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QUERVERWEIS
AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Dieses Europäische Patent ist mit der Europäischen Patentanmeldung
Nr. 99967409.6 mit dem Titel „Austauschbarer
Versteifungsrahmen mit Keilschloss erweiterter Breite zur Verwendung
in einem Schaltkartenmodul" verwandt,
die als
EP 1 149 520
A veröffentlicht
ist.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im Allgemeinen das Gebiet von Computerkartenmodulen und die innerhalb
der Module enthaltenen Rahmen. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung im Allgemeinen Schaltkartenmodule mit Rahmen, die umgebaut
werden können,
um die Kühlungseigenschaften der
Module zu verbessern, aber als Option den Spezifikationen des Institute
of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) entsprechen.
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Im Handel erhältliche Standardbauelemente, die
in den Schaltkartenmodulen enthalten sind, sind häufig unzuverlässig, wenn
sie den hohen Temperaturen ausgesetzt werden, wie sie zum Beispiel
in militärischen
Umgebungsbedingungen vorkommen. Dies ist auf die Wirkungslosigkeit
herkömmlicher
Verfahren zum Steuern der Temperaturen von Bauelementverbindungen
unter extremen Temperaturbedingungen zurückzuführen. Herkömmliche Kühlungsverfahren, die in Standardteilen
angewendet werden, umfassen normale Konvektion, Zwangskonvektion – wie z.
B. Gebläsekühlung, Flüssigkeitskühlung, unterschiedliche
Formen von Wärmeleitern
oder Wärmesenken,
usw. – und
Kombinationen von zwei oder mehreren dieser Verfahren. Zahlreiche
Patente sind für
bauliche Konstruktionen mit Kühlungseigenschaften
zur Verwendung in Schaltkartenmodulen erteilt worden. Das an Dirks
et al. erteilte US-Patent Nr. 5,280,411 offenbart beispielsweise
die Hinzufügung von wärmeleitenden
Schienen zu den Kanten einer Schaltkarte. Meyer, IV et al. lehrt
in US-Patentschrift Nr. 5,549,155 die Verwendung eines wärmeleitenden Unterbaus
und einer Wärmeröhre, um
die unerwünschte
Wärme von
einem Computerchip zu verteilen. Die US-Patentschriften Nr. 5,532,430
bzw. 5,559,675 von Lanoe und Hsieh et al. offenbaren wärmeabgebende
Konstruktionen zur Verwendung mit Schaltkarten. In der US-Patentschrift
Nr. 4,916,575 erläutert
Van Asten die Verwendung eines gerippten Rahmens, der dazu konstruiert
ist, um mehrere Karten zu halten. Verschiedene Patente, darunter
die US-Patentschriften Nr. 4,558,395; 5,482,109; 5,714,789 und 5,625,227
offenbaren die Verwendung eines Systems mit zirkulierendem Kühlungsmittel
zum Abführen
der erzeugten Wärme.
Jedoch offenbart oder empfiehlt keines dieser Patente eine Konstruktion,
die den IEEE 1101.2 Normen (d. h. IEEE Standard for Mechanical Core
Specifications for Conduction-Cooled Eurocards) entspricht, welche konvektionsgekühlte Gehäuseanforderungen
und leitungsgekühlte
Gehäuseanforderungen
vorschreibt.
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Auch der Stand der Technik hat die
Nützlichkeit
zusätzlicher
Kräfte
an den Kontaktpunkten zwischen den Modulkonstruktionen und dem Computergehäuse erkannt.
Morrison, US-Patentschrift Nr. 4,994,937, und Moser, US-Patentschrift Nr. 5,262,587,
lehren Klemmkonstruktionen zum Erreichen dieses Ziels. Buzzelli,
US-Patentschrift Nr. 4,853,829 offenbart einen Verriegelungsmechanismus
mit einem verschiebbaren Block, welcher das Modul an der Wärmesenkenplatte
hält. Wie
vorstehend erwähnt
scheint keine dieser Referenzen den derzeitig aktuellen IEEE Normen
zu entsprechen.
