ШАССИ
CHASSIS

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и электроники и предназначено для установки и размещения в нем электронных модулей любых типов охлаждения и исполнений с возможностью визуализации их в процессе работы для осуществления отладки. Устройство позволяет устанавливать электронные модули с конвективным и кондуктивным охлаждением, при этом может обеспечивать как охлаждение и тем и другим способом одновременно, так и преимущественно одним из них.
В настоящее время выпускаемые в большом количестве шасси, крейты, каркасы не позволяют обеспечить электромеханическую совместимость широкой номенклатуры электронных модулей с конвективным и кондуктивным охлаждением. Как правило, они ориентированы на электронные модули в одном или двух исполнениях с одним типом охлаждения.
Известны устройства (патент США №7180737, Н05К 7/20, опубл. 22.06.2006, заявка Японии № JP 2001284862, Н05К 7/20, опубл. 12.10.2001), состоящие из объединительной платы, каркаса с направляющими, электронными модулями и крышками. Конструкции содержат отсек воздухообмена, за счет которого формируется обдув электронных модулей и обеспечивается их дополнительное охлаждение воздухом. Недостатком этих устройств является ориентация на определенный тип конструкции электронных модулей, а именно модулей с кондуктивным теплоотводом с клиновидными фиксаторами. Кроме этого, эффективность воздушного охлаждения невысока, так как воздушный поток многократно изменяет свое направление внутри прибора. При этом устройство не обеспечивает визуализацию процессов внутри каркаса и доступ к модулям во время работы для их обслуживания.
Известно также устройство (патент США №5424916, Н05К 7/20, опубл. 13.06.1995), в котором в отличие от вышеупомянутых решений в стенках корпуса образованы воздушные каналы, а воздушный поток охлаждает элементы электронного модуля, установленного в слот. Такое решение связано со значительными энергетическими затратами на обдув узких каналов воздухом. Кроме этого, воздушные каналы становятся препятствием тепловому потоку, увеличивают теплоемкость устройства в целом. К тому же конструкцией не обеспечивается визуализация электронных модулей и доступ к ним для обслуживания.
Также известно шасси (патент США №7336493, Н05К 7/20, опубл. 25.01.2007), представляющее собой монтажную раму открытого типа. В данном устройстве реализовано три типа охлаждения, однако устройство имеет строго заданное рабочее положение, изменение которого приводит к ухудшению отведения тепла от модулей.
Известно лабораторное шасси VPX 6-SLOT производства Curtiss-Wright Controls Embedded Computing (2009 г., см. Приложение 1). Устройство содержит корпус, встроенные вентиляционные блоки, каркас с направляющими и поперечными профильными элементами для нескольких слотов, объединительную плату, ручки для переноса, размещенные на верхней крышке корпуса.
К недостаткам устройства следует отнести возможность его работы только с электронными модулями одного типа охлаждения - конвективного, при этом визуализация электронных модулей, установленных в слот, и доступ к ним не обеспечиваются. К тому же устройство предназначено для работы только в заданном положении и не допускает его изменения при необходимости улучшения визуализации, так как это приведет к снижению эффективности воздушного охлаждения.
Наиболее близким решением является устройство, разработанное компанией ОСАТЕК (2010 г., см. Приложение 2). Конструкция каркаса данного шасси предполагает съемные планки для каждого слота. При отсутствии этих планок возможна установка электронных модулей с конвективным охлаждением, а при наличии - с кондуктивным.
Однако недостатком этого решения является низкая ремонтопригодность из-за отсутствия доступа к электронным модулям. Комбинация известных решений, например использование другого каркаса, не обеспечит доступа к электронным модулям для их обслуживания.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является улучшение отвода тепла, обеспечение ремонтопригодности, возможность моделирования условий охлаждения, а также возможность одновременной установки электронных модулей различных типов охлаждения и исполнений.
