DE2608125C3 - Einsatz für Gestelle der elektrischen Übertragungstechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Einsatz für Gestelle der elektrischen Übertragur.gsterhnik mit einer als geripptes Kühlprofil ausgebildetei, Frontplatte, durch die das Innere des Einsatzes durch im Kühlprofil angebrachte Öffnungen mit der Außenluft in Verbindung steht. Solche Gestelle weisen im Abstand der vertikalen Abmessung der Einsätze übereinander konsolartig ausgebildete Aufnahmevorrichtungen mit Führungsschienen auf, in die entsprechend deren Profil entgegengesetzt ausgebildete Führungselemente an den Einsätzen eingreifen. Zur elektrischen Verbindung der Einsätze mit der Verdrahtung der Gestelle und mit der Amtsverkabelung können an den Rückseiten der Einsätze Steckvorrichtungen angebracht sein, die in als Gegenstücke ausgebildete Steckvorrichtungen in den Gestellen eingreifen. In den Einsätzen sind übereinander eine Vielzahl von Einschüben horizontal angeordnet Diese Einschöbe können beispielsweise Leiterplatten sein, an deren einer Schmalseite Steckvorrichtungen befestigt sind, die in entsprechende Gegenstücke an der rückwärtigen Innenseite der Einsätze eingreifen. Zur Führung der Einschübe sind an den senkrechten Innenseiten der Einsätze Führungsschienen befestigt Eine solche Bauweise ist beispielsweise in der Zeitschrift »Technische Mitteilungen AEG-TELEFUNKEN (1974), Beiheft Trägerfrequenztechnik« auf Seiten 9 bis 10 beschrieben.

Zur Stromversorgung der in den Gestellen untergebrachten Einrichtungen sind ebenfalls Einsätze vorgesehen, in denen ein Netzteil, Umrichter, Spannungsregler iisw. enthalten sein können; Zur optimalen Raumausnul· zung wird eine möglichst hohe Packungsdichte angestrebt, weiche durch Verwendung von Leistungshalbleifern und die durch die Anwendung fortschrittlicher Schältungsprinzipien die Erhöhung der Umriehterfre-

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65 quenzen und Übergang auf geschaltete Stromversorgung ermöglichte Verwendung sehr kleiner Bauelemente auch erzielt werden kann. Ein besonderes Problem stellt dabei die gerade in solchen Stromversorgungseinsätzen anfallende Verlustleistung dar, die eine erhebliche Temperaturerhöhung im Inneren des Einsatzes herbeiführen kann. Die Folge wäre eine erhebliche Beeinträchtigung der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit der Bauteile

Aus der DE-OS 19 13 135 ist eine in sich abgeschlossene, elektrische Baugruppe bekannt, bei der Verlustwärme erzeugende Leistungsbauteile wie beispielsweise Leistungshalbleiter, thermisch gut leitend mit einer Frontplatte, die zusätzlich mit Kühlrippen versehen ist gekoppelt sind. Dabei sind die Leistungsbauteile auf einem gut wärmeleitenden Träger angeordnet, der die Verlustwärme dieser Bauteile über geringe thermische Widerstände zur Frontseite abführen kann, so daß nur ein geringe-- Temperaturgefälle zwischen diesen Bauteilen und der sie umgebenden Luft im Einsatz auftritt Der gut wärmeleitende Träger hat dabei die Form eines ..£*·ΓΩ€Ω£, „essen «ur t»ie rr «rmssLneiiung rnsugcucnucr Querschnitt nach der Frontplatte hin zunimmt und bei dem sich der größte Anteil der Bauelemente mit höherer Verlustwärme näher an der Frontplatte befindet als die Bauteile mit geringerer Verlustwärme. Bei dieser Anordnung erfolgt die Wärmeabgabe überwiegend durch Konvektion von der Frontplatte an die umgebende Luft Bei einem solchen, in sich abgeschlossenen Gehäuse, kann es jedoch bei der angestrebten, hohen Packungsdichte immer noch zu einer thermischen Kapselung kommen, die Ursache für einen Wärmestau und örtliche Überhitzung sein kann. Es ist dabei nämlich zu berücksichtigen, daß beispielsweise bei Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren ab einer Celsius-Temperatur von +40⁰C bei einer Temperaturerhöhung von 7°C jeweils mit einer Halbierung der Brauchbarkeitsdauer (das ist die Zeitdauer einer konstanten niedrigen Fehlerrate) gerechnet werden muß.

