DE3522124A1 - Aufnahme- und fuehrungseinrichtung fuer elektrische baugruppen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufnahme- und Führungseinrichtung für elektrische Baugruppen oder andere Schaltungsträger, mit Führungsschienen zur Aufnahme und Führung der Baugruppen und Klemmorganen, welche die Baugruppe gegen einen Kühlkörper drücken.

Bei elektrischen Baugruppen, z.B. bei Halbleiter-Leistungssendern mit HF-Leistungstransistoren hoher Ausgangsleistung oder bei Schaltungsträgern, die in integrierter Mikrotechnik aufgebaut sind, muß die als Wärme freiwerdende Verlustleistung durch geeignete Wärmeableitungssysteme abgeführt werden, um ein Überschreiten der höchstzulässigen Betriebstemperatur zu vermeiden und eine sichere Betriebsfunktion der elektrischen Bauelemente auf Dauer zu gewährleisten. Insbesondere bei neuzeitlichen Baugruppen oder Schaltungsträgern sind wegen der hohen Packungsdichte der Bauelemente und der dadurch bedingten Verlustleistungsdichte Kühlungsmaßnahmen zur Ableitung der Verlustwärme von besonderer Bedeutung. Mit der ständig steigenden Leistungsdichte bei Baugruppen oder anderen Schaltungsträgern in elektrischen oder elektronischen Geräten zeigt sich aber, daß das Abführen der Verlustwärme mittels freier Konvektion häufig nicht mehr möglich bzw. nicht mehr ausreichend ist. Es muß dann die Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung an spezielle Kühlkörper in Betracht gezogen werden. Als Kühlmittel kommen hierbei meist nur Flüssigkeiten näher in Betracht, da Luftkühlsysteme viel Raum und aufwendige Einrichtungen erfordern und - durch hohe Luftgeschwindigkeiten bedingt - einen hohen Geräuschpegel verursachen.

Durch die DE-AS 26 47 758 ist ein Kühlungsmodul für elektrische Bauteile bekannt, das ein kappenförmiges, aus gut wärmeleitendem Material bestehendes Modulgehäuse zur Aufnahme einer Schaltungsplättchen tragenden Platte aufweist. Das Modulgehäuse besteht aus einer ebenen Bodenplatte als Kühlfläche mit zwei angeformten, einander parallel gegenüberliegenden und nach innen abgewinkelten Seitenteilen, zwischen denen die Trägerplatte mit den elektrischen Bauteilen aufgenommen ist. An der der Trägerplatte zugekehrten Seite ist die Bodenplatte bei im Vergleich zu den Seitenteilen relativ großer Wanddicke mit den Schaltungsplättchen gegenüberliegenden Sacklöchern versehen, welche durch kanalförmige Nuten in der Bodenplatte miteinander verbunden sind. Bei dünnerer Wanddicke wird die Bodenplatte an der Innenseite mit Naben und Wärmeleitelementen ausgebildet. Der zwischen der Trägerplatte und dem Modulgehäuse bestehende Hohlraum ist mit einem inerten Gas ausgefüllt. Auf der der Trägerplatte abgewandten Außenseite der Bodenplatte ist entweder eine plattenförmige, mit Kanälen für Kühlflüssigkeit und einem Zufluß- und einem Abflußstutzen versehene Kühleinrichtung befestigt oder es sind Kühlrippen für Luftkühlung vorgesehen. Die bekannte Einrichtung ist somit kühlungs-technisch relativ aufwendig.

