Brevet FR2666483A1 — publié le 19920306

i Elément de blocage pour la fixation de cartes électroniques L'invention concerne un élément de blocage pour la fixation de cartes électroniques montées parallèles entre elles dans un boîtier d'électro- nique, l'évacuation de la chaleur dégagée des cartes électroniques vers le boîtier ayant lieu par conduction thermique par l'intermédiaire des éléments de blocage et par refroidissement forcé au moyen d'un échan- geur de chaleur. On connaît déjà des éléments de blocage de ce type sous les formes les plus variées et pour les applications les plus diverses Ain- si, par exemple, on connaît par le document DE-PS 37 32 346 apparte- nant à la déposante un élément de blocage qui, non seulement permet de maintenir des cartes électroniques de différentes dimensions à plat sans vibrations, mais encore assure une tenue sans vibrations, lorsque les éléments de blocage sont montés à des emplacements ne compor- tant pas de cartes A cet effet, le mode de réalisation selon le brevet mentionné prévoit un élément de serrage, dans lequel un rail de guida- ge en U comporte une ouverture aménagée en son milieu et un élément de blocage engagé dans cette ouverture Ce mode de réalisation s'est avéré adapté pour l'application pour laquelle il est prévu, mais a une efficacité très insuffisante en ce qui concerne sa conductibilité thermi- que à l'intérieur du boîtier, qui est refroidi par circulation forcée au moyen d'échangeurs de chaleur (plaques refroidies) en particulier au niveau des interfaces carte électronique boîtier -. Les types d'éléments de blocage disponibles dans le commer- ce utilisent différentes formes de blocage mécanique entre les cartes électroniques et les boîtiers, comme par exemple des étriers de bloca- ge en acier à ressort qui s'engagent dans la rainure de fixation de la plaque-support refroidie aménagée en conséquence Cet étrier élasti- que assure également le transfert de la chaleur de la carte vers la paroi du boîtier. On connaît par ailleurs des systèmes de blocage dits à excen- trique, dans lesquels une plaquette élastique et un excentrique exer- cent une pression sur le bord de la carte électronique et assurent ainsi la liaison et le transfert de chaleur entre la carte et l'échangeur de cha- leur En dehors du fait qu'un usinage spécial de la plaque-support re- froidie est nécessaire uniquement pour le montage de l'excentrique et de la plaquette élastique, l'évacuation de la chaleur est beaucoup trop faible dans ce cas. D'autres éléments de blocage conducteurs de la chaleur de construction compliquée, comportant des organes de commande sépa- rés, ou des organes associés supplémentaires sont encore connus par les documents DE-OS 35 22 124 et DE-OS 3245072. Tous les modes de réalisation mentionnés précédemment pré- sentent un certain nombre d'inconvénients Ainsi, dans les plaques re- froidies ou dans les échangeurs thermiques l'écoulement du fluide de refroidissement a lieu dans la direction longitudinale, ce qui entraîne des différences de température à l'intérieur du boîtier et une efficacité du refroidissement qui décroît d'une carte électronique à l'autre, étant donné que le fluide de refroidissement se réchauffe de manière conti- nue par addition de chaleur (figure 1). Les éléments de blocage connus ne peuvent pratiquement pas être utilisés pour assurer une conductibilité thermique ou une évacua- tion de la chaleur suffisante du fait de leurs surfaces de contact relati- vement étroites, fréquemment linéaires ou ponctuelles, ou de leurs sections relativement faibles En outre, la force de blocage qui joue un rôle important pour la résistance thermique au niveau des surfaces de contact, est soumise à des tolérances importantes, de telle sorte qu'une force de blocage prédéterminée constante ne peut être obtenue qu'en utilisant des dispositifs de mesures particuliers, des clés dynamométri- ques, etc L'objectif de la présente invention est de créer un élément de blocage du type indiqué en