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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klimatisierung elektronischer Baugruppen.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Schaltschränke bzw. Schalttafeln bekannt, in die elektronische Schaltungen beispielsweise in Hutschienengehäusen eingebaut sind. Hierbei ist es oftmals erforderlich, dass temperaturempfindiche elektronische Schaltungen innerhalb des Schaltschranks oder der Schalttafel klimatisiert werden müssen. Dazu ist es vorgesehen, eine Klimatisierung des gesamten Schaltschrankes vorzunehmen, wobei sich die Dimensionierung der Klimatisierungseinrichtung nach der empfindlichsten elektronischen Baugruppe richten muss. So werden beispielsweise bei warmer Umgebung Schaltschränke mittels Lüfter an der Seitenwand des Schaltschranks belüftet. Sofern sich in einem Schaltschrank nur ein einziges oder nur wenige Hutschienengehäuse mit temperaturempfindlichen elektronischen Schaltungen befindet, wird dennoch der ganze Schaltschrank belüftet, um die elektronischen Schaltungen in ihren spezifizierten Temperaturgrenzen zu halten. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass zusätzliche kleinere Lüfter in die Hutschienengehäuse eingebaut werden. Zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, an der Seitenwand des Schaltschranks oder der Schalttafel ein Klimagerät anzubauen. Diese Vorgehensweise hat sich insbesondere in sehr heißen klimatischen Bedingungen oder bei hoher Abwärme der Elektronikmodule etabliert.
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Die vorgenannten aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Lösungen weisen jedoch einige Nachteile auf. Da die Kühlung der Elektronik im Hutschienengehäuse oftmals ausschließlich durch Öffnungen am oberen bzw. unteren Rand des Hutschienengehäuses unter Nutzung der Thermik erfolgt, besteht die Gefahr, dass bei Schaltschrankinnentemperaturen in der Nähe des oberen spezifizierten Temperaturgrenzwertes, Hitzestress vorliegt. Um diesem entgegenwirken zu können, wird demnach oftmals die Leistung des Lüfters für einen Schaltschrank erhöht, was jedoch einen höheren Energieverbrauch, eine höhere Geräuschentwicklung sowie einen hohen Staubdurchsatz zur Folge hat. Falls zusätzlich kleine Lüfter verwendet werden, benötigen diese jedoch zusätzlichen Platz, so dass die Anzahl von Steckplätzen für elektronische Schaltungen zusätzlich limitiert wird. Darüber hinaus besteht ein gewisses Ausfallrisiko, da die Lüfter oftmals mit Gleichstrom-Motoren betrieben werden, die nur eine begrenzte Lebensdauer aufweisen. Darüber hinaus können auch EMV-Probleme entstehen, die durch die Bürsten der Lüfter hervorgerufen werden. Sofern eine Schalttafel durch Wandmontage ohne Schaltschrank aufgebaut wird, verursachen die Lüfter jedoch eine starke Geräuschentwicklung, die ohne schützenden Schaltschrank störend sein kann. Befindet sich in einem komplexen Schaltschrank nur ein einziges Elektronikmodul wird jedoch dennoch der ganze Schaltschrank gekühlt, um zu erreichen, dass die Elektronik in den spezifizierten Temperaturgrenzen arbeiten kann. Dies hat einen hohen Energieverbrauch zur Folge, der für eine Zunahme der Betriebskosten verantwortlich ist. Die Wandmontage ohne Schaltschrank ist nur möglich, wenn die Raumklimatisierung die Einhaltung der zulässigen Betriebstemperatur der Elektronikmodule gewährleistet. Die Verwendung von externen Klimageräten hat auch große Anschaffungskosten zu Folge.
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Die oben beschriebenen Nachteile bestehen jedoch nicht nur bei Betrieb des Schaltschranks bzw. der Schalttafel in warmer Umgebung, sondern auch im entgegengesetzten Fall der kalten Umgebung. Hierbei werden die Schaltschränke nach dem Stand der Technik üblicherweise mittels Lüfter an der Seitenwand des Schaltschranks belüftet, wobei sich innerhalb des Schranks eine Elektroheizung befindet, die entweder über einen eigenen Lüfter oder durch den Lüfter der Seitenwand für Luftzirkulation sorgt. Auch hier wird wiederum der komplette Schaltschrank beheizt, um die spezifizierten Temperaturgrenzen einhalten zu können. Bei Wandmontage ohne Schaltschrank führt dies wiederum zu einem Beheizen des gesamten Raums, so dass der Betrieb der Elektronikmodule oftmals nur bis zur minimalen Betriebstemperatur der Elektronik möglich ist. Aufgrund der oftmals vorhandenen Abluftöffnungen im Schaltschrank muss die Elektroheizleistung deutlich stärker ausgelegt sein, als es das Volumen des Schaltschranks eigentlich erfordern würde. Dies führt zu einem hohen Energieverbrauch sowie zu zusätzlichem Platzbedarf im Schaltschrank, da üblicherweise ein gewisser Sicherheitsabstand zur Heizung eingehalten werden muss. Auch führt diese Lösung zu einer starken Geräuschentwicklung, die oftmals durch den überdimensionierten Lüfter an der Seitenwand des Schaltschranks hervorgerufen wird.
