用於冷卻電器部件的裝置和技術儀器的製作方法
2023-06-17 02:06:31 2
專利名稱：用於冷卻電器部件的裝置和技術儀器的製作方法
技術領域：
本發明涉及到安裝在殼體內的電器部件的冷卻裝置和技術儀器，特別是移動無線系統或者無繩用戶連接系統的基站。
在電器運行的技術儀器中電流通過元件和部件的功率損耗導致儀器的發熱。因為技術儀器的電器標準只有受限制的允許運行溫度範圍例如為70℃，將這些通過冷卻裝置冷卻。這些冷卻裝置例如是電風扇，電風扇在殼體內建立圍繞或者通過電器元件和部件的氣流和因此將產生的熱功率排出。
此外當電器儀器運行時封閉空間或者在封閉空間內的不利情況除了將熱排出之外附加安排了充分保護例如髒粒子和液體的環境影響。此外還必須遵守按照專門IP-等級的保護規定，以確保技術儀器的持久功能。
從DE 19755944中已知，在殼體空氣入口處安排了薄膜過濾器用於將進入的冷卻空氣的髒粒子進行表面過濾。例如與在DE 19626778中已知的確保內部冷卻循環與外部冷卻循環完全隔離的具有空氣/空氣熱交換器的殼體相比較，可以通過使用薄膜過濾器用簡單方法達到充分保護對於上述使用領域相應的保護規定的技術儀器的電器部件。同時對於冷卻必要的大氣環境溫度和殼體內部溫度之間的溫差變小。
例如專用的薄膜過濾器是建立在應用於覆蓋對象上的已知的薄膜過濾器名稱為Goretex，Sypatex等基礎上的。過濾器的薄膜是由可能有非常小的孔尺寸的纖維的細的編織物或者針織物構成的。例如作為材料已知使用PTFE(聚四氟乙烯)，特氟隆名字也是已知的。一般來說將薄膜實現為載體材料，以達到薄膜過濾器的一定穩定性和硬度。
此外涉及到保護規定的附加判據必須滿足EMV-規範(EMV-電磁相容性)，這一方面確保了保護安裝在技術儀器殼體內的電器部件來自儀器環境的電磁影響和另一方面確保了保護環境受到電器部件發出電磁射線的影響。
由於所使用的塑料材料的薄膜過濾器對於電磁射線是可以穿透的和因此不能造成足夠的屏蔽。例如通過安排在薄膜過濾器前面的線編織物的附加屏蔽從而滿足EMV-規範是必要的。然而安排這種附加線編織物作為技術儀器殼體的另外元件是有缺點的和例如增加了殼體的外部尺寸。此外造成維護和清潔薄膜過濾器的困難。
以下任務以本發明為基礎，規定一種冷卻裝置和一種技術儀器，這些在使用已知的薄膜過濾器時沒有當代技術水平的上述缺點使足夠的電磁屏蔽成為可能。這個任務是通過按照權利要求1的冷卻裝置和按照權利要求14的技術儀器解決的。本發明有益的擴展結構是由子權利要求中獲悉的。
按照本發明安裝在殼體內的電器部件的冷卻裝置有至少一個安裝在殼體各個空氣入口的薄膜過濾器用於將進入的用於冷卻電器部件的冷卻空氣至少髒的粒子進行表面過濾以及有至少一個冷卻裝置用於在殼體內建立空氣流和為了將被過濾的，穿過和/或繞過部件變熱的冷卻空氣從殼體的至少一個空氣出口排出。薄膜過濾器的特徵是有由導電材料編織物構成的用於電器部件的電磁屏蔽。
按照本發明裝置的結構具有的優點是，通過集成導電材料的編織物不需要安排用於屏蔽的附加裝置達到電磁屏蔽。此外薄膜過濾器的有益特性不會受到限制。例如這樣不需要卸下屏蔽網格有可能容易地清潔過濾器。因此可以很緊湊地實現技術儀器的殼體。
