DE202010012786U1

DE202010012786U1 - Mechatronische Mainboarderweiterung

Info

Publication number: DE202010012786U1
Application number: DE202010012786U
Authority: DE
Original assignee: TQ COMPONENTS GmbH; TQ-COMPONENTS GmbH
Current assignee: TQ COMPONENTS GmbH; TQ-COMPONENTS GmbH
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2020-09-18

Abstract

Mechatronische Mainboarderweiterung,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Main- bzw. Motherboard (1) einen zentralen Bereich (2) aufweist, auf dem die Hauptwärmeerzeuger der Steuerungseinheiten unter einem passiven und/oder aktiven Kühlsystem (3) einheitlich beabstandet angeordnet sind,
wenigstens ein außerhalb des zentralen Bereiches (2) liegender Flächenbereich (6) des Main- bzw. Motherboards (1) einen Kantenbereich (7) mit einer Riser-Anordnung bzw. einer Riser-Schnittstelle (8) aufweist,
ein Platinensteckverbinder (9) mit hoher Polzahl vorgesehen ist, der mit der Riser-Schnittstelle (8) des Kantenbereichs (7) elektrisch leitfähig verbunden ist,
die Rückseite des Platinensteckverbinders (9) in Bezug auf die Lage des Main- bzw. Motherboards (1) mit einer rechtwinkelig nach unten ausgerichteten Verbindungsplatine (10) elektrisch leitfähig verbunden ist,
wenigstens ein Steckverbinder (11) mit der Verbindungsplatine (10) unterhalb des Platinensteckverbinders (9) parallel beabstandet elektrisch leitfähig verbunden ist,
eine bestückte Einsteckplatine bzw. Erweiterungskarte (12) vorgesehen ist, die mit dem Steckverbinder (11) elektrisch leitfähig verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mechatronische Mainboarderweiterung, insbesondere für Steuerungseinheiten wie PC-Systeme. Jede Steuerungseinheit beruht auf dem Einsatz von vorgegebenen Main- bzw. Motherboards mit unterschiedlicher ober- und ggf. unterseitiger Hardwarebestückung. Die Mainboards sind üblicherweise einheitlich dimensioniert, insbesondere weisen sie ein herstellerbezogenes einheitliches mechanisches und thermisches Design mit Stecker- und Schnittstellenanordnungen auf. Die erfindungsgemäße mechatronische Mainboarderweiterung, die auf der Anordnung wenigstens einer Riser-Schnittstelle beruht, führt sowohl zu einer höheren Flexibilität bei der Einrichtung von Erweiterungsmöglichkeiten in Steuerungssystemen als auch zu einer Optimierung der Kühlung dieser Steuerungseinheiten, so dass aus dieser Kombination eine für den Durchschnittsfachmann nicht vorhersehbare Leistungssteigerung der Steuerungssysteme resultiert. Demzufolge ist nach der erfindungsgemäßen Lehre wenigstens ein Randbereich eines Main- oder Motherboards mit der vorstehend genannten mechatronischen Mainboarderweiterung ausgestattet.
Zum Stand der Technik gehören Mainboards und PC-Motherboards z. B. im Mini ITX Format, deren Erweiterungsmöglichkeiten durch die herstellerbezogenen Einhausungen begrenzt sind. Dort stehen nur innerhalb des Gehäuserahmens liegende definierte Steckplätze für Erweiterungsmaßnahmen z. B. mit Karten zur Verfügung. Die bislang allgemein übliche Architektur von Steuerungseinheiten bzw. Prozessor-Plattformen reduziert somit die Flexibilität dieser bekannten Gegenstände erheblich. Außerdem wird bei dieser bekannten Bauweise die Abführung der Verlustwärme erschwert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechatronische Main- bzw. Motherboarderweiterung zu schaffen, mit der anders als nach dem Stand der Technik die Flexibilität der Steuerungseinheiten und das Kühlsystem wesentlich verbessert werden.
Diese Aufgabe wird nach der Lehre der Erfindung in einer für den Durchschnittsfachmann überraschend einfachen Weise dadurch gelöst, dass die für die Steuerungseinheit in Betracht kommende Basisplatine, die nach der Hardwarebestückung als Main- bzw. Motherboard zum Einsatz kommt, wenigstens einen Riser-Kantenbereich aufweist, der als Riser-Schnittstelle in der Ausführungsform als Platinensteckverbinder mit hoher Polzahl realisiert ist. Die Riser-Schnittstelle erlaubt nach Hardwarebestückung erfindungsgemäß folgende mechatronische Erweiterungsformen für Steuerungseinheiten der in Rede stehenden Art:

