente angeordnet sind, wird eine besonders kompakte Ausbildung der zweiten und der dritten Leiterplatte ermöglicht. Dadurch, dass die dritte Leiterplatte parallel zur zweiten Leiterplatte angeordnet ist und dass die zweite und die dritte Leiterplatte über die vierte Leiterplatte miteinander verbunden sind, wird eine besonders kompakte Ausbildung des Steuergeräts ermöglicht.
Ferner ist in an sich bekannter Weise das Layout der Leiterplatten zur Minimierung der Leiterbahnlängen optimiert. Auch hierdurch wird die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert.
Vorzugsweise weist die vierte Leiterplatte mindestens drei Schichten auf, wobei die Verbindungsleitungen zwischen dem Prozessorsystem und der Schnittstelle in einer mittleren Schicht verlaufen. Hierdurch kann es erreicht werden, dass diejenigen Leitungen, auf denen hochfrequente Signale übertragen werden, durch die beidseitigen äußeren Schichten der vierten Leiterplatte abgeschirmt werden. Die beiden äußeren Schichten können hierfür an die elektrische Masse angeschlossen sein. Hierdurch wird die elektromagnetische Verträglichkeit weiter verbessert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die dritte und die vierte Leiterplatte jeweils einen seitlichen Schlitz auf, mit dem sie ineinander geschoben werden können und dadurch zusammenfügbar sind. Hierdurch wird es auf einfache Weise ermöglicht, dass die vierte Leiterplatte die zweite und die dritte Leiterplatte verbindet und die von der vierten Leiterplatte getragenen Verbindungsbuchsen von oben zugänglich sind. Ferner kann hierdurch eine mechanische Verbindung ermöglicht werden, durch die die Stabilität der Anordnung der Leiterplatten verbessert wird und durch die es ermöglicht wird, beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Steuerungsgeräts zunächst die dritte und die vierte Leiterplatte zusammenzufügen und beide gemeinsam auf die zweite und die mit dieser verbundene erste Leiterplatte aufzusetzen.
In vorteilhafter Weise ist die erste Leiterplatte zwischen der zweiten und der dritten Leiterplatte angeordnet. Insbesondere können die zweite und die dritte Leiterplatte einen Stapel auf einem Unterteil des Gehäuses bilden, wobei die zweite Leiterplatte zuunterst in einem Unterteil des Gehäuses angeordnet ist, auf die in einem Teilbereich die erste Leiterplatte aufgesetzt und darüber die dritte Leiterplatte angeordnet ist. Hierdurch wird nicht nur eine besonders kompakte Anordnung der Leiterplatten geschaffen und eine besonders vorteilhafte Ausnutzung des Innenraums des Gehäuses ermöglicht, sondern es wird auch eine besonders günstige Anordnung der elektrischen und elektronischen Bauelemente ermöglicht. Vorzugsweise ist das Steuerungsgerät modular ausgebildet, wobei die erste Leiterplatte Bauelemente zur Energieversorgung des Steuerungsgeräts und die dritte Leiterplatte Bauelemente zur Ankopplung an einen Feldbus tragen kann. Zur Anpassung an ein anderes Bussystem kann die dritte Leiterplatte austauschbar sein, wobei die erste, die zweite und die vierte Leiterplatte ohne Änderungen weiterverwendet werden können.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die erste Leiterplatte wärmeleitend mit der zweiten und/oder der dritten Leiterplatte verbunden ist. Eine derartige Verbindung kann beispielsweise durch eine Anordnung der ersten Leiterplatte mit einem geringen Abstand zur zweiten bzw. dritten Leiterplatte erreicht werden, wobei die verbleibenden Zwischenräume mit einem wärmeleitenden Medium, etwa mit Wärmeleitpaste, gefüllt sein können. Hierdurch wird eine Wärmeabführung der von auf der ersten Leiterplatte angeordneten Bauelementen erzeugten Wärme über die zweite und die dritte Leiterplatte ermöglicht.