按照本發明的裝置可以使用在具有至少一個電器部件的技術儀器中，例如移動無線系統或者無繩用戶連接系統(存取網絡系統)的基站，交通引導裝置，供電裝置或者控制工業機器的電櫃。用同樣的方法例如將按照本發明的裝置可以使用在比較小的技術儀器例如可攜式或者固定的家用計算機或者電測量儀中。
按照本發明的第一種實施結構，薄膜過濾器將附加的液體在表面上進行過濾，因此技術儀器也可以使用在封閉空間的外邊或者在不利的環境條件下。
按照第二種實施結構，將薄膜過濾器實現為安放在載體材料上的細孔薄膜。這種薄膜過濾器的結構有可能有益地使載體材料單個的匹配能力和/或薄膜與技術儀器專門的使用條件相匹配。這樣例如針對化學物質例如酸性穩定的過濾器可以在生產使用的技術儀器上使用。
按照在第二種實施結構基礎上的第三種擴展結構，將導電的編織物編織在薄膜過濾器的載體材料上。因此達到了編織物與載體材料的固定連接，此時提高了薄膜過濾器的穩定性。
與第三種實施結構不同的是將導電的編織物安放在載體材料上。這種結構有可能容易製造薄膜過濾器，在其中例如導電的編織物是在附加步驟中安放在薄膜過濾器上的。編織物與載體材料之間的連接例如可以通過粘接技術達到。
按照另外的實施結構將導電的編織物實現為薄膜的載體材料。通過這種結構有益地將電磁屏蔽直接集成在薄膜過濾器上，因此在製造薄膜過濾器時不需要其他工序。
按照另外的實施結構可以將薄膜由特氟隆已知的PTFE-材料或者由導電材料實現。PTFE-材料已經使用在多種例如透水的覆蓋件上和由於其特性可以柔性地與涉及到孔尺寸的各種要求相匹配。如果薄膜是由導電材料製成的，例如具有同樣的或者可比較的特性，這樣可以有益地放棄附加導電的編織物。
將導電材料可以按照與金屬材料，塑料材料或者陶瓷材料另外的實施結構實現。特別是塑料材料和陶瓷材料相對於金屬材料具有有益的特性，例如涉及到環境影響的穩定性，強度以及可加工性。
按照本發明另外的實施結構，導電的編織物是與殼體電連接的，其中這個殼體同樣至少部分地是由導電材料實現的。關於導電的編織物在這裡理解為按照本發明的附加的編織物，使用作為載體材料的編織物或者由導電材料製成的薄膜。與殼體的連接造成薄膜過濾器的接地，接地也可以藉助於特殊接地的電連接達到。
按照本發明另外的實施結構將薄膜過濾器起作用的表面通過周期的卷積放大，因此有益地減少了附加的過濾器和提高了維護間隔。
此外有益的是在殼體的空氣出口處附加安排了按照本發明的薄膜過濾器。這種實施結構例如有可能使冷卻空氣流返回進入殼體，以便使在空氣入口處的薄膜過濾器從髒粒子中解放出來，此時髒粒子或者液體不可能通過空氣出口進入殼體。
按照另外的實施結構冷卻裝置是由通過電機驅動的通風機轉子構成的。此外例如電機轉速和因此冷卻空氣的通過量在殼體中是依賴於殼體中的溫度和/或依賴於大氣環境溫度調節的，因此有益的確保了電器部件恆定的工作溫度和在殼體內部的恆定的溫度和因此有益地延長了電器部件的壽命。此外例如可以這樣調節冷卻裝置的轉速，正巧不超過電器部件允許的臨界溫度和因此裝置的噪聲發射由於冷卻裝置儘可能低的轉速變得最小。
按照本發明的裝置特別適合於使用在技術儀器上例如在基站上或者類似的移動無線系統的室外-設備上或者無繩用戶連接系統上，以及在交通引導裝置，定向無線裝置上等。
藉助於附圖詳細敘述本發明實施例。
附圖表示附
