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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Einsatzmodul, das so gestaltet
ist, dass es in eine Vorrichtung eingesetzt werden kann, wobei die
Vorrichtung so ausgeführt
ist, dass sie einen Kühlmittelfluss, z.
B. von einem Gebläse
oder einem Lüfter
bzw. mittels dieser beiden, empfangen oder erzeugen kann.
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Ein
derartiges Einsatzmodul umfasst normalerweise ein Gehäuse, in
welchem elektronische und/oder optische Komponenten, wie z. B. Messgeräte, Computer,
Halbleiter, Mikroprozessoren oder Speicher angeordnet sind. Während des
Betriebs erzeugen die Komponenten des Einsatzmoduls gewöhnlich Wärme, die
aus dem Gehäuse
abgeführt werden
muss, um ein Überhitzen
der Komponenten zu vermeiden. Zu diesem Zweck enthält das Gehäuse einen
Eingang und einen Ausgang für
den Kühlgasstrom
der Messvorrichtung. Wenn das Einsatzmodul in das Gehäuse eingesetzt
ist, ist das Einsatzmodul in einen Strömungspfad des Kühlgasstroms integriert.
Während
des Betriebs der Messeinheit tritt der Kühlgasstrom durch den Eingang
in das eingesetzte Einsatzmodul ein, strömt dann durch das Einsatzmodul,
wobei er an den Komponenten vorbeiströmt und diese kühlt, und
verlässt
dann das Einsatzmodul durch den Ausgang.
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Die
US-Patentschrift 5 923 532 offenbart eine Kartenführung in
einem Gehäuse
zum Aufnehmen von Schaltungskarten, wobei die Kartenführung eine
rechtwinklige Platte mit einer Vielzahl von Perforationen umfasst,
um die Strömung
eines Kühlmittels über die
Schaltungskarten zu regeln.
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Die
US-Patentschrift 3 967 874 offenbart eine gleichmäßig gekühlte gedruckte
Leiterplatten-Montagebaueinheit. Die Merkmale dieser Dokumente stellen
den Oberbegriff von Anspruch 1 dar.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Einsatzmodul
bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch den unabhängigen Anspruch
1. Bevorzugte Ausführungsformen
werden durch die abhängigen
Ansprüche
gezeigt.
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Da
verschiedene Einsatzmodule unterschiedliche elektronische und/oder
optische Geräte enthalten,
sind für
verschiedene Einsatzmodule unterschiedliche Kühlleistungen erforderlich.
Um den internen Kühlmittelstrom
innerhalb des Gehäuses
an die speziellen Kühlerfordernisse
anzupassen, kann es vorteilhaft sein, eine geeignete Konstruktion und/oder
Konfiguration und/oder Position für den Eingang und/oder den
Ausgang des Gehäuses
auszuwählen.
Da der Eingang und der Ausgang Elemente des Gehäuses sind, können verschiedene
Einsatzmodule unterschiedliche Gehäuse benötigen. Diese Umstände erhöhen die
Herstellungskosten der Einsatzmodule.
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Mittels
mindestens einer durchlässigen,
entfernbaren und/oder austauschbaren Trenneinheit, die vorzugsweise
durch eine Trennwand vorgesehen ist, wird das Gehäuse mit
einem Komponentenbereich und einem Kanalbereich versehen. Die Durchlässigkeit
der Trenneinheit ist vorzugsweise durch eine geeignete Porosität oder Perforation
vorgesehen. Da der Komponentenbereich zum Aufnehmen der elektronischen
und/oder optischen Komponenten des Einsatzmoduls dient, stellt der
Kanalbereich einen Einlasskanal, der mit dem Gehäuseeingang kommuniziert, bzw.
einen Auslasskanal, der mit dem Gehäuseausgang kommuniziert, bereit.
