DE3528291A1 - Anordnung zur kuehlung elektronischer bauelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung elektroni­ scher Bauelemente auf mit diesen bestückten Platinen, wobei die Bauelemente in Abstand von einem als Kühlkörper dienenden Gehäuse umgeben sind und der Zwischenraum zwischen Kühlkörper und den Bauelementen bzw. der Platine mit einem Schüttgut ausgefüllt ist.

Zum Schutz elektronischer Anlagen und deren Funktionssicher­ heit muß die durch die Verlustleistung elektronischer Bau­ elemente erzeugte Wärme abgeführt werden. Im günstigsten Falle reicht die Luftzirkulation innerhalb der Geräte aus. Zu hohe Temperaturen einzelner Bauelemente oder auch Bau­ gruppen werden mittels Kühlkörper reduziert. Reicht die Vergrößerung der Kühlflächen mittels Kühlkörpern nicht aus, so werden Gebläse eingesetzt um den Luftstrom zu verstärken oder man weicht auf Kühlkörper aus, die mit flüssigen Medien gekühlt werden.

Die angestrebte hohe Packdichte der Bauelemente bei der heutigen kompakten Bauweise fordert eine bestmögliche Wärmeabfuhr aller Bauelemente, auch derjenigen, die von der Größe und der Form her mit Kühlkörpern nicht versehen werden können, die einzeln eine geringe Verlustleistung aufweisen, aber in der Masse auf engstem Raum den Bedarf hoher Kühlleistung erzwingen.

Schränke für 19′′-Geräteeinheiten, die mit ihren Ein­ schüben und Baugruppenträgern sehr viele bestückte Platinen dicht gepackt aufnehmen können, werden vorzugsweise mit 19′′-Lüftereinschüben für große Luftmengen ausgestattet, die einen hohen Geräuschpegel haben. Bei den unberechenbaren Strömungswiderständen der bestückten Platinen ist es kaum möglich, die Luftstromverteilung innerhalb der Geräteein­ heiten abzuschätzen. Um partielle Wärmestaus zu vermeiden, werden die Kühlsysteme überdimensioniert, was u. a. mit einem erhöhten Geräuschpegel und hohem Raumbedarf verbunden ist.

Für eine elektronische Anlage eines Neutrinoprojektes wurde bei der Dimensionierung der Luftkühlung nach dem Stande der Technik ein notwendiger Volumenstrom von mindestens 18.500 m³/h bei einer Druckdifferenz von mindestens 400 Pa und einem Geräuschpegel von ca. 110 dB ermittelt.

Bekannt ist die Methode, kleinere kompakte Schaltungseinhei­ ten in ein als Kühlkörper dienendes Gehäuse einzugießen, wobei die Wärmeübertragung von den Bauelementen zum Kühl­ körper über die Vergußmasse erfolgt. Diese Methode, sinn­ voll bei der Herstellung kompakter Bauteile mit wenigen Anschlüssen, bleibt auf kleine Schaltungseinheiten beschränkt und ist bei größeren Einheiten, wie den Baugruppenträgern in 19′′-Schränken nicht praktikabel. Bei Großanlagen muß auch die Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit beachtet werden. Die Wahrscheinlichkeit, eine bestückte Platine austauschen zu müssen, ist groß und schließt die Verwendung der schwer entfernbaren Vergußmassen aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die gattungsgemäße Anlage ein Kühlsystem bereitzustellen, das bei beengten Raumverhältnisse eine hohe Packdichte der elektronischen Bauelemente er­ möglicht, wobei vor allem aus Lärmschutzgründen die Grenz­ werte der Geräuschbelastung von Personen, die in unmittel­ barer Nähe arbeiten, noch deutlich unterschritten werden sollten.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei der Kühlanordnung der eingangs bezeichneten Art gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1 gelöst.

Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung wieder.

