DE1803395B2 - Baueinheit fuer geraete der fernmeldetechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine in Einschubtea nik gestaltete Baueinheit für Geräte der Fernmeldetecl nik mit in ein Gehäuse einschiebbaren als Schaltung, platten ausgebildeten Flachbaugruppen, deren Baueh mente thermisch hoch belastet sind, und zwischen dt . Baugruppen angeordneten Kühlkörpern, die mit einen sich außerhalb des Gehäuses befindenden Kühlelemeni das vorzugsweise als Rippenkörper ausgebildet is' wärmeleitend verbunden sind und vorzugsweise i Form von großflächigen Blechen die zugehörigei Baugruppen zum größten Teil überdecken.

Bei Baueinheiten oder Geräteeinheiten tritt häufig das Problem auf, die von thermisch hochbelasteten Bauelementen, wie Transistoren, Widerständen od. dgl. freiwerd^nde Wärme von anderen Bauteilen innerhalb der Bauheinheit fernzuhalten und nach Möglichkeit mit geringem Temperaturgefälle nach außen abzuführen. In vielen Fällen sind derartige Baueinheiten mit einem allseitig geschlossenen Gehäuse umgeben, das in hohem Maße wärmedämmend wirkt und die direkte Wärmeabfuhr von den Bauteilen zum Betriebsraum durch freie Konvektion nicht oder nur in sehr geringem Maße zuläßt und bei welchen andererseits ein besonderes Kühlsystem mit einem Kühlluftgebläse in räumlicher und in kostenmäßiger Hinsicht 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, so daß aus diesem Grunde schon eine natürliche Wärmeabführung, ζ. Β. durch die freie Konvektion nicht möglich ist.

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 anderei Seite mit einer Außenwand des Gehäuses oder aber mi einem gerippten Metallkörper, der an einer Außenseite des Gehäuses angebracht! ist. mechanisch zu verbinden Dadurch kann die beim Betrieb dieser Bauelements, entstehende Betriebswärme über diese gut wärmelei (enden Metall- oder Kühlkörper nach außen abgefühn werden. Soll nun eine Prüfung dieser Baugruppen ode ein Auswechseln einzelner schadhaft gewordene Bauelemente vorgenommen werden, so muß aufgru * der mechanischen Verbindung von Bauelement un>. Kühlkörper die gesamte Baueinheit außer Betrieh gesetzt werden, und es müssen an den Baugruppen selbst mechanische Verbindungen, wie Schrauben, Klemmen od. dgl. gelöst werden, was nicht nur aufwendig ist. sondern auch bei unachtsamem Vorgehen eine Beschädigung einzelner Bauelemente befürchten läßt.

In der deutschen Auslegeschrift i 2 43 252 ist ein allseitig geschlossenes Gehäuse zur Aufnahme von mit Bauelementen bestückten Schallungsplatten beschrieben. Es sind hier flache Kühlkörper zwischen den Baugruppen angeordnet und zur Wärmeableitung mit einem außen liegenden Rippenkörper verbunden. Die

kühlkörper überdecken dabei zum größten Teil die Baugruppen- Es handelt sich hierbei aber nicht um eine Einschubtechnik gestaltete Baueinheit. Di»s Gehäuse yjrd von Bolzen mit Schrauben- oder Nietköpfen zusammengehalten. Um nun in das Innere des Gehäuses zu gelangen, müßten diese Teile entfernt werden, wodurch jedoch die gesamte Baueinheit in ihre inzelnen Bestandteile zerfallen würde. Die Verwendung von Nie'köpfen läßt erkennen, daß ein leichter Zugang zu den Baugruppen nicht angestrebt ist. Die olattenartigen Kühlkörper werden in den Seitenteilen durch die Schrauben- oder Nietköpfe eingepreßt und festgeklemmt. Damit ist aber ohnehin das freie Ein- und Ausschieben der Baugruppen und Kühlkörper unmöglich gemacht. Die Kühlkörper sind mit den Schaltungsplatten in direkter Anlage großflächig verbunden, wodurch diese mehr als notwendig erwärmt werden und zudem noch auf dieser Seite völlig eben sein müssen. Es bleibt somit kein Raum für durchgesteckte Lötstifte der Bauelemente Befestigungselemente und dergleichen, was eine erhebliche konstruktive Einschränkung darstellt.

