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§'Schrank für elektrische Bauteile
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Die Erfindung betrifft einen Schrank für elektrische Bauteile, insbesondere
elektrischer Schalt- und/oder Regelschrank, der für Zwangsbelüftung seines Innenraumes
durch wenigstens einen Ventilator vorgesehen ist, mit mindestens einem an einer
Anschlußstelle an den Innenraum anschließbaren Luftkanal, der den zwangsweise erzeugten
Luftstrom führt, sowie mit wenigstens einer Verbindungsöffnung zwischen dem Innenraum
und dem Aufstellungsraum des Schrankes r die in einer Horizontalebene angeordnet
ist, welche von der Horizontalebene der Anschlußstelle verschieden ist.
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Bei bekannten Schränken dieser Art ist der Luftkanal zum
Beispiel
im oberen Bereich an den Innenraum angeschlossen und mit einem saugenden Ventilator
versehen, so daß während des Betriebes Luft aus dem Aufstellungsraum des Schrank
es durch die im unteren Bereich angeordneten Verbindungsöffnungen eingesaugt wird.
Diese Luft kühlt während der Durchströmung des )nnenraumes die dort vorhandenen
elektrischen Bauteile, tritt in den Luftkanal über und wird durch den Ventilator
zum Beispiel ins Freie oder zu einer Lüftungszentrale abgeführt.
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Andere bekannte Schränke benutzen eine umgekehrte Anordnung, demnach
ist der Luftkanal im unteren Bereich des Schrankes an den Innenraum angeschlossen
und verbindet diesen mit dem Freien oder einer Lüftungszentrale, wogegen die Verbindungsöffnungen
zwischen Innenraum und Aufstellungsraum des Schrankes im oberen Bereich angeordnet
sind.
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Der im Luftkanal angeordnete Ventilator drückt jetzt Zuluft in den
Schrank, die nach der Kühlung der dort angeordneten Geräte über die Verbindungsöffnungen
in den Aufstellungsraum ausströmt.
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Beiden bekannten Ausführungsformen haftet der Nachteil an, daß bei
einer Störung der zwangsweisen Luftabfuhr bzw. -Zufuhr, zum Beispiel durch Ausfall
des Ventilators, die Gefahr einer Überhitzung und somit Zerstörung der im Innenraum
des Schrankes angeordneten Bauteile besteht.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Schrank, in dessen
Innenraum Verlustwärme abgebende elektrische Bauteile angeordnet sind, so auszubilden,
daß bei einem Ausfall der Zwangsbelüftung eine Überhitzung der Bauteile verhindert
ist oder zumindest ein so langsamer Temperaturanstieg auf den Überhitzungspunkt,
zum Beispiel eine halbe bis eine Stunde, bewirkt wird, daß zwischenzeitlich die
Störungen, welche die Zwangsbelüftung blockieren, beseitigt werden können. Zusätzlich
sollen die hierzu erforderlichen Maßnahmen bei einfachem Aufbau einfach und betriebssicher
sein.
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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß der Innenraum mit dem Aufstellungsraum durch wenigstens eine Zusatzöffnung verbunden
ist, die mit einer vom zwangsweise erzeugten Luftstrom betätigbaren Absperrvorrichtung
versehen ist, derart, daß im Falle einer für die Kühlung ausreichenden zwangsweisen
Luftströmung die Zusatzöffnung verschlossen, beim Unterschreiten dieser Lüftströmung
dagegen geöffnet ist und einen Weg freigibt für eine freie Luftzirkulation zwischen
Innenraum und Aufstellungsraum.
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Beim Ausfall der Zwangsbelüftung .wird also der Innenraum mit dem
Aufstellungsraum durch eine Zusatzöffnung verbunden, die gegenüber der Verbindungsöffnung
einen derart großen vertikalen Abstand aufweist, daß infolge des thermischen Auftriebs
eine ausreichende freie Luftzirkulation zwischen dem Innenraum des Schrankes und
dem Aufstellungsraum des Schrankes einsetzt. Diese Luftzirkulation ist solange für
die Abfuhr der Verlustwärme ausreichend, bis sich der Aufstellungsraum des Schrankes
und somit die in den Innenraum einströmende Kühlluft soweit aufgeheizt hat, daß
eine ausreichende Kühlwirkung.nicht mehr gegeben ist.
