DE2152541A1

DE2152541A1 - Modulares elektronisches System

Info

Publication number: DE2152541A1
Application number: DE19712152541
Authority: DE
Inventors: Lothar Laermer; J Fred Rathjen
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1970-10-22
Filing date: 1971-10-21
Publication date: 1972-08-31
Also published as: CA923213A; SE369573B; JPS526462B1; FR2109696A5; JPS477969A; DE2152541B2; GB1312404A; DE2152541C3; US3648113A; IT938913B; IL37186A0; IL37186A

Description

Modulares elektronisches System

Die Erfindung bezieht sich auf ein modulares, elektronisches System und insbesondere auf eine elektronische Anordnung hoher Packungsdichte, bei der eine wirksame Wärmeableitung geschaffen ist und die starken Erschütterungen, Vibrationen und Stößen widerstehen kann.

Es sind bisher verschiedene elektronische Baugruppen mit verschiedenen Wirkungsgraden zur Unterbringung elektronischer Bauelemente und zur Ableitung der durch sie erzeugten Wärme gebaut worden. In der USA-Patentschrift Nr. 3 395 3Ί8 der Anmelderin ist eine Schaltungskartenanordnung zur Verbindung elektronischer Bauelemente beschrieben. Die in der vorerwähnten Patentschrift beschriebene Anordnung bezieht sich auf eine Schaltungsplatte zur Verbindung elektronischer Bauelemente, wie beispielsweise flacher Bauelementepakete oder einzelner Bauelemente und weist eine flache rechteckige Platte mit einer Isolierschicht mit mehreren Öffnungen zur Durchführung der Zuleitungen auf. Die Platte wird von einem Metallrahmen und einer Verlängerung umgeben, die an einen Wär-

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meaustauscher angekoppelt ist. Auf einer oder "beiden Seiten der Platte ist Epoxyharz und eine X-Y-Schaltungsplatte mit X-Leitungen auf der einen Seite und Y-Leitungen auf der anderen Seite aufgebracht. Eine elektrostatische Abschirmung ist durch Anlegen eines Erdungsanschlusses an die Platte geschaffen.

Die gemäß der vorerwähnten Patentschrift aufgetaute und betriebene Einrichtung verwendet eine Anzahl Karteneinheiten, wobei jede Karte einen mittig angeordneten Aluminiumfc kern und zwei auf jeder Seite des Kerns angeordnete Platten aus Epoxyharz aufweist. Der Aluminiumkörper jeder Karteneinheit ist über Kontaktteile mit der Außenfläche eines Rahmengestells verbunden. Die Außenfläche des Rahmens ist hierbei gewellt ausgebildet, um dadurch eine Art Wärmeaustausch zu bewirken, so daß, wenn Luft über die Außenfläche des Rahmengestells geblasen wird, die durch die Wellung vergrößerte Oberfläche Wärme abgibt und dadurch die gesamte elektronische Baugruppenanordnung wirksam kühlt. Die Luft soll dann von einer zur nächsten Karte und zu den nächstfolgenden Karten strömen, wodurch eine Art Serienwärmeaustauscher entsteht. Wenn die Luft von einer zur gegenüberliegenden Seite geblasen wird, wo sie dann ausströmt, dann wird bei einem solchen Systern (beispielsweise einem Serienwärmeaustauscher) die Luft heiß, so daß an den hinteren Einheiten nur eine ungenügende Kühlung durchgeführt wird. Eine derartige elektronische Baugruppe ist daher auf vergleichsweise niedrige Leistungsver« brauchswerte pro Karte begrenzt, beispielsweise auf ungefähr¹ drei Watt pro Karte. Ein solches System arbeitet daher bei höheren Wattleistungen, beispielsweise in der Größenordnung von 20 W pro Karte, in keiner Weise mehr zufriedenstellend.

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Am Boden einer solchen Einrichtung ist eine mit dieser eine Einheit bildende Verbindungsplatte (die auch als "Mutterplatte" bezeichnet wird), vorgesehen, über die in Form eines festen Blocks alle Verbindungen für die einzelnen modularen Schaltungsplatten-Einheiten hergestellt werden. Nachteilig ist hierbei, daß die "Mutterplatte" eine bestimmte vorgegebene Abmessung aufweist, nicht leicht auswechselbar ist und eine neue Konstruktion bzw. eine Umgestaltung notwendig würde, wenn zusätzliche Schaltungsplatten zu dem Gesamtsystem hinzugefügt werden sollen. Weiterhin weisen bei bekannten Systemen die gedruckten Schaltungsplatten flache Stifte oder vorstehende Kontaktteile auf, wobei die ebenen Flächen der Stifte parallel zu der Oberfläche der Karte ausgerichtet sind und mit ihr fluchten. Jede einzelne Karte wird dann auch einzeln in der mit den entsprechenden, dazu passenden "Mutter"-Kontaktteilen versehenen "Mutterplatte" gehalten.

Die Erfindung soll daher ein elektronisches System schaffen, das ein möglichst kleines Volumen besitzt. Wenn allerdings eine elektrische Schaltung in einem Gehäuse untergebracht ist, das, um ein möglichst geringes Volumen zu benötigen, beinahe auf ein Viertel verkleinert ist, werden die Schwierigkeiten bei der Ableitung der erzeugten Wärme grosser. Die Erfindung soll daher auch eine ausreichende, wirksame Wärmeableitung aufweisen. Zusätzlich soll das System, damit es auch in komplexen elektronischen Schaltungen, wie beispielsweise Rechnern verwendbar ist, erweiterbar sein, soll starken Stoßen, Erschütterungen und Vibrationen widerstehen und gegenüber solchen Beeinflussungen unempfindlich sein, so daß es kommerziell oder auch verwaltungstechnisch verwendet werden kann.

