DE2740772A1

DE2740772A1 - einrichtung zur abfuehrung der verlustwaerme elektronischer baugruppen

Info

Publication number: DE2740772A1
Application number: DE19772740772
Authority: DE
Inventors: Helmut Schlindwein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-09-09
Filing date: 1977-09-09
Publication date: 1979-03-22
Also published as: DE2740772B2; DE2740772C3; JPS5450271A

Description

Einrichtung zur Abführung der Verlustwärme elektronischer Bau-
gruppen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Abführung der Verlustwärme elektronischer Baugruppen, die in im wesentlichen aus quaderförmigen Rahmen mit Mitteln zur Halterung und zum elektrischen Anschluß bestehenden und in einem Gestell oder Schrank zusammengefaßten Baugruppenträgern angeordnet sind.
Bei der hohen Packungsdichte elektronischer Baugruppen in Gestellen oder geschlossenen Schränken ist die Abführung der Verlustwärme, die im Betrieb beispielsweise von integrierten Schaltkreisen oder Leistungstransistoren erzeugt wird, ein wesentliches Problem.
Eine prinzipielle Lösung dieses Problems besteht darin, die Baugruppen, üblicherweise bestückte Leiterplatten, einzeln in quaderförmige Kapseln einzuschließen, die mit Anschlüssen für die Zu- und Ableitung von gasförmigem Kühlmittel versehen und an fest verlegte Leitungskanäle in einem Einschub anschließbar sind (US-PS 3 039 377). Diese Art der Einzelbelüftung der Baugruppen bedingt Jedoch einen hohen baulichen Aufwand und ist nur in Verbindung mit entsprechend ausgerüsteten Schranksystemen verwendbar.
Die Abführung von Verlustwärme von elektronischen Baugruppen, die in Baugruppenträgern oder Einschüben in Schaltschränken angeordnet sind, geschieht nach einem anderen bekannten Prinzip da- durch, daß die Seitenwände der Schaltschränke ganz o#e'r##ei1w"eise doppelwandig ausgeführt und mit Öffnungen zur Zu- und Ableitung von Kühlluft versehen sind, siehe z. B. US-PS 3 192 306.
Bei derartigen Einrichtungen kann es Jedoch nicht ausgeschlossen werden, daß sich bei mehreren, in einem derartigen Schaltschrank übereinander angeordneten, dicht bestückten Baugruppenträgern Wärmenester bilden und eine Aufheizung der Baugruppen im oberen Schrankbereich stattfindet.
Es besteht somit die Aufgabe, eine anpassungsfähige Kühleinrichtung zu schaffen, die in Schaltschränken oder -gestellen verschiedener Bauart in Verbindung mit Baugruppenträgern verwendbar ist und bei geringem Bauaufwand eine gezielte Kühlung auch einzelner Baugruppen erlaubt.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einer Einrichtung der eingangs genannten Art gesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß jeweils mindestens ein eine Rahmenkante bestimmendes Konstruktionselement in der unteren und oberen Horizontalebene jedes Baugruppenträgers als pneumatische Leitung ausgebildet und mit einer Reihe von parallel zu den Vertikalflächen der Baugruppen und in die Zwischenräume zwischen diesen gerichteten Öffnungen versehen ist, sowie mit Anschlüssen zur Zu- oder Ableitung von gasförmigem Kühlmittel, vorzugsweise Luft, und daß diese Anschlüsse mit in dem Gestell oder Schrank im wesentlichen senkrecht verlaufenden Sammelleitungen für Zu- und Ableitung des Kühlmittels verbindbar sind.
Da so jeder Baugruppenträger einzeln an die Sammelleitungen anschließbar ist, kann die Anordnung der einzelnen Baugruppenträger in Gestellen oder Schränken in sehr freizügiger Weise erfolgen. Die Zusammenfassung derartig ausgestatteter Baugruppenträger in Schränken oder Gestellen verschiedener Bauart ist ohne weiteres möglich. Ebenso ist es möglich, Verlustwärme aus teilbestückten Schränken, beispielsweise während der Aufbauphase einer Anlage oder bei einem Reparaturfall, oder aus vollbestückten Schränken, in denen nur die Baugruppen einzelner Baugruppenträger der Kühlung bedürfen, bei entsprechend geringerem Kühlmittelverbrauch abzuführen. Durch die gezielte Kühlungsmöglichkeit der Baugruppen ist auch eine höhere Packungsdichte möglich.
Der konstruktive Aufwand ist trotz der großen Flexibilität des Systems sehr gering, die verschiedenen Bohrungen oder Öffnungen in den pneumatischen Leitungen können beim Bau des Rahmens für den Baugruppenträger vorgefertigt und bis zur Anwendung mit Stopfen verschlossen werden.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in#Prndere auch dann von Vorteil, wenn die obere uncl/oder untere ilori ntalebene jedes Baugruppenträgers ebenfalls als Anschluß ebene ausgebildet und mit einer relativ dichten Verdrahtung versehen ist oder wenn größere, ganz oder teilweise geschlossene Baugruppen im Baugruppenträger eingesetzt sind.
Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Figuren 1 bis 4 Ausführungsbeispiele und Einzelheiten dargestellt und im folgenden beschrieben.
Figur 1 zeigt einen der in der Anlagentechnik üblichen Schaltschränke 1 aus Stahlblech, in welchen im wesentlichen aus quaderförmigen Rahmen bestehende Baugruppenträger 2 übereinander einschiebbar sind.
Die Baugruppenträger 2 dienen zur Aufnahme und Halterung verschiedener elektronischer Baugruppen, beispielsweise sogenannter Flachbaugruppen 4, die im wesentlichen aus einer bestückten Leiterplatte bestehen, die vorderseitig mit einer Frontplatte und auf ihrer rückwärtigen Seite, in Einschubrichtung gesehen, mit elektrischen Anschlußmitteln, beispielsweise einer Steckerleiste, versehen sind. Außer den hochkantig nebeneinander angeordneten Flachbaugruppen 4 kann der Baugruppenträger 2 auch größere Kompaktbaugruppen 3 enthalten, die neben einer Frontplatte häufig auch noch Seitenwände und Deckplatten 5 aufweisen.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Baugruppenträgers 2 mit Einrichtung zur Abführung der Verluatwärme schematisch in einer Ansicht von vorn dargestellt. Er besteht aus einem quaderförmigen Rahmen, zusammengesetzt aus stabförmigen Konstruktionselementen aus Profilmaterial. Der Baugruppenträger 2 enthält Mittel zur Halterung der hochkant einschiebbaren, hier nicht dar- gestellten Baugruppen, angedeutet durch die Einschub- und Führungsrillen 6 in den waagrechten Konstruktionselementen 7 und 7' der Vorderfront. Die rückseitige Vertikalebene des Baugruppenträgers 2 ist als Anschlußebene ausgebildet und enthält elektrische Anschlußmittel für die Baugruppen, hier die bekannten, an eine Verdrahtung angeschlossenen, vielpoligen Federleisten 8, welche mit den bereits erwähnten Steckerleisten der Baugruppen beim Einschieben derselben in den Baugrl ntr#ger 2 eine lösbare Steckverbindung bilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die diz rückwärtigen Rahmenkanten des Baugruppenträgers 2 bestimmenden Konstruktionselemente in der oberen und unteren Horizontalebene als pneumatische Leitungen 9 in Form von Hohlprofilen ausgeführt, die an ihren Stirnflächen verschlossen sind und eine Reihe von Bohrungen 10 aufweisen, die als Ausström- bzw. Absaugöffnungen für die über die Hohlprofile geführte Kühlluft dienen und in den Zwischenräumen der Bestückungsteilung parallel zu den Vertikalflächen der Baugruppen und in die Zwischenräume zwischen diesen gerichtet sind. Die kühle Zuluft wird dabei über die Bohrungen 10 des unteren Hohlprofils zwischen die Baugruppenträger geblasen, die erwärmte Abluft wird über die Bohrungen 10 im oberen Hohlprofil abgesaugt. Zur Zu- und Ableitung der Kühlluft sind in den Hohlprofilen entsprechende Anschlüsse vorgesehen, hier beispielsweise in Form von aus der pneumatischen Schaltungstechnik bekannten Steckkupplungen 11, die ein bei Trennung der Kupplungsteile selbstschließendes Ventil enthalten. Uber derartige Steckkupplungen 11 lassen sich das untere Hohlprofil des Baugruppenträgers 2 mit einer Sammelleitung 12 für die Zuluft und das obere Hohlprofil mit einer Sammelleitung 13 für die Abluft verbinden.
Da die Achsen der Steckkupplungen 11 parallel zur Einschubrichtung des Baugruppenträgers 2 in den Schaltschrank 1 ausgerichtet sind, kann der Baugruppenträger 2 leicht eingeschoben oder herausgezogen werden, insbesondere wenn automatisch rastende Steckkupplungen verwendet werden.
Es ist je nach Bedarf und Aufbau des Schaltschranks auch möglich, die Anschlüsse für Zu- und Abluft an anderen Stellen der aus Hohlprofilen bestehenden pneumatischen Leitungen 9 anzuordnen, beispielsweise seitlich an deren Stirnflächen oder auch an den frontseitigen Konstruktionselementen des Baugruppenträgers 2, die dann ebenfalls Hohlprofile sind.
Die Sammelleitungen 12, 13 für die Zu- bzw. Abluft sind entweder hohle Konstruktionselemente des Schaltschranks 1 oder es werden Schlauchbündel oder -bänder verwendet, die einen freizügigen Anschluß der pneumatischen Leitungen 9 in den Konstruktionselementen der einzelnen Baugruppenträger 2 ermöglichen. Die Schlauchleitungen können auf Anschlußstutzen 15 aufgeschoben und dort befestigt werden.