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Aus der
DE 10 2009 014 654 A1 ist ein Lüftersystem für Stromverteileranlagen bekannt, welches einen Lüfter und einen daran angebrachten Adapter zur Befestigung des Lüfters an einer Profilträgerschiene aufweist. Der Lüfter ist zur Einstellung der Luftstromrichtung drehbar am Adapter angebracht. Ebenso ist es möglich, den Abstand zwischen dem Lüfter und dem Adapter zur Einstellung des Luftaustrittsortes des Lüfters einzustellen.
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In der
DE 10 2012 100 974 A1 ist ein Lüfter mit einer Düse beschrieben, wobei die Düse an einer Grundplatte befestigt ist, die an ihrer Rückwand eine Befestigungseinrichtung mit einer oberen und unteren Halteeinrichtung zum Befestigen des Lüfters in einer Hutschiene aufweist. Die obere und untere Halteeinrichtung sind im befestigten Zustand versetzt zueinander angeordnet, so dass sie im befestigten Zustand des Lüfters parallel zur Längsachse der Hutschiene weisen. Der Lüfter kann durch Kippen in einer Einsetzkipprichtung um eine Kippachse senkrecht zu einer Hutschienenlängsrichtung in die Hutschiene einsetzbar sein.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Klimatisierung von elektronischen Baugruppen anzugeben, die einen geringeren Energieaufwand im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen aufweist, zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Demgemäß wird eine Vorrichtung zur Klimatisierung elektronischer Baugruppen geschaffen, die ein Gehäuse umfasst, in dem mehrere elektronische Baugruppen mittels eines Befestigungssystems in wenigstens einer ersten Mehrfachanordnung entlang einer Befestigungsrichtung anordenbar sind, wobei die elektronischen Baugruppen in der Befestigungsrichtung offen und entlang einer die Befestigungsrichtung umschließenden Außenfläche geschlossen ausgebildet sind, um einen Luftkanal zu bilden, und eine mittels des Befestigungssystems fixierbare und mit dem Luftkanal in Verbindung stehende Gebläsevorrichtung umfasst, so dass die mehreren elektronischen Baugruppen entlang der Befestigungsrichtung mit einem Luftstrom im Luftkanal umströmbar sind.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Wärmeverteilung in Gehäusen wie Schaltschränken oder dergleichen nicht gleichmäßig ist. Demnach können in manchen elektronischen Baugruppen sogenannte Wärmenester entstehen, die im Stand der Technik zur Dimensionierung der Schaltschrankkühlung herangezogen würden. Die elektronischen Baugruppen werden nun direkt mit einem Luftstrom umströmt, so dass eine Klimatisierung der häufig empfindlichen Elektronik dort durchgeführt wird, wo die Wärmequelle bzw. Wärmesenke angeordnet ist. An die Klimatisierung des gesamten Gehäuses des Schaltschrankes werden somit deutlich geringere Anforderungen gestellt oder kann vollständig entfallen. Die elektronischen Baugruppen werden dazu mittels des Befestigungssystems aneinandergereiht, so dass ein Luftkanal entsteht, innerhalb dessen eine Klimatisierung der empfindlichen Komponenten durchgeführt werden kann. Dazu müssen die elektronischen Baugruppen einen Luftdurchlass entlang der Befestigungsrichtung aufweisen, sowie mit einer wenigstens teilweise geschlossenen Außenfläche ausgestattet sein, so dass ein Luftstrom durch den Luftkanal geleitet werden kann. Der Luftstrom wird durch eine geeignete Gebläsevorrichtung, die beispielsweise ein Axialgebläse oder ein entsprechend angepaßtes Radialgebläse sein kann, erzeugt, wobei die Gebläsevorrichtung ebenfalls mittels des Befestigungssystems innerhalb des Gehäuses angeordnet werden kann. Die Gebläsevorrichtung steht mit dem Luftkanal in Verbindung, so dass entlang der Befestigungsrichtung ein kühlender oder wärmender Luftstrom im Luftkanal zur Klimatisierung der elektronischen Baugruppen ausgebildet werden kann. In fachüblichen Ausgestaltungen wird die Mehrfachanordnung üblicherweise horizontal ausgerichtet sein, so dass die Gebläsevorrichtung einen horizontalen Luftstrom bereit stellt. Die elektronischen Baugruppen weisen dann einen offenen seitlichen Durchlass auf, so dass der Luftkanal gebildet wird. Die Mehrfachanordnung kann jedoch in beliebigen Orientierungen ausgebildete sein, insbesondere ist auch eine gegenüber der Horizontalrichtung gedrehte Anordnung denkbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind weitere elektronische Baugruppen in einer zweiten Mehrfachanordnung entlang der Befestigungsrichtung angeordnet, wobei ein Luftschacht vorgesehen ist, der den Luftstrom in der ersten Mehrfachanordnung zu der weiteren elektronischen Baugruppe in der zweiten Mehrfachanordnung lenkt, so dass die weitere elektronische Baugruppe entlang der Befestigungsrichtung der zweiten Mehrfachanordnung umströmbar ist.
