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Vorrichtung zur Wärmeabführung aus Geräten
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmeabführung
aus an zwei einander gegenüberliegenden Seiten mit Öffnungen für Luftdurchtritt
versehenen, übereinander als sogenannte Geräte säulen angeordneten, mit wärme erzeugenden
Bauelementen versehenen einzelnen Geräten, die von einem gemeinsamen Lü,.te-r mit
Kühlluft versorgt werden, welche auf der einen Seite der Geräte säule in vertikaler
Richtung zugeführt und auf der anderen Seite der Geräte säule in vertikaler Richtung
abgeführt wird.
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Die Beseitigung der Abfallwärme ist ein im Gerätebau nur unbefriedigend
und von Fall zu Fall gelöstes Problem. Bei der ständig zunehmenden wichte der Bauelemente
und der Zusammenstellung immer größerer Anlagenkomplexe zu großen. Gerätefronten
treten verschiedene nachteile und schädliche Einflüsse für die Geräte, für die Güte
der üjbertragenen elektrischen Information und für das Bedienungspersonal auf. Einer
Verringerung der Zahl der Geräte pro Raumeinheit steht oft eine Beschränkung des
Raumes gegenüber; mangels einer für die Geräte industrie verbindlichen Norm kommen
in einem Geräteschrank oft sehr unterschiedliche Gerätetypen zusammen, die teils
für Eigenbelüftung, teils für horizontale, teils für vertikale Fremdbelüftung eingerichtet
sind. Eine iusammenfassung gleichartiger Typen in speziellen Geräteschränken verbietet
sich wegen der bedienungstechnisch und installationsmäßig ungünstigen Anordnung.
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;Die gezielte Kühlung eines Teilgerätes kann auch bei einem aufwendigen
Konzept mit vertikalen und horizontalen Kanälen meist nur durch ein Hochdruck-Kühlluft-System
mit entsprechender Geräuschbelästigung und eventuellen Störeffekten durch Vibration
der Bauelemente erreicht werden. Die zu kühlenden Geräte müssen außerdem konstruktiv
für dieses System eingerichtet sein, wodurch die Verwendung von serienmäßigen Geräten
verschiedener Hersteller praktisch ausgeschlossen ist.
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Die Erfindung bezweckt, die genannten ,nachteile zu überwinden und
eine Vorrichtung zur Kühlung von elektrischen Geräten in Gestellen und dgl. anzugeben,
welche, unter Ausnutzung des Umstandes, daß die Gerätebreite der meisten Fabrikate
annähernd übereinstimmt, eine regelbare Anpassung des tuftdurchsatzes an den jeweiligen
Kühlungsbedarf des Gerätes bei einer säulenförmigen Anordnung der Geräte ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein von nebeneinander
angeordneten Geräte säulen seitlich begrenzter Luftkanal mit einer schrägen Trennwand
versehen ist, welche die Abluft der einen Geräte säule von der Zuluft der anderen
Gerätesäule derart trennt, daß der Querschnitt des Zuluftkanales in Strömungsrichtung
abnimmt und der Querschnitt des Abluftkanales in Strömungsrichtung zunimmt, diese
Trennwände ein ihrem oberen und unteren Bereich seitenverschieblich gehaltert sind
und an beiden den Lüftungskanälen zugewendeten Seiten der Geräte verschwenkbare
Lamellen vorgesehen sind, durch deren Versokwenkung die Menge der dieses Gerät durchströmenden
Kühlluft wahlweise einstellbar ist.
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Vorteilhaft sind weiterhin Abschottungen zwischen übereinander angeordneten
Geräten einer einzelnen Geräte säule, die bei Geräten mit vertikaler lurchlüftung
im wesentlichen horizontal verlaufende Kanäle zwischen je einem vertikalen Zuluft
und einem
vertikalen Abluftkanal bilden , welche durch schräge Trennwände
derart geteilt sind, daß der Querschnitt des die Kühlluft dem oberhalb befindlichen
Gerät zuführenden Zuluftkanales in Strömungsrichtung abnimmt und der Querschnitt
des die Kühlluft dem unterhalb befindlichen Gerät abführenden Kanales in Strömungsrichtung
zunimmt, wobei die über diese Kanäle belüfteten Geräte an ihrer Unterseite und ihrer
Oberseite wahlweise verschwenkbare Lamellen aufweisen, durch deren Verschwenkung
der Kühlluftstrom veränderbar ist, und die Trennwände der horizontalen Kanäle in
ihren Endbereichen höhenverschieblich gehaltert sind, wobei vorzugsweise die Anordnung
derart getroffen ist, daß beim vollen Herausschwenken der am Ende des Zuluftkanals
befindlichen Lamelle des oberen Gerätes die zugeordnete Trennwand nach unten gedrückt
bzw. bei vollem Herausschwenken der am Anfang des Abluftkanales befindlichen Lamelle
die Trennwand nach oben verschoben wird.
