DE3223523A1

DE3223523A1 - Kuehlflansch fuer elektronisch betreibbare kleinteile

Info

Publication number: DE3223523A1
Application number: DE19823223523
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 7742 St. Georgen-Brigach Koletzki; Georg 7742 St. Georgen Papst; Günter 7730 Villingen-Schwenningen Wrobel
Original assignee: Papst Motoren & Co Kg 7742 St Georgen GmbH; Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1981-06-25
Filing date: 1982-06-24
Publication date: 1983-01-20
Also published as: US4513812A; DE3223523C2

Description

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KÜHLFLANSCH FÜR ELEKTRONISCH BBTRiu IBBARS

Die Erfindung,betrifft einen metallenen Kühlflansch für elekironisch betreibbare Kleinteile mit einer langgestreckten, rechteckigen Flanschplatte, die auf ihrer Montageseite Kühlrippen aufweist, die sich in Längsrichtung der Flanschplatte senkrecht zu dieser und planparallel zueinander erstrecken, und zwar in Gruppen mit Abstand innerhalb der Gruppen etwa so breit wie die Kühlrippen und größerem Abstand zwischen den Gruppen, passend für die Kleinteile.

Moderne, elektronisch betreibbare Kleinteile, wie sie in elektronischen Schaltungen verwendet werden, insbesondere Thyristoren, haben eine hohe Leistungsdichte und entwickeln bei Betrieb große Mengen Wärme, die abgeleitet werden muß. Dazu dienen Kühlflansche der eingangs genannten Art, an denen die Kleinteile, vorzugsweise mit Wärmekontakt, montiert sind oder aber wenigstens dicht anliegend angeordnet sind. Durch den Kühlflansch wird die entwickelte Wärme zunächst einmal auf ein größeres Gebiet verteilt. Das reicht in manchen Fällen aber nicht aus und dann unterstützt man die wärmeabfuhr durch eingeblasene Kühlluft. Diese läßt sich im allgemeinen nicht so gezielt richten, daß sie nur dorthin trifft, wo sie tatsächlich benötigt wird, mit dem Ergebnis, daß unnötig viel Kühl-5 luft umgewälzt wird und unnötig Antriebsenergie verbraucht wird.

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Aufgabe der Erfindung ist es, die Belüftung eines Kühlflansches der eingangs genannten Art auf einfache weise gezielt und mit möglichst geringem Lüftungsaufwand durchzuführen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Gebläse mit axialem Strömungseintritt und radialem Strömungsaustritt vorgesehen ist, dessen Gebläserad in einer Ausnehmung der Rippenstruktur mit seiner Gebläseachse senkrecht zur Flanschplatte angeordnet ist.

Nach der Erfindung wird die Kühlluft direkt und fast ausschließlich zwischen die Kühlrippen geblasen, dorthin, wo sie für den angestrebten Kühlzweck benötigt wird. Strömungsverluste brauchen nicht in Kauf genommen zu werden und man kommt mit einer verhältnismäßig kleinen Luftleistung aus. Es genügt ein kleines Gebläse mit einem kleinen elektrischen Antriebsmotor, der nur wenig Verlustwärme entwickelt.

Die Erfindung führt auch strömungstechnisch zu einer einfachen Lösung, weil die für einen optimalen Betrieb des Gebläses erforderlichen Luftführungselemente durch die sowieso erforderlichen Rippen gebildet werden. Das wird noch begünstigt wenn gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung die Ausnehmung mit radialem spiel das Gebläserad eng umgebend bemessen ist und wenn die Ausnehmung sich innerhalb der beiden äußersten Rippen erstreckt..

Man kann die einmal in die Kanäle zwischen den Rippen geblasene Kühlluft zwingen, dia ganzen Kanäle entlang zu strömen, indem man die Rippen sämtlichst gleich hoch ausbildet und durch eine auf ihren freien Rändern aufliegende Strömungswand abdeckt.