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Demnach können benachbart zur ersten Mehrfachanordnung angeordnete zweite Mehrfachanordnungen ebenfalls in den Luftkanal integrierbar sein, so dass auch diese durch einen wärmenden oder kühlenden Luftstrom klimatisiert werden. Die zweite Mehrfachanordnung kann dabei oberhalb oder unterhalb der ersten Mehrfachanordnung angebracht sein, wobei übliche Ausgestaltungen insbesondere bei Verwendung der Vorrichtung in einem Schaltschrank oder einer Schalttafel eine parallele Orientierung der Mehrfachanordnungen bevorzugen. Der Luftschacht ist ebenfalls mittels des Befestigungssystems fixierbar, so dass eine Klimatisierungsvorrichtung entsteht, die auf einfache Weise modular aufbaubar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Luftschacht längenverstellbar, vorzugsweise mittels ineinander verschiebbarer Außenhüllen, ausgeführt.
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Demnach wird ein teleskopartig verstellbarer Luftschacht bereitgestellt, über den der Luftkanal zwischen benachbart liegenden Mehrfachanordnungen überbrückt werden kann. Je nach Konfiguration der elektronischen Baugruppen können dabei größere oder kleinere Lücken zwischen den Mehrfachanordnungen entstehen, die jedoch gemäß dieser Ausführungsform mit einem einzigen Luftschacht überbrückt werden können, in dem dieser an die Abstände der Mehrfachanordnungen angepaßt werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist benachbart zur Gebläsevorrichtung ein Klimaelement, insbesondere ein Heizelement oder ein Kühlelement, mittels des Befestigungssystems angebracht, so dass der Luftstrom im Luftkanal klimatisierbar ist.
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Gemäß dieser Ausführungsform wird die Klimatisierung mittels eines Luftstroms im Luftkanal erweitert, in dem der Luftstrom gekühlt oder erwärmt bereitgestellt wird. Demnach können je nach klimatischen Verhältnissen elektronische Baugruppen auf ihre spezifizierten Temperaturbereiche angepaßt werden. Das Klimaelement ist dabei ebenfalls mittels des Befestigungssystems innerhalb des Gehäuses angeordnet, so dass der klimatisierte Luftstrom den elektronischen Baugruppen unmittelbar zugeführt wird. Als Kühlelement kann beispielsweise ein Peltier-Kühler bereit gestellt werden, so dass der Luftstrom im Luftkanal als Kaltluft bereit gestellt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Luftstrom durch die elektronischen Baugruppen umlaufend ausgeführt.
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Demnach wird beispielsweise bei zwei parallel angeordneten Mehrfachanordnungen ein umlaufender Luftstrom erzeugt, in dem entsprechende Luftschächte an beiden Enden der Mehrfachanordnungen für einen geschlossenen Luftkanal sorgen.
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Eine andere Ausführungsform stellt eine Austrittsöffnung bereite, aus der der durch die elektronischen Baugruppen geleitete Luftstrom aus dem Luftkanal heraustreten kann. Der Luftstrom wird dann in das Innere des Gehäuses geführt, was insbesondere dann sinnvoll ist, wenn nur einige wenige Wärmequellen oder -senken innerhalb des Gehäuses vorhanden sind oder die anderen elektronischen Baugruppen weniger temperaturempfindlich sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann mittels einer an dem Befestigungssystem angebrachten und steuerbaren Umlenkklappe zwischen umlaufendem und offenem Betrieb umgeschaltet werden.
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Demnach ist es möglich, dass je nach Umgebungsverhältnissen zwischen verschiedenen Betriebsmodi gewechselt werden kann, um beispielsweise jahreszeitliche Schwankungen auszugleichen. Während beispielsweise in den Wintermonaten ein offener Betrieb für eine Erwärmung des gesamten Gehäuses sorgen kann, ist manchmal während der Sommermonate eine Konfiguration mit umlaufendem Betrieb vorteilhaft, um beispielsweise gezielt die wärmeerzeugenden elektronischen Baugruppen mit dem Luftstrom umströmen zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Temperaturmessmodul an dem Befestigungssystem angebracht, das von dem Luftstrom durchströmbar ist und ein die Temperatur des Luftstroms repräsentierendes Signal abgibt.
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Demnach wird die Temperatur des Luftstroms innerhalb des Luftkanals mit einem Temperaturmessmodul, das beispielsweise als analoger Temperatursensor oder als Bi-Metall-Element ausgeführt sein kann, erweitert, so dass eine Temperaturmessung erfolgen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Temperaturmessmodul mit einem außenliegenden zusätzlichen analogen Temperatursensor oder Bimetall-Element ausgeführt, um die Schaltschrankinnentemperatur zu erfassen.
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Die Schaltschrankinnentemperatur stellt insbesondere eine Messgröße dar, die zur Steuerung der Luftumlenkklappe benötigt wird. Hierdurch wird insbesondere eine stabile, regelschwingungsfreie Steuerung der Luftumlenkklappe ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Temperaturmessmodul mit einer Steuereinrichtung verbindbar, die in Abhängigkeit des Signals und gegebenenfalls weiterer Parameter eine Regelung mittels des Klimaelements ausführt und/oder die steuerbare Umlenkklappe steuert.