Mit anderen Worten, ein Einlasskanal oder ein Auslasskanal ist gemäß der vorliegenden
Erfindung in das Gehäuse des
Einsatzmoduls integriert. Durch Verwendung von verschiedenen Trenneinheiten
kann dasselbe Gehäuse
an unterschiedliche Geräte
und/oder unterschiedliche Kühlerfordernisse
angepasst werden. Zu diesem Zweck müssen lediglich verschiedene
Trenneinheiten vorgesehen werden, wohingegen die Gehäuse unverändert bleiben.
Demzufolge benötigen verschiedene
Einsatzmodule lediglich einen Gehäusetyp. und dadurch kann die
Materialverwaltung in der Produktionslinie der Einsatzmodule vereinfacht werden,
und somit können
die Herstellungskosten der Einsatzmodule verringert werden.
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Die
Trenneinheiten können
durch eine ausgewählte
Konstruktion, Abmessungen, Formen und/oder Materialien an die spezifischen
Kühlerfordernisse
angepasst werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Trenneinheiten
an die spezifischen Kühlerfordernisse
der elektronischen Komponenten angepasst, indem eine geeignete vorgesehene
Durchlässigkeit
oder Porosität
oder Perforation ausgewählt
wird. Durch Verwendung einer richtigen Gestaltung hinsichtlich der
Durchlässigkeit
(Porosität/Perforation)
kann der innere Kühlgasstrom
innerhalb des Gehäuses
auf heiße
Punkte, z. B. Komponenten wie Mikroprozessoren, die eine intensive Kühlung benötigen, gerichtet
werden.
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Um
die Montage der erfindungsgemäßen Einsatzmodule
zu vereinfachen, wird die Trenneinheit durch einen Träger getragen,
der zwei Längsrillen
aufweist, welche einander gegenüberliegen
und in welche die Trenneinheit an ihren Kanten eingesetzt ist. In
dieser Ausführungsform
besitzt das Gehäuse
eine äußere Seitenwand,
die so gestaltet ist, dass ein entfernbarer Deckel vorgesehen werden kann,
wodurch der entfernte Deckel eine Öffnung bereitstellt, durch
welche die Trenneinheit in die Rillen eingesetzt und aus den Rillen
entfernt werden kann. Der entfernbare Deckel und der Rillenträger gewährleisten
eine einfache Montage und Demontage des Einsatzmoduls und ermöglichen
insbesondere die Umwandlung des jeweiligen Einsatzmoduls zu einem anderen
Einsatzmodul bei einem anderen Messgerät, für das andere Kühlbedingungen
erforderlich sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst
ein Teil des Gehäuses
den Kanalbereich und einen Träger,
der so gestaltet ist, dass er die Trenneinheit tragen kann, wobei
dieser Teil des Gehäuses einstückig ausgeführt ist.
Mit Hilfe dieser Konstruktion kann das Gehäuse mit dem integrierten Kanal bzw.
dem integrierten Kanalbereich bei geringeren Kosten hergestellt
werden. Um vergleichsweise geringe Herstellungskosten zu erreichen,
kann das einstückige
Teil des Gehäuses
z. B. durch Strangpressen hergestellt werden.
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Ein
weiterer Vorteil des Einsatzmoduls der Erfindung kann in einer Ausführungsform
erkannt werden, bei der die Trenneinheit entfernt ist oder eine Länge aufweist,
die kleiner als die Länge
des Kanalsbereichs ist, und bei der sich mindestens eine Komponente,
die in dem Komponentenbereich angeordnet ist, in den Kanalbereich
erstreckt. Mit Hilfe dieser Konstruktion ist es möglich, das
Gehäuse
mit großen Komponenten
auszurüsten,
die gewöhnlich
nicht vollständig
in den Komponentenbereichen angeordnet werden können oder die selbst in einem
Gehäuse eines
gewöhnlichen
Einsatzmoduls nicht angeordnet werden können. Es können sich jedoch offensichtlich nur
solche Komponenten in den Kanalbereich erstrecken, die keine intensive
Kühlung
oder überhaupt keine
Kühlung
benötigen.
