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Die Erfindung betrifft Blechgehäuse zur Aufnahme von elektrischen oder elektronischen Bauteilen, insbesondere Computergehäuse, die aus mindestens einem geschlossenen (ersten) Teilgehäuse für Wärme erzeugende Baugruppen bestehen, die vor Umwelteinflüssen (insbes. Verschmutzung) zu schützen sind und einem mit der Außenatmosphäre verbundenen (zweiten) Teilgehäuse, dessen Luft zur Kühlung des geschlossenen Teilgehäuses dient.
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Solche Gehäuse sind bereits durch die
US Patentschrift 2,932,953 bekannt, bei der beide Teilgehäuse durch eine gemeinsame Wand voneinander getrennt sind und sich in der Wand ein Wärmetauscher in Doppel-Lamellenform befindet, wobei die Lamellen der einen Seite in des Innere des einen Teilgehäuses ragt und die Lamellen der anderen Seite in das Innere des anderen Teilgehäuses und wobei die Kühlluft des mit der Außenatmosphäre in Verbindung stehenden Teilgehäuses mittels eines Lüfters in Gegenrichtung zu einem Luftstrom, der in dem anderen Teilgehäuse aufgrund von Konvektion durch die Lamellen bewegt wird, strömt.
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Die Kühlwirkung wird dabei vorzugsweise durch zwischen den beiden Lamellenpaaren angeordnete Peltierelemente verstärkt.
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Dieser Wärmetauscher ist teuer und störanfällig und benötigt außerdem elektrische Energie für den Betrieb des Peltierelementes.
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Zahlreiche Veröffentlichungen befassen sich daher mit der Verbesserung der Kühlleistung ohne den Einsatz von Peltierelementen.
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Bei großen Schaltschränken, insbesondere für den Außeneinsatz spielt das Volumen eine untergeordnete Rolle, so dass diese mit einem Kühlgehäuse versehen werden können, das mehr oder weniger das gesamte Innengehäuse umschließt (s.
DE 296 09 776 ;
DE 296 14 822 oder
DE 298 23 425 ), so dass eine große Fläche für den Wärmeaustausch entsteht. Diese kann durch mäanderförmige oder andere Strukturierung der Trennwand zwischen Innen- und Außengehäuse weiter vergrößert werden. Oft ist dann die Konvektionsströmung zur Kühlung ausreichend, so dass auf Lüfter verzichtet wird.
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Bei kleineren Gehäusen für nicht stationäre elektronische Geräte, bei denen ein geringes Gewicht und geringe Kosten angestrebt werden, wird eine Bauweise mit zwei nebeneinander liegenden Kammern und Wärmetauscher, wie oben beschrieben, bevorzugt. Eine Verbesserung der Kühlung wird dabei entweder durch eine zusätzliche Kühlkammer mit großer Wärmetauscheroberfläche, wie in
DE 24 16 471 beschrieben oder durch Vergrößerung der Oberfläche der Zwischenwand, wie in
DE 10 2007 058 458 beschrieben, erreicht.
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Die Konstruktion im ersteren Fall ist kompliziert und somit kostenaufwändig, beansprucht aber auch zusätzliches Volumen, während die Zwischenwand nach
DE 10 2007 058 458 , die im Tiefziehprozess hergestellt wird, technologische Grenzen hat.
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Das Problem, das durch die Erfindung gelöst werden soll, besteht in einem Gehäuse, das technologisch einfach und preiswert zu fertigen ist, eine ausreichende Kühlung der in einem abgeschlossenen Gehäuse befindlichen Elektronik gewährleistet und das bezüglich seiner Kühlleistung einfach zu variieren ist.
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Das Problem wird mit einem Zweikammergehäuse der bekannten Art dadurch gelöst, dass die Trennwand zwischen beiden Teilgehäusen eine Öffnung aufweist, in die ein aus Blech gefertigter Wärmetauscher eingesetzt werden kann, wobei der Wärmetauscher aus dreieckig, wellen- trapez- mäanderförmig oder andersartig gefaltetem Blech besteht, dessen Falten in beide Kammern hineinragen, wobei die in die jeweils andere Kammer hineinragenden Enden der Falten an den Stirnseiten abgedeckt sind. In beiden Kammern wird mittels Lüftern eine Luftbewegung erzeugt, die die Luft in entgegen gesetzter Richtung durch die Kühllamellen des Wärmetauschers bewegt.
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Der Vorteil gegenüber bekannten Gehäusen besteht darin, dass der Wärmetauscher durch einfache Biegetechnik herstellbar ist und die Kühlleistung je nach zur Verfügung stehendem Platz durch die Breite der Kühlrippen und die Dichte der Faltung beeinflusst und optimiert werden kann.