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Insbesondere die Kombination aus Temperaturmessmodul und Steuereinrichtung ermöglicht den Aufbau eines kompletten Regelsystems, das sowohl in Abhängigkeit der Temperatur des Luftstroms als auch weiterer Parameter, wie z. B. Umgebungstemperatur oder ähnliches, eine entsprechende Regelung beispielsweise des Klimaelements durchführen kann, aber auch die steuerbare Umlenkklappe so steuert, dass zwischen umlaufendem und offenem Betrieb umgeschaltet wird. Demnach kann eine energetisch optimale Lösung zur Klimatisierung der elektronischen Baugruppen geschaffen werden, die unabhängig von externen Eingaben auf die tatsächlich vorliegende Situation innerhalb des Gehäuses reagiert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind weitere elektronische Baugruppen angeordnet, um drei in Reihen angeordnete Mehrfachanordnungen an dem Befestigungssystem zu bilden.
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Demnach wird das bereits oben diskutierte Beispiel mit zwei Mehrfachanordnungen auf drei in Reihen angeordnete elektronische Baugruppen erweitert. Diese können sowohl jeweils einzeln mit einer entsprechenden Gebläsevorrichtung als auch paarweise mit einem Luftschacht wie oben beschrieben verbunden sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die erste Mehrfachanordnung in einer ersten Richtung von dem Luftstrom und die zweite und dritte Mehrfachanordnung in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung von dem Luftstrom durchströmbar.
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Diese Ausführungsform beschreibt den Spezialfall dreier Mehrfachanordnungen von elektronischen Baugruppen, wobei zwei der drei Mehrfachanordnung mit einer Gebläsevorrichtung versehen sind. Um einen offenen und/oder geschlossenen Luftkanal bilden zu können, ist es vorteilhaft, zwei der Mehrfachanordnungen, in der die Gebläsevorrichtungen angebracht sind, entgegengesetzt zu derjenigen Mehrfachanordnung von dem Luftstrom durchströmen zu lassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist am Befestigungssystem ein vorzugsweise austauschbarer Luftfilter im Luftkanal angeordnet.
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Diese Ausführungsform ist insbesondere bei empfindlichen elektronischen Komponenten von Vorteil, da über den Luftfilter eventuell vorhandene Staubpartikel aus dem Luftstrom entfernt werden. Ein austauschbares Luftfilter ermöglicht dabei eine regelmäßige Wartung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei es aber auch vorgesehen sein kann, das am Befestigungssystem angebrachte Luftfilterelement komplett auszutauschen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Befestigungssystem ein Hutschienensystem.
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Hutschienensysteme sind häufig in der industriellen Fertigung von Schaltschränken bzw. Schalttafeln eingesetzt und stellen ein bewährtes und zuverlässiges Montagesystem dar. Die oben beschriebenen Komponenten, wie Gebläsevorrichtung, Luftschächte, Klimaelemente oder Luftfilter sind ohne großen konstruktiven Aufwand an dem Hutschienensystem befestigbar. Demnach wird ein modulares System geschaffen, das auf vielfältige Weise den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden kann, in dem beispielsweise zusätzliche Elemente hinzu gefügt werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind in der Befestigungsrichtung offene und entlang einer der Befestigungsrichtung umschließenden Außenflächen geschlossen ausgebildete vorzugsweise längenverstellbare Leermodule angeordnet, um unbesetzte Stellen der Mehrfachanordnung zu überbrücken.
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Diese Ausführungsform ermöglicht es, den Luftkanal auch dann auszubilden, wenn innerhalb der Mehrfachanordnung einzelne elektronische Baugruppen für spätere Nachrüstzwecke nicht bestückt sind. Die offenen Plätze innerhalb der Mehrfachanordnung kann durch ein oder mehrere Leermodule überbrückt werden. Das Leermodul kann ähnlich wie der oben beschriebene Luftschacht auch längenverstellbar ausgeführt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse ein Schaltschrank oder eine Schalttafel.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl bei geschlossenen Systemen, wie z. B. Schaltschränken, aber auch bei beispielsweise mittels Wandmontage befestigten Systemen, wie z. B. Schalttafeln, angewendet werden. Aufgrund ihrer Flexibilität ist es möglich, die Vorrichtung zur Klimatisierung der elektronischen Baugruppen für unterschiedliche Arten von Anwendungen einzusetzen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse mit einem Lüfter an seiner Außenwand versehen.
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Demnach wird insbesondere bei einem offenen System des Luftkanals die abgegebene warme Luft aus dem Inneren des Gehäuses mittels des zusätzlichen Lüfters entfernt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse mit einer Öffnung in der Außenwand versehen, die mittels eines hohlförmigen Verbindungselements mit dem Luftkanal verbindbar ist.
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Demnach wird der Luftstrom im Luftkanal nicht in das Innere des Gehäuses geführt, sondern kann über das hohlförmige Verbindungselement über die Öffnung in der Außenwand an die Umgebung abgegeben werden. Vorteilhafterweise kann dazu ein zusätzlicher Lüfter angeordnet sein. Das hohlförmige Verbindungselement kann auch Teil des oben beschriebenen Leermoduls sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zur Redundanz mehrere Gebläsevorrichtungen vorgesehen, um den Luftstrom ausfallsicher bereitzustellen.
