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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein doppelwandiges Gehäuse für elektronische
Geräte
zum Einsatz im Freien.
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Kern
eines solchen Gehäuses
ist üblicherweise
ein aus vertikalen und horizontalen Holmen zusammengesetztes Gestell,
das die tragende Struktur darstellt. Dieses Gestell hat Befestigungsaufnahmen für die elektronischen
Geräte,
die im Bereich der Industrieelektronik fast immer als genormte 19-Zoll-Geräte mit den
typischen, seitlich überstehenden
Befestigungsflanschen ausgebildet sind.
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Die äußere Hülle des
Gehäuses
besteht aus Verkleidungsteilen, die an das Gestell montiert sind und
Seitenwände,
Rückwand,
Türen und
Dach bilden. Den unteren Abschluss bildet ein Sockel.
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Die
im Innenraum eingebauten elektronischen Geräte geben Verlustwärme ab,
die abgeführt werden
muss. Es ist bekannt, dass Verkleidungsteile, die Rückwand,
Seitenwand oder Tür
des Gehäuses bilden,
nach dem Prinzip des Wärmetauschers
doppelwandig ausgeführt
sind, also eine Außenwand und
eine dazu parallel und im Abstand angeordnete Innenwand haben. Die
Innenwände
dichten den Innenraum des Gehäuses
ab, während
die Außenwände zum
mechanischen Schutz und als Schutz gegen Witterungseinflüsse wie
Regen, Schnee, Wind, Sonne, Staub usw. dienen sollen.
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Speziell
im Bereich der digitalen Kommunikationstechnik besteht der Bedarf
nach Gehäusen, die
im nicht wettergeschützten
Außenbereich
aufgestellt werden sollen. Die ausreichende Kühlung der im abgedichteten
Innenraum eingebauten elektronischen Geräte stellt dabei ein besonderes
Problem dar, insbesondere wenn auf aufwendige elektrische Kühlsysteme
wie Ventilatoren oder gar Klimageräte verzichtet werden soll.
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Die
Innenwände
der Verkleidungsteile müssen
also ausreichend belüftet
werden, um die Wärme aus
dem Innenraum abzuführen
und eine Überhitzung
der eingebauten elektronischen Geräte zu vermeiden. Hierzu sind
im unteren Bereich der Außenwand
Lufteinlassöffnungen
und im oberen Bereich der Außenwand
Luftauslassöffnungen
vorgesehen. Kühlende
Luft kann dann aus der Umgebung unten in den Zwischenraum zwischen
Außenwand
und Innenwand eintreten, an der erwärmten Innenwand vorbei streichen
und oben wieder ins Freie entweichen. Die Kühlung erfolgt allein durch
Konvektion. Die Kühlleistung
ist proportional der Fläche
der Funktionswand, die mit dem Kühlluftstrom
beaufschlagt wird, und ist auch proportional dem Volumen der vorbei
strömenden
Kühlluft.
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Das
Kühlluftvolumen
könnte
durch Einsatz von Ventilatoren erhöht werden, was jedoch wegen des
hohen technischen Aufwands und, vor allem, der gesetzlichen Bestimmungen über die
maximal zulässige
Schallemission in Wohnbereichen nicht gewünscht ist. Um trotzdem eine
hohe Kühlleistung
zu erreichen, muss also die wirksame Fläche der als Wärmetauscher
funktionierenden Innenwand vergrößert werden.
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Aus
EP 0 904 676 B1 ist
ein Geräteschrank für elektrische
und elektronische Systeme bekannt, bei dem bestimmte Oberflächenbereiche
mehrschalig so ausgebildet sind, dass kanalartige Räume, bezogen
auf die Funktionsraumwand, innenseitig und außenseitig gebildet werden.
Je nach Lastsituation können
diese kanalartigen Räume
mehr oder weniger intensiv mit Luft beaufschlagt werden. Die Funktionsraumwand
ist mit einer Berippung versehen, um deren Oberfläche zu vergrößern und
eine Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs zu erreichen. Die
Ausbildung der Berippung erfolgt in Nadel- oder Streifenform, die
dicht und wärmeleitend
mit der Funktionsraumwand verbunden werden. Die Berippung kann auch
freitragend in die kanalartigen Räume ragen oder außen mit
der Außenummantelung bzw.
innen mit Leitblechen konstruktiv verbunden werden.