Die Erfindung ist auch vorteilhaft anwendbar in Verbindung mit Kühlflanschen, bei denen beide Seiten der Flanschplatte als Montageflächeη ausgebildet und mit Kühlrippen ausgestattet sind, mit je einer Ausnehmung auf beiden Seiten und je einem

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oder ein durchgehendes Gebläserad innerhalb dieser Ausnehmung. In einem solchen Fall empfiehlt es sich, die Ausnehmungen koaxial anzuordnen.

Man kann das Gebläse etwa in der Längsmitte der Flanschplatte anordnen, so daß nach beiden Seiten etwa gleichlange Rippenabschnitte stehenbleiben, die durchblasen v/erden. Man kann aber das Gebläse auch am einen Ende der Flanschplatte anordnen und einen stirnseitigen Abschluß der zwischen den Kühlrippen vorhandenen Kanäle durch einen über die Enden der Kühlrippen monti.erten Absperrstreifen vorsehen. Durch die Absperrung wird dann verhindert, daß Kühlluft an d^m freien Ende ungenutzt fortströmen kann.

Die Kühlleistung wird noch wesentlich verbessert, v/enn der Kühlflansch aus Leichtmetall (z.B. Aluminiumlegierung) besteht, wodurch auch noch Fertigungs-und Gewichtsvorteile erreicht werden. Er kann auch vorteilhaft als Strangpreßteil ausgebildet sein.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

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Tn oar Zeichnung zeigt: . ,· Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kühlflensches nach der Erfindung auf die Montageseite gesehen, teilweise aufgebrochen, Figur 2 den Schnitt II aus Figur i, Figur 3 in der Darstellung entsprechend Figur 1 ein

zweites Ausführungsbeispiel,

Figur 4 in der Ansicht entsprechend Figur 1 die eine " Hälfte eines entlang der Symmetrieebene geteilten weiteren Ausführungsbeispiels, Figur 5 ■ den Teilschnitt V aus Figur 4, Figur 6 in der Darstellung entsprechend Figur 4 ein

weiteres Ausführungsbeispiel, und ■55 Figur 7 den Teilschnitt VII aus Figur 6, und

Fig. 8 ein perspektiv dargestelltes weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.

Gemäß Figur 1 und 2 ist mit 1 der metallene Kühlflansch bezeichnet, dessen Flanschplatte 2, wie aus Figur 2 ersichtlich, die Form eines langgestreckten Rechtecks hat und auf der dem Beschauer von Figur 2 zugekehrten Montageseite zwei Gruppen ^von J^e vier Kühlrippen 3 bis 10 aufweist, die gleich hoch sind, planparallel zueinander und senkrecht zur Flanschplatte 2 in Längsrichtung der Flanschplatte angeordnet sind, und zwar innerhalb der Gruppen 3»*4» 5, 6 einerseits und 7, 8, 9, 10 andererseits mit Abstand etwa so stark wie eine Kühlrippe und zwischen den Gruppen mit einem breiteren Abstand 11, innerhalb dessen die zu kühlenden elektronischen Kleinteiüe, zum Beispiel Transistoren .wie durch die strichpunktierten Konturen 12, 13 angedeutet, untergebracht werden können.

Die Kühlrippen 8. bis 10 sind sämtlichst gleich hoch und durch ein aufgesetztes und übergestülptes U-Profilblech 14 abgedeckt· In die Kühlrippen ist eine kreisrunde Ausnehmung 16 eingefräst, in die ein Meridiangebläserad 15 angeordnet ist, und zwar koaxial zur kreisrunden Ausnehmung 16 mit der Gebläseachse 17 senkrecht zur Flanschplatte 2.

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Das Gebläserad 15 wirkt in Pfeilrichtung i8 axial ansaugend und in Pfeilrichtung 19 radial ausblasend. In Verlängerung des Gebläserades 15 ist in dem U-Profilblech 14 ein kreis-5rundes Loch 20 ausgespart, durch das die Luft angesaugt wird. Rückseitig auf die Flanschplatte 2 ist ein Gleichstrominnenläufermotor 21. montiert, auf dessen Wellenstumpf 24 das Gebläserad 15 gesteckt ist.

