CN103841805A - 具有散热体的可编程控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设计用于在自动化领域中使用的用于工业过程自动化的可编程控制器（1），其具有第一印刷电路板（31）、第二印刷电路板（32）、第一待冷却的电子元件（30a）和第二待冷却的电子元件（30b），第一电子元件（30a）布置在第一印刷电路板（31）上并且第二待冷却的电子元件（30b）布置在第二印刷电路板（32）上，其中散热体（20）布置在第一印刷电路板（31）上并且第一电子元件（30a）布置在第一印刷电路板（31）与散热体（20）之间，在此散热体（20）设计为长方体形的并且连同包括在长方体的第一侧面（22）中的第一散热接触面（24a）安放在第一电子元件（30a）上，其中第二印刷电路板（32）基本垂直于第一印刷电路板（31）来布置，其中包括在散热体（20）的第二侧面（23）中的第二散热接触面（24b）安放在第二电子元件（30b）上。

Description

具有散热体的可编程控制器

技术领域

本发明涉及一种可编程控制器，其设计用于使用在自动化领域中来用于工业过程自动化，其具有第一印刷电路板、第二印刷电路板、第一待冷却的电子元件和第二待冷却的电子元件，第一待冷却的电子元件布置在第一印刷电路板上并且第二待冷却的电子元件布置在第二印刷电路板上，其中散热体布置在第一印刷电路板上并且第一电子元件布置在第一印刷电路板与散热体之间，此外散热体设计为方形的并且连同包括在散热体的第一侧面中的第一散热接触面安放在第一电子元件上。

背景技术

由于电子元件的微型化，越来越多地在集成电路板、例如被装配的印刷电路板上的电子部件/元件上实现更高的充填密度/功能密度。这导致功率损耗的增高，特别是在微处理器中，因为微处理器的有效功率逐渐升高并且由此损耗热量也升高。

通常位于印刷电路板上的一个或多个电子元件与散热体热连接。同样已知的是，当在电子仪器中存在多个印刷电路板时，这些多个电路板分别对应于一个单独的散热体。因此在电子仪器中可以存在多个散热体，该散热体总体而言能够不完全地被利用。这导致，该功率密度必然比理论上可能的功率密度更少地下降。

可编程控制器的计算功率导致功率损耗。计算功率越高，功率损耗（热量）越高。使用的微处理器是越来越有效率的，因此功率损耗上升。同时可编程控制器的外部尺寸应该是越来越小的。由此必须从越来越小的壳体中散发越来越多的热量。

因此功率密度最终是每体积单元的功率（损耗），例如瓦特每dm^3。

基于此必须进行越来越大的技术上的努力以便保持容许的温度。

发明内容

本发明的目的在于提高可编程控制器的功率密度。

对于开头所述的可编程控制器该目的由此实现，即第二印刷电路板基本垂直于第一印刷电路板布置，其中包括在散热体的第二侧面中的第二散热接触面安放在第二电子元件上。因此具有其相应的电子元件的两个印刷电路板可以与散热体热连接。为此例如以与第一冷却基面成直角的、用于热量连接的第二冷却基面安装在散热体上。因此优化地利用了提供的结构空间。散热体的有效功率由此可以以尽可能好的方式被利用。整个***的效率变得更高，因为与结构空间有关的最大可能的功率损耗上升。

在一个有利的设计方案中第二印刷电路板固定在散热体的第二侧面上。特别是在自动化部件中在工业环境中使用的情况下振动对可编程控制器起作用，当第二印刷电路板与长方体形的散热体的第二侧面连接，降低第二印刷电路板的机械负荷的可能性。