introduction, qui élimine dans une large mesure les inconvénients cités et diminue ainsi sensiblement l'inertie thermique et, par suite, le gradient de température existant du fait de l'inertie thermique entre la carte électronique et le boîtier, et offre une possibilité de réglage définie de la force de blocage, qui peut aussi être contrôlée optiquement. Le problème est résolu selon l'invention par le fait que l'élé- ment de blocage se compose d'une partie de serrage comportant un dis- positif de serrage et au moins deux corps de blocage trapézoïdaux, et que la partie de serrage et les corps de blocage comportent des surfa- ces latérales (vu en section droite) parmi lesquelles l'une des surfa- ces latérales est perpendiculaire à la surface supérieure des éléments de blocage et à la surface inférieure des éléments de blocage et l'autre surface latérale s'étend essentiellement en trapèze du haut vers la bas, l'élément de blocage étant monté avec le bord de la carte électronique dans des rainures correspondantes, dont un côté a la forme d'un trapè- ze, du boîtier d'électronique muni de conduits de refroidissement inté- grés (plaques refroidies) et le dispositif de serrage est réalisé sous for- me d'indicateur de force de blocage. Selon un mode de réalisation de l'invention, les corps de blo- cage, au nombre d'au moins deux sont réalisés en un matériau massif bon conducteur de la chaleur aluminium, duraluminium -. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les jeux de ressorts du dispositif de serrage indiquent au moyen de repères, en combinaison avec la tête à six pans creux de la vis de serrage et les trous borgnes des segments de la partie de serrage, la force de blocage appliquée. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les conduits de refroidissement pour l'air ou un liquide ou les tubes échangeurs de chaleur sont disposés parallèlement aux rainures dans les cloisons restantes du boîtier d'électronique. L'invention est décrite ci-après de manière détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation en se référant aux figures du dessin elles- ci représentent: Figure 1, une vue en perspective d'un boîtier d'électronique (pour montage en baie) muni d'un blocage traditionnel et d'un échan- geur thermique pour l'air de refroidissement, se présentant sous la for- me de plaques refroidies selon l'état de la la technique. Figure 2, une vue longitudinale en coupe partielle d'un exem- ple de réalisation de la structure de l'élément de blocage proposée. Figure 3, une vue partielle des points de blocage des cartes électroniques dans le boîtier d'électronique selon la figure 4, représen- tés à une échelle supérieure. Figure 4, une vue en perspective d'un boîtier d'électronique (pour montage en baie) avec l'élément de blocage à double coin propo- sé et avec des conduits de circulation du fluide de refroidissement in- tégrés. Tandis que la figure 1 représente un ensemble boîtier selon l'état de la technique parcouru par un fluide de refroidissement dans la direction longitudinale, la figure 4 montre un mode de réalisation de boîtier comportant un refroidissement par circulation forcée dans la direction transversale et un blocage par double coin des cartes électro- niques, qui est décrit dans ce qui suit. La figure 2 montre un exemple de réalisation du blocage par double coin mentionné précédemment d'un élément de blocage 10, qui se compose d'une partie de serrage la, i lb, lic comportant un dispo- sitif de serrage 12 a, 12 b, 12 c et au moins deux corps de blocage 13 a, 13 b trapézoïdaux La partie de serrage est constituée d'un segment 1 la recevant la vis de serrage 12 a et d'un segment-support d'extrémité 12 c pour ladite vis de serrage 12 a Entre ces deux segments la, llc, qui comportent chacun une face terminale conique en opposition, est dis- posé un segment coulissant llb conique, qui est muni d'un perçage pour le passage de la vis de serrage 12 a Chaque segment i la, lic est muni d'un lamage lld, dans lequel se logent