In der US-Patentschrift 32 59 804 ist eine Baueinheil beschrieben, die ebenfalls nicht in Einschubtechnik gestaltet ist. Die allseitig umgossenen Bauelemente sind als einheitlich bemessene Baugruppen stirnseitig mit einer Konlaklplatte verlötet, können also nicht ohne weiteres aus dem Gehäuse entnommen werden. In die zwischen den Baugruppen freigelassenen Schlitze ist ein Kühlkörper mit seinen federnden Schenkeln eingesteckt und durch deren Eigenspannung verklemmt. Es besteht also eine direkte Anlage zwischen dem Kühlkörper und den Baugruppen. Diese Art des Kühlkörpers kann nicht bei den üblichen Schaluingsplatien mit verschiedenen Bauteilen angewendet werden. Vielmehr ist die Baueinheit in allen Einzelteilen durch die starre konstruktive Gesamtkonzeption genau festgelegt und kann damit nur speziellen Zwecken dienen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen Mitteln unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile eine wirksame Wärmeabführung aus geschlossenen Baueinheiten zu ermöglichen, ohne daß beim Zusammenbau oder bei eventuell vorzunehmenden Prüfvorgängen die cmofindlichen Bauelemente der Baugruppen durch die Kühlkörper in irgendeiner Weise betroffen werden. Gemäß der Erfindung geschieht dies dadurch, daß das Gehäuse mit Führungs- und/oder Haltemitteln versehen ist, an denen die Kühlkörper als von den Baugruppen unabhängige Einschübe befestigt und auf einen geringen endlichen Abstand an die zu kühlenden Seitenflächen der Baugruppen herangeführt sind.

Zusätzlich zur Wärmeableitung in den Kühlkörpern wird durch das Einhalten des Sicherheitsabstandes zwischen den Kühlkörpern und den Baugruppen eine freie Konvektion ermöglicht, welche die Kühlung der Bauelemente noch verbessert. Weiterhin erlaubt die Unabhängigkeit der Kühlkörper und der Baugruppen voneinander eine gewisse Freiheit in der Gestaltung der Baugruppen in bezug auf deren Bemessung und Konturen. Die Kühlkörper eigenen sich somit insbesondere für Baueinheiten, deren Baugruppen in beliebiger Weise mit verschiedenen Bauelementen bestückt werden. Von besonderem Vorteil ist jedoch, daß die Kühlkörper mit den Bauelementen in keiner direkten mechanischen Verbindung stehen, so daß zum Offnen der Baueinheit lediglich die Kühlkörper aus dem Gehäuse herausgezogen werden müssen, ohne daß hierdurch die Bauelemente in Mitleidenschaft gezogen werden bzw. ohne daß die Baueinheit außer Betrieb gesetzt zu werden braucht. Die Führungs- und/oder Haltemittel für die Kühlkörper können in ähnlicher einfacher Weise wie für die Baugruppen ausgebildet sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kühlkörper auf der den Bauelementen der zugeordneten Baugruppe zugewandten Seite mit einem die ίο Wärmestrahlung absorbierenden Lack versehen, während die andere, einer benachbarten Baugruppe zugewandten Seite eine die Wärmeabgabe vermindernde 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.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Bedienungsweise der erfindungsgemäßen Baueinheit dadurch noch verbessert und vereinfacht, daß die Kühlkörper freiragend an dem Rippenkörper oder an einer aus gut wärmeleitenden Material bestehenden Geiiäuseplatte befestigt sind und zusammen als Einneit in das Innere des Gehäuses eingesehoben werden können.

