WO2021078618A1 - Schaltschrank mit einer tragstruktur, mit der eine kühlleitung verbunden ist - Google Patents

Schaltschrank mit einer tragstruktur, mit der eine kühlleitung verbunden ist Download PDF

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WO2021078618A1
WO2021078618A1 PCT/EP2020/079003 EP2020079003W WO2021078618A1 WO 2021078618 A1 WO2021078618 A1 WO 2021078618A1 EP 2020079003 W EP2020079003 W EP 2020079003W WO 2021078618 A1 WO2021078618 A1 WO 2021078618A1
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WO
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support structure
assembly
switch cabinet
cooling line
fastening element
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PCT/EP2020/079003
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten Heinicke
Original Assignee
Atlas Elektronik Gmbh
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
Application filed by Atlas Elektronik Gmbh, Thyssenkrupp Ag filed Critical Atlas Elektronik Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20536—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for racks or cabinets of standardised dimensions, e.g. electronic racks for aircraft or telecommunication equipment
    • H05K7/20627—Liquid coolant without phase change
    • H05K7/20645—Liquid coolant without phase change within cabinets for removing heat from sub-racks
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20536—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for racks or cabinets of standardised dimensions, e.g. electronic racks for aircraft or telecommunication equipment
    • H05K7/20663—Liquid coolant with phase change, e.g. heat pipes
    • H05K7/20672—Liquid coolant with phase change, e.g. heat pipes within sub-racks for removing heat from electronic boards

