DE3202271A1 - Device for dissipating heat losses from plug-in boards - Google Patents
Device for dissipating heat losses from plug-in boardsInfo
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Abstract
Description
Vorrichtung zum Abführen der Verlustwärme von SteckplatinenDevice for dissipating heat loss from breadboards
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abführen der Verlustwärme von auf einer Steckplatine angebrachten elektronischen Bauteilen, wie Transistoren, Dioden, Laser etc., wobei die Steckplatine aus Metallblech gefertigt und in einem Halterahmen auswechselbar angeordnet ist.The invention relates to a device for dissipating the heat loss of electronic components mounted on a breadboard, such as transistors, Diodes, lasers, etc., with the breadboard made of sheet metal and in one Holding frame is arranged interchangeably.
Es ist bekannt, mit elektronischen Bauteilen bestückte Platinen in Gehäusen oder Schaltschränken auswechselbar, d.h. steckbar unterzubringen. Die Kühlung der auf diesen steckbaren Platinen befindlichen elektronischen Bauelemente ist bisher noch nicht optimal gelöst. Bei einem älteren Vorschlag der Anmelderin ist auf der Steckplatine ein Wärmerohr angeordnet, dessen eines Ende in gut wärmeleitendem Kontakt zu einem Wärmeerzeuger und dessen anderes Ende steckbar mit einem weiteren Wärmerohr verbunden ist.It is known to use printed circuit boards with electronic components in Housings or control cabinets can be exchanged, i.e. accommodated in a pluggable manner. The cooling of the electronic components located on these pluggable boards is up to now not yet optimally solved. In the case of an older proposal by the applicant, the Breadboard arranged a heat pipe, one end of which is in good thermal contact to a heat generator and its other end can be plugged into another heat pipe connected is.
Der Wärmetransport bei dieser Vorgehensweise ist jedoch noch verbesserbar.The heat transport with this procedure can, however, still be improved.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, die auf Steckplatinen befindlichen elektronischen Bauelemente zu kühlen, ohne die Auswechselbarkeit der Steckplatinen wesentlich einzuschränken.The present invention is based on the object of one possibility specify how to cool the electronic components located on breadboards, without significantly restricting the interchangeability of the breadboard.
Diese Aufgabe wird nach der Lehre der Erfindung dadurch gelöst, daß zumindest eine Kante der Steckplatine bzw.According to the teaching of the invention, this object is achieved in that at least one edge of the breadboard or
die das oder die wärmeerzeugenden Bauteile tragende Kühlplatine vorzugsweise jedoch beide Kanten, mit dcnen die Platine gehalten ist, in gut wärmeleitendem Kontakt an mindestens einem als Wärmerohr ausgebildeten metallischen Hohlprofil anliegt. Wesentlich ist dabei, daß das Hohlprofil länger ist als die an ihm anliegende Kante der Platine, damit es an seinem freien Ende gekühlt werden kann und die Steckverbindung für die Platine untergebracht werden kann. Der Bereich der Anlagefläche der Kante ist als sogenannte Heizzone des Wärmerohrs anzusehen. Der wirmetransport geschieht nun wie folgt: Das wärmeerzeugende elektronische Bauteil erwärmt die aus Metallblech gefertigte Steckplatine. Da als Metallblech vorzugsweise Kupferblech verwendet wird, verteilt sich die Wärme ziemlich gleichmäßig über die Steckplatine also auch bis zu den Längskanten. Dort strömt die Wärme von den Kanten durch die Wandung des Hohlprofils, welches zweckmäßigerweise ebenfalls aus Kupfer hergestellt ist, und bringt dort das in dem Wärmerohr befindliche Arbeitsmittel zum Verdampfen. Wird nun das der Anlagefläche abgekehrte Ende des Wärmerohres gekühlt, strömt aufgrund der Druckdifferenz das verdampfte Arbeitsmittel zum gekühlten Ende und kondensiert dort an der-Wandung des Wärmerohres. Aufgrund von Schwerkraft oder durch Kapillarkräfte strömt das Kondensat zur sogenannten Heizzone zurück. Dadurch, daß die Wärme von den elektronischen Bauteilen abgeführt wird, wird deren Lebensdauer wesentlich heraufgesetzt. Wird die Wärme nun, wie weiter unten beschrieben, auch