In vorteilhafter Weise sind diejenigen elektronischen Komponenten, die eine erhebliche Wärmeentwicklung verursachen, nur auf der ersten Leiterplatte angeordnet. Die größte Leistungsaufnahme und somit größte Wärmeerzeugung hat in der Regel der Prozessor (CPU) sowie ggf. weitere Bauteile des PC, die ebenfalls auf der ersten Leiterplatte angeordnet sind. Eine wärmeleitende Verbindung der ersten Leiterplatte mit der zweiten und/oder dritten Leiterplatte ermöglicht somit eine Entwärmung der ersten Leiterplatte über diejenigen Leiterplatten, auf denen selbst eine geringere Wärmeerzeugung stattfindet. Hierdurch ist auf besonders einfache Weise eine Kühlung der ersten Leiterplatte zur Verhinderung einer Überschreitung der zulässigen Betriebstemperatur möglich.
Vorzugsweise weist die erste Leiterplatte eine kleinere Fläche als die zweite und die dritte Leiterplatte auf. Dadurch, dass die zweite und/oder die dritte Leiterplatte mit der ersten Leiterplatte wärmeleitend verbunden sind, kann somit eine besonders große Fläche zur Wärmeabgabe genutzt werden.
In weiter besonders vorteilhafter Weise kann dabei die zweite und/oder die dritte Leiterplatte derart ausgebildet sein, dass auf der der ersten Leiterplatte zugewandten Seite die elektrischen Leitungsbahnen einen größeren Querschnitt aufweisen als dies aufgrund der elektrischen Leitungserfordernisse notwendig wäre. Insbesondere können die Leiterbahnen eine größere Fläche aufweisen und/oder aus einer dickeren Kupferschicht bestehen als es zur Erfüllung der Funktion als elektrischer Leiter erforderlich wäre. Ferner können zusätzliche Kupferauflagen, die keine Leitungsfunktion haben, vorhanden sein. Hierdurch wird die Wärmeabführung von der ersten Leiterplatte über die zweite und/oder die dritte Leiterplatte weiter verbessert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Steuerungsgerät einen Kühlkörper auf, der ein Unterteil und ein Oberteil umfasst, wobei das Unterteil mit der ersten Leiterplatte wärmeleitend verbunden ist. Hierdurch kann eine besonders effiziente Abführung der von den elektronischen Bauteilen der ersten Leiterplatte erzeugten Wärme in einen Randbereich, beispielsweise in einen oberen Bereich des Gehäuses, erreicht werden, von wo die Wärme an Umgebungsluft, die etwa durch Schlitze des Gehäuses ausgetauscht werden kann, abgegeben wird. Dies ist in dem Fall, dass die wärmeerzeugenden Bauteile im Wesentlichen auf der ersten Leiterplatte angeordnet sind, besonders vorteilhaft, da in diesem Fall durch den Kühlkörper und in besonders bevorzugter Weise im Zusammenwirken des Kühlkörpers mit der Kühlung über die zweite und die dritte Leiterplatte eine besonders wirksame Wärmeabführung erreichbar ist.
Vorzugsweise ist die Unterseite des Unterteils des Kühlkörpers geometrisch an das Oberflächenprofil der wärmeerzeugenden elektronischen Bauteile auf der ersten Leiterplatte angepasst, insbesondere an den Prozessor bzw. an die Prozessoren, die der Unterseite des Unterteils des Kühlkörpers gegenüberliegend auf einer Oberseite der ersten Leiterplatte angeordnet sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Unterteil des Kühlkörpers mit einem geringen Abstand zu den wärmeerzeugenden Bauteilen angeordnet ist, wobei das Oberflächenprofil des Unterteils des Kühlkörpers derart gewählt ist, dass zwischen der Unterseite des Unterteils des Kühlkörpers und der Oberseite der entsprechenden Bauteile jeweils ein geringer Abstand verbleibt. Zwischen der Unterseite des Unterteils des Kühlkörpers und der Oberseite der entsprechenden Bauteile können jeweils Wärmepads von geringer Dicke, beispielsweise 0,5 mm, angeordnet sein. Die zu entwärmenden Bauteile können auf diese Weise thermisch besonders wirkungsvoll an den Kühlkörper angebunden und dadurch gekühlt werden. Das Unterteil des Kühlkörpers kann in Bereichen der Unterseite, die nicht an den wärmeerzeugenden elektronischen Bauteilen anliegen oder diesen in einem geringen Abstand gegenüberliegen, oberflächenvergrößernde Strukturen tragen, etwa Kühlrippen, um die Wärmeabführung weiter zu verbessern.