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Aufgrund der Wärmeaufnahmefähigkeit des Aufstellungsraums und seiner
Begrenzungswende ist mit einer Zeitspanne von mindestens einer halben bis einer
ganzen Stunde zu rechnen bis Lufttemperaturen erreicht werden, die eine ausreichende
Kühlung nicht mehr bewirken.
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Diese Zeitspanne genügt, um den aufgetretenen Störungen nachzugehen
und diese zu beheben, so daß Überhitzungen und Beschädigungen der im Schrank angeordneten
elektrischen Bauteile mit Sicherheit vermieden werden können.
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Für die Ausbildung der Absperrvorrichtung gibt es verschiedene Möglichkeiten,
am einfachsten ist es jedoch, wenn diese wenigstens eine Klappe aufweist.
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Hierbei ist vorteilhaft die~Klappe gegen die Kraft einer Feder und/oder
gegen Schwerkraft unmittelbar durch den Druck bzw.
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Unterdruck der zwangsweisen Luftströmung in Schließstellung bringbar,
beim Ausfall der zwangsweisen Luftströmung dagegen durch die Federkraft und/oder
Schwerkraft geöffnet.
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Eine andere, besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann
auch darin bestehen, daß die Absperrvorrichtung mit einem pneumatischen Stellantrieb
verbunden ist, der bei Beaufschlagung mit dem Druck bzw. Unterdruck des zwangsweise
erzeugten Luftstromes die Klappe gegen die Kraft einer Feder und/oder gegen Schwerkraft
geschlossen hält und beim Ausfall des Luftstromes die Klappe zur Öffnung durch die
Federkraft und/oder Schwerkraft freigibt. Durch die Ausnutzung der Federkraft und/oder
Schwerkraft für den Öffnungsvorgang ist auf alle Fälle sichergestellt, daß bei Störungen
der Zwangsbelüftung die Klappe in Offenstellung gebracht wird und somit die freie
Luftströmung durch den Innenraum einsetzen kann.
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Für eine sichere Betätigung des Stellantriebs ist es vorteilhaft,
daß dieser zur Druck- bzw. Unterdruckbeaufschlagung durch eine Rohrleitung mit der
Druckseite bzw. Saugseite des Ventilators verbunden ist.
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Die Zusatzöffnung kann vorteilhaft am Luftkanal vorgesehen sein, günstiger
ist es jedoch, wenn diese unmittelbar in einer Schrankwand vorgesehen ist, und zwar
vorteilhaft im Bereich jener Horizontalebene, welche durch die Anschlußstelle des
Luftkanals geht.
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Um mehrere Schränke zu einer Batterie aneinanderreihen zu können,
kann eine empfehlenswerte Weiterbildung der Erfindung darin bestehen, daß wenigstens
eine verschließbare Durchgangsöffnung vorgesehen ist, die in der gleichen Horizontalebene
wie die Anschlußstelle angeordnet und in den Abmessungen auf die Anschlußstelle
abgestimmt ist, so daß ein weiterer
Schrank anstellbar und durch
die Durchgangs öffnung mit dem zwangsweise erzeugten Luftstrom beaufschlagbar ist.
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Für diese Ausführungsform ist es empfehlenswert, daß die Anschlußstelle
und die Durchgangsöffnung durch einen im Innenraum geführten Kanal miteinander verbunden
sind, der Öffnungen zum Innenraum aufweist, die vorzugsweise in ihrem Querschnitt
einstellbar sind.
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Weitere Vorteile und empfehlenswerte Merkmale der Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den
schematischen Zeichnungen hervor.
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Hierbei zeigen Figur 1 einen vertikalen Querschnitt durch einen Schrank
gemäß der Erfindung mit oben angeschlossenem Luftkanal, Figur 2 einen vertikalen
Querschnitt durch einen Schrank mit unten angeschlossenem Luftkanal, Figur 3 eine
Ausführungsvariante bezüglich der Absperrvorrichtung und Figur 4 drei nebeneinander
angeordnete und zu einer Batterie verbundene Schränke.
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Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Gemäß Figur 1 weist der Schrank ein quaderförmiges Gehäuse 10 auf,
dessen Innenraum 12 für die Anordnung der nicht dargestellten elektrischen Bauteile,
wie zum Beispiel Spulen und/ oder Halbleiter, welche Verlustwärme erzeugen, vorgesehen
ist.
