DE202011109466U1 - Stromeinspeisemodul für ein modulares Computersystem - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Stromeinspeisemodul für ein modulares Computersystem, mit einer Frontplatte aus Metall, in Löchern der Frontplatte isoliert befestigten Anschlussbolzen aus Metall zum Anschließen von Stromzuführungskabeln und mit zwischen den Anschlussbolzen und der Frontplatte geschalteten Filterkondensatoren.
- Derartige Stromeinspeisemodule (Power Entry Module) werden vor allem für modulare Computersysteme in der Telekommunikationsindustrie, insbesondere AdvancedTCA-Systeme, eingesetzt. Diese werden typischerweise mit 48/60 V Gleichspannung betrieben. Der grolle Leistungsbedarf erfordert die Einspeisung von Strömen im Bereich von 200 A oder sogar darüber.
- In der Gehäusewand, zum Beispiel an der Rückwand des Computersystems ist ein Ausbruch vorgesehen, der von der Frontplatte des Stromeinspeisemoduls abgedeckt wird. Bekannt sind Terminal-Blocks mit außerhalb des Gehäuses liegenden Anschraubstellen für die mit Ringösen oder ”Double Lug” versehenen Stromzuführungskabel. Der Strom wird durch die Anschlussbolzen in das Innere des Stromeinspeisemoduls geleitet und dann über Kabel oder Stromschienen zu einer elektronischen Baugruppe geführt.
- Um das Eindringen hochfrequenter Störungen über die Anschlussbolzen zu verhindern, sind spezielle Filterkondensatoren vorgesehen. Diese sollten sowohl nahe an den stromführenden Elementen angebracht sein als auch eine sehr kurze niederimpedante Anbindung an die metallische Frontplatte haben. Rohrkondensatoren, wie sie bei dünneren Anschlussstiften eingesetzt werden, werden bei Anschlussbolzen größerer Querschnitte in der Regel nicht verwendet, denn für größere Durchmesser sind sie teuer in der Herstellung und mechanisch empfindlich.
- Im einfachsten Fall werden einzelne Anschlussbolzen in dafür vorgesehene Löcher der Frontplatte mittels Mutter und Gegenmutter eingeschraubt. An das rückwärtige Ende der Anschlussbolzen können dann Kabel oder Stromschienen angeschraubt werden. Diese Technik erfordert viel manuelle Arbeit und erfordert ausreichend freien Raum hinter der Frontplatte.
- Bekannt sind auch Trägerstrukturen mit einer Anzahl von Anschlussstiften zur gemeinsamen Montage auf einer Frontplatte.
US 3,781,724 beschreibt eine Trägerstruktur aus isolierendem Kunststoff, in die eine Anzahl von Anschlussstiften eingebettet ist. Außen liegende Schrauben dienen dem Anschluss externer Kabel. Die Anschlussstifte ragen durch Löcher in der Frontplatte in das Innere des Gehäuses. Konzentrisch um die Anschlussstifte angeordnete Rohrkondensatoren filtern hochfrequente Störungen aus. Zum Anschluss dicker Stromkabel und Einspeisung hoher Ströme, die entsprechend große Querschnitte der Anschlussstifte erfordern würden, ist diese Anordnung nicht geeignet. - Durch den Einsatz neuer Prozessoren und erhöhte Bauteiledichte nimmt der Leistungsbedarf von modularen Computersystemen ständig zu. Die Abmessungen der genormten, modular aufgebauten Gehäuse vergrößern sich jedoch gegenüber bestehenden Systemen kaum. Da die Größe der Schraubanschlüsse sowie der Querschnitte der stromführenden Komponenten, wie insbesondere Stromzuführungskabel und Anschlussbolzen, durch die Stromstärke vorgegeben sind, wird es zunehmend schwieriger, diese erhöhten Anforderungen unter Beibehaltung der äußeren Abmessungen des gesamten Stromeinspeisemoduls zu erfüllen. Besonders schwierig ist dabei die Realisierung einer wirksamen Filterung der hochfrequenten Störungen. Als Durchführungskondensator oder Rohrkondensator ausgebildete Filterkondensatoren benötigen zu viel Platz, wenn diese direkt um dicke Anschlussbolzen herum montiert werden sollen, und wären schwierig zu montieren.
