DE69302561T2

DE69302561T2 - Anordnung zur Erwärmung von elektronischen Platten

Info

Publication number: DE69302561T2
Application number: DE69302561T
Authority: DE
Inventors: Pierre Dagnac; Michel Leviandier; Jean-Philippe Tigneres
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: EP0599678A1; WO2004075614A1; DE69302561D1; EP0599678B1; FR2697717A1; US5486681A; FR2697717B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen von Elektronikkarten, die in Kartenführungen angeordnet sind und zwischen denen eine Luftzirkulation möglich ist.
Im allgemeinen sind diese Elektronikkarten unabhängig von ihren Abmessungen, ihrer Dicke, der Technologie ihrer Bauteile oder dem sie bildenden Material dafür vorgesehen, in Elektronikgehäusen, Rechnern oder verschiedenen anderen Gegenständen zu arbeiten. Diese Gegenstände können in einigen Fällen in schwierigen klimatischen Umgebungen und insbesondere bei sehr niedrigen Temperaturen eingesetzt werden, die bis zu -55 bis -60ºC reichen. Bei solchen Temperaturen arbeiten viele Bauteile und insbesondere die sogenannten zivilen Bauteile nicht oder nur schlecht. Es ist daher notwendig, deren Temperatur bis auf einen ausreichenden Wert anzuheben, um das schnelle Anlaufen und den korrekten Betrieb der Elektronikkarten zu gewährleisten.
Es ist in einigen Fällen bekannt, auf jeder integrierten Schaltung ein eigenes Heizmittel vorzusehen (beispielsweise einen Widerstandsdraht). Eine solche Lösung ist jedoch teuer, da sie die Verwendung von speziell modifizierten Bauteilen erfordert.
Außerdem ist eine elektronische Schaltung aus der EP-A-0 484 852 bekannt. Diese hinsichtlich der Temperatur gesteuerte elektronische Schaltung enthält ein Trägersubstrat, das auf seiner ersten Seite Bauteile der Schaltung und auf seiner zweiten Seite ein Heiznetz aufweist.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, das Erwärmen von Standard-Elektronikkarten zu ermöglichen, die herkömmliche Bauteile ohne jegliche Modifikation verwenden.
Ein Ziel der Erfindung ist somit eine Vorrichtung zum Erwärmen von Elektronikkarten, die aufgrund einer geeigneten Anordnung von Gruppen zur Montage und zum Tragen dieser Karten einfach ist.
Gemäß der Erfindung ist daher eine Vorrichtung zum Erwärmen von Elektronikkarten geschaffen, die zwischen einander gegenüberliegenden Karten führungswänden angebracht sind, welche zueinander parallele Führungsnuten und einen die Verbindungen gewährleistenden Boden enthalten, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß an wenigstens einer der Kartenführungswände an der zu den Nuten entgegengesetzten Fläche ein Heizelement angebracht ist, daß mit dem Heizelement Konvektionsmittel in Verbindung stehen und daß die Kartenführungswände Lufteinlässe enthalten, die zwischen den Nuten angeordnet sind, um die Zirkulation von erwärmter Luft zwischen den Elektronikkarten zu gewährleisten.
Die Erfindung sieht auch eine Vorrichtung zum Erwärmen von Elektronikkarten gemäß dem Patentanspruch 8 vor.
Die Vorrichtung bezieht sich auf jede Art von Karten, ohne daß an diesen Modifikationen ausgeführt werden. Außerdem ist das Erwärmen sehr viel wirksamer, da es von den beiden Seiten jeder Karte erfolgt, wodurch es möglich ist, die Bauteile mittels ihres Körpers und mittels ihrer Anschlüsse unabhängig von der Montagerichtung zu erwärmen.
Die Erfindung wird besser verstanden und weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigen:
- Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- Figur 2 ein Prinzipschema der Vorrichtung mit natürlicher Konvektion;
- die Figuren 3 und 4 ein Prinzipschema der Vorrichtung mit Zwangskonvektion; und
- Figur 5 einen Teil einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Figur 1 ist perspektivisch eine Gruppe zur Montage von Elektronikkarten dargestellt, die modifiziert ist, um die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen zu bilden.
In der gesamten Beschreibung und den Patentansprüchen wird unter dem Ausdruck "Elektronikkarte" jede Art von Karte verstanden, die eine gewisse Anzahl von Elektronikbauteilen aufweist, die miteinander verbunden sind, um eine Schaltung zu bilden, beispielsweise eine gedruckte Leiterplatte, unabhängig von deren Abmessungen, Dicke, Technologie der Bauteile, Herstellungstechnologie und unabhängig von dem die Karte bildenden Material (Epoxidglas, Epoxidverbund, keramische Polyamide, etc...). Die Elektronikkarten 8 werden zur Montage und zum Halten in Führungsnuten 6 von einander gegenüberliegenden Kartenführungswänden 2 eingebracht. Diese Wände sind mit einem Boden 41 der Träger-Leiterplatte oder dem Gehäuseboden, verbunden, der mit Verbindern 5 versehen ist, um entsprechende Steckverbinder der Karten aufzunehmen. Dieser Boden 4 ist dafür vorgesehen, die nötigen Anschlüsse zu gewährleisten. Zum Gewährleisten des Erwärmens der Karten gemäß der Erfindung ist vorgesehen, an den Kartenführungswänden 2 auf der zu den Nuten entgegengesetzten Seite ein Heizelement 1 anzuordnen. Dieses Element kann ein Widerstandsfilm oder ein Widerstandsträger oder auch eine Zirkulationsvorrichtung für ein Wärmeübertragungsfluid oder eine Vorrichtung mit Peltier-Effekt oder jedes andere bekannte Heizmittel sein. Dieses Heizelement 1 kann an der Wand 2 auf jede Weise befestigt sein, beispielsweise durch Kleben, Nieten, Schrauben, Andrückplatte, etc....