noch aus den Gehäusen bzw. Schaltschränken entfernt, beispielsweise dadurch, daß die Enden der Wärmerohre mittels eines Kühlmittelskreislaufs gekühlt werden, kann die Wärme sogar aus den Räumlichkeiten, in denen die Schaltschränke. untergebracht sind, entfernt werden, so daß auf eine aufwendige Klimatisierung dieser Räume verzichtet werden kann.the cooling plate carrying the heat-generating component or components is preferably however, both edges, with which the board is held, are in good thermal contact rests against at least one metallic hollow profile designed as a heat pipe. It is essential that the hollow profile is longer than the edge adjacent to it the circuit board so that it can be cooled at its free end and the connector for the board can be accommodated. The area of the contact surface of the edge is to be regarded as the so-called heating zone of the heat pipe. Wirmetransport happens Now as follows: The heat-generating electronic component heats that made of sheet metal manufactured breadboard. Since copper sheet is preferably used as sheet metal, the heat is distributed fairly evenly over the breadboard so up to to the long edges. There the heat flows from the edges through the wall of the hollow profile, which is expediently also made of copper, and brings there the working fluid in the heat pipe for evaporation. Will that be the now The end of the heat pipe facing away from the contact surface is cooled, flows due to the pressure difference the evaporated working medium to the cooled end and condenses there on the wall of the heat pipe. The condensate flows due to gravity or capillary forces back to the so-called heating zone. By the fact that the heat from the electronic components is discharged, their service life is significantly increased. If the heat is now, as described below, also from the housings or Control cabinets removed, for example by the fact that the ends of the heat pipes by means of a coolant circuit can be cooled, the heat can even come from the rooms, in which the control cabinets. are housed, removed so that on a costly air conditioning of these rooms can be dispensed with.
Nach einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung weist das Hohlprofil an seiner äußeren Oberfläche eine in Längsrichtung des Profils verlaufende Ausnehmung auf, in welcher die Kante der Platine gelegen ist. Obwohl die Längskante der Platine über ihre gesamte Länge an dem Hohlprofil anliegt, reicht diese Berührungsfläche in vielen Fällen nicht aus, die entstehende Verlustwärme abzuführen. Aus diesem Grunde ist die Berührungsfläche zwischen den Platinenkanten und dem Hohlprofil durch die Nut vergrößert. Nach einem anderen Vorschlag weist das Hohlprofil im Querschnitt gesehen zwei aus dem Hauptquerschnitt herauszeigende Zungen auf, zwischen denen die jeweilige Kante der Platine in gut wärmeleitendem Kontakt zu den Zungen gelegen ist.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the Hollow profile on its outer surface extending in the longitudinal direction of the profile Recess in which the edge of the board is located. Although the long edge If the board rests against the hollow profile over its entire length, this contact surface is sufficient in many cases it is not enough to dissipate the resulting heat loss. For this Basically, the contact area between the board edges and the hollow profile is through the groove is enlarged. According to another proposal, the hollow profile has a cross section seen two tongues pointing out of the main cross-section, between which the respective edge of the board is in good heat-conducting contact with the tongues is.
Die Kanten der Platine sollten zumindest 3 mm in die Ausnehmung bzw. in den durch die Zungen gebildeten Zwischenraum eindringen. Einen optimalen Wärmeübergang erreicht man, wenn die miteinander in Berührung stehenden Flächen der Ausnehmung bzw. der Zungen und der Platine poliert sind.The edges of the board should be at least 3 mm into the recess or penetrate into the space formed by the tongues. An optimal heat transfer is achieved when the surfaces of the recess that are in contact with one another or the tongues and the plate are polished.