Die Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht in vorteil­ hafter Weise die bestmögliche Packdichte der Bauelemente bei ausreichender Kühlung, weil die Verlustwärme auf kürzestem Wege über das Schüttgut auf die Kühlkörper über­ tragen wird. Bei der Kühlung einer Großanlage kommt es darauf an, die Wärme vom Ort des Entstehens auf dem kürzesten Wege abzuführen. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß jeder Platine je nach Verlustleistung ein entsprechender Kühlkörper zugeordnet wird und damit die Kühlleistung innerhalb einer großen Anlage dem Bedarf entsprechend auf kleinere Einheiten verteilt werden kann. Einheiten mit großer Verlustleistung heizen nicht mehr die Mehrzahl der anderen ebenfalls gekühlten Einheiten mit geringerer Verlustleistung, weil die Wärme vorort mittels Kühlkörper abtransportiert wird. Das Auftreten von Wärme­ staus wird weitgehend vermieden. Die Wärmekapazität des Schüttgutes vermindert größere Temperaturschwankungen der Bauelemente. Bei Verwendung eines Kühlsystems, sei es mit flüssigem oder gasförmigem Medium, reicht die Wärmekapazi­ tät aus, um auf ein redundantes Kühlsystem umzuschalten, ohne die Anlage ausschalten zu müssen. Bei Luftkühlung kann das Luftführungssystem einer Großanlage durch entsprechend geformte Kühlkörper genauer, d. h. bedarfsgerecht, ausge­ staltet werden. Die Kühlung einer Großanlage wird damit effektiver und die zu installierende Kühlleistung kann genauer bestimmt und damit reduziert werden.

Ausführungsvarianten gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine bestückte Platine 1 mit dem die Bauelemente 2 umgebenden Gehäuse 3, das in viel­ fältiger Weise mit Kühlprofilen 4, 5 versehen werden kann sowie das zwischen der Platine 1 und dem als Kühlkörper dienende Gehäuse 3 die Bauelemente 2 umgebende Schüttgut 11. Bauteile innerhalb des Schüttgutes 11 können ebenfalls mit geeigneten Kühlkörpern 6 versehen sein.

Fig. 2 zeigt eine Platine 1, deren Gehäuse 3 mit einem Luftkanal 7 versehen ist.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der wechselweisen Anordnung von Platinen 1 und Kühlkörpern 8, wie sie z. B. in Bau­ gruppenträgern oder Einschüben 9 von 19′′-Schränken Anwendung findet, wobei die Kühlkörper 8 an einen Kühl­ kreislauf 10 angeschlossen sind. Bei dieser Anordnung werden die bestückten Platinen 1 auf einer gemeinsamen Rückwand 12 eingesetzt. Nach dem Einsetzen der Platinen 1 und der Kühlkörper 8, wird der ganze 19′′-Einschub 9 mit dem Schüttgut 11 ausgefüllt. Vor einer Wartung oder etwaigen Reparatur wird das Schüttgut 11 einfach abgesaugt.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Anordnung von Platinen 1 in einem 19′′-Einschub 9 bei Luftkühlung. Bei dieser Anordnung werden Platinen 1 mit eigenen mit Schüttgut gefüllten Kühlgehäusen 3 verwendet, deren Kühlprofile wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, den Kühlbedürfnissen angepaßt werden können.

Fig. 5 zeigt ein 19′′-Rack mit einer weiteren Möglichkeit des Anschlusses einer Kühlleitung 13, wobei eine Seite der verwendeten 19′′-Kassetten 14 als Kühlfläche 15 ausge­ bildet ist.

Über Laschen 16 ist eine einfache thermische Kontaktierung 17 möglich.

Claims (5)

1. Anordnung zur Kühlung elektronischer Bauelemente (2) auf mit diesen bestückten Platinen (1), wobei die Bauelemente (2) in Abstand von einem als Kühlkörper (4, 5 und 7) dienenden Gehäuse (3) umgeben sind und der Zwischenraum zwischen Kühlkörper und den Bauelementen (2) bzw. der Platine (1) mit einem Feststoff ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum mit Schüttgut (11) ausgefüllt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sand mit einer Körnung bis 500 µm als Schüttgut (11) eingebracht ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Glasperlen in der Größenordnung bis 500 µm als Schütt­ gut (11) eingebracht sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bestückte Platine (1) beidseitig, sowohl die Bestückungsseite als auch die Rückseite, vom Schüttgut (11) umgeben ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Platinen (1) und Kühlkörper (8) in einem gemeinsamen Gehäuse (3) parallel zueinander und abwechselnd so angeordnet sind, daß sich zwischen zwei Platinen (1) jeweils ein Kühlkörper (8) befindet und die Zwischen­ räume mit dem Schüttgut (11) ausgefüllt sind.