- Angesichts dieser Problematik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stromeinspeisemodul für ein modulares Computersystem zu schaffen, das die Einspeisung hoher Ströme auf engstem Raum ermöglicht, dabei sehr gut HF-Störungen filtert und dessen Komponenten schnell und einfach kostensparend zusammengebaut werden können.
- Bei der Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von einem Stromeinspeisemodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gelöst wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen konstruktiven Merkmale.
- Bei dem erfindungsgemäßen Stromeinspeisemodul sind hinter der Frontplatte Stromschienen aus Metall angeordnet, welche einen ebenen plattenförmigen Abschnitt aufweisen, der parallel zur Innenseite der Frontplatte verläuft. Auf diesem plattenförmigen Abschnitt sind mindestens zwei Anschlussbolzen befestigt; er bildet somit einen Sockel für die Anschlussbolzen. Erfindungsgemäß sind Leiterplatten aus elektrisch isolierendem Material bereichsweise zwischen den plattenförmigen Abschnitten der Stromschienen und der Innenseite der Frontplatte angeordnet, um die plattenförmigen Abschnitte gegenüber der Frontplatte zu isolieren. Die Filterkondensatoren sind auf diesen Leiterplatten angeordnet, so dass sie sich in der Nähe der Anschlussbolzen befinden und die durch die Anschlussbolzen eingedrungenen hochfrequenten Störungen wirksam arbeiten. Auf der Außenseite der Frontplatte sind Isolierplatten aus Kunststoff angeordnet, welche Ausnehmungen für die mindestens zwei Anschlussbolzen haben.
- Zur Montage werden die Stromschienen mitsamt den darauf angeordneten Anschlussbolzen von der Rückseite der Frontplatte durch die in der Frontplatte vorgesehenen Löcher hindurch gesteckt. Die Befestigung geschieht auf einfachste Weise mittels klemmender Befestigungsmittel wie zum Beispiel Muttern, die auf die freien Enden der Anschlussbolzen aufgeschraubt werden. Gleichzeitig werden damit die Stromschienen an der Rückseite der Frontplatte befestigt. Die Stromschienen haben also Doppelfunktion: Zum einen ersetzen sie die bei Verwendung einzelner Anschlussbolzen üblichen Kontermuttern an der Innenseite der Frontplatte, und zum anderen dienen sie der Weiterleitung und Verteilung des über die Anschlussbolzen eingeleiteten Stroms. Da die Stromschienen jeweils mindestens zwei Anschlussbolzen tragen, können sich die durch die Löcher der Frontplatte gesteckten Anschlussbolzen nicht gegenüber der Frontplatte verdrehen, was die Montage weiter vereinfacht. Vor der Befestigung der Stromschienen mitsamt den Anschlussbolzen an der Frontplatte sind noch die Isolierplatten auf die freien Enden der Anschlussbolzen aufzuschieben. Gegenüber einzelnen Isolierscheiben haben die Isolierplatten den Vorteil, dass sie die Anschlussstellen für die Stromzuführungskabel großflächig gegenüber der Frontplatte isolieren und schneller montiert sind.