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Die aktuellen Verfahren zum Kühlen der
im Handel erhältlichen
Standardschaltkarten, wie z. B. Versa Module Eurocards (VME) sind
leitungsgekühlte
Module, die in einem leitungsgekühlten
Gehäuse oder
in einem konvektionsgekühlten
Gehäuse
betrieben werden, wie z. B. in den IEEE 1101.2 Spezifikationen
beschrieben. Um die IEEE 1101.2 Spezifikationen zu erfüllen, müssen die
Karten beiden Gehäusetypen
mechanisch entsprechen. Dies erfordert einen ungefähr 0,16
cm dicken und 0,249 cm breiten Vorsprung entlang der Kartenkante,
um in die konvektionsgekühlten
Gehäusekartenführungen
einzugreifen. Häufig
ist dieser Vorsprung eine Erweiterung der gedruckten Leiterplatte
(PWB) oder als ein Teil der gedruckten Leiterplatte maschinell gearbeitet. Eine
durch die IEEE 1101.2 Spezifikationen gestellte Herausforderung
besteht darin, dass die Kartenmodule mit den bestehenden zwangsluftgekühlten Gehäusen oder
Gestellen kompatibel sein müssen,
in welchen keine Keilschlösser
zum Wärmeaustausch oder
zum mechanischen Einbau verwendet werden. Stattdessen wird in den
bestehenden zwangsluftgekühlten
Gehäusen
die Kante der gedruckten Leiterplatte als eine Führung und einer der mechanischen Befestigungspunkte
für das
Gehäuse
verwendet. Bei der konvektionsgekühlten Konfiguration wird der Luftstrom über der
Karte dazu verwendet, die Wärme des
Bauelementes abzuführen.
Bei der leitungsgekühlten
Konfiguration wird die Wärme
des Bauelementes durch Leitung zu der Kaltwand des Gehäuses abgeführt. Die
Wärme wird
dann durch externe Einrichtungen aus dem Gehäuse abgeführt. Der Vorsprung reduziert
den Wirkungsgrad der Wärmeabführung durch
Reduzieren des verfügbaren
Leitungsberührungsbereiches
und durch Reduzieren der Größe des Keilschlosses,
das verwendet werden kann. Diese beiden Auswirkungen reduzieren
den Wirkungsgrad der Bewegung der Wärme zu der Kaltwand des Gehäuses. Wegen
dieser bestehenden Anforderungen nutzen die leitungsgekühlten Module nicht
die gesamte zur Verfügung
stehende Fläche
an der Kaltwand des Gehäuses
aus.
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, einen Adapter für im Handel erhältliche
Standardschaltkartenmodule zu schaffen, der zu einer verbesserten
Kühlungsleistung
führt.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
die Kühlungsleistung
des Schaltkartenmoduls durch Entwickeln eines Adapters für bestehende Schaltkartenmodule
zu verbessern, welcher einen direkteren Weg für die Abführung der Wärme von den Bauelementen der
Schaltkartenmodule schafft.
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Es ist noch eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, die Kühlungsleistung des Moduls durch
die Verwendung eines (breiteren) Keilschlosses erweiterter Breite
zu verbessern.
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Es ist eine noch weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, den Leitungsberührungsbereich zwischen dem
Rahmen des Schaltkartenmoduls und dem Gehäuse zu vergrößern.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die nachfolgende Darstellung der
Erfindung ist zur Verfügung
gestellt, um das Verständnis
von einigen der innovativen Merkmale zu erleichtern, die in der
vorliegenden Erfindung einzigartig sind, und ist nicht als eine
ausführliche
Beschreibung gedacht. Ein vollständiges
Verständnis
der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung kann nur durch Betrachten
der gesamten Beschreibung, der Ansprüche, Zeichnungen und der Zusammenfassung
als eine Gesamtheit erlangt werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Verbesserung eines Schaltkartenmoduls, das einen Adapter umfasst,
wie durch Anspruch 1 definiert. Die vorliegende Erfindung ist mit
den IEEE 1101.2 Spezifikationen kompatibel. Die vorliegende Erfindung
vergrößert den
Leitungsberührungsbereich
zwischen der Kaltwand des Gehäuses
und dem Modul. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Breite bestehender Keilschlösser von ungefähr 0,635
cm auf ungefähr
0,889 cm vergrößert. Bei
der vorliegenden Erfindung ist das Keilschloss derart an einer Fläche des Rahmens
befestigt, dass, wenn es in einem leitungsgekühlten Gehäuse angebracht wird, die gegenüberliegende
Rahmenfläche
gegen die Kaltwand des Gehäuses
gedrückt
wird. Die vergröflerte
Gröfle
des Keilschlosses verdoppelt ungefähr die aufgebrachte Klemmkraft
im Verhältnis
zu herkömmlichen
Modulen. Die Nettowirkung dieser Verbesserungen ist eine Reduzierung
des thermischen Widerstandes pro Zoll Keilschlosslänge, in
der Gröflenordnung
von beispielsweise ungefähr
0,42°C/W
bis ungefähr 0,21°C/W. Dies
reduziert wiederum den Temperaturanstieg an der Grenzfläche von
dem Modul zu dem Gehäuse.