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Die Erfindung soll ferner ein verbessertes modulares, elektronisches System schaffen, "bei dem der thermische Widerstand zwischen der Wärmequelle und der Luft, die durch den Wärmeaustauscher strömt, geringer ist als bei entsprechenden, "bekannten Konstruktionen. Auch soll das neue, verbesserte, modulare, elektronische System starken Stößen und Erschütterungen widerstehen können. Schließlich soll das modulare, elektronische System ausbaubar bzw. vergrößerbar ausgebildet sein, so daß weitere Elemente hinzugefügt oder einige Bauelemente herausgenommen werden können, ohne daß eine ^ völlige Neukonstruktion oder Umgestaltung der gesamten Einrichtung erforderlich ist.

Gemäß der Erfindung ist daher ein modulares, elektronisches System gekennzeichnet durch

A) eine Anzahl hintereinander geschichteter, elektronischer Schaltungseinheiten mit einem ersten, auf der einen Seite der Einheiten angeordneten Hohlraum und mit einem zweiten, auf der gegenüberliegenden Seite der Einheiten angeordneten Hohlraum, wobei jede der elektronischen Einheiten einen Zwischenraum zur Verbindung des ersten und des zweiten Hohlraums aufweist,

B) durch eine erste Halterungsplatte mit einer mit dem ersten Hohlraum in Verbindung stehender Öffnung,

C) durch eine zweite Halterungsplatte mit einer mit dem zweiten Hohlraum in Verbindung stehender Öffnung, und

D) durch eine Einrichtung zum Befestigen der ersten Halterungsplatte, der hintereinander geschichteten Einheiten und der zweiten Halterungsplatte, so daß ein Kühl-

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fluid von einer außen angeordneten Versorgungsquelle durch die öffnung in der ersten Halterungsplatte, durch den ersten Hohlraum, durch die parallel zueinander angeordneten Zwischenräume, durch den zweiten Hohlraum strömen und durch die öffnung in der zweiten Halterungsplatte ausströmen kann.

Insbesondere schafft die Erfindung ein modulares, elektronisches System mit einer Anzahl hintereinander geschichteter elektronischer Schaltungseinheiten, von denen jede Einheit eine Schichtplatte aus einer rechteckigen gedruckten Schaltungsplatte mit Bauelementen, rechteckiges, dünnes Blech aus wärmeleitendem Material und eine Isolierplatte zwischen der gedruckten Schaltungsplatte und dem dünnen Blech aufweist. Weiterhin besitzt jede Einheit noch eine zweite entsprechend aufgebaute Schichtplatte. Die beiden Schichtplatten sind auf jeder Seite eines hohlen, wärmeleitenden Rahmens angebracht, wobei die dünnen Blechplatten der beiden Schichtplatten dem Eahmeninnern zugekehrt sind und voneinander getrennt sind, so daß zwischen ihnen ein Raum ausgebildet ist. Der hohle Rahmen ist im allgemeinen rechteckig und weist vier Randteile auf, wobei in einem der Randteile eine von einer bis zur gegenüberliegenden Seite des Rahmens verlaufende, längliche Ausnehmung ausgebildet ist, die über einen Schlitz mit dem Raum zwischen den Schichtplatten in Verbindung steht. In einem zweiten, an das erste Randteil nicht angrenzende Randteil ist eine weitere, ebenfalls sich von einer bis zur anderen Seite des Rahmens erstreckenden, längliche Ausnehmung ausgebildet, die ebenfalls über einen Schlitz mit dem Raum zwischen den beiden Schichtplatten jeder Einheit in Verbindung steht. Die Schichtplatten selbst sind auf beiden Seiten des Rahmens angebracht. Das modulare, elektronische System weist weiterhin eine vordere Halterungsplatte auf einer

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Seite der hintereinander geschichteten elektronischen Einheiten mit einer Öffnung auf, die mit den ersten länglichen Ausnehmungen in dem Rahmen in Verbindung stehen. Weiterhin weist das System eine rückwärtige, auf der anderen Seite der hintereinander geschichteten elektronischen Einheiten angebrachte Halterungsplatte mit einer Öffnung auf, die mit den länglichen Ausnehmungen auf der anderen Seite der Rahmen in Verbindung stehen. Die vordere und rückwärtige Halterungsplatte sowie die dazwischen angeordneten hintereinander geschichteten elektronischen Einheiten sind so befestigt, daß ein Kühlfc fluid von einer außen angeordneten Quelle nacheinander durch die Öffnung in der vorderen Halterungsplatte, durch einen aus den hintereinander angeordneten, länglichen Ausnehmungen der Schaltungs einheit en gebildeten Hohlraum, parallel zueinander durch die Schlitze in den Rahmen und in die Zwischenräume der Rahmen strömt, wodurch die dünnen Bleche unmittelbar und die Schaltungsplatten mit den auf ihnen angebrachten Bauelementen mittelbar gekühlt werden, dann durch die Schlitze auf der anderen Seite der Rahmen durch einen weiteren, durch die hintereinander angeordneten länglichen Ausnehmungen der Schaltungs einheit en gebildeten Hohlraum strömt und von dort durch die Öffnung in der hinteren Halterungsplatte ausströmt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die gedruckten Schaltungsplatten vorstehende, elektrische Kontaktteile, die entlang eines dritten Randteiles angeordnet sind, sowie elektrische Verbindungseinrichtungen mit elektrischen Mutterkontaktteilen auf, die in die vorstehenden Eontaktteile hineinpassen. Hierbei ist die Breite eines jeden vorstehenden, elektrischen Kontaktteiles erheblich größer als seine Dicke, und jedes Kontaktteil ist so ausgerichtet, daß seine Breitseite senkrecht zu der Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatten verläuft. Die entsprechenden,

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dazu passenden elektrischen Mutterkontakt teile liegen "bezüglich der Dicke der vorstehenden Eontaktteile eng und bezüglich der Breite lose an.

