DE3522127A1 - Kuehlbare einrichtung zur aufnahme von elektrischen baugruppen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kühlbare Einrichtung zur Aufnahme von elektrischen Baugruppen oder anderen Schaltungsträgern, mit einem Grundkörper, der auf der einen Seite eine plane Kühlfläche für die Baugruppe aufweist und auf der anderen Seite mit einem Kühlkanal mit Zu- und Abfluß für eine Kühlflüssigkeit und mit einer Abdeckplatte für den Kühlkanal versehen ist.

Bei elektrischen Baugruppen, z.B. bei Halbleiter-Leistungs­ sendern mit HF-Leistungstransistoren oder bei Schaltungs­ trägern, 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 Schaltungs­ trägern sind wegen der hohen Packungsdichte der Bauele­ mente und der dadurch bedingten Verlustleistungsdichte Kühlungsmaßnahmen zur Ableitung der Verlustwärme von besonderer Bedeutung. Als Kühlmittel kommen hierbei praktisch 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 auf­ weist. Das Modulgehäuse besteht aus einer ebenen Boden­ platte 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 Sack­ löchern 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 Träger­ platte abgewandten Außenseite der Bodenplatte ist ent­ weder eine plattenförmige, mit Kanälen für Kühlflüssig­ keit und einem Zufluß- und einem Abflußstutzen versehene Kühleinrichtung befestigt oder es sind Kühlrippen für Luftkühlung vorgesehen. Die bekannte Einrichtung ist somit kühlungstechnisch 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 verhältnis­ mäßig dicker, von Kanälen zum Durchleiten der Kühlflüs­ sigkeit durchzogenen Kühlplatte besteht, wobei durch ge­ eignete Mittel, wie Führungsschienen und Klemmorgane, wenigstens ein Teil der Oberfläche des eingeschobenen Chassis an die Oberfläche der Kühlplatte zwecks Erzie­ lung eines möglichst guten Wärmeüberganges angepreßt wird.

Auch bei diesem Flüssigkeits-Kühlsystem ist eine zu­ sätzliche, am Sammelgehäuse oder -gestell anzubringende Kühlplatte vorgesehen. Um dies zu vermeiden und die Kühlung zu verbessern ist beim Gegenstand nach der DE-AS 26 51 015 selbst ein als Einschub für ein Sammel­ gehäuse oder -gestell ausgebildetes Chassis für einen elektrischen Leistungsverstärker vorgesehen, bei dem der Kühlkanal für die Kühlflüssigkeit innerhalb der ent­ sprechend stark bemessenen Chassiswandung verläuft. Das Chassis dient hier also gleichzeitig als Kühlkörper, der hierzu aus einer Grundplatte, in die der Kühlkanal als Vertiefung eingearbeitet ist, und aus einer Abdeckplatte für den Kühlkanal besteht. Dabei ist die Chassisplatte an einer Seite noch mit einem Zufluß- und einem Abflußkanal ausgebildet, wobei diese Kanäle über geeignete Schnell­ verschlußkupplungen, deren Hälften jeweils an der Chassisplatte bzw. an dem Sammelgehäuse oder -gestell befestigt sind, mit der Zufluß- bzw. der Abflußleitung verbindbar sind. Die aus der DE-AS 26 51 015 bekannte Einrichtung erfordert zwar keine zusätzliche Kühlplatte mehr, weist aber keine Aufnahme-, Führungs- und Befesti­ gungsmittel für eine elektrische Baugruppe auf, d.h. sie ist so aufgebaut, daß die elektrische Baugruppe direkt an der Chassiswandung angebracht werden muß und damit erst im befestigten Zustand auf der Chassisplatte aufgenommen und gehalten ist. Die Befestigungsmittel für die elektrische Baugruppe müssen dabei direkt in die empfind­ liche Kühlfläche eingreifen. Für elektrische Baugruppen, die immer mehr in Form von abgeschlossenen und abge­ schirmten, einschiebbar ausgebildeten Steckbaugruppen aufgebaut werden, ist die bekannte Einrichtung somit weniger geeignet. Außerdem besteht bei der bekannten Einrichtung keine Möglichkeit zur Erweiterung, d. h. zum Anfügen weiterer kühlbarer Baugruppenaufnahmen.