la tête hexagonale i 2 d de la vis ou l'écrou hexagonal 12 b et un paquet de ressorts 12 c chaque fois. Lorsqu'on visse la vis 12 a traversante, celle-ci se "raccour- cit", étant donné que l'écrou 12 b est monté fixe en rotation Sous l'ac- tion de la force appliquée "avec amortissement" par l'intermédiaire des ressorts 12 c, les corps de blocage 13 a, 13 b se déplacent perpendiculai- rement vers le bas, dans la direction indiquée par les flèches B le long des faces de contact trapézoïdales, jusqu'à venir en contact avec la pa- roi de la rainure 15 a également trapézoïdale des cloisons l O Os usinées dans le boîtier d'électronique 100 ou le boîtier à "plaques refroidies". Cette situation est représentée clairement à la figure 3 Du fait du dé- placement vers le bas des corps de blocage 13 a, 13 b, le bord 14 a de la carte électronique 14 est pressé contre la paroi perpendiculaire de la cloison l O Os. Etant donné qu'au moins deux corps de blocage 13 a, 13 b éta- blissent le contact direct de la carte électronique avec le boîtier 100, et que par ailleurs ceux-ci présentent des surfaces de contact impor- tantes, les corps de blocage sont réalisés en un matériau présentant une bonne conductibilité thermique tel que par exemple de l'alumi- nium ou du duraluminium afin de contribuer ainsi de manière opti- male à l'évacuation de la chaleur Jusqu'ici, pour des raisons construc- tives et de principe des dispositifs de blocage, on ne pouvait utiliser que la surface de contact direct entre la carte électronique et le boîtier comme surface d'échange thermique, étant donné que le dispositif de blocage lui-même constituait une trop grande inertie thermique pour l'évacuation de la chaleur de la carte électronique 14 Avec les surfa- ces de contact 13 ' et 13 " importantes des corps de blocage 13 a, 13 b, l'inertie thermique du dispositif de blocage se trouve diminuée et les surfaces de contact participant aux échanges de chaleur sont augmen- tées. Le fait d'utiliser au moins deux corps de blocage 13 a, 13 b permet de compenser les tolérances de géométrie des surfaces de blo- cage et d'obtenir des forces de blocage homogènes sur l'ensemble de la longueur de blocage Etant donné que les forces de pression agissant sur les surfaces de contact 13 ', 13 " participant aux échanges thermi- ques sont déterminées par les forces de pression transmises par l'inter- médiaire des paquets de ressorts 12 c de préférence des rondelles élastiques en acier ou en matière plastique il est possible de dimen- sionner les paquets de ressorts 12 c de manière telle, que la force de blocage souhaitée ou nécessaire soit indiquée par des repères par exemple sur la tête hexagonale de la vis ou sur le lamage qui lui est associé -, et que la vis hexagonale de serrage 12 a serve simultanément d'indicateur de force blocage. On peut également concevoir comme autre possibilité, que la force de blocage correcte entre la carte électronique 14 et le boîtier est précisément atteinte, lorsque la tête hexagonale éventuelle- ment de couleur de la vis de serrage 12 a, vu de l'extérieur, affleure le bord du lamage 1 ld De cette manière, il n'est pas nécessaire d'utili- ser des outils particuliers tels que clé dynamométrique etc pour ap- pliquer une force de blocage homogène donnée L'état créé avec une force de blocage homogène définie est visible immédiatement et à tout instant et toute variation dimensionnelle de la géométrie de blocage en cours de fonctionnement due par exemple à des vibrations est com- pensée par l'action des paquets de ressorts 12 c. La structure proposée d'un dispositif de blocage à double coin ou à coins multiples a encore pour avantage particulier de n'exi- ger aucun montage, que ce soit sur la carte électronique 14 ou sur le boîtier 100 ou encore sur la plaque refroidie L'élément de blocage 10 décrit peut être introduit dans l'espace correspondant de la rainure 15 après mise en place de la carte électronique 14 La surface biaise 15 a de la rainure des cloisons l O Os maintient