圖1移動無線系統的基站具有按照本發明的裝置用於冷卻在前視圖上的電器部件，附圖2按照本發明裝置的側視圖，附圖3按照本發明的薄膜過濾器的兩個實施例子，和附圖4按照本發明的薄膜過濾器的詳細圖。
一個技術儀器，例如移動無線系統或者無繩用戶連接系統的基站BTS，按照附圖1當代技術水平包括多個電器部件BG。當電器儀器運行時單個電器部件BG的損耗功率導致發熱，因此存在冷卻的必要性，以便不會超過部件允許的溫度。
在前視圖上表示的電器儀器的殼體G在端部有薄膜過濾器MB的空氣入口LE。空氣入口LE的尺寸例如是這樣設計的，從技術儀器的大氣環境通過薄膜過濾器MB進入的冷卻空氣可以各自從下面和必要時從前面穿過電器部件和因此造成部件的冷卻。薄膜過濾器MB的工作表面，例如這通過卷積結構可以大於空氣入口LE，是這樣設計的，進入的冷卻空氣的壓力降可以通過冷卻裝置進行補償或者雖然部分附加在薄膜過濾器MB上的髒粒子或者液體還可以有足夠的冷卻空氣量進入。
附圖2表示了技術儀器的側視圖以詳細表示內部結構。在殼體G的左側在空氣入口LE的前邊安裝了具有薄膜過濾器MB的框架R。為了維護和清潔或者更換的目的附加的框架R使快速取下薄膜過濾器MB成為可能。同時框架R使上述薄膜過濾器MB的卷積成為可能。框架R可以用於限制技術儀器的尺寸和被集成在殼體G上。
將薄膜過濾器MB構成為表面過濾器，表面過濾器具有特別有益的特性，將大氣環境的髒粒子和液體在薄膜表面上進行過濾，因此例如保護了敏感的電器部件或者部件BG內的開關針對這種環境影響。例如這種薄膜過濾器MB是名稱為Goretex，Sympatex等應用於覆蓋對象上已知的薄膜過濾器。過濾器的薄膜是由細的纖維編織物或者針織物構成的。孔尺寸非常小避免髒粒子進入和因而摻入薄膜。同時髒粒子可以落在薄膜表面上，用簡單的方法可以清除這些髒粒子。用同樣的方法直到一個單位面積比壓的液體不能通過薄膜。
例如可以使用PTFE作為薄膜材料，特氟隆名字也是已知的。一般來說將薄膜例如聚醯胺放在粗編織的載體材料上，以便達到薄膜過濾器的高穩定性和硬度。
通過薄膜過濾器MB的專門設計可以滿足按照IP-規範的保護規定IP55，因此將技術儀器使用在封閉空間外邊或者如在工業生產中出現的不利環境條件下是可能的。此外通過專門選定薄膜過濾器材料可以單獨地與實際的環境條件相匹配，例如耐酸。
已知按照當代技術水平製造的薄膜過濾器MBR是由上述材料構成的，這些材料是可以透過電磁波的。為了滿足EMV-規範(EMV-電磁相容性)，然而技術儀器的殼體G必須在空氣入口LE區域用同樣方法有一個電磁屏蔽，這一般來說是通過安裝在空氣入口LE前面的和與殼體電連接的線網格達到的。相反按照本發明電磁屏蔽是通過薄膜過濾器MB的專門結構達到的，因此例如薄膜過濾器MB的維護和清潔變得容易。下面在附圖3a和3b上表示了可能的結構。
通過將冷卻空氣直接穿過殼體G使電器部件BG冷卻具有的優點是接近零趨勢的在大氣環境溫度或者進入的冷卻空氣溫度與殼體G內部溫度之間的必要的溫度差，因此確保了電器部件BG也在大氣環境溫度為+70℃下運行，這個溫度對應於部件的臨界溫度，降低了內部加熱的度數。
將冷卻裝置VE例如安裝在殼體壁背後的上面區域，這個冷卻裝置抽出穿過或者繞過電器部件BG的變熱的空氣和將其通過空氣出口LA排出到大氣環境。例如使用產生空氣流的一個或者多個風扇作為冷卻裝置VE。藉助於天然對流對於在臨界溫度以下的部件BG可靠的運行是不夠的，如果由於內部的高損耗功率使部件BG產生顯著的加熱。
