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Die Erfindung betrifft eine Umrichtervorrichtung mit einem Belüftungssystem und ein Verfahren zur Kühlung einer Umrichtervorrichtung, mit einem Belüftungssystem.
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In herkömmlichen Umrichtersysteme sind Belüftungssyteme gebräuchlich, die mit forcierter Belüftung arbeiten und zusätzlich die Konvektion, also passive Belüftung, der erwärmten Luft nutzen. Daher weisen diese herkömmlichen Belüftungssysteme Lüftungseinlässe im unteren Bereich der Umrichtersysteme und Lüftungsauslässe auf im oberen Bereich der Umrichtersysteme auf, um so die Konvektion verstärkend zu der forcierten Belüftung zu nutzen. Dies führt zu Einschränkungen im Design, die insbesondere bei der Realisierung von kompakteren Lösungen für Umrichtersystemen hinderlich sind. Lösungen wie ein höherer Luftdurchsatz mittels stärkeren Ventilatoren führen zu höheren Herstellungs- und Betriebskosten und auch zu aufwendigeren und teureren Designs, etwa bedingt durch notwendige Materialverstärkungen oder vergrößerte Lüftungsquerschnitte.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun die Nachteile im Stand der Technik zu beheben und insbesondere kompaktere Umrichtersysteme mit ausreichender Kühlung mittels eines Belüftungssystems zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche 1 und 9 und die von diesen abhängige Ansprüche gelöst.
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In einem Ausführungsbeispiel weißt die Umrichtervorrichtung
- • ein Gehäuse mit mindesten einer Oberseite, mindestens einer Unterseite und drei oder vier oder mehr, bevorzugt vier, Seitenflächen, und ein Belüftungssystem,
- • ein oder mehrere Umrichtereinheiten, und
- • ein oder mehrere Drosseln auf.
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Das Gehäuse weist
- • an der Oberseite einen oder mehrere erste Lüftungseinlässe, und
- • an mindestens einer Seitenfläche einen oder mehrere zweite und/oder dritte und/oder weitere Lüftungseinlässe, und
- • einen oder mehrere Lüftungsauslässe auf.
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Die eine oder mehreren Drosseln sind unterhalb der einen oder mehreren Umrichtereinheiten angeordnet.
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Das Belüftungssystem sieht
- • einen ersten Strömungsweg vor, auf welchem Luft durch den mindestens einen ersten Lüftungseinlass an der Oberseite zu der mindestens einen Drossel unterhalb der einen oder mehr Umrichtereinheiten leitbar ist und auf welchem ersten Strömungsweg Luft weiter von der mindestens einen Drossel weg zu einem oder mehreren ersten Lüftungsauslässen der Lüftungsauslässe leitbar ist,
- • einen zweiten Strömungsweg vor, mit einem oder mehr Strömungspfaden, auf welchem Luft von einem oder mehreren zweiten und/oder dritten und/oder weiteren Lüftungseinlässen an einer Seitenfläche zu einem oder mehr Umrichtereinheiten leitbar ist und auf welchem zweiten Strömungsweg Luft weiter von der mindestens einen Umrichtereinheit weg zu einem oder mehreren weiteren Lüftungsauslässen der Lüftungsauslässe leitbar ist.
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Die Lüftungsauslässe werden hier in
- • erste Lüftungsauslässe und
- • weitere Lüftungsauslässe oder zweite und/und dritte Lüftungsauslässe
unterteilt. Dem kommt es gleich, wenn nur ein Lüftungsauslass am Gehäuses vorhanden sein, diesem aber Luftströmungen aus dem ersten Strömungsweg und dem zweiten Strömungsweg zugeführt werden, so dass zumindest an der Stelle an der erste und der zweite Strömungsweg zusammengeführt werden ein erster Lüftungsauslass und ein oder mehrere weitere Lüftungsauslässe existieren, auch wenn diese gemeinsam als Lüftungsauslass aus der Umrichtervorrichtung austreten.
