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Einsatz für Gestelle der elektrischen Übértragungstechnik
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Die Erfindung betrifft einen Einsatz für Gestelle der elektischen
Übertragungstechnik, in denen vertikal gestreckte Einsätze übereinander angeordnet
sind. 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 Einschübe 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 und 10 beschrieben.
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Zur Stromversorgung der in den Gestellen untergebrachten Einrichtungen
sind ebenfalls Einsätze vorgesehen, in denen ein Netzteil, Umrichter, Spannungsregler
usw. enthalten sein können. Zur optimalen Raumausnutzung wird eine möglichst hohe
Packungsdichte angestrebt, welche durch Verwendung von Leistungshalbleitern und
die durch die Anwendung fortschrittlicher Schaltungsprinzipien die Erhöhung der
Umrichterfrequenzen 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 Innern des Einsatzes
herbeiführen kann. Die Folge wäre eine erhebliche Beeinträchtigung der Lebensdauer
und der Zuverlässigkeit der Bauteile.
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Es wäre möglich, die Leistungsbauteile wie beispielsweise die Leistungshalbleiter
thermisch gut leitend mit der Frontplatte zu koppeln und diese zusätzlich mit Rippen
zu versehen, so daß die Verluste dieser Bauteile über geringe thermische Widerstände
zur Frontseite abgeführt werden können und nur ein geringes Temperaturgefälle zwischen
diesen Bauteilen und der umgebenden Luft im Einsatz auftritt. Die Verlustleistung
wird von dem Frontplattenprofil bei einer solche Anordnung überwiegend durch Konvektion
abgeführt.
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Die anderen Bauteile können auf Leiterplatten zusammengefaßt werden,
die wie in den üblichen Einsätzen eines Gestells angeordnet sind. Bei einer solchen
Konstruktion kann es jedoch bei der angestrebten hohen Packungsdichte immer noch
zu einer thermischen Kapselung von Bauteilen mit hohem Wärmestau und örtlicher Überhitzung
kommen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß beispielsweise bei Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren
ab einer Celsius-Temperatur von + 40 K bei einer Temperaturerhöhung um 7 K jeweils
mit einer Halbierung der Brauchbarkeitsdauer (das ist die Zeit einer konstanten
niedrigen Fehlerrate) gerechnet werden muß.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Einsatz für
Gestelle der elektrischen Übertragungstechnik zu schaffen, bei dem trotz einer hohen
Packungsdichte auch bei einer Stromversorgungseinrichtung die Verlustleistung so
gut abgeführt wird, daß im Einsatz befindliche Bauteile 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 Reparaturarbeiten.
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Der Einsatz soll außerdem rationell zu fertigen sein, möglichst wenig
Handlötstellen und nur geringe Handverdrahtung erfordern.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß etwa in
der Mitte hinter der Frontplatte des Einsatzes und senkrecht zu dieser Leiterplatten
senkrecht angeordnet sind, so daß deren Bauteilseiten den Außenseiten des Einsatzes
zugewandt sind. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in den Figuren 1-3 dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert werden.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Einsatz gemäß der Erfindung in vereinfachter
perspektivischer Darstellung.
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Fig.2 Einzelteile dieses Einsatzes in aufgelöster perspektivischer
Darstellung und Fig.3 ein Beispiel für eine Abdeckhaube..
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Bei der in Fig.1 dargestellten Ausführung ist die Frontplatte 1 als
geripptes Kühlprofil ausgebildet. An der Frontplatte sind oben und unten mit Hilfe
von Winkeln 2 horizontale Platten 3 und 4 befestigt. Zur Führung des Einsatzes in
der Aufnahmevorrichtung des Gestells dienen die Schienen 5, die an den seitlichen
Trägern 6 der oberen Platte 3 vorgesehen sind. Zur Befestigung im 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 Fig.3 ist ihre Lage angedeutet durch die Ausnehmung 15, durch die sie hindurchragt.
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Etwa in der Mitte hinter der Frontplatte und senkrecht zu dieser sind
die beiden Leiterplatten 7 und 8 angeordnet.
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Die Bauteile auf diesen Leiterplatten sind den Außenseiten des Einsatzes
zugewandt, so daß die Wärmeströmung von den Verlustleistung abgebenden Bauteilen
zu der an den Seiten des Einsatzes vorbei strömenden Luft sehr 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 Übertemperaturen vermieden werden, Zur Erhaltung der
Übersichtlichkeit sind in Fig.1 Bauteile nicht dargestellt, in Fig.2 sind als Beispiel
für die mögliche Anordnung Kondensatoren 9 eingezeichnet.
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Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Ausbildung der
Leiterpiatten 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 Fig.1 wegen
der perspektivischen Darstellung nicht sichtbar. Zur Führung der Leiterplatte zwischen
den beiden Platten 3 und 4 dienen Führungselemente 11, die beispielsweise als Durchprägung
der Platten ausgebildet sein Können, wie Fig.2 zeigt.
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Die andere Leiterplatte 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem
Einsatz fest verbunden beispielsweise verschraubt. In beiden Fällen ist der Verdrahtungsaufwand
außerordentlich gering, da die Bauteile hauptsächlich durch die Leiterzüge auf den
Leiterplatten untereinander verbunden sind und die Zahl der Verbindungen zur mit
dem Einsatz fest verbundenen Leiterplatte sehr gering gehalten werden kann.
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Besonders stark wärmeabgebende Halbleiterelemente 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.
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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 zeigt. 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, Signalisierung, Überwachung usw.
untergebracht werden. Enthält dié 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.
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Als Beispiel ist inFig,2 die Leiterplatte 17 gezeigt, zur Verdeutlichung
sind auf dieser noch Bauteile 21 eingezeichnet. Die Verbindung mit der Leiterplatte
17 kann mittels einer Steckverbinderleiste 18 erfolgen, deren Steckerstifte 19 in
das Gegenstück 20 auf der Leiterplatte 17 eingreifen.
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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.
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Zwischen den beiden Leiterplatten 7 und 8 ist zur Entkopplung und
zur Dämpfung hochfrequenter Störungen, welche beispielsweise in Umrichtern erzeugt
werden, ein Abschirmblech anbringbar.
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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.
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Fig.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 Fig.3 nur die Öffnungen 24 zur Veranschaulichung eingezeichnet.
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Durch die Ausnehmung 15 ragt, wie bereits angegeben, die Steckkontaktleiste,
mit welcher der Einsatz in ein entsprechendes Gegenstück des Gestells eingreift.
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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 Reparaturmöglichkeiten nach Abnahme der Abdeckhaube von
drei Seiten her frei zugänglich sind. Die Erfindung ist auch in anderen Bereichen
der Elektrotechnik vorteilhaft anwendbar.