DE102008062430A1

DE102008062430A1 - Steuerschrank

Info

Publication number: DE102008062430A1
Application number: DE102008062430A
Authority: DE
Inventors: Dieter Teutrine
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2028-12-18
Also published as: DE102008062430B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Steuerschrank, insbesondere für Industrieroboter, aufweisend einen Aufnahmeraum (12) für ein Baugruppen-Gehäuse (2), sowie weitere Steuerbauelemente und/oder Steuerbaugruppen (13), einen Lüftungsraum (10), eine den Aufnahmeraum (12) vom Lüftungsraum (10) trennende Zwischenwand (11), und einen im Lüftungsraum (10) angerodneten Wärmetauscher (7), dessen erste Kühlstrukturen (8) dem Innenkreislauf des Aufnahmeraums (12) zugeordnet und dessen zweite Kühlstrukturen (18) dem Außenkreislauf des Lüftungsraums (10) zugeordnet sind. Um den Wirkungsgrad eines Entwärmungssystems von Schaltschränken zu erhöhen, insbesondere den Verbrauch von elektrischer Energie zu vermindern, wird vorgeschlagen, die Innenkreislauf-Luftströmung von einem in einem Baugruppen-Gehäuse (2), insbesondere Steuerrechner-Gehäuse (PC) integrierten Lüfter (4) zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Steuerschrank, insbesondere für Industrieroboter.
Aus der DE 195 31 310 A1 ist ein Schaltschrank mit einem in ein Wandelement eingebauten Wärmetauscher bekannt, mit einem Innenkreislauf und einem Aussenkreislauf, wobei in einen Durchbruch des Wandelementes ein einstückiger Kühlkörper eingebaut ist, der mit vertikal ausgerichteten Innen-Kühlrippen in den Schrankinnenraum ragt und mit vertikal ausgerichteten Aussen-Kühlrippen auf der Schrankaussenseite liegt, wobei die Innen-Kühlrippen des Kühlkörpers mittels einer Innen-Abdeckung abgedeckt sind. Dort saugt ein Innenventilator Luft aus dem Schrankinnenraum an und führt diese im oberen Bereich den zwischen den Innen-Kühlrippen gebildeten Innenkanälen zu, in denen die angesaugte Luft in den unteren Bereich der Innen-Kanäle und von da aus in den Schaltschrankinnenraum geleitet wird, wobei die Innenabdeckung die Innen-Kühlrippen an ihren Oberseiten überragt und in diesem Bereich den Innenventilator trägt und die Innenabdeckung im unteren Bereich der Innen-Kühlrippen mittels einer Auslassplatte verschlossen ist, in der Luftaustrittsdüsen angeordnet sind bzw. elastische Luftkanäle abgehen. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass sowohl für den Innenkreislauf als auch den Aussenkreislauf jeweils mindestens ein gesonderter Ventilator notwendig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad eines Entwärmungssystems von Schaltschränken zu erhöhen, insbesondere den Verbrauch von elektrischer Energie zu vermindern.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Steuerschrank die folgenden Merkmale aufweist:

– einen Aufnahmeraum für ein Steuerrechner-Gehäuse (PC), sowie weitere Steuerbauelemente und/oder Steuerbaugruppen,
– einen Lüftungsraum,
– eine den Aufnahmeraum vom Lüftungsraum trennende Zwischenwand,
– einen im Lüftungsraum angeordneten Wärmetauscher, dessen erste Kühlstrukturen dem Innenkreislauf des Aufnahmeraums zugeordnet und dessen zweite Kühlstrukturen dem Außenkreislauf des Lüftungsraums zugeordnet sind,