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Bevorzugt wird, dass der eine oder die mehreren ersten Lüftungsauslässe an der Oberseite der Umrichtervorrichtung angeordnet sind. Alternativ können der oder die ersten Lüftungsauslässe des ersten Strömungswegs auch auf der Seite der Umrichtervorrichtung angeordnet sein, an der die zweiten und/oder dritten und/oder weiteren Lüftungseinlässe nicht angeordnet sind, besonders bevorzugt sind die ersten Lüftungsauslässe des ersten Strömungswegs auf der Seite der Umrichtervorrichtung angeordnet, die der Seite gegenüberliegt an der die die zweiten und/oder dritten und/oder weiteren Lüftungseinlässe angeordnet sind.
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Bevorzugt wird auch, dass der eine oder die mehreren weiteren Lüftungsauslässen des zweiten Strömungsweges auf der Oberseite der Umrichtervorrichtung angeordnet sind. Alternativ können der eine oder die mehreren weiteren Lüftungsauslässen des zweiten Strömungsweges auch auf der Seite des Gehäuses der Umrichtervorrichtung angeordnet sein, die der Seite gegenüberliegt an der die zweiten und/oder dritten und/oder weiteren Lüftungseinlässe angeordnet sind.
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Bevorzugt werden erste und/oder der zweite Strömungsweg über einen oder mehr Kamine an der Rückseite der Umrichtervorrichtung zur Oberseite der Umrichtervorrichtung geführt, wobei der oder die Kamine entweder Bestandteil des Gehäuses der Umrichtervorrichtung oder separate Bauteile sind.
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Bevorzugt wird, dass der erste Strömungsweg und der zweite Strömungsweg über jeweils einen oder mehrere Lüftungsauslässe an der Oberseite des Gehäuses der Umrichtervorrichtung geführt werden. Dabei ist es wie vorstehend erläutert gleich, ob der oder die Kamine Bestandteil des Gehäuses der Umrichtervorrichtung oder separate Bauteile sind.
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Die jeweiligen Strömungsrichtungen des ersten Strömungswegs und des zweiten Strömungswegs stehen dabei bevorzugt zumindest in einem Bereich in einem Winkel von 15° bis 165°, besonders bevorzugt in einem Winkel von 60° bis 120°, weiter besonders bevorzugt senkrecht, also in einem Winkel von 90° oder etwa 90°, zueinander. Dieser Bereich ist vorteilhafterweise der Bereich, in dem Luft von dem mindestens einen Lufteinlass von der Oberseite des Gehäuses zu den Drosseln leitbar ist und in dem Luft von einem oder mehreren zweiten Lüftungseinlässen an einer oder mehreren Seitenflächen zu einem oder mehr Umrichtereinheiten leitbar ist. Die senkrechte Orientierung zueinander ist auch dadurch erreichbar, dass der erste Strömungsweg in mindestens einem Bereich um etwa 180° umgelenkt wird und der zweite Strömungsweg in mindestens einem Bereich um etwa 90° umgelenkt wird. Alternativ findet eine 90° Umlenkung des erstem Strömungsweges und keine Umlenkung des zweiten Strömungsweges statt. Der Begriff Strömungsrichtung meint in diesem Zusammenhang die Richtung der Luftströmung zum Kühlen der Umrichtereinheiten und/oder Drosseln. Insbesondere gemeint ist die Luftzuführungsrichtung von den jeweiligen Lüftungseinlässen zu den zu kühlenden Bauteilen, Umrichtereinheiten und Drosseln.
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Durch die unterschiedliche Lage und/oder Orientierung der Lüftungseinlässe für den ersten Strömungsweg und den zweiten Strömungsweg wird ein erhöhter Luftdurchsatz durch die Umrichtervorrichtung bei einer gleichbleibenden Strömungsgeschwindigkeit in den Lüftungseinlässen erreicht. Das führt über den gleichbleibenden Energiebedarf der forcierten oder aktiven Lüftung zu einem effizienteren Betrieb im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen. Die Begriffe forcierte Belüftung und aktive Belüftung sind im Sinne dieser Anmeldung als identisch anzusehen.