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 ein 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.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß durch Vergießen der Bauelemente jeweils einer Baugruppe einer für die direkte, vollständige Anlage der Kühlkörper geeignete ebene Oberfläche vorhanden ist. Da gießbare Kunststoffe im allgemeinen eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Luft besitzen, wird dadurch der Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Bauelement und dem Kühlkörper vermindert und durch das vollständige Anliegen des Kühlkörpers an dem ein ebene Oberfläche bildenden Kunststoff ein nahezu vollständiges Überfließen der Betriebswärme auf den Kühlkörper erreicht. Auf eine wärmeabsorbierende Lackschicht auf der einen Seite des Kühlkörpers kann dabei verzichtet werden.

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 Kühlkörpei bildet und die von den Bauelementen wieder abnehmbat ist. Dadurch ist die Zugänglichkeit der Bauelemente nach Herausnehmen der Kühlkörper und nach Abheber der plastischen Masse gewährleistet. Während des Aus und Einschiebens der Kühlkörper verhindert in jeden Falle die Zwischenschicht aus einem gießbaren Kunst stoff oder aus einer plastischen Masse eine direkt! Berührung der Kühlkörper mit den Bauelementen.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sin< anhand von in der Figur dargestellten Ausführungsbei spielen nachstehend erläutert.
Es bedeuten:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfin

dungsgemäßen Baueinheit mit eingesetzten Kühlkörpern,

Fig. 2 die zu einer Einheil zusammengefaßten Kühlkörper gemäß Fig. 1,

Fig.3 und 4 eine Baueinheit anderer Ausgestaltung, wobei das Einschieben der Kühlkörper durch zwei verschiedene Einschubsicllungen verdeutlicht ist,

Fig.5 und 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baueinheit in zwei Ansichten,

Fig. 7 ein Schnitt durch eine Baueinheit weiterer Ausführungsform mit einer zwischen Bauelemente und Kühlkörper eingelegten plastischen Masse,

Fig.8 ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Baueinheit, bei welcher in den Zwischenraum zwischen Bauelement und Kühlkörper ein gießfähiger Kunststoff.

In Fig. 1 ist mit 1 ein allseitig verschließbares Gehäuse einer Baueinheit bezeichnet, in welches Gehäuse I mehrere z. B. als Schaltungsplatten ausgebildete Baugruppen 2 in bekannter Weise eingeschoben sind. Zwischen diesen Baugruppen 2 sind mit geringem Abstand zu den einzelnen Bauelementen 3, 4, 5, 6 usw. Kühlkörper 7 bzw. 8 eingeschoben, die aus großflächigen, ebenen Blechen, z. B. aus Aluminiumblechen gebildet sind und welche die Baugruppen 2 zum größten Teil überdecken. Die in Einschubrichtung (Pfeil) vorne liegende Begrenzung des Gehäuses 1 wird durch einen Rippenkörper 9 bekannter Art gebildet. Sämtliche Kühlkörper 7 bzw. 8 sind einenends abgewinkelt und an dem Rippenkörper 9 befestigt, so daß die Kühlkörper 7 bzw. 8 zusammen mit dem Rippenkörper 9 eine bauliche Einheit bilden, wie sie in Fig.2 dargestellt ist, durch welche Einheit sämtliche Kühlkörper 7 bzw. 8 in einem Einschubvorgang in das Innere des Gehäuses I lagerichtig eingebracht werden können. Die bei Betrieb der Baugruppe bzw. der thermisch hochbelasteten Bauelemente, wie z. B. der Transistoren, Widerständen od. dgl. entstehende Betriebswärme 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 den Rippenkörper 9 nach außen abgeführt. Auf den Seiten der Kühlkörper 7 bzw. 8, die den Bauelementen 3, 4, 5, 6 usw. zugewandt sind, ist ein gut wärmeabsorbierender Lack 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 Weise verhindert wird.

