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Aufnahmerahmen für ein Gerät der elektrischen Nachrichten-
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technik Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Rahmengestell
zur Aufnahme von Baugruppen der elektrischen Nachrichtentechnik, vorzugsweise für
Unterflurverstärker in Trägerfrequenzsystemen.
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Der steigende Bedarf an Übertragungskanälen erfordert breitbandige
Weitverkehrssysteme für die Nachrichtenübertragung.
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Die bereits verlegten und zur Übertragung verwendeten Koaxialkabel
weisen Jedoch für hohe Frequenzen, wie sie in breitbandigen Systemen auftreten,
eine starke Dämpfung auf. Deshalb müssen in bestimmten Abständen Verstärkerstationen
vorgcsehen werden, die aufgrund übertragungstechnischer Begrenzung der Verstärkung
in kürzeren Abständen in die Übertragungsleitung geschaltet werden. Um hohe Kosten,
wie sie für den Ankauf von Grundstücken und die Erbauung von Gebäuden solcher Verstärkerstationen
anfallen, weitgehend zu vermeiden, ging man dazu über, zwischen zwei bemannten Verstärkerstationen
mehrere in Reihe geschaltete Zwischenverstärker, die jeweils in unterirdischen Muffen
untergebracht sind, anzuordnen. Dem Bestreben, die Entfernung zwischen zwei bemannten
Verstärkerstationen zu vergrößern und dafür mehr unterirdische Zwischenverstärker,
im weiteren mit Unterflurverstärker bezeichnet, zwischen die bemannten Stationen
zu schaltens kommt der Einsatz betriebssicherer und wartungsfreier Halbleiterbauelemente
entgegen.
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Die Speisung dieser unterirdischen Zwischenverstärker kann über die
Innenleiter der verlegten Koaxialtuben crfolgen.
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Aufgrund der temperaturabhängigen Kabeldämpfungsänderung sind die
Zwischenverstärker mit Temperatursteuerung und teilweise noch mit einer Pilotregelung
ausgestattet. Außerdem können die Unterflurverstärker über eine Pehlerortungsmöglichkeit
gestörter Verstärkerfelder verfügen.
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Um die in großer Zahl in Reihe geschalteten Zwischenvcrstarl:cr so
einfach wie möglich zu gestalten, wurden für die vcrhiedenen Ubertragungsbandbreitcn
und die verschiedenen Kabellängen zwischen den einzelnen Verstärkern in der Ausführung
gleiche, auf verschiedene Kabellängen umschaltbare Zwischenverstärker konzipiert.
Die Einstellung dieser Zwischenverstärker muß an Ort und Stelle beim Einmessen der
gesamten Trägerfrequenzanlage erfolgen.
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Mehrere solcher Zwischenverstärker werden dann in Kesselmuffen eingebaut,
die in die Erde eingegraben sind. Nach Inbetriebnahme der Anlage sind die Muffen
in die Erde eingegraben und die Zwischenverstärker dann regelmäßig schlecht zugänglich.
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Fällt nun solch ein Zwischenverstärker aus, so sind bis zu 10 800
Kanäle so lange außer Betrieb, bis der Fehler geortet, die Muffe, in der sich der
defekte Verstärker befindet, ausgegraben und die Reparatur am Verstärker durchgeführt
ist.
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Da solch ein Verstärkerausfall mit hohen Kosten verbunden ist, ist
man bestrebt, durch konstruktive Maßnahmen und durch die Auswahl geeigneter Bauelemente
die Ausfall rate des Unterflurverstärkers auf ein Minimum zu reduzieren.
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Auf den Seiten 60 bis 63 der TE KA DE TECIINISCHEN MITTGII LUNGEN
1977 ist die Leitungsausrüstung des Trägerfrequenzsystems V 2700 der Deutschen Bundespost
beschrieben. Für das System V 2700, das mit Frequenzen bis zu ca. 14 MHZ arbeitet,/wie
in Bild 1 dargestellt, für die unterirdisch verlegten Zwischenverstärker ein Rahmengestell
zur Aufnahme der Einzelbaugruppen verwendet. Um die empfindlichen Bauteile vor Feuchtigkeit
zu schützen, ist das bestückte Rahmengestell in einem aus Plastikwanne und Deckel
zusammengesetzten, tropfwasserdichten Plastikgehäuse untergebracht. Mehrere dieser
bestückten Plastikgehäuse sind in den unterirdischen Kesselmuffen zusammengefaßt.