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Demnach sind mehrere Gebläsevorrichtungen angebracht, wobei bei Ausfall einer der Gebläsevorrichtungen ein immer noch ausreichender Luftstrom bereit gestellt wird. Dies kann insbesondere bei abgelegenen Installationen, die nicht regelmäßig gewartet werden können, oder bei sehr empfindlichen elektronischen Baugruppen für eine längere Lebensdauer bzw. geringeres Ausfallrisiko sorgen.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch eine Vorrichtung zur Klimatisierung elektronischer Baugruppen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2A ein Modul für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung in einer perspektivischen Seitenansicht;
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2B ein Modul für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung in einer perspektivischen Seitenansicht;
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3 ein weiteres Modul für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung in einer perspektivischen Seitenansicht;
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4A ein weiteres Modul für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung in einer perspektivischen Seitenansicht;
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4B ein weiteres Modul für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung in einer perspektivischen Seitenansicht;
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5 ein weiteres Modul für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung in einer perspektivischen Seitenansicht;
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6A ein weiteres Modul für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung in einer perspektivischen Seitenansicht;
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6B ein weiteres Modul für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung in einer perspektivischen Seitenansicht;
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7A ein weiteres Modul für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung in einer perspektivischen Seitenansicht;
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7B ein weiteres Modul für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung in einer perspektivischen Seitenansicht;
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8 ein weiteres Modul für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung in einer teilweise gebrochenen perspektivischen Seitenansicht;
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9 ein weiteres Modul für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung in einer perspektivischen Seitenansicht;
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10 schematisch eine Vorrichtung zur Klimatisierung elektronischer Baugruppen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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11 schematisch eine Vorrichtung zur Klimatisierung elektronischer Baugruppen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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12 schematisch eine Vorrichtung zur Klimatisierung elektronischer Baugruppen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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13 schematisch eine Vorrichtung zur Klimatisierung elektronischer Baugruppen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
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14 schematisch eine Vorrichtung zur Klimatisierung elektronischer Baugruppen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleich wirkende Bauteile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Zur Klimatisierung von elektronischen Baugruppen ist ein Gehäuse GE vorgesehen, das beispielsweise geschlossen in Form eines Schaltschranks oder offen in Form einer Schalttafel bereit gestellt wird. Insbesondere bei einem Schaltschrank kann eine Eintrittsöffnung EO und eine Austrittsöffnung AO vorgesehen sein, die geeignet sind, beispielsweise über einen Lüfter SSL Luft aus dem Innenraum IR des Gehäuses GE an die Umgebung abzugeben. Innerhalb des Gehäuses GE sind beispielhaft mehrere elektronische Baugruppen EB an einem Befestigungssystem BS gezeigt. Das Befestigungssystem BS ist insbesondere als Hutschienensystem ausgebildet.
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Wie in 1 gezeigt ist, können mehrere elektronische Baugruppen EB als eine erste Mehrfachanordnung MA1 entlang einer Befestigungsrichtung BR angeordnet sein. Die elektronischen Baugruppen EB sind entlang einer die Befestigungsrichtung BR umschließenden Außenfläche geschlossen ausgebildet und in der Befestigungsrichtung BR mit geeigneten Öffnungen versehen. Demnach bilden die elektronischen Baugruppen EB der ersten Mehrfachanordnung MA1 mittels ihrer Außenflächen einen Luftkanal LK, der in Richtung der Befestigungsrichtung BR weist.
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Desweiteren ist eine Gebläsevorrichtung GV an dem Befestigungssystem BS angebracht, die mit dem Luftkanal LK in Verbindung steht, so dass die elektronischen Baugruppen EB der ersten Mehrfachanordnung MA1 mit einem Luftstrom umströmt werden können. Demnach erfolgt eine Klimatisierung der elektronischen Baugruppen EB in der ersten Mehrfachanordnung MA1 über die Gebläsevorrichtung GV über den Luftstrom LU, der den elektronischen Baugruppen unmittelbar benachbart durch die Gebläsevorrichtung GV erzeugt wird. Eine Klimatisierung des gesamten Innenraums IR des Gehäuses GE, wie sie im Stand der Technik vorgenommen wird, ist hierbei nicht mehr erforderlich bzw. beansprucht weniger Energieeinsatz. Da die Klimatisierung direkt an Wärmequellen bzw. Wärmesenken der elektronischen Baugruppen EB erfolgt, ist eine wesentlich effizientere Vorgehensweise möglich.
