ПРИБОРНЫЙ ШКАФ Российский патент 1994 года по МПК H05K5/00 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться при разработке радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) для размещения типовых элементов замены (ТЭЗов): ячеек электронных модулей, субблоков, блоков; для изделий больших систем, состоящих из секций стоек.

Известен приборный шкаф, содержащий корпус и размещенные в нем горизонтальные перегородки с направляющими, в которых установлены ТЭЗ, коммутационный узел. Шкаф состоит из трех секций, верхняя и нижняя - съемные; коммутационный узел выполнен на m-створчатой раме, на створках которой размещены гибко-жесткие многослойные платы коммутации. В нижней секции размещен воздуховод с дозирующим устройством, в верхней - также воздуховод.

Целью изобретения является улучшение объемно-массовых характеристик РЭА за счет уменьшения габаритов и массы РЭА без снижения функциональной емкости, повышение технологичности изготовления (создание возможностей для полностью автоматизированных циклов производства сборочно-монтажных, настроечных, контрольно-измерительных операций), снижение трудоемкости и себестоимости изготовления РЭА, снижение материалоемкости, повышение уровня внутри- и межвидовой унификации, улучшение эксплуатационных характеристик (надежности за счет повышения стойкости к воздействующим механическим факторам и улучшения отвода тепла от ЭРИ, ремонтабельности, взаимозаменяемости на различных уровнях конструктивной иерархии изделий РЭА).

Поставленная цель достигается тем, что приборный шкаф имеет корпус книжной конструкции, состоящий из четырех шарнирно-соединенных панелей, из которых три вертикальные панели выполнены трехслойными (с упрочняющим заполнителем), причем в две боковые панели встроены комбинированные узлы крепления (КУК); на центральной панели установлена рама модуля внутренней коммутации шкафа (МВКШ); на раме МВКШ (кроме многослойных печатных плат коммутации МППК) установлены виброизоляционные втулки, кроме того, в три названные панели среди упрочняющего заполнителя встроены трубопроводы носителя хладоагента (например, воды, фреона и т.п.); на четвертой, горизонтальной (верхней) панели расположены разъемы внешней связи, которые посредством унифицированных кабелей электрически соединяются с МППК МВКШ; боковые панели шкафа соединены с центральной панелью при помощи шарниров и проходящих сквозь них металлических или металлокевларовых и т.п. тросов, которые зафиксированы в нижних элементах крепления шкафа (выполненных по типу шаровых опор) на объектах эксплуатации; между собой боковые панели соединены жесткими перемычками, закрепленными параллельно основанию шкафа и его задней стенке в КУК легкосъемными стопорными шайбами (или шплинтами);
вставные блоки (блочные каркасы) спереди по нижней плоскости закреплены двумя невыпадающими винтами к КУК, в верхней части боковые стенки вставных блоков фиксированы нижними направляющими угольника вышерасположенных узлов крепления (КУК), по верху задней стенки вставные блоки зафиксированы упором с применением виброизоляционного материала; аналогичное вставным блокам механическое крепление в приборном шкафу имеют расположенные в верхнем и нижнем отсеке шкафа сменные вставные модули автономной или принудительной системы охлаждения, вентиляции и дозирования воздушного потока; на внутренних поверхностях боковых панелей шкафа в зоне между КУК расположены шарнирно укрепленные соединительные ячейки, в которых закреплены разъемы с распаянными на них гибкими кабелями (шлейфами), обеспечивающие электрическое соединение между МВКШ и модулями коммутации вставных блоков (приборов), в плоскости нижнего основания шкаф установлен на устройстве защиты РЭА, размещаемой в шкафу, от ударных воздействий, а устройство защиты от ударных воздействий содержит в своем составе сменные деформируемые элементы.

В плоскости задней стенки приборный шкаф закреплен в вибро- и ударно-защитных ложементах, прикрепленных, в свою очередь, к объекту эксплуатации.