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Eine günstige konstruktive Lösung besteht darin, die Lamellen an zwei
gegenüberliegenden Seiten, vorzugsweise den Schmalseiten, verschwenkbar zu lagern,
wobei eine vorteilhafte Ausführungsform darin besteht, daß die verschwenkbare Lagerung
der einzelnen Lamellen als deformierbare Fortsätze aus Blech oder Kunststoff ausgebildet
ist.
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Es ist aber in manchen Fällen zweckmäßig, wenn die Lamellen durch
Streifen gebildet sind, die aus einer mit Schlitzen versehenen Blechplatte herausgebogen
sind.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die
schräge Trennwand in einem vertikalen Luftkanal und die zur Regelung der Zulunft
zu den Geräten einer Gerätesäule dienende, schwenkbare Lamellen enthaltende Einrichtung
als eine konstruktive Einheit ausgebildet ist.
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Andererseits kann es auch günstig sein, daß die im horizontalen Kanal
angeordnete schräge Trennwand und die zur Beeinflussung der Abluft des nächst höheren
Gerätes und die zur Beeinflussung der Zuluft des nächst tieferen Gerätes dienenden
Einrichtungen eine konstruktive Einheit bilden.
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Bei einer Vorrichtung dieser Art besteht die konstruktive Einheit
im wesentlichen aus mit Folie und/oder Kunststoff bespannten Drahtbügeln, die an
einer von außen verstellbaren Schwenkvorrichtung befestigt sind, welche vorzugsweise
in der gewählten Schwenkstellung feststellbar it.
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Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet und werden im nachstehenden in Verbindung mit den Ausführungsbeispiele
darstellenden Figuren erläutert. Einander entsprechende Teile sind in den Figuren
mit den gleichen Bezugszeichen versehen Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die
Zeichnungen zum Teil schematisch unter Fortlassung unwesentlicher Einzelheiten ausgeführt.
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Es zeigt: Fig.l einen Geräteschrank mit säulenartig zusammengestellten
Einzelgeräten in der Vorderansicht, Fig.2 einen Ausschnitt aus einer Gerätesäule
mit einer besonders einfachen Luftführung in perspektivischer Darstellung, Fig.2a
ein Konstruktionsdetail eines derartigen Luftzuführungssystems, Fig.3 eine gerasterte
Laniellenplatte als Beispiel für eine Luftführungskontrolle in zwei Dimensionen,
Fig.4
eine zur kontrollierbaren Luftführung dienende Wand aus einzelnen Leitflächen (Lamellen)
in perspektivischer Darstellung, Fig.4a eine Darstellung der Halterung einer einzelnen
Lamelle, Fig.5 eine konstruktive Einheit zur kontrollierten Luftführung für zwei
übereinander angeordnete Einzelgerte in perspektivischer Darstellung.
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Fig.1 zeigt in zum Teil vereinfachter Darstellungsweise ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung, aus welchem deutlich erkennbar ist, wie die erfindungsgemiße Vorrichtung
an verschiedenartige Betriebsbedienungen anpaßbar ist. Die zu kühlenden Geräte sind
übereinander in drei sogenannten Säulen A, B, C angeordnet. Die einzelnen Geräte
sind dabei von vorn in Gestelle eingeschoben, welche im wesentlichen aus vier in
den Ecken jeder ~Säule" befindlichen vertikalen Metallprofilen und entsprechenden
Verbindungsstücken bestehen. Jedes der einzelnen übereinander angeordneten Geräte
ll, 12, 13, 14, 15 enthält auf sogenannten Platinen angeordnete elektronische und
elektrische Bauelemente. Diese Bauelemente geben während des Betriebes Wärme ab,
welche durch Kühlluft abgeführt werden soll.