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Weitere
Aufgaben und viele der zugehörigen Vorteile
der vorliegenden Erfindung können
leicht erkannt werden und werden besser verstanden durch eine Bezugnahme
auf die folgende genaue Beschreibung, wenn diese in Verbindung mit
den beigefügten Zeichnungen
betrachtet wird. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionell
gleich oder ähnlich
sind, werden durch gleiche Bezugszeichen angegeben.
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1 stellt
ein Vorderteil eines Einsatzmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung
in einer isometrischen Ansicht dar; und
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die 2 bis 4 stellen
Längsschnitte durch
verschiedene Ausführungsformen
des Einsatzmoduls vereinfacht dar.
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In 1 umfasst
ein Einsatzmodul 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Gehäuse 2 mit
zwei parallelen Seitenwänden 3 und 4,
die sich in einer Längsrichtung
des Gehäuses 2 erstrecken.
In 1 ist diese Längsrichtung
durch einen Pfeil 5 symbolisiert. Das Gehäuse 2 umfasst
einen Teil 6, der in dem gezeigten Beispiel eine Oberseite 7 des
Gehäuses 2 formt
oder umfasst. Der Teil 6 ist vorzugsweise in einem Stück, z. B.
Strangpressen hergestellt. Mindestens eine der Seitenwände 3, 4,
hier die Seitenwand 4, die vom Betrachter abgewandt ist,
kann als Bestandteil des einstückigen
Teils 6 hergestellt sein. Deswegen umfasst der Teil 6 zwei
nebeneinander liegende Seitenwände
des Gehäuses 2,
und zwar die Seitenwand 4 und die Oberseite 7.
Der Oberseite 7 gegenüberliegend
besitzt das Gehäuse 2 eine
Unterseite 8 mit einer Öffnung 9.
Diese Öffnung 9 bildet vorzugsweise
einen Eingang des Gehäuses 2,
durch den ein Kühlmittelstrom
(der in den 2 bis 4 mit dem
Bezugszeichen 10 angegeben ist) in das Gehäuse 2 eintreten
kann. Die Öffnung 9 kann
offensichtlich alternativ als ein Ausgang des Gehäuses 2 verwendet
werden, durch den der Kühlgasstrom 10 das
Gehäuse 2 verlassen
kann.
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Das
Kühlmittel,
das für
den Kühlmittelstrom 10 verwendet
wird, kann vorzugsweise ein Kühlgas sein,
das vorzugsweise Luft ist, wobei jedoch außerdem die Verwendung einer
Kühlflüssigkeit,
die vorzugsweise Wasser ist, möglich
ist.
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Der
einstückige
Teil 6 des Gehäuses 2 umfasst
einen Träger 11,
der ein Bestandteil des Teils 6 ist. Dieser Träger 11 weist
zwei gegenüberliegende Rillen 12 auf,
von denen lediglich die dem Betrachter zugewandte Rille sichtbar
ist. Die Rillen 12 erstrecken sich parallel zur Längsrichtung 5 des
Gehäuses 2.
Durch diese Rillen 12 ist es möglich, dass der Träger eine
Trenneinheit 13 tragen kann, die in das Gehäuse 2 eingesetzt
werden kann. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform
ist für
die Trenneinheit eine Trennwand 13 vorgesehen. Wenn die
Trennwand 13 in das Gehäuse 2 eingesetzt
ist, verlaufen die gegenüberliegenden
Kanten 14 der Trennwand 13 in den Rillen 12.
Deswegen kann die Trennwand 13 in der Längsrichtung 5 des
Gehäuses 2 in
die Rillen 11 gesteckt werden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, umfasst das Gehäuse 2 an seinem vorderen
Teil ein vorderes Seitenelement oder eine vordere Wand 15,
die vom Gehäuse 2 entfernbar
ist. Zu diesem Zweck kann die vordere Seitenwand 15 mittels
nicht gezeigter Schrauben an dem Gehäuse 2 angebracht werden.