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Bevorzugt wird auch, dass der erste Strömungsweg und der zweite Strömungsweg innerhalb der Umrichtervorrichtung physikalisch voneinander getrennt sind, insbesondere durch Strömungskanalwände, Schottbleche oder Trennwände. Dadurch kann unter anderem eine Messung und Analyse der Ablufttemperatur, also der Temperatur der Luft hinter dem jeweiligen zu kühlenden Bauteilen, oder der Differenz von der Ablufttemperatur und der zugeführten Kühlungsluft, wobei die Kühlungsluft die durch die jeweiligen Lüftungseinlässen angesaugt oder sonst wie zugeführte Luft ist, in Abhängigkeit vom jeweiligen Strömungsweg erfolgen. Insbesondere kann die forcierte Belüftung den jeweiligen Temperaturbedingungen auf den unterschiedlichen Strömungswegen angepasst werden.
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Auch wird bevorzugt, dass der zweite Strömungsweg innerhalb der Umrichtervorrichtung zwei oder mehr physikalisch voneinander getrennte Strömungspfade aufweist, insbesondere getrennt durch Strömungskanalwände, Schottbleche oder Trennwände. Dadurch kann unteranderem eine Messung und Analyse der Ablufttemperatur, also der Temperatur der Luft hinter dem jeweiligen zu kühlenden Bauteilen, oder der Differenz von der Ablufttemperatur und der zugeführten Kühlungsluft, wobei die Kühlungsluft die durch die jeweiligen Lüftungseinlässen angesaugt oder sonst wie zugeführte Luft ist, in Abhängigkeit vom jeweiligen Strömungspfade erfolgen. Insbesondere kann die forcierte Belüftung den jeweiligen Temperaturbedingungen auf den unterschiedlichen Strömungspfaden angepasst werden. Der Terminus Strömungswege beschreibt dabei in der Anmeldung die zwei unterschiedlichen Lüftungsanordnungen für Drosseln und Umrichtereinheiten, während Strömungspfade die unterschiedlichen Lüftungswege für die Umrichtereinheiten bezeichnet.
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Weiter wird bevorzugt, dass die Umrichtervorrichtung ein bidirektionaler Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler ist.
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Bevorzugt wird auch, dass das Gehäuse auf der Oberseite zwei oder drei, insbesondere physikalisch getrennte, Lüftungsauslässe aufweist.
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Auch wird bevorzugt, dass das Gehäuse, bevorzugt auf der Oberseite, zwei oder mehr Lüftungsauslässe aufweist, wobei die Lüftungsauslässe jeweils einen Luftaustrittsquerschnitt aufweisen und die Luftaustrittsquerschnitte der der zwei oder mehr Lüftungsauslässe etwa gleich groß sind.
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Weiter wird bevorzugt, dass das Gehäuse, bevorzugt auf der Oberseite, einen ersten, einen zweiten und einen dritten Lüftungsauslass aufweist, wobei der erste Lüftungsauslass, der zweite Lüftungsauslass und der dritte Lüftungsauslass jeweils einen Luftaustrittsquerschnitt aufweisen und die Luftaustrittsquerschnitte des ersten Lüftungsauslasses, des zweiten Lüftungsauslasses und des dritten Lüftungsauslasses etwa gleich groß sind.
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Besonders wird bevorzugt, dass der erste Lüftungsauslass in zwei Lüftungsauslässe aufgeteilt ist, wobei jeder der zwei Unterlüftungsauslässe einen Luftaustrittsquerschnitt aufweist und die Luftaustrittsquerschnitte der beiden Unterlüftungsauslässe etwa gleich groß sind.
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Ein weiteres Ausführungsbespiel bezieht sich auf ein Verfahren zur Kühlung einer Umrichtervorrichtung, mit
- • einem Gehäuse mit mindesten einer Oberseite, mindestens einer Unterseite und drei, vier oder mehr Seitenflächen, und mit einem Belüftungssystem,
- • einer oder mehreren Umrichtereinheiten, und
- • einer oder mehreren Drosseln, wobei
das Gehäuse
- • an der Oberseite einen oder mehrere erste Lüftungseinlässe, und
- • an einer Seitenfläche einen oder mehrere zweite und/oder dritte und/oder weitere Lüftungseinlässe, und
- • einen oder mehrere Lüftungsauslässe aufweist,
die eine oder mehreren Drosseln unterhalb der einen oder mehreren Umrichtereinheiten angeordnet sind, und das Belüftungssystem
- • einen ersten Strömungsweg vorsieht, auf welchem Luft durch den mindestens einen Lufteinlass an der Oberseite zu der mindestens einen Drossel unterhalb der einen oder mehr Umrichtereinheiten geleitet wird und auf welchem ersten Strömungsweg Luft weiter von der mindestens einen Drossel weg zu einem oder mehreren ersten Lüftungsauslässen der Lüftungsauslässe an der Oberseite geleitet wird,
- • einen zweiten Strömungsweg, mit einem oder mehr Strömungspfaden, vorsieht, auf welchem Luft von einem oder mehreren zweiten und/oder dritten und/oder weiteren Lüftungseinlässen zu einem oder mehr Umrichtereinheiten geleitet wird und auf welchem zweiten Strömungsweg Luft weiter von der mindestens einen Umrichtereinheit weg zu einem oder mehreren weiteren Lüftungsauslässen der Lüftungsauslässe an der Oberseite geleitet wird.
