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Baueinheit für Geräte der Fernmeldetechnik Die Erfindung bezicht
sich auf eine Baueinheit für Geräte der Fernmeldetechnik, bestchend aus einem Gehäuse,
in welches mchrere insbesondere als Schaltungsplatten ausgebildete Flachbaugruppen
mit thermisch hochbelasteten Bauclementen eingeschoben sind, wobei die in dem Gchäuse
entstchende Betriebswärme durch in den Innenraum des Gehäuses hineinragende, wärmeleitende
Kühlkörper, die vorzugsweise mit einem ausserhalb des Gehäuses angebrachten Rippenkörper
verbundon sind, abgeführt wird.
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Bei Baueinheiten oder Geräteinheiten tritt häufig das Problem auf,
die von thermisch hochbelasteten Bauelementen, wie Transistoren, Widerständen oder
dergleichen freiwerdende Wärme voll anderen Bautcilen innerhalb der Baueinheit fernzuhalten
uiid nach Möglichkeit mit geringem Temperaturgefälle nach aussen abzuführen. In
vielen Fällen sind derartigc Baueinheiten mit einem allsci-tig geschlossenen Gehäuse
umgeben, das in hohem Massc wärmedämmend wirkt und die direkte Wärme abfuhr von
den Bauteilen zum Betriebsraum durch freie Konvektion nicht oder nur in sehr geringem
Masse zulässt und bei welchen andererseits ein besondercs Wiihlsystem mit einem
Kühlluftgebläse in räumlicher und in kostenmässiger IIinsich-t unmöglich bzw. zu
aufwendig wäre. Meist; kommt noch hinzu, dass in derartigen Baueinheiten die die
einzelnen Bauelemente tragenden Baugruppen sehr dicht, d.h. mit einer hohen Packungsdichte
beieinanderliegen, sodass aus diesem Grunde schon eine natürliche Wärmeabführung,
z.B durch die freie Konvektion nicht möglich ist.
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Es ist nun vorgeschlagen worden, die thermisch hochbelasteten Bauelemente,
wie z.B. Transistoren an Metallkörpern aus einem gut wärmeleitendem Material zu
befestigen und diese Metallkörper auf der anderen Scite mit einer Aussenwand des
Gehäuses oder aber mit einem gerippten Metallkörper, der an einer Aussenseite des
Gehäuses angebracht ist, mechanisch zu verbinden. Dadurch kann die bim Betricb dieser
Bauelemente cnts-tehende Betriebswärme iiber diese gut wärmeleitenden Metall- oder
Kühlkörper nach aussen abgeführt werden. Soll nun eine Prüfung dleser Baugruppen
oder ein Auswechseln einzelner schadhaft gewordener Bauelemente vorgenommen werden,
so muss aufgrund der mechanischen Verbindung von Bauelement und Kühlkörper die gesamte
Baueinheit
ausser Betrieb gesetzt werden, und es müssen an den Baugruppe Selbst mechanische
Verbindungen, wie Schrauben, Klemmen oder dergleichen gelöst werden, was nicht nur
aufwendig ist, sondern auch bei unachtsamen Vorgchen eine Beschädigung einzelner
Bauelemente befürchten 1 ässt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfacllen
Mitteln unter Vcrmcidung der vorerwähnten Nachteile vorgeschlagener Ausführungen
eine wirksame Wärmeabführung aus geschlossenen Baueinheiten zu ermöglichen, ohne
dass bein Zusammenbau oder aber bei eventuell vorzunehmenden Prüfvorgängen die empfindlichen
Bauclemente dor Baugruppen durch die Kühlkörper in irgendeiner Weise betroffen werden.
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Gemäss der Erfindung geschicht dies dadurch, dass die Kühlkörper in
Form von grossflächigen, vonzugsweise die Baugruppen zum grössten Teil überdeckenden
Blechen ausgebildet sind und zwischen benachbarte Baugruppen, jedoch mit geringem
Abstand zu den Bauelementen der Baugruppen und unabhängig von diesen in den Innenraum
des die Baueinheit umgebenden Gehäuses einschiebbar sind. Durch die grossflächige
Ausbildung der z.B. aus Aluminium bestehenden Kühlkörper wird zum Einen eine gute
und fast vollständige Aufnahme der Betriebswärme erreicht und andererseits wird
verhindert, dass durch die Wärmestrahlung benachbarter Baugruppen dicsc sich gegenseitig
aufheizen Von besonderem Vorteil ist jedoch, dass die Kühlkörper mit den, Bauelementen
in einer direkten mechanischen Verbindung stehen, so dass zum Öffnen der Baueinheit
lediglich die Kühlkörper aus dem Gehäuse herausgezogen werden
müssen,
ohne dass hierdurch die Bauelemente in Mitleidenschaft gezogen werden bei, ohne
dass die Baueinheit ausser Betrieb gesetzt zu werden braucht.