- Vorzugsweise tragen die plattenförmigen Abschnitte der Stromschienen jeweils vier Anschlussbolzen, welche parallel zueinander und senkrecht zur Frontplatte ausgerichtet sind. Es ergibt sich dadurch ein vorzugsweise rechteckiger Grundriss der ebenen plattenförmigen Abschnitte der Stromschienen. Auch die korrespondierenden Isolierplatten sind dann vorzugsweise rechteckig auszuführen, mit vier Ausnehmungen für die vier Anschlussbolzen der gegenüberliegenden Stromschiene. Die Stromeinspeisung erfolgt dann über bis zu acht Stromzuführungskabel, die an die insgesamt acht Anschlussbolzen angeschlossen sind, je vier für ein Gleichspannungs-Potential. Hinter der Frontplatte fließen die Ströme dann durch zwei Stromschienen, jeweils eine pro Potential, weiter auf die elektronischen Schaltungen.
- Eine mechanisch feste, insbesondere verdrehfeste Verbindung zwischen Anschlussbolzen und zugehöriger Stromschiene bei gleichzeitig niederohmigem elektrischen Kontakt wird erreicht, wenn die Anschlussbolzen in Löcher der Stromschienen eingepresst sind. Diese Befestigungsart hat zudem den Vorteil, dass die Anschlussbolzen bündig mit der Oberfläche der Stromschienen enden können, so dass zur Befestigung der Anschlussbolzen kein zusätzlicher Raum benötigt wird. Der hinter der Frontplatte benötigte Platz wird durch die Dicke der Stromschienen und der zwischengelegten Leiterplatten definiert.
- Es ist zweckmäßig, die Anschlussbolzen als Gewindebolzen auszuführen. Die Befestigung an der Frontplatte geschieht dann durch einfaches Aufschrauben von Muttern auf die freien Enden der Anschlussbolzen. Da die gegenüberliegenden Enden der Anschlussbolzen mit den Stromschienen fest verbunden sind, entfallen die sonst üblichen Kontermuttern auf der Rückseite der Frontplatte. Eine Verdrehung der Anschlussbolzen in den Löchern der Frontplatte ist ausgeschlossen, da erfindungsgemäß jeweils mindestens zwei Anschlussbolzen mit einer Stromschiene fest verbunden sind.
- Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die hinter der Frontplatte angeordneten Stromschienen jeweils mindestens einen ebenen Abschnitt haben, der plattenförmig ausgebildet ist und sich parallel zur Innenseite der Frontplatte erstreckt. Diese Abschnitte nehmen die Enden der Anschlussbolzen auf. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weisen die Stromschienen darüber hinaus wenigstens einen abgewinkelten Abschnitt auf, der sich an den plattenförmigen Abschnitt anschließt und sich senkrecht zur Frontplatte erstreckt, also in den Raum hinter der Frontplatte hinein. Gegebenenfalls können sich weitere abgewinkelte Abschnitte anschließen, so dass die Stromschiene mehrfach abgewinkelt ist und sich ein letzter Abschnitt zum Beispiel parallel zu einer Platine, die senkrecht zur Frontplatte steht, erstreckt, oder in einem Abschnitt endet, der sich wieder parallel zur Frontplatte, aber in gewissem Abstand zu dieser erstreckt. Da der Raum hinter der Frontplatte nicht durch hineinragende Anschlussbolzen eingeschränkt ist, lässt sich die Geometrie der Stromschienen weitgehend frei gestalten. Im Hinblick auf die beschränkten Gehäuseabmessungen und die immer größerer Packungsdichte der Elektronikbaugruppen stellt dies ein erheblicher Vorteil dar.
