DE4128047C2 - Führungsschiene - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Führungsschiene zur Verwendung in einem Baugruppenträger aus Metall mit einer zwei parallele Seitenwände aufweisenden Führungsnut für eine einschiebbare, mit elektrischen und elektronischen Bauelementen bestückte Leiterplatte und mit an ihrer Unterseite angeordneten Befesti­ gungsmitteln zur Montage an je zwei oberen und unteren Modul­ schienen des Baugruppenträgers.

Die Erfindung findet vorwiegend Anwendung bei Führungsschie­ nen zur Halterung von Leiterplatten mit Baugruppen, die eine große Packungsdichte aufweisen und/oder thermisch hoch be­ lastet sind.

Die Abführung der Verlustwärme, welche in Baugruppenträgern eingesetzte Baugruppen abgeben, ist in vielen Fällen ein Problem, das auf verschiedene Weise zu lösen ist. Schwierig­ keiten treten insbesondere dann auf, wenn die Baugruppenträ­ ger allseits geschlossen sind und aufgrund ihrer kleinen Ab­ messungen im Innern nur wenig Platz für Kühlmaßnahmen zur Verfügung steht.

Elektronische Bauelemente geben die von ihnen erzeugte Ver­ lustwärme an die Bauelementeoberfläche, an - wenn vorhanden - Bauelementekühlkörper und auch über ihre Leiteranschlüsse an die kupferkaschierten Leiterbahnen der Leiterplatte ab. Von der Oberfläche der Bauelemente bzw. deren Kühlkörper sowie der Leiterplattenoberflächen wird die Wärme durch Strah­ lung und durch Konvektion an die sie umgebende Luft abgege­ ben.

Es ist bekannt, bei niedrig belasteten Baugruppen die Verlust­ wärme durch natürliche Konvektion abzuführen, wozu im Baugrup­ penträger entsprechende Zu- und Abluftöffnungen vorgesehen sind. Reicht die durch Eigenkonvektion erzielbare Wärmeabfuhr nicht aus, wird die Lüftung durch Ventilatoren verstärkt - es wird eine forcierte Kühlung durchgeführt. Dabei gelingt in der Regel die Kühlung der Bauelemente selbst recht gut; Schwierigkeiten bereitet jedoch die Abfuhr der auf die Lei­ terplatte übertragenen Verlustwärme. Zur Verbesserung sind hierzu bereits Leiterplatten bekannt, die ein- oder beidsei­ tig mit Beschichtungen aus Metall versehen sind, welche die Wärme in die Randbereiche der Platten leiten.

Aus der FR 2 220 967 ist eine an einer Führungsschiene ange­ formte, leicht abgewinkelte Ablenkkante bekannt, welche die senkrecht zur Platinenfläche anströmende Kühlluft nach oben umleitet, so daß die Kühlluft an der Platine entlangströmt.

Die US 3 780 798 zeigt eine Leiterplatte mit einem daran befestigten Kühlkörperbauteil. Dieses Kühlkörperbauteil führt mittels einer schräg angeordneten Kühlrippe und senkrecht daran angesetzten Kühllamellen die von der Unterseite heran­ geführte Kühlluft nach außen ab.

In der DE 29 30 777 A1 ist ein Klemmkörper geoffenbart, der zum lösbaren Befestigen von in Nuten eines Gehäuses einge­ schobenen Leiterplatten dient. Dieser Klemmkörper, welcher die Bodenplatte des Gehäuses bildet, weist an seiner Unter­ seite eine Anzahl von Kühlrippen auf.

Aus der US 4 214 292 geht eine Klemmfeder für gedruckte Lei­ terplatten hervor. Derartige Klemmfedern werden in die Füh­ rungsschienen eines Kühlkörpers eingesteckt, welcher die Boden- oder Deckplatte eines Gehäuses bildet.

Die DE 27 13 850 A1 betrifft eine Wärmeübertragungs-Befesti­ gungseinrichtung für metallische, gedruckte Schaltungs­ platten zur Erhöhung der Wärmeübertragung auf das Gehäuse oder den Rahmen, und die DE 25 37 106 A1 betrifft eine Füh­ rungs- und Halteeinrichtung für Leiterplatten mit gedruckten Schaltungen, welche eine gute Wärmeübertragung auf den Rahmen gewährleistet.