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In einfacher Weise können dabei ebense wie für die z.B.
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als Schaltungsplatten ausgebildeten Baugruppen in dem Gehäuseinneren
Führungen für die als bleche ausgebildeten Kühlkörper vorhanden sein.
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Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wiihlkörper auf der
den Bauelementen der zugeordneten Baugruppe zugewandten Seite mit einem dei Wärmestrahlung
absorbierenden Lack versehen, während die andere, einer benachbarten Baugruppe zugewandten
Seite eine die Wärmeabgabe vermind erde blanke Oberfläche aufweist . Dadurch wird
die gegenseitige thermische Beeinflussung der verschiedenen Baugruppen in vorteilhafter
Weise weiter vermindert bzw. es wird die wärmeableitende Wirkung der Kühlbleche
in besonderer Weise erhöht.
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Gemäßs einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Bedienungsweise
der erfindungsgemässen Baueinheit dadurel noch verbessert und vereinfacht, dass
die Kühlkörper freiragend an dem Rippenkörper oder an einer aus gut wärmeloi'Le3ldern
Material bestehenden Gehäuseplatte befestigt sind und zusammen als Einheit in das
innere des Gehäuses eingeschoben werden können.
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Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung sind die Kühlkörper nach
dem Einschieben in das Gehäuse senkrecht auf die ihnen zugeordneten Baugruppen zu
verschiebbar. Dies kann z.B. durch einen Exzenterantrieb in vorteilhafter Weise
verwirklicht werden. Auf diese Weise können die z.B. entsprechend dem Verlauf der
Bauelemente profilierten
Kühlkörper so nahe an die Bauelemente
herangeführt werden, dass der Wärmeübergangswiderstand in dem verbleibenden Luftspalt
unbeachtlich ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass
durch Vergiessen der Bauelemente jeweils einer Baugruppe einer für die dirchte,
vollständige Anlage der Kühlkörper geeignete ebene Oberfläche vorhanden ist. Da
giessbare Kunststoffe im allgemeinen eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Luft besitzen.
wird dadurch der Wärmeübergangseiderstand swischen dem Bauelement und dem Kühlkörper
vermindert und durch das vollständige Anliegen des Kühlkörpers an dem eine ebene
Oberfläche bildenden Kunststoff ein nahezu vollständiges Überfliessen der Betriebewärme
auf den Kühlkörper erriecht. Auf eine wärmeabsorbierende Lackschicht auf der einen
Seite des Kühlkörpers kann dabei verzichtet werden.
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Eine ebene Oberfläche für die Anlage der Kühlkörper kann gemäss einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch geschaffen werden, dass die Bauelemente
jeweils einer Baugruppe mit einer gut wärmeleitenden plastischen Masse umgeben sind,
die eine ebene Oberfläche für die vollständige Anlage der Kühlkörper bildet und
die von den Bauelementen wieder abnehmbar ist;. Dadurch ist die Zugänglichkeit der
Bauelemente nach Herausnehmen der Kühlkörper und nach Abheben der plastischen Masse
gewährleistet.
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Währcnd dem Aus- und Einschieben der Kühlkörper verhindert in jedem
Fallc die Zwischenschicht aus einem giessbaren Kunststoff oder aus einer plastischen
Masse eine direkte Berührung der Kühlkörper mit den Bauelementon.
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Weitere vorteilhafto Einzelheiten der Erfindung sind anhand
vor
in der figur dargestellten Ausführungsbeispielen nachstehend erläutert, Es bedeuten:
Fig. 1 rille sehema-tischo Schnittansicht einer erfindungsgemässen Baue9inheit mit
eingesetzten Kühlkörpern, Fig. 2 die zu einer Einheit zusammengefassten Kühlkörper
gemäss Fig.
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Fig. 3 und 4 eine Baueinheit anderer Ausgestaltung, wobei das Einschieben
der Kühlkörper durch zwei verschiedene Einschubstellungen verdeutlicht ist, Fig.
