DE102012002792A1

DE102012002792A1 - Verfahren zur Anpassung der Innentemperatur eines geschlossenen Gehäuses sowie geschlossenes Gehäuse zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE102012002792A1
Application number: DE201210002792
Authority: DE
Inventors: Alexander Krause; Markus Fischer
Original assignee: Wieland Electric GmbH
Current assignee: Wieland Electric GmbH
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-08-22

Abstract

Verfahren zur Anpassung der Innentemperatur eines geschlossenen Gehäuses mit den Verfahrensschritten, – Überleitung eines erwärmten Innenmediums aus dem oberen Bereich des geschlossenen Gehäuses in eine außerhalb des geschlossenen Gehäuses verlaufende Leitung mit einer niedrigeren Leitungstemperatur als die Gehäuseinnentemperatur; – Abkühlung des aus dem geschlossenen Gehäuse übergeleiteten Innenmediums in der Leitung sowie – Wiedereinleitung des Innenmediums aus der Leitung in den unteren Bereich des geschlossenen Gehäuses sowie – geschlossenen Gehäuse mit zwei Gehäusedurchführungen (5, 6) in einer Gehäuseseitenwand (4) derart, dass eine obere Gehäusedurchführung (5) im oberen Viertel des geschlossenen Gehäuses und eine untere Gehäusedurchführung (6) im unteren Viertel des geschlossenen Gehäuses angeordnet ist und dass beide Gehäusedurchführungen (5, 6) durch eine außerhalb des geschlossenen Gehäuses verlaufende, als Wärmetauscher wirksame Leitung miteinander verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absenkung der Innentemperatur in einem geschlossenen Gehäuse für elektrische Geräte sowie ein geschlossenes Gehäuse zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Erfindung beruht dabei auf der Grundüberlegung, dass in einem geschlossenen Gehäuse eingebaute Elemente thermische Energie abgeben können. Die Wärme steigt im geschlossenen Gehäuse von unten nach oben, so dass sich eine Temperaturschichtung im geschlossenen Gehäuse dergestalt ergibt, dass die Temperatur im oberen Bereich des geschlossenen Gehäuses höher als im unteren Bereich des geschlossenen Gehäuses ist.
So können beispielsweise in einen elektrischen Schaltschrank eingebaute elektrische Geräte Wärme abgeben. Diese Wärme entsteht durch eine Verlustleistung der Geräte, welche aus dem Stromfluss durch die Geräte resultiert. Die Temperaturdifferenz zwischen dem oberen und dem unteren Bereich kann 20°K betragen.
Das Verfahren zur passiven Anpassung der Innentemperatur des geschlossenen Gehäuses beginnt mit einem ersten Verfahrensschritt, in welchem aus dem oberen Bereich des geschlossenen Gehäuses ein erwärmtes Innenmedium, beispielsweise Innenluft, in eine außerhalb des geschlossenen Gehäuses verlaufende Leitung übergeleitet bzw. ausgeleitet wird. Die Temperatur in dieser Leitung ist deutlich niedriger als die Temperatur im geschlossenen Gehäuse. Auf diese Weise kühlt die ausgeleitete Menge des Innenmediums in der Leitung ab. Aufgrund der Temperaturdifferenz im geschlossenen Gehäuse zwischen dem unteren Bereich mit niedriger Temperatur und dem oberen Bereich mit höherer Temperatur zirkuliert die Luft einerseits im geschlossenen Gehäuse von unten nach oben und zugleich in der außerhalb des geschlossenen Gehäuses angebrachten Leitung nach unten. Die außerhalb des geschlossenen Gehäuses verlaufende Leitung ist auf diese Weise gleichsam als Wärmetauscher wirksam.
In bevorzugter Ausgestaltung herrscht im Innenbereich des geschlossenen Gehäuse eine Innentemperatur von 55°C bis zu 65°C. Das in die Leitung ausgeleitete Innenmedium sinkt auf Umgebungstemperatur, also etwa 20°C bis 25°C ab, so dass das Innenmedium nach dem Wiedereintritt in den unteren Bereich des geschlossenen Gehäuses sich wieder erwärmt. Mit der Erfindung ist es möglich, die mittlere Temperatur im geschlossenen Gehäuse auf einen Bereich um 55°C einzupendeln. Diese mittlere Temperatur kann der Umgebungstemperatur entsprechen.
In einer Gehäuseseitenwand des geschlossenen Gehäuses ist oben und unten jeweils eine Gehäusedurchführung vorgesehen. Diese Gehäusedurchführungen bestehen vorzugsweise aus Kunststoff. In bevorzugter Ausführung erreichen Sie eine Dichtigkeitsklasse von mindestens IP 65.