Keine der vorgenannten Druckschriften vermag jedoch eine optimale Kühlung der Bauelemente zu gewährleisten.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Ableitung der von den elektrischen und elektronischen Bauelementen einer Baugruppe auf deren Leiterplatte übergehenden Verlustwärme entscheidend zu verbessern.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird von der die Leiter­ platte tragenden Führungsschiene ausgegangen, welche mit einer zwei parallele Seitenwände aufweisenden Führungsnut für die einschiebbare Leiterplatte versehen ist und an ihrer Un­ terseite Befestigungsmittel zur Montage an je zwei unteren bzw. oberen Modulschienen des Baugruppenträgers aufweist.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Führungsschiene einen an der Unterseite angeformten Kühlkörper aufweist, der eine ebene Kühlrippe sowie rechtwinklig daran angesetzte Kühllamellen umfaßt, wobei die Kühllamellen, welche alle auf der gleichen Seite der Kühlrippe angeordnet sind, in Abstän­ den parallel nebeneinander unter einem spitzen Winkel zur Unterseite der Führungsschiene verlaufen und die Kühlrippe die Form eines rechtwinkligen Dreiecks hat. Die Führungs­ schiene gibt die aufgenommene Wärme an den angeformten Kühl­ körper ab, der zweckmäßigerweise soweit als möglich in den Strom der Kühlluft hineinragt. Dieselbe Führungsschiene kann sowohl als obere wie als untere Führung für die Leiterplatten verwendet werden. Dadurch, daß die Führungsschiene einen an der Unterseite angeformten Kühlkörper aufweist, der eine ebene Kühlrippe und rechtwinklig daran angesetzte Kühllamel­ len umfaßt, wird das Anordnen der Kühllamellen erheblich er­ leichtert, eine dichte Packung der Baugruppen in dem Bau­ gruppenträger ermöglicht und die Oberfläche des Kühlkörpers entscheidend vergrößert. Die Kühllamellen sind alle auf der gleichen Seite der Kühlrippe angeordnet, damit der Platzbe­ darf für den Kühlkörper gering gehalten werden kann. Um den Kühlkörper den baulichen Gegebenheiten eines Zuluftraumes im Baugruppenträger anzupassen, verlaufen die Kühllamellen in Abständen parallel nebeneinander unter einem spitzen Winkel zur Unterseite der Führungsschiene, und die Kühlrippe hat die Form eines rechtwinkligen Dreiecks.

Zur Verbesserung der Führung der Kühlluft kann jede Kühlla­ melle in ein endständiges, zur Unterseite abgebogenes Leit­ blech übergehen.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Breite der Kühllamellen so bemessen, daß bei dicht nebeneinander im Baugruppenträger montierten Führungsschienen jeweils die freien Kanten der Kühllamellen der einen Führungs­ schiene zur Bildung von übereinanderliegenden, parallelen Lüf­ tungskanälen an der Kühlrippe der benachbarten Führungsschie­ ne anstoßen.

Um einen besonders engen Wärmekontakt zwischen der metallenen Führungsschiene und der Kante der Leiterplatte zu gewährlei­ sten, sind in wenigstens einer der Seitenwände der Führungs­ nut Federelemente vorgesehen, die zum Innern der Führungsnut weisen.

Die Federelemente in der Führungsschiene sind zweckmäßig als Anpreßfedern für die Leiterplatte ausgebildet. Diese Anpreß­ federn können entweder in die Seitenwand eingesetzt oder an die Seitenwand angeformt sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungsblätter näher erläutert. Dabei zei­ gen:

Fig. 1 eine Führungsschiene mit einem eine Kühl­ rippe und sechs Kühllamellen umfassenden Kühlkörper, montiert an den beiden unte­ ren Modul schienen eines Baugruppenträ­ gers, sowie mit einer eingeschobenen Leiterplatte, in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 2 einen Baugruppenträger mit einer oberen und einer unteren, montierten, einen Kühlkörper aufweisenden Führungsschiene, einer Leiterplatte und einer Rückwand­ platine, in einem Querschnitt, in verein­ fachter Wiedergabe.

In der Fig. 1 ist eine Führungsschiene 1 wiedergegeben, die einen Kühlkörper 2 aufweist und an den beiden unteren Modul­ schienen 3 und 4 eines (nicht dargestellten) Baugruppenträ­ gers anmontiert ist. Zur Montage dienen Befestigungsmittel, die an der eben ausgebildeten Unterseite 5 der Führungsschie­ ne 1 angeordnet sind und mit in den Modulschienen 3, 4 vorge­ sehenen Befestigungslöchern zusammenwirken. Eine Leiterplat­ te 6 ist in den Baugruppenträger eingeschoben und steckt in der Führungsnut 7 der (unteren) Führungsschiene 1. Die Leiter­ platte 6 ist mit (nicht wiedergegebenen) elektrischen und elektronischen Bauelementen bestückt, die über Leiterbahnen miteinander elektrisch verbunden sind und sich während ihres Betriebes erwärmen. Ein Teil dieser Wärme wird auf die Leiter­ platte 5 übertragen.