Um die vordere Seitenwand 15 an dem Gehäuse 2 zu befestigen,
gehen die Schrauben durch Öffnungen 16 des
Gehäuses 2 und
kommen mit den Gewinden 17 der vorderen Seitenwand 15 in
Eingriff. Deswegen bildet die vordere Seitenwand 15 einen
entfernbaren Deckel, der im Folgenden ebenfalls mit dem Bezugszeichen 15 angegeben
ist. Wenn der Deckel 15 von dem Gehäuse 2 abgenommen ist,
besitzt das Gehäuse 2 eine
vordere Öffnung 18,
die in 1 dem Betrachter zugewandt ist und durch die die
Trennwand 13 in die Trägerrillen 12 eingesetzt
bzw. aus den Rillen 12 entfernt werden kann. Deswegen kann
die Trennwand 13 mittels des entfernbaren Deckels 15 durch
die vordere Öffnung 18 entfernt
oder ausgetauscht werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Trennwand 13 für das Kühlmittel durchlässig. Diese Durchlässigkeit
kann durch eine geeignete Porosität oder Perforation bereitgestellt
werden. Die jeweilige Durchlässigkeit,
Porosität
oder Perforation ist mit dem Bezugszeichen 19 angegeben
und wird z. B. mittels verschiedener Öffnungen oder Löcher bereitgestellt,
die die gleiche Form oder unterschiedliche Formen aufweisen können. In
einer weiteren Ausführungsform
kann eine derartige Perforation 19 offensichtlich in Form
einer einzigen Öffnung
vorgesehen werden.
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Die
Trennwand 13 ist so gestaltet, dass sie in dem Gehäuse 2 einen
Kanalsbereich 20 von einem Komponentenbereich 21 trennen
kann. Da der Träger 11 in
der gezeigten Ausführungsform
in den einstückigen
Teil 6 integriert ist, ist der Kanalbereich 20 demzufolge
in dem Teil 6 vorgesehen, wohingegen der Komponentenbereich 21 das
restliche Volumen des Gehäuses 2 ausfüllt. Der
Kanalbereich 20 kommuniziert mit einer Öffnung, die in 1 nicht
sichtbar ist, die in den 2 bis 4 jedoch
mit dem Bezugszeichen 22 angegeben ist. Diese Öffnung 22 bildet
vorzugsweise einen Ausgang des Gehäuses 2, durch welchen
der Kühlgasstrom 10 (siehe 2 bis 4)
das Gehäuse 2 verlassen
kann. Der Kanalbereich 20 bildet dann einen Auslasskanal.
Die Öffnung 22 kann
offensichtlich alternativ als Eingang des Gehäuses 2 verwendet werden,
durch welchen der Kühlgasstrom 10 in
das Gehäuse 2 eintreten
kann. Demzufolge bildet der Kanalbereich 20 dann einen Einlasskanal.
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Der
Komponentenbereich 21 des Gehäuses 2 ist so gestaltet,
dass er Komponenten aufnehmen kann, insbesondere elektronische und/oder
optische Komponenten, Messgeräte
oder Messausrüstungen. Diese
Komponenten sind in den 2 bis 4 mit dem
Bezugszeichen 35 angegeben. Elektronische Komponenten können außerdem optische
Komponenten enthalten. Die vordere Seitenwand 15 zeigt im
Einzelnen verschiedene elektronische und/oder optische Verbinder 23,
die für
die innerhalb des Gehäuses 2 bzw.
innerhalb des Komponentenbereichs 21 angeordneten Komponenten 35 Eingangs- und/oder
Ausgangsschnittstellen bereitstellen.
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In
der Ausführungsform
gemäß 1 umfasst
die Trennwand 13 an ihrem vorderen Ende, das dem Betrachter
zugewandt ist, ein Endsegment 37, das senkrecht zu der
restlichen Trennwand 13 hin gebogen ist. Dieses Endsegment 37 ist
so gestaltet, dass es das vordere Ende des Kanalbereichs 20 verschließen kann.