Die verbesserten thermischen Widerstände und niedrigeren Temperaturanstiege
fördern
die Zuverlässigkeit
der im Handel erhältlichen
Standardschaltkarten verglichen mit dem Stand der Technik, insbesondere
in den extremen Umgebungen wie sie in militärischen Anwendungen angetroffen
werden.
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Die neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden für
die Fachleute nach Durchsicht der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung deutlich werden oder können durch
praktische Anwendung der vorliegenden Erfindung erlernt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die beigefügten Figuren, in welchen gleiche Bezugszeichen
in den verschiedenen Ansichten durchweg identische Elemente oder
funktionsähnliche
Elemente bezeichnen und welche in die Beschreibung eingearbeitet
und deren Bestandteil sind, erläutern
ferner die vorliegende Erfindung und dienen zusammen mit der ausführlichen
Beschreibung der Erfindung als Erklärung der Grundsätze der
vorliegenden Erfindung.
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1 illustriert
eine Ansicht im Querschnitt eines bekannten im Handel erhältlichen
Standardschaltkartenmoduls, das in einem (vollständig die IEEE 1101.2 Spezifikationen
erfüllenden)
leitungsgekühlten
Gehäuse
eingebaut ist.
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2 illustriert
eine Ansicht im Querschnitt eines neuen Versteifungsrahmens, der
in einem (teilweise die IEEE 1101.2 Spezifikationen erfüllenden) leitungsgekühlten Gehäuse eingebaut
ist, welcher sich nicht auf den beanspruchten Themengegenstand der
vorliegenden Erfindung bezieht.
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3 illustriert
eine Ansicht im Querschnitt eines bekannten Schaltkartenmoduls,
das in einem (vollständig
die IEEE 1101.2 Spezifikationen erfüllenden) konvektionsgekühlten Gehäuse eingebaut
ist.
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4 illustriert
eine Ansicht im Querschnitt einer alternativen Ausführungsform
des neuen Versteifungsrahmens, der in einem (vollständig die
IEEE 1101.2 Spezifikationen erfüllenden)
konvektionsgekühlten
Gehäuse
eingebaut ist, welcher sich nicht auf den beanspruchten Themengegenstand
der vorliegenden Erfindung bezieht.
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5 illustriert
eine Ansicht im Querschnitt einer alternativen Ausführungsform
des neuen Versteifungsrahmens, der in einem (vollständig die
IEEE 1101.2 Spezifikationen erfüllenden)
leitungsgekühlten
Gehäuse
eingebaut ist, welcher sich nicht auf den beanspruchten Themengegenstand
der vorliegenden Erfindung bezieht.
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6 illustriert
eine Ansicht im Querschnitt eines im Handel erhältlichen Standardschaltkartenmoduls,
das mit einem Adapter modifiziert wurde, um den Wärmewirkungsgrad
gemäß der vorliegenden Erfindung
zu erhöhen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erläuterung von 1 bis 5 betrifft
einen neuen Versteifungsrahmen (d. h. 2, 4 und 5), der als Patentanmeldung zum gleichen
Datum hiermit betitelt „Austauschbarer
Versteifungsrahmen mit Keilschloss erweiterter Breite zur Verwendung
in einem Schaltkartenmodul" von
denselben Erfindern der vorliegenden Erfindung angemeldet wurde.
Die Erläuterung
der 1 bis 5 bietet eine Erklärung der Probleme,
die beim Stand der Technik angetroffen werden, und deren Lösungen,
und demzufolge ist diese Erläuterung
zum Verständnis
der vorliegenden Erfindung aufgeführt worden. Die vorliegende
Erfindung ist in 6 und
in deren Erläuterung
dargestellt.
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Mit Bezugnahme auf 1 ist eine Ansicht im Querschnitt (Draufsicht
oder Seitenansicht) einer herkömmlichen
Konstruktion eines in einem leitungsgekühlten Gehäuse 2 eingebauten
Schaltkartenmoduls dargestellt. Das Modul von 1 umfasst zwei Schaltkarten: eine Zwischenkarte 8 und
eine Grundkarte 7, obwohl die Anzahl und Art der Karten
unterschiedlich sein kann. Eine Vielzahl von elektrischen Bauelementen 6 (z.
B. integrierte Schaltungen, Hochleistungs-Mikrochip-Bausteine, usw.)
sind auf den Schaltkarten 7 und 8 montiert (z.