- Die zwischen Stromschienen und Isolierplatten angeordneten Leiterplatten haben neben ihrer Aufgabe, die Stromschienen von der metallenen Frontplatte zu isolieren, vor allem die Aufgabe, die Filterkondensatoren aufzunehmen und elektrisch mit der Frontplatte und den Anschlussbolzen zu verbinden. Vorzugsweise sind die Filterkondensatoren als diskrete Bauteile in SMD-Technik (Surface Mounted Device) ausgebildet. Diese Bauform zeichnet sich durch kleine flache Gehäuse aus, die auf der Oberseite der Frontplatte nur wenig Platz beanspruchen. Die SMD-Kondensatoren können mit ihrer einen Elektrode über Leiterbahnen der Leiterplatte mit den Rändern der Stromschienen verbunden sein, während die Gegenelektroden über Durchkontaktierungen mit der Innenseite der Frontplatte verbunden sind. Bevorzugt weist die Leiterplatte an ihrer Rückseite eine durchgängige leitfähige Schicht auf, die einen großflächigen und damit sehr niederimpedanten Kontakt zur Innenseite der Frontplatte herstellt. Wichtig dabei ist, dass die Filterkondensatoren so nah wie möglich an den Anschlussbolzen platziert werden, so dass sie über sehr kurze und niederinduktive Verbindungen elektrisch mit der Frontplatte (Masse) und den Anschlussbolzen verbunden sind. Durch diese Anordnung werden durch die Anschlussbolzen eingeleitete Störsignale direkt auf kürzestem Weg an die Frontplatte des geschirmten Gehäuses abgeleitet, was gerade für hohe Störfrequenzen sehr wichtig ist.
- In Weiterbildung der Erfindung weisen die auf der Außenseite der Frontplatte angeordneten Isolierplatten aus Kunststoff angeformte Kragen um die Löcher für die Anschlussbolzen auf. Diese Kragen greifen in die Löcher der Frontplatte ein und umgeben die Anschlussbolzen konzentrisch. Damit ergibt sich eine optimale Isolierung der Anschlussbolzen gegenüber der Frontplatte und gleichzeitig ein spielfreier Sitz in den Löchern.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1a ein Stromeinspeisemodul, von vorne; -
1b das Stromeinspeisemodul von1a , von der Seite; -
2 einen Horizontalschnitt entlang der Linie A-A in1a ; -
3 einen Vertikalschnitt entlang der Linie B-B in1b . - Das in den
1a und1b abgebildete Stromeinspeisemodul dient der Versorgung eines modularen Computersystems für die Telekommunikationsindustrie nach dem AdvancedTCA-Standard mit Gleichspannung von –48/–60 V nominal. Das Gehäuse des Moduls umfasst eine Frontplatte1 aus Stahlblech. Die Frontplatte1 ist U-förmig nach hinten abgekantet. Das ganze Modul wird in einen Ausbruch an der Rückwand des (hier nicht dargestellten) Computersystems eingeschoben. Metallisch leitende Dichtungsstreifen2 an den Rändern dienen zur Abdichtung gegen hochfrequente Störstrahlung. - In Löchern, die durch zwei rechteckige Isolierplatten
3a ,3b aus Kunststoff abgedeckt sind, sitzen insgesamt acht Gewindebolzen4a ,4h , die in zwei Gruppen zu jeweils vier angeordnet und zum Anschrauben von (nicht dargestellten) Stromzuführungskabeln vorgesehen sind. Die erste Gruppe von Gewindebolzen4a liegt auf dem negativen Gleichspannungs-Potential, die zweite Gruppe von Gewindebolzen4b auf dem Bezugspotential RTN. Die Befestigung der Stromzuführungskabel mittels Öse, Federring und Mutter wird durch das zwischen den Isolierplatten3a und3b aufgedruckte Symbolbild erläutert. - Entsprechend der Lage der Schnittlinie A-A ist in