Der Kühlflansch kann ein Abschnitt eines Strangprofiles sein, in den dann die Ausnehmung 16 mit einem Stirnfräser eingefräst ist. E^-S ist noch eine weitere gleiche Ausnehmung 22 in das Kühlrippenfeld eingefräst, um Platz zu schaffen für ein· . etwas größeres elektronisches Kleinteil, das mit der strichpunktierten Linie 23 angedeutet ist und innerhalb des Zwischenraums 11 keinen Platz mehr findet.

Die Zwischenräume zwischen den Rippen einschließlich des Zwischenraums 11 sind durch das U-Profilblech 14 zu Kanälen abgedeckt, innerhalb derer die Förderluft des Gebläses strömen muß, wodurch optimale Kühlwirkung erzielbar ist. Die den Umfang der Ausnehmungen bildenden Enden der Kühlrippen einschließlich der beiden stehengebliebenen, äußeren Kühlrippen 3, 10 bilden wünschenswerte Strömungsleitelemente, die die Ablösung der druckseitigen Strömung aus dem rotierenden Strömungsfeld begünstigen.

o- Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2 nur durch die Tatsache, daß das Gebläserad 30 mit dem zugehörigen, nicht dargestellten Antriebsmotor und der zugehörigen Ausnehmung 31 statt wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2 in

2Q der Längsmitte am einen Ende des Kühlflansches angeordnet ist. An diesem Ende sind die zwischen den Kühlrippen 32 ... stehengebliebenen Kanäle durch einen Absperrstreifen 33 abgedeckt .

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Bei.dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 sind beidseitig an der Flanschplatte 45 Kühlrippen 40, 41, 42, 46, 47, 48 vorgesehen, also auf der dem Beschauer von Figur 4 zugekehrten ersten Montageseite und auf der dem Beschauer abgekehrten zweiten Montageseite. Das gleiche Bild bietet sich unterhalb der Symmetrielinie 50. Innerhalb der kreisrunden Ausnehmung 43, die sich durch beide Kühlrippenfelder und durch die · Flanschplatte 45 erstreckt, ist, koaxial zur Ausnehmung, der als Außenläufermotor ausgebildete Antriebsmotor 51 gelagert, der auf dem Umfang seines Außenläufers zwei Radialgebläseräder 52, 53 trägt, von denen das eine Radialgebläserad 52 in die Kanäle zwischen den Kühlrippen 46, 47, 48 auf der einen Montageseite und das andere Gebläserad 53 in die Kanäle zwisehen den Kühlrippen 40, 41, 42 auf der anderen Montageseite bläst. Die Kühlrippen sind beidseitig gruppenweise angeordnet. Die Kühlrippen 40, 41, 42 bilden eine Gruppe, die Abstände zwischen den Kühlrippen sind etwa so groß, im Beispiel etwas größer, wie die Rippen breit sind und'zwischen den Gruppen ist ein größerer Abstand 55 ausgespart, innerhalb dessen, wie im Text zu Figur 1 und 2 beschrieben, allerdings auf beiden Seiten der Flanschplatte 45 wie strichpunktiert dargestellt, zu kühlende elektronische Kleinteile befestigt beziehungsweise angeordnet sein können.

Auf der einen Seite sind die freien Enden der Kühlrippen durch eine Leiterplatte 57 aus elektrisch isolierendem Material und auf der anderen Seite durch ein aufgesetztes Profilblech 53 abgedeckt. In der Leiterplatte 57 ist eine Ansaugöffnung 59 und in dem Profilblech 58 ist ein Kranz von An-Saugöffnungen 56 dem Gebläserad 52 beziehungsweise 53 gegenüber ausgespart.

