DE3734972C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Baugruppenträger mit einem nach unten und oben offenen sowie rückseitig luftdicht abgeschlossenen, einen vertikalen Luftkanal bildenden Aufnahmeraum für eine Vielzahl von vertikal angeordneten, elektronische Bauelemente tragen­ den Leiterplatten, mit einer Zwangsbelüftung des Aufnahme­ raums mittels einer Gebläseanordnung und mit einem unterhalb des Aufnahmeraums sich im wesentlichen über die gesamte Grundfläche des Aufnahmeraumes erstreckenden Verteilerraum, wie er im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben ist.

Derartige Baugruppenträger werden bekanntlich in großem Umfang beim Aufbau von elektronischen Geräten und Anlagen verwendet. Sie dienen einerseits der mechanischen Aufnahme und andererseits der elektrischen Verbindung von Bau­ gruppen und Leiterplatten. Um eine möglichst breite Aus­ tauschbarkeit der Baugruppenträger zu gewährleisten, sind die räumlichen Abmessungen häufig durch standardisierte Formate festgelegt. Ein derartiger, gängiger Standard ist beispielsweise die 19′′-Bauweise.

Insbesondere wenn ein derartiger Baugruppenträger dicht mit elektronischen Bauelementen bestückte Leiterplatten aufnimmt, ist er mit einer Zwangsbelüftung versehen, die eine unzulässige Erwärmung der Baugruppen verhindert. Es ist hierfür bekannt, unter dem Aufnahmeraum mehrere, in einer Ebene nebeneinander liegende Axiallüfter anzuordnen, die unterhalb des Baugruppenträgers Außenluft ansaugen und zwischen die vertikal angeordneten Leiterplatten blasen. Obwohl diese Anordnung in vielen Fällen zufriedenstellend arbeitet, kann insbesondere bei sehr dicht bestückten Leiterplatten die Gefahr bestehen, daß Wärmenester ent­ stehen, die zu einer unerwünschten und unzulässigen thermischen Belastung der betreffenden Bauelemente führen. Der Grund dafür ist in den vorgegebenen geome­ trischen Abmessungen der verwendeten Axiallüfter zu sehen, die jeweils einen relativ kleinen kreisring­ förmigen wirksamen Bereich und relativ große, von der Lüfterradnabe und vom Lüftergehäuse gebildete, unwirk­ same Bereiche auffassen. Für Bauelemente, die sich in diesen toten Bereichen befinden, ist nicht immer sicher­ gestellt, daß sie ausreichend mit Kühlluft versorgt wer­ den.

Ein derartiger Lüftereinsatz ist in der DE-OS 22 01 362 beschrieben.

Ein Baugruppenträger der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-OS 22 11 268 und der DE-OS 23 40 026 bekannt. Er weist zwei übereinander liegende Bauelemente-Aufnahmeräume auf, die durch einen horizontalen Zwischenraum voneinander getrennt sind. Dieser ist mit einer Trennwand versehen, die schräg von einer Seitenwand zur gegenüberliegenden Seitenwand verläuft und somit einen oben liegenden Verteiler für den oberen Aufnahmeraum und einen darunter liegenden Sammler für den darunter angeordneten Aufnahmeraum erzeugt. Die dem Sammler bzw. dem Verteiler zugeordnete Seitenwand ist jeweils mit einer Öffnung zur Verbindung mit einem vertikalen Luftleitkanal zur Versorgung bzw. Entsorgung mit Kühlluft versehen. Gleichartige, unterteilte Räume sind unterhalb des unteren Aufnahmeraums und oberhalb des oberen Aufnahmeraums angeordnet, um einen vertikalen Kühlluftstrom durch die Aufnahmeräume zu gewährleisten. Konstruktionsbedingt kann nur ein Lüfter mit kleinen Abmessungen eingesetzt werden, der entsprechend leistungsstark sein muß und daher relativ teuer ist. Die Auslegung muß im Hinblick auf den größten Verbraucher innerhalb der beiden Aufnahmeräume ausgelegt sein. Außerdem ist der Baugruppenträger nicht mit der weit verbreiteten 19′′-Bauweise kompatibel.

