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Baueinheit für von Kühl luft durchströmte Schränke
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Die Erfindung betrifft eine Baueinheit für von Kühlluft durchströmte
Schränke, insbesondere Schränke zum Kühlen elektronischer Vorrichtungen.
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Es ist üblich, eine Vielzahl elektronischer Vorrichtungen in horlzontalen
Gestellen einer genormten Größe von 19 (48 cm)-in einem vertikalen, mit Etagen versehenen
Schrank untergebracht. Da die Vorrichtungen erhebliche Mengen von Wärme erzeugen
können, werden sie in der Regel einem Strom von Kühlluft ausgesetzt. Das erfolgt
meist dadurch, daß in dem Schrank, oben oder unten oder an beiden Stellen, eine
Gebläse-Baueinheit eingesetzt wird. Diese Baueinheit hat in der waagerechten Ebene
im wesentlichen die gleiche Größe wie das Innere des Kühlschranks und ist 7 bis
10 cm dick.
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Zwei Arten solcher Baueinheiten werden in der Regel benutzt.
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Bei der einen Art wird Luft durch den Boden der Baueinheit angesogen
und durch seine Oberseite ausgeblasen. Zwischen diesen beiden Flächen ist eine Anzahl
von Axialgebläsen, entsprechend der gewünschten Größe des Luftstroms, angeordnet.
In einer Baueinheit können bis zu 9 Gebläse angeordnet sein. Eine Filtermaterialschicht
kann auf dem Boden der Baueinheit angebracht sein. Diese Baueinheit kann am oberen
Ende des Schranks angeordnet sein, so daß sie Luft aus dem Inneren absaugt und nach
oben ausbläst; sie kann aber auch im Boden des Schranks angeordnet sein, wenn der
Schrank genügend hoch angeordnet ist, um den Eintritt von Luft durch den Boden der
Baueinheit zu ermöglichen. Bei der anderen Art wird Luft durch öffnungen an der
Vorderseite der Baueinheit angesogen und die Oberwand
ausgeblasen.
Diese Art von Baueinheit kann insbesondere am Boden des Schranks angeordnet sein
und Luft durch die Vorderwand des Schranks ansaugen und durch den Schrank hindurchblasen.
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Die Bewegung der Luft erfolgt durch eine Anzahl von in der Baueinheit
angeordneten Axialgebläsen.
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Es hat sich jedoch ergeben, daß diese Arten von Baueinheiten nicht
geeignet sind, einen sehr großen Luftstrom zu erzeugen, selbst wenn mehrere Axialgebläse
benutzt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist die Ausbildung einer Baueinheit für von
Kühlluft durchströmte Schränke, die ein flaches, oben oder unten in den Schrank
einsetzbares Gehäuse besitzt, das eine Oberwand, einen Boden und Seitenwände aufweist,
derart auszubilden, daß es ohne größeren Bauaufwand einen erheblich größeren Luftstrom
erzeugt.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß diese Baueinheit
eine Lufteinlaßöffnung im Boden der Baueinheit, eine Luftauslaßöffnung in ihrer
oberen Abschlußwand oder in einer ihrer Seitenwände aufweist und daß in ihrem Inneren
ein um seine vertikale Achse umlaufendes Zentrifugalgebläse derart angebracht ist,
daß der Lufteinlaß des Laufrades über der genannten Lufteinlaßöffnung liegt und
die vom Umfang des Laufrades gelieferte Luft durch den genannten Auslaß in das Innere
des Schrankes strömt.
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Vorzugsweise besteht das Gehäuse der Baueinheit auf einer Seite aus
einem das Gebläse enthaltenden Hauptteil, der einen Boden mit der Einlaßöffnung,
zwei Seitenwände, eine Endwand und eine obere Abdeckwand aufweist, die die bis zur
Endwand reichenden Teile der Seitenwände miteinander verbindet, wobei die Seitenwände
über die Endwand hinausragen und dort durch eine Deckwand miteinander verbunden
sind und mit ihnen ein jenseits der Endwand liegendes nach unten offenes Abteil
bilden. Vorzugsweise ist an die Unterseite der Baueinheit eine Wanne dicht angesetzt,
wobei ein Luft durchlaß die untere Öffnung des genannten Abteils mit der genannten
Einlaßöffnung im Boden des Hauptteils verbindet, so daß von der horizontalen Öffnung
des genannten Abteils durch
die Wanne und die Öffnung im Boden der
Baueinheit Luft angesogen werden kann. Das Gehäuse ist vorzugsweise so ausgebildet,
daß ein Gitter oder ein Filter an beiden horizontalen öffnungen des Abteils angeordnet
werden kann. Auf der dem genannten Abteil gegenüberliegenden Seite kann eine den
Hauptteil abschließende luftundurchlässige Seitenwand oder eine entfernbare luStdurchlässige
Wand angeordnet sein. Die luftdurchlässige Wand kann ein Gitter oder einen Filter
oder beides enthalten. Die luftundurchlässige Wand kann aus einem Stück bestehen
mit der oberen Abschlußwand, die eine Luftaustrittsöffnung oder mehrere solcher
öffnungen besitzt.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt perspektivisch eine Baueinheit gemäß der Erfindung in
auseinandergenommenem Zustand, Fig. 2 zeigt in gleicher Darstellungsart eine andere
Ausführungsart der Erfindung, Fig. 3 zeigt die Anordnung solcher Baueinheiten in
einem Schrank, Fig. 4 bis 6 zeigen Diagramme der Wirkungsweise.