B. gelötet,
Kügelchenanordnung,
usw.), obwohl 1 nur
Bauelement 6 auf der Karte 7 montiert darstellt.
Während seines
normalen Betriebes erzeugt das Bauelement 6 Wärme und
zwei Wärmewege
sind zur Wärmeableitung
zur Verfügung
gestellt. Der erste Wärmeweg führt über den
Metallstreifen 5 (oder den Unterlegkeil) durch die Unterseite
des Bauelementes 6 zu dem Ende der Schaltkarte 7 zu
der Kaltwand des Gehäuses 2.
Der Metallstreifen 5 funktioniert sowohl als eine Wärmesenke
als auch als Schutz vor Beschädigung
für die
Karte 7, wenn sie in das Gehäuse 2 eingesetzt oder
daraus entfernt wird. Der andere (durch den gestrichelten Pfeil
in 1 dargestellte) Wärme weg für Bauelement 6,
und der von elementarer Wichtigkeit ist, führt durch die Oberseite von
Bauelement 6 zu der wärmeleitenden
Wärmesenke 9 zu dem
Modulrahmen 1 und über
die Karte 7 und den Metallstreifen 5 zu der Kaltwand
des Gehäuses 2.
Als Option können
die Wärmesenke 9 und
der Rahmen 1 aus einem einzigen Materialstück hergestellt
sein. Der Wärmewirkungsgrad
dieses Wärmeweges
wird direkt durch die durch das Keilschloss 3 ausgeübte Klemmkraft
(d. h. je höher
der Druck, desto niedriger der thermische Widerstand) und den Berührungsbereich 10 zwischen
der Kaltwand des Gehäuses
und der Karte 7 oder dem Streifen 5 beeinflusst,
in Abhängigkeit
von der Konfiguration (d. h. Streifen 5 muss nicht immer
vorhanden sein). Ein Endabschnitt der Schaltkarte 7 umfasst
häufig
einen Vorsprung 4 (häufig
maschinell aus der Grundkarte 7 heraus gearbeitet), welcher
ermöglicht,
dass dieses Modul mit einem konvektionsgekühlten Gehäuse wie in den IEEE 1101.2
Spezifikationen definiert konform ist (siehe z. B. 3 bezüglich
eines herkömmlichen 1101.2
konformen Moduls, das in einem konvektionsgekühlten Gehäuse verwendet wird). Die problematischen
thermischen Widerstände
in dem Modul von 1 umfassen
die Widerstände
zwischen dem Metallstreifen 5 und der Kaltwand des Gehäuses 2 (z.
B. ungefähr
0,23°C/W),
zwischen dem Metallstreifen 5 und der Karte 7 (z.
B. ungefähr
0,3°C/W)
und zwischen der Karte 7 und dem Rahmen 1 (z.
B. ungefähr 0,11°C/W). Die
Schraffierung in 1 stellt
die Luftzwischenräume
dar. Das Modul in 1 lässt ungefähr 40% des
für Wärmeleitung
nutzbaren Oberflächenberührungsbereiches
der Kaltwand des Gehäuses 2 ungenutzt,
es verwendet nur den Oberflächenberührungsbereich 10 für Wärmeleitung,
welcher typischerweise ungefähr
0,635 cm breit ist. Zusätzlich muss
das Modul für
IEEE 1101.2 Zwecke mit dem konvektionsgekühlten Gehäuse konform sein (siehe z.
B. 3), so umfasst es
typischerweise den Vorsprung 4.
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Demgegenüber weist das in 2 dargestellte VME-Schaltkartenmodul
einen neuen Versteifungsrahmen mit verbesserter Kühlungsleistung
auf, wenn es in einem leitungsgekühlten Gehäuse 2 verwendet wird.
Die verbesserte Kühlungsleistung
wird, mindestens teilweise, durch die Verwendung eines breiteren
Keilschlosses 13 erreicht. In der Anordnung von 2 ist das Keilschloss 3 von 1 in der Breite von x auf
x' vergrößert, beispielsweise
von ungefähr
0,635 cm auf ungefähr
0,889 cm. Die Breite darf nicht mit der Höhe verwechselt werden, welche
der erweiterungsfähige
Abschnitt des Keilschlosses ist. Auf diese Weise erhöht die vergrößerte Breite
x' des Keilschlosses 13 in
gleichem Maße
den Berührungsbereich 20 zwischen
dem austauschbaren Rahmen 11 und der Kaltwand des Gehäuses 2.
