-
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Gehäusebaugruppe zur Verwendung als Teil eines solchen elektronischen Gerätes nach Anspruch 14 sowie eine Einschubbaugruppe zur Verwendung in einem solchen elektronischen Gerät nach Anspruch 16.
-
In der Technik sind elektronische Geräte bekannt, welche aus einer Gehäusebaugruppe und mehreren in dieser Gehäusebaugruppe aufgenommenen Einschubkarten bestehen. Solche elektronischen Geräte können beispielsweise dazu vorgesehen sein, in einem sogenannten 19-Zoll-Schrank eingebaut zu werden. Es wird zunächst kurz auf den grundsätzlichen Aufbau eines solchen elektronischen Gerätes eingegangen:
- Die eben erwähnte Gehäusebaugruppe weist ein Gehäuse mit einer vorderen Öffnung und eine in dem Gehäuse eingebaute, der vorderen Öffnung gegenüberliegende Backplane auf. Diese Backplane trägt mehrere backplaneseitige elektrische Verbinder, Im Gehäuse sind weiterhin mehrere Führungen für die erwähnten Einschubkarten angeordnet. Diese Führungen bestehen in der Regel aus jeweils zwei sich gegenüberliegenden Aufnahmeleisten mit jeweils einer Nut. Die Aufnahmeleisten erstrecken sich senkrecht zur Backplane. Häufig ist noch ein Netzteil im Gehäuse aufgenommen, welches die Backplane mit elektrischer Energie versorgt.
-
Die Einschubkarten weisen jeweils eine Einschubplatte auf, welche in der Regel mehrere elektronische Bauelemente trägt. Die Einschubplatte ist in der Regel mit einer Frontplatte verbunden. Weiterhin trägt die Einschubplatte einen einschubseitigen elektrischen Verbinder, welcher zum backplaneseitigen elektrischen Verbinder passt. Wird die Einschubkarte in die Gehäusebaugruppe eingesteckt, so werden die Kanten der Platte durch ein Paar von Aufnahmeleisten geführt und beim Erreichen der Endposition kommen backplaneseitiger elektrischer Verbinder und einschubseitiger elektrischer Verbinder in elektrischen und mechanischen Kontakt zueinander.
-
Wenn die Gehäusebaugruppe vollständig mit Einschubkarten bestückt ist, ist die Öffnung in der Regel vollständig von den Frontplatten der Einschubkarten verschlossen.
-
In manchen Anwendungsfällen trägt wenigsten eine Einschubplatte wenigstens ein aktives elektronisches Bauteil (insbesondere einen Prozessor), welches bei Betrieb relativ viel Wärme entwickelt. Eine typische Wärmeleistung kann hierbei circa 35 Watt betragen. Da die Temperatur dieses aktiven Bauteils (und die der umliegenden Bauteile) natürlich einen gewissen Wert nicht übersteigen darf, muss die Wärme aus dem Gehäuseinneren abgeführt werden. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass ein aktiver Lüfter (also ein Ventilator) vorgesehen wird, welcher für einen hohen Luftdurchsatz im Inneren des Gehäuses sorgt. Der Einsatz von Lüftern ist jedoch mit Nachteilen behaftet, insbesondere da stets die Gefährt besteht, dass ein Lüfter ausfällt, was dann zu einem Ausfall des elektronischen Gerätes oder sogar einer Beschädigung desselben führen kann.
-
Hiervon ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein gattungsgemäßes elektronisches Gerät dahingehend weiterzubilden, dass auf eine Kühlung mittels eines aktiven Lüfters verzichtet werden kann, auch wenn mindestens eine Einschubplatte ein stark wärmeentwickelndes Bauteil trägt.
-
Diese Aufgabe wird durch ein elektronisches Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine Gehäusebaugruppe zur Verwendung in einem solchen elektronischen Gerät ist in Anspruch 14 und eine Einschubbaugruppe zur Verwendung in einem solchen elektronischen Gerät ist in Anspruch 16 angegeben.