Технический результат достигается тем, что шасси содержит кожух с ручками, окном в передней стенке, каркас, включающий объединительную плату с розетками и отверстиями, в которые установлены ловители, имеющие ориентирующую поверхность, плиту направляющих, имеющую продольные съемные планки, причем направляющие выполнены в виде пазов, между которыми расположены вентиляционные отверстия. Причем содержит поперечные съемные планки, установленные на торцевой стороне плиты направляющих перпендикулярно направляющим пазам, выполненные в виде уголков с прямоугольными отверстиями на одной из полок, ножки, расположенные на нижней и верхней стенках кожуха, между которыми выполнены окна, по меньшей мере, одна продольная съемная планка выполнена с пазом со стороны передней стенки кожуха. При этом ручки установлены на боковых стенках кожуха. Причем вентиляционные отверстия выполнены ступенчатыми, расширяющимися в сторону ближайшей боковой стенки. Причем кромки ступенек вентиляционных отверстий притуплены фаской. Причем, по меньшей мере, на одной продольной съемной планке одна боковая поверхность паза выполнена в виде съемного кронштейна. Причем кронштейн соединен с остальной частью продольной съемной планки шарниром.
Сущность технического решения поясняется чертежами.
На Фиг.1 показан внешний вид устройства спереди-сверху.
На Фиг.2 показан внешний вид устройства сзади-снизу.
На Фиг.3 показан ловитель объединительной платы.
На Фиг.4 показан электронный модуль с кондуктивным охлаждением.
На Фиг.5 показан электронный модуль с конвективным охлаждением.
На Фиг.6 показаны продольные съемные планки.
На Фиг.7 показаны продольные съемные планки с пазом типа «ласточкин хвост».
На Фиг.8 показаны продольные съемные планки с шарниром.
На Фиг.9 показана поперечная съемная планка.
Шасси (Фиг.1) содержит кожух 1, в котором расположен каркас с объединительной платой 2, на которой установлены розетки 3, модули 4 ввода информации с разъемами 5 сигнальных цепей, переходные платы 6 с разъемами 7 цепей питания (Фиг.2), вентиляционные блоки 8 и плата 9 управления и индикации. Причем модули 4 установлены в середине шасси и сочленены с розетками 3 объединительной платы 2. Такое расположение модулей 4 дает возможность визуализации процессов работы и обеспечивает ремонтопригодность. Переходные платы 6 установлены между задней стенкой кожуха 1 и объединительной платой 2 и сочленены с розетками 3. При этом они расположены перпендикулярно модулям 4 ввода информации. Вентиляционные блоки 8 выполнены на боковых стенках кожуха 1. Плата 9 управления и индикации расположена на передней стенке кожуха 1.
На объединительной плате 2 установлены ловители 10, выполненные в виде цилиндров с заостренным концом, имеющих ориентирующую поверхность 11 (Фиг.3). С другого конца цилиндров выполнена резьба и правильный восьмигранник. Ориентирующая поверхность 11 коллинеарна одной из граней восьмигранника.
С объединительной платой 2 проводниками связан электрический переключатель, расположенный на передней стенке кожуха 1 и предназначенный для включения и выключения вентиляционных блоков 8. Переключение может производиться в процессе работы как вручную, так и автоматически.
Кожух 1 и каркас изготовлены из алюминиевого сплава, обладающего высокой теплопроводностью, что обеспечивает отвод тепла.
В передней стенке кожуха 1 выполнено окно 12 для установки ЭМ, которое закрывается крышкой 13, в верхней и нижней стенках - окна 14 для возможности обслуживания ЭМ, которые также закрываются крышками 15. Крышки 13 и 15 выполнены из прозрачного материала, например из органического стекла или поликарбоната с применением известных технологий, и позволяют визуализировать процесс работы устройства, не нарушая тепловой режим во внутреннем пространстве. Крышки 13 и 15 выполнены съемными, что позволяет оперативно обеспечить доступ к элементам платы, благодаря чему обеспечивается ремонтопригодность.
При установленных крышках и включенных вентиляционных блоках 8 обеспечивается конвективное охлаждение. При этом допускается временное снятие крышек 13, 15 для обслуживания ЭМ. При снятых крышках 13, 15 и выключенных вентиляционных блоках 8 обеспечивается кондуктивное охлаждение.
На боковых стенках кожуха 1 установлены ручки 16, на верхней и нижней стенках - ножки 17. Допускается установка шасси на боковые, верхнюю или нижнюю стенки, так как выступающая за габариты кожуха 1 форма и симметричное парное расположение на боковых стенках ручек 16, а на нижней и верхней стенках ножек 17 обеспечивают поступление воздуха в вентиляционные блоки 8 при любом из названных положений шасси.
Кроме этого, на одной из боковых стенок кожуха 1 рядом с вентиляционными блоками 8 расположены входные отверстия 18 для попадания холодного воздуха внутрь кожуха 1. На противоположной боковой стенке кожуха 1 расположены выходные отверстия 19, обеспечивающие выдув нагретого воздуха. При этом площадь отверстий 18 соответствует площади отверстий 19.