In vorteilhafter Weise ist das Oberteil des Kühlkörpers mit Vorsprüngen zur Vergrößerung der Oberfläche versehen, die einen großen Teil des nicht von den Leiterplatten eingenommenen Bereichs des Innenraums des Gehäuses einnehmen können. Die Vorsprünge können etwa als Kühlrippen oder als durchbrochene Kühlrippen bzw. Spitzen ausgebildet sein, so dass durch Lüftungsschlitze des Gehäuses zirkulierende Umgebungsluft an den Vorsprüngen entlangströmen kann und somit ein besonders effektiver Wärmeübergang gewährleistet ist. Der Kühlkörper ist vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, beispielsweise aus einem extrudierten Stangenprofil. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung.
Das Unterteil und das Oberteil des Kühlkörpers sind vorzugsweise wärmeleitfähig miteinander verbindbar, wobei ein Teilbereich der dritten Leiterplatte umschlossen wird. Dabei wird die dritte Leiterplatte einseitig bevorzugt mit einem solchen Abstand umschlossen, dass auf der betreffenden Seite der dritten Leiterplatte elektronische Bauelemente angeordnet sein können. Hierdurch wird eine besonders kompakte Anordnung mit einer besonders vorteilhaften Ausnutzung des Bestückungsraums bei einer gleichzeitigen guten Wärmeabführung geschaffen.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Oberseite des Unterteils des Kühlkörpers mit der dritten Leiterplatte wärmeleitend verbunden ist. Zur Herstellung der wärmeleitenden Verbindung kann die Oberseite des Unterteils des Kühlkörpers dicht an einer Unterseite der dritten Leiterplatte angeordnet sein, wobei zwischen dem Unterteil des Kühlkörpers und der dritten Leiterplatte ein wärmeleitendes Medium, etwa Wärmeleitpaste, einbringbar ist. Ferner kann die auf die Unterseite der dritten Leiterplatte aufgebrachte Kupferauflage zur Wärmeabführung optimiert sein, wobei die Leiterbahnen einen größeren Querschnitt aufweisen können als für die Funktion als elektrischer Leiter notwendig wäre, oder es können Kupferauflagen vorhanden sein, die nicht als Leitungsbahnen dienen.
Die beschriebene Kühlung ermöglicht es, in der beschriebenen kompakten Anordnung ein besonders leistungsfähiges Prozessorsystem zu betreiben. Insbesondere wird es hierdurch ermöglicht, das Prozessorsystem mit einer rein passiven Kühlung zu betreiben. Durch den Verzicht auf Lüfter oder andere mechanisch bewegte Teile kann zudem eine besonders lange Lebensdauer erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Leiterplatte derart ausgebildet, dass ein zusätzliches Speicherelement mit dieser verbindbar ist, insbesondere auf die zweite Leiterplatte aufgesteckt werden kann. Dieses kann insbesondere als Disk-on-Module-Speicher, vorzugsweise als SATA-Stick ausgebildet sein. Hierdurch wird eine Speichererweiterung ermöglicht, wodurch beispielsweise eine Unterstützung anderer Betriebssysteme und/oder eine Speicherung größerer Datenmengen möglich wird. Zur Stromversorgung kann das Speicherelement beispielsweise mit der zweiten oder der dritten Leiterplatte verbunden sein. Um die Leitungslänge für die Steuer- und Signalleitungen kurz zu halten, ist eine Verbindung zum Speicherelement, beispielsweise ein Sockel, in besonders vorteilhafter Weise auf der zweiten Leiterplatte nahe an der Verbindung zur ersten Leiterplatte angeordnet.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1: Eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Steuerungsgeräts;
2: die dritte Leiterplatte von unten gesehen;
3: das Unterteil des Kühlkörpers perspektivisch von unten (3a) bzw. von oben (3b) gesehen;
4: das Oberteil des Kühlkörpers in perspektivischer Ansicht;
5: das erfindungsgemäße Steuerungsgerät in Seitenansicht (ohne Gehäuse).
