DE4028003C2

DE4028003C2 -

Info

Publication number: DE4028003C2
Application number: DE4028003A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl.-Ing. 8152 Feldkirchen De Moser
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1990-09-04
Publication date: 1992-09-10
Also published as: US5262587A; FR2666483B1; FR2666483A1; DE4028003A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Klemmelement zur Halterung von parallel zueinander gesteckten Elektronik-Karten in einem Elektronikgehäuse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Klemmelemente sind in den verschiedensten Ausführungsformen und für die verschiedensten Aufgaben bereits bekannt. So ist beispielsweise durch die DE 37 32 346 C2 der Patentinhaberin ein Spannelement bekannt geworden, das nicht nur unterschiedlich große Elektronik-Karten in vibrationsfreier Planlage halten kann, sondern auch eine vibrationsfreie Lagerung bei Anordnung der Spannelemente an Kartenleerplätzen gewährleistet. Hierzu ist eine Konzeption geschaffen worden, bei der eine u-förmige Führungsschiene über eine in ihrem Zentralpunkt angeordnete Halteöse und ein durch diese Öse gezogenes Klemmelement aufnimmt. Diese Ausführungsform hat sich für ihren Zweck bewährt, ist jedoch in seiner Wärmeleitung in dem Elektro nik-Gehäuse, die durch sogenannte Wärmetauscher zwangsgekühlt wird - insbesondere an den Schnittstellen Elektronik-Karte zu Elektronik-Gehäuse wand - viel zu uneffizient.

Im Handel befindliche Klemmelementeausführungen sehen verschiedene mechanische Klemmformen zwischen Elektronik-Karten und Elektronik-Gehäusen vor, so beispielsweise Klemmbügel aus Federstahl, die in die entsprechend ausgestaltete Kartenhaltenut der Wärmetauscher eingelegt werden. Durch diese Federbügel wird auch die Wärmeübertragung von Karte zu Gehäusewand vollzogen.

Ferner sind sogenannte Exzenterklemmungen bekannt, bei denen ein Feder plättchen und ein Exzenter-Element auf den Steg der Elektronik-Karte drückt und so die Verbindung und Wärmeleitung von Karte und Wärmetauscher wandung herstellt. Abgesehen davon, daß auch hier eine spezielle Bearbei tung der Wärmetauscher für die Exzenter- und Federlagerung erforderlich ist, ist auch die Wärmeableitung viel zu geringfügig.

Durch die US 44 80 287 ist ein Klemmelement zur Halterung von parallel zueinander gesteckten Elektronik-Karten in einem Elektronikgehäuse gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 bekanntgeworden. Zum Stand der Technik zählt ferner das durch die US 47 01 829 offenbarte Ausführungsbeispiel einer Wärmeabführung durch Wasser, Alkohol etc. in einem Kühlkanal des Elektronikgehäuseblocks.

Alle diese vorgenannten Ausführungsformen haben eine Reihe von Nachteilen. So erfolgt in den Wärmetauschern eine Längsdurchströmung des Kühlmittelme diums, was innerhalb des Gehäuses zu unterschiedlichen Temperaturen und von Elektronik-Karte zu Elektronik-Karte zu sich vermindernder Kühl leistung führt, da das Kühlmedium sich durch die Wärmeaddition kontinuier lich erwärmt (Fig. 4).

Aber auch die bekannten Klemmelemente sind durch ihre relativ kleinen, oft nur linien- oder punktförmigen Kontaktflächen oder Querschnittsflächen für eine ausreichende Wärmeleitung bzw. Wärmeabfuhr ungenügend verwendbar. Außerdem ist die Klemmkraft, die ja für den thermischen Widerstand über die Kontaktanpreßflächen wesentlich ist, meist starken Toleranzen unter worfen und so eine einheitliche, definierte Klemmkraft nur über spezielle Meßeinrichtungen, Drehmomentenschlüssel etc. einstellbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Klemmelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das den thermischen Wärmeleitungs widerstand und damit die wärmeleitungsmäßig sich einstellende Temperatur differenz zwischen Elektronik-Karte und Elektronik-Gehäuse wesentlich reduziert und eine definierte Klemmkrafteinstellbarkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel erläu tert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilgeschnittene Längsansicht eines Ausführungsbeispiels der vorgeschlagenen Klemmelementen-Konzeption,

Fig. 2 einen Teilausschnitt von Klemmstellen der Elektronik-Karten in dem Elektronik-Gehäuse gemäß Fig. 3 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Elektronik-Gehäuses mit dem vorgeschlagenen Doppelkeil-Klemmelement und integrierten Kühlmit telkanälen,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Elektronik-Gehäuses mit traditioneller Klemmung und Wärmetauscher für Kühlluft gemäß dem Stand der Technik.