2 nur die linke Gruppe von Gewindebolzen4a und die zugehörige Isolierplatte3a zu sehen. Eine erste Stromschiene5a aus dicker Kupferblech ist mit etwas Abstand hinter der Frontplatte1 angeordnet und umfasst einen ebenen plattenförmigen Abschnitt6a , der parallel zur Innenseite der Frontplatte1 verläuft. Die Enden der Gewindebolzen4a sind in Löcher der Stromschiene5a eingepresst und damit mit dieser elektrisch und mechanisch fest verbunden. Alle vier Gewindebolzen4a dieser Gruppe verlaufen parallel zueinander und senkrecht zur Frontplatte1 (vgl.1a ,1b ). - Zwischen dem plattenförmigen Abschnitt
6a der Stromschiene5a und der Innenseite der Frontplatte1 erstreckt sich eine Leiterplatte7a aus elektrisch isolierendem Material. An den Abschnitt, der von der Stromschiene5a abgedeckt wird, schließen sich rechts und links freiliegende Abschnitte an. Auf diesen Abschnitten der Leiterplatte7a sind Filterkondensatoren8a , die als SMD-Bauteile ausgebildet sind, angeordnet. Die Filterkondensatoren8a sind elektrisch zwischen den Gewindebolzen4a und der auf Masse-Potential liegenden Frontplatte1 geschaltet. Hierzu sind die Filterkondensatoren8a mit ihrer einen Elektrode über Leiterbahnen der Leiterplatte7a mit den Ränder der Stromschiene5a verbunden, während die Gegenelektroden über Durchkontaktierungen der Leiterplatte7a mit der Innenseite der Frontplatte1 in Kontakt stehen. Der Abstand zwischen Filterkondensatoren8a und den nächstgelegenen Gewindebolzen4a ist so klein, dass über die Gewindebolzen4a eingeleitete Störsignale auf kürzestem Wege zur Frontplatte abgeleitet werden. - Auf der Außenseite der Frontplatte
1 ist die Isolierplatte3a angeordnet. Diese hat Durchführungen für die Gewindebolzen4a und angeformte Kragen9 , welche in die Löcher der Frontplatte1 eingreifen und damit die Durchführungen für die Gewindebolzen4a bilden. Befestigungsmuttern10 sind auf die Gewindebolzen4a aufgeschraubt und ziehen diese gegen die Innenseite der Frontplatte1 . Dabei wirkt die fest verbundene Stromschiene5a als Gegenhalt und gleichzeitig Verdrehsicherung, ersetzt also die sonst erforderlichen Gegenmuttern. - In
3 ist auch die zweite Gruppe von vier Gewindebolzen4b zu sehen. Diese sind mit einer zweiten Stromschiene5b verbunden. Auch diese Stromschiene5b hat einen ebenen plattenförmigen Abschnitt6b , der sich parallel zur Innenseite der Frontplatte1 erstreckt und quasi als Sockel die Enden der Gewindebolzen4b aufnimmt. Eine zweite Leiterplatte7b isoliert die Stromschiene5b gegenüber der Frontplatte1 und bietet gleichzeitig Platz für den Gewindebolzen4b zugeordnete Filterkondensatoren8b auf Abschnitten, die nicht von dem plattenförmigen Abschnitt6b der Stromschiene5b überdeckt sind. Die Filterkondensatoren8b sind über Leiterbahnen bzw. Durchkontaktierungen zwischen Frontplatte1 und Gewindebolzen4b geschaltet. - Die plattenförmigen Abschnitte
6a ,6b der Stromschienen5a ,5b liegen in einer gemeinsamen Ebene wenige Millimeter hinter der Frontplatte1 . Die erste (in3 rechte) Stromschiene5a weist anschließend an den plattenförmigen Abschnitt6a einen abgewinkelten Abschnitt11 auf, der sich senkrecht zur Frontplatte1 , also in den freien Raum dahinter erstreckt. - Die zweite (linke) Stromschiene
5b umfasst neben dem plattenförmigen Abschnitt6b , der als Sockel bzw. Halterung für die Gewindebolzen4b dient, weitere ebene Abschnitte12 in derselben Ebene und zusätzlich auch einen abgewinkelten Abschnitt13 , der sich senkrecht zu Ebene der Frontplatte1 erstreckt. Dieser abgewinkelte Abschnitt13 der Stromschiene5b ist mechanisch und elektrisch mit einer Platine14 verbunden, welche Teil der elektronischen Schaltung des Stromeinspeisemoduls ist. Auf diese Weise werden die hohen Ströme, die durch die Gewindebolzen4b eingespeist werden, auf direktem Weg und durch einen Stromleiter großen Querschnittes äußerst verlustarm auf die Platine14 weitergeleitet. - Der abgewinkelte Abschnitt