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das Gehäuse des Steuerungsgeräts gemäß dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Gehäuseunterteil 1 und ein Gehäuseoberteil, wobei das Gehäuseoberteil als auf das Gehäuseunterteil aufsetzbarer Deckel 2 ausgebildet ist. Innerhalb des Gehäuses sind eine erste Leiterplatte 10, eine zweite Leiterplatte 20, eine dritte Leiterplatte 30, eine vierte Leiterplatte 40 und ein Kühlkörper, der aus einem Unterteil 50 und einem Oberteil 51 besteht, aufgenommen. Das Gehäuseunterteil 1 weist eine in einer Längsrichtung des Gehäuses durchgehende Aussparung 3 auf, mit der das Gehäuseunterteil 1 auf eine in 1 nicht dargestellte Hutschiene aufgesetzt werden kann. Hierfür weist das Gehäuseunterteil 1 ferner nicht dargestellte Klemmen auf, durch die das Gehäuseunterteil 1 auf der Hutschiene gehalten wird. Der Deckel 2 des Gehäuses weist Lüftungsschlitze 4 auf, durch die ein Luftaustausch zwischen dem Innenraum des Gehäuses und einem Außenraum möglich ist. Ferner weist der Deckel 2 einen Durchbruch 5 auf, durch den Steckverbinder von außen eingesetzt werden können, sowie eine Aussparung 6 für einen Busanschluss. Der Deckel 2 und das Unterteil 1 können in 1 nicht dargestellte Rastmittel aufweisen, durch die der Deckel 2 lösbar am Gehäuseunterteil 1 gehalten werden kann. Das Gehäuse kann beispielsweise eine Länge von 8 Teilungseinheiten (TE) aufweisen.
Innerhalb des Gehäuses ist parallel zur Längsrichtung der Hutschiene in dem Unterteil 1 zuunterst die zweite Leiterplatte 20 angeordnet. Diese trägt elektronische Bauelemente 21, 21', von denen in 1 lediglich einige symbolisch dargestellt sind. Die zweite Leiterplatte 20 kann Schnittstellen zur Verfügung stellen, etwa eine DVI-Schnittstelle zur Übertragung von Videodaten oder eine Ethernet-Schnittstelle (in 1 nicht dargestellt). Ferner dient die zweite Leiterplatte 20 zur Energieversorgung des Steuerungsgeräts und weist hierfür einen Spannungsversorgungsanschluss auf, beispielsweise Schraubklemmen (nicht dargestellt). Die zweite Leiterplatte 20 ist als Mehrschicht-Leiterplatte ausgeführt, wobei der Spannungsversorgungsanschluss mit der untersten Schicht in Verbindung steht, so dass etwaige Störungen, die über die Spannungsversorgung eingekoppelt werden, durch die darüberliegenden Schichten gegenüber den anderen Leiterplatten abgeschirmt werden; auch die übrigen Leiterplatten 10, 30, 40 des Steuerungsgeräts sind als Mehrschicht-Leiterplatten ausgeführt. Die zweite Leiterplatte 20 trägt ferner einen Sockel 22 zur Herstellung einer Verbindung mit der ersten Leiterplatte 10 sowie mechanische Bauelemente, etwa einen Abstandshalter 23.
Parallel zur zweiten Leiterplatte 20 ist auf diese, einen Teilbereich der zweiten Leiterplatte 20 überdeckend, die erste Leiterplatte 10 aufgesetzt, die ein in 1 nicht gezeigtes Prozessorsystem trägt. Dieses kann insbesondere als PC gemäß dem Qseven-Standard ausgebildet sein; ein derartiges Qseven-Modul ist beispielsweise unter der Bezeichnung Congatec AMD G-T40E 1.0 GHz Dual Core mit einer Leistungsaufnahme von 6,4 Watt erhältlich. Auf einem derartigen PC sind gängige Betriebssysteme für PC-Applikationen lauffähig.