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Die im mittleren Teil der 1 gezeigte Ausführung umfasst eine erste Mehrfachanordnung MA1‘ und eine zweite Mehrfachanordnung MA2‘, die an benachbarten Befestigungssytemen BS unmittelbar übereinander angeordnet sind. Hierbei wird im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel des vorstehenden Absatzes ein umlaufender Luftkanal LK gebildet, wobei benachbarte Mehrfachanordnungen MA1' und MA2‘ mittels eines Luftschachts LS, der jeweils am Anfang bzw. Ende der jeweiligen Mehrfachanordnung MA1' und MA2‘ angeordnet ist, umgelenkt wird. Demnach entsteht mittels der Gebläsevorrichtung GV ein umlaufender Luftstrom LU, der sowohl für eine Klimatisierung der elektronischen Baugruppen EB der ersten Mehrfachanordnung MA1' als auch der elektronischen Baugruppen EB der zweiten Mehrfachanordnung MA2‘ sorgt.
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Im unteren Teil der 1 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Hier ist am rechten Ende der Befestigungssysteme BS ein Luftschacht LS angeordnet, der den Luftstrom LU von der ersten Mehrfachanordnung MA1' zur zweiten Mehrfachanordnung MA2‘ lenkt. Am Ende des Luftstroms LU an der zweiten Mehrfachanordnung MA2‘ ist eine Umlenkklappe UK angebracht, so dass je nach Stellung der Umlenkklappe UK der Luftstrom LU entweder als umlaufender Luftstrom zurück zur ersten Mehrfachanordnung MA' geleitet wird oder den Luftkanal LK verläßt. Im letzteren Falle wurde der Luftkanal LK als offener Luftkanal ausgebildet sein, so dass die Gebläsevorrichtung GV Luft aus der Umgebung über einen entsprechenden Einlaß in den Luftkanal LK leitet.
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Die in 1 beschriebenen Beispiele zeigen einige grundsätzliche Konfigurationen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Folglich können offene Luftkanäle, umlaufende Luftkanäle oder steuerbar umlaufend/offene Luftkanäle gebildet werden. Die zum Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung benötigten Module werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 8 schematisch beschrieben.
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2A und 2B zeigt die Gebläsevorrichtung GV in einer perspektivischen Seitenansicht. Die Gebläsevorrichtung GV kann beispielsweise als Axiallüfter, wie in 2A und 2B gezeigt ist, bereit gestellt werden, wobei es aber ebenfalls möglich ist, die Gebläsevorrichtung GV durch einen entsprechend gestalteten Radiallüfter zu bilden. Auf der dem Befestigungssystem BS zugewandten Seite weist die Gebläsevorrichtung GV zwei Hutschienenhalter HH auf, die entweder fest montiert wie in 2B oder abnehmbar wie in 2A ausgebildet sind. Die Gebläsevorrichtung GV kann noch mit weiteren zusätzlichen Funktionen versehen sein, wie z. B. mit einer Alarmmeldung, die auf einen defekten oder schwergängigen Lüfter hinweisen könnte. Ebenso ist es möglich, die Gebläsevorrichtung GV mit einer Drehzahlregelung auszustatten.
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In 3 ist ein Luftfilter FI gezeigt, der auf der dem Befestigungssystem BS zugewandten Seite mit entsprechenden Hutschienenhaltern HH ausgestattet ist. Der Luftfilter FI weist in dem in 3 gezeigten Beispiel einen Filtereinsatz FE auf, der beispielsweise austauschbar ausgeführt ist. Es ist aber auch möglich, den Luftfilter FI so auszuführen, dass nur ein Komplettaustausch möglich ist.
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In 4A ist ein Temperaturmessmodul TM gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt. Das Temperaturmessmodul TM kann als Bi-Metall-Thermostat ausgeführt sein, das wiederum auf seiner Rückseite mit entsprechenden Hutschalterhaltern HH ausgeführt ist. Sofern das Temperaturmessmodul TM nicht innerhalb des Luftkanals LK angebracht ist, kann es auch zur Messung der Temperatur im Innenraum IR des Gehäuses GE herangezogen werden. Das Temperaturmessmodul TM kann auch eine entsprechende Regelelektronik umfassen bzw. mit einer solchen verbunden werden.
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In 4B ist eine zweite Ausführungsform des Temperaturmessmoduls TM gezeigt. Hier erfolgt eine Messung der Temperatur mittels eines Temperatursensors TS, der beispielsweise mittig im Luftkanal LK angeordnet wird.
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Als weiteres Element kann beispielsweise ein Klimagerät bereitgestellt werden. Ein entsprechendes Beispiel ist in 5 gezeigt. Das Klimaelement zur Heizung KH ist wiederum über Hutschienenhalter HH mit dem Befestigungssystem BS verbindbar und kann den Luftstrom LU innerhalb des Luftkanals LK erwärmen.
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Ein weiteres Klimaelement entsprechend 6A, ist das Klimaelement zur Kühlung KKA. Dazu kann beispielsweise ein Peltier-Kühlgerät PK Verwendung finden. Das Peltier-Kühlgerät PK wird an der Seitenwand des Gehäuses GE so montiert, dass sich der heiße Kühlkörper PKH des Peltier-Kühlers außerhalb des Gehäuses befindet. Der kalte Kühlkörper des Peltier-Kühlers PKK befindet sich innerhalb des Gehäuses GE. Der kalte Kühlkörper ist in Befestigungsrichtung BR der elektronischen Baugruppen mit Kühlkanälen durchzogen, damit die Kaltluft mit Hilfe der Gebläsevorrichtung GV in den offenen Luftkanal LK überführt werden kann. Ebenso ist der kalte Kühlkörper senkrecht zu dieser Befestigungsrichtung BR mit Löchern durchgängig und allseitig durchbohrt, damit die Zuluft LZ aus dem Gehäuse GE entnommen werden kann. Der kalte Kühlkörper ist so bemessen, dass ein bündiger Anschluss an beispielsweise ein Luftfilter FI oder eine Gebläsevorrichtung GV in Befestigungsrichtung BR erfolgen kann.