Eine weitere, vorteilhafte Ausbildung der Erfindung weist eine elektrische Verbindungseinrichtung mit einer ersten elektrischen Verbindungsplatte mit elektrischen Mutterkontakten zum Anschluß der entsprechenden vorstehenden Kontakte einer Anzahl aneinander grenzender, hintereinander angeordneter elektronischer Schaltungseinheiten, sowie eine zweite elektrische Verbindungseinrichtung mit elektrischen Mutterkontakten zum Anschluß der entsprechenden, vorstehenden Kontaktteile weiterer aneinander grenzender, hintereinander angeordneter elektronischer Einheiten und ein biegsames Leitungsband zur Verbindung der ersten Verbindungsplatte mit der zweiten Verbindungsplatte auf. Schließlich weist das modulare System noch eine elektrische Blindeinheit mit einer Platte mit entlang beiden Randteilen verlaufenden, länglichen öffnungen auf, die mit den beiden Hohlräumen in den hintereinander angeordneten Halterungseinheiten fluchten. Die Platte besitzt eine Ausnehmung in dem dritten Randteil zur Aufnahme einer Schleife des Leitungsbandes. Das Leitungsband weist eine Länge auf, die größer ist als der Wert L + T, wobei L die Breite der Blindplatte und T einen Wert darstellt, der dem maximalen Abmessungs-Toleranzfehler in der Breite entspricht, der durch die Hintereinanderschichtung der aneinander grenzenden Schaltungseinheiten insgesamt auftreten kann.

Gemäß einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung weist jede der hintereinander angeordneten, elektronischen Schaltungseinheiten ein wärmeleitendes, tragendes Bauteil auf, das die eine längliche Ausnehmung in dem einen Randteil mit der

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zweiten länglichen Ausnehmung in dem gegenüberliegenden Randteil verbindet. Die Breite der verschiedenen tragenden Bauteile ist hierbei so optimiert, daß die Querschnittsfläche der Zwischenräume jeder Einheit veränderbar und so die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids dazwischen steuerbar ist, wodurch der Kühlungsgrad jeder Schaltungseinheit optimal einstellbar ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in Verbindung mit der folgenden Beschreibung an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Pig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine Schnittansieht entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Draufsicht, in der die
Strömung des Kühlfluids durch das in Fig. 1 wiedergegebene System dargestellt istj

Fig. 6 eine Darstellung einer elektronischen Schaltung in auseinander gezogener Anordnung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsformj

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Fig. 7 einen Teilquerschnitt einer elektronischen Schaltungseinheit mit einem einzelnen Bauelement, beispielsweise einem Widerstand, der an einer Seite der Einheit befestigt ist, wobei die Leitungen des Bauelements an der gegenüberliegenden Seite der Einheit angekoppelt sind.

In Fig. 1 ist in perspektivischer Darstellung ein modulares elektronisches System 10 gemäß der Erfindung wiedergegeben. Das System 10 weist eine Anzahl hintereinander angeordnete bzw. geschichtete elektronische Einheiten 11-11 auf, von denen eine zur Erläuterung der Erfindung ein Stück aus dem Stapel herausgezogen dargestellt ist. Eine wahlweise anbringbare Abdeckung 12 ist teilweise aufgebrochen und im Abstand zu dem System 10 angeordnet, sie ist aber für die Erfindung nicht notwendig.

Eine vordere Halterungs- oder Montageplatte 15 weist eine Einlaßöffnung 14 auf, über die ein das System 10 durchströmendes Kühlfluid zugeführt wird. Das Kühlfluid kann Luft oder irgendein anderes geeignetes Medium sein. Die vordere Halterungsplatte 13 weist weiterhin verschiedene elektrische Anschlußeinrichtungen 16-16 auf, die mit elektrischen (nicht dargestellten) Kabeln zum Anschluß anderer, elektrischer (ebenfalls nicht dargestellter) Geräte zusammenpassen. Die hintere Halterungsplatte 18 ist auf der gegenüberliegenden Seite des Systems angebracht. Befestigungs- bzw. Klemmarme 19 auf der rechten und linken Seite des Systems 10 sind schwenkbar an der hinteren Halterungsplatte 18 angebracht, stehen mit der vorderen Halterungsplatte 13 in Eingriff und spannen die hintere Halterungsplatte 18, alle elektronischen Einheiten 12 sowie die vordere Halterungsplatte 13 zu einem Stapel zusammen. Die Befestigungsarme halten die Einheiten

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von vorne bis hinten zusammen; sie drücken die Einheiten 11 aber beispielsweise nicht nach unten. Die Einheiten 11 stellen einen integralen Bestandteil eines kastenähnlichen Aufbaus dar, so daß das Vibrieren auf einem minimalen Wert gehalten ist·