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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 6 und 7 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 und 5 durch die Anordnung des Gebläserades mit der zugehörigen Ausnehmung 44 statt in der Längsmitte der Flanschplatte am einen Ende der Flanschplatte und durch die Tatsache, daß statt zweier Gebläseräder 52, 53 ein einziges Gebläserad 60 vorgesehen ist, das sich durch einen entsprechend groß bemessenen Durchbruch 61 in der Flanschplatte 62 auf beiden Seiten der Flanschplatte 62 erstreckt und Kühlluft in die Kanäle zwischen den Rippen auf beiden Kontageseiten bläst. Die Gebläseströmung wird angesaugt durch eine der Ansaugöffnung 59 entsprechende Ansaugöffnung 69 in der_sder Leiterplatte 57 entsprechenden Leiterplatte 67. Eine besondere Ansaugöffnung auf der anderen Seite ist entbehrlich, wenn man den Durchbruch 61 nur genügend groß ausbildet.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 8) wird der Kühlluftstrom, der in Richtung des P&eiles 10 von einem Radialgebläse (71) (als Motor / Laufradeinheit nach Fig. 2 bis 7) durch eine Ansaugöffnung 72 gesaugt und über beispielsweise vier Kühlkanäle 73 (es können auch nehr oder weniger solcher Kühlkanäle angeordnet werden) an sich erwärmende elektronische Bauteile 74 in Richtung der Pfeile 75 geleitet wird. Hierin sind die vier Kühlkanäle 73 als Arme eines Kühlflansches 77 der beispielsweise in einem Stück als Leichtmetallgußteil hergestellt wird, ausgebildet. Wie cHoen schon beschrieben, sind diese Kühlkanäle 73 mit Längsrippen versehen und vorzugsweise jeweils noch mit U-Profilblechen 76 abgedeckt. Das Gebläse 71 ist so an den gebildeten Kühlflansch 77 befestigt, daß die Flügel seines Radialeebläserad^s in Höhe der Kühlkanäl'e 73 liegen.

Die vier Arme des KühltMansches 77 liegen in einer Ebene, wobei die Achse des Antriebsmotors (21, 51, 71) senkrecht zu dieser Ebene angeordnet ist.

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Der Kühlflansch ist vorteilhafterwoise so ausgebildet, daß Bauteileträger und Gebläsegehäuseoberteil darin integriert sind und daß er die Ansaugöffnung für das Gebläse enthält. Fs braucht also nur noch das Gebläsegehäuseunterteil (Motor, Gebläserad und Gehäuseunterteil) an dem Kühlflansch befestigt zu werden.

Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich besonders für eine Endverstärkerstufe einer sogenannten quadrophonen Anlage. Statt der vier Arme (kreuzförmig) können auch nur zwei Arme vorgesehen werden für die Endverstärkerstufe einer Stereoanlage.

BEZUGSZIFFERNLISTE

1	Kühlflansch	5"1	Antncbsü.otor
2	Flanschplatte	52	Radi alGebläserad
3	Kühlrippe	53	Radialgebläserad
4	Kühlrippe	54
5	Kühlrippe	55	Abstand
6	Kühlrippe	56	An Säugöffnungen
7	Kühlrippe	57	Leiterplatte
8	Kühlrippe	58	Profilblech
9	Kühlrippe	59	Ansaugöffnung
10	Kühlrippe	60	Gebläserad
11	Abstand	61	Durchbruch
12	strichp. Kontur'	:.2	Flanschp],. r te
13	strichp. Kontur	63
14	U-Profilblech
15	Meridiangebläserad	67	Leiterplatte
16	Ausnehmung	69	Ansaugöffnung
17	Gebläseachse	70	Pfeil
18	Pfeil	71	Radialgebläse
19	Pfeil	72	Ansau?;öf fnunfi;
20	Loch	73	Kühlkanal
21	Gleichstrominnenläufermotor	7 A	elektron. Bauteil
22	Ausnehmung	75	Pfeil
23	strichp. Linie	76	U-Profilblech
24	Wellenstumpf	77	Kühl flansch
30	Gebläserad
31	Ausnehmung
32	Kühlrippen
33	Absperrstreifen
40	Kühlrippe
41	Kühlrippe
42	Kühlrippe
43	Ausnehmung
44	Ausnehmung
45	Flanschplatte
46	Kühlrippe
47	Kühlrippe
48	Kühlrippe
49
50	Symmetrielinie

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Claims

Papst-Motoren GmbH & Cc^ Rl?" * ".„-*„„" * *.„".:..