На фиг.1 и 2 изображен предлагаемый шкаф, общий вид; на фиг.3 - дверь; на фиг.4 и 5 - шкаф, разрез; на фиг.6 - вид по стрелке А на фиг.4; на фиг.7 - разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.8 - разрез В-В на фиг.6; на фиг.9 - вид по стрелке Г на фиг.8; на фиг.9-13 - элементы шкафа; на фиг.14 - разрез Д-Д на фиг.13; на фиг.15 - разрез Е-Е на фиг.13; на фиг.16-18 - блочный каркас; на фиг. 19 - разрез Ж-Ж на фиг.17; на фиг.20 - разрез З-З на фиг.19; на фиг.21 - панели; на фиг.22-24 - схема отвода тепла от аппаратуры.

Приборный шкаф 1 состоит из корпуса 2, модуля 3 внутренней коммутации шкафа (МВКШ), блочного каркаса 6, сменных модулей 7 и 8 охлаждения, в данном случае верхнего и нижнего воздуховодов, с дозирующим устройством, наружных устройств виброударозащиты, ложементов 9 и комплекта 10, со съемным деформируемым энергопоглощающим элементом (СДЭ) 11.

Корпус 2 содержит левую панель 12, правую панель 13, заднюю панель 14, верхнюю панель 16, стяжки 15, разрезные шайбы 49, основание 17, трос 18, два декоративных угольника 21.

Панели 12-14 выполнены трехслойными и содержат несущие слои 19, упрочняющий заполнитель 20, угольники 22, жестко закрепленные на панели 14, втулки 23 на задней панели, трубы 24, замыкающие панели 12-14 по периметру, вкладыши (петли) 25 и 26, трубопроводы 27 и 28 для хладоагента, комбинированные узлы крепления (КУК) 29.

КУК содержат обойму 30, закладную 31, направляющие 32, теплостоки 33, планки 34, вибропоглощающий материал 35, например металлорезина, полиуретан.

МВКШ содержит раму 3, многослойные печатные платы 36 коммутации (МППК) межблочных (межприборных) соединений, выходные многослойные печатные платы 37 с разъемами (ВМППР), печатные шлейфы 38, которые могут быть составной частью МППК, при изготовлении по технологии гибко-жестких МПП, ленточные унифицированные кабели 39, демпфирующие втулки 40, демпфирующие упоры 41, левую 4 и правую 5 соединительные ячейки.

Блочный каркас 6 содержит основания 42 и 43, перегородки 44, ловители 45, невыпадающие винты 46, направляющие 47, стенку 48, разрезные шайбы 49.

Ложементы содержат металлическую пластину 50, резьбовые втулки 51 (развальцованы в пластине 50), демпфирующий элемент 52, например, ложемент из резины, металлорезины, полиуретана).

Комплект ударозащитный содержит переходную плиту 53, угольники 54, амортизаторы (покупные) 55, направляющие 56, СДЭ 11.

Приборный шкаф работает следующим образом.

Панели 12-14 соединяют между собой при помощи шарниров 26 и 25 и тросов 18, также шарнирно с панелью 14 соединяют панель 16. При этом все панели развернуты (открыты), согласно изображению на фиг.24. Предварительно в панелях 12 и 13 вмонтированы КУК 29, трубопроводы 27 и 28 с входными и выходными штуцерами 72 и 73. На панели 14 установлены втулки 23 и угольники 22, а на панели 16 - разъемы 74 для подключения внешних кабелей 63 связи.

На втулки 23 при помощи винтов 58 устанавливают раму МВКШ.

Предварительно на раме МВКШ монтируют МППК 36, соединенные между собой при помощи гибких печатных кабелей (шлейфов) 64, и шлейфы 38 соединительных ячеек 4 и 5. МППК устанавливают на раме МВКШ в соответствии с допустимым расположением I.

На панелях 12 и 13 устанавливают на легкосъемных петлях 65 рамки 66 и 67 соединительных ячеек 5 и 4 соответственно. Предварительно на рамках 66 и 67 установлен соединитель для связи с выходным соединителем 68, платы 69 коммутации приборного уровня, устанавливаемой в блочном каркасе. Кроме того, на рамках установлены переходные печатные платы 71.

Распаивают шлейфы 38 от МВКШ на платах 71 и закрепляют их на боковых панелях легкосъемными хомутами 57.

Приводят боковые панели 12 и 13 в эксплуатационное положение, натягивают при помощи устройства 59 тросы, соединяют угольники 22 на панели 16 с панелями 12 и 13. Устанавливают основание 17 и стяжки 15, навешивают дверь 61.