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DE 201 06 739 U1 beschreibt
einen Schaltschrank mit integrierter Wärmeableitung für elektrische
und elektronische Geräte,
der staub- und wasserdicht abgeschlossen ist und zumindest teilweise eine
mehrschalige Wand besitzt. Zur Vergrößerung der zur Wärmeübertragung
verfügbaren
Fläche
ist mindestens eine Gehäusewand
auf mindestens einer Seite mit einem durchgehenden Wärmeleitkörper, der
aus einem Teil gefertigt wird, wärmeleitend
mit der Gehäusewand
verbunden. Die Verbindung des Wärmeleitkörpers mit
der Gehäusewand
kann durch Kleben oder Widerstands-Punktschweißen erfolgen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die Kühlleistung eines doppelwandigen
Gehäuses
allein durch Konvektion und ohne zusätzliche Elemente wie Wärmeleitkörper oder
Berippungen zu erhöhen.
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Bei
der Lösung
dieses technischen Problems wird ausgegangen von einem doppelwandigen Gehäuse nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gelöst wird die Aufgabe dadurch,
dass die Innenwand ein im Querschnitt regelmäßig gegensinnig abgewinkeltes
Profil hat und so eine Vielzahl von parallelen halboffenen Luftleitkanälen bildet,
die sich in vertikaler Richtung von unten nach oben erstrecken.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
der gehäuseinneren
Funktionswand mit einem im Querschnitt regelmäßig gegensinnig abgewinkelten
Profil führt
zu der erwünschten
Flächenvergrößerung auf direktem
Wege, also ohne Anbau eines zusätzlichen Wärmeleitkörpers oder ähnlichem.
Die sich durch die Profilierung ergebenden, halboffenen Kanäle unterstützen die
Ausbildung einer laminaren Luftströmung entlang der Innenwand
von unten nach oben. Auf diese, konstruktiv einfache und kostengünstige Weise wird
eine erhebliche Verbesserung der Kühlleistung erreicht.
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Das
Profil der Innenwand entspricht vorzugsweise einer regelmäßig rechteckig
gebrochenen Linie in der Art eines Mäanders. Die zur Verfügung stehende
Dicke des Verkleidungsteils wird zur Kühlung optimal ausgenutzt, wenn
die Tiefe der Luftleitkanäle ungefähr dem lichten
Abstand zwischen Außenwand und
Innenwand entspricht.
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Für eine wirksame
Erhöhung
der Kühlleistung
sollte die in Folge der Profilierung vergrößerte Fläche der Innenwand mindestens
doppelt so groß sein
wie die gegenüber
liegende Außenwand.
Dies stellt gleichzeitig ein optimales Verhältnis zwischen Materialaufwand
und Kühlleistung
dar.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Abbildungen näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein
doppelwandiges Gehäuse
mit geöffneten
Türen,
in vereinfachter perspektivischer Darstellung.
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2 das
Gehäuse
von 1, in einem Horizontalschnitt.
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3 eine
Seitenwand des Gehäuses
von 1, in perspektivischer Explosionsansicht.
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4 die
Seitenwand von 3, in einem Horizontalschnitt.
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Das
in 1 abgebildete Gehäuse 1 hat ein tragendes
Gestell 2, das aus horizontalen und vertikalen Holmen 3 zusammengesetzt
ist. Rückwand 4, Seitenwände 5 und
die nach vorne öffnenden
Türen 6 sind
als doppelwandige Verkleidungsteile ausgebildet. Alle Verkleidungsteile
sind aus Stahlblech gefertigt. Ein Sockel 7 und ein ebenfalls
doppelwandig ausgebildetes Dach 8 vervollständigen das
Gehäuse 1.
Beispielhaft ist ein elektronisches Gerät 9 zu sehen, das
der 19-Zoll-Norm entspricht und die typischen, seitlich überstehenden
Befestigungsflansche 10 aufweist. Mehrere solcher Geräte 9 lässt sich
von vorne in das geöffnete
Gehäuse 1 einsetzen
und an jeweils zwei vertikalen Holmen 3 befestigen. Nach dem
Schließen
der Türen 6 befinden
sich die elektronischen Geräte 9 in
einem dicht abgeschlossenen Innenraum.
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In
dem Schnittbild von 2 ist gut zu sehen, dass die
Rückwand 4,
die Seitenwände 5 und die
Türen 6 des
Gehäuses 1 als
doppelwandige Verkleidungsteile ausgebildet sind, die im Wesentlichen aus
einer Außenwand 11 und
einer dazu parallel und im Abstand angeordneten Innenwand 12 bestehen.
