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Gehäuse für auf Kühlblechen angeordneten Leistungstransistoren Die
Erfindung bezieht sich auf den konstruktiven Aufbau von Baueinheiten, die neben
stark wärineempfindlichen Bauelementen auch solche enthalten, die viel Wärme erzeugen.
Derartige Betriebsbedingungen kommen vor allem bei elektronischen Reglern vor, die
außer den Meß- und Vorverstärkerkreisen auch Leistungsstufen enthalten, mit denen
z. B. irgendwelche Stellglieder betätigt werden. Diese Leistungsstufen erzeugen
im allgemeinen viel Verhistwärine, deren Abführung mitunter große Schwierigkeiten
bereitet. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn in dem Regler stark temperaturempfindliche
Bauelemente, wie Halbleiterdioden, Transistoren u. dgl. verwendet werden, deren
Kenndaten ja be-
kanntlich stark temperaturabhängig sind. In diesen Fällen
wird nach konstruktiven Lösungen gesucht, bei denen die temperaturempfindlichen
Teile gegen die Wärmeeinwirkung der wärmeerzeugenden Elemente geschützt sind. Es
ist bereits bekannt, zu diesem Zweck eine Aufteilung der einzelnen Bauelemente
nach der Temperaturempfindlichkeit vorzunehmen. Damit ergeben sich verschiedene
Baugruppen, die zweckmäßigerweise voneinander räumlich getrennt sind. Eine solche
Anordnung ist jedoch nur dort verwendbar, wo genügend Platz zur Verfügung steht.
Die Lösung des Problems, teniperaturempfindliche Teile gegen die Wärmeeinwirkung
von wärmeerzeugenden Elementen zu schützen, bereitet jedoch dort besondere Schwierigkeiten,
wo die Gesamtkonstruktion auf engstem Raum untergebracht werden soll, wie es beispielsweise
immer erforderlich ist, wenn derartige Geräte in bewegliche Anlagen, vor allem auf
Fahrzeugen, untergebracht werden sollen. Erschwerend kommt noch hinzu, daß meist
zusätzliche Vorrichtungen zur Kühlung der Leistungsstufen erforderlich sind, da
im allgemeinen die natürliche Wärmestrahlung und Konvektion allein nicht gewährleistet,
daß die zulässige Betriebstemperatur dieser Leistungsstufen nicht überschritten
wird. Besonders kritisch sind die Verhältnisse, wenn in den Endstufen Leistungstransistoren
verwendet werden, die zwar nur geringen Raum in Anspruch nehmen, aber gerade deshalb
zusätzliche Kühlmaßnahmen, wie Kühlbleche, erforderlich machen. Es ist nun ebenfalls
bekannt, zur Verstärkung der Kühlwirkung neben den die Leistungstransistoren tragenden
parallel zueinander verlaufenden Kühlblechen weitere Kühlbleche anzuordnen, mit
deren Hilfe eine zusätzliche Kaminwirkung erreicht wird, wodurch die Wärmeabfuhr
durch erhöhte Konvektion vergrößert wird. Eine solche Anordnung wird jedoch ebenfalls
relativ groß, vor allen Dingen dann, wenn bei Einsatz des Gerätes bei hohen Umgebungstemperaturen
die zulässige Differenz zwischen der maximal zulässigen Betriebstemperatur der Halbleiterbauelemente
und der Umgebungstemperatur klein ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für temperaturempfindliche,
elektronische Bauelemente mit auf Kühlblechen angebrachten Leistungstransistoren
auf möglichst geringem Raum, wobei eine Grundplatte vorgesehen ist, die auf einer
Seite parallellaufende Kühlkörper trägt, wobei eine Grundplatte vorgesehen ist,
die auf einer Seite parallellaufende Kühlkörper trägt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lösung zu finden, bei
der die genannten, einander widersprechenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind.
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Die Erfindung besteht darin, daß zwischen den Kühlkörpern und parallel
zu ihnen ein kühlkörperartiges schmales Gehäuse auf der Grundplatte befestigt ist,
in dem die temperaturempfindlichen Bauelemente untergebracht sind.
Die
Trägerplatte selbst ist vorzugsweise U-förmig gebogen, so daß sich die im Verhältnis
zur Länge und Breite der Trägerplatte kurzen Schenkel und die Kühlrippen nach verschiedenen
Seiten der Grundfläche der Trägerplatte erstrecken. Auf diese Weise entsteht unter
der Trägerplatte ein Raum, in dem weitere temperaturunempfindliche Bauelemente sowie
die gesamten Verbindungsleitungen untergebracht werden können.