Ferner ist aus der GB-PS 14 60 759 ein Baugruppenträger gemäß 19′′-Standard bekannt, in dessen Rückwand ein Kühlluftgebläse angeordnet ist. Die Kühlluft gelangt über einen Zwischenraum zwischen der Rückwand und dem Aufnahmeraum von hinten zwischen die Leiterplatten. In den beiden Seitenwänden sind Luftleitkanäle angeordnet, über welche die Luft seitlich aus dem Aufnahmeraum abgeführt, nach hinten umgeleitet und an der Rückseite ausgeblasen wird. Durch die seitliche Rückführung der erwärmten Abluft erfolgt ein thermischer Kurzschluß, da großflächige Wandteile erwärmt werden, die wiederum zu einer Erwärmung der angesaugten Kühlluft führen. Durch den konstruktionsbedingten Verlauf der erwärmten Luft quer zu den Leiterplattenebenen wird dieser Effekt noch verstärkt. Außerdem wird die gesamte erwärmte Luft teilweise an den beiden äußeren Leiterplatten entlang zu den seitlichen Austrittsöffnungen geführt, so daß insbesondere diese Leiterplatten einer Erwärmung ausgesetzt sind. Schließlich ist der gesamte Luftstrom durch den relativ kleinen Querschnitt der Austrittsöffnungen begrenzt.

Eine ähnliche Anordnung zur Kühlung eines Baugruppenträgers ist aus der US-PS 31 84 275 bekannt. Hierbei wird über einen rückseitigen Verteilerraum Kühlluft von hinten in separate, übereinander angeordnete Kammern geblasen und über relativ kleine Öffnungen auf einer Seite abgeführt.

Aus der DE-OS 22 01 362 ist ein Lüftereinschub bekannt, bei welchem im Verteilerraum ein Staubfilter angeordnet ist.

Ferner ist im DE-GM 76 23 320 ein 19′′-Gehäuse beschrieben, in welchem ein geschlossener Kühlluftstrom zirkuliert. Hierbei umfaßt der Aufnahmeraum mehrere Höheneinheiten, und ein unterer sowie ein oberer Umluftkanal nehmen jeweils eine Höheneinheit ein. Die beiden Kanäle sind rückseitig über einen vertikalen Umluftkanal miteinander verbunden. Ein horizontal ausgerichteter Lüfter ist im Übergangsbereich zwischen dem oberen und dem vertikalen Umluftkanal angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Baugruppenträger der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem ein gleichmäßiger Luftdurchsatz zwischen allen Leiterplatten sichergestellt ist und welcher mit relativ großformatigen Lüfteranordnungen gekühlt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.

Der Erfindung hat den Vorteil, daß über den Druckraum und den Verteiler ein gleichmäßiger Überdruck der angesaugten Luft erzeugt werden kann, der sich über die Zwischenräume der auf Abstand stehenden Leiterplatten gleichmäßig abbaut. Anders ausgedrückt bilden die Leiterplatten im Aufnahmeraum eine Verengung oder Drossel, die im Verteiler einen Rückstau erzeugt, der das Bestreben hat, sich unter gleichmäßiger Druckver­ teilung über die einzelnen Plattenzwischenräume abzu­ bauen.

Da sich die Lüfteranordnung in der Gehäuserückwand be­ findet, ist man grundsätzlich keinerlei räumlichen Ein­ schränkungen unterworfen. Deshalb können relativ groß­ formatige und leistungsstarke Lüfteranordnungen einge­ setzt werden, die sich systembedingt durch geringe Lauf­ geräusche auszeichnen. Außerdem können auf diese Weise Maßnahmen für die Lüfterversorgung und Lüfteransteuerung reduziert werden.

Es ist grundsätzlich ohne weiteres möglich, den Luft­ strom umzukehren, indem der Druckraum mit Unterdruck beaufschlagt wird und der Verteilerraum als Sammler fungiert. Bei dieser Betriebsweise wird aus den Zwischen­ räumen zwischen den Leiterplatten über die gesamte Breite des Baugruppenträgers gleichmäßig Luft in den Sammler ge­ saugt und von dort über den Unterdruckraum nach außen ausgeblasen.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Gebläseanordnung aus mindestens einem vertikal montierten Axiallüfter besteht.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Druckraum den hinter dem Aufnahmeraum verbleiben­ den Innenraum des Baugruppenträgers vollständig einnimmt. Da der Druckraum auf diese Weise ein relativ großes Volu­ men hat, erhält man einen entsprechend großen Puffer zur Aufnahme der angesaugten Luft.