Соединяют унифицированными ленточными кабелями 39 разъемы 74 кабелей 63 внешних связей и выходные разъемы МВКШ на плате МППР 37.

Проверяют качество монтажа, подключая КИА к разъемам соединительных ячеек и разъемам кабелей внешних связей.

По направляющим КУК вставляют в приборный шкаф модули 7 и 8 охлаждения, блочные каркасы (вставные блоки). Модули охлаждения и блочные каркасы в приборном шкафу закрепляют невыпадающими винтами 46. Кроме того, модули охлаждения и блочные каркасы в эксплуатационном положении зафиксированы ловителями 45 во втулках 40, упорами 41, угольниками 31 вышерасположенных КУК.

Соединительные ячейки 4 и 5 приводят в эксплуатационное положение - сочленяют с выходными соединителями 68 плат 69 коммутации приборного уровня, находящихся в блочных каркасах.

В блочный каркас 6 по направляющим 47 вставляют типовые элементы 60 замены - электронные модули, субблоки, блоки и закрепляют их при помощи устройства 62 группового крепления.

На объекте эксплуатации монтируют ударовиброзащитный комплект 10, ложементы 9, элементы системы охлаждения (приточно-вытяжной вентиляции, либо трубопроводы жидкостного охлаждения), приборный шкаф, кабельную систему.

При необходимости приборные шкафы могут соединяться в секции из трех-четырех шкафов.

Конструкция приборного шкафа, приведенная выше, имеет высокий уровень собственной резонансной частоты 100 Гц, а весь комплекс ударовиброзащитных устройств позволяет обеспечивать наиболее благоприятные условия эксплуатации ЭРИ, входящих в аппаратуру, во всем диапазоне механических воздействий подвижных и стационарных объектов эксплуатации.

Приведенная конструкция предусматривает возможность эффективного использования всевозможных автономных и групповых (централизованных) объектовых систем охлаждения и различных их комбинаций и сочетаний.

Отсутствие необходимости доступа в процессе эксплуатации к приборным шкафам со стороны задней стенки, наличие эффективных теплостоков на корпус приборного шкафа от блочных каркасов и соответственно от ТЭЗ, наличие встроенных в боковые панели трубопроводов и сменных модулей охлаждения, позволяют создавать новые эффективные схемы отвода тепла от аппаратуры, использовать для этой цели практически полностью площадь поверхности боковых панелей и задней стенки приборного шкафа.

Конструкция приборного шкафа позволяет в процессе эксплуатации не только оперативно за счет группового крепления менять и ремонтировать ТЭЗ, за счет минимально допустимого количества винтов и соединительных ячеек менять вставные блоки, заменять и ремонтировать МВКШ, но и модернизировать аппаратуру в целом, не размонтируя корпуса приборных шкафов, а если это допустимо и не отключая кабели внешних связей. Для этого достаточно вынуть сменные модули охлаждения, отключить соединительные ячейки и вынуть блочные каркасы с их содержимым, отключить унифицированные ленточные кабели 39 от плат 37 МВКШ, отвернуть винты и, освободив соединительные ячейки, вынуть раму МВКШ, установить раму МВКШ и соединительные ячейки новой аппаратуры, подключить кабели 39 к плате 37 нового МВКШ, установить блочные каркасы с новой аппаратурой, подключить соединительные ячейки, установить модули охлаждения и при необходимости произвести подключение внешних кабелей и закрыть наружный монтаж декоративной крышкой приборного шкафа 75.

Кроме того, приборный шкаф отличается универсальностью как в части возможностей внутри и межвидовой унификации для использования РЭА, так и в части многочисленных вариантов исполнения, которые могут быть созданы на основе принципиальных вышеизложенных решений, в зависимости от назначения аппаратуры, когда могут иметь место варианты исполнения по материалам как в целом структуры боковых и задней панели, так и по упрочняющему заполнителю; как из металлов, так и из композитов; как с применением наружного уровня виброударозащиты, так и без него; то же касается всех устройств внутреннего уровня виброизоляции, то же касается использования перечисленных способов отвода тепла; кроме того, могут иметь место модификации приборных шкафов по количеству мест для размещения как модулей охлаждения, так и блочных каркасов с РЭА, кроме того, данные конструктивные решения и элементы могут быть применены в пультовой и контейнерной аппаратуре, что обеспечивается достаточной универсальностью конструктивного решения блочного каркаса, в котором могут быть изменены места установки ловителей, на боковых стенках могут быть установлены лицевая и задняя панели с разъемами и таким образом может быть получена конструкция блока для размещения в известных ранее конструкциях приборных шкафов с врубными блоками РЭА.