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Bevorzugt wird, dass die Luft zu der einen oder den mehreren ersten Lüftungsauslässen, die an der Oberseite der Umrichtervorrichtung angeordnet sind, leitbar ist. Alternativ kann die Luft zu dem oder den ersten Lüftungsauslässen die auf der Seite der Umrichtervorrichtung angeordnet sind, an der die zweiten und/oder dritten und/oder weiteren Lüftungseinlässe nicht angeordnet sind, besonders bevorzugt sind die ersten Lüftungsauslässe des ersten Strömungswegs auf der Seite der Umrichtervorrichtung angeordnet, die der Seite gegenüberliegt an der die die zweiten und/oder dritten und/oder weiteren Lüftungseinlässe angeordnet des ersten Strömungswegs sind, leitbar sein.
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Bevorzugt wird auch, dass die Luft zu dem einen oder den mehreren weiteren Lüftungsauslässen des zweiten Strömungsweges die auf der Oberseite der Umrichtervorrichtung angeordnet sind leitbar ist. Alternativ kann die Luft zu dem einen oder den mehreren weiteren Lüftungsauslässen des zweiten Strömungsweges auf der Seite des Gehäuses der Umrichtervorrichtung leitbar sein, die der Seite gegenüberliegt an der die zweiten und/oder dritten und/oder weiteren Lüftungseinlässe angeordnet sind.
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Bevorzugt wird auch, dass das oben aufgeführte Verfahren zur Kühlung einer Umrichtervorrichtung zum Betreiben einer Umrichtervorrichtung nach einem der vorstehenden Ausführungen verwendet wird.
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Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von drei Figuren näher erläutert:
- 1: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Umrichtervorrichtung in einer perspektivischen Seitenansicht;
- 2: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Umrichtervorrichtung von oben;
- 3: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Umrichtervorrichtung von hinten.
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Die 1 zeigt eine Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Umrichtervorrichtung 1 in einer perspektivischen Seitenansicht. Es sind Luftströmungswege durch entsprechende Pfeile 25, 27, 29, 29', 60, 62, 65, 67 angedeutet. Die Umrichtervorrichtung 1 besitzt an einer Oberseite ein oder mehr Lüftungsauslässe 30, 32, 64, 69 und einen Lüftungseinlass 20 - jeweils in 2 gezeigt - und Lüftungseinlässe an Seitenflächen, die einen Luftstrom 60 durch einen zweiten Lüftungseinlass zu einer ersten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 40 und einen Luftstrom 65 durch einen dritten Lüftungseinlass zu einer zweiten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 45 ermöglichen. Dabei führt ein erster Strömungsweg die Luft von der Oberseite des Gehäuses - durch den in 2 gezeigten ersten Lüftungseinlass 20 - entlang des Luftstroms 25 - mittels einer nicht gezeigten forcierten Lüftung, zum Beispiel einem Ventilator - zu Drosseln 50. Ein Luftstrom 27 führt die Luft über den ersten Strömungsweg den Drosseln 50 zu. Im Bereich der Drosseln 50 ändert der erste Strömungsweg hier seine Strömungsrichtung um etwa 180°, so dass die potentiell wärmere Abluft entlang des Luftstroms 29, 29' zu dem in der 2 gezeigten ersten Lüftungsauslass 30 des ersten Strömungsweges, der in zwei Unterlüftungsauslässe 32 geteilt ist, gelangt.