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Im unteren Bereich des Schrankes, vorzugsweise an seinem tiefsten
Punkt, sind mehrere Verbindungsöffnungen 14 vom Innenraum 12 zum Aufstellungsraum
16 des Schrankes angeordnet. Im oberen Bereich des Schrankes, vorzugsweise an der
höchsten Stelle des Innenraumes, ist eine Anschlußstelle 18 in Form einer Öffnung
angeordnet, an welche ein Luftkanal 20 angeschlossen ist, der mit einem elektrisch
angetriebenen Ventilator 22 versehen ist, dessen Förderrichtung durch den Pfeil
24 angedeutet ist.
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Wie aus Figur 1 zu ersehen, ist die Horizontalebene 26, welche durch
das Zentrum der Anschlußstelle 18 geht, in einer anderen Höhenlage als die Horizontalebene
28, die durch die Zentren der Verbindungsöffnungen 14 gelegt ist, so daß die Luftströmung
im Innenraum im wesentlichen in vertikaler Richtung verläuft.
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Von der an einer vertikalen. Seitenwand 32 angeordneten Anschlußstelle
18 verläuft im Innenraum 12 ein Kanal 30 zur gegenüberliegenden Wand 34. Diese weist
im Endbereich des Kanals 30 eine Durchgangsöffnung 36 auf, welche mit einem Deckel
38 verschlossen ist. Der Kanal 30 weist noch Durchtrittsöffnungen 40 zum Innenraum
12 auf, deren Querschnitte einstellbar sind für die Erzielung einer gleichmäßigen
Luftverteilung.
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An der oberen Deckwand 42 des Schrankes ist die Zusatzöffnung 44 angebracht,
welche mit einer Absperrvorrichtung 46 in Form von Klappen 48 versehen ist. Die
einzelnen Klappen bilden eine Jalousie und sind zur gemeinsamen Betätigung durch
eine Verbindungsstange 50 verbunden.
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Für die Betätigung der Klappen 48 ist ein pneumatischer Stellantrieb
52 vorgesehen. Der Stellantrieb 52 weist ein Gehäuse auf, in dessen Innenraum ein
Federbalg 54 vorgesehen ist, der durch eine Feder 56 in gestreckter Stellung gehalten
ist. Der Innenraum des Federbalgs 54 ist über eine Rohrleitung 58 mit der Saugseite
des Ventilators 22 verbunden, während der Raum,
welcher den Federbalg
54 umgibt, über eine Öffnung 60 mit dem Aufstellungsraum 16 verbunden ist. Die Arbeitsseite
des Federbalgs 54 ist über eine Stange 62 und einen Kipphebel 64, welcher an einem
Festpunkt 66 schwenkbar gelagert ist, mit der Verbindungsstange 50 derart in Verbindung,
daß vom Stellantrieb 52 die Klappen 48 betätigt werden können.
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Beim Betrieb des Ventilators 22 wird Luft aus dem Au-stellungsraum
16 durch die Verbindungsöffnungen 14 in den Innenraum 12 des Schrankes eingesaugt
und an den dort angeordneten Bauteilen, wie zum Beispiel Spulen oder Halbleitern,
zur Kühlung bzw. zur Abfuhr der Verlustwärme vorbeigeführt. Die Luft strömt hierbei
in Generalrichtung in vertikalen Ebenen. Im oberen Bereich des Schrankes tritt die
Luft durch die Durchtrittsöffnungen 40 in den Kanal 30 ein, wird vom Ventilator
22 in den Luftkanal 20 eingesaugt und von hier abgeführt.
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Der Innenraum des Federbalgs 54 steht hierbei durch die Rohrleitung
58 unter Unterdruck gegenüber seinem durch die Öffnung 60 belüfteten Außenraum,
so daß sich der Federbalg 54 gegen den Widerstand der Feder 56 verkürzt und über
die Stange 62, den gelenkig angeschlossenen Kipphebel 64 und die gelenkig angeschlossene
Verbindungsstange 50 die einzelnen Klappen 48 in Schließstellung bringt.
