DE1673529A1

DE1673529A1 - Arrangement for monitoring the cooling air in electrical systems with high thermal loads

Info

Publication number: DE1673529A1
Application number: DE19681673529
Authority: DE
Inventors: Johann Graef; Paul Dipl-Ing Privler; Herbert Dipl-Ing Prussas
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1968-03-18
Filing date: 1968-03-18
Publication date: 1971-07-29
Also published as: YU74769A; DE1673529B2; YU31569B

Description

Anordnung zur Uberviachung der Kühlluft in thermisch hochbelasteten elektrischen Anlügen. ------------- Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung der Kühlluft in thermisch hochbelasteten elektrischen Anlagen unter Verwendung eines Thermoschalters. In elektrischen Anlagen, z.B. in elektronischen Datenverarbeitungsanlagen, können elektrische Bauteile so viel Verlustwärme erzeugen, daß die einwandfreie Funktion wärmeempfindlicher Bauteile und damit auch der gesamten Anlage gefährdet =ist. Die Kühlung dieser Bauteile erfolgt in den meisten Fällen durch freie oder erzwungene Konvektion. Für die Kühlwirkung ist daher die Temperatur der an den Bauteilen vorbeistreichenden Luft und deren Strömungsgeschwindigkeit von ausschlaggebender Bedeutung. Zu hohe Lufttemperatur, zu schwacher Luftstrom infolge verstaubter Staubfilter oder gar Lüfterausfall müssen daher rechtzeitig erkannt werden.Arrangement for Uberviachung the cooling air in thermally highly stressed electrical systems. ------------- The invention relates to an arrangement for monitoring the cooling air in thermally highly stressed electrical systems using a thermal switch. In electrical systems, for example in electronic data processing systems, electrical components can generate so much heat loss that the proper functioning of heat-sensitive components and thus the entire system is endangered. In most cases, these components are cooled by free or forced convection. For the cooling effect, therefore, the temperature of the air flowing past the components and its flow rate are of decisive importance. Air temperature that is too high, airflow that is too weak due to dusty dust filters or even fan failure must therefore be detected in good time.

Es ist bekannt, für die Überwachung des Lüfters einen Fahnenschalter mit beweglicher Windfahne und für die Temperaturkontrolle einen Thermoschalter zu verwenden. Das heißt, für die Uberwuehung der Kühlluft vierden zwei getrennte Bauelemente eingesetzt. Von-Nachteil ist dabei insbesondere die Verwendung mechanischer, beweglicher, Teile wie der lindfahne. Derartige Teile sind veränderlichen Reibungsverhältnissen und Verschleißerscheinungen unterworfen, insbesondere die Lager. Ferner besitzen sie eine gewisse mechanische Trägheit, da die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft im allgemeinen nicht so groß ist, daß die bewegliche Windfahne allen Änderungen rasch und exakt folgt. Die Empfindlichkeit derartiger Übervrachungsanordnungen ist also relativ gering.It is known to use a flag switch for monitoring the fan with a movable wind vane and a thermal switch for temperature control use. That is to say, there are four separate components for overflowing the cooling air used. The particular disadvantage is the use of mechanical, movable, Parts like the Lindfahne. Such parts are subject to variable friction conditions and subject to wear and tear, especially the bearings. Also own they have a certain mechanical inertia, as the flow velocity of the cooling air generally not so large that the moving wind vane will allow any changes quickly and exactly follows. The sensitivity of such monitoring arrangements is therefore relatively low.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Lösung anzugeben für eine funktionssichere Anordnung zur Überwachung der Kühlluft in thermisch hochbelasteten elektrischen Anlagen.The invention is based on the object of specifying a simple solution for a functionally reliable arrangement for monitoring the cooling air in thermally highly stressed electrical systems.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der 'Heise gelöst, daß der Therinoschalter, insbesondere ein init einem Bimetallstreifen ausgestatteter Schalter, elektrisch isoliert und gut wärmelcitend auf eineri fremdbeheizten Heizelement aufgebracht ist. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erhält man ein in seincz# Kleinheit den Erfordernissen elektronischer Geräte aüg@@,:@:ßtes, ko:apc.ktes Bauteil ohne beviegliche Teile, von dema@;ohl die 'Überwachung des Lüfters als auch die Tem- @@r@@-z<i@:oritrolle übernommen vrerden. Veränderungen des und der Luftteripera tur vier der. bei dieser cl @:?_ t .risci@ii L #7cr\@;achung sehr rasch registriert und sigria- ll°iv't, so äu22 eia guter Sehut° der elektrischen Bauteile vor und ,. aiait die Funlrtionsfähig- <<,# iLi l@:ge get*:iliy°1--.stet i st. Die Heizleistung des Heizelementes, die verhältnismäßig gering ist, ist dabei vorteilhafterweise veränderbar, so daß sich mit-einem Schalter in breiter Temperatur-und huftstronbereich überwachen läßt. Perner kann durch Verändern der Heizleistung und der Anspreehtemperatur des Thermoschalters dessen Reaktionszeit geregelt werden. Die an die beiden Pole des Heizelementes angeschlossenen Anschlußdrähte sind vorteilhafterweise relativ. dünn, so daß eine starke Vtärmeableitung verhindert wird.This object is achieved according to the invention in the 'Heise that the Therino switch, in particular a switch equipped with a bimetallic strip, is electrically insulated and applied to an externally heated heating element with good thermal conductivity. The measures according to the invention give an in seincz # Smallness meets the needs of electronic devices aüg @@,: @: ßtes, ko: apc.ktes component without separate parts, from dema @; ohl the 'monitoring of the fan as well as the temperature @@ r @@ - z <i @: oritrolle taken over. Changes in the and the Luftteripera tur four of the. at this cl @:? _ t .risci @ ii L # 7cr \ @; attention registered very quickly and sigria- ll ° iv't, so äu22 eia good eyesight ° of the electrical components before and ,. aiait the functional <<, # iLi l @: ge get *: iliy ° 1 -. contin i st. The heating power of the heating element, which is relatively low, can advantageously be changed so that a switch can be used to monitor a wide temperature and current range. Perner can be controlled by changing the heating power and the response temperature of the thermal switch, its reaction time. The connecting wires connected to the two poles of the heating element are advantageously relative. thin so that excessive heat dissipation is prevented.