In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung kann der integrierte Lüfter mit seiner Unterdruckseite in Strömungsrichtung austrittsseitig der ersten Kühlstrukturen des Wärmetauschers angeordnet sein.
Alternativ oder ergänzend kann vom Baugruppen-Gehäuse bzw. Steuerrechner-Gehäuse (PC) separate weitere Steuerbaugruppen, wie bspw. Niederspannungsschaltgeräte, in Strömungsrichtung dem Baugruppen-Gehäuse bzw. Steuerrechner-Gehäuse (PC) unmittelbar nachfolgend angeordnet sein.
In allen Varianten können Antriebsreglermodule in Strömungsrichtung dem Baugruppen-Gehäuse bzw. Steuerrechner-Gehäuse (PC) und/oder den separaten weiteren Steuerbaugruppen nachfolgend angeordnet sein.
Die Innenkreislauf-seitigen ersten Kühlstrukturen des Wärmetauschers können in einen von oben nach unten durchströmten ersten Lüftungskanal ragen, an dessen unterem Austrittsende der integrierte Lüfter strömungstechnisch angeschlossen sind.
In einer solchen Variante kann ein oberes Eintrittsende des ersten Lüftungskanals strömungstechnisch den Antriebsreglermodulen nachfolgend angeordnet sein.
In allen Ausgestaltungen des Steuerschranks kann Außenkreislauf-seitig in einem zweiten Lüftungskanal ein Außenlüfter zum Durchströmen der zweiten Kühlstrukturen in Strömungsrichtung von unten nach oben angeordnet sein.
In diesem Fall können Kühlkörper der Antriebsreglermodule dem zweiten Lüftungskanal zugeordnet sein und ein vom zweiten Lüftungskanal getrennter dritter Lüftungskanal vorgesehen ist, dem die zweiten Kühlstrukturen des Wärmtauschers zugeordnet sein.
Der Außenlüfter kann eine Überströmöffnung in einer Trennwand zwischen zweitem Lüftungskanal und drittem Lüftungskanal für einen vom Außenlüfter erzeugten Teilluftstrom vorgesehen sein.
Die Überströmöffnung kann dabei an einem strömungstechnisch unteren Ende des zweiten bzw. drittem Lüftungskanal in der Trennwand angeordnet sein.
Generell für die Erfindung bedeutet dies, dass der Schaltschrank an der Rückseite und an einer Seitenwand doppelwandig ausgeführt ist. Der Raum zwischen den Wänden dient als Luftkanal. In dem Luftkanal wird durch einen drehzahlgeregelten Außenlüfter eine Luftströmung erzeugt, die zur Wärmeabfuhr genutzt wird. Die Antriebsmodule, die den größten Teil der Verlustwärme erzeugen, können in Kaltmodultechnik ausgeführt sein und werden zum überwiegenden Teil über ihre in den Luftkanal regenden Kühlkörper entwärmt. Die Antriebsmodule leiten jedoch noch eine gewisse Wärmemenge in das Schaltschrankinnere ein. Im durch die doppelte Schaltschrankseitenwand gebildeten Luftkanal ist deshalb ein Luft-Luft-Wärmetauscher angeordnet, der an seiner Außenseite von unten nach oben durch den Außenlüfter beströmt wird. Im Inneren des Schaltschrankes ist der Wärmetauscher am unteren Ende durch geeignete Luftkanäle so mit dem Baugruppen-Gehäuse bzw. PC-Gehäuse des eingebauten PC's strömungstechnisch verbunden, dass der PC-Lüfter kalte Luft über den Wärmetauscher ansaugt. Diese Luft dient zunächst der Kühlung des thermisch hoch beanspruchten Prozessors, kühlt danach die anderen Baugruppen im Inneren des Baugruppen-Gehäuse bzw. PC-Gehäuses und strömt durch geeignet angeordnete Ausströmöffnungen so aus dem Baugruppen-Gehäuse bzw. PC-Gehäuse aus, dass anschließend noch die anderen im Schaltschrank angeordneten Baugruppen angeströmt und entwärmt werden. Die erwärmte Luft strömt am oberen Ende des Schaltschrankes in die dort angeordnete Einströmöffnung des Wärmetauschers ein und wird hier abgekühlt.
Gegenüber dem bekannten Stand der Technik unterscheidet sich die Erfindung durch die Verwendung eines Gerätelüfters einer in den Schaltschrank eingebauten Baugruppe als Strömungserzeuger eines Innenkreislaufs in einem Schaltschrank. Der Gerätelüfters kann insbesondere der eines Steuerrechners sein. Der Gerätelüfters saugt dabei Kaltluft aus dem Wärmetauscher des Schaltschranks an. Der Wärmetauscher kann in ein ganzheitliches Kühlkonzept in Kaltmodultechnik (Antriebsmodule, Netzteile, Netzfilter) integriert sein.
Die Erfindung ist anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Alle Merkmale dieser konkreten Ausführungsform können weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Innenkreis-Strömung in einem erfindungsgemäßen Steuerschrank;
2 eine schematische Darstellung einer Außenkreis-Strömung entlang eines Wärmetauschers in dem erfindungsgemäßen Steuerschrank gemäß 1;