-
Erfindungsgemäß ist neben der Haupteinschubplatte - eine Einschubplatte, welche ein kühlungsbedürftiges elektronisches Bauteil trägt - ein erstes Thermoleitelement angeordnet, welches mit dem betreffenden elektronischen Bauteil der Haupteinschubplatte und mit der Gehäusebaugruppe in thermisch leitendem Kontakt steht, sodass eine konduktive Wärmeleitung zwischen dem elektronischen Bauteil und dem aus Metall bestehenden Gehäuse hergestellt wird. Das Gehäuse kann an seiner Außenseite, insbesondere wenn es Kühlrippen aufweist, relativ viel Wärme abgeben, sodass die konduktive Wärmeleitung zwischen elektronischem Bauteil und Gehäuse ausreicht, um das elektronische Bauteil hinreichend zu kühlen, sodass auf einen Lüfter verzichtet werden kann.
-
Vorzugsweise erstreckt sich benachbart zu wenigstens einer Aufnahmeleiste einer Führung für eine Haupteinschubplatte ein zweites Thermoleitelement, welches mit dem ersten Thermoleitelement und mit dem Gehäuse in thermisch leitendem Kontakt steht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erste Thermoleitelement hierbei als Thermoleitkarte ausgebildet, welche von einer speziell hierfür ausgebildeten Führung der Gehäusebaugruppe gehalten wird und mit dieser in wärmeleitendem Kontakt steht. Das zweite Thermoleitelement ist hierbei insbesondere als Aufnahmeleiste dieser Führung ausgebildet und weist eine Nut zur Aufnahme einer Kante der Thermoleitkarte auf. Um die Thermoleitkarte ähnlich wie die Platte einer Einschubkarte zu führen und um den thermischen Kontakt zwischen Thermoleitkarte und Gehäusebaugruppe zu maximieren, ist es bevorzugt, dass sich benachbart zu beiden Aufnahmeleisten der ersten Plattenführung jeweils ein solches zweites Thermoleitelement erstreckt, sodass die Führung für die Thermoleitkarte ähnlich der Führung für die Haupteinschubplatte ausgebildet ist. Um eine einfache Montierbarkeit und einen guten thermischen Kontakt zwischen Thermoleitkarte und elektronischem Bauteil zu erreichen, können Haupteinschubplatte und Thermoleitkarte Teile einer Einschub-Baugruppe sein.
-
Die Thermoleitkarte weist vorzugsweise einen massiven Metallblock auf oder besteht ausschließlich aus einem solchen. Dieser Metallblock kann insbesondere aus Aluminium bestehen und eine Masse von wenigstens 300 Gramm aufweisen.
-
Um einen guten thermischen Kontakt zwischen erstem Thermoleitelement und zweitem Thermoleitelement zu erzielen, ist es bevorzugt, eine zwischen diesen beiden Elementen wirkende Klemmeinrichtung vorzusehen. Diese kann insbesondere Teil der Thermoleitkarte sein.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
-
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 Eine schematische Draufsicht auf eine Gehäusebaugruppe von vorne,
- 2 einen Schnitt entlang der Ebene A-A in 1,
- 3 eine Einschubbaugruppe in einer der 2 entsprechenden Darstellung,
- 4 eine Einschubkarte in einer der 3 entsprechenden Darstellung,
- 5 die Gehäusebaugruppe aus 2 sowie zwei in der Gehäusebaugruppe aufgenommene Einschubbaugruppen und vier in der Gehäusebaugruppe aufgenommene Einschubkarten in einer den 2 bis 4 entsprechenden Darstellung,
- 6 eine Gehäusebaugruppe und eine in die Gehäusebaugruppe eingeschobene Einschubbaugruppe und eine Thermoleitkarte einer weiteren Einschubbaugruppe in einer perspektivischen, detaillierten Darstellung,
- 7 einen Ausschnitt aus dem in 6 Gezeigten aus einem anderen Blickwinkel, jedoch ohne die Thermoleitkarte,
- 8 eine Einschub-Baugruppe in einer den 6 und 7 entsprechenden Detailfülle und
- 9 das in 8 Gezeigte aus einem anderen Blickwinkel.