為了調節殼體G內部的溫度將風扇轉速進行調節。為了獲取這個調節參數例如可以在空氣入口LE區域和在殼體G內部不同的地方安排溫度傳感器，這些始終測量進入的冷卻空氣的溫度和在殼體G內部的大氣溫度。當調節時通過冷卻裝置VE的風扇轉速改變進入殼體G冷卻空氣的通過量，例如以便得到與大氣環境溫度無關的殼體G內部的恆定溫度。部件BG的恆定運行溫度例如對電器部件和高功率電路的運行壽命有好處。另外始終保持冷卻裝置VE低的轉速，在不超過部件的臨界溫度條件下，技術儀器的噪聲發射最小。此外可以通過調節在儀器冷啟動時一開始不考慮運行冷卻裝置VE，以便將儀器快速加熱到所希望的運行溫度和只有當達到運行溫度時才繼續調節冷卻裝置VE以保持運行溫度。
例如當維護技術儀器時可以通過將迴轉方向反向或者改變冷卻裝置VE通風機轉子的羽翼位置使空氣流在殼體G內反向，因此使冷卻空氣通過空氣出口LA進入殼體G和通過薄膜過濾器MB排出。此時將落在薄膜過濾器MB表面上的髒粒子帶走和因此達到薄膜過濾器MB的清潔。例如也可以通過始終測量空氣通過量與冷卻裝置VE轉速的關係當低於固定安排的數值時開始這個清潔過程，此時被測量的情況說明薄膜過濾器MB髒的程度。有益的是此時在空氣出口LA同樣按照了薄膜過濾器MB，這樣當空氣流反向時不可能有髒粒子或者液體進入殼體G。
通過將部件BG安裝得相互有一段距離使穿過或者繞過部件BG的空氣流成為可能。按照已知的結構形式例如部件BG是由位於其中的電器部件和高功率電路的插入式殼體構成的。將插入式殼體構成為具有通氣縫隙，通過通氣縫隙冷卻空氣可以到達部件和電路。在本發明範圍內關於部件理解為技術儀器的所有電器裝置。這樣例如實施在個人計算級中的印刷電路板以及外部設備例如固定磁碟屬於這些。
附圖2的裝置在單個部件BG以及最下邊的下邊的和最上邊的上邊的部件BG之間的空間內有空氣引導裝置，其任務是使通過薄膜濾波器流過的冷卻空氣均勻地分布在各個部件BG的基面上，這樣使整個部件BG達到均勻的流通。此外可以將空氣引導裝置使用在部件BG相互屏蔽上以滿足EMV-規定。
附圖3a和3b各自表示按照本發明的薄膜過濾器MB的截面圖。按照當代技術水平的薄膜過濾器MB是由粗編織的和穩定的載體材料TM與將細針織物或者燈絲放在其上的薄膜MBR構成的。按照本發明附圖3a將導電材料編織物GT置入載體材料TM中。例如這可以直接在製造載體材料TM時編織進去，和對應於附圖1和附圖4例如產生網格形狀的被稱為排骨結構。編織進去的優點是由於非常細孔的表面將髒粒子固定在編織物上和因此避免了附加的薄膜過濾器MB。使用金屬，塑料或者陶瓷作為導電材料，此外其中可以考慮使用顯示所有未來希望的特性的材料。將導電的編織物GT接地。這可以通過將編織物GT與殼體相連接進行，先決條件是殼體同樣至少部分地由導電材料構成的。
按照附圖3b將導電的編織物GT放在載體材料TM上和物理地與載體材料相連接。沒有用附圖表示的其他按照本發明薄膜過濾器MB的結構變型，按照這些載體材料TM或者薄膜MBR本身是由導電材料構成的。在最後的實施結構中可以放棄附加的導電編織物，因此繼續簡化了薄膜過濾器MB的結構和製造。