In der DE-AS 26 51 015 ist ein Flüssigkeits-Kühlsystem für Leistungsverstärkereinschübe als bekannt angegeben, das aus einem Sammelgehäuse oder -gestell mit verhältnismäßig dicker, von Kanälen zum Durchleiten der Kühlflüssigkeit durchgezogenen Kühlplatte besteht, wobei durch geeignete Mittel, wie Führungsschienen und Klemmorgane, wenigstens ein Teil der Oberfläche des eingeschobenen Chassis an die Oberfläche der Kühlplatte angepreßt wird. Um bei derartigen Einrichtungen für einschiebbar ausgebildete Baugruppen die notwendige Kühlwirkung zu erreichen, muß ein guter Wärmeübergang von der zu kühlenden Baugruppe zum Kühlkörper sichergestellt werden. Dies wird nur durch sehr gute Ebenheiten und sehr geringe Rauhtiefen der als Kontaktfläche dienenden Oberfläche von Kühlplatte und Baugruppe sowie durch möglichst kleine Luftspalte zwischen ihnen erreicht. Um dies zu bewerkstelligen, muß man auch einen gewissen Anpreßdruck ausüben. Wenn aber zwei aneinanderliegende Flächen mit sehr geringen Rauhtiefen zueinander verschoben werden, so sind Beschädigungen wie Kratzer oder Druckstellen auf der einen und/oder anderen Fläche unvermeidbar. Derartige Beschädigungen erhöhen fast immer den Wärmeübergangswiderstand, da sie die sehr schlecht wärmeleitenden Luftspalte vergrößern und somit die Kühlwirkung ganz erheblich reduzieren. Es muß daher sichergestellt werden, daß bei derartigen Aufnahme- und Führungseinrichtungen beim Steck- bzw. Ziehvorgang von einschiebbar ausgebildeten Baugruppen die Kontaktflächen nicht beschädigt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Aufnahme- und Führungseinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß beim Steck- bzw. Ziehvorgang einer Baugruppe eine Berührung zwischen den Kontaktflächen von Baugruppe und wärmeableitendem Kühlelement ausgeschlossen ist, um eine Beschädigung der Wärmekontaktflächen und damit eine Verschlechterung der Kühlwirkung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einer Aufnahme- und Führungseinrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Führungsschienen mittels der Klemmorgane quer zu ihrer Längsachse und zum Kühlkörper bewegbar sind, und daß zwischen jeder Führungsschiene und dem Kühlkörper jeweils mindestens ein von einer ersten in eine zweite Stellung verstellbares Steuerorgan vorgesehen und derart ausgebildet ist, daß es in der zweiten Stellung die Führungsschiene entgegen der Druckrichtung des Klemmorgans in eine vom Kühlkörper weg bewegte Steck-Zieh-Stellung für die Baugruppe drückt, während in der ersten Stellung des Steuerorgans die Führungsschiene mittels des Klemmorgans in Richtung auf den Kühlkörper zu gedrückt ist und die Baugruppe am Kühlkörper anliegt.

Bei einer derartigen Einrichtung wird die Verstellung der relativ zum Kühlkörper bewegbaren Führungsschiene gesteuert. Diese Steuerung der Führungsschiene wird im Zusammenwirken des Klemmorgans und des zwischen Kühlkörper und Führungsschiene vorgesehenen Steuerorgans bewerkstelligt. Das von einer ersten in eine zweite Stellung verstellbare Steuerorgan drückt die Führungsschiene in eine vom Kühlkörper weg bewegte Steck-Zieh- Stellung für die Baugruppe, so daß beim Einschieben oder Ziehen einer Baugruppe in eine bzw. aus einer in dieser Stellung befindlichen Führungsschiene zwischen den Kontaktflächen von Baugruppe und Kühlkörper ein Abstand ist und diese Kontaktflächen nicht aneinanderliegen. Beim Steck- bzw. Ziehvorgang einer Baugruppe können daher keine Beschädigungen der Kontaktflächen erfolgen, sofern sich die Führungsschiene in der Steck-Zieh-Stellung für die Baugruppe befindet.

Nach Beendigung des Steckvorganges, also des Einschiebens einschließlich der Herstellung der elektrischen Kontaktierung bei einer Steckbaugruppe, wird die in die Führungsschienen eingeschobene Baugruppe durch Verstellen des Steuerorgans von der zweiten in die erste Stellung mittels des Klemmorgans selbsttätig an den Kühlkörper gedrückt, d.h. die Andrückmechanik tritt nach dem Umschalten des Steuerorgans automatisch in Kraft, so daß zwischen den Kontaktflächen von Baugruppen und Kühlkörper ein guter Wärmeübergang sichergestellt ist.