-
Mit Bezug auf die 1 und 2 wird zunächst die Gehäusebaugruppe 5 des elektronischen Gerätes beschrieben. Die Gehäusebaugruppe weist ein in der Regel aus Aluminium bestehendes Gehäuse 10 mit einer Bodenwand, einer Deckenwand, einer Rückwand und zwei Seitenwänden auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel (und dies ist auch bevorzugt) tragen Rückwand und Seitenwände Kühlrippen, während Bodenwand und Deckenwand gelocht ausgeführt sein können. Von den Seitenwänden erstrecken sich zwei seitliche Anschlussflansche, welche dazu dienen, die Gehäusebaugruppe mit einem Schrank oder dergleichen zu verschrauben.
-
Parallel zur Rückwand erstreckt sich eine Backplane 26, welche mehrere backplaneseitige elektrische Verbinder 27 trägt. Zu jedem backplaneseitigen elektrischen Verbinder 27 ist innerhalb des Gehäuses eine Plattenführung vorgesehen, welche jeweils aus einer unteren Aufnahmeleiste 20a, 20a', 22a und einer oberen Aufnahmeleiste 20b, 20b', 22b besteht. Die Aufnahmeleisten haben jeweils eine Nut und die Nuten einer Plattenführung weisen aufeinander zu.
-
Das bisher Beschriebene ist im Stand der Technik weithin bekannt. Die Besonderheit dieser Gehäusebaugruppe ist, dass benachbart zu wenigstens einer Plattenführung (diese werden hier als Hauptplattenführungen bezeichnet) eine Thermoleitkartenführung angeordnet ist. Auch eine solche Thermoleitkartenführung besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei sich gegenüberliegenden, jeweils eine Nut aufweisenden Aufnahmeleisten 24a, 24b; 24a', 24b'. Die Aufnahmeleisten 24a, 24b; 24a', 24b' der Thermoleitkartenführungen bestehen aus einem thermisch leitfähigen Material, insbesondere einem Metall wie Aluminium, und sind thermisch leitend mit dem Gehäuse 10 verbunden, vorzugsweise dadurch, dass sie unmittelbar mit dem Gehäuse 10 verschraubt sind. Es könnte sich jedoch auch ein thermisch leitendes Zwischenstück zwischen Aufnahmeleiste und Gehäuse befinden.
-
Den Thermoleitkartenführungen ist kein backplaneseitiger elektrischer Verbinder zugeordnet, das heißt, dass jeweils ein Einschubplatz „geopfert“ ist. Zur sprachlichen Unterscheidung werden diejenigen Plattenführungen, neben denen sich keine Thermoleitkartenführung befindet, als Zusatzplattenführungen bezeichnet, deren untere Aufnahmeleisten das Bezugszeichen 22a und deren obere Aufnahmeleisten das Bezugszeichen 22b tragen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gibt es vier Zusatzplattenführungen. Diejenigen Plattenführungen, neben denen eine Thermoleitkartenführung angeordnet ist, werden als Hauptplattenführungen mit den unteren Aufnahmeleisten 20a, 20a' und den oberen Aufnahmeleisten 20b, 20b' bezeichnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gibt es zwei Hauptplattenführungen.
-
Die 3 zeigt eine Einschubbaugruppe, welche dafür vorgesehen ist, in eine Hauptplattenführung und eine sich neben der Hauptplattenführungen angeordneten Thermoleitkartenführung eingeschoben zu werden. Eine solche Einschubbaugruppe weist eine Einschubplatte (hier als Haupteinschubplatte 32 bezeichnet) auf, welche mehrere elektronische Bauteile trägt, wobei wenigstens ein elektronisches Bauteil ein stark wärmeerzeugendes elektronisches Bauteil, beispielsweise ein Prozessor 33, ist. Eins solcher Prozessor kann beispielsweise als CPU dienen. Weiterhin trägt die Haupteinschubplatte 32 einen einschubseitigen elektrischen Verbinder 35.