In Fig. 2 und Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus einer Baueinheit dargestellt, wobei mit 10 z. B. eine Wandung eines die Baueinheit umgebenden Gehäuses bezeichnet ist. In dieses Gehäuse sind wiederum parallel zueinander mehrere Baugruppen z.B. 11 und 12 eingeschoben. Ähnlich wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel sind sämtliche Kühlkörper 13, deren Anzahl der Anzahl der Baugruppen in dem Gehäuse entspricht, zusammen mit einem Rippenkörper 14 zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt Wie in F i g. 3 dargestellt, wird diese Einheit soweit in Pfeilrichtung in das Gehäuse eingeschoben, bis ein Aufnahmezapfen 15 eines Exzenterantriebes 16 in eine Bohrung 17 in der Gehäusewand 10 einrastet Durch eine nachfolgende Drehung des Exzenterantriebes 16 werden nun die Kühlkörper in Pfeilrichtung senkrecht auf die Baugruppen 11 und 12 bzw. auf deren Bauelemente zu bewegt (Pfeil). Wie die Fig.3 und 4 zeigen, ist ein Kühlkörper so ausgeformt daß er etwa dem Verlauf der Baugruppen-Oberfläche entspricht. Durch die Bewe gung der Kühlkörper 13 und 18 senkrecht auf dii Bauelemente zu kann nun erreicht werden, daß auch be beliebiger Formgebung der Kühlkörper, z. B. de: Kühlkörpers 18, nur ein sehr geringer Luftspal zwischen den Bauelementen und den jeweiliger Kühlkörpern verbleibt, so daß der Wärmeübergangs widerstand auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird. Ir den Fig.3 und 4 ist an einem Beispiel gezeigt, daß e: vorteilhaft sein kann, daß der Kühlkörper an der Stelle eines besonders tiefen Bauelementes z. B. 19 ausgespar ist. Zusätzlich zu der Führung der baulichen Einher (Kühlkörper Rippenkörper) durch den Exzenterantrieb 16 kann diese bauliche Einheit noch z. B. in einem odei mehreren Langlöchern des Gehäuses geführt sein Selbstverständlich ist es möglich, den Zapfen 15 de; Exzenterantriebes 16 so lang auszubilden, wie es dei gesamte Einschubweg der in das Gehäuse einzuschiebenden Kühlkörper 13 bzw. 18 verlangt. Dadurch kanr in sicherer Weise ein Berühren der Bauelemente durch die Kühlkörper 13 bzw. 18 während des Einschubvorgangs vermieden werden.

In den F i g. 5 und 6 ist in verschiedenen Ansichten ein Ausschnitt aus einer durch ein Gehäuse umgebenen Baueinheit der vorbeschriebenen Art dargestellt. Mit 20, 21 und 22 sind wiederum Baugruppen bezeichnet, die mit einer Vielzahl 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 den Führungen für die Baugruppen 20,21 und 22 noch besondere Führungen für diese Kühlkörper 23 z. B. an den gegenüberliegenden Wänden des Gehäuses vorgesehen. Eine derartige Führung mit einem darin eingeschobenen Kühlkörper 23 ist in F i g. 6 dargestellt und mit 24 bezeichnet. An dem in Einschubrichtung (Pfeil 25) hinteren Ende der Führung 24 ist ein Anschlag 26 vorgesehen. Wie F i g. 6 zeigt, weisen die Kühlkörper 23 an den in Einschubrichtung (Pfeil 25) hinteren Enden federnde Teile 27 auf, welche nach Einschieben der Kühlkörper 23 an den Anschlägen 26 anschlagen. Wird nun zur Schließung des Gehäuses 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, so daß 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.

In F i g. 7 ist 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 Ausführungsbeispielen ist die Baugruppe 29 in ein nicht dargestelltes Gehäuse eingeschoben. Über die Bauelemente 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 Masse 34 dient Diese plastische Masse 34 legt sich innig an die Bauelemente, z. ft 30,31 und 32 an und kann so annähernd die gesamte Betriebswärme dieser Bauelemente aufnehmen. Die Wanne 33, die aus einem gut wärmeleitendem Material besteht, ist lösbar an der Grundplatte der Baugruppe 29 befestigt. Die Wanne 33 selbst bildet eine ebene Oberfläche 34, an

welche sich ein Kühlkörper 35 vollständig und mit innigem thermischem Kontakt anlegen kann. Eine Heranführung des Kühlkörpers 35 an diese Oberfläche 34' kann z. B. auf die anhand der F i g. 3 und 4 beschriebene Weise geschehen. Nach Herausschieben des Kühlkörpers 35 aus dem Gehäuse kann diese Wanne 33 in einfacher Weise von der Baugruppe 29 abgehoben werden, was z. B. dadurch erleichtert wird, daß die Bauelemente z. B. 30. 31 und 32 mit einem Fettbelag versehen wurden. Die Baugruppe 2 frei zugänglich.