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Eine weitere Ausführungsform entsprechend 6B ist das Klimaelement zur Kühlung KKB für eine umlaufende Strömungsrichtung des Luftkanales LK. Die Ausführung entspricht der der Ausführung 6A. Jedoch ist der kalte Kühlkörper PKK parallel zur Befestigungsrichtung BR an drei Flächen abgedichtet, damit nur eine Zuluftöffnung, von unten kommend oder von oben kommend, als Schacht ausgeführt werden kann. Der Luftschacht LS kann in den umlaufenden Luftkanal LK eingebunden werden.
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In 7A ist eine Ausführungsform des Luftschachts LS gezeigt. Der Luftschacht LS ist wiederum über Hutschienenhalter HH mit dem Befestigungssystem BS verbindbar. Zur Überbrückung benachbarter Mehrfachanordnungen ist der Luftschacht längenverstellbar ausgeführt, was insbesondere mittels ineinander verschiebbarer Außenhüllen AH auf einfache Weise erfolgen kann. Demnach erfolgt eine teleskopartige Verschiebung, so dass unterschiedliche Abstände zwischen benachbarten Mehrfachanordnungen überbrückt werden können.
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In 7B ist ein Leermodul LE gezeigt, mit dem beispielsweise fehlende elektronische Baugruppen EB innerhalb einer Mehrfachanordnung MA überbrückt werden können. Auch dieses kann, ähnlich wie das im Zusammenhang mit 7A beschriebene Modul des Luftschachts LS längenverstellbar ausgeführt sein, wobei in diesem Fall die Verstellbarkeit in Befestigungsrichtung BR erfolgt. Zur Montage des Leermoduls LE sind wiederum Hutschienenhalter HH vorgesehen.
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In 8 ist eine weitere Ausführungsform des Luftschachts LS gezeigt, der die im Zusammenhang mit 1 bereits beschriebene Umlenkklappe UK umfasst. Der Luftschacht LS ist in 8 in teilweise gebrochener Darstellung gezeigt, so dass das Innere des Luftschachts LS sichtbar wird. Der Luftschacht LS weist einer Seitenwand eine erste Öffnung OE1 auf, die als horizontaler Lufteinlass dient. Auf seiner Unterseite ist ein senkrechter Luftaustritt in Form zweiter Öffnungen OE2 vorgesehen, so dass bei Stellung der Umlenkklappe UK in Form eines offenen Luftkanals der Luftstrom LU durch die zweiten Öffnungen OE2 entweichen kann. Die Gebläsevorrichtung GV würde in diesem Fall über die ersten Öffnungen OE1 Luft aus dem Inneren IR des Gehäuses GE in den Luftkanal LK einführen.
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In 9 ist schematisch eine elektronische Baugruppe EB gezeigt, die mit dem Befestigungssystem BS über entsprechende Hutschienenhalter HH verbindbar ist. Die elektronische Baugruppe EB weist Außenflächen AU auf, so dass sich ein üblicherweise in horizontaler Richtung erstreckender Luftkanal ergibt. Dazu sind auf den beiden Seitenwänden Durchtrittsöffnungen DU vorgesehen, so dass der Luftstrom durch die elektronische Baugruppe EB hindurchtreten kann. Die Durchgangsöffnungen können als Gitter DUA, als abnehmbarer und wiederverwendbarer Deckel DUB oder als vorgestanztes Loch DUC, das man im Bedarfsfall ausbrechen kann, gestaltet werden. Auf der dem Befestigungssystem BS zugewandten Seite sind Hutschienenhalter HH angebracht.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 10 bis 14 unterschiedliche Konfigurationen von Vorrichtungen zur Klimatisierung elektronischer Baugruppen EB beschrieben, die auf die vorstehend erläuterten Komponenten Bezug nehmen. Hier ist jedoch zu beachten, dass die vorgestellten Konfigurationen lediglich beispielhaft zu verstehen sind, da die erfindungsgemäße Lehre in einer Vielzahl von Konfigurationen anwendbar ist, die auch bezüglich der Zahl zu verwendender Module und Baugruppen nahezu beliebig erweiterbar ist.
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10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auf der obersten Schiene des Befestigungssystems BS sind hintereinander der Luftfilter FI, die Gebläsevorrichtung GV sowie drei elektronische Baugruppen EB und ein Temperaturmessmodul TM angeordnet, wobei die elektronischen Baugruppen EB die erste Mehrfachanordnung MA1 bilden. Hierbei wird ein offener Luftkanal LK gebildet, so dass ein Luftstrom LU, wie in 10 mittels des Pfeiles angedeutet, die elektronischen Baugruppen EB durchströmt.