In I¹Ig. 2 ist eine Schnittdarstellung einer elektronischen Einheit 11 entlang der Linien 2-2 in Fig. 1 wiedergegeben; in Fig. 6 ist die Anordnung auseinandergezogen dargestellt. Die elektronische Einheit 11 weist einen hohlen, wärmeleitenden Eahmen 20 aus geeignetem wärmeleitendem Material auf, beispielsweise aus Aluminium. Der hohle Eahmen 20 besitzt im allgemeinen eine rechteckige Form und ist an seinen vier Ecken mit Ausschnitten 21 zur Aufnahme der beiden oben angeordneten Befestigungsarme 19 sowie der (nicht dargestellten) tiefer angeordneten Führungsstangen ausgebildet. Der hohle Rahmen 20 weist ein linkes Randteil 22, ein oberes Randteil 23, ein rechtes Randteil 24 sowie ein unteres Randteil 25 auf. In dem linken Randteil 22 ist eine längliche Ausnehmung 27 ausgebildet, die von einer Seite des Rahmens 20 bis zu dessen gegenüberliegender Seite verläuft. Entsprechend weist auch das rechte Randteil 24 eine längliche Ausnehmung 28 auf, die sich ebenfalls von der einen Seite des Rahmens 20 bis zu dessen gegenüberliegender Seite erstreckt.

Ein Schlitz 29 verbindet die Ausnehmung 27 mit dem Inneren oder hohlen Teil des Rahmens 20. Der Schlitz 29 kann aus zwei voneinander getrennten Schlitzabschnitten 29a, 29b zwischen der Ausnehmung 27 und dem hohlen Teil des Rahmens 20' hergestellt sein. Die Schlitzabschnitte 29a, 29b können voneinander durch ein Bauteil 31 getrennt sein, das das linke Randteil 22 mit dem rechten Randteil 24 verbindet. In ähnlicher Weise verbinden die Schlitzabschnitte 32a, 32b den

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hohlen iEeil des Rahmens 20 mit der Ausnehmung 28 in dem rechten Randteil 24.

Die meisten der Einheiten 11 weisen als Stütze von einer zur anderen Seite ein tragendes Bauteil 31 oder einen in der Mitte angeordneten Abstandshalter auf. Die Breite des Bauteils 31 kann in Abhängigkeit von der Luftmenge verändert werden, die durch die Einheit 11 strömen soll, um eine optimale Wärmeableitung zu schaffen.

Die elektronische Einheit 11 weist den hohlen, wärmeleitenden Rahmen 20 als Grundbauteil auf. Zusätzlich weist die Einheit 11 zwei Schichtplatten 36, 43 (Fig. 6) auf, die auf jeder Seite des Eahmens 20 "befestigt sind. Die Schichtplatte 36 besitzt eine erste, rechteckige, gedruckte Schaltungsplatte 33 mit auf ihr angeordneten Bauelementen 34 sowie ein erstes, entsprechend geformtes, rechteckiges, dünnes Blech 35 aus wärmeleitendem Metall, beispielsweise Kupfer. Eine elektrische Isoliereinrichtung bzw. -platte 37 ist zwischen dem Metallblech 35 "und der gedruckten Schaltplatte 33 angeordnet. In ähnlicher Weise sind eine zweite gedruckte Schaltplatte 39» ein Metallblech 41 und eine elektrische Isolierplatte 42 übereinandergeschichtet und bilden die Schichtplatte 43. Die Schichtplatten 36 und 43 sind auf jeder Seite des wärmeleitenden Rahm ens 20 mittels eines Klebstoffs 44 befestigt.

Die an beiden Seiten des hohlen Rahmens 20 angebrachten Schichtplatten 36 und 43 sind über entsprechende elektrische Verbindungen an die gedruckten Schaltplatten 33 und. 39 über das untere Randteil 25 des Rahmens 20 angekoppelt, wie in Pig. 2 dargestellt ist. Die elektronische Einheit 11 ist in ein elektrisches Verbindungsteil, beispielsweise in eine

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"Mutterplatte" 50 mittels vorstehender (Vater) elektrischer Kontaktteile 51 eingesetzt.

Die vorstehenden, elektrischen Eontakt teile 51 der gedruckten Schältplatten 53» 39 passen in entsprechende elektrische Aufnahme(Mutter)-Eontaktteile der "Mutterplatte" 50. Jeder elektrische vorstehende Kontakt 51 weist eine Breite auf, die erheblich größer als seine Dicke ist. Die Kontakte 51 sind so ausgerichtet, daß ihre Breitseite senkrecht zur Fläche der gedruckten Schaltplatten 33» 39 verläuft. Die dazu passenden elektrischen "Mutterkontaktteile" der Mutterplatte 50 liegen eng bezüglich der Dicke, aber lose bezüglich der Breite an, so daß die elektronischen Einheiten 11 leicht in Sichtung auf die Vorderseite des in Fig. 1 dargestellten Systems zu und von dieser weg bewegt werden können. Die Kontakte 51 der gedruckten Schaltplatten 33, 39 sind senkrecht zu deren Flächen ausgerichtet, so daß sie, wenn sie in die Mutterplatte 50 eingeführt sind, in Längsrichtung infolge der Abmaß- bzw. loleranzsummierungen ein Stück bezüglich der Mutterplatte bewegt werden können. Durch Einstecken einer Anzahl Einheiten 11 (beispielsweise von acht Einheiten) in eine Mutterplatte greifen trotz der Toleranzsummierungen die Schaltungsplatten 33» 39 infolge der Überbreite der Mutterkontaktteile der Mutterplatte bezüglich der einzelnen vorstehenden Kontakte 51 der gedruckten Schaltungsplatten doch noch richtig ineinander.