Zum Unterschied zu dem Ausführungsbeis| Fig. 7 ist in Fig. 8 die Seite einer Baugruf welcher die Bauelemente befestigt sind, mit wärmeleitendem Kunststoff vergossen, di wiederum für das vollständige Anlegen eine: pers V eine ebene Oberfläche 38 gebildet win

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1 In Einschubtechnik gestaltete Baueinheit für Geräte der Fernmeldetechnik mit in ein Gehäuse einschiebbaren als Schaltungsplatten ausgebildeten Flachbaugruppen, deren Bauelemente thermisch hoch belastet sind, und zwischen den Baugruppen angeordneten Kühlkörpern, die mit einem sich außerhalb des Gehäuses befindenden Kühlelement, das vorzugsweise als Rippenkörper ausgebildet ist, wärmeleitend verbunden sind und vorzugsweise in Form von großflächigen Blechen die zugehörigen Baugruppen zum größten Teil überdecken, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit Führungs- und/oder Haitemitteln versehen ist, an denen die Kühlkörper als von den Baugruppen unabhängige Einsehübe befestigt und auf einen geringen endlichen Abstand an die zu kühlenden Seitenflächen der Baugruppen herangeführt sind.

   2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper auf der den Bauelementen der zugeordneten Baugruppe zugewandten Seite mit einem die Wärmestrahlung absorbierenden Lack versehen ist, während die andere, einer benachbarten Baugruppe zugewandten Seite eine die Wärmeabgabe vermindernde blanke Oberfläche aufweist.

   3. Baueinheil nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper (z. B. 7 und 8) freiragend an dem Rippenkörper (z. B. 9) oder an einer aus gut wärmeleitendem Material bestehenden Gehäuseplatte befestigt sind und zusammen als Einheit in das Innere des Gehäuses (/. B. 1) eingeschoben werden können.

   4. Baueinheit nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper (18) entsprechend dem durch Anordnung und Tiefe der Bauelemente gegebenen Verlauf der Baugruppen-Oberfläche geformt sind.

   5. Baueinheit nach den Ansprüchen 3 und 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper (z. B.

   13 und 18) nach dem Einschieben in das Gehäuse senkrecht auf die ihnen zugeordneten Baugruppen (11 und 12)zu schiebbar sind.

   b. Baueinheit nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der Kühlkörper (13 und 18) in Richtung der Baugruppen durch einen Exzenterantrieb (16) geschieht.

   7. Baueinheit nach den Ansprüchen 2 und 4. dadurch gekennzeichnet, daß die einzeln in das Gehäuse cinschiebbaren Kühlkörper (23) in Einschubrichlung wirksame federnde Teile (27) aufweisen, durch welche sie sich an dem Rippenkörper (28) oder an der Gehäuseplatte, die am Gehäuse befestigbar sind, federnd abstützen.

   8. Baueinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche I, 3, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vergießen der Bauelemente jeweils einer Baugruppe (36) eine für die direkte, vollständige Anlage der Kühlkörper (37) geeignete ebene Oberfläche (38) vorhanden ist.

   9. Baueinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente jeweils einer Baugruppe (29) mit einer gut wärmeleitenden plastischen Masse (34) umgeben sind, die eine ebene Oberfläche (34) für die vollständige Anlage der Kühlkörper (35) bildet und die von den Bauelementen wieder abnehmbar ist.

   10. Baueinheit nach Ansprch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wanne (3S) aus gut wärmeleitendem Material für die Aufnahme der plastischen Masse (34) vorgesehen ist, welche mit ihrem Boden die ebene Oberfläche (34) für die Anlage de betreffenden Kühlkörpers (35) bildet.