Alternativ dazu kann es auch zweckmäßig sein, daß der Druckraum mit Hilfe einer Zwischenwand gebildet ist, die im wesentlichen horizontal zwischen der Rückwand des Bau­ gruppenträgers und dem Verteiler angeordnet ist.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, daß die Zwischenwand und ein die Gebläseanordnung aufnehmender Teil der Rück­ wand einstückig ausgebildet ist, so daß ein von der Bau­ gruppenträger-Rückseite her betätigbarer Einschub gebil­ det ist.

Dieser Einschub kann auf einfache Weise dadurch an unter­ schiedliche Ansatzbedingungen angepaßt werden, daß der vertikal verlaufende Rückwandteil mit vorbereiteten Auf­ nahmeöffnungen für wahlweise mehrere Lüfter oder Blind­ platten versehen ist.

Es erweist sich als vorteilhaft, daß am Eingang des Ver­ teilers ein Luftfilter angeordnet ist.

Die wirksame Filterfläche wird insbesondere dadurch ver­ größert, daß der Luftfilter unter einem Winkel zur Strö­ mungsrichtung angeordnet ist.

Für den Fall, daß der Baugruppenträger nicht an allen ver­ fügbaren Plätzen mit Leiterplatten bestückt ist, ist es zweckmäßig, daß der Aufnahmeraum an diesen Stellen zur Vermeidung von Luftkurzschlüssen mit Blindplatten ver­ schlossen ist.

Es ist besonders einfach, daß die Blindplatten aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Eine paßgenaue Anpassung der Blindplatten an unterschiedliche Einsatzbedingungen wird dadurch erreicht, daß eine Blindplatte vorgegebener Größe mit Sollbruchstellen versehen ist, über welche die be­ treffende Platte in das gewünschte Maß gebracht werden kann.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht da­ rin, daß der Baugruppenträger eine Einbauhöhe von insge­ samt 7 Höheneinheiten und der Verteilerraum eine Höheneinheit gemäß der 19′′-Norm aufweist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels weiterbeschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch in perspektivischer Rückansicht einen Baugruppenträger und Fig. 2 zeigt schematisch einen Vertikal-Querschnitt durch den Baugruppenträger gemäß Fig. 1.

Die Fig. 1 veranschaulicht einen Baugruppenträger 1, der zur mechanischen Aufnahme und zur elektrischen Verbindung von mit elektronischen Bauelementen bestückten Steckplat­ ten 2 dient. Diese sind von der Frontseite des Baugruppen­ trägers 1 her in vertikaler Anordnung in einen Aufnahme­ raum 3 in vorgegebenen Abstand voneinander eingesteckt. Jede der Steckplatten 2 ist mit einer in der Normalebene verlaufenden Frontplatte versehen, die jeweils so breit ist, daß bei vollständiger Bestückung des Aufnahmeraums 3 eine geschlossene Frontseite gebildet wird.

Die Höhe des Baugruppenträgers 1 entspricht in dem hier gezeigten Beispiel 7 Höheneinheiten nach dem 19′′-Standard. Die Tiefe des Aufnahmeraums 3 ist durch die Leiterplatten­ tiefe festgelegt. Die beiden Seitenwände 4 des Baugruppen­ trägers 1 sind geschlossen. Die vorstehenden Einzelheiten des Baugruppenträgers 1 sind an sich bekannt. Die Steckpla­ ten 2 nehmen dabei sechs Höheneinheiten ein.

An den Aufnahmeraum 3 schließt sich in der Tiefe des Baugruppenträgers 1 ein Freiraum 5 an, gegen welchen der Aufnahmeraum 3 mit einer Trennwand 6 luftdicht abge­ schlossen ist.

An der Rückseite des Baugruppenträgers 1 befindet sich in dem hier gezeigten Beispiel eine außen aufgesetzte Versorgungseinheit 7 zur elektrischen Versorgung der Steckplatten 2.

Des weiteren sind in der Rückwand 19 in dem hier darge­ stellten Beispiel zwei vertikal eingebaute Axiallüfter 8 vorhanden, die jeweils ein Gehäuse mit im wesentlichen quadratischer Grundfläche aufweisen. Zwei weitere Einbau­ plätze 9 für gleichartige Axiallüfter sind in dem darge­ stellten Beispiel jeweils mit einer Blindplatte luft­ dicht verschlossen.