Oberhalb der ersten Leiterplatte 20 ist das Unterteil 50 eines Kühlkörpers angeordnet und wärmeleitfähig mit den wärmeerzeugenden Bauelementen auf der ersten Leiterplatte 10 verbunden. Darüber ist eine dritte Leiterplatte 30 angeordnet, die weitere elektrische und elektronische Bauteile 31, 31' trägt, von denen in 1 einige symbolisch dargestellt sind. Die auf der dritten Leiterplatte 30 angeordneten Bauelemente dienen insbesondere dem Anschluss des Steuerungsgeräts an einen Feldbus. Die dritte Leiterplatte 30 stellt Schnittstellen, beispielsweise KNX-Schnittstellen, zur Verfügung und kann hierfür insbesondere 2 TP-UARTs (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) aufweisen. Zum Anschluss des Feldbusses trägt die dritte Leiterplatte 30 Pins 32, 32', die in die Aussparung 6 des Gehäuses hineinragen. Ferner kann die dritte Leiterplatte eine USB-Schnittstelle für eine Verbindung zur Verfügung stellen, die nicht ohne Abnehmen des Deckels 2 zugänglich sein muss. Die dritte Leiterplatte 30 kann anwendungsspezifisch ausgeführt sein und beispielsweise bei einem Wechsel des Bussystems auswechselbar sein.
Oberhalb der dritten Leiterplatte 30 und einen Teil dieser umschließend ist das Oberteil 51 des Kühlkörpers angeordnet, das mit dem Unterteil 50 des Kühlkörpers über Schraubverbindungen verbunden werden kann. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann zwischen die Verbindungslaschen 53, 54 des Unterteils 50 und die Verbindungslaschen 55, 56 des Oberteils 51 Wärmeleitpaste eingebracht werden. Das Oberteil 51 des Kühlkörpers weist in 1 nicht dargestellte oberflächenvergrößernde Strukturen auf, die zur Verbesserung der Wärmeabführung dienen.
Senkrecht zu den Leiterplatten 20, 30 ist eine vierte Leiterplatte 40 angeordnet, die mit diesen elektrisch verbunden ist. Die vierte Leiterplatte trägt ebenfalls symbolisch dargestellte elektronische Bauelemente 41, 41' sowie eine USB-Buchsen 42, 42', die als Doppel-USB-Buchse ausgebildet sind. Die vierte Leiterplatte 40 weist einen in 1 nicht erkennbaren Schlitz auf, mit dem sie in die ebenfalls einen Schlitz aufweisende dritte Leiterplatte 30 eingesetzt werden kann. Mit ihrer Unterseite wird die vierte Leiterplatte 40 in einen auf der zweiten Leiterplatte 20 angeordneten weiteren Sockel eingesteckt (in 1 nicht dargestellt). Durch einen Durchbruch 5 in dem Deckel 2 des Gehäuses sind die USB-Buchsen 42, 42' von oben zugänglich.
Weitere Bauteile, etwa Schrauben zur Verbindung der Leiterplatten untereinander oder mit dem Gehäuseunterteil 1, sind in 1 nicht gezeigt.
In 2 ist die dritte Leiterplatte 30 in der Ansicht von unten gezeigt. Die dritte Leiterplatte 30 weist einen seitlichen Schlitz 33 auf, in den die vierte Leiterplatte eingesetzt werden kann. Ferner weist die dritte Leiterplatte 30 Kupferauflagen 34, 34' auf, über die die dritte Leiterplatte 30 thermisch, ggf. über Wärmeleitpaste, an die Oberseite des Unterteils 50 des Kühlkörpers ankoppelbar ist und über die eine zusätzliche Wärmeabführung von der ersten Leiterplatte 10 in die, nur Bauelemente mit geringer Wärmeerzeugung tragende, dritte Leiterplatte 30 erfolgt.
Die dritte Leiterplatte 30 weist ferner einen Durchbruch 36 auf, durch den eine Speichererweiterung in Form eines Disk-on-Module-Speichers 37, der in 1 symbolisch gezeigt ist, hindurchragt. Der Disk-on-Module-Speicher ist in einen in 1 nicht dargestellten Sockel auf der zweiten Leiterplatte 20 eingesteckt. Die Speichererweiterung kann beispielsweise als SATA-Stick ausgebildet sein, wobei der Sockel eine SATA-Schnittstelle darstellt. Zur Energieversorgung kann der Disk-on-Module-Speicher 37 mit der zweiten oder der dritten Leiterplatte 20, 30 verbunden sein.