Ein zweites wichtiges Ergebnis der Veränderung oder Vergrößerung besteht
darin, dass der Rahmen 11 (ein umgebauter Rahmen 1 von 1) in direkter Berührung mit
dem Gehäuse 2 steht,
was zu einem direkteren Wärmeweg
führt.
Die Karte 7' ist
entweder dieselbe Karte 7 von 1, die zurückgeschoben ist, um die Anordnung
des Rahmens 11 zu ermöglichen,
oder eine modifizierte/verkürzte
Ausführung
der Karte 7, bei welcher der Vorsprung 4 entfernt
ist. Die Umstrukturierung führt
zu einem Rahmen 11, bei dem optional der Vorsprung 4 von 1 entfällt, der für die Verwendung mit dem konvektionsgekühlten Gehäuse notwendig
ist (aber in einem leitungsgekühlten
Gehäuse
nicht notwenig ist) oder der Vorsprung wird optional wie in 4 und 5 beibehalten. Außerdem entfällt mit dem Rahmen 11 die
Notwendigkeit des Metallstreifens 5 von 1. Es sollte angemerkt werden, dass eine
Reduzierung und Vereinfachung der thermischen Widerstände bei
der in 2 dargestellten
Anordnung erzielt wird, wobei sie um ungefähr 0,1°C/W zwischen dem austauschbaren
Rahmen 11 und der Kaltwand des Gehäuses 2 reduziert wird.
Der vergrößerte Berührungsbereich
zwischen dem austauschbaren Rahmen 11 und der Kaltwand
des Gehäuses 2 als
auch die zusätzli the
Klemmkraft des breiteren Keilschlosses 13 führen zusammengenommen
zu insgesamt niedrigeren Betriebstemperaturen bei dieser Ausführungsform.
Die Anordnung von 2 erfüllt nur
teilweise die IEEE 1101.2 Spezifikationen, da sie keinen Vorsprung
zur Verwendung in einem konvektionsgekühlten Gehäuse umfasst. Anordnungen mit
Rahmen, die den Vorsprung beibehalten und dennoch ein breiteres
Keilschloss für
erhöhte Kühlungsleistung
verwenden, werden außerdem
in Betracht gezogen und nachstehend mit Bezugnahme auf 4 und 5 erläutert.
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Ein im Handel erhältliches Keilschloss 13, das
zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist das
Produkt Card-Lok, welches von Calmark Corp., San Gabriel, Kalifornien,
USA, zu beziehen ist. Insbesondere ist die Adapterrahmenkonstruktion
ausgelegt, um die Verwendung von breiten Keilschlössern zu
ermöglichen,
z. B. denjenigen, bei denen größere Schrauben
verwendet werden. Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht das
Entfallen des Vorsprunges 4 eine Vergrößerung der Breite der Berührungsoberfläche zwischen
dem Rahmen 1 und dem Gehäuse 2 von ungefähr 0,635
cm bis zu ungefähr
0,889 cm. Dies führt
nicht nur zu einer Vergrößerung der
Oberfläche
des Berührungsbereiches
des Keilschlosses 13, das mit den anderen Teilen des Schaltkartenmoduls
in Berührung
steht, sondern das breitere Keilschloss 13 übt auch
eine größere Kraft zwischen
dem Rahmen 1 auf die Kaltwand des Gehäuses 2 aus als das
kleinere, bekannte Keilschloss 3. Da die Klemmkraft erhöht ist,
ist die Leitfähigkeit der
Grenzfläche
erhöht,
wodurch der Wirkungsgrad der Wärmebewegung
von dem Bauelement 6 zu der Kaltwand des Gehäuses 2 erhöht wird.
Optional kann die Klemmkraft noch weiter durch Verwendung eines Keilschlosses 13 erhöht werden,
auf das ein reibungsminderndes Finish aufgetragen ist, und durch Einbauen
des Keilschlosses 13 mit Dichtungsringen. Keilschlösser, die
aus Aluminium hergestellt sind, werden bevorzugt, obwohl andere
Materialien verwendet werden können.
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Die erhöhte Kraft in Kombination mit
den zusätzlichen
Berührungsoberflächenbereichen
reduziert den thermischen Widerstand zwischen dem Rahmen und der
Kaltwand des Gehäuses 2 deutlich. Insbesondere
betragen typische thermische Widerstände über dem Keilschloss von leitungsgekühlten VME
6U Modulen ungefähr
0,42°C/W.