In Fig. 3 ist eine Teilansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 dargestellt, wobei die Mutterplatte 50 mittels eines biegsamen Schaltungs- bzw. Leitungsbandes 53 an eine zweite Mutterplatte 52 angekoppelt ist. Das biegsame Leitungsband 53 paßt in einen Hohlraum einer elektronischen Blindeinheit 54· hinein. Eine Blindeinheit 54 ist jeweils zwi-

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sehen zwei Satz von Einheiten 11, und zwar Jeweils zwischen zwei aneinander grenzende Mutterplatten 50, 52 eingesetzt, die über das biegsame Leitungsband 53 miteinander verbunden sind. Die Länge des biegsamen Leitungsbandes ist etwas grosser als die Breite der Blindeinheit 54- "und ist ausreichend lang, um eine Schleife in dem Hohlraum zu bilden, so daß trotz Toleranzbeschränkungen und -fehler, die auftreten können, die elektronischen Einheiten 11 dicht gepackt werden können, ohne die Kontakte 51 oder die Mutterplatten 50, 52 zu beschädigen.

In den J¹Ig. 3 rad 4- ist die Mutterplatte 50 (und entsprechend auch die Mutterplatte 52) in der Praxis aus zwei Teilen erstellt: einem Schaltungsplattenteil 50a aus Epoxyharz und einer festen, unbiegsamen JLnschlußplatte 50b. Die vorstehenden Kontaktteile 51 der elektronischen Einheiten 11 passen dann in die Anschlußplatte 50b, über die eine unmittelbare Verbindung mit der Schaltungsplatte 50a aus Epoxyharz geschaffen ist. Die Schaltungsplatte 50a aus Epoxyharz und die Anschlußplatte 50b wirken als eine Mutterplatte 50 und vereinigen auf Grund ihrer Konstruktion die Vielseitigkeit einer gedruckten Schaltung in Form der Schaltungs platte 50a aus Epoxyharz mit den baulichen Vorteilen, die eine feste, unbiegsame Anschlußplatte 50b bietet. Ein Vorteil bei Verwendung eines biegsamen Leitungsbandes 53» beispielsweise eines Polyäthylen-Terephthalat-Bandes (das beispielsweise unter der Handelsbezeichnung Mylar erhältlich ist), besteht darin, daß jede der Einheiten 11 in ihrer Grösse oder Abmessung nicht so genau zu sein braucht. Die Einheiten 11 können in ihren Toleranzen variieren, so daß, wenn die Einheiten 11 ein leichtes Über- oder Untermaß aufweisen, ein ungenauer Einbau bzw. ein ungenaues Zusammensetzen auftreten könnte. Durch Verwendung des biegsamen Leitungsbandes

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können die Mutterplatten 50, 52 gegeneinander schwingen bzw. sich gegeneinander bewegen. Alle Einheiten 11 können ohne Festklemmen befestigt werden und stehen richtig mit den Mutterplatten 50, 52 in Eingriff.

Wie in Fig. 6 dargestellt, können auf der elektronischen Einheit 11 Bauelemente 34 untergebracht sein, die im allgemeinen flache Pakete und andere Miniaturschaltungen in integrierter Schaltungstechnik u. ä. sind, die unmittelbar auf der gedruckten Schaltung der gedruckten Schaltungsplat- ψ te 33 angebracht sein können. Andererseits oder zusätzlich hierzu können, wenn es so gewünscht ist, einzelne größere Bauelemente, wie beispielsweise ein in Fig. 7 dargestellter Widerstand 61 an der Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatte 39 mit Leitungen 62 gehaltert sein, die durch die Schichtplatte 4-3, den hohlen Zwischenraum in der Einheit 11 sowie durch die Schichtplatte 36 hindurchgehen und mit der Schaltung der gedruckten Schaltungsplatte 33 verbunden sind. In einem solchen Fall können, wenn gewünscht, die Leitungen 62 des Widerstandes 61 in dem Zwischenraum zwischen den zwei Schichtplatten 43, 36 durch ein Isolierteil 63 aus Epoxyharz umschlossen sein. Wenn einzelne diskrete Bauelemente, wie bei-

» spielsweise die Widerstände 61 befestigt sind, kann die elektronische Einheit 11 als weiteres Merkmal das Isolierteil aus Epoxyharz aufweisen, das in dem Zwischenraum zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Schichtplatten 36, 43 untergebracht ist und das mit Epoxyharz abgedichtet ist. Es wird dann ein Loch durch die zwei Schichtplatten 36, 43 und durch das Epoxyharz-Isolierteil 63 gebohrt, durch das die Leitungsdrähte des Widerstandes 61 hindurchgeführt werden können. Das Isolierteil 63 isoliert den Widerstand 61 von dem Kühl fluid, das durch die Zwischenräume zwischen den elektronischen Einheiten 11 hindurchströmt. Das Isolierteil

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63 oder ein äquivalentes Bauteil ist unter Umständen auf Grund "bestimmter Vorschriften erforderlich und auch unter Sicherheitsgesichtspunkten sehr erwünscht, da hierdurch einmal die Brandgefahr "beseitigt und zum anderen ein Eindringen von Luft durch die Bohrung für den Widerstand unterbunden ist.