Die Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch den Bau­ gruppenträger 1 entlang einer Schnittlinie A-A. Aus die­ ser Darstellung wird ersichtlich, daß der Aufnahmeraum 3 rückseitig über eine zweigeteilte Trennwand 6 und front­ seitig über die Frontplatten 20 der Steckplatten 2 luft­ dicht verschlossen ist. Nach unten ist der Aufnahmeraum 3 zu einem Verteilerraum 10 geöffnet, der sich über die ganze Breite des Baugruppenträgers 1 erstreckt. Ebenso ist der Aufnahmeraum 3 über die gesamte Breite des Baugruppenträgers geöffnet (Öffnung 11). Sowohl die unterseitige Öffnung zum Verteilerraum 10 als auch die oberseitige Öffnung 11 sind möglichst großflächig und le­ diglich durch Traversen 12 begrenzt, die konstruktionsbe­ dingt erforderlich sind.

Die Trennwand 6, die bevorzugt aus einem Kunststoffmate­ rial besteht, ist ebenfalls an den Traversen 12 gehalten.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde darauf verzich­ tet, Einzelheiten der elektronischen Bestückung der Steckplatten 2 und ihre Leiterverbindungen in die Figur einzuzeichnen.

Der Verteilerraum 10 steht über die gesamte Breite des Baugruppenträgers 1 mit einem Druckraum 13 in Verbindung, in welchen von außen Luft über die Axiallüfter 8 einge­ blasen wird. Der Druckraum 13 sowie der Verteilerraum 10 sind nach unten über eine Bodenplatte 18 und seitlich über die Seitenwände 4 des Baugruppenträgers 1 luftdicht abgeschlossen. Ferner wird der Druckraum 13 mit einer Zwischenwand 14 gegen den Freiraum 5 abgeschlossen. Das hat zur Folge, daß die angesaugte Luft unter gleichmäßigem Druck an der Unterseite des Aufnahmeraums 3 ansteht. Der Rückstau wird durch die Steckplatten und die darauf be­ findlichen elektronischen Bauelemente erzeugt. Ein Druck­ ausgleich findet über die vertikalen Zwischenräume der auf Abstand angeordneten Steckplatte 2 statt. Es wurde durch Versuche herausgefunden, daß die Luft bei einer üblichen Bestückung der Steckplatten 2 mit Bauelementen überra­ schend gleichmäßig durch alle Zwischenräume strömt. Die Kühlwirkung der Luft kommt dabei allen Steckplatten in gleicher Weise zugute. Die Entsorgung erfolgt nach oben über die Öffnung 11 gemäß den Pfeilen 15.

In Abhängigkeit von der gewünschten und erforderlichen Kühlleistung ist es beispielsweise ohne weiteres möglich, mehr oder weniger Axiallüfter in der Rückwand des Bau­ gruppenträgers 11 anzuordnen, indem die Einbauplätze 9 ebenfalls mit Axiallüftern bestückt werden bzw. einer der Axiallüfter 8 entfernt und der Einbauplatz mit einer weiteren Blindplatte verschlossen wird. Sinngemäß ist es auch möglich, in einer Abwandlung der in Fig. 1 darge­ stellten Anordnung einen einzigen, leistungsstarken Lüfter, der eine größere Einbaufläche erfordert, anstelle von einer Vielzahl kleinerer Lüfter anzuordnen. In allen Fällen erfolgt eine gleichmäßige Druckverteilung der an­ gesaugten Luft im Druckraum 13. In einem derartigen Fall würde man anstelle der Zwischenwand 14 den Freiraum 5 durch eine oberseitige Abdeckplatte verschließen.

Im Übergangsbereich zwischen dem Verteilerraum 10 und dem Druckraum 13 ist ein Luftfilter 16 angeordnet. Er ist in der Weise geneigt, daß die wirksame Fläche mög­ lichst groß wird. Am oberseitigen Ende ist er über eine oder mehrere Laschen 17 kraftschlüssig an der Zwischen­ wand 14 gehalten. Mit seinem unterseitigen Ende ist er auf dem Gehäuseboden 18 und an einer Traverse 12 abge­ stützt. Ein Auswechseln des Luftfilters 16 kann dadurch erfolgen, daß eine frontseitige Abdeckung 21 des Vertei­ lerraums 10 entfernt wird, so daß der Zugang zum Luft­ filter 16 möglich ist. Diese Abdeckung 21 kann auch in Form von Teilfrontplatten zur Aufnahme von Anzeige-, Schalt-, Überwachungs- oder Steckelementen genutzt werden.