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Gemäß 3 ist
die Außenwand 11 des
die Seitenwand 5 bildenden Verkleidungsteils im Prinzip eben
ausgebildet. An den Längskanten
und der Obenkante sind rechtwinklig nach innen abgebogene Kantenstege 13 angesetzt,
welche die Dicke der Seitenwand 5 definieren. Im oberen
Bereich der Außenwand 11 sind
Luftauslassöffnungen 14 in
Form von rechteckigen Schlitzen vorgesehen. Gleichartige Lüftungsschlitze
befinden sich im unteren Bereich der Außenwand 11, was in 3 allerdings
nicht zu sehen ist.
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Die
Innenwand 12 hat im Querschnitt ein Profil 15,
das einer regelmäßig rechteckig
gebrochenen Linie in der Art eines Mäanders entspricht. Durch dieses,
regelmäßig gegensinnig
abgewinkelte Profil 15 bildet die Innenwand 12 eine
Vielzahl paralleler halboffener Luftleitkanäle 16, die jeweils
ungefähr quadratischen
Querschnitt haben und sich in vertikaler Richtung von unten nach
oben erstrecken. Je zwei Luftleitkanäle 16 sind durch einen
schmalen Wandsteg 17 verbunden. Aufgrund der mäanderartigen Profilierung
ist die für den
Wärmeaustausch
zur Verfügung
stehende Fläche
der Innenwand 12 im Vergleich zu einer ebenen Wand viel
größer, hier
etwa doppelt so groß,
wie die der gegenüber
liegenden Außenwand 11.
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Wie
am besten aus dem Horizontalschnitt in 4 deutlich
wird, ist das mäanderförmige Profil 15 der
Innenwand 12 so dimensioniert, dass die Tiefe der Luftleitkanäle 16 ungefähr dem verbleibenden lichten
Abstand zwischen den Wandstegen 17 und der Außenwand 11 entspricht.
Es ist auch zu sehen, wie die profilierte Innenwand 12 mit
ihren Längskanten
an die vertikalen Holme 3 des Gestells 2 angefügt ist.
Die Kantenstege 13 der Außenwand 11 umgreifen die
Innenwand 12 und reichen bis in den Bereich der Holme 3.
Die Rückwand 4 und
die Tür 6 auf
der gegenüber
liegenden Seite sind in gleicher Weise als doppelwandige Verkleidungsteile
mit ebener Außenwand
und mäanderförmig profilierter
Innenwand ausgebildet. Die Innenwände 12 bilden gemeinsam
einen dicht abgeschlossenen Innenraum 18, während die
Außenwände 11 das
Gehäuse
gegen Wind und Wetter schützen.
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Im
Betrieb geben die elektronischen Geräte 9 Verlustwärme ab,
die den Innenraum 18 aufheizen. In Folge der an der Außenseite
der erwärmten
Innenwände 12 auftretenden
Konvektion bildet sich im Zwischenraum zwischen Innenwand 12 und
Außenwand 11 ein
Strom kühlender
Luft aus, der in vertikaler Richtung entlang der Außenseite
der Innenwand 12 und durch die halboffenen Luftleitkanäle 16 nach oben
strömt.
Die erwärmte
Luft tritt durch die Luftauslassöffnungen 14 in
der Außenwand 11 (vgl. 3) wieder
ins Freie aus. Die durch das Mäander-Profil 15 vergrößerte Fläche der
Innenwand 12 gewährleistet
einen intensiven Wärmeaustausch
zwischen der erwärmten
Luft im Innenraum 18 des Gehäuses 1 und der zwischen
Außenwand 11 und
Innenwand 12 strömenden
Kühlluft.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Gestell
- 3
- Holm
(von 2)
- 4
- Rückwand
- 5
- Seitenwand
- 6
- Tür
- 7
- Sockel
- 8
- Dach
- 9
- Elektronisches
Gerät
- 10
- Befestigungsflansch
(von 9)
- 11
- Außenwand
(von 5)
- 12
- Innenwand
(von 5)
- 13
- Kantensteg
(an 11)
- 14
- Luftauslassöffnungen
(in 11)
- 15
- Profil
- 16
- Luftleitkanäle (von 12)
- 17
- Wandsteg
(von 12)
- 18
- Innenraum
(in 1)