l'élément de blocage 10 dans la position correcte même lorsque celui-ci n'est pas bloqué. Ainsi qu'on le voit sur la figure 3, les cloisons l O Os du bol- tier d'électronique 100 peuvent être munies, moyennant un dimension- nement correspondant, de conduits de refroidissement 16 pour l'air ou un liquide de refroidissement, ou de tubes dits "échangeurs de cha- leur" 16 ' De cette manière on réduit globalement le volume et le poids du boîtier d'électronique 100, étant donné que les conduits de refroi- dissement, qui forment ensemble la plaque refroidie, sont alors inté- grés localement dans les parois de blocage et ne sont plus séparés comme on le voit sur les figures 1 et 4 Même dans le cas de plaques refroidies selon la figure 1, le blocage tel que proposé utilisant deux ou plusieurs coins se révèle très intéressant notamment en ce qui concerne l'évacuation de la chaleur, car la modification de la direction d'écoulement dans un refroidissement par fluide consiste à remplacer la circulation longitudinale dans le boîtier d'électronique par une cir- culation transversale Ceci a pour effet que toutes les cartes électroni- ques 14 ont pratiquement la même température de fluide de refroidis- sement comme condition aux limites Avec la circulation longitudinale utilisée jusqu'ici, les températures de fluide augmentent de manière constante pour les cartes qui sont disposées dans la direction d'écoule- ment, étant donné que la température du fluide ou du milieu s'addi- tionne de carte en carte Le choix de la géométrie de la section des conduits 16, 16 ' sera fonction avant tout du travail de fabrication et du volume des cloisons l O Os. REVENDICATIONS 1 Elément de blocage pour la fixation de cartes électroniques montées parallèles entre elles à l'intérieur d'un boîtier d'électronique, l'évacuation de la chaleur dégagée par les cartes électroniques vers le boîtier ayant lieu par conduction thermique par l'intermédiaire des élé- ments de blocage et par refroidissement forcé au moyen d'un échan- geur de chaleur caractérisé en ce que l'élément de blocage ( 10) se compose d'une partie de serrage (lia, ilb, 1 lc) comportant un dispo- sitif de serrage ( 12 a, 12 b, 12 c) et au moins deux corps de blocage ( 13 a, 13 b) trapézoïdaux, et la partie de serrage (lia, llb, llc) et les corps de blocage ( 13 a, 13 b) comportent des surfaces latérales ( 13 ', 13 ") (vu en section droite) parmi lesquelles l'une des surfaces laté- rales ( 13 ') est perpendiculaire à la surface supérieure ( 13 %) des élé- ments de blocage et à la surface inférieure ( 13 u) des éléments de blo- cage et l'autre surface latérale ( 13 ") s'étend essentiellement en trapèze du haut vers la bas, l'élément de blocage ( 10) étant monté avec la bord ( 14 a) de la carte électronique ( 14) dans des rainures ( 15) correspon- dantes, dont un côté a la forme d'un trapèze, du boîtier d'électronique ( 100) muni de conduits de refroidissement ( 16) intégrés (plaques re- froidies) et le dispositif de serrage ( 12 a, 12 b, 12 c) est réalisé sous for- me d'indicateur de force de blocage. 2 Elément de blocage selon la revendication 1 caractérisé en ce que les corps de blocage ( 13 a, 13 b), au nombre d'au moins deux, sont réalisés en un matériau massif bon conducteur de la chaleur alu- minium, duraluminium. 3 Elément de blocage selon la revendication 1 ou 2 caracté- risé en ce que les paquets de ressorts ( 12 c) du dispositif de serrage ( 12 a, 12 b, 12 c) indiquent au moyen de repères, en combinaison avec la tête à six pans creux ( 12 d) de la vis de serrage ( 12 a) et les lamages (lld) des segments (lia, llc) de la partie de serrage (ila, llb, luc), la force de blocage appliquée. 4 Elément de blocage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3 caractérisé en ce que les conduits de refroidissement ( 16) pour l'air ou un liquide, ou les tubes échangeurs de chaleur ( 16 ') sont disposés parallèlement aux rainures ( 15) dans les cloisons restantes ( 100 l Os) du boîtier d'électronique ( 100).