Dieses Heizelement ist entlang der zum Boden 4 entgegengesetzten Seite der Wand 2 befestigt. Die Kartenführungswand besteht aus einem metallischen Material oder einem gut wärmeleitenden Material.
Dem Heizelement 1 ist ein Konvektionsmittel zugeordnet, beispielsweise Flügel 3 aus Metall (beispielsweise Aluminium) oder jedem anderen gut wärmeleitenden Material. Zwischen dem Element 1 mit den Flügeln 3 und dem Boden 4 sind in der Wand 2 zwischen den Nuten 6 Lufteinlässe 7 ausgebildet, die den Durchgang von erwärmter Luft durch die Flügel 3 ermöglichen.
Aufgrund dieser Lufteinlässe kann die erwärmte Luft zwischen den in die Nuten 6 eingesetzten Karten 6 zirkulieren und die von den Karten getragenen Bauteile erwärmen. Selbstverständlich könnten das Heizelement 1 und die Flügel 3 auf andere Weise an der Kartenführungswand 2 angeordnet sein, beispielsweise in einer beliebigen Stellung zwischen dem Boden 4 und der zu dem Boden entgegengesetzten Seite der Wand 2. In diesem Fall könnten die Lufteinlässe auf der einen und der anderen Seite der Flügel 3 angeordnet sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen gewährleistet das Erwärmen der Bauteile gemäß verschiedener möglicher Arten von Wärmeaustausch:
- durch Konduktion der metallischen oder gut wärmeleitenden Massen; diese Art ist besonders wirksam, wenn die Elektronikkarten mit Wärmeabfuhrvorrichtungen versehen sind (beispielsweise einer Schicht im allgemeinen aus Metall, welche die gesamte Karte bedeckt, während der Durchgang für die Anschlüsse der Bauteile und die Verbinder freigelassen wird);
- durch Strahlung in der unmittelbaren Nähe des Heizelementes;
- durch insbesondere natürliche Konvektion.
Für den Fall, daß nur diese Arten von Wärmeaustausch verwendet werden, muß die natürliche Konvektion unterstützt werden, was gemäß dem Schema von Figur 2 erreicht wird. In diesem Schema ist zu sehen, daß die Kartenführungswände 2 vertikal entlang der Achse zz' angeordnet sind, wobei der Boden 4 oben liegt. Die durch Kontakt mit den Flügeln 3 erwärmte Luft zirkuliert entlang der Pfeile a und b, indem sie die Lufteinlässe 7 durchquert und dann zwischen den Karten hindurchströmt.
Die Wirksamkeit und die Verwendungsanpassungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können weiter verbessert werden, indem eine Zwangskonvektion vorgesehen wird. Zu diesem Zweck werden in den Wegen a und b der natürlichen Konvektion ein Ventilator 9 oder Ventilatoren oder Turbinen angeordnet, wie dies in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Die Ventilatoren 9 sind beispielsweise bezüglich der Karten auf der zum Boden 4 entgegengesetzten Seite angeordnet. Diese Ventilatoren beschleunigen die Luftzirkulation; da die Zirkulation eine Zwangszirkulation ist, ist die Stellung der Baugruppe im Raum beliebig. In den Figuren 3 und 4 sind zwei mögliche verschiedene Stellungen dargestellt.
Es ist zu sehen, daß in jedem Fall die Wärmeleistung des Heizelementes, die Oberfläche der Flügel, die Anzahl der Flügel, deren Stellung sowie der Querschnitt der Lufteinlässe in Abhängigkeit von den Karten und den verwendeten Bauteilen, der niedrigen Ausgangstemperatur, der gewünschten Anlaufzeit ausgehend von der niedrigen Temperatur sowie dem Gesamtvolumen und dem Gesamtwärmeinhalt des Gehäuses bestimmt werden.
In Figur 5 ist ausschnittsweise eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die insbesondere für den Fall der Zwangskonvektion ausgelegt ist. Bei dieser Variante ist das Heizelement 1 nicht mehr direkt an der Kartenführungswand 2 angeordnet, sondern an einem Träger 10. Der Träger 1 muß sich wie die dem Heizelement 3 zugeordneten Flügel in dem Luftstrom der Zwangszirkulation zu den Lufteinlässen und den Karten befinden.
Diese Flügel 3 können alleine verwendet werden, oder es kann, wie in Figur 5 dargestellt ist, ein weiterer Satz von Flügeln 3' vorgesehen sein, die an der Kartenführungswand 2 angeordnet und zwischen die Flügel 3 eingesetzt sind, um den Wärmeaustausch mit der Wand 2 und durch Konduktion mit den Karten 8 und ihren eventuellen Wärmeabführvorrichtungen zu verbessern.
Es ist offensichtlich, daß die Vorrichtung zum Erwärmen mittels einer beliebigen Schaltung zur Wärmeregulierung in Abhängigkeit von der Temperatur eingeschaltet und ausgeschaltet wird, die für den korrekten Betrieb der Bauteile notwendig ist.
Selbstverständlich beschränken die beschriebenen Ausführungsbeispiele die Erfindung in keiner Weise.