St. Georgen / Schw. DT - 455

23.6.82 Patentansprüche

Metallener Kühlflansch für elektronisch betreibbare Kleinteile mit einer langgestreckten, rechteckigen Flanschplatte, die auf ihrer Montageseite Kühlrippen aufweist, die sich in Längsrichtung der Flanschplatte senkrecht zu dieser und planparallel zueinander erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gebläse (15, 21) mit axialem Strömungseintritt und radialem Strömungsaustritt vorgesehen ist, dessen Gebläseräd (15) in einer Ausnehmung (16) der Rippenstruktur mit seiner Gebläseachse (17) senkrecht zur Flanschplatte (2) angeordnet ist.
2. Kühlflansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (3 bis 10) in Gruppen (3,4,5,6 und 7,8,9,10) angeordnet sind und daß zwischen den Gruppen ein größerer Abstand zur Aufnahme von Kleinteilen vorgesehen ist,
3. Kühlflansch nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Kühlrippen (3 bis 10) innerhalb der Gruppen etwa so breit wie die Kühlrippen und der Abstand zwischen den Gruppen größer ist, als der zwischen den Kühlrippen innerhalb einer Gruppe.
4. Kühlflansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (16) mit radialem Spiel das Gebläserad (15) eng umgebend bemessen ist,
5. Kühlflansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (16) sich innerhalb der beiden äußersten Rippen (3, TO") erstreckt.
6. Kühlflansch nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (3 bis 10) sämtlichst gleich hoch sind und durch eine auf ihren freien Rändern aufliegende Strömungswand (14) abgedeckt sind.

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7. Kühlflansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Seiten der Flanschplatte (45, 62) als Montageflächen ausgebildet und mit Kühlrippen (40, 41, 42, 46 ..) ausgestattet sind, mit je einer Ausnehmung (43, 44) auf beiden Seiten und je einem Gebläserad (52, 53; 60) innerhalb dieser Ausnehmungen, und daß die Ausnehmungen koaxial angeordnet sind.
8. Kühlflansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Anordnung der Ausnehmung (31) mit dem zugehörigen Gebläserad (30) am einen Ende der Flansphplatte und einen stirnseiti,gen Abschluß der zwischen den Kühlrippen vorhandenen Kanäle durch einen über die Enden der Kühlrippen mpntierten Absperrstreifen (33).
9. Kühlflansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläserad (15) ein Meridianrad ist, das auf der Welle (24) eines Innenläufermotors (21) steckt, und daß der Motor (21) auf der den Kühlrippen (3 bis 10) abgekehrten Seite der Flanschplatte (2) montiert ist.
10. Kühlflansch nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (51, 52, 53) ein zweiseitig saugendes Radialgebläse ist und daß der Antriebsmotor (51), wenigstens zum größten Teil, innerhalb der Ausnehmung (43) untergebracht ist.
11. Kühlflansch nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (51) als Außenläufermotor ausgebildet ist und daß das Gebläserad (52, 53; 60) am Umfang des Außenläufers befestigt ist.

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12. Kühlflansch aus Metall, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, für elektronisch betreibbare Bauteile mit einer Flanschplatte, die auf ihrer Montageseite Kühlrippen aufweist, die sich im wesentlichen parallel und senkrecht zur Flanschplatte erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlflansch (77) im wesentlichen kreuzförmig ausgebildet ist und daß ein Gebläse (71) mit axialem Strömungseintritt und radialem Strömungsaustritt vorgesehen ist, dessen Gebläserad in einer Ausnehmung (72), die im Schnittpunkt der Arme des kreuzförmxgen gerippten Kühlflansches (77) liegt, angeordnet ist und daß die vier Arme des Kühlflansches (77) in einer Ebene liegen.