Nachteilig bei der bekannten Anordnung ist auch, daß das Nachrüsten weiterer Baugruppen auf Grund der durch den Träger starr vorgegebenen Abmessungen nicht möglich ist. Außerdem kann das Verdrahten der Bauteile fast nur ausschließlich von Hand geschehen, was eine kostengünstige rationelle Fertigung schier unmöglich macht. Ein weiterer Faktor der hohe Herstellungskosten bedingt, ist die Herstellung des kompliziert aufgebauten Rahmens selbst.

Eine andere Wärmeabieitervorrichtung für elektrische Baugruppen ist aus der DE-AS 19 13 679 bekannt. In dieser Schrift ist eine Baugruppe vorgestellt, bei der d^;e Bauteile auf einer Leiterplatte befestigt und verdrahtet sind. Zur Abgabe der Betriebswärme ist ein Konstruktionsteil, das vorzugsweise aus einer mit Kühlrippen versehenen metallischen Frontplatte besteht, vorgesehen, das mit einem aus gut wärmeleitenden Material bestehenden Wärmeableitkörper innig verbunden ist. Dieses wärmeleitende Material ist schirmartig über den Bauteilen auf beiden Seiten der Leiterplatine angeordnet Dabei ist die wärmeerzeugenden Bauelementen zugewandte Seite des Leitkörpers mit einer daüerplastischen, gegenüber Luft eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisende Kunststoffschicht belegt, in die die wärmeerzeugenden Bauelemente teilweise eintauchen, Diese Kühlmethode eignet sich jedoch fast ausschließlich für thermisch stark belastete Widerstände, die nähefüngsweise auf dem selben

Temperaturpegel gehalten werden sollen. Die Ausgestaltungsmöglichkeiten über die stark wärmeerzeugenden Bauelemente Becher zu stecken, die direkt am Leitkörper anliegen und mit einer gut wärmeleitenden Kunststoffschicht gefüllt sind, verhindert jegliche Luftzirkulation in der Baugruppe und kann ebenfalls zu einer Entwicklung von Wärmestaus führen. Außerdem ist eine gute Zugänglichkeit zu den Bauelementen nicht mehr gewährleistet und ein Nachrüsten weiterer Baugruppen ohie Austausch der Leitkörper nicht ι ο möglich.

Bei einem anderen wannenförmig ausgebildeten Einschub für Gestelle wird warme Luft durch einen Kanal unter der Wanne abgeleitet, wodurch sich die Höhe solcher Gestelle unnötig vergrößert (DE-OS 14 90 680). Schließlich ist durch das deutsche Gebrauchsmuster 7140 652 bekannt, warme Luft von Gestellen durch Öffnungen in der Frontplatte abzuleiten, wenn die wärmeerzeugenden Bauelemente auf der Rückseite der Frontplatte montiert sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Einsatz für Gestelle der elektrischen Übertra gungstechnik zu schaffen, bei dem trotz einj.r hohen Packungsdichte auch bei einer Stromversorgungseinrichtung die Verlustleistung so gut abgeführt wird, daß im Einsatz befindliche Bautteile möglichst geringen Übertemperaturen ausgesetzt sind. Dabei sollen ferner die Bauteile und Baugruppen leicht zugänglich sein, beispielsweise für das Nachrüsten weiterer Baugruppen oder für eventuelle Meß-, Abgleich- oder Repa"-aturarbeiten.

Der Einsatz soll außerdem rationell zu fertigen sein, möglichst wenig Handlötstellen und nur geringe Handverdrahlung erfordern.

Diese Aufgabe wird bei einem Einsatz der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in den Fig. 1—3 dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eiriu-n Einsatz gemäß der Erfindung in vereinfachter perspektivischer Darstellung.