在可编程控制器的另一个优化的设计方案中可编程控制器具有基壳，其中散热体利用其第一侧面借助固定支座与基壳连接，其中第一印刷电路板布置在基壳的底侧的内侧和散热体的第一侧面之间，此外基壳的底侧的外面设有用于安装在垂直的部件上的固定件，其中在基壳的已安装的状态中底侧平行于部件定向，其中这样选择长方体形的散热体的第二侧面，以使得第二印刷电路板平行于流过基壳的介质的流动方向来布置。特别是可编程控制器优选地利用其背面例如通过卡扣装置卡扣在成型轨道上，以使得不同的自动化部件可以并排地在成型轨道上、例如在开关柜中或在墙上排成行。此外待冷却的可编程控制器这样定向，例如使得周围空气可以作为冷却介质基于热对流穿过用于冷却的壳体流动。因为第二印刷电路板平行于流动方向、例如冷却的空气定向，冷却的空气可以优化地在第二印刷电路板和散热肋上流过。

为了适应特别恶劣的工业条件，例如可编程控制器的颤动、冲击和振动负荷，可编程控制器在另一个有利的设计方案中具有前罩，其中前罩能插在基壳上并且能组合成封闭的壳体，壳体围绕散热体，前罩在前罩的内侧上具有突出的保持件，其中在另外一个对准前罩的内侧的散热体的侧面中布置凹口，在封闭的壳体中保持件嵌接在凹口中，其中在突出的保持件与凹口之间布置有弹性的成形件，其中弹性的成形件设计用于在三个空间轴上截住散热体的振动力。由此，此时散热体不再单个地或单独地利用固定支座固定在壳体的底侧上，可以更好地截住振动负荷和冲击负荷并且可编程控制器获得提高的牢固性。因此防止由于加高的振动负荷和冲击负荷而过早地出毛病，该振动负荷和冲击负荷例如导致壳体破裂或电子元件的损坏。通过在前罩上的突出的保持件的设计方案，其中保持件附加地承载弹性的成形件并且保持件连同成形件***散热体的凹口中，截住在三个空间轴上的散热体的振动力。

此外弹性的成形件设计为，用来补偿公差并且由此优化地截住在所有三个空间轴上的振动力，为此有利的是，当固定件被这样设计，使得固定件能够固定在成型轨道上并且前罩连同保持件一起被设计为，使得散热体的振动力传递到前罩上并且前罩将散热体的振动力传递到基壳上并且基壳将散热体的振动力传递到成型轨道上。为使基壳和前罩装配在一起，在基壳和前罩之间布置多个用于彼此卡合的卡合装置。优选地保持件设计为具有环形凹槽的紧固拱顶（Befestigungsdom）并且弹性的成形件设计为位于凹槽中的O型环。在前罩中可以压制出例如牢固的塑料拱顶，在其上模压出用于O型环的凹槽。该O型环确保在所有三个空间轴上的支撑。在将前罩安装在基壳上后这个拱顶件（Dom）和O型环一起重回到在散热体中的、圆锥形的凹口中，其中一直确保O型环在所有三个方向上紧贴在散热体上。

有利地凹口设计为圆锥形的。在具有散热体的可编程控制器中，其中具有待冷却的部件的第一集成电路板布置在散热体的第一侧面并且具有待冷却的部件的第二集成电路板布置在散热体的第二侧面。对于具有散热体的可编程控制器来说称为其他的优点的是：在相同的可编程控制器的尺寸下可以散发更多的功率损耗。在相同的功率损耗下实现更小的结构尺寸。因为可以优化地确定散热体的尺寸，所以节省了材料、例如铝。节省了在生产中的成本，其中在安装中对比单个的散热体改善了两个或多个散热体的操作（Handling）。也降低了在材料保存中的生产供应耗费，可以减少附加地安装装置和附加的工具成本。壳体部件可以更简单地构成，因为例如对于第二印刷电路板在壳体中的分别的固定措施是不必要的。