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Weitere vorteilhafte Gestaltungen sind in den Unteransprüchen genannt.
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So besteht eine vorteilhafte Weiterentwicklung des Gehäuses darin, dass gegen Umwelteinflüsse weniger empfindliche Baugruppen, wie Netzteile und/oder Festplatten in einem dritten Teilgehäuse, das mit der Umgebungsluft verbunden ist, untergebracht sind.
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Eine höhere Kühlleistung des Wärmetauschers lässt sich durch Anbringen von Luftleitblechen in den Falten des Wärmetauschers erreichen. Die Luftleitbleche sorgen für eine Verwirbelung der Kühlluft, wodurch die gesamte Oberfläche für den Wärmeaustausch genutzt wird.
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Weiterhin lässt sich eine Zusätzliche Vergrößerung der Oberfläche durch Einprägen von beliebigen Konturen (z. B. Sicken, Noppen o. a.) in das Blech des Wärmetauschers oder durch Aufrauen der Oberfläche erreichen, wodurch ebenfalls eine Verwirbelung entsteht. Sind die handelsüblichen Blechlängen für den gefalteten Wärmetauscher nicht ausreichend oder steht kein ausreichend großes Werkzeug zur Verfügung, kann der Wärmetauscher auch aus mehreren Teilstücken zusammengesetzt werden.
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Im einfachen Fall befinden sich je ein Radial-, Diagonal- oder Axiallüfter innerhalb und außerhalb der Trennwand an entgegen gesetzten Stirnseiten des Wärmetauschers. Zur Erhöhung der Luftbewegung können auch Lüfter an beiden Stirnseiten eingesetzt werden.
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Bei Verwendung von Radiallüftern werden diese zweckmäßig schräg gestellt, um einen maximalen Luftstrom zu erzeugen und es können mehrere Lüfter nebeneinander angeordnet werden. Die Wirkung der Lüfter kann durch Anbringen von Luftleitblechen unterhalb und/oder oberhalb der Stirnflächen des Wärmetauschers verbessert werden.
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Die Abdeckungen für die Stirnseite der Faltenenden werden aus Blech oder Kunststoff hergestellt und besitzen Befestigungsnasen an ihren Enden zur Befestigung. In einer verbesserten Ausführung weisen die Abdeckungen über die gesamte Länge eine Nut auf mit der selben Kontur wie die Stirnseite des Wärmetauschers, so dass sie passgerecht auf die Stirnseite des Wärmetauschers aufgesetzt werden können.
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Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass sich im Teilgehäuse für die Elektronik, parallel zur Trennwand, aber zu dieser beabstandet eine Boardaufnahme befindet und dass diese Öffnungen oder ausreichenden Abstand zu Deck- und Bodenplatte aufweist, so dass die erwärmte Luft ungehindert zum Wärmetauscher gelangen und von diesem zurückfließen kann. Außerdem wird in der Boardaufnahme eine oder mehrere Öffnungen vorgesehen, an den Stellen, an denen sich im eingebauten Zustand des Boards die Prozessoren befinden, so dass diese im Servicefall ohne Demontage des Boards nach Entfernen der Zwischenwand ausgetauscht werden können.
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Die Erfindung wird nachträglich an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, bei dem wesentliche erfinderischen Merkmale auf ein Computergehäuse angewendet wurden.
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Es zeigen
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1 ein Computergehäuse gemäß der Erfindung in perspektivischer Ansicht mit Blick auf die linke Seite
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2 einen Schnitt durch das Computergehäuse nach 1
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3 das Gehäuse nach 1, wobei Deckplatte, rechte Seitenwand und Frontblende und Frontplatte entfernt sind.
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4 das Gehäuse nach 1 in Explosionsdarstellung
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5 eine spezielle Ausführung des Wärmetauschers in Explosionsdarstellung
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6 das Computergehäuse in perspektivischer Ansicht mit Blick auf die rechte Seite, wobei rechte Seitenwand und Rückwand entfernt sind
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7 Ansicht wie 6 aber nach Entfernen der Boardaufnahme.
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8 eine Variante des Wärmetauschers an einer Zwischenwand mit Lüftern In Draufsicht (8a) und Seitenansicht (8b)
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9 eine verbesserte Abdeckung für die Wärmetauschervariante nach 8
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1 zeigt ein Computergehäuse in üblicher Towerbauweise in Form eines Kubus. In der linken Seitenwand befinden sich oben und unten Lüftungsöffnungen 2 und 4 zum ein- und austreten von Kühlluft, die mit Gittern versehen sind.