F i g. 2 Einzelteile dieses Einsatzes in a'ifgelöster perspektivischer Darstellung und

F i g. 3 ein Beispiel für eine Abdeckhaube.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung ist die Frontplatte i als geripptes Kühlprotil ausgebildet. An der Frcntplatte sind oben und unten mit Hilfe von Winkeln 2 horizontale Pla'ten 3 und 4 befestigt. Zur Führung des Einsatzes in der Aufnahmevorrichtung des Gestells dienen die Schie/ien 5, die an den seitlichen Trägern 6 der oberen Platte 3 vorgesehen sind. Zur Befestigung <m Gestell dient eine Schraube 14, die in ein an der Aufnahmevorrichtung angebrachtes Gewinde eingreift. Beim Eindrehen der Schraube wird der Einsatz in die Führung hineingezogen. Zur elektrischen Verbindung mit dem Gestell ist eine an einem Blechwinkel befestigte Kontaktleiste vorgesehen, die wegen der perspektivischen Darstellung in Fig. 1 nicht sichtbar ist. In F i g. 3 ist ihre Lage angedeutet durch die M Ausnehmung 15. durch (lie sie hindurchragt,
s Etwa in der Mitte hinter der Frontplatte und senkrecht zu dieser sind die beiden Leiterplatten 7 und 8 angeordnet. Die Bauteile auf diesen Leiterplatten sind den Außenseiten des Einsatzes zugewandt, so daß die Wärmeströmung yen den Verlustleistung abgebenden Bauteilen zu der an den Seiten des Einsatzes vorbeiströmenden Luft s.ihr leicht möglich ist Der thermische Widerstand von den Bauteilen zum Kühlmittel ist gering. Eine Abkapselung der Bauteile durch die sie tragenden Leiterplatten ist wirksam verhindert, so daß ein Wärmestau und örtliche Obertemperaturen vermieden werden.

Zur Erhaltung der Übersichtlichkeit sind in F i g. 1 Bauteile nicht dargestellt, in F i g. 2 sind als Beispiel für die mögliche Anordnung Kondensatoren 9 eingezeichnet

Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Ausbildung der Leiterplatten 7 sowohl als Steckkarten wie auch als mit dem Einsatz fest verbundene Karten. Beispielsweise ist die Leiterplatte 7 eine Steckkarte, zur Verbindung mit dem Einsatz dient eine vielpolige Steckkontaktleiste 10 mit Steckerstiften 16, die in ein entsprechendes Gegenstück im Einsatz eingreift Dieses ist in F i g. 1 wegen der perspektivischen Darstellung nicht sichtbar. Zur Führung der Leiterplatte zwischen den beiden Platten 3 und 4 dienen Führungselemente 11, die beispielsweise a.Is Durchprägung der Platten ausgebildet sein können, wie F i g. 2 ze'·^.

Die andere Leiterplatte 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem Einsatz fest verbunden Deispielsweise verschraubt. In beiden Fällen ist der Verdrahtungsaufwand außerordentlich gering, da die Bauteile haupu.ächlich durch die Leiierzüge auf den Leiterplatten untereinander verbunden sind und die Zahl der Verbindungen zur mit dem Einsatz fest verbundenen Leiterplatte sehr gering gehalten werden kann. Besonders stark wärmeabgebende HaMeiterelemente können auch einzeln für sich, evtl. unter Verwendung von besonderen Winkelstücken, thermisch gut leitend mit dem Kühlprofil verschraubt sein. Sie sind der besseren Übersichtlichkeit wegen ebenfalls nicht dargestellt

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zusätzliche Leiterplatten ebenfalls senkrecht und senkrecht zu den mittig angeordneten Leiterplatten so anbringbar, daß ihre Bauteilseite nach außen 7eigt. Auf diese Weise können auch die Bauteile dieser zusätzlichen Leiterplatten hervorragend mit der umgebenden Luft in Verbindung gebracht werden, darüber hinaus ist eine weitere Erhöhung der Packungsdichte möglich, wodurch die Raumausnutzung verbessert wird. Auf diesen Leiterplatten können beispielsweise Funktionseinheiten wie Steuerung, Signalisiei jng, Überwachung usw. untergebracht werden. Enthält die Stromversorgungseinrichtung viele derartige Funktionseinheiten, so können mehrere Leiterplatten parallel zueinander auf den mittig angeordneten Leiterplatten untergebracht werden, die je nach den Erfordernissen selbst ebenfalls steckbar oder mit diesen tauchverlötet verbunden sind. Dabei ist es dann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, die zusätzlichen Leiterplatten mit den stärker wärmeabgebenden Bauteilen außen anzuordnen.