Man muß hier einen optimalen Kompromiß ~ zwischen der Steckbarkeit der Platine und dem Wärmeübergang finden.You have to find an optimal compromise between pluggability the circuit board and the heat transfer.
Zweckmäßig ist es auch, wenn ein Teil der Wandung des Hohlprofils nach innen geformt ist und die Kanten der Platine an der nach innen geformten Wandung anliegen. Bei dieser Ausgestaltung ist der Weg, den die Wärme von der Platine zum im Wärmerohr befindlichen Arbeitsmittel zurücklegt, sehr kurz. Vorteilhaft kann es auch sein, die Kanten zwischen zwei als Wärmerohr ausgebildeten Reckteckprofilen einzuspannen bzw. einzuschieben. Die nicht mit der Platine in Berührung stehenden Enden der als Wärmerohr ausgebildeten Hohlprofile münden zweckmäßigerweise in einem ein Kühlmedium führenden Hohlprofil. Durch die Kondensation des Arbeitsmittels gibt dieses seine Umwandlungsenergie an die Wandung ab, von der sie durch das Kühlmedium abtransportiert wird. Zu einer besonders günstigen Lösung gelangt man, wenn man eine Vielzahl von im wesentlichen horizontal verlaufenden Hohlprofilen übereinander anordnet, wobei die Platinen mit ihren Kanten in den entsprechenden Ausnehmungen bzw. zwischen zwei Hohlprofilen angeordnet sind und die Hohlprofile in je ein gemeinsames ein Kühlmittel führendes vertikal verlaufendes an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossenes Hohlprofil münden läßt. Es versteht sich von selbst, daß die Enden der Wärmerohre flüssigkeitsdicht in die Wandung des Kühlprofils eingelötet oder eingeschweißt sein müssen. Da ein Wärmerohr nur dann Wärme transportieren kann, wenn zwischen der Heizzone und der Kühlzone eine Temperaturdifferenz vorhanden ist, kann man die Kühlung der Steckplatinen durch die Temperatur des Kühlmediums steuern. Beträgt zum Beispiel die Temperatur des Kühlmediums 15 C, so tritt so lange keine Kühlung ein, wie die Temperatur im Bereich der Heizzone des Wärmerohres 15 OC nicht überschreitet. Ist die Temperatur im Bereich der Heizzone niedriger als 15 C, so kann es zu einer Aufheizung der Steckplatine bis 15°C kommen.It is also useful if part of the wall of the hollow profile is shaped inward and the edges of the board on the inwardly shaped wall issue. at this refinement is the path the heat takes from the board moves back to the working fluid in the heat pipe, very briefly. Advantageous it can also be the edges between two rectangular profiles designed as heat pipes clamp or push in. Those not in contact with the circuit board The ends of the hollow profiles designed as heat pipes expediently open into one a hollow profile carrying a cooling medium. Due to the condensation of the working medium there this transfers its conversion energy to the wall, from which it passes through the cooling medium is transported away. A particularly favorable solution can be found if one a plurality of essentially horizontally extending hollow profiles one above the other arranged, the boards with their edges in the corresponding recesses or are arranged between two hollow profiles and the hollow profiles are each in a common a vertically extending coolant that is connected to a coolant circuit Can open hollow profile. It goes without saying that the ends of the heat pipes be soldered or welded liquid-tight into the wall of the cooling profile have to. Because a heat pipe can only transport heat when between the heating zone and there is a temperature difference in the cooling zone, the cooling of the Control breadboards through the temperature of the cooling medium. For example the temperature of the cooling medium 15 C, then no cooling occurs as long as the Temperature in the area of the heating zone of the heat pipe does not exceed 15 OC. is If the temperature in the area of the heating zone is lower than 15 C, this can lead to heating the breadboard can reach 15 ° C.