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Ein Schnitt durch dieses Gehäuse, wie in 2 zu sehen, zeigt, dass das Innere des Gehäuse aus drei Kammern besteht: eine vertikale Trennwand 7 teilt das Gehäuse in ein Teilgehäuse 8 und zwei andere Teilgehäuse 9 und 11, die durch den horizontalen Zwischenboden 10 entstehen.
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Die Gesamtkonstruktion des Gehäuses ist an der Explosionsdarstellung in 4 gut zu erkennen.
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In einer Einbauöffnung 17 der Trennwand 7 befindet sich ein Wärmetauscher 12, der teilweise in das Teilgehäuse 11 und zum anderen Teil in das Teilgehäuse 8 hineinragt.
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Das Teilgehäuse 8 fungiert als Kühlraum. Mittels eines Lüfters (nicht dargestellt) wird Außenluft durch den oberen Lüftungsschlitz 2 angesaugt und durch die eine Seite des Wärmetauschers 12 geleitet. Am unteren Lüftungsschlitz 4 tritt die erwärmte Luft wieder nach außen.
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Im Teilgehäuse 11 ist die Hauptelektronik des Computers untergebracht. Die von dieser erzeugte warme Luft wird mittels eines oder mehrerer Lüfter (in 8b nur andeutungsweise zu erkennen) am oberen Ende des Wärmetauschers 12 durch diesen nach unten befördert und erwärmt ihn.
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Der in Falttechnik hergestellte Wärmetauscher 12 hat eine um ein Vielfaches größere Oberfläche als die Einbauöffnung 17. Durch die relativ dünnen Blechfalten des Wärmetauschers 12 wird die Wärme vom Teilgehäuse 11 auf die mit Kühlluft beaufschlagte Seite des Wärmetauschers 12 im Teilgehäuse 8 geleitet. Die im Teilgehäuse 8 durch die Lüftungsöffnung 4 angesaugte kalte Außenluft wird am unteren Ende des Wärmetauschers 12 durch einen oder mehrere Lüfter 28 eingeblasen, tritt am oberen Ende erwärmt aus und wird durch die obere Lüftungsöffnung 2 in die Außenatmosphäre abgegeben.
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5 zeigt einen Wärmetauscher 12 in Dreieckform gefaltet. Es sind jedoch auch andere Formen, wie abgerundetes Dreieck, Sinus, Mäander, Trapez denkbar. In Wärmeversuchen lässt sich die optimale Form mit der besten Kühlung ermitteln. Außerdem wird zweckmäßig eine Form gewählt, die mit einem einfachen Werkzeug herstellbar ist.
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An den in 5 dargestellten Wärmetauscher 12 sind zwei Befestigungsflansche 21 so angearbeitet, dass der Wärmetauscher 12 nach seinem Einbau zu gleichen Teilen zu beiden Seiten der Trennwand 7 absteht, was an der gedachten Position TR der Trennwand zu erkennen ist. Dieser symmetrische Aufbau ist jedoch nicht zwingend nötig.
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Der gewählten Form des Wärmetauschers 12 und der Position der Befestigungsflansche 21 müssen auch die obere und die untere Abdeckung 15 und 16 entsprechen. Diese Abdeckungen verhindern, dass über die offenen Stirnseiten 13 des Wärmetauschers 12 Luft zwischen den beiden Teilgehäusen 8 und 11 ausgetauscht werden kann. Die Abdeckungen 15 und 16 sind mit Befestigungsnasen am Wärmetauscher befestigt.
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Die 6 und 7 gewähren einen Blick in das Teilgehäuse 11 für die Elektronik.
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Vor der Trennwand 7 befindet sich zu dieser beabstandet (6) eine Boardaufnahme 19. Diese hat für Servicezwecke eine Öffnung 23 an der Stelle, wo auf dem Board der Prozessor sitzt. Dadurch ist es möglich, einen defekten Prozessor auszuwechseln, ohne das Board ausbauen zu müssen.
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Im Sinne der Erfindung wichtiger ist die Öffnung 22 in der Boardaufnahme 19. Durch diese Öffnung gelangt die Luft des Teilgehäuses 11 hinter die Boardaufnahme 19 und an den Wärmetauscher 12 (7) und tritt durch den Zwischenraum 26 zwischen der Oberkante des Boards und dem Gehäusedeckel 1 wieder in den Bereich des Teilgehäuses 11 ein in dem sich die zu kühlende Elektronik befindet.