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Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Baueinheiten haben, unabhängig von
ihrem übrigen Ausbau, ein Gehäuse gleicher Form, das eine Bodenwand 10, Seitenwände
12 und eine obere Abschlußwand 14 aufweist. Die Bodenwand 10 hat eine zentrale Lufteinlaßöffnung
16 mit einem vorstehenden Rand. Die Seitenwände 12 ragen über die Endwand 14 hinaus
und sind dort durch eine Deckwand 18 miteinander verbunden, wodurch an diesem Ende
des Gehäuses ein horizontal zur Seite und nach unten geöffnetes Abteil gebildet
wird. Der Hauptteil des Gehäuses ist zweckmäßigerweise aus einem glasfaserverstärkten
Polyestermaterial hergestellt.
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Die in Fig. 1 dargestellte erste Art der Baueinheit besitzt eine rechteckige
obere Abschlußwand 20, die aus einem Stück mit einer Vorderwand 23 besteht, die
der Endwand 14 gegenüberliegend in dem Gehäuse einen abgeschlossenen Raum begrenzt.
Die obere Abschlußwand 20 hat eine Anzahl von Öffnungen 24 als Auslaßöffnungen von
diesem abgeschlossenen Raum. Ein Zentrifugalgebläse 26 ist an der oberen Wand 20
derart befestigt, daß der Lufteinlaß zum Laufrad oberhalb der Einlaßöffnung 16 des
Bodens 10 liegt. Bei Rotation des Gebläses saugt daher das Laufrad Luft durch den
Einlaß 16 hindurch und fördert sie mit einem höheren Druck in den Raum des Gehäuses,
von wo sie nach oben durch die Öffnungen 24 entweicht.
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Ein gesondertes Formstück 28 kann in dem Raum an einer der Seitenwände
oder an der Endwand auf einer Seite des Gebläselaufrades so angeordnet sein, daß
der Luftstrom an den diesem Formstück gegenüberliegenden Teilen größer ist.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten zweiten Art der Baueinheit ist zusätzlich
eine Wanne 30, vorzugsweise ebenfalls aus glasfaserverstärktem Polyester bestehend,
an der Unterseite der Bodenwand 10 dicht angebracht. Die Wanne überdeckt die Einlaßöffnung
16 und reicht bis über das jenseits der Wand 14 liegende Abteil, so daß sie die
unten liegende Öffnung des Gehäuses überdeckt.
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Das genannte Abteil steht in Verbindung mit dem Innenraum des Bauteils
über den Innenraum der Wanne und den Einlaß 16. Die Luft für die Baueinheit tritt
ein durch die Öffnung zwischen der Deckwand 18 und der Wanne 30.
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In diesen beiden Arten der Baueinheit wird das Gehäuse gebildet von
getrennten Seitenplatten 32, die an ihren Enden Flanschen 38 haben und an den Außenseiten
der Seitenwände 12 befestigt sind durch Schrauben 34, die durch Schlitze 36 der
Platten 32 gehen.
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Die Platten 32 sind etwas kürzer als die Seitenwände 12 und können
dank der Schlitze 36 in Längsrichtung der Wände so verschoben werden, daß der eine
oder der andere Flansch 38 in Flucht mit dem Ende des Gehäuses gebracht werden kann.
Bei der zweiten in Fig. 1 dargestellten Ausführungsart sind die Platten 32 so befestigt,
daß ein Paar der Flanschen 38 in Flucht mit der Einlaßöffnung liegt, die jenseits
der Abschlußwand
14 liegt. Ein Gitter 40 ist an diesen Flanschen
38 befestigt, so daß es den Lufteinlaß überdeckt; ein auswechselbares Filterelement
42 ist in einer Ausnehmung der Rückseite des Gitters einsetzbar, bevor das Gitter
mit den Flanschen verbunden wird.