Während die Fig. 4 ein mittels Kühlstrom längsdurchflossenes Elektro nik-Gehäuse des Standes der Technik veranschaulicht, zeigt die Fig. 3 eine Elektronik-Gehäuseausführung mit querdurchströmter Zwangskühlung und einer Doppelkeilklemmung der Elektronik-Karten, die nachfolgend beschrie ben wird.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die vorgenannte Doppelkeil klemmung eines Klemmelementes 10, das sich aus einem Spannteil 11a, 11b, 11c mit einer Spanneinrichtung 12a, 12b, 12c und mindestens zwei trapez förmigen Klemmteilklötzen 13a, 13b zusammensetzt. Der Spannteil wird gebildet aus einem Aufnahmesegment 11a für die Spannschraube 12a und einem Endlagersegment 11c für diese Spannschraube 12a. Zwischen diesen beiden Segmenten 11a, 11c, die jeweils eine zueinander gegenläufig gerich tete konisch verlaufende Endfläche aufweisen, ist ein konisch ausgebilde tes Gleitsegment 11b angeordnet, das mit einer Aufnahmebohrung für die Spannschraube 12a versehen ist. Jedes der Segmente 11a, 11c ist mit einem Sackloch 11d versehen, in denen der Sechskant-Schraubenkopf 12d oder die Sechskant-Schraubenmutter 12b und jeweils ein Federpaket 12c gelagert sind.

Beim Eindrehen der durchgehenden Schraube 12a erfolgt infolge der ver drehungssicher gelagerten Schraubenmutter 12b eine "Verkürzung" derselben. Durch die von den Federn 12c "gedämpft" aufgebrachte Kraft verschieben sich die Klemmteilklötze 13a, 13b an den trapezförmig verlaufenden Seiten flächen 13′, 13′′ in gezeichneter Pfeilrichtung B senkrecht nach unten, bis sie die ebenfalls keilförmig ausgearbeitete Nutwand 15a der in dem Elek tronik-Gehäuse 100 herausgearbeiteten Stege 100s berühren. Die Seiten flächen 13′, 13′′ sind so gestaltet, daß die eine Seitenfläche 13′ senk recht zur Klemmelemente-Oberfläche 13 _o und die andere Seitenfläche 13′′ zur Klemmelemente-Unterfläche 13 _u verläuft. Dies ist aus der Fig. 2 deutlich zu ersehen. Durch die Abwärtsbewegung der Klemmteilklötze 13a, 13b wird der Steg 14a der Elektronik-Karte 14 an die senkrechte Wand des Steges 100s gepreßt.

Da die mindestens zwei Klemmteilklötze 13a, 13b den direkten Kontakt mit der Elektronik-Karte 14 und dem Elektronik-Gehäuse 100 herstellen und außerdem große Anlageflächen aufweisen, werden sie aus einem gut wärmelei tendem Material - wie beispielsweise Aluminium oder Duraluminium - herge stellt, um so optimal auch zur Wärmeableitung zu dienen. Bisher konnte aufgrund konstruktiver und prinzipbedingter Gründe der Klemmvorrichtungen nur die direkte Kontaktfläche von Elektronik-Karte und Elektronik-Gehäuse als wärmeableitende Fläche genutzt werden, da die Klemmvorrichtung selbst einen zu hohen thermischen Widerstand für die Wärmeableitung von der Elektronik-Karte 14 bildete. Durch die großen Anlageflächen 13′ und 13′′ der Klemmteilklötze 13a, 13b ist nun jedoch der thermische Widerstand der Klemmung verringert und der Zuwachs an wärmeübertragender Anlageflächen vergrößert worden.

Durch die Anordnung von mindestens zwei Klemmteilklötzen 13a, 13b werden Toleranzen der Klemmgeometrie ausgeglichen und homogene Klemmkräfte über die gesamte Klemmlänge erreicht. Da die an den wärmeübertragenden Anlage flächen 13′, 13′′ wirkenden Anpreßkräfte durch die über die Federpakete 12c - vorzugsweise Tellerfedern aus Stahl oder Kunststoff - übertragenen Druckkräfte bestimmt sind, ist es möglich, diese Federpakete 12c so zu dimensionieren, daß die jeweils gewünschte oder erforderliche Klemmkraft durch Markierungen - beispielsweise am Sechskant-Schraubenkopf oder an dem ihm zugeordneten Sackloch 11d - angezeigt wird und so die Sechskant-Spann schraube 12a gleichzeitig als Klemmkraftindikator dient.

Eine andere Möglichkeit hierzu kann darin gesehen werden, daß beispiels weise die korrekte Klemmkraft zwischen Elektronik-Karte 14 und Elektro nik-Gehäuse 100 genau dann erreicht ist, wenn der - gegebenenfalls farbige - Sechskantkopf der Spannschraube 12a von außen betrachtet bündig mit dem Rand 11d′ des Sacklochs 11d abschließt. Dadurch erübrigt sich für die Aufbringung einer definiert einheitlichen Klemmkraft der Einsatz speziel ler Werkzeuge wie Drehmomentenschlüssel etc. Der mit definiert einheit licher Klemmkraft hergestellte Zustand ist sofort und jederzeit optisch sichtbar und irgendwelche maßliche Veränderungen der Klemmgeometrie während des Betriebes - beispielsweise durch Vibrationen - werden durch die Wirkung der Federpakete 12c kompensiert.

