DE19608677A1 - Mit einer Kühleinrichtung versehene Platine zur Halterung von elektronischen Bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mit einer Kühleinrichtung versehene Platine zur Halterung von elektronischen Bauteilen, wobei die Kühlung mittels einer Luftströmung erfolgt durch der Luftströmung ausgesetzte metallische Kühlkörper

Elektronische Bauteile, welche auf einer zentralen Platine, bspw. in einem Grundgerätekörper sitzen, erzeu­ gen durch elektrische Verluste Wärme, die abgeführt werden muß. Bekannt und üblich ist es, die Wärme von den Bauteilen auf großflächige, gute Wärmeleiter, wie bspw. Aluminium-Kühlkörper zu überführen und zur Küh­ lung dieses Körpers eine Luftströmung zu verwenden. Findet eine derartige Platine bspw. Einsatz in einem Staubsauger, so wird zur Kühlung der Saugluftstrom verwendet. Hierbei treten Probleme auf, die sich auf die strömungsbeinflußende Unterbringung dieser Kühlflä­ chen und bei Einsatz in einem Staubsauger auf die Ab­ dichtung der Übergänge zwischen staubfreiem und staub­ durchsetztem Raum beziehen.

Im Hinblick auf den vorbeschriebenen Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, eine verbesserte Kühleinrichtung für auf einer Platine gehalterte elektronische Bauteile anzugeben, wobei die Kühlung mittels einer Luftströmung erfolgt.