Claims

1. Vorrichtung zum Erwärmen von Elektronikkarten, die zwischen einander gegenüberliegenden Kartenführungswänden (2) angebracht sind, welche zueinander parallele Führungsnuten (6) und einen die Verbindungen (5) gewährleistenden Boden (4) enthalten, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß an wenigstens einer der Kartenführungswände (2) an der zu den Nuten (8) entgegengesetzten Fläche ein Heizelement (1) angebracht ist, daß mit dem Heizelement (1) Konvektionsmittel (3) in Verbindung stehen und daß die Kartenführungswände (2) Lufteinlässe (7) enthalten, die zwischen den Nuten (6) angeordnet sind, um die Zirkulation von erwärmter Luft zwischen den Elektronikkarten zu gewährleisten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement an der Kartenführungswand (2) entlang der zum Boden (4) entgegengesetzten Seite dieser Wand angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kartenführungswände (2) vertikal mit darüberliegendem Boden (4) angeordnet sind, wenn die Erwärmung der Karten durch natürliche Konvektion bewirkt wird und die Luft durch die Konvektionsmittel zirkuliert sowie durch die Lufteinlässe und zwischen den Karten hindurchströmt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Zwangsventilationsmittel (9) enthält, um eine Zwangskonvektion durch beschleunigte Luftzirkulation zwischen den Karten zu erzeugen, wobei die Ventilationsmittel in die Kreise der natürlichen Luftzirkulation zwischen den Karten, den Lufteinlässen und den Konvektionsmitteln eingesetzt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilationsmittel durch wenigstens einen Ventilator (9) gebildet sind, der bezüglich der Elektronikkarten (2) auf der zum Boden (4) entgegengesetzten Seite angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konvektionsmittel durch Rippen (3) aus einem sehr gut wärmeleitenden Material gebildet sind, die parallel zu den Nuten (6) an dem Heizelement (1) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) durch einen Widerstandsfilm gebildet ist, der an der Kartenführungswand (2) entlang der zum Boden (4) entgegengesetzten Seite dieser Wand angeordnet ist.

8. Vorrichtung zum Erwärmen von Elektronikkarten, die zwischen einander gegenüberliegenden Kartenführungswänden (2) angebracht sind, welche zueinander parallele Führungsnuten (6) sowie einen die Verbindungen (5) gewährleistenden Boden (4) enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kartenführungswände (2) zwischen den Nuten (6) angeordnete Lufteinlässe (7) enthalten, daß Zwangsventilationsmittel (9) vorgesehen sind, um durch beschleunigte Zirkulation der Luft durch die Lufteinlässe (7) und zwischen den Karten (8) eine Zwangskonvektion zu erzeugen, und daß ein mit Konvektionsmitteln (3) in Verbindung stehendes Heizelement (1) so angeordnet ist, daß die Konvektionsmittel (3) in der Bahn der

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