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Wie bereits oben beschrieben, werden die zu kühlende Luft im Teilgehäuse 11 und die Kühlluft im Teilgehäuse 8 durch Lüfter bewegt. Zur besseren Luftführung dienen die Luftleitbleche 14 im Teilgehäuse 7 und 25 im Teilgehäuse 11. Als Lüfter können Radial-, Diagonal oder Axiallüfter zum Einsatz kommen.
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In den beiden 6 und 7 ist außerdem das Teilgehäuse 9 gut zu erkennen. In diesem werden gegen die Außenatmosphäre unempfindliche Baugruppen, wie Netzteile und Festplattenlaufwerke untergebracht.
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Die 8a und 8b zeigen die Trennwand 7 mit einem Wärmetauscher 12, der zum Erreichen einer maximalen Luftbewegung in den Teilgehäusen 8 und 11 mit je sechs Axiallüftern oben und unten an beiden Seiten des Wärmetauschers 12 ausgestattet sind, wobei nur die oberen Lüfter 27.1 bis 27.6 und die unteren Lüfter 28.1 bis 28.6 für das Teilgehäuse 8 gut zu erkennen sind. Die Lüfter für das Teilgehäuse 11 können symmetrisch dazu gedacht werden, wie in 8b andeutungsweise zu erkennen.
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Die Axiallüfter 27, 28 und weitere sind zweckmäßig schräg angeordnet, um eine maximale Luftströmung zu erreichen. Außerdem bewirken die Luftleitbleche 14 und 29 oben und 25 und 30 unten eine Kanalisierung der Luftströme auf den Wärmetauscher.
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Die 8a zeigt weiterhin eine Variante des Wärmetauschers 12 nach 5. Die Falten 12b sind dichter, wodurch eine noch größere Oberfläche entsteht und aus Fertigungsgründen (begrenzte Blechlänge) ist der Wärmetauscher außerdem aus zwei Teilen 12.1 und 12.2 zusammengesetzt.
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Die 9 zeigt eine verbesserte Variante 16v der Abdeckungen 16 für den Wärmetauscher 12 nach 8. Ein Spritzgussteil enthält eine Nut 31 in der Form der Stirnseite 13 des Wärmetauschers 12 über seine gesamte Länge. Mittels dieser Nut 31 kann die Abdeckung formschlüssig auf die Stirnseite 13 des aus den beiden Teilhälften 12.1 und 12.2 bestehenden Wärmetauscher 12 aufgesetzt werden. Der Vorteil besteht in einer guten Dichtigkeit und mechanischen Stabilität.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäusedeckel
- 2
- obere Lüftungsöffnung
- 3
- rechte Seitenwand
- 4
- unterer Lüftungsöffnung
- 5
- Frontblende
- 6
- Linke Seitenwand
- 7
- Trennwand
- 8
- Teilgehäuse (Kühlluftraum)
- 9
- Teilgehäuse (Netzteil, Festplatten)
- 10
- Zwischenboden
- 11
- Teilgehäuse (Elektronikbaugruppen)
- 12
- Wärmetauscher
- 12a
- rechtes abzudeckendes Ende einer Falte des Wärmetauschers
- 12b
- eine Falte des Wärmetauschers
- 12c
- linkes abzudeckendes Ende einer Falte des Wärmetauschers
- 13a
- obere Stirnseite des Wärmetauschers
- 13b
- untere Stirnseite des Wärmetauschers
- 14
- oberes Luftleitblech im Teilgehäuse 8
- 15
- obere Wärmetauscherabdeckung
- 16
- untere Wärmetauscherabdeckung (16v ist Variante)
- 17
- Einbauöffnung für Wärmetauscher
- 18
- Frontplatte
- 19
- Boardaufnahme
- 20
- Befestigungsnase
- 21
- Befestigungsflansch
- 22
- Öffnung in der Boardaufnahme für Luft
- 23
- Öffnung in der Boardaufnahme für Montage
- 24
- Laufwerke
- 25
- unteres Luftleitblech im Teilgehäuse 11
- 26
- Zwischenraum zwischen Board und Gehäusedeckel
- 27.1–27.6
- sechs Radiallüfter oben am Wärmetauscher im Teilgehäuse 8
- 28.1–28.6
- sechs Radiallüfter unten am Wärmetauscher im Teilgehäuse 8
- 29
- oberes Luftleitblech im Teilgehäuse 11
- 30
- unteres Luftleitblech im Teilgehäuse 8
- 31
- Nut in der Abdeckung 16v
- TR
- Position der Trennwand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2932953 [0002]
- DE 29609776 [0006]
- DE 29614822 [0006]
- DE 29823425 [0006]
- DE 2416471 [0007]
- DE 102007058458 [0007, 0008]