1. Die Riser-Schnittstelle eines Main- bzw. Motherboards, der Basisplatine ist mit einem einseitigen Riser-Stecker verbunden, an dessen Rückseite eine Verbindungsplatine aufgelötet ist, die bei angenommener horizontaler Lage der Basisplatine parallel zur Riser-Schnittstelle senkrecht nach unten weist. Die Verbindungsplatine ist mit wenigstens einem parallel zur Riserkante der Basisplatine beabstandet verlaufenden Verbindungsstecker zur Aufnahme wenigstens einer bestückten Erweiterungskarte parallel unterhalb des Mainboards ausgestattet. Die Möglichkeit der Anordnung weiterer Verbindungsstecker und Erweiterungskarten ist von der jeweiligen Abmessung der Verbindungsplatine abhängig. Da die Hauptwärmeerzeuger der Hardware-Bestückung wie CPU-Modul und/oder Embedded-Systems-Modul auf oder oberhalb der Basisplatine angeordnet sind, und darüber nur noch das passive und/oder aktive Kühlelement einheiltlich beabstandet platziert ist, wird mit der erfindungsgemäßen Verlagerung der Erweiterungsmöglickeiten in den Bereich unterhalb der Basisplatine des Main- bzw. Motherboards die Ableitung der Verlustwärme in keiner Weise durch eventuell dazwischen angeordnete Erweiterungskarten, wie es nach dem Stand der Technik wiederholt der Fall ist, beeinträchtigt.
2. Die Riser-Schnittstelle des Main- oder Motherboards ist mit einem Kombi-Riser-Stecker verbunden, dessen eine Seite als Platinensteckverbinder mit hoher Polzahl und dessen andere Seite als Steckverbinder zur Aufnahme einer bestückten, horizontal anzuordnenden Erweiterungskarte ausgeführt ist. Durch die endseitige Ausstattung des Kombi-Riser-Steckers mit einem Steckverbinder, mit dem die in Betracht kommende bestückte Erweiterungskarte zu verbinden ist, wird zusätzlich eine horizontale mechatronische Mainboarderweiterung erreicht. Alternativ kann die Erweiterungskarte auch mit dem Kombi-Riser-Stecker fest verlötet sein. Auch diese Form der horizontalen Ver- oder Auslagerung der mechatronischen Erweiterungsmöglichkeiten in außerhalb eines Main- oder Motherboards liegende Bereiche trägt entscheidend zur Verbesserung der passiven und/oder aktiven Kühlung von Steuerungseinheiten bei, weil damit eine Beeinträchtigung der Wärmeableitung von den Hauptwärmeerzeugern der Hardware-Bestückung gezielt ausgeschlossen wird.