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Die im Rahmengestell untergebrachten Einzelbaugruppen sind zur gegenseitigen
Abschirmung von elektrischen und magnetischen
Feldern von Metallgehäusen
umschlossen. Trotzdem genügt es, im System V 2700 zur Abführung der im wesentlichen
im Endstufentransistor anfallenden Verlustleistung den Endstufentransistor auf ein
Kühlblech zu. setzen, dessen abgestrahlte Wärme dann vom Metallgehäuse aufgenommen
und nach außen abgestrahlt wird. Die einzelnen Baugruppen werden untereinander und
mit den peripheren Einrichtungen mittels Koaxialkabeln und Koaxialsteckverbindern
verbunden.
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Um nun Zugriff zu den Baugruppen und zu den Bauteilen haben zu können,
muß die Kesselmuffe ausgegraben, ihr Deckel geöffnet und der betreffende Zwischenverstärker
herausgenommen werden. Nach Abnehmen des Deckels des Plastikgehäuses kann das Rahmengestell
aus dem Behälter gezogen werden. Direkten Zugriff zu den Baugruppen und Einzelbauteilen
hat man, wenn die Metallbecher nach dem Lösen einiger Schrauben abgezogen sind.
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Der steigende Bedarf von Übertragungskanälen erforderte jedoch noch
breitbandigere Übertragungssysteme. Aus diesem Grunde wird statt des bestehenden
Übertragungssystems mit 2700 Kanälen ein Übertragungssystem mit 10800 Kanälen, das
System V 10800 eingeführt. Dabei muß es möglich sein, sämtliche Leitungseinrichtungen,
wie z.B. Kabel und Kesselmuffen der Unterflurverstärker, ohne Änderungen weiter
zu verwenden.
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Folge dieser Forderung war daher auch die Weiterverwendung der bisher
benutzten und genormten Plastikgehäuse für Unterflurverstärker.
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Bei Unterflurverstärkern des Systems V 10800 tritt die Schwierigkeit
besonders aufsim Bereich der bei diesem System benutzten hohen Frequenzen (bis ca.
70 MHz) die eng nebeneinander angeordneten Baugruppen gegeneinander abzuschirmen.
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Außerdem besteht das Problem der Kühlung des Endstufentransistors,
bei dem eine höhere Verlustwärme abgeführt werden muß als bei den in Unterflurverstärkern
des Systems V 2700 verwendeten Endstutentransistoren. Das Problem der Wärmeabfuhr
ist
bei Unterflurverstärkern des Systems V 10800 besonders schwerwiegend, da bei diesem
System pro Strecke etwa die dreifache Anzahl von Unterflurverstärkern nötig ist
als beim System V 2700 und eine möglichst lange Lebensdauer der Bauelemente und
eine Konstanz der elektrischen Eigenschaften über viele Jahre hinweg gefordert wird.
Bei der niedrigen zu fordernden Ausfall rate sollte daher die tatsächliche Betriebstemperatur
der Halbleiterbauelemente höchstens die Hälfte der zulässigen Dauerbetriebstemperatur
dieser Bauteile erreichen. Außerdem verhindert die Unterbringung der Baugruppen
in Bechern mit der geforderten Hochfrequenzdichte eine Kühlung durch natürliche
Luftzirkulation.