In 3?ig. 5 ist schematisch die Strömung des Kühlfluids durch das System 10 wiedergegeben, wobei das KüTilfluid durch die Eintrittsöffnung 14- der vorderen Halterungsplatte 13 einströmt und durch einenaus den länglichen öffnungen 28 in jeder der elektronischen Einheiten 11 gebildeten Hohlraum 66 strömt· Das Eühlfluid strömt dann von dem Raum 66 parallel durch alle Schlitzabschnitte 32a und 32b der elektronischen Einheiten 11, durch die Zwischenräume in den Einheiten 11 und durch die Schlitzabschnitte 29a, 29b nach außen in den Hohlraum 68, der durch die länglichen öffnungen 27 in den elektronischen Einheiten 11 gebildet ist. Das Eühlfluid strömt dann von dem Hohlraum 68 über eine Austrittsöffnung 69 in der rückwärtigen Halterungsplatte 18 nach außen. Wie in Pig. 5 dargestellt, strömt Luft direkt durch die vordere Halterungsplatte des Systems 10 in den Raum 66, von dort parallel in alle Zwischenräume 67 in den Einheiten, durch den Raum 68 und von dort durch die Austrittsöffnung in der rückwärtigen Halterungsplatte des Systems nach außen.

Auf Grund des festen, stabilen Aufbaus kann das modulare elektronische System 10 starken Erschütterungen bzw. Vibrationen, starken Stoßen, sowie großen "g-Beschleunigungen" widerstehen, so daß es besonders für eine Verwendung in Flugzeugen und Raumfahrzeugen geeignet ist. Auf Grund dieser Konstruktion werden durch den festen Aufbau Erschütterungen

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bzw. Vibrationen auch nur in geringem Maße übertragen.

Wenn ein System verwendet wird, bei dem die Druckluft parallel durch die Zwischenräume 67 in den Einheiten 11 hindurchströmt, reicht ein geringes Druckgefälle von der Eingangs- bis zu der Ausgangsöffnung aus, um die eingangs vorhandene Luft-Strömungsgeschwindigkeit aufrecht zu erhalten. Es ist daher am Eingang keine starke Druckluft-Quelle erforderlich. Vergleichsweise hierzu wird bei den in den bisherigen Systemen verwendeten Eeihenanordnungen im allgemeinen ein Wasserdruck von 10 cm benötigt, während bei der Ausführungsform gemäß der Erfindung nur noch ein Wasserdruck von 2,5 cm erforderlich ist. Die Luft wird über die vordere Halterungsplatte des Systems 10 durch den Hohlraum 66 auf der rechten Seite den elektronischen Einheiten 11 zugeführt. Alle Einheiten 11 sind eng aneinander geklammert, so daß ein einziger Hohlraum 66 ausgebildet ist. Die Luft strömt dann durch die inneren Zwischenräume 67 zwischen den Einheiten 11 in den Hohlraum 68 auf der linken Seite, der durch die öffnungen 27 gebildet ist und strömt von dort durch die Ausgangsöffnung 69 auf der rückwärtigen Seite des Systems 10 wieder aus.

Das modulare System 10 ist insgesamt erweiterbar bzw. in seiner Größe veränderbar, da die vordere Halterungsplatte 13 und die hintere Halterungsplatte 18 unabhängig voneinander, d. h. nicht miteinander fest in Verbindung stehen, so daß gewünschtenfalls noch zusätzliche, elektronische Einheiten 11 hinzugefügt werden können. Die rückwärtige Platte 18 kann dann hinausgeschoben und zusätzliche Einheiten 11 eingesetzt werden. Die zwei Befestigungsarme müssen dann durch größere oder längere Arme ersetzt werden.

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Die Erfindung ist daher in beinahe jedem elektronischen System verwendbar, so z. B, für Fernseher, Radar, Rechner u. ä. und insbesondere bei großindustriell und/oder verwaltungstechnisch verwendeten Systemen. Beispielsweise kann in einem Datenverarbeitungssystem eine Anzahl Karten eine Eingabe-Ausgabeeinheit, eine Datenverarbeitungseinheit, einen Speicher, eine Stromversorgung einheit und eine Spannungsreglereinheit bilden. Gewünschtenfalls können diese "Blöcke" im Baukastensystem herausnehmbar bzw. auswechselbar ausgeführt und ihre Punktionsweise voneinander unabhängig sein. Gewünschtenfalls kann auch ein Verbindungssystem jedem der "Blöcke" zugeordnet sein.

In der bevorzugten Ausführungsform bestehen die Metallbleche 35» 41 aus Kupfer, obwohl genausogut Aluminium oder ein anderes geeignetes leitendes Metall verwendet werden kann. Kupfer wird bevorzugt, da es leicht zu verarbeiten ist. Die Beruhrungs- bzw. Grenzfläche zwischen den Bauelementen und Luft wirkt als thermischer Diffusor für Streuwärme-Konzentrationen, so daß über einer großen !Fläche aus Kupferblech die Wärmedichte abnimmt. Die Rahmen 20 bestehen vorzugsweise aus hart eloxiertem Aluminium und bedingen dadurch darm einen gewissen, aber sehr geringen Wärmeverlust, Wenn die Luftzufuhr kurzzeitig unterbrochen ist ist dies vorteilhaft, da dann eine bestimmte Wärmemenge über den Rahmen 20 der einzelnen Einheiten 11 abgeleitet wird. Beim Ausfall der Luftströmung kann daher in diesem Fall die Wärme noch eine kurze Zeitdauer abgeleitet werden. Dies könnte bei Anwendungen in der Raketen- oder Raumfahrttechnik einen Vorteil darstellen, da dort die Luftströmung zeitweilig für 15 bis 20 Minuten unterbrochen sein kann. Während einer solchen kurzen Unterbrechung könnte dann während eines Raketen- oder Raumflugs die Wärme über die Außenseite des Flugkörpers abge-

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leitet werden. Dies würde ziemlich den bisher bekannten Systemen entsprechen, bei denen die Wärme ständig auf diese Weise abgeleitet wird· Bei der Erfindung würde aber die Wärme nur kurzzeitig während des Ausfalls des Luftzuführsystems beseitigt werden.