11 der Stromschiene5a ist in ähnlicher Weise über weitere (nicht dargestellte) Leiterabschnitte mit der Platine14 verbunden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Frontplatte
- 2
- Dichtungsstreifen
- 3a, 3b
- Isolierplatten
- 4a, 4b
- Gewindebolzen
- 5a, 5b
- Stromschienen
- 6a, 6b
- plattenförmige Abschnitte (von
5a ,5b ) - 7a, 7b
- Leiterplatten
- 8a, 8b
- Filterkondensatoren
- 9
- Kragen (an
3a ,3b ) - 10
- Befestigungsmutter
- 11
- abgewinkelter Abschnitt (von
5a ) - 12
- ebener Abschnitt (von
5b ) - 13
- abgewinkelter Abschnitt (von
5b ) - 14
- Platine
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- US 3781724 [0006]
Claims (7)
- Stromeinspeisemodul für ein modulares Computersystems mit einer Frontplatte aus Metall; in Löchern der Frontplatte isoliert befestigte Anschlussbolzen aus Metall zum Anschließen von Stromzuführungskabeln; zwischen den Anschlussbolzen und der Frontplatte geschalteten Filterkondensatoren; gekennzeichnet durch hinter der Frontplatte (
1 ) angeordnete Stromschienen (5a ,5b ) aus Metall mit ebenen plattenförmigen Abschnitten (6a ,6b ), die parallel zur Innenseite der Frontplatte (1 ) verlaufen und mit jeweils mindestens zwei Anschlussbolzen (4a ,4b ) fest verbunden sind; Leiterplatten (7a ,7b ) aus elektrisch isolierendem Material, welche bereichsweise zwischen den plattenförmigen Abschnitten (6a ,6b ) der Stromschienen (5a ,5b ) und der Innenseite der Frontplatte (1 ) liegen und auf welchen die Filterkondensatoren (8a ,8b ) angeordnet sind; auf der Außenseite der Frontplatte (1 ) angeordnete Isolierplatten (3a ,3b ) aus Kunststoff mit Durchführungen für die mindestens zwei Anschlussbolzen (4a ,4b ). - Stromeinspeisemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmigen Abschnitte (
6a ,6b ) der Stromschienen (5a ,5b ) jeweils vier parallele Anschlussbolzen (4a ,4b ) tragen, welche senkrecht zur Frontplatte (1 ) ausgerichtet sind. - Stromeinspeisemodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbolzen (
4a ,4b ) in Löcher der Stromschienen (5a ,5b ) eingepresst sind. - Stromeinspeisemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbolzen (
4a ,4b ) als Gewindebolzen ausgeführt sind. - Stromeinspeisemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Stromschiene (
5a ,5b ) anschließend an den plattenförmigen Abschnitt (6a ,6b ) wenigstens einen abgewinkelten Abschnitt (11 ,13 ) aufweist, der sich senkrecht zur Frontplatte (1 ) erstreckt. - Stromeinspeisemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkondensatoren (
8a ,8b ) als diskrete SMD-Kondensatoren ausgebildet sind, deren eine Elektrode über Leiterbahnen der Leiterplatte (7a ,7b ) mit den Rändern der Stromschienen (5a ,5b ) verbunden sind und deren Gegenelektroden über Durchkontaktierungen mit der Innenseite der Frontplatte (1 ) in Kontakt stehen. - Stromeinspeisemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierplatten (
3a ,3b ) angeformte Kragen (9 ) aufweisen, welche in die Löcher der Frontplatte (1 ) eingreifen und die Anschlussbolzen (4a ,4b ) umgeben.
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DE202011109466U1 true DE202011109466U1 (de) | 2012-01-27 |
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