Bei einen bevorzugten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes sind das Heizelement und der Thermoschalter innerhalb eines Gehäuses angeordnet, an dessen Bodenplatte eine den Thermoschalter. gegen das Heizelement drückende Feder abgestützt ist. Dadurch wird ein enger Wärmekontakt zwischen Thermoschalter und Heizelement erreicht.In a preferred embodiment of the subject matter of the invention the heating element and the thermal switch are arranged within a housing, the thermal switch on its base plate. spring pressing against the heating element is supported. This creates close thermal contact between the thermal switch and Heating element reached.

Das Heizelement ist vorteilhafterweise auf einer mit einer leitenden Schicht, beispielsweise einer Kupferschicht, versehenen Isolierstoffplatte angeordnet, die einen der Querschnittsform des Thermoschalters entsprechenden Durchbruch zur Aufnahme des Thermoschalters aufvreist, wodurch der Thermoschalter in seiner seitlichen Lage fixiert wird. anhand Nachstehend wird die Erfindung/von in den Figuren dar- gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit einem runden Heizelement in einer Vorder-, einer geschnittenen Seiten-und einer Rückansicht und Fig. 2 und 3 jeweils ein. solches mit einem rechteckigem Heizelement in einer Vorder- und einer Rückansicht bzvi. in einer geschnittenen Seitenansicht.The heating element is advantageously arranged on an insulating plate provided with a conductive layer, for example a copper layer, which opens up an opening corresponding to the cross-sectional shape of the thermal switch to accommodate the thermal switch, thereby fixing the thermal switch in its lateral position. based The invention is illustrated below in the figures Provided embodiments explained in more detail. 1 shows an exemplary embodiment with a round heating element in a front, a sectioned side and a rear view, and FIGS. 2 and 3 each show a. such with a rectangular heating element in a front and a rear view bzvi. in a sectioned side view.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zur Überwachung der Kühlluft (Kühlluftüberwaeher) besteht aus einem Heizelement 2 und einem Thermoschalter 1. Der Thermoschalter 1 ist auf dem Heizelement 2,dessen Heizfläche vorzugsweise etvia der Grundfläche des Thermoschalters entspricht, gut wärmeleitend und elektrisch isoliert befestigt, wobei zur Isolation die Folie 3 oder eine möglichst gut wärmeleitende Lackschicht dient. Das Heizelement 2, als runde Scheibe ausgebildet, ist auf einer mit einer Kupferschicht 4 versehenen Isolierstoffplatte 5 aufgelötet. Es besteht beispielsweise aus einem Keramikviiderstand, wobei auf einem mit einer zentrischen Bohrung versehen Keramikplä-t-t:-hen einseitig eine Graphitschicht sowie um die Bohrung und am Rand ringförmige Anschlußbahnen (Polo) 6 für die Stronzuführung aufgebracht sind. Die innere Anschlußbahn ist hierbei durch die Bohrung durchkontaktiert und wird von der äußeren unbeschichteten .Seite des Keramikplättchens her an den Anschlußdraht 7 angeschlossen. Der Anschluß des zweiten Drahtes 7 zu der äußeren Anschlußbahn erfolgt z.B. über die auf der Isolierztoffplatte 5 aufgebrachte Kupferschicht 4. Die an die beiden Pole 6 des Heizelementes 2 angeschlossenen Drähte 7 sind relativ dünn,um eine starke Wärmeleitung zu verhindern. Die Isolierstoffplatte 5 ist mit einem der Querschnittsform des Thermoschalters entsprechenden Durchbruch 8 zur Aufnahme des Thermoschalters