Использование - для размещения электронных модулей, изделий больших систем, состоящих из стоек. Сущность изобретения: корпус шкафа выполнен развертывающимся, причем боковые панели и задняя панель имеют шарнирно тросовое соединение, задняя панель и крышка - шарнирное, а основание прикреплено к боковым и задним каналам разъемными крепежными элементами. Модуль внутренней коммутации выполнен в виде рамы с установленными на ней коммутационными платами. Соединительные ячейки закреплены на боковых панелях. Блочные каркасы закреплены в приборном шкафу, а типовые элементы замены (ТЭЗ) - в блочных каркасах. Шкаф содержит два уровня виброзащиты: внешний и внутренний. Внешний выполнен в виде ложементов и комплекта ударозащиты из амортизаторов и сменных деформируемых элементов. Внутренний включает в себя трехслойную конструкцию боковых и задней панелей, причем внутри боковых панелей вмонтированы виброизоляционные комбинированные узлы крепления. Шкаф содержит также сменные модули охлаждения, гибкие теплостоки для ТЭЗ. 2 з.п. ф-лы, 24 ил.

1. ПРИБОРНЫЙ ШКАФ, содержащий корпус, выполненный в виде основания, крышки и соединенных с ними боковых и задней панелей, размещенные в корпусе модуль внутренней коммутации шкафа с соединительными ячейками, блочные каркасы с типовыми элементами замены и платамия коммутации приборного уровня, элементы принудительного воздушного охлаждения и устройства виброзащиты, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности изготовления, удобства в эксплуатации, снижения материалоемкости, корпус шкафа выполнен развертывающимся, причем боковые и задняя панели имеют шарнирно-троссовое соединение, задняя панель и крышка - шарнирное, а основание прикреплено к боковым и задней панелям разъемными крепежными элементами, причем на задней и боковых панелях размещены втулки и угольники для закрепления модуля внутренней коммутации приборного шкафа, на крышке размещены разъемы для подключения кабелей внешней связи, при этом модуль внутренней коммутации шкафа выполнен в виде рамы с установленными на ней коммутационными платами, и жестко прикреплен к втулкам задней и боковых панелей и к крышке, а соединительные ячейки закреплены на боковых панелях, причем типовые элементы замены электрически соединены при помощи разъемов с расположенной в блочном каркасе платой коммутации приборного уровня, выходные разъемы которой посредством соединительных ячеек и их гибких печатных шлейфов электрически соединены с платами коммутации приборного шкафа и соответственно с разъемами кабелей внешних связей, причем блочные каркасы закреплены в приборном шкафу невыпадающими винтами, а соединительные ячейки и типовые элементы земены закреплены при помощи устройства группового крепления в блочном каркасе. 2. Шкаф по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости к воздействующим механическим факторам, устройство виброзащиты выполнено по двум уровням: внешний в виде ложементов и комплекта ударозащиты из амортизаторов и сменных деформируемых элементов, и внутренний уровень, включающий в себя трехслойную конструкцию боковых и задней панелей, причем внутри боковых панелей вмонтированы виброизоляционные комбинированные узлы крепления, шарнирно-тросовое соединение боковых и задней панели выполнено с возможностью фиксации тросов в нижнем основании корпуса шкафа по типу шаровых опор и возможностью регулирования усилия натяжения тросов, на раме модуля внутренней коммутации приборного шкафа установлены виброизолирующие втулки под ловители блочного каркаса и виброизолирующие упоры. 3. Шкаф по п.1, отличающийся тем, что в его конструкцию введены сменные модули охлаждения, гибкие теплостоки для кондуктивного отвода тепла от блочного каркаса на корпус шкафа и встроенные в боковые и задние панели корпуса шкафа трубопроводы, которые могут подключаться через штуцера к магистральным системам жидкостного охлаждения.