MODULAR CONTROL APPARATUS

Abstract: 1. Modular control apparatus comprising devices for the cooling of metal core circuit boards (4) which carry the electronic components and in which the components can be connected by electrical connections to an electrical conductor system (3) arranged on a profiled carrier plate (1), in which the core extends in the form of a tongue (51) from the metal core circuit board (4), and in which, for the establishment of a thermal connection, this tongue (51) can be plugged into a metallic, good thermally conducting clamping device (6) which is itself arranged on the metallic profiled carrier plate (1), characterized in that the electrical connections are established by means of a plug connection (2) and the tongue (51) is located on the same side of the metal core circuit board (4) as the plug connection (2) and projects beyond the plug connection ; and that the electrical and thermal connections (2, 6) are established simultaneously with the plugging in of the metal core circuit board (4).

Description: Steuergerät in Modulbauweise Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät in Modulbauweise, mit Vorrichtungen zur KEhlung der die elektronischen Bauteile tragenden Leiterplatten, die über eine elektronische Steckverbindung mit einem auf einer metallischen Tragprofilplatte angeordneten elektrischen Leitungssystem verbindbar sind. Mit diesem Oberbegriff wird auf eine Anordnung Bezug genommen, wie sie beispielsweise vom mechanischen Aufbau her aus der DE-OS 29 04 012 bekannt ist. Steuergeräte der vorstehend genannten Art sind ferner auch beispielsweise in der Siemens-Zeitschrift 1979, Seiten 133-136 näher beschrieben. Zum Schutz im rauhen Betrieb werden die Leiterplatten gegebenenfalls in metallischen Kapseln untergebracht. Zur Kühlung können dabei die Kapseln mit Lüftungsschlitzen versehen werden oder es können besonders-viel Verlustleistung verbrauchende Elemente auch in geeigneter Weise auf der Aussenseite der Kapselung angeordnet werden, bzw. durch entsprechenden Aufbau und Anordnung die Aussenseite der Kapsel bilden. Infolge der zunehmenden Packungsdichte an Elektronik wird Jedoch das Problem der Wärmeabfuhr von der Leiterplatte selbst - vor allem bei Leistungsstufen - immer aktueller. Eine gleichmässige Verteilung der Wärme lässt sich dabei durch die Verwendung von sogenannten Metallkernleiterplatten (DE-OS 27 39 494) erreichen. Bei diesen Metallkernleiterplatten sind z.B. auf einem Alumini umblech von z.B. 1 mm Stärke als Metallkern beidseitig isolierende Epoxidharzschichten von z.B. 0,2 bis 0,3 mm aufgebracht, auf denen die Leiterbahnen liegen und die elektronischen Bauelemente angeordnet sind. Versuche haben gezeigt, dass sich durch die Verwendung derartiger Metallkernleiterplatten zwar eine Verbesserung der Wärmeverteilung ergibt, dass aber vor allem dann, wenn es sich um ein gekapseltes System handelt, die Kühlungsmöglichkeit beschränkt bleibt. Die Aufgabe der vorliegenden:Erfi¯ndung besteht darin, bei einem Steuergerät der eingangs genannten Art für eine ausreichende Wärme abfuhr von den Metallkernleiterplatten zu sorgen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bei Metallkernleiterplatten die Metallplatte mit einer aus der Leiterplatte hervorragenden Zunge versehen ist und dass die Zunge flächig in eine metallische, gut wärmeleitende Klemmvorrichtung eingespannt ist, die ihrerseits unmittelbar flächig auf der Tragprofilplatte angeordnet ist. Da hierdurch die Übergangsflächen zwischen Leiterplatte und Tragprofil relativ gross mit gutem Wär