В шасси размещаются электронные модули (ЭМ), содержащие в своих корпусах 20 экстракторы 21, имеющие рычаг 22 и толкатель 23, а также вилки 24, гнезда 25, выполненные прямоугольной формы с отверстиями, имеющими форму окружности с усеченным сегментом.
В шасси может быть размещено два исполнения ЭМ: ЭМ с кондуктивным охлаждением (Фиг.4) и ЭМ с конвективным охлаждением (Фиг.5).
Корпус 20 ЭМ с конвективным охлаждением содержит вентиляционные отверстия 26 и винт 27, фиксирующий ЭМ в шасси.
Корпус 20 ЭМ с кондуктивным охлаждением содержит на боковых стенках теплоотводящую поверхность и клиновидный фиксатор 28, закрепляющий ЭМ в устройстве в рабочем положении и приводимый в движение валом 29.
Каркас содержит две плиты 30 направляющих, продольные и поперечные съемные планки (31 и 32 соответственно). Плиты 30 направляющих выполнены из теплопроводящего материала, например из любого алюминиевого сплава, цельнометаллическими и массивными. Они обеспечивают быстрое распределение тепла по объему всего шасси и формируют при этом большую площадь тепловыделяющей поверхности. Направляющие выполнены в виде пазов в плите 30, между которыми расположены вентиляционные отверстия 33. Эти отверстия выполнены ступенчатыми, расширяющимися в сторону боковых стенок. При этом кромки ступенек отверстий 33 притуплены фаской. Такое решение позволяет эффективно сочетать теплоотводящие свойства плит 30 направляющих и равномерное конвективное охлаждение внутреннего объема шасси.
В случае установки ЭМ с кондуктивным охлаждением используется продольная съемная планка 31 (Фиг.6), которая выполнена с пазом 34 со стороны передней стенки кожуха 1. При этом между планкой 31 и теплоотводящей поверхностью ЭМ образуется тепловой контакт, который обеспечивается фиксатором 28. В свою очередь, планка 31 имеет тепловой контакт с плитой 30 направляющих. Таким образом, при кондуктивном режиме отведения тепла между ЭМ и плитами 30 направляющих образуется тепловой контакт. При этом конвективный отвод тепла практически исключен, что позволяет моделировать кондуктивное охлаждение.
При механических деформациях, которые приводят к затруднению извлечения ЭМ, применяются продольные съемные планки 31 с пазом 34, одна стенка которого может быть выполнена в виде съемного кронштейна 35. При этом кронштейн 35 соединяется с остальной частью планки 31 выступом типа «ласточкин хвост» (Фиг.7) или прямоугольным выступом и фиксируется на каркасе шасси крепежными элементами (шурупами, винтами и т.д.). В этом случае кронштейн 35 не препятствует извлечению ЭМ, что обеспечивает ремонтопригодность.
С целью увеличения ремонтопригодности кронштейн 35 может быть расположен на шарнире 36 (Фиг.8). В отличие от предыдущего случая при возникновении деформаций кронштейн 35 можно повернуть на любой угол, что также не препятствует извлечению ЭМ.
В случае установки ЭМ с конвективным охлаждением используется поперечная съемная планка 32 (Фиг.9), имеющая форму уголка, у которого одна полка сопрягается с плитой направляющих 30, а вторая полка содержит прямоугольные отверстия 37 для толкателя 23 экстрактора 21 ЭМ. В нештатной ситуации (например, при локальных тепловых разрушениях элементов ЭМ) поперечный съемный элемент 32 снимается независимо от ЭМ.
Из-за наличия отверстий 26 в ЭМ с конвективным охлаждением и в связи с отсутствием теплоотводящей поверхности в его корпусе 20 поверхность контакта ЭМ с плитой направляющих 30 минимальна. Это позволяет практически исключить кондуктивное отведение тепла и моделировать конвективное охлаждение.
В шасси также возможен случай комбинированного охлаждения. Этот способ применяется преимущественно для ЭМ с кондуктивным охлаждением, когда конвективное охлаждение используется в качестве дополнительного.
Таким образом, шасси позволяет создавать условия конвективного, кондуктивного и комбинированного охлаждения.
При адаптировании ловителей 10 на объединительной плате 2 и соответственно при установке либо снятии продольных или поперечных планок (31, 32 соответственно) при необходимости в шасси может быть установлен любой ЭМ.