Ein kompakter Geräteaufbau mit mehreren kühlbaren, in Einschubtechnik aufgebauten Baugruppenaufnahmen kann mit derartigen Einrichtungen daher nicht erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kühl­ bare Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei möglichst einfachem kühlungstechnischen Aufbau zur Aufnahme von einschiebbar ausgebildeten elektrischen Baugruppen oder anderen Schaltungsträgern geeignet ist und bei Aufrechterhaltung des Kühlsystems mit weiteren Baugruppen- oder Schaltungsträgeraufnahmen erweitert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer kühlbaren Einrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Grundkörper an der die Kühlfläche aufweisenden Seite mit zwei einander parallel gegenüber­ liegenden, nach innen abgewinkelten Seitenteilen, zwei in den Seitenteilen quer zu ihrer Längsachse und zu der Kühlfläche bewegbaren Führungsschienen und auf diese einwirkenden Klemmorganen zum Andrücken der in die Führungsschienen einschiebbaren Baugruppe an die Kühlfläche ausgebildet ist, daß entweder der Zufluß oder der Abfluß des Kühlkanals über eine ein Seitenteil durchdringende Bohrung von der einen Seite des Grundkörpers auf dessen andere Seite geführt ist, und daß die Abdeckplatte an derjenigen Stelle, an der entweder der Zufluß in den Kühlkanal oder der Abfluß aus dem Kühlkanal erfolgt, mit einer Bohrung versehen ist.

Bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Grund­ körper durch die Ausbildung mit Aufnahme-, Führungs- und Klemmitteln zur Aufnahme von einschiebbar ausgebildeten Baugruppen, wie z.B. abgeschirmten Steckbaugruppen, geeignet ausgebildet. Der Kühlkanal und die zweck­ mäßigerweise unter Zwischenlage einer Dichtung an der entsprechenden Grundkörperseite zu befestigende Abdeckplatte bilden in kühlungstechnisch einfacher Weise ein in den Grundkörper integriertes Leitungssystem zur Aufnahme und zum Transport einer Kühlflüssigkeit. Durch dieses Leitungssystem wird eine gleichmäßige Kühlung der planen Kühlfläche des Grundkörpers, an die eine zu kühlende Baugruppe oder ein anderer Schaltungsträger nach dem Einschieben in die Führungsschienen mittels geeig­ neter Klemmorgane, z.B. Exzenter, Keile oder Klemmfedern, gedrückt wird, gewährleistet. Das Andrücken der Baugruppe nach dem Einschieben hat den Vorteil, daß sich der Wärmekontakt zwischen der Baugruppe und der Kühlfläche ohne Abrieb an deren Berührungsflächen herstellen läßt. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht nun darin, daß man durch die vorteilhafte Anordnung der Lage des Zu- und Abflusses der Kühl­ flüssigkeit ein in Serie durchverbindbares Kühlsystem erhält, so daß unter Aufrechterhaltung des Kühlsystems eine beliebige Anzahl von Aufnahmeeinrichtungen aneinanderreihbar ist. Damit ist unter Beibehaltung des Kühlsystems eine Aufnahmeeinrichtung durch Anreihen oder Anfügen entsprechend gleich ausgebildeter weiterer Aufnahmeeinrichtungen erweiterbar. Mit einer erfindungs­ gemäßen Einrichtung kann daher ein kompakter Geräteaufbau aus mehreren in gleicher Weise kühlbaren und in Ein­ schubtechnik aufgebauten Baugruppen oder Schaltungs­ trägern und damit der Aufbau eines aus mehreren gleichen Kühlungsmodulen gebildeten Gerätes erreicht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patent­ anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ein­ richtung ist im folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Geräteaufbaus näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung zwei aneinander­ reihbare kühlbare Einrichtungen zur Aufnahme von elektri­ schen Baugruppen oder anderen Schaltungsträgern, ins­ besondere mit hoher Verlustleistung,

Fig. 2 einen selbsttragenden 19′′-Einschub, der aus mehreren Einrichtungen nach Fig. 1 gebildet ist.