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Auf der mittleren bzw. der unteren Schiene des Befestigungssystems BS wird wiederum über die Gebläsevorrichtung GV Luft aus dem Inneren IR des Gehäuses GE über den Luftfilter FI angesaugt und in den Luftkanal LK gebracht. Dieser wird in diesem Beispiel durch mehrere elektronische Baugruppen gebildet, die als erste Mehrfachanordnung MA1‘ und zweite Mehrfachanordnung MA2‘ übereinander liegend angeordnet sind. Zwischen der ersten Mehrfachanordnung MA1‘ und der zweiten Mehrfachanordnung MA2‘ ist der Luftschacht LS angeordnet, der die beiden Mehrfachanordnungen MA1‘ und MA2‘ überbrückt.
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Zur Verstärkung des Luftstroms innerhalb des Luftkanals LK kann eine zweite Gebläsevorrichtung GV' vorgesehen sein, die auch für eine gewisse Redundanz bei besonders empfindlichen elektronischen Baugruppen EB herangezogen werden kann. Die zweite Gebläsevorrichtung GV' bläst jedoch gemäß dieser Ausführungsform den Luftstrom nicht in das Innere IR des Gehäuses GE sondern führt diesen der Austrittsöffnung AO des Gehäuses GE zu, was über einen geeigneten Austrittsschacht AS als hohlförmiges Verbindungselement erreicht wird.
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Das in 11 gezeigte Beispiel umfasst elektronische Baugruppen EB, die in drei Reihen des Befestigungssystems BS angeordnet sind. Die unterschiedlichen Mehrfachanordnungen MA1 bis MA3 sind wiederum mittels Luftschächte LS verbunden. Die in der dritten Mehrfachanordnung MA3 frei bleibenden Stellen des Befestigungssystems BS werden mittels eines Leermoduls LE überbrückt. Zu Beginn und am Ende des Luftkanals LK sind jeweils Temperaturmessmodule TM angeordnet, die auch mit einer Steuerelektronik versehen sein können, um eine Temperaturregelung oder -überwachung durchzuführen.
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In 12 sind zwei Ausführungsformen gezeigt, die einen umlaufenden Luftkanal LK aufweisen, wobei in beiden Luftkanälen jeweils Klimaelement Heizung KH vorgesehen ist, das für die Heizung sorgt. Bei dem unteren Beispiel ist zusätzlich die Umlenkklappe UK an der unteren Schiene des Befestigungssystems BS vorgesehen, die je nach Stellung ein Umschalten zwischen einem offenen und geschlossenen Betrieb erlaubt.
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In 13 sind zwei Ausführungsformen gezeigt, die einen offenen Luftkanal LK und einen geschlossenen Luftkanal aufweisen, wobei im oberen Luftkanal ein Klimagerät KKA und im Unteren umlaufenden Luftkanal ein Klimagerät KKB eingebaut ist, das jeweils den Luftkanal LK kühlt. Bei dem unteren Beispiel ist zusätzlich die Umlenkklappe UK an der unteren Schiene des Befestigungssystems BS vorgesehen, die je nach Stellung ein Umschalten zwischen einem offenen und geschlossenen Betrieb erlaubt.
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In 14 ist der Spezialfall einer Vorrichtung mit drei Mehrfachanordnungen gezeigt. Auf den oberen beiden Schienen des Befestigungssystems BS sind jeweils Gebläsevorrichtungen montiert, wobei die erste Mehrfachanordnung MA1 und die zweite Mehrfachanordnung MA2 mit der dritten Mehrfachanordnung MA3 über entsprechende Luftschächte LS verbunden sind. Die dritte Mehrfachanordnung weist an ihrem Ende eine Umlenkklappe UK auf, so dass zwischen offenem und geschlossenem Betrieb gewechselt werden kann.
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Bei geschlossenem Betrieb würde der Luftstrom LU entlang der ersten Mehrfachanordnung und der zweiten Mehrfachanordnung in die dritte Mehrfachanordnung gelangen und dort über den auf der rechten Seite angeordneten Luftschacht LS den Gebläsevorrichtungen GV zurück geführt werden.
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Sofern die Umlenkklappe in einem Betrieb angeordnet ist, die einem offenen System entspricht, würde der Luftstrom die dritte Mehrfachanordnung verlassen, wobei die beiden Gebläsevorrichtungen GV Luft über den Luftfilter FI ansaugen würden.
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Die im Zusammenhang mit 10 bis 14 beschriebenen Ausführungsformen lassen sich beliebig auf andere Fälle erweitern. So kann beispielsweise in einem umlaufenden Luftkanal, für offenen und geschlossenen Betrieb, sowohl eine Kühlung KKB und zusätzlich eine Heizung KH vorgesehen sein, um in sehr weitem Temperaturbereich die Elektronik betreiben zu können. Ebenso ist es möglich beispielsweise Teile des Klimaelements KE außerhalb des Gehäuses GE anzuordnen. Eine Erweiterung auf mehrere Module bzw. mehrere Schienen des Befestigungssystems BS ist ohne weiteres möglich.
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Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009014654 A1 [0005]
- DE 102012100974 A1 [0006]