Das bei einer derartigen Einrichtung vorgesehene Steuerorgan ist zweckmäßigerweise durch Drehen um eine in Längsrichtung der Führungsschiene verlaufende Achse oder durch Verschieben in Längsrichtung der Führungsschiene von der ersten in die zweite Stellung verstellbar. Dabei kann das Steuerorgan in verschiedener Weise ausgebildet sein und z.B. mit Hilfe von Keilen oder exzentrisch gelagerten oder ausgebildeten, rotationssymmetrischen oder rotationsunsymmetrischen Elementen realisiert werden.

In vorteilhafter Weise besteht das Steuerorgan aus einer mindestens um 90° um eine in Längsrichtung der Führungsschiene verlaufende Achse drehbare Schaltstange von elliptischem Querschnitt. Die elliptische Formgebung der Schaltstange ermöglicht es, bei geeigneter Bemessung der Ellipsenachsen mit relativ kleinen Drehmomenten erhebliche Kräfte auszuüben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aufnahme- und Führungseinrichtung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht auf die Stirnseite einer Aufnahme- und Führungseinrichtung für eine elektrische Baugruppe, die in der oberen Hälfte der Figur in vom Kühlkörper abgedrückten, in der unteren Hälfte dagegen im an den Kühlkörper angedrückten Zustand dargestellt ist,

Fig. 2 eine Ansicht II nach Fig. 1 ohne Baugruppe.

Die Aufnahme- und Führungseinrichtung nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem im Querschnitt ∁-förmigen Grundkörper 1, der als integrale Bestandteile eine Kühlplatte 2 mit Kanälen 3 für ein Kühlmedium und einer planen Kontaktfläche 4 sowie zwei angeformte, einander parallel gegenüberliegende und nach innen abgewinkelte Seitenteile 6,7 zur Aufnahme einer einschiebbar ausgebildeten Baugruppe 5 aufweist. Der Grundkörper ist z.B. aus einem Guß- oder Strangpreßteil gefertigt und in der in der Patentanmeldung P ............ näher angegebenen Weise mit Kühlkanälen ausgebildet. Als Kühlmedium kommt insbesondere bei Baugruppen mit hoher Verlustleistung hauptsächlich Flüssigkeit in Betracht. Bei der Baugruppe 5 handelt es sich z.B. um eine als abgeschirmte, kasettenartige Steckbaugruppe ausgebildete elektrische oder elektronische Baugruppe oder einen anderen elektrischen Schaltungsträger, insbesondere mit hoher Packungsdichte der elektrischen Bauteile.