Die Aufnahmeeinrichtung A ₁ bzw. A ₂ in Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem im Querschnitt C-förmigen Grundkörper 1, der z.B. aus einem Fräs-, Guß- oder Strangpreßteil gefertigt, an der Innenseite mit einer planen Kühlfläche 2 und zur Aufnahme einer einschiebbar ausgebildeten Baugruppe 3 mit zwei angeformten, einander parallel gegenüberliegenden und nach innen abgewinkelten Seitenteilen 4, 5 versehen ist. In diesen L-förmigen Seitenteilen sind zwei parallele Führungsschienen 6,7 angeordnet, die mit je einer Führungsnut 8 zum Ein­ schieben der mit äußeren Führungsleisten 9 ausgebildeten Baugruppe 3 versehen sind. Die Führungsschienen 6, 7 sind mit Hilfe von nicht näher dargestellten, in den Seiten­ teilen 4, 5 angeordneten üblichen Klemmorganen, wie z.B. Exzentern, Keilen oder Federn, quer zu ihrer Längsachse und zu der Kühlfläche 2 des Grundkörpers bewegbar. Auf diese Weise wird die in die Führungs­ schienen eingeschobene Baugruppe nach Beendigung des Einschubvorgangs zur Erzielung eines Wärmekontaktes an die Kühlfläche 2 des Grundkörpers 1 angedrückt. Auf der anderen Seite dieser Kühlfläche, nämlich auf der Außenseite 10, ist der Grundkörper 1 mit einem Kühlkanal 11, der am Anfang bzw. Ende mit einem Zu- bzw. einem Abfluß 12 bzw. 13 für eine Kühlflüssigkeit versehen ist, und mit einer Abdeckplatte 14 für den Kühlkanal ausge­ bildet. Der Kühlkanal 11 ist hier in die Grundkörper­ wandung als Vertiefung eingearbeitet und von mäander­ förmig verlaufenden Nuten gebildet, die über den gesamten, der Kühlfläche 2 auf der Innenseite ent­ sprechenden Bereich regelmäßig verlaufend angeordnet sind. Der Kühlkanal kann aber auch in anderer Form und Art gebildet werden, z.B. durch auf der Oberfläche der Außenseite 10 des Grundkörpers erhabene Stege oder Wände. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind Zu- und Abfluß 12 bzw. 13 zweckmäßigerweise in Gebrauchslage der Aufnahmeeinrichtung nebeneinanderliegend im unteren Bereich des Grundkörpers 1 angeordnet. Hier ist - wie bei der in der rechten Hälfte der Fig. 1 dargestellten Auf­ nahmeeinrichtung A ₁ zu sehen ist - der Zufluß 12 in den Kühlkanal von der einen Seite des Grundkörpers, hier also von dessen Innenseite her über eine das untere Seitenteil 4 a ganz durchdringende Bohrung 12 a auf die den Kühlkanal 11 aufweisende Seite, also auf die Außenseite 10 des Grundkörpers geführt, wobei die Bohrung 12 a am Anfang des Kühlkanals 11 liegt, während der Abfluß der durch das Leitungssystem, welches von den mäanderförmigen Nuten gebildet ist, geführten Kühlflüssigkeit am Ende des Kühl­ kanals nach außen führt, d.h. an der Stelle L/2 der Grundkörperlänge L angeordnet ist, an der sich die Zu­ flußbohrung 12 b im unteren Seitenteil 4 b einer anreih­ baren Aufnahmeeinrichtung A ₂ befindet. Ferner ist die Abdeckplatte 14, die hier genau der Größe der Außenseite 10 des Grundkörpers entspricht, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an derjenigen Stelle, an der der Abfluß 13 erfolgt, mit einer Abflußbohrung 15 ausge­ bildet, wobei Kühlkanalende, Abflußbohrung 15 der Aufnahmeeinrichtung A ₁ und Zuflußbohrung 12 b der Aufnahmeeinrichtung A ₂ zueinander fluchten. Damit entsteht beim Aneinanderreihen von mehreren Aufnahmeeinrichtungen A ₁, A ₂ usw. bei jeweils entsprechender Anordnung von Zu- und Abfluß ein in Serie durchverbundenes, in die Grundkörper integriertes Kühl­ system, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Kühlmittelfluß von rechts nach links, also von der Aufnahmeeinrichtung A ₁ zur Aufnahmeeinrichtung A ₂ erfolgt. Selbstverständlich ist der Kühlmittelfluß - bei entsprechender Anordnung von Zu- und Abfluß der Kühl­ kanäle - auch in umgekehrter Richtung möglich.

Um den Kühlkanal 11 einer Aufnahmeeinrichtung, z.B. A ₁, nach außen über die Abdeckplatte 14 abzudichten, ist der gesamte Kühlkanal, also einschließlich Anfang und Ende, von einer ununterbrochen umlaufenden, hier in die Abdeckplatte 14 als Vertiefung eingearbeiteten Dichtungsnut 16 umgeben, in die eine entsprechende Gummiringdichtung 17 einlegbar ist. Die Befestigung der Abdeckplatte am Grundkörper und damit die Erzeugung des Anpreßdrucks erfolgt zweckmäßigerweise durch Festschrauben der Abdeckplatte 14 an der Außenseite 10, je nach den Erfordernissen an mehreren Stellen 18, die um die Dichtungsnut 16 herum und gegebenenfalls auch zwischen den Nuten des Kühlkanals angeordnet sind. Als Dichtung zwischen der Abflußbohrung 15 der Abdeckplatte 14 für die Aufnahmeeinrichtung A ₁ und der Zuflußbohrung 12 b der Aufnahmeeinrichtung A ₂ ist es ausreichend, wenn die Bohrung 15 in der Abdeckplatte 14 an der dem Kühlkanal 11 abgewandten Außenseite mit einer ring­ förmigen Vertiefung 19 ausgebildet ist, in die ein Dichtungsring einlegbar ist. Ein derartiger Dichtungsring kann gegebenenfalls auch für die Zuflußbohrung 12 b der Aufnahmeeinrichtung A ₂ vorgesehen werden.