Der erfindungsgemäßen Mainborderweiterung liegt als steuerungstechnischer Kern üblicherweise ein CPU-Modul nach Industrie-Standard wie beispielsweise COM Express gemäß PICMG Standard COM.0 zugrunde, wodurch Skalierbarkeit der Rechenleistung, Speicherausstattung und Grafikleistung ermöglicht wird. Die Verbesserung der Kühlleistung wird nach dem erfindungsgemäßen mechatronischen Aufbau dadurch erreicht, dass oberhalb der Mainboardbestückung, die üblicherweise u. a. mit einem CPU-Modul ggf. in Kombination mit einem Embedded Systems Modul u. dgl. als Hauptwärmeerzeuger bestückt ist, ausschließlich das aktive und/oder passive plattenförmige Kühlsystem angeordnet ist. Die mechatronische Mainboarderweiterung nach der Erfindung verhindert eine Beeinträchtigung der Kühlleistung durch Überschattung des Wärmeabflusses infolge darüber angeordneter Erweiterungskarten, wie es nach dem Stand der Technik noch üblich ist, in dem wenigstens eine Erweiterungskarte entweder parallel unterhalb des Mainboards angeordnet oder peripher außerhalb des Mainboardbereiches horizontal fortgeführt ist.
Anstelle der bekannten Erweiterungsmöglichkeiten, wonach auf Mainboards üblicherweise Steckplätze für Einsteckkarten vorgesehen sind, wird nach der Erfindung die mechatronische Mainboarderweiterung mit einer Riser-Interface-Anordnung erreicht, die optional mehrere Standard-Bussysteme wie PCI und PCI-Express umfassen kann. In Kombination mit weiteren unterschiedlichen Riser-Einsteckkarten wird eine Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten geschaffen, wodurch ebenfalls das Leistungsspektrum von Steuerungseinheiten mit Main- oder Motherboardbestückung qualitativ und quantitativ entscheidend verbessert wird.
Die Erfindung wird auf der Basis der nachfolgenden, nicht maßstabgerechten, auf das Wesentliche beschränkten Darstellungen des Aufbaues der mechatronischen Mainboarderweiterungsmöglichkeiten gemäß den 1a und 1b, die sich auf die vertikale Erweiterungsform unterhalb des jeweiligen Mainboards beziehen, sowie gemäß den 2a und 2b, die sich auf die horizontale Erweiterungsform unterhalb des jeweiligen Mainboards beziehen, näher erläutert.
1a zeigt in Draufsicht eine Ausführungsform für ein rechteckförmiges Main- bzw. Motherboard 1 auf Mini ITX-Standardbasis, das in der Praxis beispielsweise eine Länge von 170 mm und eine Breite von 170 mm aufweist. Das Main- bzw. Motherboard 1 besitzt einen zentralen Bereich 2, in dem üblicherweise die wesentlichen Steuerungseinheiten wie ein CPU-Modul ggf. in Kombination mit einem Embedded Systems Modul u. dgl. als Hauptwärmeerzeuger angeordnet sind. Oberhalb dieses zentralen Bereichs 2 ist das passive und/oder aktive plattenförmige Kühlsystem 3 von der Bestückung beabstandet angeordnet. Außerdem kann auch eine nicht dargestellte kühltechnische Gehäuseanbindung vorgesehen sein. Die von dem zentralen Bereich 2 nicht erfassten Randbereiche sind für die Anordnung von Schnittstellen und weiteren Bestückungsformen vorgesehenen. In der zeichnerischen Darstellung ist beispielsweise auf einer Seite des Main- bzw. Motherboards 1 ein randseitiger Flächenbereich 4 für eine Stecker- bzw. Schnittstellenanordnung 5 vorgesehen. Über dem zentralen Bereich 2 mit der wesentlichen Hardware-Bestückung 15, die den Hauptanteil der Verlustwärme erzeugt, ist in Bezug auf das höchste Bestückungsbauteil ein passives und/oder aktives Kühlelement 3, das beispielsweise als Kühlplatte ausgeführt ist, in der Höhe einheitlich von dem Main- bzw. Motherboard 1 beabstandet angeordnet. Zur Erhöhung der Kühlleistung kann optional ein nicht dargestelltes aktives Kühlelement vorgesehen sein. Nach der Lehre der Erfindung ist auf wenigstens einem Kantenbereich 7 des Main- bzw. Motherboards 1 ein bestimmter Flächenbereich für die mechatronische Mainboarderweiterung zu reservieren. Nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist außerhalb des zentralen Bereichs 2 des Main- bzw. Motherboards 1 und orthogonal zu dem Flächenbereich 4 der zur mechatronischen Erweiterung führende Flächenbereich 6 vorgesehen. Der Kantenbereich 7 des Flächenbereiches 6 ist mit einer Riser-Anordnung 8 auszustatten, die nach der zeichnerischen Darstellung in Form parallel beabstandeter, schmaler Kontaktstellen 10 ausgeführt ist und sich über die Länge des Kantenbereichs 7 erstreckt. Damit steht eine Riser-Schnittstelle 8 in Kombination mit einem Platinensteckverbinder 9 mit hoher Polzahl zur Verfügung, der auf die Riser-Anordnung 8 des Kantenbereiches 7 aufgesteckt ist. Der Platinensteckverbinder 9 ist rückseitig elektrisch leitfähig, beispielsweise über eine Lötverbindung, mit einer Verbindungsplatine 14 verbunden, die in Bezug auf die angenommene horizontale Lage des Main- bzw. Motherboards 1 rechtwinkelig nach unten ausgerichtet platziert ist. Die Verbindungsplatine 14 ist außerdem mit mindestens einem unterhalb und parallel dazu angeordneten Steckverbinder 11 zur Aufnahme einer bestückten Erweiterungskarte 12 ausgestattet. Damit wird in einer für den Durchschnittsfachmann überraschend einfachen Weise die mechatronische Mainboarderweiterung realisiert.
1b zeigt in Seitenansicht die auf dem randseitigen Flächenbereich 4 des Main- bzw. Motherboards 1 angeordnete Stecker- bzw. Schnittstellenanordnung 5, den dahinter vorgesehenen zentralen Bereich 2 mit den nicht dargestellten Hauptwärmeerzeugern wie CPU-Modul und/oder Embedded Systems-Modul sowie das darüber angeordnete plattenförmige passive Kühlelement 3. Ausgehend von der angenommenen horizontalen Lage des Main- bzw. Motherboard 1 ist der Kantenbereich 7 mit der Riser-Anordnung 8 und davon beabstandet die nach unten abgewinkelte Verbindungsplatine 14 dargestellt. Die Verbindungsplatine 14 ist mit dem auf die Riser-Anordnung 8 ausgerichteten Platinensteckverbinder 9 mit hoher Polzahl sowie dem unterhalb davon und parallel dazu angeordneten Steckverbinder 11 zur Aufnahme einer bestückten Erweiterungskarte 12 ausgestattet.
2a zeigt in Draufsicht und 2b in Seitenansicht den Aufbau des Main- bzw. Motherboards 1, wie dieser in 1a und 1b dargestellt und beschrieben ist, so dass hierauf aus Gründen der Vermeidung von Wiederholungen vollinhaltlich verwiesen werden kann. Unterschiedlich ist lediglich die horizontal ausgeführte mechatronische Mainboarderweiterung nach formschlüssigem Zusammenbau. Danach ist das Main- bzw. Motherboard 1 über einen Kombi-Riserstecker 13, dessen eine Seite als Platinensteckverbinder 9 mit hoher Polzahl und dessen andere Seite als Steckverbinder 11 ausgeführt ist, mit einer bestückten Erweiterungskarte 12 horizontal verbunden. Damit wird ebenfalls in einer für den Durchschnittsfachmann überraschend einfachen Weise die mechatronische Mainboarderweiterung realisiert.