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Tritt jetzt eine Störung der zwangsweisen Luftführung auf, zum Beispiel
durch Ausfall des Ventilators 22, so gleicht sich der Druck zwischen dem Innenraum
und dem Außenraum des Federbalges 54 aus, so daß die Feder 56 den Federbalg 54 streckt,
die Stange 62 nach rechts drückt und über den Hebel 64 die Klappen 48 öffnet. Es
tritt jetzt eine thermisch ausgelöste freie Luftzirkulation auf, die sich vom Aufstellungsraum
16 durch die Verbindungsöffnungen 14, den Innenraum 12 und die Zusatzöffnung 44
zum Aufstellungsraum 16 erstreckt, so daß eine Überhitzung der im Innenraum 12 angeordneten
Bauteile
vermieden ist. Vorzugsweise ist mit dem Stellantrieb 52
eine Signalvorrichtung, zum Beispiel über Endlageschalter, verbunden, welche die
Stör-Stellung des Stellantriebs erfaßt und ein optisches und/oder akustisches Signal
abgibt, so daß der Störfall erkannt wird und behoben werden kann, bevor durch Aufheizung
des Aufstellungsraumes 16 ein unzulässiger Temperaturanstieg im Innenraum 12 des
Schrankes eintritt.
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In Figur 2 ist eine Ausführungsvariante dargestellt. Der Unterschied
gegenüber der Ausführungsform gemäß Figur 1 besteht darin, daß der Luftkanal 120,
die Anschlußstelle 118, der 'Kanal 130 sowie die Zusatzöffnung 144 im unteren Bereich
des schrankes angeordnet sind, wogegen die Verbindungsöffnungen 114 im oberen Bereich,
vorzugsweise an der oberen Deckwand 142 vorgesehen sind.
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Wie weiter aus Figur 2 ersichtlich, ist-der Innenraum des Federbalges
54 mit dem Aufstellungsraum 16 durch eine Öffnung 68 verbunden, wogegen der Außenraum
des Federbalges über-die Rohrleitung 158 mit der Druckseite des Ventilators 22 in
Verbindung steht.
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Im Ruhezustand des Ventilators 22 werden die Klappen 48 durch die
Wirkung der im Federbalg 54 angeordneten Feder 56 in der gezeichneten Offenstellung
gehalten, wogegen bei Ventilatorbetrieb durch den über die Rohrleitung 158 zugeführten
Überdruck der Federbalg 54 gegen die Kraft der Feder 56 zusammengedrückt wird, so
daß über das zwischengeschaltete Gestänge die Klappen 48 in Schließstellung gebracht
werden und somit die freie Zirkulation durch den Innenraum 12 unterbunden ist Während
in den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 für die Betätigung der Klappen
48 ein Stellantrieb 52 vorgesehen ist, zeigt Figur 3 eine Ausführungsvariante mit
einer Klappe 248, die durch die zwangsweise vom Ventilator 22 erzeugte
Luftströmung
direkt betätigt wird. Hierzu ist die Zusatzöffnung 244 in einem zur Vertikalen geneigten
Wandbereich angeordnet und mit einer frei schwingenden Klappe 248 versehen.
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Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß die an ihrem oberen Ende
gelagerte Klappe 248 bei fehlender Luftbeaufschlagung infolge der Schwerkraft senkrecht
nach unten hängt und die im geneigten Wandbereich angeordnete Zusatzöffnung 244
freigibt, wie dies aus Figur 3 deutlich zu ersehen ist.
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Die Luft des Aufstellungsraumes,16 kann jetzt durch die Zusatzöffnung
244 eintreten, die Klappe 248 umströmen und den Innenraum 12 beaufschlagen. Die
Führung der Luft im Bereich der Zusatzöffnung 244 ist hierbei durch den Pfeil 70
angedeutet. Wird der Ventilator 22 in Betrieb genommen, so wird die Klappe 248 durch
den Luftstrom in Schließstellung gedrückt.
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Figur 4 zeigt schließlich drei zu einer Batterie zusammengeschlossene
Schränke, deren Klappen 48 durch einen einzigen gemeinsamen Stellantrieb 52 betätigt
werden. Hierzu sind die Schränke derart nebeneinander angeordnet, daß die Durchgangsöffnungen
36 der einzelnen Schränke sich jeweils mit der Öffnung der Anschlußstelle 18 decken
und dicht miteinander verbunden sind, wie dies aus Figur 4 ersichtlich ist. Die
Verbindungsstangen 50, an welche die einzelnen Klappen 48 jeweils angeschlossen
sind, werden durch gelenkig eingeschaltete Zwischenstangen 72 miteinander bzw. mit
dem Kipphebel 64 verbunden, so daß durch einen einzigen Stellantrieb 52 die Klappen
48 sämtlicher Schränke betätigt werden können und somit der Bauaufwand für solche
Schrankbatterien gering ist. Diese Anordnung läßt sich selbstverständlich auch auf
die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 2 und 3 übertragen.