Im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung sind verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich. Beispielsweise kann jeder einzelne Rahmen 20 um die Ausnehmungen 27» 28 herum mit Dichtungen ausgestattet sein, um ein Entweichen

fc von Luft zu unterbinden. Zusätzlich kann bei dieser Ausfuhrungsform eine ständige Wärmeableitung durch thermische Leitung mittels einer zusätzlichen Platte erreicht werden, über die ein Kühlfluid strömt. Zwischen diese Platte und die durch mehrere Rahmen 20 gebildete, unregelmäßige Fläche sollte dann ein dünnes, biegsames Blech geschoben sein, das aus einem die Wärme gut leitendem Material hergestellt ist und eine ausreichende Wärmeleitung zwischen der unregelmäßigen Oberfläche und der zusätzlichen Platte ermöglicht. Die Wärme aus dem System wird dann durch Wärmeleitung von den Kupferblechen, d. h. den Platten 35 und 41, über den Rahmen 20, über das Blech aus leitendem Material zu der äußeren kalten Plat-

_fc te beseitigt, deren Temperatur durch das Kühlfluid etwa auf

- dem niedrigen Temperaturwert gehalten wird.

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Claims

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Ansprüche

Modulares, elektronisches System, gekennzeichnet durch

A) eine Anzahl hintereinander geschichteter, elektronischer Schaltungs einheit en (11) mit einem ersten, auf der einen Seite der Einheiten angeordneten Hohlraum (66) und mit einem zweiten, auf der gegenüberliegenden Seite der Einheiten angeordneten Hohlraum (68), wobei jede der elektronischen Einheiten einen Zwischenraum (6?) zur Verbindung des ersten (66) und des zweiten Hohlraums (68) aufweist,

B) durch eine erste Halterungsplatte (13) mit einer mit dem ersten Hohlraum (66) in Verbindung stehender Öffnung

G) durch eine zweite Halterungsplatte (18) mit einer mit dem zweiten Hohlraum (68) in Verbindung stehender Öffnung (69),

D) durch eine Einrichtung (19) zum Befestigen der ersten Halterungsplatte (13), der hintereinander geschichteten Einheiten (11) und der zweiten Halterungsplatte (18), so daß ein Eühlfluid von einer außen angeordneten Versorgungsquelle durch die Öffnung (14) in der ersten Halterungsplatte (13)» durch den ersten Hohlraum (66), durch die parallel zueinander angeordneten Zwischenräume (67)» durch den zweiten Hohlraum (68) strömen und durch die Öffnung (69) in der zweiten Halterungsplatte (18) ausströmen kann.

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2. Modulares, elektronisches System, gekennzeichnet durch

A) eine Anzahl hintereinander geschichteter, elektronischer Schal tungs einheit en (11) mit einer ersten, rechteckigen gedruckten Schaltungsplatte (33) mit Bauelementen (34-), mit einem ersten, rechteckigen dünnen Blech (35) aus wärmeleitendem Material, mit einer Isolierplatte (37) zwischen der ersten gedruckten Schaltungsplatte (33) und dem dünnen Blech (35)» wodurch eine erste Schichtplatte (36) gebildet ist, mit einer zweiten, rechteckigen gedruckten Schaltungsplatte (39) mit Bauelementen (34), mit einem zweiten rechteckigen dünnen Blech (41) aus wärmeleitendem Material und mit einer Isolierplatte (42) zwischen der zweiten gedruckten Schaltungsplatte (39) und dem zweiten dünnen Blech (41), wodurch eine zweite Schichtplatte (43) gebildet ist, mit einem hohlen, wärmeleitendem Bahnen (20), an dem auf der einen Seite die erste Schichtplatte (36) und auf der gegenüberliegenden Seite die zweite Schichtplatte (43) befestigt ist, bei dem die dünnen Bleche (35, 41) der beiden Schichtplatten (36, 43) innen in dem Eahmen (20) angeordnet und voneinander getrennt sind, so daß ein Baum (67) zwischen ihnen ausgebildet ist, und wobei der Eahmen £20) eine rechteckige Form mit vier Bandteilen (22 bis 25) aufweist, von denen das eine Eandteil (24) eine erste, längliche Ausnehmung (28) aufweist, die von der einen Seite bis zur gegenüberliegenden Seite des Eahmens (20) verläuft und zur Verbindung der ersten länglichen Ausnehmung (28) mit dem Baum (67) einen ersten Schlitz (32) besitzt, und von denen ein zweites Bandteil (22), das nicht an das erste Randteil (24) angrenzt, eine zweite längliche Ausnehmung (27) aufweist, die.von der einen Seite bis zu der gegenüberliegenden Seite des Bahmens (20) verläuft und zur Verbindung der zweiten längli-