-
Es ist weiterhin eine Thermoleitkarte 36 vorgesehen, welche sich im Wesentlichen parallel zur Haupteinschubplatte 32 erstreckt und welche zu wenigstens einem Teil der Oberfläche des Prozessors 33 in thermischen leitendem Kontakt steht. Die Thermoleitkarte 36 weist einen Metallblock 36a auf oder besteht vollständig aus einem solchen. Der Prozessor 33 und der Metallblock 36a der Thermoleitkarte 36 können sich unmittelbar berühren oder es kann auch eine Thermoleitpaste zwischen ihnen angeordnet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Metallblock 36a an der Position des Prozessors 33 eine Ausnehmung auf, sodass er den Prozessor abschnittsweise umschließt. Der Metallblock 36a besteht aus Metall, beispielsweise aus Aluminium. Er hat eine relativ hohe Masse von beispielsweise 500 Gramm. Das obere und das untere Ende der Thermoleitkarte 36 sind so ausgebildet, dass sie zu den Aufnahmeleisten 24a, 24b; 24a', 24b' passen. Diese Enden sind als zu den Nuten der Aufnahmeleisten passende Federn ausgebildet (in 3 nicht dargestellt).
-
Thermoleitkarte 36 und Haupteinschubplatte 32 sind mittels einer Frontplatte 39 miteinander verbunden, sodass eine Einschubbaugruppe 30 gebildet ist.
-
Die 4 zeigt eine weitere Einschubbaugruppe, welche zum Einschub in eine Zusatzplattenführung vorgesehen ist. Diese Einschubbaugruppe wird im Folgenden auch als Einschubkarte 40 bezeichnet. Diese ist grundsätzlich aufgebaut wie die eben beschriebene Einschubbaugruppe, sie weist jedoch keine Thermoleitkarte auf. Die elektronischen Bauteile 44, welche die Zusatzplatte 42 der Einschubkarte 40 trägt, bedürfen keiner separaten Kühlung.
-
Die 5 zeigt die Gehäusebaugruppe 5 der 1 und 2, welche vollständig mit Einschubkarten 40 und Einschubbaugruppen 30, 30' bestückt ist. Der Großteil der von den Prozessoren 33, 33' erzeugten Wärme wird über die Thermoleitkarten 36, 36' und die Aufnahmeleisten 24a, 24b; 24a', 24b' zum Gehäuse 10 geleitet, wo sie über die Kühlrippen 12 an die Umgebungsluft abgegeben wird. Um für einen guten Wärmeübergang zu sorgen, sind zwischen den Thermoleitkarten und den Aufnahmeleisten wirkende, thermisch leitfähige Klemmeinrichtungen vorgesehen. Diese sind in den schematischen Darstellungen der 1 bis 5 nicht dargestellt; eine bevorzugte Ausführungsform einer solchen Klemmeinrichtung wird jedoch nachfolgend mit Bezug auf die 6 bis 9 beschrieben.
-
Die 6 und 7 zeigen das eben Beschriebene in größerer Detailfülle, wobei in 6 die Gehäusebaugruppe 5, eine in dieser aufgenommene Einschub-Baugruppe 30 sowie die Thermoleitkarte 36' einer weiteren Einschub-Baugruppe und in 7 die Gehäusebaugruppe 5 und eine in dieser aufgenommene Einschub-Baugruppe 30 dargestellt sind. Die backplaneseitigen elektrischen Verbinder sind nicht dargestellt.
-
Die 8 und 9 sind detaillierte Darstellungen einer Einschub-Baugruppe 30. Man erkennt hier die Frontplatte 39, die Haupteinschubplatte 32, den mit der Haupteinschubplatte 32 verbundenen elektrischen Verbinder 35 und die Thermoleitkarte 36. Wie bereits erwähnt, weist die Thermoleitkarte 36 einen massiven Metallblock 36a sowie zwei Klemmeinrichtungen auf. Die Klemmeinrichtungen dienen dazu, die Thermoleitkarte in guten thermischen Kontakt zu den Aufnahmeleisten 24a, 24b bringen zu können. Die beiden Klemmeinrichtungen sind als Klemmleisten 37a, 37b ausgebildet und am oberen und unteren Ende des Metallblocks 36a angeordnet. Der Aufbau und die Funktion dieser Klemmleisten wird nun anhand der unteren Klemmleiste 37a erläutert; die obere Klemmleiste 37b ist identisch aufgebaut.