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Bei der dritten in Fig. 2 dargestellten Ausführungsart der Baueinheit
gemäß der Erfindung ist mit dem Gehäuseteil eine obere Abschlußwand 44 verbunden,
die keine Luftauslaßöffnungen und keine mit ihr verbundene Endwand hat. Ein Zentrifugalgebläse
26 ist an der Unterseite der Wand 44 in der gleichen Weise befestigt, wie bei der
Ausführungsart nach Fig. 1. Der Luftauslaß 25 aus dem Innenraum des Gehäuses erfolgt
durch die der hinteren Abschlußwand 14 gegenüberliegende Vorderseite. Diese Auslaßöffnung
25 ist überdeckt von einem Gitter 40, das vorzugsweise ein auswechselbares Filterelement
42 besitzt. Das Gitter 40 ist an den Flanschen 38 der Seitenplatten 32 derart befestigt,
daß es in der Flucht der Auslaßöffnung 25 liegt Bei dieser Ausführungsart ist ein
jenseits der Wand 14 liegendes Abteil oder eine Wanne 30 nicht erforderlich.
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Bei den in Fig. 1 dargestellten beiden Arten der Baueinheit gemäß
der Erfindung wird die Luft entweder durch den Gehäuseboden aufwärts oder durch
eine Öffnung in einer Seitenwand seitlich eingesaugt und nach oben durch die Oberseite
des Gehäuses abgeblasen. Bei der in Fig. 2 dargestellten dritten Art wird dagegen
die Luft durch den Boden des Gehäuses angesaugt und horizontal durch eine Auslaßöffnung.
abgeblasen.
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Fig. 3 zeigt, wie diese Baueinheiten benutzt werden können. Sie zeigt
einen aufrechtstehenden Schrank 46, in den übereinander eine Anzahl von Rahmengestellen
zur Aufnahme elektronischer Bauteile eingesetzt werden können. Die Wände des Schranks
sind als durchsichtig dargestellt; sie können aber auch undurchsichtig sein.
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Eine Baueinheit 48 der zweiten in Fig. n dargestellten Art kann im
Boden des Schranks eingebaut sein. Der Querschnitt des-Schranks ist derart, daß
er Gestelle der Normgröße von 48 cm aufnehmen kann und der Abstand der Flanschen
38 der Baueinheit entspricht dieser Größe, so daß die Baueinheit an einer der im
Schrank vorgesehenen
Stützen für Gestelle angebaut werden kann.
In der Fig. 3 ist die Baueinheit 48 so angeordnet, daß sein Gitter 40 zur Vorderseite
des Schranks gerichtet ist. Die Schranktür erstreckt sich natürlich nicht bis über
dies Gitter ; daher kann Luft horizontal in die Baueinheit strömen. Der Schrank
ist auf flache Grundleisten 50 aufgestellt, so daß Platz für die Wanne 30 ist.
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Der Lufteinlaß ist immerhin in der Höhe des Gehäuses, so daß keine
Einlaßöffnungen in den Leisten 50 vorgesehen zu werden brauchen. Die aus den Auslaßöffnungen
24 der Baueinheit 48 ausströmende Luft strömt durch den Schrank aufwärts und kann
aus dessen Oberseite in üblicher Weise abgeblasen werden. Um die Luftströmung zu
vergrößern kann eine zweite erfindungsger mäße Baueinheit 52 am oberen Ende des
Schranks in gleicher Weise eingebaut sein. Diese Baueinheit kann die in Fig. 2 dargestellte
dritte Form haben, bei der die Luft durch eine untere Einlaßöffnung 16 eintritt
und horizontal durch das Gitter 40 austritt, das oberhalb der Tür des Schranks angeordnet
ist. Die Baueinheit 52 kann jedoch auch die in Fig. 1 dargestellte erste Form aufweisen,
bei der die Luft nach oben durch die Oberseite des Schranks ausgeblasen wird. Welche
dieser Bauarten gewählt wird, hängt insbesondere von besonderen Erfordernissen und
dem zur Verfügung stehenden Raum ab. Es mag erwünscht sein, aus dem Raum, in dem
der Schrank steht, die warme Luft abzuziehen, die in ihn aus dem Schrank geblasen
wird, um eine unerwünschte Erhöhung der Temperatur außerhalb des Schranks zu verhindern.
In solchen Fällen wird es zweckmäßig sein können, die Luft aus der Oberseite des
Schranks abzublasen. Ob eine Baueinheit oder zwei Baueinheiten in einem Schrank
eingebaut werden, hängt ebenfalls von dem jeweiligen Umständen ab, insbesondere
von der Wärmemenge, die durch die elektronischen Bauelemente erzeugt werden, und
durch die der Lufttemperatur des Raums, in den der Schrank steht. Wenn nur eine
Baueinheit benutzt wird, so könnte das entweder die untere, einen Luftdruck erzeugende
Einheit 48 im Boden des Schranks oder die einen Sog erzeugende Baueinheit 52 im
oberen Teil des Schranks sein. Wenn nur eine druckerzeugende Baueinheit benutzt
wird, wird der Luftauslaß irgendwo am oberen Teil des Schranks vorgesehen sein.