3 eine schematische Darstellung der Außenkreis-Strömung gemäß 2 mit einem von einem Außenlüfter erzeugten Strömungsverlauf entlang Kühlkörper von Antriebsreglermodulen und einem Teilluftstrom entlang des Wärmetauschers;
4 eine Seitenansicht der schematischen Darstellung der Außenkreis-Strömung gemäß 3;
5 eine Draufsicht der schematischen Darstellung der Außenkreis-Strömung gemäß 3.
In 1 ist ein Steuerschrank 1 eines Industrieroboters dargestellt, dessen Bewegungen mittels eines PC-basierten Steuerungsprogramms gesteuert werden. In dem Steuerschrank 1 ist ein Baugruppen-Gehäuse 2 d. h. ein Steuerrechner-Gehäuse PC eines Steuerungs-PC's 3 zum Ausführen des Industrieroboter-Steuerungsprogramms enthalten.
Das im folgenden nur mehr als Steuerrechner-Gehäuse PC bezeichnete Baugruppen-Gehäuse 2 weist einen gehäuse-integrierten Lüfter 4 auf. Der Lüfter 4 ist mit seiner Position und Orientierung innerhalb des Steuerrechner-Gehäuses PC herstellerseitig festgelegt. Für die Erfindung ist deshalb das Steuerrechner-Gehäuses PC innerhalb des Steuerschranks 1 derart angeordnet und ausgerichtet, so dass wie in 1 dargestellt eine Innenkreislauf-Luftströmung (Pfeile P1–P6) durch den Lüfter 4 erzeugbar ist. Mittels eines Luftkanals 5 ist die Unterdruckseite d. h. die Saugseite des Lüfters 4 mit einem unteren Austrittsende 6 eines Wärmetauschers 7 strömungstechnisch verbunden.
Der Wärmetauscher 7 weist erste Kühlstrukturen 8 bzw. Kühlrippen auf, die in einen ersten Lüftungskanal 9 des Lüftungsraums 10 hineinragen. Der Lüftungsraum 10 ist mittels einer Zwischenwand 11 von einem Aufnahmeraum 12 für das Steuerrechner-Gehäuses PC getrennt. An dem unteren Austrittsende 6 ist der erste Lüftungskanal 9 mittels des Luftkanals 5 mit dem Aufnahmeraum 12 strömungstechnisch verbunden. In diesem Strömungsabschnitt P1 ist die Temperatur der angesaugten Kühlluft am geringsten. Die Kühlluft wird durch den Lüfter 4 gesaugt und tritt überdruckseitig des Lüfters 4 in das Steuerrechner-Gehäuses PC ein, um dort im Strömungsabschnitt P2 die hoch temperaturbelasteten Bauteile, wie bspw. den oder die Prozessoren zu kühlen.
Die leicht erwärmte Kühlluft wir dann im Strömungsabschnitt P3 aus dem Steuerrechner-Gehäuses PC ausgeblasen und den vom Steuerrechner-Gehäuse PC separaten weiteren Steuerbaugruppen 13, wie bspw. Niederspannungsschaltgeräte zugeleitet. Die dort weiter erwärme Kühlluft kann folgend im Strömungsabschnitt P4 den Antriebsreglermodulen 14 zugeleitet werden. Kühlluft, die bereist so weit erwärmt ist, dass sie nicht mehr zur Kühlung von hochempfindlichen temperaturbelasteten Bauteilen, wie Prozessoren oder weiteren Steuerbaugruppen 13 zweckmäßig ist, kann zur ausreichenden Kühlung der robusteren Beuteile, wie Antriebsreglermodule 14 im Strömungsabschnitt P5 verwendet werden. Strömungstechnisch den Antriebsreglermodulen 14 nachgelagert wird die erwärmte Kühlluft über ein oberes Eintrittsende 15 im Strömungsabschnitt P6 den ersten Kühlstrukturen 8 des Wärmetauschers 7 zurückgeführt.
In 2 ist eine durch einen Außenlüfter 16 (3) erzeugte Außenkreislauf-Luftströmung (Pfeile P7) dargestellt. Außenkreislauf-Luftströmung (Pfeile P7) strömt durch einen zweiten Lüftungskanal 17, dem die Außenkreislauf-Luftströmung (Pfeile P7) zugeordnet ist. Die Außenkreislauf-Luftströmung (Pfeile P7) strömt von unten nach oben innerhalb des zweiten Lüftungskanal 17. Sie entwärmt den Wärmetauscher 7 über zweite Kühlstrukturen 18, die Teil des Wärmetauschers 7 sind. Die Außenkreislauf-Luftströmung (Pfeile P7) wird von dem Außenlüfter 16 erzeugt.
Der Außenlüfter 16 ist in 3 dargestellt. Der Außenlüfter 16 ist in einem dritten Lüftungskanal 19 angeordnet. Der Außenlüfter 16 erzeugt eine Luftstrom zur Kühlung von Kühlkörpern 20 der Antriebsreglermodule 14. Die Kühlkörper 20 der Antriebsreglermodule 14 werden dabei von unten nach oben entlang der Kühl-Luftströmung (Pfeile P8) durchströmt.
Wie in den 3 bis 5 dargestellt ist neben dem dritten Lüftungskanal 19 der zweite Lüftungskanal 17 durch eine Trennwand 21 vom dritten Lüftungskanal 19 strömungstechnisch separiert angeordnet. Ein Teilluftstrom (Pfeil P9) wird durch den Außenlüfter 16 über eine Überstromöffnung 22 aus dem dritten Lüftungskanal 19 in den zweite Lüftungskanal 17 abgezweigt. Der abgezweigte Teilluftstrom (Pfeil P9) dient der Kühlung der zweiten Kühlstrukturen 18 des Wärmetauschers 7 im zweite Lüftungskanal 17.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19531310 A1 [0002]