Diese Problematik ist zunächst beim Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, daß die Luftströmung in einem Strömungskanal erfolgt und daß der Kühlkörper als metallischer Wandungsabschnitt in dem Strömungskanal integriert ist. Die Verlustwärme der elektronischen Bauteile wird in diesen Kühlkörper eingeleitet. Bedingt durch die Ausbildung als metalli­ scher Wandungsabschnitt in dem Strömungskanal bewirkt die in dem Strömungskanal entlanggeführte Luftströmung eine Kühlung dieses Wandungsabschnittes. So wird bspw. bei Einsatz einer mit einer derartigen Kühleinrichtung versehenen Platine in einem Staubsauger der Saugluft­ strom verwendet, welcher neben seiner üblichen Aufgabe - den Transport von Schmutz- und Staubpartikeln - hier auch die Aufgabe einer Kühlung der elektronischen Bau­ teile übernimmt. Dadurch bedingt, daß der Kühlkörper als metallischer Wandungsabschnitt in dem Strömungska­ nal integriert ist, ist eine verbesserte Trennung zwi­ schen staubfreiem und staubdurchsetztem Raum gegeben, wobei die Platine in dem staubfreien Raum angeordnet ist. Hieraus ergibt sich, daß die Platine, entgegen einer Anordnung inmitten einer Luftströmung, nicht von Schmutz- oder Staubpartikeln beaufschlagt wird. Die Kühlung der Bauteile hingegen erfolgt in dem staubdurch­ setzten Raum. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß der Kühlkörper als Rohrabschnitt ausgebildet ist. Bspw. kann der Kühlkörper Teil des Strömungska­ nals sein, wobei an einem dem Strömungskanal zugeordne­ ten Rohrabschnitt ein Steg oder dergleichen angeordnet sein kann, welcher in Verbindung steht mit einem zu kühlenden elektronischen Bauteil auf der Platine. Es sind Kühlkörper bekannt, welche als Rippenkörper ausge­ bildet sind. Diese werden bspw. über eine Steck- oder Schraubverbindung an dem zu kühlenden elektronischen Bauteil angeschlossen. Der erfindungsgemäße Kühlkörper kann eine derartige Ausbildung in Verbindung mit einem daran angeschlossenen Rohrabschnitt aufweisen. Bevor­ zugt wird jedoch eine Ausgestaltung, bei welcher an dem metallischen Rohrabschnitt ein gleichfalls metallischer Steg angeflanscht ist. Letzterer ist bspw. schraubver­ bunden mit einem zu kühlenden elektronischen Bauteil. Es ist denkbar, den gesamten Strömungskanal oder zumin­ dest einen durch zwei Bauteile begrenzten Kanalab­ schnitt als metallischen Kühlkörper auszubilden. Es wird jedoch bevorzugt, den als Rohrabschnitt ausgebilde­ ten Kühlkörper in den Strömungskanal zu integrieren. Hierzu erweist es sich als vorteilhaft, daß der Kühlkör­ per beidseitig Dichtungsmanschetten aufweist zur Verbin­ dung mit dem Strömungskanal. Wie bereits erwähnt, wird die Verlustwärme in einen Kühlkörper in Form eines Kühlringes eingeleitet, welcher bevorzugt in Form und Abmessung dem Strömungskanal angepaßt ist. Dieser Kühlkörper wird als Zwischenbauteil in dem Strömungska­ nal eingesetzt. Hierzu ist eine beidseitige Dichtung erforderlich, welche von der Dichtungsmanschette über­ nommen wird. Letztere ist bevorzugt in Form einer Kunststoffdichtung ausgebildet. Diese Ausbildung unter­ stützt die Trennung von staubfreiem und staubdurchsetz­ tem Raum. Es ist auch eine Ausbildung denkbar, bei welcher ein derart ausgebildeter Kühlkörper mit beidsei­ tigen Dichtungsmanschetten bspw. bei Einsatz in einem Staubsauger zwischen zwei in Strömungsrichtung hinter­ einander geschalteten Baugruppen plaziert ist. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß die Dich­ tungsmanschette etwa ebenflächig innenseitig in den Kühlkörper übergeht. Hierdurch werden im Strömungska­ nal im Bereich des Kühlkörpers bzw. seiner Dichtungsman­ schetten Luftwirbel weitgehend vermieden, was zu Strö­ mungsverlusten führen würde. Weiter erweist es sich als vorteilhaft, daß die Dichtungsmanschette den Kühl­ körper außenseitig umgibt. Die Verlustwärme wird somit gezielt über den metallischen Wandungsabschnitt inner­ halb des Strömungskanales abgeleitet. In einer Weiter­ bildung der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung ist vorge­ sehen, daß der Kühlkörper über eine Metallstreifenanbin­ dung mit der Platine verbunden ist. Der Kühlkörper dient somit nicht nur zur Kühlung der elektronischen Bauteile, sondern auch zur Halterung der Platine. Letztere braucht somit nicht über weitere Verbindungen innerhalb eines Gehäuses festgelegt werden. Eine sol­ che Zweipunkt-Verbindung der Platine - bspw. einerseits über den Kühlkörper am Strömungskanal und andererseits an einem Gehäuseabschnitt oder dergleichen - könnte zu Spannungen innerhalb der Platine führen, was die Gefahr von Haarrissen innerhalb der Leiterbahnen zur Folge haben könnte. Erfindungsgemäß wird die Platine nur über einen Punkt gehaltert, und zwar über einen an dem Kühlkörper angeflanschten Metallstreifen. Bedingt durch diese Ausgestaltung wird auch Wärme, welche über die Platine abgeleitet wird, über den Kühlkörper weiter­ geleitet. Zur Gewichtsreduzierung wird vorgeschlagen, daß der Kühlkörper aus Aluminium besteht. Dieses Mate­ rial hat sich im Bereich der Kühlung von elektronischen Bauteilen bewährt. Es ist gut wärmeleitend und gegen­ über anderen Metallen relativ leicht. Schließlich ist es noch besonders von Vorteil, daß die Dichtungsman­ schette an den Kühlkörper angespritzt ist. Bevorzugt wird die als Kunststoffdichtung ausgebildete Dichtungs­ manschette direkt um den Kühlkörper gespritzt, diesen dabei jedoch auf der Rohrabschnitt-Innenfläche frei­ läßt, um hier die Wärmeabgabe an die Luftströmung nicht zu behindern.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung, welche lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Handstaubsauger mit einer mit einer Kühleinrichtung versehenen Platine zur Halte­ rung von elektronischen Bauteilen, einem Strö­ mungskanalabschnitt und einer an dem Kanal ab­ schnitt angeschlossenen Motor-Gebläse-Einheit, in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 die Platine mit ihrer Kühleinrichtung, den Strömungskanalabschnitt und die Motor-Gebläse-Einheit in einer Einzeldarstellung;

Fig. 3 eine vergrößerte Einzeldarstellung der mit der Kühleinrichtung versehenen Platine;

Fig. 4 den Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2.

Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu Fig. 1 ein Handstaubsauger 1, welcher sich im wesentli­ chen aus einem Gehäuse 2, einem in einen Ausleger 3 des Gehäuses 2 einsteckbaren Gerätestiel 4 mit einem endsei­ tigen Handgriff 5 und einer im Bereich des Handgriffes 5 mündenden Anschlußleitung 6 zusammensetzt. An dem Gehäuse 2 ist eine Staubfilterbeutel-Aufnahme 7 ange­ schlossen.

In dem Gehäuse 2 ist eine Motor-Gebläse-Einheit 8 ange­ ordnet. Letztere ist strömungstechnisch rückseitig an einen Strömungskanal 9 angeschlossen.

Der Strömungskanal 9 weist einen im wesentlichen kreis­ runden Querschnitt auf und bildet die Strömungsverbin­ dung zwischen der Staubfilterbeutel-Aufnahme 7 und der Motor-Gebläse-Einheit 8. Bevorzugt ist der Strömungska­ nal 9 als ein Kunststoffrohr ausgebildet.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel setzt sich der Strömungskanal 9 aus zwei Teilabschnitten 9′ und 9′′ zusammen, welche verbunden werden durch eine gleich­ falls im Querschnitt kreisrunde Kühleinrichtung 10.

Diese Kühleinrichtung 10 setzt sich im wesentlichen aus einem metallischen Kühlkörper 11, einem an diesem Kühl­ körper außenseitig angeflanschten Metallstreifen 12 und einer an den Kühlkörper 11 angespritzten Dichtungsman­ schette 13 zusammen. Der Kühlkörper 11 ist in Form eines metallischen Kühlringes ausgebildet, dessen Innen­ durchmesser etwa dem des Strömungskanals 9 entspricht.

Die um den Kühlkörper 11 an diesen angespritzte Dich­ tungsmanschette erstreckt sich über die gesamte Länge des Kühlkörpers 11 und beidseitig über dessen Stirnflä­ chen 14 hinweg. Die Dichtungsmanschette 13 umfaßt den Kühlkörper 11 im Bereich seiner Außenwandung 15 und im Bereich seiner Stirnflächen 14 derart, daß die Ringin­ nenfläche 16 des Kühlkörpers 11 freigelassen ist. Die Ausbildung ist hierbei so gewählt, daß die Dichtungsman­ schette 13 innenseitig, d. h. dem Strömungskanal 9 zugewandt, etwa ebenflächig in den Kühlkörper 11 über­ geht (vergl. hierzu Fig. 4).

Die Dichtungsmanschette 13 weist entlang ihrer beidsei­ tigen, kreisringförmigen Stirnflächen 17 nutartige Vertiefungen 18 auf, zum Eintritt der Kanalwandungen der Strömungskanalabschnitte 9′ und 9′′. Bedingt durch diese Ausgestaltung ist der Strömungskanal 9 auch im Bereich des Kühlkörpers 11 dichtend abgeschlossen, so daß eine sichere Abdichtung zwischen staubfreiem Raum A und staubdurchsetztem Raum B gegeben ist.

Der Kühlkörper 11 bildet zufolge dieser Ausgestaltung einen Rohrabschnitt des Strömungskanals 9 aus. Hierbei wird bevorzugt, daß der Kühlkörper 11 aus Aluminium besteht.

Die Dichtungsmanschette 13 wird von dem Metallstreifen 12 in einem, mit Bezug zu den Fig. 3 und 4, oberen Bereich durchtreten. Dieser Metallstreifen 12 ist an den Kühlkörper 11 angeflanscht bzw. materialeinheitlich mit dem Kühlkörper 11 verbunden und erstreckt sich von der Dichtungsmanschette 13 ausgehend senkrecht zu der Erstreckungsrichtung von Dichtungsmanschette 13 bzw. Kühlkörper 11 und weist an seinem freien Endbereich einen um ca. 90° abgewinkelten Schenkel 19 auf. Letzte­ rer ist gegenüber der Metallstreifenbreite, gemessen parallel zu einer Stirnflächenebene des Kühlkörpers 11, verbreitert ausgebildet und weist Bohrungen 20 auf zum Durchtritt von Schrauben 21 zur Befestigung einer zur Halterung von elektronischen Bauteilen 22 vorgesehenen Platine 23.