Die Erfindung wurde an einer Ausführung diskutiert, bei der eine Reihe von Platinen in engster Packung übereinander angeordnet ist. Wie der Fachmann weiß, ist bei einer großen Konzentration von Bauelementen eine Gestellreihe sei es waagerecht oder senkrecht, nicht ausreichend. Man verwendet daher zwei- oder mehrzeilige Platinensysteme, die möglichst nahe beieinander liegen. Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich auch für diese mehrzeilige Art der Platinenanordnung anwenden, indem man die Hohlprofile in Richtung der Weiterführung des Systems spiegelsymmetrisch gestaltet.The invention was discussed on an embodiment in which a number of circuit boards is arranged one above the other in the tightest packing. As the expert knows If there is a large concentration of components, it is a row of racks horizontal or vertical, not enough. One therefore uses two- or multi-line circuit board systems, which are as close to each other as possible. The solution according to the invention can also Apply for this multiline type of circuit board arrangement by cutting the hollow profiles designed mirror-symmetrically towards the continuation of the system.
Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is shown schematically on the basis of FIGS Embodiments explained in more detail.
In der Figur 1 ist mit 1 eine Steckplatine bezeichnet, die beispielsweise zwei wärmeerzeugende eRektronische Bauteile 2 und 3 trägt. Die Steckplatine ist aus Kupferblech gefertigt und die Bauteile 2 und 3 sind in gut wärmeleitendem Kontakt auf ihr befestigt. Zur Halterung der Steckplatinen 1 dienen Hohlprofile 4, die als Wärmerohre ausgebildet sind. Unter einem Wärmerohr versteht man ein in sich abgeschlossenes Gebilde, welches evakuiert und in genau bemessener Weise mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist. Erwärmt man ein solches Wärmerohr an einem Ende, so verdampft das Arbeitmittel am erwärmten Ende und der Arbeitsmitteldampf strömt zum kühleren Ende, wo er kondensiert. Dabei wird die Umwandungsenergie von einem Ende zum anderen transportiert. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 sind die Steckplatinen 1 zwischen Zungen 5 geführt. Das in der Figur 1 dargestellte Hohlprofil 4, welches zweckmäßigerweise aus einem Metall mit guten Wärmeleiteigenschaften, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer hergestellt ist, ist ein Preß- oder Ziehprofil, bei dem die Zungen 5 aus der Wandung des Hohlprofils 4 herausragen. Zusätzlich können auch Zungen zur Aufnahme weiterer Steckplatinen an den den Zungen 5 gegenüberliegenden Fläche des Hohlprofils 4 spiegelbildlich angeordnet sein.In FIG. 1, 1 denotes a plug-in board which, for example carries two heat-generating electronic components 2 and 3. The breadboard is made of copper sheet and the components 2 and 3 are in good thermal contact attached to it. To hold the breadboard 1 are hollow profiles 4, which as Heat pipes are formed. A heat pipe is a self-contained one Structure which is evacuated and precisely measured with a working medium is filled. If such a heat pipe is heated at one end, the working fluid evaporates at the heated end and the working fluid vapor flows to the cooler end, where it condenses. The conversion energy is transported from one end to the other. In which The exemplary embodiment according to FIG. 1 is the plug-in boards 1 between tongues 5 guided. The hollow profile 4 shown in Figure 1, which is expediently made of a metal with good thermal conductivity properties, such as aluminum or copper is made, is a pressed or drawn profile, in which the tongues 5 protrude from the wall of the hollow profile 4. In addition, tongues can also be used for Receipt of further breadboards on the opposite surface of the tongues 5 Hollow profile 4 be arranged in mirror image.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind die Steck- platinen 1 in einer Ausnehmung 6 des Hohlprofils 4 geführt, welche beispielsweise durch Einstülpen eines gezogenen oder geschweißten Profils hergestellt ist. Auch hier kann eine weitere spiegelbildlich angeordnete Einstülpung vorgesehen werden.In the embodiment of Figure 2, the plug-in circuit boards 1 guided in a recess 6 of the hollow profile 4, which, for example, by inversion a drawn or welded profile is made. Again, another can mirror-inverted indentations are provided.