Demzufolge besteht ein Temperaturanstieg von durchschnittlich 8,3°C beispielsweise
bei einem Modul von ungefähr 40
Watt (W). Dieser Temperaturanstieg wird deutlich vermieden, wenn
der Adapter der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Reduzierung
der thermischen Widerstände
und Temperaturanstiege spiegelt sich in einer reduzierten Betriebstemperatur
für Bauelement 6 wider.
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Mit Bezugnahme auf 3 ist ein bekanntes Schaltkartenmodul
dargestellt, das die IEEE 1101.2 Spezifikationen erfüllt und
in einem konvektionsgekühlten
Gehäuse 12 angebracht
ist. Eine Kartenführung 18 ist
an dem konvektionsgekühlten
Gehäuse 12 beispielsweise
mit Schrauben befestigt, um die Karte 7 durch ihren Vorsprung 4 aufzunehmen.
Andererseits wird bei einem leitungsgekühlten Gehäuse der Kanal zum Aufnehmen
des Vorsprunges 4 aus dem Gehäuse 2 selbst maschinell
herausgearbeitet, wie in 1, 2, 5 und 6 dargestellt.
Die verbleibende Konstruktion des Schaltkartenmoduls in 3 ist derjenigen ähnlich,
die vorstehend mit Bezugnahme auf 1 erläutert wurde,
(wobei ähnliche
Bezugszeichen ähnliche
Bauelemente bezeichnen), mit Ausnahme des Keilschlosses 3 und
des Streifens 5, welche in konvektionsgekühlten Anwendungen
nicht vorhanden sind und nicht noch einmal erläutert werden müssen, da
ihre Konstruktion für
die Fachleute offensichtlich sein wird. Bei einem wie in 3 dargestellten konvektionsgekühlten Gehäuse, führt der Luftstrom
beispielsweise über
dem Schaltkartenmodul die Wärme
zu dem Umgebungsumfeld ab.
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Mit Bezugnahme auf 4 ist ein neuer Versteifungsrahmen dargestellt,
der in einem konvektionsgekühlten
Gehäuse 12 eingebaut
ist. Das VME-Schaltkartenmodul umfasst einen Rahmen 21, welcher
einen Vorsprung 14 enthält,
der wie dargestellt in die Kartenführung 18 des Gehäuses 12 passt. Obwohl
das Keilschloss 3 höchstwahrscheinlich
in der Praxis benutzt würde,
kann außerdem
ein breiteres Keilschloss in dieser alternativen Anordnung verwendet
werden. Der Rahmen 21 ermöglicht die Verwendung eines
breiteren Keilschlosses, und das Wegfallen des Streifens 5.
Die verbleibende Konstruktion des VME-Schaltkartenmoduls in 4 ist ähnlich derjenigen, die vorstehend
mit Bezugnahme auf 2 erläutert wurde
(wobei ähnliche
Bezugszeichen ähnliche
Bauelemente bezeichnen), und muss nicht noch einmal erläutert werden,
da ihre Konstruktion für
die Fachleute offensichtlich sein wird. In dem Fall jedoch, wenn
das Schaltkartenmodul in kommerziellen (nicht militärischen)
Anwendungen verwendet und konvektionsgekühlt werden sollte, dann würde das
Keilschloss 3 nicht vorhanden sein. Es wird jedoch in Betracht
gezogen, dass gewisse konvektionsgekühlte Anwendungen die Verwendung
eines Keilschlosses erweiterter Breite erfordern würden, und
demzufolge wird es zu Anschauungszwecken dargestellt. Wenn die in
einer Laborumgebung (zuerst getesteten) VME-Schaltkartenmodule in
ein handelsübliches
konvektionsgekühltes Gehäuse integriert
und dann in das tatsächliche
Gehäuse
eingebaut werden, dann würde
beispielsweise ein Keilschloss erweiterter Breite verwendet werden.
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Gezeigt ist mit Bezugnahme auf 5 ein neuer Versteifungsrahmen
wie in 4 dargestellt, mit
der Ausnahme, dass das VME-Schaltkartenmodul in ein leitungsgekühltes Gehäuse 2 eingebaut
ist. Diese Anordnung weist einen Vorsprung 14 auf und demzufolge
erfüllt
sie die IEEE 1101.2 Spezifikationen. Ähnlich der Anordnung von 2 weist die Anordnung von 5 eine erhöhte Kühlungsleistung auf,
aber bleibt mit einem konvektionsgekühlten Gehäuse 12 kompatibel.