Устройство работает следующим образом.
Для установки ЭМ сначала снимают крышки 13 и заднюю стенку кожуха 1. Восьмигранником ловители 10 устанавливают в любое положение с шагом 45° в соответствующие восьмигранные металлизированные отверстия, расположенные на объединительной плате 2, и ослабляют гайки, фиксирующие ловители 21. Ориентирующие поверхности 11 ловителей 10 выставляют в то же положение, что и усеченный сегмент отверстий гнезд 25, после чего ловители 10 фиксируют гайками. Заднюю стенку кожуха 1 устанавливают на свое место.
Установка ЭМ с конвективным и кондуктивным отводом тепла имеет отличия.
ЭМ с кондуктивным отводом тепла.
Перед установкой ЭМ продольные съемные планки 31 устанавливают на плиты 30 направляющих.
Далее устанавливают ЭМ: вилки 24 и розетки 3, ловители 10 и гнезда 25 сочленяют, рычаг 22 экстрактора 21 прижимают к корпусу 20 ЭМ, толкатель 23 экстрактора 21 устанавливают в паз 34. Крышки 13 устанавливают в окна 12. Установленный таким образом ЭМ закрепляют клиновидным фиксатором 28.
При нажатии на рычаг 22 толкатель 23 упирается в боковую поверхность паза 34, ЭМ сдвигается в направлении к розеткам 3 объединительной платы 2.
После подачи напряжения питания тепловые потоки от теплонагруженных радиоэлементов ЭМ передаются на теплоотводящую поверхность корпуса 20, затем через продольную съемную планку 31 поступают в плиты направляющих 30, благодаря которым распространяются по всему объему конструкции и выделяются во внешнее пространство.
В случае недостаточного охлаждения ЭМ им вырабатывается сигнал, который передается на плату 9, на включение вентиляционных блоков 8, которые охлаждают ЭМ через отверстия 26 и выводят нагретый воздух. Это позволяет увеличивать отвод тепла в случае перегрева элементов шасси.
При отведении рычага 22 толкатель 23 экстрактора 21 упирается в противоположную боковую поверхность паза 34 и сдвигает ЭМ в направлении от розеток 3. Далее происходит расстыковка вилок 24 и розеток 3 объединительной платы 2, после чего можно извлекать ЭМ.
ЭМ с конвективным отводом тепла
Перед установкой ЭМ продольные съемные планки 31 снимают. К плите направляющих 30 устанавливают поперечные съемные планки 32.
Далее устанавливают ЭМ: вилки 24 и розетки 3, ловители 10 и гнезда 25 сочленяют, толкатель 23 экстрактора 21 устанавливают в отверстия 37. Крышки 13, 15 устанавливают в окна 12 и 14 соответственно. Винтами 27 фиксируют положение ЭМ в шасси.
При нажатии на рычаг 22 толкатель 23 упирается в поверхность отверстия 37 и сдвигает ЭМ в направлении к розеткам 3 объединительной платы 2.
После подачи напряжения питания тепловые потоки от теплонагруженных радиоэлементов нагревают внутренний объем ЭМ. Через отверстия 18, 33 воздушный поток попадает в отверстия 26, выдувая перегретый воздух из корпуса 20, охлаждая тем самым поверхность радиоэлементов и самого корпуса 20. Вентиляционный блок 8 забирает воздух из окружающего пространства, а перегретый воздух выводит во внешнее пространство через отверстия 33, 19.
При отведении рычага 22 толкатель 23 экстрактора 21 упирается в противоположную поверхность прямоугольного отверстия 37 и сдвигает ЭМ в направлении от розеток 3. Далее происходит расстыковка вилок 24 и розеток 3 объединительной платы 2, после чего можно извлекать ЭМ.
После установки ЭМ на разъемы 5, 7 модулей 4 и переходных плат 6 соответственно коммутируется внешняя аппаратура, кабели тестирующего ПК или другой необходимой для разработки аппаратуры.
Таким образом обеспечивается непосредственная визуализация процессов, вызванных работой устройства: нагрев, локальные разрушения, отказ и функционирование того или иного элемента устройства или системы в целом и т.п.
Из вышеизложенного следует, что устройство может быть изготовлено на приборостроительном предприятии. Техническое решение соответствует условиям патентоспособности изобретения: новизна, промышленная применимость, изобретательский уровень.