Sind in dem Baugruppenträger 2 auch Kompakt- oder Einsatzbaugruppen 3 (Figur 1), die ein geschlossenes Gehäuse aufweisen, vorhanden, so sind an den den Ausström- bzw. Ansaugöffnungen in den Hohlprofilen unmittelbar gegenüberliegenden Gehäuseflächen Durchbrechungen vorzusehen, die ein Ein- und Austreten der Kühlluft ermöglichen.
In der Figur 3 ist eine Ausführungsform einer aus vierkantigem Hohlprofilmaterial bestehenden pneumatischen Leitung 9 dargestellt, welche, wie bereits in der Beschreibung zu Figur 2 angedeutet, Bohrungen 10 aufweist, die zwischen den der Bestückungsteilung entsprechend begrenzten Stellen 14 in der vertikalen Vorderfläche liegen. Es ist auch ein Anschlußstutzen 15 zu erkennen, der in einer Anschlußbohrung 16 der Leitung 9 angeordnet ist und zum Anschluß an eine Sammelleitung 12 oder 13 dient.
In Figur 4 ist eine andere Ausführung der pneumatischen Leitung 9 dargestellt, ebenfalls aus Vierkantprofilmaterial gefertigt und mit Ausström- bzw. Ansaugöffnungen in Form von Einschnitten 17 versehen, die senkrecht zur Profillängsachse in einer der Profilkanten in dem Bedarf entsprechender Teilung angebracht sind. Als abluftführende Leitung 9 gemäß Figur 2 ist die dargestellte Ausführung um 900 in Uhrzeigersinn gedreht einzubauen, so daß die Einschnitte 17 schräg nach unten weisen. Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Einrichtung zur Abführung der Verlustwärme elektronischer Baugruppen, die in im wesentlichen aus quaderförmigen Rahmen mit Mitteln zur Halterung und zum elektrischen Anschluß bestehenden und in einem Gestell oder Schrank zusammengefaßten Baugruppenträgern angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß jeweils mindestens ein eine Rahmenkante bestimmendes Konstruktionselement in der unteren und oberen Horizontalebene Jedes Baugruppenträgers (2) als pneumatische Leitung (9) ausgebildet und mit einer Reihe von parallel zu den Vertikalflächen der Baugruppen (2, 3) und in die Zwischenräume zwischen diesen gerichteten Öffnungen (10, 17) versehen ist sowie mit Anschlüssen (11, 15, 16) zur Zu- und Ableitung von gasförmigem Kühlmittel, vorzugsweise Luft, und daß diese Anschlüsse (11, 16) mit in dem Gestell oder Schrank (1) im wesentlichen senkrecht verlaufenden Sammelleitungen (12, 13) für die Zu- und Ableitung des Kühlmittels verbindbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatischen Leitungen (9) aus Vierkanthohlprofilen hergestellt sind und die Ausström- oder Ansaugöffnungen auf einer vertikalen Seitenfläche in einer Reihe angebrachte Bohrungen (10) sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatischen Leitungen (9) aus Vierkanthohlprofilen hergestellt sind und als Ansaug- oder Ausströmöffnungen einer Reihe von senkrecht zur Profillängsachse verlaufenden Einschnitten (17) in einer der Profilkanten angebracht sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere, waagrecht verlaufende, als pneumatische Leitung (9) ausgebildete Konstruktionselement der rückwärtigen senkrechten Rahmenfläche des Baugruppenträgers (2) an die Sammelleitung (12) für die Zuluft, entsprechend das obere Konstruktionselement an die Sammelleitung (13) für die Abluft anschließbar sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse der pneumatischen Leitungen (9) Teile von Steckkupplungen (11) sind, deren andere Teile mit selbstschließendem Ventil mit den Sammelleitungen (12, 13) verbunden sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß automatisch kuppelnde Steckkupplungen (11) verwendet sind, deren Achsen parallel zur Einschubrichtung der Baugruppenträger (2) verlaufen.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sammelleitungen (12, 13> Schlauchbündel oder -bänder verwendet sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sammelleitungen (12, 13) im wesentlichen senkrecht verlaufende hohle Konstruktionselemente des Schaltschranks (1) verwendet sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenen Kompaktbaugruppen (3) an den den Öffnungen (10, 17) in den pneumatische Leitungen (9) enthaltenden Konstruktionselementen unmittelbar gegenüberliegenden Gehliusefllichen Durchbrechungen angebracht sind.