-
Die Klemmleiste 37a hat einen mittleren Klemmkörper 38m, einen vorderen Klemmkörper 38v und einen hinteren Klemmkörper 38h. Der mittlere Klemmkörper 38m ist starr und flächig mit dem Metallblock 36a verbunden und weist zwei schräge Stirnflächen auf, deren Flächennormalen vom Metallblock 36a weg weisen. Vorderer und hinterer Klemmkörper 38v und 38h sind nicht starr mit dem Metallblock 36a verbunden und weisen jeweils eine an einer Stirnfläche des mittleren Klemmkörpers 38m flächig anliegende innere Stirnfläche auf. Durch die drei Klemmkörper 38m, 38v und 38h erstreckt sich eine Gewindestange, welche an einem Schraubenkopf 31 endet. Dieser Schraubenkopf ist durch ein Loch in der Frontplatte 39 zugänglich. Die Gewindestange steht mit dem mittleren Klemmkörper nicht in einer Gewindeverbindung und hat zwei gegenläufige Gewindeabschnitte, nämlich einen Gewindeabschnitt, der mit dem vorderen Klemmkörper 38v und einen Gewindeabschnitt, der mit dem hinteren Klemmkörper 38h derart in Wirkverbindung steht, dass bei Drehung der Gewindestange sich entweder der vordere und der hintere Klemmkörper auf den mittleren Klemmkörper zu oder von diesem weg bewegen. Der erstgenannte Fall ist in 9 dargestellt: Bewegen sich vorderer und hinterer Klemmkörper 38v, 38h aufeinander zu, so gleiten deren Stirnflächen an den Stirnflächen des mittleren Klemmkörpers 38m auf, wodurch sich vorderer und hinterer Klemmkörper 38v, 38h vom Metallblock 36a weg bewegen. Befindet sich die betreffende Kante der Thermoleitkare 36 in einer hierfür vorgesehenen Aufnahmeleiste, erfolgt hierdurch die erwünschte Verklemmung. Aufgrund der beschriebenen Geometrie, insbesondere aufgrund der Stirnflächen der Klemmkörper, ist hierbei der für die Wärmeleitung zur Verfügung stehende effektive Querschnitt recht hoch, sodass eine hinreichende Wärmeleitung erreicht wird.
-
Durch die beschriebenen Maßnahmen ergibt sich die gewünschte, rein konduktive Wärmeleitung zwischen Prozessor und Gehäuse.
-
Bezugszeichenliste
-
- 5
- Gehäusebaugruppe
- 10
- Gehäuse
- 12
- Kühlrippen
- 20a, 20a'
- untere Aufnahmeleiste einer Hauptplattenführung
- 20b, 20b'
- obere Aufnahmeleiste einer Hauptplattenführung
- 22a
- untere Aufnahmeleiste einer Zusatzplattenführung
- 22b
- obere Aufnahmeleiste einer Zusatzplattenführung
- 24a, 24a'
- untere Aufnahmeleiste einer Thermoleitkartenführung
- 24b, 24b'
- obere Aufnahmeleiste einer Thermoleitkartenführung
- 26
- Backplane
- 27
- backplaneseitiger elektrischer Verbinder
- 30,30'
- Einschub-Baugruppe
- 31
- Schraubenkopf
- 32
- Haupteinschubplatte
- 33
- elektronisches Bauteil (Prozessor (CPU))
- 34
- weitere elektronische Bauteile
- 35
- einschubseitiger elektrischer Verbinder
- 36, 36'
- Thermoleitkarte
- 36a, 36a'
- Metallblock
- 37a, 37b
- Klemmleiste
- 38h
- hinterer Klemmkörper
- 38m
- mittlerer Klemmkörper
- 38v
- vorderer Klemmkörper
- 39, 39'
- Frontplatte
- 40
- weitere Einschub-Baugruppe
- 42
- Zusatzplatte
- 44
- elektronische Bauteile
- 45
- einschubseitiger elektrischer Verbinder
- 48
- Frontplatte