Die im Querschnitt rechteckige Führungsnut 7 der Führungs­ schiene 1 weist zwei parallele Seitenwände 8 und 9 auf. In der einen dieser Seitenwände 8 sind Federelemente 10 vorge­ sehen, die zum Innern der Führungsnut 7 weisen. Diese Feder­ elemente 10 sind als Anpreßfedern ausgebildet, sie legen sich an den unteren Rand der eingeschobenen Leiterplatte 6 an und drücken diesen fest gegen die Innenseite der gegenüberliegen­ den Seitenwand 9. Dadurch wird ein guter Wärmeübergang von der Leiterplatte 6 auf die Führungsschiene 1 gewährleistet. Zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte 6 und zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann diese eine aus Me­ tall bestehende Beschichtung aufweisen, die an der Innenseite der Seitenwand 9 anliegt.

Die Führungsschiene 1 besteht aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder - wenn besondere Anforderungen an die Wärme­ abfuhr gestellt werden - aus Kupfer, dessen Wärmeleitfähig­ keit nahezu doppelt so groß ist wie diejenige von Aluminium.

An die Führungsschiene 1 ist der Kühlkörper 2 angeformt, der somit aus dem gleichen Metall besteht wie die Führungsschie­ ne 1. Dieser Kühlkörper 2, welcher die Aufgabe hat, die von der Leiterplatte 6 mittels der Führungsschiene 1 abgeleitete Wärme an vorbeigeführte Kühlluft abzugeben, besteht aus einer Kühlrippe 11 und mehreren (bei der beschriebenen Ausführungs­ form insgesamt sechs) Kühllamellen 12. Die Führungsschiene 1 und der Kühlkörper 2 können etwa aus Aluminium-Druckguß ein­ stückig hergestellt sein.

Die Kühlrippe 11 ist eben ausgebildet und an der Unterseite 5 der Führungsschiene 1 angeformt, sie steht in einer zu den Seitenwänden 8 bzw. 9 der Führungsnut 7 parallelen Ebene und weist die Form eines rechtwinkligen Dreiecks auf, welches mit einer seiner Katheten an der Führungsschiene 1 angesetzt ist. Die Dicke der Kühlrippe 1 entspricht etwa derjenigen der Sei­ tenwände 8 und 9 der Führungsnut 7.

Die sechs Kühllamellen 12 sind rechtwinklig an der Kühlrip­ pe 11 angeformt und alle auf der gleichen Seite der Kühlrip­ pe 11 angeordnet. Diese dünnen Kühllamellen 12 besitzen glei­ che Abstände voneinander und sie erstrecken sich parallel ne­ beneinander unter einem spitzen Winkel 13 zur Unterseite 5. Unter dem gleichen spitzen Winkel 13 steht die Hypothenuse des die Form der Kühlrippe 11 angebenden rechtwinkligen Drei­ ecks, und die unterste, von der Unterseite 5 der Führungs­ schiene am weitesten entfernte Kühllamelle 12 erstreckt sich entlang dieser Hypothenuse.

Jeder der Kühllamellen 12 ist an ihrem der Führungsschiene 1 am nächsten liegenden Ende abgebogen und geht in ein zur Un­ terseite 5 weisendes, endständiges Leitblech 14 über, dessen Ebene im wesentlichen senkrecht zur Unterseite 5 steht.

Die Breite 15 der Kühllamellen 12 ist so gewählt, daß bei dicht nebeneinander im Baugruppenträger eingesetzten und mit Kühlkörpern 2 versehenen Führungsschienen 1 die freien Kan­ ten 16 aller Kühllamellen 12 jeder Führungsschiene 1 an der Kühlrippe 11 der jeweils benachbarten Führungsschiene 1 an­ stoßen. Die freien Kanten 16 der Kühllamellen 12 der einen Führungsschiene 1 berühren somit die Kühlrippe 11 der nächst­ liegenden Führungsschiene 1 an derjenigen ihrer Seiten, die keine Kühllamellen 12 trägt. Durch diese Ausgestaltung der Kühllamellen 12 werden bei dichter Bestückung des Baugruppen­ trägers jeweils durch den Kühlkörper 2 einer Führungsschie­ ne 1 und die an diesen anliegenden Kühllamellen 12 des Kühl­ körpers 2 der direkt benachbarten Führungsschiene 1 übereinan­ derliegende Lüftungskanäle 17 (vgl. Fig. 2) von rechteckigem Querschnitt gebildet. Es ergibt sich also ein wabenförmiges Register von über- und nebeneinander liegenden Lüftungskanä­ len 17 gleichen Querschnitts.