Nach Figur 3 sind die Steckplatinen 1 zwischen rechtwinkligen Hohlprofilen 4 eingespannt.According to Figure 3, the plug-in boards 1 are between right-angled hollow profiles 4 clamped.
Wesentlich für alle Ausführungsformen ist, daß die miteinander in Berührung stehenden Oberflächen der Steckplatine 1 und der Hohlprofile 4 eine glatte Oberfläche aufweisen, vorzugsweise poliert sind und mit enger Fassung gefertigt sind, d.h. Steckplatinen 1 und Hohlprofil 4 befinden sich in gut wärmeleitenden Kontakt miteinander. Wesentlich ist ferner, daß die Berührungsfläche zwischen den Steckplatinen 1 und den Hohlprofilen 4 einen Mindestwert aufweist. Dieser Wert sollte um so größer sein, je größer die abzuführende Wärmemenge ist. Für den Normalfall hat es sich als ausreichend erwiesen, wenn Steckplatine 1 und Hohlprofil 4 über die gesamte Länge der Steckplatine 1 mit einer Breite zwischen 3 und 5 mm in Berührung stehen.It is essential for all embodiments that the one another in Contact standing surfaces of the breadboard 1 and the hollow profiles 4 a smooth Have surface, are preferably polished and manufactured with a narrow setting are, i.e. breadboard 1 and hollow profile 4 are in good heat-conducting Contact with each other. It is also essential that the contact surface between the Breadboards 1 and the hollow profiles 4 has a minimum value. This value should the greater, the greater the amount of heat to be dissipated. For the normal case it has proven to be sufficient if breadboard 1 and hollow profile 4 over the entire length of the breadboard 1 with a width between 3 and 5 mm in contact stand.
Die Figur 4 zeigt einen seitlichen Schnitt durch einen Teil des Gehäuses. Hier ist erkennbar, daß die Hohlprofile 4 an ihren der Berührung mit der Steckplatine 1 abgekehrten Enden in ein Hohlprofil 7 münden, durch welches während des Betriebes ein Kühlmedium, beispielsweise Kühlwasser strömt.FIG. 4 shows a side section through part of the housing. Here it can be seen that the hollow profiles 4 at their contact with the breadboard 1 facing away ends open into a hollow profile 7, through which during operation a cooling medium, for example cooling water, flows.
Die Steckplatinen 1 sind in nicht dargestellter Weise über Stecker mit dem Schaltschrank verbunden. Die Enden der Hohlprofile 4 sind flüssigkeitsdicht in die Wandung des Hohlprofils 7 eingelötet oder eingeschweißt, wie bei 8 dargestellt.The breadboards 1 are in a manner not shown via plugs connected to the control cabinet. The ends of the hollow profiles 4 are liquid-tight soldered or welded into the wall of the hollow profile 7, as shown at 8.
Für jeden übereinander angeordneten Hohlprofilstapel (s.For each stack of hollow profiles arranged on top of one another (s.
Figuren 1 bis 3) ist ein vertikal verlaufendes Kühlprofil 7 vorhanden. Die Kühlprofile 7 und die Hohlprofile 4 sind mechanisch fest mit inander verbunden und werden in zusammengebautem Zustand an den Verwender geliefert.Figures 1 to 3) there is a vertically running cooling profile 7. The cooling profiles 7 and the hollow profiles 4 are mechanically firmly connected to one another and are delivered to the user in an assembled state.
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Publications (2)
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| DE3202271A1 true DE3202271A1 (en) | 1983-07-28 |
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| DE3202271C2 (en) | 1987-05-21 |
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