5 und 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Baueinheit in zwei
Ansichten, Fig. 7 ein Schnitt durch eine Baueinheit woiterer Ausführungsform mit
einer zwischen Bauelemente und Kühlkörper eingelegten plastischen Nasse, Fig. 8
ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Baueinheit, bei welcher in
den Zwischenraum zwischen Bauelement und Kühlkörper ein giessfähiger Kunststoff
eingebracht ist.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein allseitig vcrschliessbares Gehäuse einer Baueinheit
bezeichnet, in welches Gehäuse 1 mehrere z.B. als Schaltungsplatten ausgebildete
Baugruppen 2 in bekannter Weise cingeschoben sind. Zwischen diesen Baugruppcn 2
sind mit geringem Abstand zu den einzdnen Bauelementen
3, 4, 5,
6 usw. kühlkörper 7 bzw. 8 eingeschoben, die aus grossflächigen, chenen Blechen,
z.B.
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aus Aluminiumblechen gebildet sind und welche die Baugruppen 2 zum
grössten Teil überdechen. Die in Einschubrichtung (Pfeil) vorne liegende Begrenzung
des Gchäuses 1 wird durch einen Rippenkörper 9 bekanner Art gebildet. Sämiliche
Kühlkörper 7 bsw. 8 sind einenends abgewinkelt und an dem Rippenkörper 9 befestigt,
sodass die Kühlkörper 7 bzw. 8 zusammen mit dem Rippenkörper 9 eine bauliche Einheit
bilden, wie Bie in Fig. 2 dargestellt ist, durch welche Einbeit nämtliche Kühlkörper
7 bzw. 8 in einem Einschubvorgang in das Innere des Gehäuaes 1 lagerichtig eingchracht
werden können. Die bei Betrieb der Baugruppe bzw. der thermisch hochbelasteten Bauelemente,
wie z.B. der Transistoren, Widerständen oder dergleichen enistchende Betricbswärme
fliesst durch den geringen Wärmeübergangswiderstand der Luftspalte zwischen den
Kühlkörpern und den Bauelementen fast vollständig auf die Kühlkörper 7 bzw. 8 über
und wird von da über deu Rippenkörper 9 nach aussen abgeführ. Auf den Seiten der
Kühlkörper 7 bzw. 8, die den Bauelementen 3, 4, 5, 6 usw, zugewandt sind, ist ein
gut wärmeabsorbierender Lach aufgebracht, während die anderen Seiten der Kühlkörper
7 bzw. 8 eine blanke z.B. verspiegelte Oberfläche aufweisen, wodurch eine Wärmestrahlung
von Baugruppe zu Baugruppe in sicherer Wciso verhindert wird.
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In Fig. 2 und Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus einer Baueinheit dargestellt,
wobei mit 10 z.B, eine Wandung eines die Baueinheit umgebenden Gchäuses bezeichnet
ist. In dieses Gchtiuso sind wiederum parallel zueinander mehrere Baugruppen z.B.
11 und 12 eingeschoben. Ähnlich wie bei dem vorherigen Ausfiihrungsbeispiel sind
sämtliche Kühlkörper 13, deren anzahl der Anzahl der Baugruppen in dem Gehäuse entspricht,
zusammen
mit einem Rippenkörper 14 zu einer baulichten Einheit zusammengefasst. Wie in Fig.
3 dargestellt, wird diese Einheit soweit in Pfoilrichtung in das Gehäuse eingeschoben,
bis ein Aufnahmezapfen 15 eincs Exzenterantrieben 16 in eine Bohrung 17 in der Gehäusewand
10 einrastet. Durch eine nachfolgende Drehung des Exzentcrantricbes 16 werden nun
die Kühlkörper in Pfeilrichtung senkrecht auf die Baugruppen 11 und 12 bzw. auf
deren Bauelemente zu bewegt (Pfeil). Wic die Figuren 3 und 4 zeigen, ist ein Kühlkörper
so ausgeformt, dass er etwa dem Verlauf der Baugruppen-Pberf leichc entspricht.
Durch die Bewegung der Kühlkörper 13 und 18 senkrecht auf die Bauelemente zu kann
nun errcicht werden, dass auch bei beliebiger Formgebung der Kühlkörper, z.B. des
Kühlkörpers 18, nur ein sehr geringer Luftspalt zwischen den Bauelementen und den
jeweiligen Kühlkörpern verbleibt, sodass der Wärmeübergangswiderstand auf ein Mindestmass
herabgesetzt wird.
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In den Figuren 3 und 4 ist an einem Beispiel gezeigt, dass es vorteilhaft
sein kann, dass der Kühlkörper an der Stelle eines besonders tiefen Bauelementes
z.B. 19 ausgespart ist.