In 3a ist das Unterteil 50 des Kühlkörpers, von seiner Unterseite her gesehen, und in 3b von seiner Oberseite her gesehen dargestellt. Wie in 3a erkennbar ist, weist die Unterseite zwei Plateaus 57, 57' auf, durch die das Unterteil 50 in einem geringen Abstand von der Oberseite der wärmeerzeugenden Bauteile auf der ersten Leiterplatte 10 angeordnet werden kann. Auf diesen können Wärmepads zur Verbesserung des Wärmeübergangs von den Bauteilen in den Kühlkörper angeordnet sein (nicht dargestellt). In den Bereichen, in denen das Unterteil 50 nicht den wärmeerzeugenden Bauteilen gegenüber liegt, sind Kühlrippen 58 vorgesehen. Ein erhöhter Bereich des Plateaus 57 dient zum Gewährleisten des optimalen Abstands zur ersten Leiterplatte 10. Die Laschen 53, 54 dienen zur Verbindung mit dem Oberteil des Kühlkörpers.
In 4 ist das Oberteil 51 des Kühlkörpers dargestellt. Die Laschen 55, 56 dienen zur Verbindung mit dem Unterteil 50 etwa durch eine Schraubverbindung, wobei zusätzlich Wärmeleitpaste eingebracht werden kann. Auf der Oberseite des Oberteils 51 sind durchbrochene Kühlrippen bzw. Spitzen 59 angeordnet, die die Oberfläche des Kühlkörpers vergrößern und die Wärmeabführung verbessern.
Wie in 5 schematisch dargestellt, sind innerhalb des in 5 nicht gezeigten Gehäuses die erste, zweite und dritte Leiterplatte 10, 20, 30 parallel zueinander montiert, während die vierte Leiterplatte 40 senkrecht dazu steht. Die zweite Leiterplatte 20 weist symbolisch dargestellte Bauelemente 21, 21' auf. Die erste Leiterplatte 10 ist mit nicht dargestellten Stiften in einen Sockel 22 der zweiten Leiterplatte 20 eingesetzt und auf Abstandshalter 23, 23' aufgesetzt. Die erste Leiterplatte 10 trägt elektronische Bauteile eines Prozessorsystems, etwa Prozessorbausteine 11, 11' und einen Speicherbaustein 12. Das Unterteil 50 des Kühlkörpers ist mit den Plateaus 57, 57' der Oberflächengeometrie der wärmeerzeugenden Prozessorbausteine 11, 11' und des Speicherbausteins 12 derart angepasst, dass nur ein geringer Abstand zur Unterseite des Unterteils 50 besteht, der durch Wärmeleitpaste oder Wärmepads wärmeleitend überbrückt werden kann. Die Kühlrippen des Unterteils 50 sind in 5 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Mit dem Unterteil 50 ist das Oberteil 51 des Kühlkörpers wärmeleitend verbunden und führt über Kühlrippen bzw. Spitzen 59 Wärme an die Umgebungsluft ab. Der Kühlkörper umschließt mit seinem Unterteil 50 und seinem Oberteil 51 einen Teilbereich der parallel zur ersten und zur zweiten Leiterplatte 10, 20 angeordneten dritten Leiterplatte 30, wobei die Oberseite des Unterteils 50 wärmeleitend mit der dritten Leiterplatte 30 verbunden ist. Die vierte Leiterplatte 40 ist mit nicht dargestellten Stiften in einen Sockel 24 der zweiten Leiterplatte 20 und einen Sockel 35 der dritten Leiterplatte 30 eingesetzt. Der Schlitz 33 weist eine hierfür ausreichende Breite auf. Im Bereich des Sockels 24 ist die erste Leiterplatte 20 zur Aufnahme der beim Einsetzen eines Steckers in die USB-Buchsen 42, 42' ausgeübten Kraft gegen das Gehäuseunterteil abgestützt (nicht dargestellt).