Jedoch ist der Oberflächenberührungsbereich 30 in
der Anordnung von 5 nicht so
groß wie
der Oberflächenberührungsbereich 20 in 2. Außerdem wird, ähnlich der
Ausführungsform von 2 eine Reduzierung und Vereinfachung
in thermischen Widerständen
in den Ausführungsformen
erzielt, die in 5 dargestellt
werden, wobei es nur auf zwischen dem Rahmen 21 und der
Kaltwand des Gehäuses 2 (Streifen 5 entfällt) beschränkt ist. Auf
jeden Fall stellt ein Keilschloss erweiterter Breite einen größeren Oberflächenberührungsbereich 30 zur
Verfügung,
um die Wärmeleistung
zu verbessern.
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Mit Bezugnahme auf 6 ist eine Ansicht im Querschnitt eines
im Handel erhältlichen
Standardschaltkartenmoduls dargestellt, das mit dem Adapter der
vorliegenden Erfindung modifiziert wurde, um den Wärmewirkungsgrad
zu erhöhen,
indem die vorstehend beschriebenen Grundsätze verwendet werden (d. h.
größerer Druck
von einem Keilschloss erweiterter Breite, vergrößerter Oberflächenberührungsbereich 40 und
erweiterter Rahmen, um den Leitungsberührungsbereich zu erhöhen). Das VME-Schaltkartenmodul
von 6 muss nicht notwendigerweise
die IEEE 1101.2 Spezifikationen erfüllen und kann irgendeine im
Handel erhältliche Schaltkarte
sein. Viele der im Handel erhältlichen
leitungsgekühlten
Standard-VME-Schaltkartenmodule weisen die vorstehend beschriebenen
Wärmeprobleme
auf. Der in 6 dargestellte
Adapter der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass die im Handel
erhältlichen
Standardschaltkartenmodule die verbesserte Wärmeleistung erzielen und die
IEEE 1101.2 Spezifikationen erfüllen
können,
wenn sie in einem leitungsgekühlten
Gehäuse
verwendet werden. Die Voraussetzung für die vorliegende Erfindung
ist, einen Modifizierungsbausatz für die Grenzfläche zwischen
Keilschloss und Gehäuse
für bestehende
Module zu schaffen, um den Berührungsbereich
an der Kaltwand für verbesserte
Kühlungsleistung
zu vergrößern, ohne
eine vollständige
Neukonstruktion der mechanischen Schnittstelle der gedruckten Leiterplatte.
Der Adapter der vorliegenden Erfindung erfordert das Entfallen des
rückwärtigen Schleifstreifens (Streifen 5 in 1) des im Handel erhältlichen Schaltkartenmoduls
und den möglichen
Ersatz des Keilschlosses 3 mit einem Keilschloss erweiterter Breite.
Die angebrachte Breitenabmessung sollte nicht mit der Höhenabmessung
verwechselt werden, welche aus dem erweiterungsfähigen Abschnitt des Keilschlosses
besteht. Diese Gegenstände
werden durch den Adapter der vorliegenden Erfindung ersetzt, um
den Oberflächenberührungsbereich
zwischen der Kaltwand des Gehäuses
und dem Streifen, der mit der Karte 7 in Berührung steht,
zu vergrößern, ohne
auf die im Handel erhältliche
Standardkonstruktion Einfluss zu nehmen. Wenn das im Handel erhältliche
Standardmodul allerdings einmal umgebaut ist, ist es nicht mehr
mit den konvektionsgekühlten
Gestelltypen abwärtskompatibel.
Wie aus 6 ersichtlich
ist, werden die Bauteile 3 (welche eine erweiterte Breite
aufweisen können), 16 und 15 kombiniert,
um die Leitungsberührung
zwischen dem im Handel erhältlichen
Standardschaltkartenmodul und der Kaltwand des Gehäuses 2 zu
vergrößern.
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In dem VME-Schaltkartenmodul von 6, arbeitet der Streifen 15 (ein
Bauteil des Adapters) vollständig
mit der Bodenfläche
der Karte 7 und ihrem Vorsprung 4 zusammen, um
einen vergrößerten Oberflächenberührungsbereich 40 zu
erreichen, d. h. die Luftzwischenräume von 1 (als Schraffierung dargestellt) zwischen
der Kaltwand des Gehäuses, der
Karte 7 und dem Streifen 5 werden im Wesentlichen
durch den Adapter der vorliegenden Erfindung ausgefüllt. Der
austauschbare Rahmen 1 ist entweder mit einem anderen Stück der Materialerweiterung 16 umgebaut,
um sich zu der Kaltwand des Gehäuses 2 zu
erstrecken, oder ist aus einem Teil hergestellt (Rahmen 1 mit
integrierter Erweiterung 16). Der Adapter ermöglicht dem
im Handel erhältlichen
Standardschaltkartenmodul, vollständig den Oberflächenberührungsbereich 40 zwischen
der Unterseite von Karte 7 und der Kaltwand des Gehäuses 2 auszunutzen,
und optional den Berührungsbereich
zwischen dem Keilschloss und dem Rahmen 1 mit der Erweiterung 16.