versehen. Die Isolierstoffplatte trägt also auf der einen Seite das Heizelement 2, während sich auf der anderen Seite der durch den Durchbruch hindurch mit der Heizelement gut wärmeleitend verbundene Thermoichalter befindet. Für einen vorgegebenen Widerstandswert ist dabei die Schaltzeit um so günstiger, je kleiner die Widerstandsflüche ist. Vorzugsweise hat die Widerstandsfläche des Heizelementes etwa die Größe der Grundfläche des Thermoschalters,Die Isolierstoffplatte 5 ist auf ein wannenförmiges Gehäuse, dessen offene.Seite die Größe und Form der Isolierstoffplatte aufweist, aufgelegt und zwar derart, daß sich das Heizelement an der Außenfläche und der Thermoschalter an der Innenfläche, d.h. im Gehäuseinneren befindet. Eine etwa trapezförmig gebogene Blattfeder, deren nach außen abgebogene Schenkelenden auf der Bodenplatte des Gehäuses aufliegen, liegt mit ihrem Mittelteil an dem Thermoschalter und drückt diesen gegen das Heizelement, so daß sich ein guter Wärmekontakt zwischen Thermosehalter und Heizelement ergibt.The arrangement shown in Fig. 1 for monitoring the cooling air (Cooling air monitor) consists of a heating element 2 and a thermal switch 1. The thermal switch 1 is on the heating element 2, whose heating surface is preferably etvia corresponds to the base area of the thermal switch, has good thermal conductivity and is electrical attached in an isolated manner, with the film 3 or one that conducts heat as well as possible for insulation Lacquer layer is used. The heating element 2, designed as a round disc, is on a with a copper layer 4 provided insulating plate 5 soldered. It exists for example from a ceramic resistance, with one with a central Ceramic plates are drilled with a graphite layer on one side and around the Bore and on the edge annular connecting tracks (Polo) 6 applied for the power supply are. The inner connecting track is in this case plated through through the bore and is attached to the connecting wire from the outer, uncoated side of the ceramic plate 7 connected. The connection of the second wire 7 to the outer connecting track takes place, for example, via the copper layer 4 applied to the insulating material plate 5. The wires 7 connected to the two poles 6 of the heating element 2 are relative thin to prevent strong heat conduction. The insulating plate 5 is with one of the cross-sectional shape of the thermal switch corresponding opening 8 for receiving of the thermal switch. The insulating plate therefore carries on one side the heating element 2, while on the other side of the through the opening with the heating element well connected thermal switch is located. For one given resistance value, the shorter the switching time, the more favorable it is the curses of resistance is. Preferably the resistance surface of the heating element about the size of the base of the thermal switch, the insulating plate 5 is on a tub-shaped housing, the open side of which the size and shape of the insulating plate has, placed in such a way that the heating element is on the outer surface and the thermal switch is located on the inner surface, i.e. inside the housing. One approximately trapezoidally curved leaf spring, the leg ends of which are bent outwards rest on the bottom plate of the housing, lies with her Middle part on the thermal switch and presses it against the heating element, so that a good There is thermal contact between the thermos holder and the heating element.