Zwischen den Gehäusedurchführungen ist eine externe Leitung vorgesehen. Diese externe Leitung ist vorzugsweise als zylinderisches Rohr mit sehr guter thermischer Leitfähigkeit ausgebildet. Außerdem ist die Leitung aus korrosionsbeständigem Material. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung als Edelstahlrohr. Die Leitung soll dabei so ausgebildet sein, dass das sie durchströmende Medium seine Wärme möglichst schnell durch den Mantel des Leitungsrohrs an die Umgebung abgibt, um möglichst schnell abzukühlen.
Die Leitung wirkt nach Art eines Radiators. Die Umgebungstemperatur wird durch die abgegebene Radiatorwärme nur unwesentlich aufgeheizt. Die Temperatur im oberen Bereich des geschlossenen Gehäuses wird auf diese Weise kontinuierlich abgesenkt, was eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Gehäuseinnenraum bewirkt. Auch werden die Wärmespannungen der im Gehäuse verbauten Materialien wirksam reduziert. Weiterer Vorteil des Verfahrens bzw. des geschlossenen Gehäuses besteht in der Wartungsfreiheit der Maßnahme. Auch ist es möglich, vorhandene Gehäuse mit entsprechenden Gehäusedurchführungen und einer zwischen den Gehäusedurchführungen angeordneten Leitung ohne allzugroßen technischen Aufwand nachzurüsten. Im Vergleich zu aktiven Kühlsystemen, beispielsweise einer Ventilationskühlung ist die Erfindung konstruktiv sehr viel einfacher und damit kostengünstiger. Zudem ist es mit der Erfindung möglich, die Dichtheitsklasse IP 65 mit all ihren Anforderungen zu erfüllen.
Insbesondere eignet sich die Erfindung zur Anpassung bzw. Abkühlung der Innentemperatur von Schaltschränken für elektrische Geräte. Anhand der Zeichnungsfigur ist die Erfindung anhand eines von einem Schaltschrank gebildeten geschlossenen Gehäuses näher erläutert. Das abzukühlende Innenmedium ist im Falle des Ausführungsbeispiels die Innenluft des Schaltschranks. Das Ausführungsbeispiel soll den Schutz der Erfindung nicht beschränken und ist weder auf elektrische Schaltschränke noch auf Luft als Innenmedium beschränkt.
Die Figur zeigt einen schematisch angedeuteten Schaltschrank 1. Vom Schaltschrank 1 sind lediglich die Umrisslinien des Gehäuses angedeutet. Nicht dargestellt sind die im Schaltschrank 1 angeordneten elektrischen Geräte oder dergleichen. Aus der Figur erkennbar sind die Bodenplatte 2, die Deckelplatte 3 und die Seitenwände 4 des Schaltschranks. Die in der Figur rechts dargestellte Seitenwand 4 weist eine obere Gehäusedurchführung 5 und eine untere Gehäusedurchführung 6 auf. Die obere Gehäusedurchführung 5 und die untere Gehäusedurchführung 6 verbinden den Innenraum des Schaltschranks 1 mit einem zwischen den Gehäusedurchführungen 5, 6 angeordneten Edelstahlrohr 7. Die obere Gehäusedurchführung 5 und die untere Gehäusedurchführung 6 sind aus Kunststoff gefertigt und mit Hilfe von zusätzlichen Dichtungen 8 so abgedichtet, dass die Gehäusedurchführungen 5, 6 gegenüber dem Gehäuse die Anforderungen der Dichtheitsklasse IP 65 erfüllen.
Aus der Figur ist schließlich erkennbar, dass die obere Gehäusedurchführung 5 nahe der Deckelplatte 3 des Schaltschranks 1 und die untere Gehäusedurchführung 6 nahe der Bodenplatte 2 des Schaltschranks 1 durch die Seitenwand 4 hindurchgeführt ist. Die obere Gehäusedurchführung 5 verbindet somit den Bereich des oberen Viertels des Schaltschranks 1, genauer gesagt des Schaltschrankinnenraums mit dem Edelstahlrohr 7. Entsprechend verbindet die untere Gehäusedurchführung 6 das untere Viertel des Innenraums des Schaltschranks 1 mit dem Edelstahlrohr 7.
Aufgrund der Temperaturschichtung innerhalb des Innenraums des Schaltschranks 1, nämlich der niedrigeren Innentemperatur im Bereich der Bodenplatte 2 und dementsprechend der höheren Temperatur im Bereich der Deckelplatte 3 wird die im Schaltschrank 1 befindliche Warmluft nach oben in Richtung auf die Deckelplatte 3 gedrückt. Da die Temperatur im Edelstahlrohr 7 deutlich niedriger als im Inneren des Schaltschranks 1 ist, strömt die Warmluft aus dem oberen Viertel des Schaltschranks 1 in Überleitungsrichtung 10 in die obere Gehäusedurchführung 5 ein. Das Edelstahlrohr 7 wirkt nach Art eines als Radiator ausgestalteten Wärmetauschers und gibt die Wärme aus der durch die obere Gehäusedurchführung 5 eingeleiteten Luftmenge an die Umgebung ab, so dass die abgekühlte Luft in Durchleitungsrichtung 11 gleichsam im Edelstahlrohr 7 nach unten geleitet wird und durch die untere Gehäusedurchführung 6 in Einleitungsrichtung 12 in das Innere des Schaltschranks 1 wieder eingeleitet wird. Auf diese Weise wird die Mitteltemperatur im Inneren des Schaltschranks 1 in etwa der Umgebungstemperatur angepasst.
Bezugszeichenliste