附图说明

附图示出一个实施例，其中

图1是在三维视图中的可编程控制器，

图2是从散热体的视角的打开的可编程控制器，

图3是从第一印刷电路板和第二印刷电路板的视角的没有散热体的打开的可编程控制器，

图4是在三维视图中的散热体，

图5是以相对于图4翻转的形式示出的图4的散热体，

图6是前罩，

图7是从其内侧的视向的前罩，以及

图8是通过前罩、保持件和在凹口位置的散热体的截面图。

具体实施方式

根据图1构成设计用于使用在自动化领域中的应用中的用于工业过程自动化的可编程控制器。由于可编程控制器要遭受恶劣的环境条件，例如湿度、温差、振动负荷和冲击负荷，这个可编程控制器必须设计为特别牢固的。所示的可编程控制器1具有基壳2和前罩3，其中附加地示出具有集成显示器6a和集成操作面板的前盖6。

在可编程控制器1的下方示出三个空间轴x，y，z。在冲击负荷、振动负荷（Rüttelbeanspruch）或颤动负荷（Vibrationbeanspruch）时可编程控制器1和特别是可编程控制器1的内部结构在空间轴x，y，z上移动。在出自图1的可编程控制器1的透视图中可以看到通风格栅，其实现流动的介质、例如空气在流动方向60上流动经过用于冷却部件或散热体20的基壳2。

图2示出由图1已知的在打开的状态下的可编程控制器1，其中移去了前罩3。明显地看出此时的散热体20，其布置在第一印刷电路板31上。第一印刷电路板31又安放在基壳2的底侧4上（也见图3）。第二印刷电路板32基本上垂直于第一印刷电路板31放置。

如图3所示第一印刷电路板31具有第一电子元件30a并且第二印刷电路板32具有第二电子元件30b。散热体20这样布置在第一印刷电路板31上，使得第一电子元件30a布置在第一印刷电路板31与散热体20之间。此外散热体20设计为长方体形的并且连同包括在长方体的第一侧面22中的第一散热接触面24a（见图5）安放在第一电子元件30a上。

第二印刷电路板32基本垂直于第一印刷电路板31布置，布置在第二印刷电路板32的第二电子元件30b可以在包括在散热体20的第二侧面23内部的第二散热接触面24b中与散热体20接触。

散热体20利用其第一侧面22借助固定支座11，12，13，14与基壳2连接。第二印刷电路板32固定在长方体形的散热体20的第二侧面23上。

图3示出移去散热体20的可编程控制器1。此外示出第二印刷电路板32，其承载第二电子元件30b。第一印刷电路板31具有第一通孔51、第二通孔52、第三通孔53和第四通孔54。各一个螺栓通过这些通孔51，52，53，54突伸出来。散热体20与相应的螺栓的螺栓连接形成第一固定支座11、第二固定支座12、第三固定支座13和第四固定支座14。

根据图4在详细图示中描述了散热体20。从第二侧面23观察在其中可以看出形成第二散热接触面24b的矩形的凹槽。在这个散热体20的透视图中散热体20在一定程度上在第一侧面22上立放着。根据图5散热体相对于在图4中的图示这样翻转，即此时从第一侧面22观察。第一侧面22具有用于第一电子元件30a的矩形的第一散热接触面24a。

用图6和图7示出前罩3，其中图6示出前罩3在外侧上的俯视图并且图7示出前罩3在内侧上的俯视图。此外特别是用图7示出第一保持件10a和第二保持件10b。在将前罩3安置放在基壳2上时第一保持件10a啮合在散热体20的第一凹口20a中并且第二保持件10b啮合在散热体20的第二凹口20b中。散热体20（见图4）在第二侧面23的边缘区域具有第一凹口20a和第二凹口20b。

安装在前罩3的内侧上的第一牢固的塑料拱顶和第二牢固的塑料拱顶分别可以嵌接在第一和第二凹口20a，20b中。为实现在所有三个空间轴x，y，z上的良好的支撑，塑料拱顶各自具有一个用于O型环的凹槽41。

利用示出断面图的图8描述O型环的结构。塑料拱顶在图8中作为第一保持件10a示出。塑料拱顶具有环形的凹槽41，在该凹槽中装入弹性的成形件40，即O型环。暗示性地看出在散热体20上的用于第二电子元件30b的第二散热接触面24b。