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Auf einem zweiten Strömungsweg und ersten Strömungspfad gelangt ein Luftstrom 60 durch den zweiten Lüftungseinlass an einer Seitenfläche zu der ersten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 40. Der Luftstrom 62 zur Kühlung der ersten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 40 wird nach dem passieren oder während der Passage der ersten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 40 zur Oberseite der Umrichtervorrichtung 1 geleitet, wo der Luftstrom die Umrichtervorrichtung 1 durch den in 2 gezeigten zweiten Lüftungsauslass 64 verlassen kann.
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Auf einem zweiten Strömungsweg und zweiten Strömungspfad gelangt ein Luftstrom 65 durch den dritten Lüftungseinlass an einer Seitenfläche zu der zweiten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 45. Der Luftstrom 67 zur Kühlung der zweiten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 45 wird nach dem passieren oder während der Passage der zweiten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 45 zur Oberseite der Umrichtervorrichtung 1 geleitet, wo der Luftstrom die Umrichtervorrichtung 1 durch den in 2 gezeigten dritten Lüftungsauslass 69 verlassen kann.
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Die Luft der Luftströmungen 25, 27, 29, 29', 60, 62, 65, 67 nimmt dabei Wärme von den jeweils passierten Bauteilen - den Drosseln 50, der ersten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 40 und der zweiten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 45 - auf und transportiert diese über die in 2 gezeigten Lüftungsauslässe 30, 32, 64 und 69 aus der Umrichtervorrichtung 1.
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Die 2 zeigt eine Ansicht der Umrichtervorrichtung 1 von oben. Dabei sind der erste Lüftungseinlass 20, der erste Lüftungsauslass 30, der hier in zwei gleichgroße dritte Unterlüftungsauslässe 32 aufgeteilt ist, der zweite Lüftungsauslass 64 und der dritte Lüftungsauslass 69 dargestellt. Die gestrichelten Linien deuten dabei an, dass die Umrichtereinheiten 40, 45 nicht die gesamte Breite der Umrichtervorrichtung ausfüllen, sondern Raum für den ersten Strömungsweg zu den Drosseln 50 lassen.
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Die 3 zeigt eine schematische Ansicht der Umrichtervorrichtung 1 von hinten. Für den ersten Strömungsweg wird die Richtung der Luftströmung 29, 29' von den Drosseln 50 weg zum ersten Lüftungsauslass 30, 32 gezeigt.
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Für den zweiten Stömungsweg ist ein erster Strömungspfad mit einer Luftströmung 62 hin zum zweiten Lüftungsauslass 64 gezeigt.
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Für den zweiten Stömungsweg ist ein zweiter Strömungspfad mit einer Luftströmung 67 hin zum dritten Lüftungsauslass 69 gezeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Umrichtervorrichtung;
- 20
- Erster Lüftungseinlass des ersten Strömungswegs;
- 25
- Luftstrom durch den ersten Lüftungseinlass 20;
- 27
- Luftstrom von dem ersten Lüftungseinlass 20 zu den Drosseln 50;
- 29
- Luftstrom zur Kühlung der Drosseln 50 vom ersten Lüftungseinlass 20;
- 29'
- Luftstrom von den Drosseln 50 zum ersten Lüftungsauslass 30;
- 30
- Erster Lüftungsauslass des ersten Strömungswegs;
- 32
- zwei Unterlüftungsauslässe des ersten Lüftungsauslass des ersten Strömungswegs;
- 40
- Erste Umrichtereinheit mit Kühlkörpern;
- 45
- Zweite Umrichtereinheit mit Kühlkörpern;
- 50
- Drosseln;
- 60
- Luftstrom durch den zweiten Lüftungseinlass
- 62
- Luftstrom zur Kühlung der ersten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 40 vom zweiten Lüftungseinlass
- 64
- Zweiter Lüftungsauslass für den Luftstrom von der ersten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 40 zum zweiten Lüftungsauslass 64
- 65
- Luftstrom durch den dritten Lüftungseinlass
- 67
- Luftstrom von der zweiten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 45 zum dritten Lüftungsauslass 69
- 69
- Dritter Lüftungsauslass für den Luftstrom von der zweiten Umrichtereinheit mit Kühlkörpern 45 zum zweiten Lüftungsauslass 69