Als Beispiel ist in F i g. 2 die Leiterplane Yl gezeigt, zur Verdeutlichung sind auf dieser noch Bauteile 21 eingezeichnet. Die Verbindung mit der Leiterplatte 17 kann mittels einer Steckverbinderleiste 18 erfolgen, deren SteckTstifte 19 in das Gegenstück 20 auf der Leiterplatte 17 eingreifen.

Eine andere Möglichkeit der Unterbringung von Bauteilen ist mit der Leiterplatte 22 dargestellt, die als Beispiel einen Transformator 23 trägt und natürlich noch weitere Bauteile aufweisen kann. Hier ist eine Verdrahtung von Hand vorgesehen, wegen des Gewichts des Transformators ist eine Verschraubung

der Leiterplatte 22 mit der Leiterplatte 8 zweckmäßig. Die von Hand vorzunehmenden Lötarbeiten können jedoch auch in diesem Fall entsprechend einer geringen Anzahl von Verbindungen geringfügig sein. Der Transformator selbst ist ebenso wie die übrigen Bauteile auf dieser Leiterplatte der Außenseite zugeordnet und deshalb ebenfalls gut gekühlt

Zwischen den beiden Leiterplatten 7 und 8 ist zur Entkopplung und zur Dämpfung hochfrequenter Störungen, weiche beispielsweise in Umrichtern erzeugt werden, ein Abschirmblech anbringbar.

Eine weitere Verbesserung der Kühlung wird dadurch bewirkt, daß das Kühlprofil, oben und unten zwischen den Kühlrippen 12 öffnungen 13 aufweist, so daß auch von vorne her eine Durchströmung des Innenraumes des Einsatzes ermöglicht wird.

F i g. 3 zeigt ein Beispiel für eine Abdeckhaube für den erfindungsgemäßen Einsatz. Diese Abdeckhaube ist auf den Seiten mit einer Vielzahl von Öffnungen Versehen, es sind in F i g. 3 nur die Öffnungen 24 zur Veranschauiichung eingezeichnet. Durch die Ausnehmung 15 ragt, wie bereits angegeben, die Steckköntäkfleiste, mit Welcher def Einsatz in ein entsprechendes Gegenstück des Gestells eingreift

Durch die Erfindung ist ein Einsatz geschaffen worden, der bei sehr hoher Packungsdichte eine optimale Kühlung aller Bauteile ermöglicht Und diese dabei dennoch für Wartungs- und Reparaturmögüchkeiten nach Abnähme der Abdeckhaube von drei Seiten her frei zugänglich' sind. Die Erfindung ist auch in anderen Bereichen der Elektrotechnik vorteilhaft anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einsatz für Gestelle der elektrischen Übertragungstechnik mit einer als geripptes Kühlprofil ausgebildeten Frontplatte, durch die das Innere des Einsatzes durch im Kühlprofil angebrachte öffnungen mit der Außenluft in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß etwa in der Mitte hinter der Frontplatte (1) und senkrecht zu dieser zwei Leiterplatten (7, 8) vertikalstehend angeordnet sind, deren Bauteilseiten den Außenseiten des Einsatzes zugewandt sind, daß die Frontplatte (1) mit oben und unten über die Leiterplatten (7, 8) ragenden Platten (3, 4) eine I^ U-fönmige Baueinheit bildet.

2. Einsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Leiterplatten (17) ebenfalls senkrecht und senkrecht zu den mittig angeordneten Leiterplatten (7, 8) so i\J diesen angebracht sind, daß ihre Bauteilseiten nsch außen ^ewand* sind.

3. Einsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von mehreren zusätzlichen parallel zueinander senkrecht auf einer mittig angeordneten Leiterplatte (7) Leiterplatten (17, 22) die Leiterplatte (22) mit den stark wärmeabgebenden Bauteilseiten (23) sich an der Außenseite befindet

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