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Gemäß 1 weist
das Gehäuse 2 vorzugsweise
eine Höhe 24 auf,
die größer ist
als die Breite des Gehäuses,
die mit dem Bezugszeichen 25 angegeben ist. In den 2 bis 4 weist
das Gehäuse 2 vorzugsweise
eine Länge 26 auf,
die größer als
die Gehäusehöhe 24 ist.
Deswegen besitzt das Gehäuse 2 eine
lange und flache Form. Der Kanalbereich 20 erstreckt sich
vorzugsweise unter der Oberseite 7 und entlang der Gehäusebreite 25 (siehe 1)
und der Gehäuselänge 26.
Obwohl das Beispiel bevorzugt ist, sind offensichtlich weitere Anordnungen
des Kanalbereichs 20 möglich
und liegen im Umfang der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß den 2 bis 4 ist
das jeweilige Einsatzmodul 1 so ausgeführt, dass es in eine Vorrichtung,
die vorzugsweise eine modulare Messvorrichtung 27 ist,
eingesetzt werden kann, die mindestens einen Schlitz 28 aufweist,
der zum Einsetzen eines derartigen Einsatzmoduls 1 geeignet
ist. Die Messeinheit 27 stellt eine Einlasskammer 29 unterhalb
der Unterseite 8 des Gehäuses 2 des eingesetzten
Einsatzmoduls 1 bereit. Diese Einlasskammer 29 kommuniziert über einen
Einlass 30 der Messeinheit 27 mit der Umgebung 31 der
Messeinheit 27. Die Messeinheit 27 enthält außerdem eine
Auslasskammer 32, die mit einem Auslass 33 der
Messeinheit 27 kommuniziert. Dieser Auslass 33 ist
mit einer Ansaugseite eines Gebläses
oder eines Lüfters 34 verbunden,
das bzw. der ein externer Lüfter 34 oder
ein in die Messeinheit 27 integrierter Lüfter 34 sein
kann. Die Druckseite des Lüfters 34 kommuniziert
mit der Umgebung 31. Der Lüfter 34 erzeugt während seines Betriebs
den Kühlgasstrom 10,
der einem Strömungspfad
folgt, der zwischen dem Einlass 30 und dem Auslass 33 innerhalb
der Messeinheit 27 eingerichtet wird.
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Wenn
das Einsatzmodul 1 in die Messeinheit 27 eingesetzt
ist, kommuniziert der Eingang 9 des Gehäuses 2 mit der Einlasskammer 29,
und der Ausgang 22 des Gehäuses 2 kommuniziert
mit der Auslasskammer 32. Deswegen ist das Einsatzmodul 1 bzw.
sein Gehäuse 2 in
den oben erwähnten
Flusspfad des Kühlgasstroms 10 integriert.
Während
des Betriebs der Messeinheit 27 bzw. ihres Lüfters 34 tritt der
Kühlgasstrom 10 über den
Einlass 30, die Einlasskammer 29 und den Eingang 9 in
das Gehäuse 2 ein.
In dem Komponentenbereich 21 des Gehäuses 2 passiert der
Kühlgasstrom 10 die
Komponenten 35 und gewährleistet
somit eine Kühlung
der Komponenten 35. Nach dem Passieren und dem Kühlen der Komponenten 35 verlässt der
Kühlgasstrom 10 den Komponentenbereich 21,
strömt
durch die Perforation 19 der Trennwand 13 und
tritt in den Kanalbereich 20 ein. Bei diesem Beispiel stellt
der Kanalbereich 20 einen Auslasskanal bereit, der zum
Ausgang 22 des Gehäuses 2 führt. Am
Ausgang 22 tritt der Kühlgasstrom 10 in
die Auslasskammer 32 ein. Der Lüfter 34 drückt den
Kühlgasstrom 10 von
der Auslasskammer 32 durch den Auslass 33 in die
Umwelt oder Umgebung 31.
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Verschiedene
Einsatzmodule 1 können
mit unterschiedlichen oder variierenden Kombinationen aus Komponenten 35 ausgerüstet sein.