在附圖4上表示了安裝在框架R上的具有導電編織物GT的薄膜過濾器MB。在下面的部分放大圖上表示了薄膜過濾器MB結構的上視圖由單個細線的針織物構成的薄膜MBR，這使非常小的孔尺寸成為可能，在薄膜MBR上面安排了由導電材料構成的編織物GT在編織物GT的單個支撐之間具有相對大的距離。編織物的設計例如是這樣進行的，一方面將薄膜過濾器MB儘可能小的表面通過編織物GT進行密封，另一方面達到薄膜過濾器MB足夠大電磁屏蔽和穩定性。在附圖1和附圖4上敘述的導電編織物GT的結構是示範性的和在本發明範圍內可以用很多已知的其他結構實現。
權利要求
1.用於冷卻安裝在殼體(G)中的電器部件(BG)的裝置，具有至少一個安裝在殼體(G)的各個空氣入口(LE)處的薄膜過濾器(MB)用於至少將用於冷卻電器部件(BG)的空氣進行表面過濾，和具有至少一個冷卻裝置(VE)用於在殼體(G)內建立空氣流和用於將被過濾的、由於穿過和/或者圍繞部件(BG)變熱的冷卻空氣從殼體(G)的至少一個空氣出口(LA)處排出，其特徵為，薄膜過濾器(MB)有由導電材料構成的編織物(GT)用於電器部件(BG)的電磁屏蔽。
2.按照權利要求1的裝置，其特徵為，薄膜過濾器(MB)在表面上將附加的液體分離出來。
3.按照權利要求1或2的裝置，其特徵為，將薄膜過濾器(MB)實現為放在載體材料(TM)上的細孔的薄膜(MBR)。
4.按照權利要求3的裝置，其特徵為，將導電的編織物(GT)編織在薄膜過濾器(MB)的載體材料(TM)上。
5.按照權利要求3的裝置，其特徵為，導電的編織物(GT)是放在載體材料(TM)上的。
6.按照權利要求3的裝置，其特徵為，將導電的編織物(GT)實現為薄膜(MBR)的載體材料(TM)。
7.按照上述權利要求之一的裝置，其特徵為，薄膜(MBR)是由PTFE-材料實現的。
8.按照權利要求1至6之一的裝置，其特徵為，薄膜(MBR)是由導電材料實現的。
9.按照上述權利要求之一的裝置，其特徵為，使用金屬材料、塑料材料或者陶瓷材料作為導電材料。
10.按照上述權利要求之一的裝置，其特徵為，導電的編織物(GT)是與殼體(G)電連接的，其中殼體(G)同樣至少部分地是由導電材料實現的。
11.按照上述權利要求之一的裝置，其特徵為，薄膜過濾器(MB)起作用的表面是通過周期地卷積放大的。
12.按照上述權利要求之一的裝置，其特徵為，在空氣出口(LA)處附加安排具有導電編織物(GT)的薄膜過濾器(MB)。
13.按照上述權利要求之一的裝置，將冷卻裝置(VE)實現為通過電機驅動的通風機轉子。
14.具有按照上述權利要求之一的裝置的技術儀器。
15.按照上述權利要求之一的技術儀器，將其可以實現為移動無線系統的基站(BTS)和/或無繩用戶連接系統的基站(BTS)。
全文摘要
裝置有用於將至少髒粒子從進入冷卻電器部件的冷卻空氣中分離出來的一個薄膜過濾器以及有至少一個冷卻裝置用於在殼體內建立空氣流和將變熱的冷卻空氣從至少一個空氣出口處從殼體中排出。薄膜過濾器的特徵有由導電材料構成的編織物用於電器部件的電磁屏蔽。
文檔編號H05K9/00GK1347631SQ00806227
公開日2002年5月1日 申請日期2000年4月7日 優先權日1999年4月13日
發明者G·裡克, B·霍弗 申請人:西門子公司