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In den Geräten ll, 12, 13 und 15 sind horizontale Platinen 20 vorgesehen,
hingegen im Gerät 14 vertikale Platinen 21. Die Kühlluft wird jeweils in dem zwischen
benachbarten Säulen vorhandenen Zwischenraum 23 bzw. 24 von unten nach oben zugeführt,
wie durch die Pfeile 25 angedeutet ist und aus demselben Zwischenraum oben abgeführt,
wie durch die Pfeile 26 angedeutet ist. Zu diesem Zweck ist in jedem der vertikalen
Kanäle 23 und 24 je eine schräge Trennwand 29 bzw. 30 angeordnet, welche bewirkt,
daß der für die Zufuhr von Kühlluft
zur Verfügung stehende Querschnitt
in Richtung des Kühlluftstromes von unten nach oben abnimmt und gleichzeitig der
für die Abfuhr des erwärmten Luftstromes zur Verfügung stehende Querschnitt in Richtung
dieser Strömung von unten nach oben zunimmt.
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Diese Trennwände 29 und 30 bestehen aus einem Stoffstreifen> welcher
mittels entsprechend eingestellter drehbarer Bügel 32 gegen eine aus der Lamellenwand
34 bzw. 35 herausgebogenen Lamelle 341 bzw. 35' gedrückt wird. Der Bügel 32 erlaubt
im Bedarfsfall ein Anlegen der Trennwand 29 zu der Lamellenwand 35.
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Es sind insgesamt vier Lamellenw.ande 74, 35, 36 und 37 in der Figur
dargestellt. Die Lamellenwände enthalten zahlreiche übereinander angeordnete lamellenförmige
Streifen aus geeignetem Material, welche zum Zwecke der Dosierung des den einzelnen
Geräten 11 bis 15 zuzuführenden Luftstromes mehr oder weniger aus der Ebene der
Lamellenwände herausgeschwenkt werden können.
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Es wird also beispielsweise die K=hlluSt, für das Gerät 11 durch entsprechende
herausgeklappte Lamellen 351 und die dadurch entstandenen Öffnungen in der Lamellenwand
35 diesem Gerät zugeführt und zwischen den aus der Ebene der Lamellenwände 36 herausgeschwenkten
Lamellen 361 durch die beim Herausschwenken entstandenen Öffnungen abgeführt. Pfeile
11' deuten den Verlauf des Kühlluftstromes durch das Gerät 11 an. Diese Art der
Kühlung eignet sich im allgemeinen gut für Geräte mit horizontal angeordneten Platinen
20.
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Für Geräte mit vertikal angeordneten Platinen, also beispielsweise
für das Gerät 14, ist es zweckmäßig, die Kühlluft von unten zu- und oben abzuführen,
wie durch die Pfeile 14' angedeutet ist. Statt vieler einzelner schmaler Lamellen
36'
können auch einzelne großflächige Lamellen 40 vorgesehen werden,
welche den Geräten, z.B. 13, die Kühlluft zuführen, deren Verlauf durch didPfeile
13t angedeutet ist.
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Wenn Bauelemente auf vertikalen Platten gekühlt werden sollen, wie
beispielsweise die Elemente auf den Platinen 21 des Gerätes 14, dann empfiehlt es
sich, die Kühlluft dem Geräte von unten zuzuführen. Bei dem in Fig.l dargestellten
Ausführungsbeispiel wird die Kühlluft über geöffnete Lamellen 42 in einen horizontalen
Zuluftkanal 43 geleitet und strömt von diesem nach aufwärts in die Zwischenräume
zwischen den Platinen 21. Der horizontale Kanal 43 ist durch eine schräge Trennwand
45 in einen Zuführungskanal für die Kaltluft zur Kühlung des Gerätes 14 und in einen
Abluftkanal für die Abfuhr der erwärmten Kühlluft aus dem Gerät 13 derart geteilt,
daß in Strömungsrichtung der Querschnitt für die zugeführte kalte Luft abnimmt und
für die abgeführte warme Luft zunimmt.
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Die Lamelle 40 ist mit der schrägen Trennwand 45 und einer Lamelle
46 zu einer konstruktiven Einheit verbunden.
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Der horizontale Luftkanal 43 wird unten durch die Lamellenwand 47
und oben durch die Lamellenwand 49 begrenzt. Die Ausführung dieser Lamellenwände
wird später in Verbindung mit Fig.3 näher beschrieben.
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In dem oberhalb des Gerätes 14 befindlichen horizontalen Kanal 50
ist die schräge Trennwand 51, welche die dem Gerät 15 zugeführte Kühlluft von der
aus dem Gerät 14 abströmenden erwärmten Luft trennt, mit Lamellenwänden 52 und 53
zu einer konstruktiven Einheit verbunden, wie später noch näher ausgeführt wird.