Das Gehäuse weist an den beiden Längsseiten jeweils zwei über die Seitenflächen hinausragende Falze 11 auf, die nach der Einlegen der Isolierstoffplatte 5 umgebogen werden und Gehäuse 10 und Isolierstoffplatte 5 zusammenhalten. Ein die Bodenplatte und eine Längsseite des Gehäuses überragender, mit dem Gehäuse eine Einheit bildender Winkel 12 dient zur Befestigung der Baueinheit.The housing has two on each of the two long sides Side surfaces protruding folds 11, which after inserting the insulating plate 5 are bent and the housing 10 and insulating plate 5 hold together. One the Base plate and one long side of the housing protruding, with the housing one Unit-forming angle 12 is used to attach the structural unit.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Heizelement 22 von flacher rechteckiger Form: Der Thermoschalter sowie das Gehäuse zur Aufnahme von Heizelement und Thermoschalter sind in der Fig. nicht mit dargestellt. Ihre Ausbildung entspricht dem in Fig. 1 dargestellten Thermoschalter 1 und Gehäuse 10. Auf der isolierstoffplatte 25 sind zwei getrennte streifenfürnige, von einer Kupferschicht gebildete Leiterbahnen 24 aufgebracht, auf denen das Heizelement 22, ein einseitig mit einer Graphitschicht versehenes Kez amikplättchen, das auf der beschichteten Seite längsseitig angeordnete Anschlußbahnen (Pole) 26 trägt, den Streifen zwischen den Leiterbahnen überbrückend, aufgelötet ist. Die Drähte 27 für die Stronauführung sind an den beiden Kupferbahnen 2l angeschlossen, die durch-die Widerstandsschicht des Heizelenentes 22 leitend miteinander verbunden sind.FIG. 2 shows an embodiment with a heating element 22 from FIG flat rectangular shape: the thermal switch and the housing to accommodate The heating element and thermal switch are not shown in the figure. your education corresponds to the thermal switch 1 and housing 10 shown in Fig. 1. On the Insulating material plate 25 are two separate strips, made of a copper layer formed conductor tracks 24 applied, on which the heating element 22, a one-sided with a graphite layer provided Kez amikplätchen, which is on the coated Side longitudinally arranged connecting tracks (poles) 26 carries the strip between bridging the conductor tracks, is soldered on. The wires 27 for the power supply are connected to the two copper tracks 2l, the through-the Resistance layer of the Heizelenentes 22 are conductively connected to one another.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von den nach Pig. 2 dadurch, daß bei ihm eine weitere, vorzugsweise aus Isolierstoffe bestehende Platte 43 vorgesehen ist, die auf der"äußeren unbeschichteten Seite des rechteckigen Heizelementes 32 angeordnet ist und eine Öffnung 44 von geringerer Größe als der Grundfläche des Heizelernentes aufweist. Die Falze 41 des Gehäuses 40 werden nach dem Einlegen der Platte 43 umgebogen und drücken im Zusammenwirken mit der Blattfeder 39 die Platte 43 gegen das Heizelement. Dadurch werden die unter dem Druck der Blattfeder 39 stehenden Lötstellen, durch die das Heizelement nit den beiden Leiterbahnen 34 der Isolierstoffplatte 35 verbunden ist, in vorteilhafter "leise zugentlastet.The embodiment according to FIG. 3 differs from that according to Pig. 2 in that a further plate 43, preferably made of insulating material, is provided, which is arranged on the "outer uncoated side of the rectangular heating element 32 and has an opening 44 of smaller size than the base of the heating element. The folds 41 of the housing 40 are bent after inserting the plate 43 and, in cooperation with the leaf spring 39, press the plate 43 against the heating element , in advantageous "quiet strain relief.

Die vorstehend.beschriebenen Anordnungen zur Überwachung der Kühlluft werden in den zu überwachenden Kühlluftstrom so eingesetzt, daß das Heizelement möglichst gut gekühlt wird, also so, daß das Heizelement von der Kühlluft angeströrit wird. Bei Lüfterausfall bzw. bei Anstieg der Lufttemperatur wir der Thermoschalter innerhalb kurzer Zeit vors Heizelement auf die Schalttenperatur erwärmt und damit der Schzltvorgang ausgelöst.The arrangements described above for monitoring the cooling air are used in the cooling air flow to be monitored in such a way that the heating element Is cooled as well as possible, so that the heating element is affected by the cooling air will. In the event of a fan failure or if the air temperature rises, the thermal switch takes over heated to the switching temperature within a short time in front of the heating element and thus the Schzltvorgang triggered.

Claims

P a t e n t ans p r ü c h e 1. Arrangement for monitoring the cooling air in thermally highly stressed electrical systems using a thermal switch, characterized in that the thermal switch, in particular one with. a bimetal tire equipped switch, electrically insulated and with good thermal conductivity on an externally heated one Heating element is applied.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the heating power of the heating element can be changed.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that ß at the poles of the heating element is relatively thin Connection wires are connected.

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heating element and thermal switch within one housing are arranged and that the Thermas switch against the heating element pressing Spring is supported in the housing.

5. Arrangement. according to one of the claims 1 to., Characterized in that the heating element is on one with a conductive Layer, for example a copper layer provided insulating plate arranged is, and that the insulating plate is one of the cross-sectional shape of the thermal switch has corresponding breakthrough for receiving the thermal switch.

6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that for insulation Between the thermal switch and the heating element, a film or a layer of lacquer that conducts heat well is provided.