Demzufolge ist der Oberflächenberührungsbereich
zwischen dem im Handel erhältlichen
Standardschaltkartenmodul vergrößert und
die Wärmeleistung
ist verbessert, ohne die bestehende, im Handel erhältliche
Standardkonstruktion zu verändern. Außerdem kann
das Keilschloss 3 ein Keilschloss erweiterter Breite sein,
wie vorstehend mit Bezugnahme auf 2, 4 und 5 beschrieben, um den Berührungsbereich
mit dem Rahmen 1 und der Erweiterung 16 noch weiter
zu vergrößern. Beim
Vergleich des im Handel erhältlichen
Standardschaltkartenmoduls von 1 mit
demjenigen von 6 ist
es ersichtlich, dass die Luftzwischenräume (in 1 als Schraffierung dargestellt) im Wesentlichen
durch den Adapter (d. h. Bauteile 15 und 16) der
vorliegenden Erfindung ausgefüllt
wurden. Insbesondere der Rahmen 1 ist um die Erweiterung 16 erweitert,
um den Berührungsbereich 40 auszunutzen,
wobei die Breite des Keilschlosses 3 erweitert werden kann,
und der Streifen 15 nutzt den Raum unter dem Vorsprung 4 vollständig aus.
Die Konfiguration von 6 reduziert
den thermischen Widerstand zwischen der Karte 7, dem Streifen 15 und
der Kaltwand des Gehäuses 2 beachtlich,
wodurch insgesamt die Verbindungstemperatur der Bauelemente vermindert
wird, was zu einer verbesserten Modulzuverlässigkeit führt.
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Vorhersagen unter Verwendung von
standardmäßiger Wärmeanalysesoftware
wurden durchgeführt,
um die erwarteten Verbesserungen bei den unterschiedlichen Ausführungsformen
des Adapterrahmens zu messen. Die Analyse zeigte, dass die herkömmliche
wie in 1 dargestellte
Konstruktion eine Bauelement-Betriebstemperatur von ungefähr 98°C aufwies.
Die in 6 dargestellte Ausführungsform
wies eine Bauelement-Betriebstemperatur von ungefähr 93°C auf. Eine
derartige Reduzierung der Betriebstemperaturen erhöht die Zuverlässigkeit
des Schaltkartenmoduls erheblich, insbesondere wenn sie Umgebungstemperaturen
ausgesetzt sind, die vorhanden sind, wenn die Karten in militärischen
Anwendungen eingesetzt werden. Eine zusätzliche Art, um die verbesserte
Fähigkeit
des Adapterrahmens Wärme
abzuleiten zu analysieren, besteht darin, den Unterschied des Temperaturanstiegs
von der Gehäusebasistemperatur
71°C zu
der Bauelementverbindung zu untersuchen. Die vorliegende Erfindung
bietet die Möglichkeit,
die Wärme
wirkungsvoller und effektvoller von dem Bauelement 6 einer
Schaltkarte zu der Kaltwand des Gehäuses 2 zu transportieren.
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Andere Veränderungen und Modifizierungen der
vorliegenden Erfindung werden für
die Fachleute offensichtlich sein, und es ist der Zweck der beigefügten Ansprüche derartige
Veränderungen
und Modifizierungen abzudecken. Die besonderen vorstehend erläuterten
Werte und Konfigurationen können
verändert
werden und wurden nur erwähnt,
um eine besondere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darzustellen und dienen nicht dazu, den
Umfang der Erfindung einzuschränken.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Verwendung der vorliegenden
Erfindung Bauelemente mit unterschiedlichen Eigenschaften miteinbeziehen
kann, solange der Grundsatz beibehalten wird, d. h. einen Adapter
für bestehende
Rahmen von im Handel erhältlichen Standardschaltkartenmodulen
zur Verbesserung ihres Wärmewirkungsgrades
zur Verfügung
zu stellen, indem ein größerer Oberflächenberührungsbereich zwischen
dem Gehäuse
und dem Rahmen ermöglicht
wird. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung
durch die beigefügten
Ansprüche
definiert sein soll.