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Zusätzlich zu der Führung der baulichen Einheit (Kühlkörper-Rippenkörper)
durch den Exzenterantrieb 16 kann dicsc baulichc Einheit noch z.B. in einem oder
mehreren Langlöchern des Gehäuses geführt scin. Selbstverständlich is, cs möglich,
den Zapfen 15 des Exaenterantriebes 16 so lang auszubilden, wie cs der gesamte Einschubweg
der in das Gehäuse einzuschiebenden Kühlkörper 13 ben. 18 vcrlangt. Dadurch kann
in sicherer Weise ein Berühren der Bauelemente durch die Kühlkörper 13 bzw. 18 während
dem Einschubvorgang vermieden werden.
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in den Figuren 5 und 6 ist in verschiedenen Ansichten ein Ausschnitt
aus einer durch ein Gehäuse umgebenen Baueinheit
der vorbeschriebenen
Art dargcstcllt. Mit 20, 21 und 22 sind wiederum Baugruppen bezeichnet, die mit
einer Viclzahl von Bauelementen bestückt in das Gehäuse eingeschoben sind. Bei diesem
Ausführungsbeispiel wird jeder Kühlkörper 23 einzeln in das Gehäuse eingeschoben.
Zu diesem Zweck sind zusätzlich zu dcn Führungen für die Baugruppen 20, 21 und 22
noch besondere Führungen für diese Kühlkörper 23 zum Beispiel an den gegenüberliegenden
Wänden des Gehäuses vorgesehen. Eine derartige Führung mit einem darin eingeschobenen
Kühlkörper 23 ist in Fig. 6 dargestcllt und mit 24 bezeichnet. An dem in Einschubrichtung
(Pfeil 25) hinteren Ende der Führung 24 ist ein Anschlag 26 vorgesehen. Wic Fig.
6 zeigt, weisen die Kühlkörper 23 an den in Einschubrichtung (Pfeil 25) hinteren
Enden federnde Tclc 27 auf, welche nach Einschieben der Kiihlkörper 23 an den Anschlägen
26 anschlagen. Wird nun zur Schliessung des Gchäuses der Baueinheit ein Rippenkörper
28 in Einschubrichtung (Pfeil 25) auf das Gehäuse aufgesetzt, so stützen sich die
Kühlkörper 23 mit ihren abgewinkelten Enden an dem Rippenkörper 28 federn ab, sodass
eine gute mechanische Kontaktierung zwischen den Kühlkörpern 23 und dem Rippenkörper
28 hergestellt ist und somit die bei Betrieb der Baugruppen entstehende Betriebswärme
gut abfliessen kann.
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I11 Fig. 7ist wiederum ein Ausschnitt aus einer Baueinheit der erfindungsgemässen
Art schematisch dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber sind dabei nur eine Baugruppe
29 der Baueinheit sowie die zur Wärmeabführung notwendigen Mittel dargestellt. Entsprechend
den vorhergehenden Ausführungsbeispiclen ist die Baugruppe 29 in ein nicnt dargestellt
es Gehäuse eingeschoben. Über die Bauclemente der
Baugruppe 29,
von denen nur einige mit 30, 31 und 32 bezeichnet sind, ist eine nur nach einer
Seite hin offene Wanne 33 gestülpt, welche der Aufnahme einer gut wärmeleitenden
plastischen Massc 34 dient. Diese plastische Masse 34 legt sich innig an die Bauslemente,
z.B. 30, 31 und 32 an und kann so annähernd die gesamte Betriebswärme dieser Bauelemente
åufnchmen. Dic Wanne 33, die aus einem gut wärmeleitendem Material besteht, ist
lösbar an der Grundplattc der Baugruppe 29 befestigt. Dic Wanne 33 selbst bildet
eine ebene Oberflächc 34, an welche sich ein Kühlkörper 35 vollständig und mit innigem
thermischem Kontakt anlegen kann. Eino Heranführung des Kühlkörpers 35 an diese
Oberfläche 34' kann z.B. auf die anhand der Figuren 3 und 4 beschriebene Wcisc geschehen.
Nach Hcrausschieben des Kühlkörpers 35 aus dem Gehäuse kann diese Wannc 33 in einfacher
Weise von der Baugruppe 29 abgehoben werden, was z.B. dadurch erleichtert wird,
dass die Bauelementc z.B. 30, 31 und 32 mit einem Fettbelag versehen wurden. Die
Baugruppe 29 ist somit frci zugänglich.
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Zum Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 ist in Fig.
8 die Seite einer Baugruppe 36, auf welcher die Bauelemente befestigt sind, mit
einem gut wärmeleitendem Kunststoff vergossen, derart, dass wiederum für das vollständige
Anlegen eines Kühlkörpers 37 eine ebenc Oberfläche 38 gebildet wird.
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10 Patentansprüche 8 Figuren