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Die Kühlung durch Wärmeabstrahlung, die bei den Verstärkern des Systems
V 2700 ausgenützt wurde, genügt für den Endstufentransistor im System V 10800 nicht
mehr.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, durch konstruktive Maßnahmen den
Aufbau eines Unterflurverstärkers mit vorgegebcnen Außenabmessungen und vorgegebenen
übertragungstechnischen Eigenschaften zu ermöglichen, bei dem die benachbarten Baugruppen
voneinander entkoppelt sind und die Betriebstempcratur der Halblciterbauelemente
hinreichend niedrig bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens
eine Seite des Rahmengestells von einem Kühlkörper abgeschlossen ist und daß die
von Führungsmitteln geführten Baugruppen mit einer Grundplatte aus gut wärmeleitendem
Material von einem auf einer Stirnseite offenen Metallgehäuse umschlossen und mit
einer Seite am Kühlkörper fest verschraubt sind.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden, obwohl eine hohe I3auclew#ntendichte
Je Unterflurverstärker vorliegt, die benachbarten Baugruppen nicht nur entkoppelt
und vor Vcrstaubung und mechanischen Einwirkungen geschützt, sondern die Halbleiterbauelemente
der Baugruppen erreichen trotz stärkerer Wärmeentwicklung des Endstufentransistors
weniger als die Hälfte ihrer maximal zulässigen Dauerbetriebstemperatur. Damit ist
eine für Unterflurverstärker äußerst
wichtige Forderung, nämlich
eine sehr lange Lebensdauer der verwendeten Halbleiterbauelemente, erfüllt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
entnehmbar.
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Anhand des Ausführungsbeispieles nach den Figuren 1, 2 und 3 wird
die Erfindung näher beschrieben und erläutert.
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Fig.1 zeigt die Vorderansicht der Anordnung gemäß der Erfindung mit
halb aus dem Plastikgehäuse gezogenem teilweise bestücktes Rahmengestell.
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Fig.2 zeigt die Rückansicht der Anordnung gemäß der Erfindung.
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Fig.3 zeigt eine Baugruppe mit I-förmiger Grundplatte, die im Metallgehäuse,
das am Kühlkörper befestigt ist, untergebracht ist.
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Das tropfwasserdichte Plastikgehäuse wird von einer quaderförmigen,
einseitig offenen Plastikwanne 11 und einem Deckel 5 gebildet. Der obere Rand der
Plastikwanne 11 ist wulstartig verdickt und dient als Auflagefläche für einen Plastikrahmen
12, an dem das Rahmengestell 3 befestigt ist.
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Das Rahmengestell 3 hängt somit in der Plastikwanne 11 ohne sie zu
berühren.
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Da die Geräte des neu eingeführten Systems V 10800 ohne konstruktive
Änderung der bereits vorhandenen Aufnahmevorrichtungen in diese eingesetzt werden
sollen, waren aiifgrund der ebenfalls bereits vorhandenen Kesselmuffen die Außenabmessungen
der Plastikgehäuse vorgegeben. Neben dicsen Bedingungen besteht auch noch die Forderung
nach Vcreinheitlichung der Lagerhaltung. Aus diesem Grunde darf das Rahmengestell
3 in seinen Außenabmessungen nicht von denen des bisherigen Rahmengestells abweichen.
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Das Rahmengestell 3 ist aus Leichtmetall hergestellt und besteht im
wesentlichen aus zwei parallel zueinander angeordneten
Seitenteilen
13, aus denen je zwei übereinanderliegende, rechteckige Aussparungen mit abgerundeten
Ecken ausgestanzt sind. Ein Seitenteil 13 wird demnach von einem oberen, einem mittleren
und einem unteren Qucrholm sowie zwei Längsholmen gebildet. Jeweils der obere Querholm
ist rechtwinklig umgebogen, so daß Auflageflächen entstehen, auf die der Plastikrahmen
12 aufgeschraubt ist.
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Auf der Ober- und Unterseite des Plastikrahmens 12 befinden sich Dichtuogen,
die am Deckel 5 bzw. an der Plastikwanne 11 anliegen und das Plastikgehäuse abdichten,
um so die teuren und empfindlichen Baugruppen vor Tropfwasser zu schützen.
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Zwischen den beiden parallel angeordneten Seitenteilen 13 sind sechs
Querverstrebungen 17 aus Flachaluminium mit ihren Stirnseiten an den Seitenteilen
13 festgeschraubt.
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Die Querverstrebungen 17 befinden sich jeweils an den Stcllen der
Seitenteile, an denen je ein Längsholm und ein Querholm aufeinandertreffen. In die
Ober- und Unterseite der Querverstrebungen sind Nuten eingearbeitet, in die Plastikschienen
10 eingesetzt sind. Die Plastikschienen 10 dienen der Führung und Fixierung der
Metallgehäuse 8. Diese Metallgehäuse 8 sind quaderförmig ausgeführt und an einer
Stirnseite geöffnet. Zwischen der oberen und unteren Querverstrebung sind zwei und
zwischen mittlerer und unterer Querverstrebung sind drei dieser Metallgehäuse 8
in das Rahmengestell geschoben, so daß jeweils alle offenen und alle geschlossenen
Stirnseiten der Metallgehäuse auf einer Scite des Rahmengestells liegen.