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Die Wärme erzeugenden Bauelemente, beispielsweise die Leistungstransistoren,
werden deshalb vorzugsweise so auf der Trägerplatte montiert, daß ihre Anschlüsse
unterhalb der Trägerplatte liegen. Das gleiche gilt für die Anschlüsse der in dem
getrennten Gehäuse untergebrachten Schaltungseinheit. Der freie Innenraum dieses
Gehäuses, in dem sich die temperaturempfindlichen Bauelemente befinden, kann vorzugsweise
mit Gießharz ausgefüllt werden.
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Dieses Gehäuse besitzt zweckmäßig gleich große Seitenflächen wie die
Kühlrippen und eine Breite, die, verglichen mit seiner Länge und Tiefe, verhältnismäßig
klein ist. Das Gehäuse wird zweckmäßig in der Mitte der Trägerplatte montiert, so
daß es durch die zu beiden Seiten liegenden Kühlbleche mechanisch geschützt ist.
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Ein derartiger Aufbau hat neben den geringen Abmessungen vor allem
den Vorteil, daß sich eine natürliche Kaminwirkung ergibt, wenn die gesamte Baueinheit
an einer vertikalen Wand so montiert wird, daß die Kühlbleche senkrecht verlaufen.
Bei einer solchen Konstruktion können außerdem noch weitere, viel Wärme erzeugende,
selbst aber temperaturunempfindliche Bauelemente (z. B. Widerstände) oberhalb der
Kühlbleche auf der Trägerplatte montiert werden. Dadurch wird die Kaminwirkung unterstützt.
Die Trägerplatte muß in diesem Fall etwas länger als die Kühlbleche sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt.
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Die Trägerplatte - mit 1 bezeichnet - besteht
aus einem Blech mit U-förmigem Profil mit den beiden Schenkeln 11 und 12.
Auf der Oberseite dieser Trägerplatte sind mehrere (6) Kühlrippen 2 angebracht.
Außerdem ist zwischen den Kühlrippen ein Gehäuse 3 montiert, dessen Seitenfläche
im wesentlichen denen der Kühlrippen entspricht. Die Breite b dieses Gehäuses
ist verhältnismäßig klein gegenüber der Länge 1 und der Höhe h. In
dem Gehäuse 3 sind vor allem die temperaturempfindliehen Bauelemente untergebracht.
Die Wärmeableitung dieser Elemente kann noch dadurch verbessert werden, daß der
Innenraum dieses Gehäuses mit einem Gießharz ausgefüllt wird. Außerdem kann zwischen
der Trägerplatte und dem Gehäuse eine wärmeisolierende Zwischenlage, z. B. aus Asbest,
vorgesehen sein. Die Wärme erzeugenden Elemente, vor allem die Leistungstransistoren,
können zwischen den Kühlrippen auf die Trägerplatte 1 montiert werden, so
daß ihre Anschlüsse unterhalb der Trägerplatte liegen. Falls der Platz zwischen
den Kühlrippen nicht ausreicht, kann auch eine (oder mehrere) Kühlrippen mit einer
Aussparung versehen werden und der Transistor in dieser Aussparung so montiert werden,
daß er zu beiden Seiten eines Kühlbleches liegt.
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Am oberen Ende der Kühlbleche, ist noch ein, Montagewinke14 auf der
Trägerplattel befestigt, unter dessen Deckplatte 41 solche Bauelemente montiert
werden können, die sehr viel Wärme erzeugen, selbst aber nicht temperaturempfindlich
sind. Hierher gehören beispielsweise Leistungswiderstände, die im Betrieb viel Verlustwärme
erzeugen. Diese Verlustwärine unterstützt bei der gezeigten Anordnung die durch
Kaminwirkung erzeugte Luftströmung zwischen den Kühlrippen. Diese Strömung kann
dadurch gefördert werden, daß die gesamte Baueinheit so an einer senkrechten Wand
montiert wird, daß die zwischen den Kühlblechen liegenden Schächte vertikal verlaufen.
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Der unterhalb der Trägerplatte liegende Raum dient vor allem zur Aufnahme
der Verbindungsdrähte für die Bauelemente. In ihm können aber auch weitere Bauelemente
untergebracht werden, die keine Wärme erzeugen und selbst nicht temperaturempfindlich
sind. Zum Schutz dieser Anlagenteile ist der Raum unterhalb der Trägerplatte mit
einem Deckel 13 abgeschlossen.