Claims

Mechatronische Mainboarderweiterung, dadurch gekennzeichnet, dass das Main- bzw. Motherboard (1) einen zentralen Bereich (2) aufweist, auf dem die Hauptwärmeerzeuger der Steuerungseinheiten unter einem passiven und/oder aktiven Kühlsystem (3) einheitlich beabstandet angeordnet sind, wenigstens ein außerhalb des zentralen Bereiches (2) liegender Flächenbereich (6) des Main- bzw. Motherboards (1) einen Kantenbereich (7) mit einer Riser-Anordnung bzw. einer Riser-Schnittstelle (8) aufweist, ein Platinensteckverbinder (9) mit hoher Polzahl vorgesehen ist, der mit der Riser-Schnittstelle (8) des Kantenbereichs (7) elektrisch leitfähig verbunden ist, die Rückseite des Platinensteckverbinders (9) in Bezug auf die Lage des Main- bzw. Motherboards (1) mit einer rechtwinkelig nach unten ausgerichteten Verbindungsplatine (10) elektrisch leitfähig verbunden ist, wenigstens ein Steckverbinder (11) mit der Verbindungsplatine (10) unterhalb des Platinensteckverbinders (9) parallel beabstandet elektrisch leitfähig verbunden ist, eine bestückte Einsteckplatine bzw. Erweiterungskarte (12) vorgesehen ist, die mit dem Steckverbinder (11) elektrisch leitfähig verbunden ist.
Mechatronische Mainboarderweiterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hochpolige Platinensteckverbinder (9) und der Steckverbinder (11) auf der Verbindungsplatine (14) aufgelötet sind.
Mechatronische Mainboarderweiterung nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein Kombi-Riserstecker (13) vorgesehen ist, dessen eine Seite als hochpoliger Platinensteckverbinder (9) und dessen andere Seite als Steckverbinder (11) ausgeführt ist, wobei der Platinensteckverbinder (9) mit der Riser-Anordnung (8) des Kantenbereiches (7) des Main- bzw. Motherboards (1) entsprechend der Ausrichtung des Main- bzw. Motherboards (1) und der Steckverbinder (11) mit der Erweiterungskarte (12) jeweils horizontal verbunden ist.
Mechatronische Mainboarderweiterung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kombi-Riser-Stecker (13) mit der Erweiterungskarte (12) löttechnisch verbunden ist.