In Fig. 2 ist schematisch ein Vertikalschnitt durch einen Baugruppenträger dargestellt, wobei zwei Führungsschienen 1 und 1′ mit Kühlkörpern 2 von der mit Kühllamellen 12 versehe­ nen Seite her erkennbar sind. Die untere Führungsschiene 1 ist an den beiden unteren Modulschienen 3 und 4 angeordnet, während die obere, identisch ausgebildete Führungsschiene 1 an den beiden oberen Modulschienen 3′ und 4′ befestigt ist. Zwischen den beiden vorderen Modulschienen 3 und 3′ erstreckt sich die Frontplatte 18 des Baugruppenträgers, und an den bei­ den hinteren Modulschienen 4 und 4′ ist eine Rückwandplati­ ne 19 vorgesehen. Zwei Seitenwände (nicht dargestellt) ergän­ zen den Aufbau zu einem geschlossenen Kasten.

Der Kühlkörper 2 der unteren Führungsschiene 1 ragt in einen niederen Zuluftraum 20 mit geneigt liegendem Boden 21 und einer vorderen Zuluftöffnung 22, durch welche die Zuluft 23 in die Lüftungskanäle 17 einströmt und von den Kühllamel­ len 12 schräg nach oben geführt wird. Die Leitbleche 14 len­ ken die Luft nach oben. Die Luft durchströmt dann in einer Summe von neben- und hintereinander liegenden Luftströmen 24 die Zwischenräume zwischen den einzelnen Leiterplatten 6 und wird dann von den Kühllamellen 12 der oberen Führungsschie­ ne 1′ sowie der schrägliegenden Decke 25 nach rückwärts abge­ leitet. Die erwärmte Abluft 26 verläßt durch die Abluftöff­ nung 27 den Baugruppenträger, wobei sie im Vorbeiströmen so­ wohl die von den Bauelementen erzeugte Verlustwärme wie auch die auf die Leiterplatten von den Bauelementen übertragene Wärme aufnimmt und wegführt.

Zusammenstellung der verwendeten Bezugsziffern

 1 Führungsschiene
 2 Kühlkörper
 3 Modulschiene
 4 Modulschiene
 5 Unterseite (von 1)
 6 Leiterplatte
 7 Führungsnut (in 1)
 8 Seitenwand (von 7)
 9 Seitenwand (von 7)
10 Federelemente (in 8)
11 Kühlrippe
12 (sechs) Kühllamellen
13 spitzer Winkel
14 Leitbleche
15 Breite (von 12)
16 Kante (von 12)
17 Lüftungskanäle
1′ Führungsschiene
3′ Modulschiene, obere
4′ Modulschiene, obere
18 Frontplatte
19 Rückwandplatine
20 Zuluftraum
21 Boden (von 20)
22 Zuluftöffnung
23 Zuluft
24 Luftströme
25 Decke
26 Abluft
27 Abluftöffnung

Claims (5)

1. Führungsschiene zur Verwendung in einem Baugruppenträger, aus Metall, mit

• - einer zwei parallele Seitenwände aufweisenden Führungsnut für eine einschiebbare, mit elektrischen und elektronischen Bauelementen bestückte Leiterplatte;
• - an ihrer Unterseite angeordneten Befestigungsmitteln zur Montage an je zwei oberen und unteren Modulschienen des Baugruppenträgers,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - sie einen an der Unterseite angeformten Kühlkörper (2) aufweist, der eine ebene Kühlrippe (11) sowie rechtwinklig daran angesetzte Kühllamellen (12) umfaßt;
• - die Kühllamellen (12) alle auf der gleichen Seite der Kühlrippe (11) angeordnet sind in Abständen parallel nebeneinander unter einem spitzen Winkel (13) zur Unterseite (5) der Führungsschiene (1) verlaufen;
• - die Kühlrippe (11) die Form eines rechtwinkligen Dreiecks hat.

2. Führungsschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kühllamelle (12) in ein endstän­ diges, zur Unterseite (5) abgebogenes Leitblech (14) über­ geht.

3. Führungsschiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (15) der Kühlla­ mellen (12) so bemessen ist, daß bei dicht nebeneinander im Baugruppenträger montierten Führungsschienen (1) jeweils die freien Kanten (16) der Kühllamellen (12) der einen Führungs­ schiene (1) zur Bildung von übereinanderliegenden, parallelen Lüftungskanälen (17) an der Kühlrippe (11) der benachbarten Führungsschiene (1) anstoßen.

4. Führungsschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer der Seitenwände (8) der Führungsnut (7) Federelemente (10) vorge­ sehen sind, die zum Innern der Führungsnut (7) weisen.

5. Führungsschiene nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (10) als Anpreßfe­ dern für die Leiterplatte (6) ausgebildet sind.