Die L-förmig abgewinkelten Seitenteile 6 a,6 b des Grundkörpers 1 sind jeweils mit einer Nut 7 a,7 b ausgebildet, die zur Aufnahme von Führungsschienen 8 a,8 b für die Baugruppe 5 sowie zur Aufnahme jeweils eines Klemmorgans 10 a,10 b und eines Steuerorgans 11 a,11 b dient. Die Führungsschienen 8 a,8 b sind ihrerseits mit einer Führungsnut 12 a,12 b zum Einschieben der mit äußeren Führungsschienen 13 a,13 b ausgebildeten Baugruppe 5 versehen und mittels der Klemmorgane 10 a,10 b quer zu ihrer Längsachse und zu der Kühlplatte 2 bewegbar, so daß sie bzw. die in die beiden Führungsschienen eingeschobene Baugruppe 5 mit deren Kontaktfläche 15 auf die Kontaktfläche 4 der Kühlplatte 2 zu oder von dieser weg bewegbar sind. Die Klemmorgane sind zwischen den Führungsschienen 8 a,8 b und den abgewinkelten Enden 9 a,9 b der Seitenteile 6 a,6 b angeordnet und bestehen aus wellenförmigen Blattfedern 10 a und 10 b (Fig.2), die durch eine Nase 14 a,14 b an der Außenseite der Führungsschienen unverlierbar in der Nut 7 a,7 b gehalten sind. Die auf der gegenüberliegenden Seite der Führungsschienen 8 a,8 b zwischen diesen und der planen Kontaktfläche 4 der Kühlplatte 2 angeordneten, als Schaltstangen 11 a,11 b ausgebildeten Steuerorgane dienen dabei zur Steuerung der Bewegung der Führungsschienen. Die Schaltstangen 11 a,11 b sind an ihren beiden Elementen mit einem Zapfen 16 (Fig. 2) jeweils in einem Lager 17 an der Stirnseite der Einrichtung um mindestens 90° um eine in Längsrichtung der Führungsschienen 8 a,8 b verlaufende Achse drehbar gelagert und von außen über eine Vertiefung für ein Werkzeug, z.B. über einen Schraubenschlitz oder ein Innensechskant, zu betätigen. Außerdem weisen die Schaltstangen 11 a,11 b einen elliptischen Querschnitt auf, wobei das Längenverhältnis der Längsachse 18 zur Querachse 19 der Ellipse maximal etwa 1,5 : 1. Die Ellipse besitzt aufgrund ihrer spezifischen Krümmung eine progressive Hebelwirkung (Kraftlängenänderung), mit der die stetig zunehmende Rückstellkraft der Blattfedern 10 a,10 b überwunden wird und ermöglicht es, bei dem angegebenen Längenverhältnis der Längs- zur Querachse der Ellipse mit relativ kleinen Drehmomenten erhebliche Kräfte auszuüben. In der in der oberen Hälfte der Fig. 1 gezeigten Steck-Zieh-Stellung ("abgedrückt") drückt die wellenförmige Blattfeder 10 a die Führungsschiene 8 a gegen die Schaltstange 11 a, die in dieser Stellung mit ihrer Längsachse 18 dem Druck der Blattfeder 10 a entgegenwirkt und sich ihrerseits über die gesamte Länge an der Kühlplatte 2 abstützt. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Kraftfluß über den kürzesten Weg durch die Ellipsenlängsachse 18 auf die Kühlplatte 2 verläuft. Das hat zur Folge, daß einerseits die Lager, welche die Schaltstangen 11 a,11 b an deren Enden führen, einfach und klein gehalten werden können und anderseits ein Durchbiegen der Schaltstangen vermieden wird. Weiter kann mit dieser Anordnung der volle Hub der Ellipse genutzt werden, was wiederum den Vorteil hat, daß das Längsverhältnis der beiden Ellipsenachsen zueinander klein gewählt werden kann.

Um die Betriebsstellung "angedrückt" zu erreichen, genügt eine 90°-Drehung der Schaltstangen 11 a,11 b. Jetzt kann - wie in der unteren Hälfte der Fig. 1 gezeigt ist - die Blattfeder 10 b die Baugruppe 5 über die Führungsschiene 8 b an die Kontaktfläche 4 der Kühlplatte 2 andrücken, da der verbleibende Raum der Nut 7 b für die Schaltstange 11 b größer bemessen ist als die kurze Querachse 19 der Ellipse der Schaltstange. Auf diese Weise wird die in die Führungsschiene 8 b eingeschobene Baugruppe 5 nach Beendigung des Steckvorgangs, anlso des Einschiebens einschließlich Herstellung der elektrischen Kontaktierung bei einer Steckbaugruppe, durch Drehen der Schaltstangen von der ersten in die zweite Stellung mittels der Klemmorgane selbsttätig an die Kühlplatte gedrückt, d.h. die Andrückmechanik der Klemmorgane tritt nach Drehung der Schaltstangen automatisch in Kraft, so daß zwischen den Kontaktflächen 15 und 4 der Baugruppe 5 bzw. der Kühlplatte 2 ein guter Wärmeübergang sichergestellt ist.