Die vorgeschlagene Konzeption einer Doppelkeil- bzw. Mehrfachkeilklemmung weist weiterhin den besonderen Vorteil auf, daß keinerlei Montage weder an der Elektronik-Karte 14 noch an dem Elektronik-Gehäuse 100 erforderlich ist. Das vorbeschriebene Klemmelement 10 kann als separates Teil nach dem Einstecken der Elektronik-Karte 14 in den entsprechenden Raum der Nute eingeführt werden. Die schräge Nutfläche 15a der Stege 100s hält das Klemmelement 10 auch in ungeklemmten Zustand in ihrer richtigen Position.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist es bei entsprechenden Größen möglich, die Stege 100s des Elektronik-Gehäuses 100 mit Kühlkanälen 16 für Luft oder Flüssigkeit oder sogenannten Heizkanälen 16′ zu versehen. Dadurch wird insgesamt das Volumen und das Gewicht des Elektronik-Gehäuses 100 redu ziert, da die Kühlkanäle, die in ihrer Summe den Wärmetauscher bilden, jetzt örtlich integriert sind in den Klemmstegen und nicht separiert, wie in Fig. 4 ersichtlich. Aber auch bei den Ausführungen nach Fig. 4 erweist sich die vorgeschlagene Doppel- bzw. Mehrfachkeilklemmung vor allem in bezug auf die Wärmeabführung als besonders vorteilhaft, denn durch die Änderung der Durchströmrichtung bei Fluidkühlung wird die Längsdurchströ mung des Elektronik-Gehäuses durch eine Querdurchströmung ersetzt. Das bewirkt, daß alle Elektronik-Karten 14 die nahezu gleichen Kühlfluidtem peraturen als Kühlrandbedingungen haben. Bei der bisherigen Längsdurch strömung ergeben sich für die in Strömungsrichtung befindlichen Karten konstant ansteigende Kühlfluidtemperaturen, da sich die Temperatur des Fluids bzw. Mediums von Karte zu Karte addiert. Die Wahl der Querschnitts form der Kanäle 16, 16′ wird sich in erster Linie nach dem Fertigungsauf wand und dem Volumen der Stege 100s richten.

Claims

1. Klemmelement zur Halterung von parallel zueinander gesteckten Elektronik-Karten in einem Elektronik-Gehäuse, wobei der Abwärmetrans port von den Elektronik-Karten zum Elektronik-Gehäuse durch Wärmeleitung über die Klemmelemente und zwangsgekühlt über Wärmetauscher erfolgt und sich das Klemmelement (10) aus einem Spannteil (11a, 11b, 11c) mit einer Spanneinrichtung (12a, 12b, 12c) und mindestens zwei trapezförmigen Klemmteilklötzen (13a, 13b) zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß Spannteil (11a, 11b, 11c) und Klemmteilklötze (13a, 13b) Seitenflächen (13′, 13′′) aufweisen, von denen jeweils die eine Seitenfläche (13′) - im Querschnitt gesehen - senkrecht zur Klemmelemente-Oberfläche (13 _o) und zur Klemmelemente-Unterfläche (13 _u) und die andere Seitenfläche (13′′) trapezförmig von oben nach unten verläuft, wobei das Klemmelement (10) zusammen mit dem Steg (14a) der Elektronik-Karte (14) in entsprechend einseitig trapezförmigen Nuten (15) des mit integrierten Kühlkanälen (16) versehenen Elektronik-Gehäuses (100) eingesetzt wird, und daß die Spanneinrichtung (12a, 12b, 12c) als Klemmkraftindikator ausgebildet ist.

2. Klemmelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmteilklötze (13a, 13b) aus einem gut wärmeleitendenden Vollmaterial, wie Aluminium oder Duraluminium, gefertigt sind.

3. Klemmelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (12a, 12b, 12c) Federpakete (12c) und eine Spannschraube (12a) mit einem Innensechskantkopf (12d) und das Spannteil (11a, 11b, 11c) Sack1öcher (11d) und Segmente (11a, 11c) aufweist.

4. Klemmelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kühlkanäle (16) für Luft oder flüssiges Medium oder die Wärmerohre (16′) parallel zu den Nuten (15) in den verbleibenden Stegen (100s) des Elektronik-Gehäuses (100) angeordnet sind.

5. Klemmelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die korrekte Klemmkraft zwischen Elektronik-Karte (14) und Elektro nik-Gehäuse (100) genau dann erreicht ist, wenn der - gegebenenfalls farbige - Sechskantkopf der Spannschraube (12a) von außen betrachtet bündig mit dem Rand des Sacklochs (11d) abschließt.