Definitions

  • Control cabinet with a supporting structure to which a cooling line is connected
  • the invention relates to a switch cabinet for receiving electronic assemblies.
  • Electronic assemblies in the control cabinets must be cooled so that components of the electronic assemblies do not age prematurely due to high operating temperatures.
  • cooling is achieved in that heat sinks are arranged on the electronic assemblies in order to give off the waste heat generated by the components to the ambient air. So that the temperature gradient does not become too small in the long run, i.e. the ambient air does not come too close to the temperature of the hot components, the air in the switch cabinet is cooled by an air-water heat exchanger. The waste heat from the ambient air in the switch cabinet is then dissipated via the cooling water flowing through the air-water heat exchanger.
  • the air-water heat exchanger has an active fan so that air can circulate inside the control cabinet. This requires maintenance and generates noises that are undesirable when used on a submarine, for example.
  • the object of the present invention is therefore to create an improved concept for cooling switch cabinets.
  • Exemplary embodiments show a switch cabinet with a support structure which is designed to accommodate an assembly.
  • a housing is connected to the support structure.
  • a cooling line is connected to at least a part of the support structure, wherein the cooling line is formed, the part of the support structure that is with the cooling line is connected to cool.
  • the support structure can comprise a housing frame.
  • the support structure can comprise a support element which is fastened to the housing frame or the housing and, for example, enables mechanical damping of the assembly when the assembly is connected to the support element and the switchgear cabinet is exposed to an externally acting force.
  • the housing comprises, for example, six panels that are connected to the housing frame, with at least one panel being able to be designed as a door.
  • the cooling line is designed to carry a coolant, for example a cooling liquid, in particular water.
  • the coolant can be conveyed through the cooling line by means of a pump.
  • the support structure can be implemented by means of a cooling line through which a coolant flows.
  • the coolant absorbs the heat from the supporting structure and transports the heat to a cooler, which in turn cools the coolant before it is conducted to the supporting structure again.
  • the coolant is advantageously cooled by means of a passive cooler. But even if the cooling is carried out by means of an active cooler, the system is still quieter than an air-water heat exchanger, as there is no fan to circulate the air inside the control cabinet. This means that the control cabinet in exemplary embodiments has the absence of an active fan.
  • the assemblies per se can be optimized for the transport of heat, but this does not change the installation of the assemblies.
  • the thermal connection between the assembly and the supporting structure is automatically established at the same time.
  • the switchgear cabinet has an assembly that is fastened to the support structure by means of a fastening element.
  • the assembly is in particular an electronic assembly, for example a circuit board with electronic construction elements (components).
  • the fastening element is, for example, a circuit board holder to which the assembly is fastened.
  • the fastener is then connected to the support structure to secure the assembly to the support structure.
  • the support structure thus takes up the assembly.
  • the fastening element is designed to produce a thermal connection between the assembly and the fastening element in order to conduct waste heat from the assembly via the fastening element into the support structure.
  • the fastening element is thermally conductive.
  • the fastening element has a material with a w
  • the assembly has a heat-conducting element.
  • the heat-conducting element is designed to produce a thermal connection between the assembly and the fastening element in order to conduct waste heat from the assembly to the fastening element. This means that the heat-conducting element is thermally conductive.
  • the w is thermally conductive.
  • Thermal conductive element a material with a thermal conductivity> 3 (greater than three ww
  • the heat-conducting element is, for example, a heat pipe or a (solid) profile made of a heat-conducting material, for example aluminum or copper.
  • the heat-conducting element can be arranged on a component of the assembly that requires cooling during operation of the assembly in order to conduct the waste heat from the component into the fastening element. This enables effective cooling of the component via the support structure.
  • Embodiments also show a switchgear cabinet arrangement with a first switchgear cabinet and a second switchgear cabinet of the switchgear cabinets described above.
  • the cooling line of the first control cabinet is connected to the cooling line of the second control cabinet.
  • a pump is designed to pump the coolant through the connected cooling lines.
  • a coolant circuit can thus be created for several control cabinets.
  • a common pump can convey the coolant through the connected cooling lines and a common cooler can cool the coolant as it flows through the cooler.
  • control cabinet described above or the control cabinet arrangement described above in a submarine is also disclosed. This is particularly advantageous due to the reduction in the number of active components, i.e. in particular the fan for circulating the air in the control cabinet.
  • a method for manufacturing a control cabinet comprising the following steps: forming a support structure which is designed to receive an assembly; Securing the support structure in a housing so that the housing encloses the support structure; Connecting a cooling line to at least one part of the support structure, the cooling line being designed to cool the part of the support structure that is connected to the cooling line.
  • a method for producing a switch cabinet arrangement having the following steps: production of a first switch cabinet according to the aforementioned method; Manufacture of a second control cabinet according to the aforementioned method; Connecting the cooling line of the first control cabinet to the cooling line of the second control cabinet; and connecting a pump to the connected cooling lines, the pump being configured to pump a coolant through the connected cooling lines.
  • FIG. 1 a schematic perspective illustration of a control cabinet with a cooling line guided on a support structure
  • FIG. 3 a schematic perspective illustration of an assembly which is fastened to the support structure, the cooling line running behind the support structure; and 4: a schematic perspective illustration of a switch cabinet arrangement.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective illustration of an (empty) switch cabinet 20.
  • the switch cabinet has a support structure 22.
  • the support structure has, for example, interconnected profile rails.
  • a housing 24 is connected to the support structure 22.
  • the left, rear and lower sides of the housing 24 are shown.
  • the other sides are not shown in order to be able to see into the control cabinet.
  • a cooling line 26 is shown as an example on part of the support structure 22, here on a profile rail.
  • the cooling line 26 can carry a coolant that is pumped through the line 26 by means of a pump, for example.
  • at least that part of the support structure 22 which is connected to the cooling line 26 (here a profile rail) can be cooled by means of the cooling line 26.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective illustration of the switch cabinet 20 with built-in assemblies 28.
  • the support structure 22 here has the frame 22a already shown in FIG. 1 and a holder 22b.
  • the assemblies 28 are attached to the bracket 22b.
  • the holder 22b can serve as a shock and vibration-proof mounting of the assemblies 28.
  • the cooling line (not shown) runs behind or in the holder 22b.
  • the holder can be designed to be (mirror) symmetrical, so that what is disclosed for the holder 22b can also be used for a further holder 22b '.
  • the assemblies 28 can then be attached to both brackets 22b and 22b '.
  • the further holder 22b ' can be attached to an opposite end of the support structure, like the holder 22b.
  • Fig. 3 shows a schematic perspective illustration of the assembly 28 '.
  • the assembly 28 ′ is fastened to the support structure 22, in particular the holder, by means of the fastening element 30.
  • the fastening element 30 comprises a support frame 30 ', in particular a circuit board holder, in which the assembly 28' is fastened.
  • the fastening element 30 comprises a mounting element 30 ′′, with which the carrier frame 30 ′ and thus the assembly 28 ′ is fastened, for example screwed, to the carrier structure 22, here the holder.
  • heat conducting elements 32 run. These are (thermally) connected to the fastening element 30, here the mounting element 30 ′′.
  • Another side of the heat conducting elements 32 is (thermally) connected to the assembly 28 ', in particular components of the assembly that have to be cooled during operation. This creates a temperature gradient from the assembly or the individual components to the support structure 22. The heat generated by the components is then conducted to the support structure 22.
  • the heat conduction through the heat conduction elements 32 can also be carried out with a (single) heat conduction element 32 if this is sufficient to realize the required heat transport.
  • fastening element 30 also has good thermal conductivity, it is also possible to integrate the heat-conducting elements 32 into the fastening element and to create a common component for fastening and for heat conduction.
  • FIG. 4 shows a schematic perspective illustration of a switch cabinet arrangement 34 with a first switch cabinet 20 and a second switch cabinet 20 '.
  • the switchgear cabinet 20 ' has the same features as the switchgear cabinet 20; the reference numerals of the features shown are provided with an apostrophe (').
  • the boundary surfaces between the two switch cabinets 20, 20 ' is provided with a housing wall, but can also be open.
  • a cooling line 26, 26 ' is shown in each case on a profile rail.
  • the cooling lines 26, 26 ' are connected to one another at one (upper) end.
  • the the other (lower) end is connected to a pump 36 which can pump a coolant through the interconnected cooling lines.
  • the pump 36 may also have a cooler for cooling the coolant.
  • control cabinet 22 support structure 22a frame
  • bracket 24 housing 26 cooling line 28 assembly 30 fastening element