meübergang gewählt werden können, und die metallische Tragplatte, die gegebenenfalls noch mit Kühlrippen versehen werden kann, eine ausreichende Wärmeabgabefähigkeit besitzt, lässt sich hierdurch eine sehr gute Wärmeabfuhr von der Leiterplatte erreichen. Vorteilhafterweise wird dabei die Klemmvorrichtung in der Ebene der elektrischen Steckverbindung angeordnet, so dass gleichzeitig mit der Herstellung der elektrischen Verbindung auch die Klemmung der Zunge in der Klemmvorrichtung zustande kommt. Hierbei sollte der für die Klem- mung aufzuwendende Druck etwa dem für die Herstellung der elektrischen Steckverbindung aufzuwendenden Druck entsprechen, um ein Verkanten möglichst zu vermeiden. Konstruktiv besteht die Klemmvorrichtung vorteilhafterweise aus zwei die Zunge zwischen sich mit definiertem Druck aufnehmenden Klemmbacken, die über eine Bodenplatte mit der Tragprofilplatte verbunden sind. Zur Erleichterung der Einführung der Platte können dabei die Klemmbacken mit einer keilförmigen Einführungsnut versehen sein. Besonders einfach lässt sich die Klemmsorrichtung herstellen, wenn eine Klemmbacke und die Bodenplatte durch Seiten- und Querteil eines U-Profilstückes gebildet sind und die zweite Klemmbacke über eine Feder oder dergleichen gegen das andere Seitenteil des U-Profilstückes abgestützt ist. Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass über die Klemmvorrichtung auf sehr einfache Weise die Metallkernplatte auf beliebiges Potential z.B. auf Massepotential gelegt werden kann, wenn die Tragplatte auch an das entsprechende Potential angeschlossen ist. Auf diese Weise steht infolge des grossen Querschnittes innerhalb der Leiterplatte an jedem Punkt ein genau definiertes Massepotential zur Verfügung, was aus Grtlnden der elektrischen Störsicherheit von grosser Bedeutung sein kann. Da durch die vorstehend beschriebene Konstruktion in Je- dem Fall für eine ausreichende Wärmeabfuhr gesorgt werden kann, normalerweise wird ein Verhältnis von Zungenfläche zur Leiterplattenfläche von 1:20 genügen, kann auch bei gegebenenfalls gekapselten Leiterplatten eine sehr gute Wärmeabfuhr und damit eine hohe Packungsdichte erreicht werden. Anhand eines in der Zeichnung dargestellten-AusfUhrungs- beispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen: Figur 1 das Prinzipblld%des mechanischen Aufbaus des Steuergerätes, Figur 2 eine Vergrösserung der Einsteckstelle der Leiter platte in Figur 1 und Figur 3 die zur Wärmekontaktierung dienende Klemmvorrich tung. Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist auf einer metallischen, z.B. aus Aluminium bestehenden Tragprofilplatte 1 eine Reihe von elektrischen Steckplätzen 22 vorgesehen, die Uber eine elektrische Busverbindung 3 miteinander in Verbindung stehen. Jedem der sechs#dargestellten Einbaupaätze ist eine zur Abschirmung bzw. zum mechanischen Schutz dienende Metallkapsel 7 zugeordnet, in die die Leiterplatte 4 eingeschoben wird - Pfeil 8. Beim Einschieben der Leiterplatte wird zwischen dem Steckplatz 22 und dem Steckerteil 21 an der die Elektronik 41 tragenden Leiterplatte 4 die elektrische Steckverbindung 2 hergestellt. In gleicher Weise sind - wie durch den Pfeil 9 angedeutet - die übrigen Steckerplätze zu besetzen. Zusätzlich zu den Steckerplätzen 2 sind in einer zweiten freien Reihe der Tragprofilplatte 1 parallel zu den Steckplätzen 22 Klemmvorrichtungen 6 der in Figur 3 näher beschriebenen Art vorgesehen. Beim Einschieben der Leiterplatte 4 wird gleichzeitig neben der elektrischen Steckverbindung 2 eine die Wärme ableitende Steckverbindung