Für unterschiedliche
Geräte
können
unterschiedliche Kühlleistungen
erforderlich sein. Die geplante Durchlässigkeit bzw. Perforation 19 der
Trennwand 13 ist an die spezifischen Kühlanforderungen der entsprechenden Komponentenanordnung
angepasst. Da die Trennwand 13 leicht entfernt oder ausgetauscht
werden kann, ist der Aufwand zum Anpassen des Einsatzmoduls 1 an
eine spezielle Anwendung verhältnismäßig gering.
Deswegen besitzen unterschiedliche Typen von Einsatzmodulen 1 das
gleiche Gehäuse 2,
aber Trennwände 13 mit
unterschiedlichen Perforationen 19.
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In
den Beispielen der 2 bis 4 besitzen
die Einsatzmodule 1 unterschiedliche Trennwände 13 bzw.
besitzen Trennwände 13 mit
unterschiedlichen Perforationen 19. Gemäß verschiedenen Parametern
wie Anordnung, Position, Form und Dimension beeinflusst die Perforation 19 den
Kühlgasstrom 10 in
dem Komponentenbereich 21. In 2 benötigen alle
Komponenten 35 eine Kühlung,
deswegen beeinflusst die Perforation 19 den Kühlgasstrom 10, damit
er alle Komponenten 35 passiert. In 3 benötigen lediglich
die Komponenten 35 an der linken Seite eine Kühlung. Die
Perforation 19 ist demzufolge so gestaltet, dass sie den
Kühlgasstrom 10 auf
die links befindlichen Komponenten 35 richtet. In dem Beispiel
von 4 benötigen
die rechts befindlichen Komponenten 35 eine stärkere Kühlung als
die links befindlichen Komponenten 35. Demzufolge ist die Perforation 19 so
ausgeführt,
dass sie die Kühlung der
rechts befindlichen Komponenten 35 hervorhebt.
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In
dem dargestellten Beispiel enthält
die Trenneinheit 13, d. h. die Trennwand 13, mindestens einen
durchlässigen
Teil und mindestens einen nichtdurchlässigen Teil, wobei diese Teile
bei diesem Beispiel durch die Anordnung der Löcher der Perforation 19 vorgesehen
sind. Mit Hilfe einer geeigneten Anordnung des durchlässigen und
des nichtdurchlässigen
Teils kann die Trenneinheit 13 auf spezielle Kühlanforderungen
der aktuellen Anordnung von Komponenten 35 angepasst werden.
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Die
Anpassung der Trennwand 13 auf die aktuellen Kühlanforderungen
der Komponenten 35, die gegenwärtig in dem Komponentenbereich 21 angeordnet
sind, wird vorzugsweise durch mindestens ein Merkmal aus einer Gruppe
der folgenden Merkmale ausgeführt:
- – Auswählen einer
geeigneten Form des mindestens einen Lochs der Perforation 19,
- – Auswählen einer
geeigneten Anzahl der Löcher der
Perforation 19,
- – Auswählen einer
geeigneten Positionierung des mindestens einen Lochs der Perforation 19,
und
- – Auswählen einer
geeigneten Querschnittsfläche des
mindestens einen Lochs der Perforation 19.
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4 stellt
eine weitere spezielle Ausführungsform
dar, da die Trennwand 13 kürzer ist als in den anderen
Beispielen. Im Einzelnen ist die Länge der Trennwand 13 geringer
als die Länge
des Kanalbereichs 20. Es ist deswegen möglich, mindestens einen Teil 36 des
Kanalbereichs auch zum Anordnen der Komponenten 35 zu verwenden.
In dem angegebenen Beispiel erstreckt sich eine große Komponente 35 in
den Teil 36 des Kanalbereichs 20. Es ist offensichtlich,
dass diese große
Komponente 35 keine starke Kühlung benötigt. Da die Trennwand 13 entfernbar
ist, besitzt außerdem
ein spezieller Typ des Einsatzmoduls 1 gegebenenfalls keine
Trennwand 13, so dass der gesamte Kanalbereich 20 zum
Anordnen vom Komponenten 35 verwendet werden kann.