An ein derartiges Steuerungsgerät können beispielsweise über die USB-Anschlüsse ein Monitor und eine Tastatur angeschlossen werden, um das Gebäudeinstallationssystem einzurichten, zu warten oder zu bedienen. Über den Busanschluss kann es möglich sein, eine Internet-Verbindung herzustellen, über die das Gebäudeinstallationssystem steuerbar ist. Der PC kann auch beispielsweise als Server eingesetzt werden und mit weiteren Geräten des Gebäudeinstallationssystems, die als Clients fungieren, kommunizieren.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuseunterteil
2: Deckel
3: Aussparung
4: Lüftungsschlitz
5: Durchbruch
6: Aussparung
10: Erste Leiterplatte
11, 11': Prozessorbaustein
12: Speicherbaustein
20: Zweite Leiterplatte
21, 21': Bauelement
22: Sockel
23, 23': Abstandshalter
24: Sockel
30: Dritte Leiterplatte
31, 31': Bauelement
32, 32': Pin
33: Schlitz
34, 34': Kupferauflage
35: Sockel
36: Durchbruch
37: Disk-on-Module-Speicher
40: Vierte Leiterplatte
41, 41': Bauelement
42, 42': USB-Buchse
50: Unterteil
51: Oberteil
53: Verbindungslasche
54: Verbindungslasche
55: Verbindungslasche
56: Verbindungslasche
57, 57': Plateau
58: Kühlrippe
59: Spitze

Claims

Steuerungsgerät für ein Gebäudeinstallationssystem, mit einem Gehäuse zur Montage auf einer Tragschiene und einer ersten Leiterplatte (10), einer zweiten Leiterplatte (20), die elektrische und/oder elektronische Bauteile (21, 21') aufweist, und einer vierten Leiterplatte (40), die eine Schnittstelle nach außerhalb des Steuerungsgeräts aufweist und im Wesentlichen senkrecht zur zweiten Leiterplatte (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte (10) ein Prozessorsystem aufweist, dass die erste Leiterplatte (10) parallel zur zweiten Leiterplatte (20) angeordnet ist und dass die erste Leiterplatte (10) mit der zweiten Leiterplatte (20) verbunden ist und die vierte Leiterplatte (40) mit der zweiten Leiterplatte (20) verbunden ist, wobei die erste und die vierte Leiterplatte (10, 40) jeweils direkt mit der zweiten Leiterplatte (20) verbunden sind, wobei die Verbindungen zueinander benachbart auf der zweiten Leiterplatte (20) angeordnet sind.
Steuerungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsgerät weiterhin eine dritte Leiterplatte (30) mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen (31, 31') aufweist, wobei die zweite und die dritte Leiterplatte (20, 30) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und über die vierte Leiterplatte (40) miteinander verbunden sind.
Steuerungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Leiterplatte (40) mindestens drei Schichten aufweist und dass die Verbindungsleitungen zwischen dem Prozessorsystem und der Schnittstelle in einer mittleren Schicht geführt sind.
Steuerungsgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und die vierte Leiterplatte (30, 40) jeweils einen seitlichen Schlitz (33) aufweisen, über den sie ineinander fügbar sind.
Steuerungsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte (10) zwischen der zweiten und der dritten Leiterplatte (20, 30) angeordnet ist.
Steuerungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte (10) wärmeleitend mit der zweiten Leiterplatte (20) und/oder der dritten Leiterplatte (30) verbunden ist.
Steuerungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsgerät weiterhin einen Kühlkörper aufweist, der ein Unterteil (50) und ein Oberteil (51) aufweist, wobei das Unterteil (50) wärmeleitend mit der ersten Leiterplatte (10) verbunden ist.
Steuerungsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Oberseite der ersten Leiterplatte (10) wärmeerzeugende elektronische Bauteile des Prozessorsystems angeordnet sind und dass eine Unterseite des Unterteils (50) des Kühlkörpers der Oberseite der ersten Leiterplatte (10) gegenüberliegend angeordnet und geometrisch an das Oberflächenprofil der Oberseite der ersten Leiterplatte (10) angepasst ist.
Steuerungsgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (51) und das Unterteil (50) miteinander verbunden sind und zumindest einen Teilbereich der zweiten und/oder dritten Leiterplatte (20, 30) umschließen.
Steuerungsgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (51) des Kühlkörpers oberflächenvergrößernde Vorsprünge trägt.
Steuerungsgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10 rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des Unterteils (50) des Kühlkörpers mit der Unterseite der dritten Leiterplatte (30) wärmeleitend verbunden ist.
Steuerungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicherelement (36) mit der zweiten Leiterplatte (20) verbunden ist.