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chen Ausnehmung (2?) sit dem Baum (67) einen zweiten Schlitz (29) besitzt, und mit einer Einrichtung ssur Befestigung der Schichtplatten (36, 43) an dem T>yTi«am (20),

B) durch eine vordere Halterungsplatte (i3) auf der einen Seite der hintereinander geschichteten elektronischen Einheiten (11) mit einer mit den ersten, länglichen öffnungen (28) in den "Bahnen (20) in Verbindung stehender öffnung (14),

C) durch eine hintere Halterungsplatte (18) auf der gegenüberliegenden Seite der hintereinander geschichteten elektronischen Einheiten (11) mit einer mit den «reiten, länglichen öffnungen (27) in den Rahmen (20) in Verbindung stehender öffnung (69),

B) durch eine Einrichtung (19) zur Befestigung der vorderen und hinteren Halterungsplatten (13» 18)-und der dazwischen, angeordneten, hintereinander geschichteten elektronischen Einheiten (11), so daß ein Eühlfluid von einer außen angeordneten Versorgungsquelle durch die öffnung (14) in der vorderen Halterungsplatte (13)» durch einen durch die hintereinander geschichteten, länglichen Ausnehmungen (28) der Schaltungseinheiten (11) ausgebildeten Hohlraum (66), parallel zueinander durch die ersten Schlitze (32) in den Bahmen (20) und durch die Zwischenräume (67) «wischen den einzelnen Bahmen (20) hindurchetrömt, wodurch die dünnen Bleche (35, 41) unmittelbar und die Schaltungsplatten (33» 39) sowie die auf ihnen angebrachten Bauelemente (3A-) mittelbar gekühlt werden, und dann von hier durch die zweiten Schlitze (29) in den Bahmen (20) in einen durch die hintereinander

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angeordneten, länglichen Ausnehmungen (27) der Schaltungseinheiten (11) ausgebildeten Hohlraum (68) hindurchströmt und durch die Öffnung (69) in der rückwärtigen Halterungsplatte (18) ausströmt.

3· Modulares, elektronisches System nach Anspruch 2, da-• durch gekennzeichnet, daß die gedruckten Schaltungsplatten (33, 39) vorstehende elektrische Kontaktteile (51) aufweisen, die entlang dem dritten Bandteil (25) angeordnet sind, und daß elektrische Verbindungseinrichtungen (50, 52) mit

^ elektrischen Kontaktteilen vorgesehen sind, in die die vor-

w stehenden Kontaktteile (51) hineinpassen.

4. Modulares, elektronisches System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Breite jedes vorstehenden, elektrischen Kontaktteils (51) erheblich größer ist als seine Sicke, daß die vorstehenden Kontaktteile (51) mit ihrer Breitseite senkrecht zu der Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatten (33) 39) ausgerichtet sind, und daß die dazu passenden, elektrischen Mutterkontaktteile bezüglich der Sicke der vorstehenden Kontaktteile (51) fest und bezüglich deren Breite lose anliegen.

5· Modulares, elektronisches System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch elektrische Verbindungseinrichtungen mit

A) einer ersten elektrischen Verbindungsplatte (50) mit elektrischen Mutterkontaktteilen (50a), die mit den entsprechenden vorstehenden Kontaktteilen (51) einer Anzahl aneinander grenzender, hintereinander geschichteter, elektronischer Schaltungseinheiten (11) in Verbindung stehen,

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B) mit einer zweiten elektrischen Verbindungsplatte (52) mit elektrischen Mutterkontaktteilen, die mit den entsprechenden vorstehenden Eontaktteilen (51) einer Anzahl weiterer aneinander grenzender, hint ereinander geschichteter, elektronischer Schaltungs einheit en (11) in Verbindung stehen, und

C) axt einem biegsamen, elektrischen Leitungsband (53) zur Verbindung der beiden Verbindungsplatten (50, 52), wobei die Länge des Bandes (53) größer ist als eine Breite L und eine Größe T, wobei der Wert T dem maximalen Abmessungs-iPoleranzfehler in der Breite entspricht, der durch die Hintereinanderschichtung der aneinander grenzenden Schaltungs einheit en (11) insgesamt auftreten kann,

und durch eine elektronische Blindeinheit (54) mit einer Platte mit einer Breite L mit länglichen öffnungen entlang von zwei einander gegenüberliegenden Sandern, die mit den Hohlräumen (66, 68) in den hintereinander geschichteten elektronischen Einheiten (11) fluchten, und die eine Ausnehmung in einem dritten Randteil zur Aufnahme einer Schleife des Bandes (53) aufweist.

6· Modulares, elektronisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der hintereinander geschichteten elektronischen Einheiten (11) ein wärmeleitendes, tragendes Bauteil (31) aufweist, durch das das eine Randteil (24) mit der ersten länglichen Ausnehmung (28) mit dem zweiten Bandteil (22) mit der zweiten länglichen Ausnehmung (27) in Verbindung steht, und daß die Breite der verschiedenen tragenden Bauteile (31) so optimierbar ist, daß die Querschnittsflache der Zwischenräume (67) jeder Einheit (11) veränderbar und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids ent-

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sprechend steuerbar ist, wodurch der Kühlungsgrad jeder Schaltungseinheit (11) optimal auslegbar ist.

7· Modulares, elektronisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Halterungsplatte (1J) und die rückwärtige Halterungsplatte (18) aus wärmeleitendem Material hergestellt sind.

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