In den Lamellenwänden 52 und 53 sind - wie in der Figur angedeutet - einige Lamellen
mehr oder weniger stark aus der Ebene der Lamellenwand herausgeschwenkt, um die
Verteilung
des Kühlluftstromes an die unterschiedliche Wärmeabgase der an den einzelnen Platinen
der Geräte 14 und 15 befindlichen Bauelemente anzupassen.
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Die Führung der Kühl luft durch das Gerät 15 ist durch die Pfeile
15' angedeutet. Daraus ist ersichtlich, daß die Platinen dieses Gerätes sowohl durch
von der Seite her als auch von unten her zugeführte Luft gekühlt werden.
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Nachstehend wird nun der in Fig.1 schematisch angedeutete, aus der
Lamelle 40, der schrägen Trennwand 45 und der weiteren Lamelle 46 bestehende Bauteil
anhand der Fig.2 erläutert.
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Diese Konstruktion ermöglicht eine Verstellung der Lamellen 40 und
46 von außen ohne konstruktive Anderung serienmäßiger Geräte, so daß die Menge der
den Geräten 13 und 14 zu- bzw. abgeführten Luftstromes einstellbar ist. Zu dem Zweck
ist an je einem Bohrloch 60 zur Befestigung der Geräte 13 und 14 an den -gestrichelt
gezeichneten - vorderen Holmen 61 sowie an je einem Bohrloch an den hinteren Holmen
62 des Gestelles ein Drahtbügel 63 mittels eingepaßter Schrauben befestigt, wie
im einzelnen in der Hilfsfigur 2a dargestellt ist. Die Drahtbgel 63 sind an beiden
Enden in je einer Bohrung einer Gewindehülse 64 mittels einer Inbusschraube 65 festgeklemmt
und dienen zum Spannen der die Flächen 40, 45 und 46 bildenden Bahnen.
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Die Bnbusschraube 65 ragt durch das Befestigungsloch des vertikalen
Holmes 61 und die Frontplatte der Geräte 13 bzw. 14 hindurch und wird mit Hilfe
einer .mutter 66 gekontert. Die Winkelstellung der Lamellen 40 und 46 kann mit Hilfe
der Bnbusschraube in gewünschter Weise eingestellt werden, wobei gleichzeitig ie
über die Querteile der Bügel 63 gespannte Stoffbahn straffgezogen wird.
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Die Ecken der Bahn liegen bei 40a und 46b an den Kanten der übereinander
angeordneten Geräte 13 und 14 auf. Dadurch wird eine sichere Trennung zwischen Kühlluft
und Abluft erreicht.
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Die Luftverteilung im Gerät 14 kann durch Verwendung einer gerasterten
Lamellenplatte, wie sie in Fig.3 gezeigt ist, so beeinflußt werden, daß besonders
stark belastete Bauelemente bevorzugt mit Kühlluft versorgt werden. Die gerasterte
Lmellenplatte 49 kann z.B. aus einem Netz 67 aus starren Metallstäben mit aufgeklebter
Metallfolie 69 bestehen und an das Gerät 14 unten angeschraubt werden.
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Mit einem einf#chen Werkzeug lassen sich dann an gewünschten Stellen
Öffnungen in die Metallfo3ie drücken und die stehenbleibenden Metallfabnenlamelienartig
- ausstellen. Die Öffnungen sind in Fig. 3 net 71-bezeichnet.
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Ein in Fig.1 dargestellte schräge Wand, .3. 29, und eine Lamellenwand>
z.B. 35, sind konstruktiv zu einer Einheit zusammengefaßt~ die bei dem drehbaren
Bügel 32 beginnt, über den federnden Umlenkpunkt 33 geführt ist und in Form der
Lamellen wand 35 gegen die Gerätesäule gepreßt wird. Die Ausführung der Lamellen
ist in Fig.4 perspektivisch dargestellt, während Fig.4a ein Detail der Lagerung
der einzelnen Lamellen zeigt.
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Die perspektivische Darstellung der Fig.4 umfaßt lediglich die eine
Hälfte der Lamellenwand und ihrer AuShängung, während die andere Hälfte auf der
linken Seite spiegelbildlich dazu zu denken ist. Zu einer Befestigung der Lamellen
35 in der Weise, daß ihr Winkel nachträglich verstellt werden kanne sind die einzelnen
Lamellenstücke an ihrem Ende je in einem Blechstreifen 75 gefaßt, welcher auf der
Innenseite der jeweils benachbarten Schiene festgeschraubt ist. Es ist möglich,
diesen Blech streifen in einem Stanzprozeß so zu gestalten, daß die einzelnen
Bahnen
der Lamellen gewölbt sind, so daß eine strömungstechnisch günstige Form erhalten
wird.