1: Schaltschrank
2: Bodenplatte
3: Deckelplattte
4: Seitenwand
5: Obere Gehäusedurchführung
6: Untere Gehäusedurchführung
7: Edelstahlrohr
8: Dichtungen
10: Überleitungsrichtung
11: Durchleitungsrichtung
12: Einleitungsrichtung

Claims

Verfahren zur Anpassung der Innentemperatur eines geschlossenen Gehäuses an die Umgebungstemperatur mit folgenden Verfahrenschritten: a. Überleitung eines erwärmten Innenmediums aus dem oberen Bereich des geschlossenen Gehäuses in eine außerhalb des geschlossenen Gehäuses verlaufende Leitung mit einer niedrigeren Leitungstemperatur als die Innentemperatur des geschlossenen Gehäuses; b. Abkühlung des aus dem geschlossenen Gehäuse übergeleiteten Innenmediums in der Leitung auf die Umgebungstemperatur sowie c. Wiedereinleitung des abgekühlten Innenmediums aus der Leitung in den unteren Bereich des geschlossenen Gehäuses.
Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine erhöhte Temperatur des Innenmediums im oberen Bereich des geschlossenen Gehäuses von 55°C bis 65°C und durch eine Abkühlung des übergeleiteten Innenmediums in der Leitung auf Umgebungstemperatur, insbesondere Raumtemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet durch eine Temperaturdifferenz zwischen dem übergeleiteten Innenmedium im oberen Bereich des geschlossenen Gehäuses und des wiedereingeleiteten abgekühlten Innenmediums aus der Leitung im unteren Bereich des geschlossenen Gehäuses von 20°K.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gekennzeichnet durch einen Schaltschrank (1) für elektrische Geräte als geschlossenes Gehäuse und die Innenluft im Schaltschrank (1) als Innenmedium.
Geschlossenes Gehäuse, insbesondere Schaltschrank (1) für elektrische Geräte zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit zwei Gehäusedurchführungen (5, 6) in einer Gehäuseseitenwand (4) derart, dass eine obere Gehäusedurchführung (5) im oberen Bereich des geschlossenen Gehäuses (1) und eine untere Gehäusedurchführung (6) im unteren Bereich des geschlossenen Gehäuses (1) angeordnet ist und dass beide Gehäusedurchführungen (5, 6) durch eine außerhalb des geschlossenen Gehäuses (1) verlaufende und als Wärmetauscher wirksame Leitung miteinander verbunden sind.
Geschlossenes Gehäuse nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die obere Gehäusedurchführung (5) im oberen Viertel des geschlossenen Gehäuses und die untere Gehäusedurchführung (6) im unteren Viertel des geschlossenen Gehäuses angeordnet ist.
Geschlossenes Gehäuse nach Anspruch 5 oder 6 gekennzeichnet durch eine Leitung mit sehr gutem thermischen Leitverhalten.
Geschlossenes Gehäuse nach Anspruch 5 oder 6 gekennzeichnet durch ein Edelstahlrohr (7) als Leitung.