Durch die vorteilhafte Anordnung von Zu- und Abfluß der Kühlflüssigkeit an der Aufnahmeeinrichtung kann - wie bereits ausgeführt und in Fig. 2 dargestellt - eine be­ liebige Anzahl von Aufnahmeeinrichtungen A ₁ ... A _x an­ einandergereiht werden, z.B. auf vier Führungsstangen 20, welche die Seitenteile 4, 5 des Grundkörpers 1 im Bereich der Grundkörperecken durchdringen. Die Aufnahmeeinrich­ tung ist dadurch erweiterbar, so daß bei Aneinander­ reihung mehrerer Aufnahmen ein kompakter Geräteaufbau mit mehreren gleich ausgebildeten Modulen und einem in Serie durchverbundenen Kühlsystem entsteht. Die Teilung der Aufnahmeeinrichtungen ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß - wie in Fig. 2 - mehrere Aufnahmeeinrichtungen A ₁ . . . A _x zusammengefaßt und mit Endstücken 21 versehen zu einem selbsttragenden 19′′-Einschub zusammengestellt werden können. Bei einem derartigen Einschub kann dann z.B. an die rechte Aufnahmeeinrichtung A ₁ eine Zuflußleitung z.B. über eine übliche Schnellverschluß­ kupplung angeschlossen werden, während der Abfluß in gleicher Weise an der linken Aufnahmeeinrichtung A _x erfolgen kann.

Claims (9)

1. Kühlbare Einrichtung zur Aufnahme von elektrischen Baugruppen oder anderen Schaltungsträgern, mit einem Grundkörper, der auf der einen Seite eine plane Kühlfläche für die Baugruppe aufweist und auf der anderen Seite mit einem Kühlkanal mit Zu- und Abfluß für eine Kühlflüssigkeit und mit einer Abdeckplatte für den Kühlkanal versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) an der die Kühlfläche (2) aufweisenden Seite mit zwei einander parallel gegenüberliegenden, nach innen abgewinkelten Seitenteilen (4, 5), zwei in den Seitenteilen quer zu ihrer Längsachse und zu der Kühlfläche (2) bewegbaren Führungsschienen (6, 7) und auf diese einwirkenden Klemmorganen zum Andrücken der in die Führungsschienen einschiebbaren Baugruppe (3) an die Kühlfläche (2) ausgebildet ist, daß entweder der Zufluß (12) oder der Abfluß (13) des Kühlkanals (11) über eine ein Seitenteil (4 a) durchdringende Bohrung (12 a) von der einen Seite des Grundkörpers (1) auf dessen andere Seite geführt ist, und daß die Abdeckplatte (14) an derjenigen Stelle, an der entweder der Zufluß (12) in den Kühlkanal (11) oder der Abfluß (13) aus dem Kühlkanal (11) erfolgt, mit einer Bohrung (15) versehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühl­ kanal (11) in die Grundkörperwandung als Vertiefung ein­ gearbeitet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühl­ kanal (11) von mäanderförmig verlaufenden Nuten gebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten über den gesamten, der Kühlfläche (2) entsprechenden Bereich regelmäßig verlaufend angeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Kühlkanal (11) von einer in die Grundkörper­ wandung oder in die Abdeckplatte (14) eingearbeiteten Dichtungsnut (16) für einen einlegbaren Dichtungsring (17) umgeben ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Anfang und Ende des Kühlkanals (11) und damit Zu- und Abfluß (12, 13) nebeneinanderliegend angeordnet sind.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zu- und Abfluß (12, 13) des Kühlkanls (11) in Gebrauchslage der Einrichtung im unteren Bereich des Grundkörpers (1) bzw. der Abdeckplatte (14) angeordnet sind.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (15) in der Abdeckplatte (14) an der dem Kühl­ kanal (11) abgewandten Seite mit einer ringförmigen Ver­ tiefung (19) für einen einlegbaren Dichtungsring versehen ist.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) im Querschnitt ∁-förmig ausgebildet ist.