Claims

Steuerschrank, insbesondere für Industrieroboter aufweisend: – einen Aufnahmeraum (12) für ein Baugruppen-Gehäuse (2), sowie weitere Steuerbauelemente und/oder Steuerbaugruppen (13), – einen Lüftungsraum (10), – eine den Aufnahmeraum (12) vom Lüftungsraum (10) trennende Zwischenwand (11), – einen im Lüftungsraum (10) angeordneten Wärmetauscher (7), dessen erste Kühlstrukturen (8) dem Innenkreislauf des Aufnahmeraums (12) zugeordnet und dessen zweite Kühlstrukturen (18) dem Außenkreislauf des Lüftungsraums (10) zugeordnet sind, wobei eine Innenkreislauf-Luftströmung von einem in einem Baugruppen-Gehäuse (2), insbesondere Steuerrechner-Gehäuse (PC) integrierten Lüfter (4) erzeugt wird.
Steuerschrank nach Anspruch 1, bei dem der integrierte Lüfter (4) mit seiner Unterdruckseite in Strömungsrichtung austrittsseitig der ersten Kühlstrukturen (8) des Wärmetauschers (7) angeordnet ist.
Steuerschrank nach Anspruch 2, bei dem vom Baugruppen-Gehäuse (2) bzw. Steuerrechner-Gehäuse (PC) separate weitere Steuerbaugruppen (13), wie Niederspannungsschaltgeräte, in Strömungsrichtung dem Baugruppen-Gehäuse (2) bzw. Steuerrechner-Gehäuse (PC) unmittelbar nachfolgend angeordnet sind.
Steuerschrank nach Anspruch 2 oder 3, bei dem Antriebsreglermodule (14) in Strömungsrichtung dem Baugruppen-Gehäuse (2) bzw. Steuerrechner-Gehäuse (PC) und/oder den separaten weiteren Steuerbaugruppen (13) nachfolgend angeordnet sind.
Steuerschrank nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Innenkreislauf-seitigen ersten Kühlstrukturen (8) des Wärmetauschers (7) in einen von oben nach unten durchströmten ersten Lüftungskanal (9) ragen, an dessen unterem Austrittsende (6) der integrierte Lüfter (4) strömungstechnisch angeschlossen ist.
Steuerschrank nach Anspruch 5, bei dem ein oberes Eintrittsende (15) des ersten Lüftungskanals (9) strömungstechnisch den Antriebsreglermodulen (14) nachfolgend angeordnet ist.
Steuerschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem Außenkreislauf-seitig in einem zweiten Lüftungskanal (17) ein Außenlüfter (16) zum Durchströmen der zweiten Kühlstrukturen (18) in Strömungsrichtung von unten nach oben angeordnet ist.
Steuerschrank nach Anspruch 7, bei dem Kühlkörper (20) der Antriebsreglermodule (14) dem zweiten Lüftungskanal (17) zugeordnet sind und ein vom zweiten Lüftungskanal (17) getrennter dritter Lüftungskanal (19) vorgesehen ist, dem die zweiten Kühlstrukturen (18) des Wärmtauschers (7) zugeordnet sind.
Steuerschrank nach Anspruch 8, bei dem eine Überströmöffnung (22) in einer Trennwand (21) zwischen zweitem Lüftungskanal (17) und drittem Lüftungskanal (19) für einen vom Außenlüfter (16) erzeugten Teilluftstrom vorgesehen ist.
Steuerschrank nach Anspruch 9, bei dem die Überströmöffnung (22) an einem strömungstechnisch unteren Ende des zweiten Lüftungskanal (17) bzw. drittem Lüftungskanal (19) in der Trennwand angeordnet ist.