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Wenn nur eine Sog-Baueinheit benutzt wird, wird am Schrank ein Lufteinlaß
irgendwo in der Nähe seines Bodens vorgesehen sein,
der vorzugsweise
mit einem Filter überdeckt ist. Ein Filterelement 42 ist bei der in Fig. 2 dargestellten
Art nicht erforderlich, weil es den Luftauslaß bedeckt; es mag aber dennoch angewandt
werden, um das Geräusch des Gebläses zu verringern. Das überraschende Ergebnis der
Erfindung ist die Größe der Kühlleistung, die erzielt werden kann durch ein einziges
Gebläse gegenüber den üblichen Baueinheiten mit mehreren Gebläsen. Benutzt werden
ein typisches Zentrifugalgebläse von 84 Watt Leistung bei 220 bis 240 V, beispielsweise
150 V und 50 Hz einfasig bei Verwendung eines 2-/uF, Die Fig.
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4, 5 und 6 zeigen die Größe des Luftstroms der Druck-Baueinheit, der
Sog-Baueinheit und zwei solcher hintereinandergeschalteter Einheiten in Abhängigkeit
von der Größe des Luftwiderstandes im Schrank, der gebildet wird durch die Widerstand
der in den Gestellen enthaltenen elektronischen Vorrichtungen. Der Grad der erzielten
Kühlung wird im folgenden Beispiel gezeigt.
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In dem Ausführungsbeispiel waren in einem Schrank von 1,32 Cbm Inhalt
5 Aluminium-Rahmengestelle übereinander in Abständen einer Einheit von 4,45 cm angeordnet,
wobei jedes Gestell einen dem Querschnitt des Schranks entsprechenden Querschnitt
von 48 x 48 cm und eine Höhe von 5 Einheiten hatte. Die Gestelle waren mit leeren
Kassetten gefüllt. Drei der Gestelle enthielten außerdem ein Heizgerät von 750 W
Leistung, so daß die gesamte Wärmeleistung 2,25 kW betrug. Alle Heizgeräte waren
so angeordnet, daß die von ihnen erzeugte Wärme auf die Aluminium-Gestelle traf.
Oberhalb der Gestelle und unterhalb der Gestelle befand sich jeweils eine Baueinheit
der vorgenannten Art. Durch vier Temperaturmesser wurde die Temperatur an vier verschiedenen
Stellen gemessen, nämlich durch die Vorrichtung 1 die Temperatur des Luftstroms
zwischen dem obersten Gestell und der darüber angeordneten Baueinheit, durch die
Vorrichtung 2 die Temperatur der am Boden des Schranks angesaugten Luft, durch die
Vorrichtung 3 die Temperatur an der Stelle, an der die von einem Heizgerät gelieferte
Wärme auf ein Gestell auftrifft, durch die Vorrichtung 4 die Temperatur der aus
dem Schrank ausströmenden Luft. Der Versuch wurde in einem Raum von 75 Cbm Inhalt
durchgeführt, der nach außen hin gegenffber Temperatureinflüssen abgeschlossen war.
Die
Heizgeräte und die genannten Baueinheiten wurden gleichzeitig
eingeschaltet und liefen dann 1 1/2 Stunden land. Folgende Tabelle zeigt den Verlauf
der Temperaturen:
| Messvorrichtungen |
| 1 2 3 4 |
| Beim Start 2000 1900 1800 2000 |
| nach 15 Minuten 3000 2200 2500 2600 |
| nach 30 Minuten 3300 2200 3000 3000 |
| nach 1 Stunde 35°C 22°C 33°C 33°C |
| nach 1½Stunden 35°C 22°C 33°C 33°C |
Aus der Tabelle ergibt sich, daß die Temperatur der zugeführten Luft um 300 steigt,
die Temperatur in dem Schrank um 1500, so daß sich eine Netto-Steigung um 1200 ergibt,
die Temperatur an dem Metall um 15°C steigt und die Temperatur der ausströmenden
Luft um um 13°C steigt. Diese Temperaturen wurden nach einer Stunde erreicht und
blieben dann konstant. Die Zahlen liegen in einem für die Praxis akzeptablen Bereich.
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Die obigen Erläuterungen zeigen, daß die Baueinheit gemäß der Erfindung
drei verschiedene Bauarten ermöglicht.unter Verwendung des gleichen Gehäuses, des
gleichen Gebläses und gleicher Gitter für den Lufteinlaß und -aus laß.
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