Weiter kann der Metallstreifen 12 im Bereich seines senkrecht zur Erstreckung des Kühlkörpers 11 weisenden Schenkels eine weitere Bohrung 24 aufweisen zum Durch­ tritt einer Schraube 25. Letztere steht in Verbindung mit einem Kühlleitblech 26 eines weiteren elektroni­ schen Bauteiles 22′ (vergl. Fig. 4). Dieses weitere elektronische Bauteil 22′ ist ebenfalls auf der Platine 23 abgeordnet und ist bspw. ein Thyristor oder derglei­ chen. Bekannterweise erzeugen derartige Bauteile eine derart hohe Verlustwärme, daß diese gesondert gekühlt werden müssen. Die Wärmeableitung erfolgt erfindungsge­ mäß über das Kühlblech 26 in den Metallstreifen 12.

Der Metallstreifen 12 weist somit zwei Aufgaben auf. Zum einen dient dieser zur Halterung der Platine 23 und zum anderen zur Kühlung eines oder mehrerer elektroni­ scher Bauteile 22 bzw. 22′.

Verlustwärme von elektronischen Bauteilen 22′ werden in direkter Weise über den Metallstreifen 12 auf den Kühl­ körper 11 geleitet. Letzterer ist als metallischer Wandungsabschnitt in dem Strömungskanal 9 integriert, womit die Innenfläche 16 des Kühlkörpers 11 frei inner­ halb des Strömungskanales 9 zur Kühlung durch eine Luftströmung 1 liegt. Weiter kann auch Wärme, die in die Platine 23 eingeleitet wird, über den Metallstrei­ fen 12 in den Kühlkörper 11 abgeleitet werden.

Es ist somit ein großflächiger, guter Wärmeleiter - be­ dingt durch die Aluminium-Ausgestaltung von Kühlkörper 11 und Metallstreifen 12 - gegeben. Die Verlustwärme wird in den ringartigen Kühlkörper 11 eingeleitet, welcher in Form und Abmessung dem Strömungskanal 9 angepaßt ist. Der Kühlkörper 11 wird als Zwischenbau­ teil in dem Strömungskanal 9 eingesetzt, wobei beidsei­ tige Dichtungsaufgaben von der als Kunststoffdichtung ausgebildeten Dichtungsmanschette 13 übernommen wer­ den. Letztere ist direkt um den Kühlkörper 11 ge­ spritzt, diesen dabei jedoch auf der Ringinnenfläche 16 freiläßt, um die Wärmeabgabe an die Luftströmung 1 nicht zu behindern.

Alternativ ist es auch denkbar, die so gebildete Kühl­ einrichtung 10 nicht als Zwischenbauteil in den Strö­ mungskanal 9 einzusetzen, sondern als direktes Verbin­ dungsglied in Form eines Strömungskanals zwischen zwei in Strömungsrichtung hintereinander geschalteten Bau­ gruppen einzusetzen. Bspw. kann hier eine Anordnung getroffen sein, bei welcher die Kühleinrichtung 10 zwischen der Motor-Gebläse-Einheit 8 und einem Verbin­ dungsstutzen zur Staubfilterbeutel-Aufnahme 7 positio­ niert ist.

Weiter kann die Anordnung so getroffen sein, daß die Platine 23 sich in den Bereich des Auslegers 3 des Gehäuses 2 hinein erstreckt.

Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori­ tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt­ lich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (8)

1. Mit einer Kühleinrichtung (10) versehene Platine (23) zur Halterung von elektronischen Bauteilen (22, 22′), wobei die Kühlung mittels einer Luftströmung (1) erfolgt durch der Luftströmung (1) ausgesetzte metalli­ sche Kühlkörper (11), dadurch gekennzeichnet, daß die Luftströmung (1) in einem Strömungskanal (9) erfolgt und daß der Kühlkörper (11) als metallischer Wandungsab­ schnitt in dem Strömungskanal (9) integriert ist.

2. Platine nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (11) als Rohrabschnitt ausgebildet ist.

3. Platine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kühlkörper (11) beidseitig Dichtungsman­ schetten (13) aufweist zur Verbindung mit dem Strömungs­ kanal (9).

4. Platine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtungsmanschette (13) etwa ebenflächig innenseitig in den Kühlkörper (11) übergeht.

5. Platine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtungsmanschette (13) den Kühlkörper (11) außenseitig umgibt.

6. Platine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kühlkörper (11) über eine Metallstreifenan­ bindung mit der Platine (23) verbunden ist.

7. Platine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kühlkörper (11) aus Aluminium besteht.

8. Platine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtungsmanschette (13) an den Kühlkörper (11) angespritzt ist.