Bei einer derartigen Aufnahme- und Führungseinrichtung wird die Baugruppe also nur in der Stellung "abgedrückt" gesteckt oder gezogen, so daß eine Relativbewegung aneinanderliegender Kontaktflächen und damit deren Beschädigung ausgeschlossen ist, wobei die Steuerung der Bewegung der Führungsschienen von der Stellung "abgedrückt" in die Stellung "angedrückt" über die Schaltstangen 11 a und 11 b erfolgt, die - wie oben erläutert - so angeordnet und ausgebildet sind, daß sie in einer ersten Stellung mit ihrer Längsachse dem Druck der Klemmorgane entgegenwirken und eine Berührung zwischen der Baugruppe und der Kühlplatte verhindern und in einer um 90° gedrehten zweiten Stellung den Druck der Klemmorgane freigeben.

Claims (9)

1. Aufnahme- und Führungseinrichtung für elektrische Baugruppen oder andere Schaltungsträger, mit Führungsschienen zur Aufnahme und Führung der Baugruppe und mit Klemmorganen, welche die Baugruppe gegen einen Kühlkörper drücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (8 a,8 b) mittels der Klemmorgane (10 a,10 b) quer zu ihrer Längsachse und zum Kühlkörper (2) bewegbar sind, und daß zwischen jeder Führungsschiene (8 a,8 b) und dem Kühlkörper (2) jeweils mindestens ein von einer ersten in eine zweite Stellung verstellbares Steuerorgan (11 a,11 b) vorgesehen und derart ausgebildet ist, daß es in der zweiten Stellung die Führungsschiene (8 a,8 b) entgegen der Druckrichtung des Klemmorgans (10 a,10 b) in eine vom Kühlkörper (2) weg bewegte Steck-Zieh-Stellung für die Baugruppe (2) drückt, während in der ersten Stellung des Steuerorgans (11 a,11 b) die Führungsschiene (8 a,8 b) mittels des Klemmorgans (10 a,10 b) in Richtung auf den Kühlkörper (2) zu gedrückt ist und die Baugruppe (5) am Kühlkörper (2) anliegt.

2. Aufnahme- und Führungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (11 a,11 b) durch Drehen um eine in Längsrichtung der Führungsschiene (8 a,8 b) verlaufende Achse oder durch Verschieben in Längsrichtung der Führungsschienen (8 a,8 b) von der ersten in die zweite Stellung verstellbar ist.

3. Aufnahme- und Führungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan aus mindestens einem in Längsrichtung der Führungsschiene (8 a,8 b) bewegbaren keilförmigen Körper besteht, der mit einer keilförmigen Gegenfläche, z.B. der Führungsschiene oder eines weiteren keilförmigen Körpers, zusammenwirkt.

4. Aufnahme- und Führungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan aus einem um eine in Längsrichtung der Führungsschiene (8 a,8 b) verlaufende Achse drehbaren Exzenterelement besteht.

5. Aufnahme- und Führungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (11 a,11 b) aus einer mindestens um 90° um eine in Längsrichtung der Führungsschiene (8 a,8 b) verlaufende Achse drehbare Schaltstange von elliptischem Querschnitt besteht.

6. Aufnahme- und Führungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhältnis der Längs- zur Querachse (18 bzw. 19) der Ellipse maximal etwa 1,5 : 1 ist.

7. Aufnahme- und Führungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstange (11 a,11 b) an ihren beiden Enden (16) drehbar gelagert und an einer Stirnseite mit einer Vertiefung für ein Werkzeug, z.B. mit einem Schraubenschlitz oder einem Innensechskant, versehen ist.

8. Aufnahme- und Führungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmorgan (10 a,10 b) aus einer wellenförmig ausgebildeten Blattfeder besteht, die an der dem Steuerorgan (11 a,11 b) gegenüberliegenden Seite der Führungsschienen (8 a,8 b) angeordnet ist.

9. Aufnahme- und Führungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper aus einer Kühlplatte (2) besteht, welche integraler Bestandteil eines Grundkörpers (1) ist, der mit angeformten, mit einer Nut (7 a,7 b) zur Aufnahme der Führungsschiene (8 a,8 b) und des Klemm- und Steuerorgans (10 a,10 b bzw. 11 a,11 b) versehenen und an den Enden (9 a,9 b) nach innen abgewinkelten Seitenteilen (6 a,6 b) ausgebildet ist.