将前罩3安装在基壳2上后这个拱顶连同O型环再次处于散热体20中的、圆锥形的凹口中，其中一直确保O型环圆锥形的凹口内在所有三个方向x，y，z上紧贴在散热体上。以这种方式确保没有大的附加的固定损耗，在所有方向、即三个空间轴x，y，z上避免产生更大的力并且因此机械地减轻了可编程控制器1的负担，由此该可编程控制器是非常牢固的。

Claims (7)

1.一种设计用于在自动化领域中使用的用于工业过程自动化的可编程控制器（1），具有

-第一印刷电路板（31），

-第二印刷电路板（32），

-第一待冷却的电子元件（30a），以及

-第二待冷却的电子元件（30b），

所述第一电子元件（30a）布置在所述第一印刷电路板（31）上并且所述第二待冷却的电子元件（30b）布置在所述第二印刷电路板（32）上，其中散热体（20）布置在所述第一印刷电路板（31）上并且所述第一电子元件（30a）布置在所述第一印刷电路板（31）与所述散热体（20）之间，在此所述散热体（20）设计为长方体形的并且连同包括在所述长方体的第一侧面（22）中的第一散热接触面（24a）安放在所述第一电子元件（30a）上，

其特征在于，

所述第二印刷电路板（32）基本垂直于所述第一印刷电路板（31）来布置，其中包括在所述散热体（20）的第二侧面（23）中的第二散热接触面（24b）安放在所述第二电子元件（30b）上。

2.根据权利要求1所述的可编程控制器（1），其中所述第二印刷电路板（32）固定在所述散热体（20）的所述第二侧面（23）上。

3.根据权利要求2所述的可编程控制器（1），具有

-基壳（2），

其中所述散热体（20）利用所述散热体的所述第一侧面（22）借助固定支座（11，12，13，14）与所述基壳（2）相连接，其中所述第一印刷电路板（31）布置在所述基壳（2）的底侧（4）的内侧（4a）与所述散热体（20）的所述第一侧面（22）之间，此外所述基壳（2）的所述底侧（4）的外面（4b）设有用于安装在垂直的部件上的固定件，其中在所述基壳（2）的已经安装的状态中所述底侧（4）平行于所述部件定向，其中选择所述散热体（20）的所述第二侧面（23），以使得所述第二印刷电路板（32）平行于流过所述基壳（2）的介质的流动方向（60）来布置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的可编程控制器（1），具有前罩（3），

其中所述前罩（3）能插在所述基壳（2）上并且能组合成封闭的壳体，所述壳体围绕所述散热体（20），所述前罩（3）在所述前罩（3）的内侧（5）上具有突出的保持件（10a，10b），其中在所述散热体（20）的、另外一个对准所述前罩（3）的内侧（5）的侧面中布置有凹口（20a，20b），在所述封闭的壳体中所述保持件（10a，10b）嵌接在所述凹口中，其中在所述突出的保持件（10a，10b）与所述凹口（20a，20b）之间布置有弹性的成形件（40），其中所述弹性的成形件（40）设计用于在三个空间轴（x，y，z）上截住所述散热体（20）的振动力。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的可编程控制器（1），其中所述固定件设计为，所述基壳（2）能固定在成型轨道上并且所述前罩（3）连同其所述保持件（10a，10b）设计，以使得所述散热体（20）的所述振动力传递到所述前罩（3）上并且所述前罩（3）将所述散热体（20）的所述振动力传递到所述基壳（2）上并且所述基壳（2）将所述散热体（20）的所述振动力传递到所述成型轨道上。

6.根据权利要求4或5所述的可编程控制器（1），其中所述保持件（10a，10b）设计为具有环绕的凹槽（41）的紧固拱顶并且所述弹性的成形件（40）设计为O型环，所述O型环位于所述凹槽（41）中。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的可编程控制器（1），其中所述凹口（20a，20b）设计为圆锥形的。

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