Die Fig. 2 macht weiter deutlich, daß die Einbauhöhe der Axiallüfter 8 die Einbauhöhe des Verteilerraumes 10 be­ trächtlich übersteigt. Wenn die Einbauhöhe des Verteiler­ raums 10 beispielsweise eine Höheneinheit gemäß 19′′- Standard beträgt, so kann die Einbauhöhe der Axiallüfter 8 zwei, drei und mehr Höheneinheiten betragen, da rück­ seitig relativ viel Platz zur Verfügung steht.

Die Zwischenwand 14 kann zusammen mit den Einbauplätzen für die Axiallüfter 8 bzw. die Blindplatten einstückig in Form eines Einschubs ausgebildet sein, der von der Rückseite des Baugruppenträgers 1 eingeschoben wird. Das freie Ende der Zwischenwand 14 wird an einer der Traver­ sen 12 gehalten.

Claims (12)

1. Baugruppenträger mit einem nach unten und oben offenen sowie rückseitig luftdicht abgeschlossenen, einen vertikalen Luftkanal bildenden Aufnahmeraum für eine Vielzahl von vertikal angeordneten, elektronische Bauelemente tragenden Leiterplatten, mit einer Zwangsbelüftung des Aufnahmeraums mittels einer Gebläseanordnung, und mit einem unterhalb des Aufnahmeraums sich im wesentlichen über die gesamte Grundfläche des Aufnahmeraums erstreckenden Verteilerraum,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein im wesentlichen hinter dem Aufnahmeraum (3) liegender und mit dem Verteilerraum (10) in Verbindung stehender Druckraum (13) vorhanden ist,
daß die Gehäuserückwand (19) zumindest teilweise in den Druckraum (13) miteinbezogen ist,
daß sich die Gebläseanordnung in diesem betreffenden Teil der Gehäuserückwand (19) befindet und
daß der Druckraum (13) mit einer oberseitigen Abdeckung verschlossen ist.

2. Baugruppenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberseitige Abdeckung des Druckraums (13) aus einer Zwischenwand (14) gebildet ist, die im wesentlichen horizontal zwischen der Oberseite der Lüfteranordnung und der Oberseite des Eingangs des Verteilerraums (10) angeordnet ist.

3. Baugruppenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (13) den hinter dem Aufnahmeraum (3) verbleibenden Freiraum (5) des Baugruppenträgers (1) vollständig einnimmt.

4. Baugruppenträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (14) und ein die Gebläseanordnung aufnehmender Teil der Gehäuserückwand (19) einstückig ausgebildet sind, und daß die Zwischenwand (14) und die betreffende Gehäuserückwand (19) einen von der Baugruppenträger-Rückseite her betätigbaren Einschub bilden.

5. Baugruppenträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikal verlaufende Rückwandteil des Einschubs mit vorbereiteten Aufnahmeöffnungen zur wahlweisen Anordnung von mehreren Lüftern oder Blindplatten versehen ist.

6. Baugruppenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläseanordnung aus mindestens einem vertikal montierten Axiallüfter (8) besteht.

7. Baugruppenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang des Verteilerraums (10) ein Luftfilter (16) angeordnet ist.

8. Baugruppenträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfilter (16) unter einem Winkel zur Strömungsrichtung angeordnet ist.

9. Baugruppenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum (3) zur Vermeidung von Luft-Kurzschlüssen an freien Leiterplatten-Aufnahmeplätzen mit Blindplatten verschlossen ist.

10. Baugruppenträger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindplatten aus einem Kunststoffmaterial bestehen.

11. Baugruppenträger nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindplatten eine vorgegebene Größe aufweisen und mit Sollbruchstellen versehen sind, über welche die betreffende Blindplatte in das gewünschte Maß gebracht werden kann.

12. Baugruppenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Einbauhöhe von insgesamt sieben Höheneinheiten und der Verteilerraum (10) eine Höheneinheit gemäß der 19′′-Norm aufweisen.