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Die Seite des Rahmengestelles 3, auf der alle geschlossenen Stirnseiten
der Metallgehäuse liegen, ist von einem Kühlkörper 6, der aus einer Metallplatte
besteht, abgeschlossen. Diese Metallplatte ist punktplaniert und daher völlig eben,
so daß die geschlossenen Stirnseiten der Metallgehäuse 8 plan an dieser anliegen.
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In einem Metallgehäuse steckt jeweils eine Baugruppe 4, die
aus
einer I-förmigen Grundplatte 2, Bauteilen und Steckverbindern besteht. Dabei befinden
sich die Bauelemente auf zwei Leiterplatinen 1 von denen Jeweils eine auf einer
Seite des Steges 19 der Grundplatte 2 befestigt ist Die Ausnahme bildet der Endstufentransistor
20. Dieser ist auf eine großflächige Kupferplatte 26 montiert. Zwischen Grundplatte
2 und Kupferplatte 26 ist eine Platte 25 aus gut wärmeleitendem und elektrisch isolierendem
Material, wie beispielsweise Glimmer, angeordnet. Die Platte 25 ist etwas größer
als die Kupferplatte 26, die die Abwärme großflächig verteilt. Daher kann eine bedeutend
größere Wärmemenge vom Sndstufentransistor 20 auf die Grundplatte 2 übertragen werden,
als dies bei den gebräuchlichen Glimmerplatten möglich ist, die im wesentlichen
die Größe eines Transistors haben. An einem Fuß 23 der Grundplatte 2 sind Koaxialverbinder
21 angeordnet, die zur Verbindung der Leiterplatinen mit den von außen kommenden
Anschlüssen dienen. Am gegenüberliegenden Fuß 7 sind an seiner Innenseite Muttern
22 hinter durch den Fuß 7 gebohrten Löchern befestigt. Eine Baugruppe 4 steckt nun
so in einem Metallgehäuse 8, daß die Außenseite des Fußes 7 an der dem Becherinneren
zugekehrten geschlossenen Stirnseite des Metallgehäuses 8 anliegt. Durch den Kühlkörper
6 und die geschlossenen Stirnseiten der Metallgehäuse 8 sind ebenfalls Locher gebohrt,
durch die vom KUhlkblper 6 her Schrauben gesteckt. hor S#I#i4a##bei# werden, die
mit den Muttern der Grundplatte verschraubt werden. Die Baugruppe ist daher mechanisch
am Rahmengestell befestigt und führt mit dem Fuß 23 über die geschlossene Stirnseite
der Metallgehäuse 8 über eine große Fläche die entstehende Verlustwärme des Endstufentransistors
weitgehend aus der Baugruppe heraus und leitet sie dem Kühlkörper zu, der sieudann
nach außen abstrahlt. Der andere Fuß 23 der Baugruppengrundplatte 2 schließt das
Metallgehäuse 8 von vorne her ab. Metallgehäuse 8 und Baugruppe 4 bilden somit eine
hochfrequenzdichte, abgeschlossene Einheit.
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An den Außensciten der außenliegenden Metallgehäuse 8 sind, von den
Aussparungen 14 der Seitenteile 13 her zugänglich, rechteckige Öffnungen 9 ausgespart,
die mittels Abdeckplatten 24 verschlossen werden. Die Abdeckplatten 24 überlappen
die Öffnungen 9, so daß sie mittels Schrauben am Metallgehäuse 8 festgeschraubt
werden können.
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Nach Abnahme der Abdeckplatten 24 kann man auf einfache Weise, ohne
die Baugruppe 4 aus dem Metallgehäuse 8 zu ziehen, für die Einmessung des Unterflurverstärkers
notwendige Einstellungen, wie beispielsweise die Einstellung des Verstärkers auf
die Kabellänge zum nächsten Unterflurverstärker, durchführen.