zwischen einer Zunge 51 der Leiterplatte 4 und der Klemmvorrichtung 6 geschaffen. Die Zunge 51 wird dabei dadurch gebildet, dass die Metallplatte 5 der als Netallkernleiterplatte ausgebildeten Leiterplatte 4 an dieser Stelle zungenartig aus der Leiterplatte 4 hervorragt. Diese Zunge 51 schiebt infolge der keilförmigen Nut 66 beins SSnichSeban die beiden Backen 62 und 64 der Klemmvorrichtung 6 gegen die Wirkung der Blattfeder 65 auseinander und wird dann von dem Klemmbacken 62 und 64 flächig und mit definiertem Druck gehalten. Konstruktiv wird dabei die Klemmvorrichtung 6 vorteilhafterweise im wesentlichen aus einem U-Profil mit Bodenteil 61 und Seitenteilen 62 (Klemmbacke) und 63 gebildet. Diese Klemmvorrichtung 6 weist dann infolge der innigen metallischen Berührung zwischen Bodenplatte 61 und entsprechendem Teil 11 der Tragprofilplatte 1 eine grosse und ausreichende Wärmeübergangsstelle auf, so dass die in der Leiterplatte 4 entstehende Verlustwärme sehr gut zur Tragprofilplatte 1 abgeführt werden kann. Zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit kann dabei auch noch zusätzlich eine Wärmeleitpaste verwendet werden. Falls die Tragprofilplatte 1 auf elektrisches Massepotential Mgelegt wird, ist dieses Massepotential über die Klemmvorrichtung 6 und die Zunge 51 gleichzeitig auch auf die Metallplatte 5 übertragbar, so dass innerhalb der Leiterplatte 4 an jeder Stelle genau definiertes Massepotential zur Verfügung steht. 6 Patentansprüche 3 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Steuergerät in Modulbauweise, mit Vorrichtungen zur Kühlung und Wärmeableitung der die elektronischen Bauteile tragenden Leiterplatten, die über eine elektrische Steckverbindung mit einem auf einer metallischen Tragprofilplatte angeordneten elektrischen Leitungssystem verbindbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei Metallkernleiterplatten die Metallplatte (5) eine aus der Leiterplatte (4) herausragende Zunge (51) hat und dass die Zunge (51) flächig in eine metallische, gut wärmeleitende Klemmvorrichtung (6) eingespannt ist, die ihrerseits unmittelbar flächig auf der Tragprofilplatte (1) angeordnet ist. 2. Steuergerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Klemmvorrichtung (6) in der Ebene der elektrischen Steckverbindung (2) liegt und die Klemmung gleichzeitig mit der elektrischen Verbindung hergestellt wird. 3. Steuergerät nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Klemmvorrichtung (6) aus zwei die Zunge (51) zwischen sich mit definiertem Druck aufnehmenden Klemmbacken (62, 64) besteht, die silber eine Bodenplatte (61) mit der Tragprofilplatte (1) verbunden sind. 4. Steuergerät nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Klemmbacke-(62) und die Bodenplatte (61) durch Seiten- und Querteile eines U-Profilziehteiles gebildet sind und die zweite Klemmbacke (64) über eine Feder (65) oder dergleichen gegen das andere Seitenteil (67) abgestützt ist. 5. Steuergerät nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Klemmbacken (62, 64) mit einer zur Einführung der Zunge (51) dienenden keilförmigen Einführungsnut (66) versehen sind. 6. Steuergerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Metallplatte (5) der Leiterplatte (4) über die Klemmvorrichtung (6) und die Tragprofilplatte (1) mit elektrischem Massepotential (M) verbindbar ist.

Inventors: FEHM, UDO, KUGLER, PETER, LOCHNER, ERWIN, RIECK, NORBERT, VOGEL, JURGEN, WUNDERLING, WILFRIED, Vogel, Jürgen
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1981
Main classification: H05K7
IPC codes: H05K7, H05K1