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Wie aus Fig.4a zu ersehen ist, sind die Verbindungsstücke 76 zwischen
dem Blechstreifen 75 und der Halterung 77 der Lamelle so dünn und aus solchem Material
gewählt, daß die Winkelstellung der einzelnen Lamellenenden durch Verschränken der
Verbindungsstücke 76 eingestellt werden kann. Ein geeignet geformtes Werkzeug ermöglicht
es, diese Verbindungsstücke zwischen den Geräteäulen zu erreichen und reproduzierbar
zu verschränken.
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Fig.4a zeigt ein Stück des in vertikaler Richtung sich erstrekkenden
Blechstreifens 75, welcher bei 90 abgewinkelt und bei 91 so gefalzt ist, daß die
Bahn 92 der Lamelle darin eingeklemmt ist. Die Klemmstelle 91 des Blechstreifens
ist gewölbt, was sich durch Verwendung einer geeigneten Preßform für das Einklemmen
erreichen läßt.
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Nicht dargestellt ist die Möglichkeit, nur ein Ende einer Lamelle
zu verschrpnken; durch sie läßt sich der Kühlluft strom an den Luftbedarf auch in
der Gerätetiefe anpassen.
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Zwischen den in Fig.1 gezeigten Geräten 14 und 15 ist eine Z-förmige
Konstruktion angeordnet, die nun anhand von Fig.5 näher erläutert werden soll. Die
Trennwand 51 und die beiden Lamellenwände 52 und 53 werden von einem Z-förmigen
Stoffstreifen gebildet, der von vier haarnadelartig gebogenen Federn 93 gespannt
wird. Durch diese Spannung werden gleichzeitig die Lamellenwand 52 an das unterhalb
befindliche Gerät 14 und die Lamellenwand 53 an das oberhalb befindliche Gerät 15
(s.Fig.l) gedrückt. Die Enden der Federn 93 sind jeweils paarweise durch Hülsen
94 verbunden, welche von der betreffenden Zone des genannten Stoffstreifens umfaßt
werden. Die Enden der Federn 93
sind abgekröpft, so daß jeweils
die Enden benachbarter Federn zueinander gerichtet sind. Jeweils zwei einander zugewendete
Enden sind in eine Hülse 94 gesteckt. Die Enden der Stoffstreifen bilden einen Saum,
in den die Hülse 94 eingeschoben ist.
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In Bereich der beiden Lamellenozände 52 und 53 sind auf den Stroffstreifen
schmale Blechstreifen 96 aufgeklemmt, die ähnlich ausgebildet sind und eine ähnliche
Funktion haben wie der in Verbindung mit Fig.4 beschriebene Blechstreifen 75. Diese
in Fig.5 nur angedeuteten Blechstreifen haben Fortsätze, welche abgewinkelt werden,
wenn die in ihrem Bereich befndlichen Lamellen aus der Ebene der Lamellenwand herausgeschwenkt
werden sollen.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß bei verhältnismäßig geringem
Aufwand für die Steuerung des Kühlluftstromes eine besonders einfache und vielseitige
Anpassung an die verschiedenen Bauformen und Abmessungen der zu kühlenden elektrischen
und elektronischen Geräte möglich ist.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Kühlluft nur einer geringen
Pressung bzw. Saugwirkung von Ventilatoren bedarf, da die Lamellen eine praktisch
wirbelfreie Lenkung des Luftstromes bewirken. Die Luftströmungsgeräusche sind dadurch
auf ein Minimum beschränkt, Die Regelung auf der Zu- und Abluftseite ermöglicht
auch den Einbau von Geräten mit eigenem Lüfter, welcher sonst die Kühlung der anderen
Geräte beeinträchtigen würde.
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Ein weiterer Vorteil ist die Anpaßbarkeit des relativen Kanalquerschnitts
an den lokalen Kühlungsbedarf und ferner die Anpaßbarkeit des Gesamtquerschnitts
der horizontalen und vertikalen Kanäle durch Variation des Abstandes der Geräte
bzw.
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Geräte säulen ohne konstruktive Änderungen der Hilfsvorrichtungen.