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

Es ist ein Schaltschrank mit einer Tragstruktur gezeigt, die ausgebildet ist, eine Baugruppe aufzunehmen. Ein Gehäuse ist mit der Tragstruktur verbunden. Ferner ist einer Kühlleitung mit zumindest einem Teil der Tragstruktur verbunden, wobei die Kühlleitung ausgebildet ist, den Teil der Tragstruktur, der mit der Kühlleitung verbunden ist, zu kühlen.

Description

Schaltschrank mit einer Tragstruktur, mit der eine Kühlleitung verbunden ist
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaltschrank zur Aufnahme von elektronischen Baugruppen.
Elektronische Baugruppen in den Schaltschränken müssen gekühlt werden, damit Bauteile der elektronischen Baugruppen aufgrund von hohen Betriebstemperaturen nicht vorzeitig altern. Konventionell wird die Kühlung dadurch erreicht, dass Kühlkörper an den elektronischen Baugruppen angeordnet sind, um die von den Bauteilen erzeugte Abwärme an die Umgebungsluft abzugeben. Damit der Temperaturgradient nicht auf Dauer zu klein wird, d.h. die Umgebungsluft sich der Temperatur der heißen Bauteile nicht zu weit annähert, wird die Luft in dem Schaltschrank über einen Luft- Wasser- Wärmetauscher gekühlt. Die Abwärme aus der Umgebungsluft im Schaltschrank wird dann über das den Luft-Wasser- Wärmetauscher durchfließende Kühlwasser abgeführt. Der Luft-Wasser- Wärmetauscher weist jedoch einen aktiven Lüfter auf, damit eine Luftzirkulation innerhalb des Schaltschranks erfolgt. Dieser ist wartungsanfällig und erzeugt Geräusche, die beispielsweise bei dem Einsatz auf einem U-Boot nicht gewünscht sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für die Kühlung von Schaltschränken zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ausführungsbeispiele zeigen einen Schaltschrank mit einer Tragstruktur, die ausgebildet ist, eine Baugruppe aufzunehmen. Ein Gehäuse ist mit der Tragstruktur verbunden. Ferner ist einer Kühlleitung mit zumindest einem Teil der Tragstruktur verbunden, wobei die Kühlleitung ausgebildet ist, den Teil der Tragstruktur, der mit der Kühlleitung verbunden ist, zu kühlen. Die Tragstruktur kann einen Gehäuserahmen umfassen. Ferner kann die Tragstruktur ein Tragelement umfassen, das an dem Gehäuserahmen oder dem Gehäuse befestigt ist und beispielsweise eine mechanische Dämpfung der Baugruppe ermöglicht, wenn die Baugruppe mit dem Tragelement verbunden ist und der Schaltschrank einer von außen einwirkenden Kraft ausgesetzt ist. Das Gehäuse umfasst beispielsweise sechs Platten, die mit dem Gehäuserahmen verbunden sind, wobei zumindest eine Platte als Tür ausgebildet sein kann.
Die Kühlleitung ist ausgebildet ein Kühlmittel, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, zu führen. Das Kühlmittel kann mittels einer Pumpe durch die Kühlleitung befördert werden.
Eine Idee ist es, statt der konventionellen Kühlung der Baugruppen in dem Schaltschrank eine Kühlung der Tragstruktur des Schaltschranks vorzunehmen. Die Tragstruktur kann mittels einer, mit einem Kühlmittel durchflossenen, Kühlleitung erfolgen. Das Kühlmittel nimmt die Wärme der Tragstruktur auf und transportiert die Wärme zu einem Kühler, der wiederum das Kühlmittel abkühlt bevor es erneut zu der Tragstruktur geleitet wird. Die Kühlung des Kühlmittels erfolgt vorteilhafterweise mittels eines passiven Kühlers. Aber auch wenn die Kühlung mittels eines aktiven Kühlers erfolgt, ist das System immer noch leiser als ein Luft-Wasser- Wärmetauscher, da in jedem Fall der Lüfter zum Umwälzen der Luft innerhalb des Schaltschranks entfällt. Das heißt, dass der Schaltschrank in Ausführungsbeispielen die Abwesenheit eines aktiven Lüfters aufweist. Für die Befestigung der Baugruppen in dem Schaltschrank ändert sich somit nichts, da der Wärmetransport über die bestehenden Strukturen des Schaltschranks abgeführt wird. In Ausführungsbeispielen können die Baugruppen an sich für den Wärmetransport optimiert werden, dies ändert jedoch nichts an dem Einbau der Baugruppen. Mit dem Einbau der Baugruppen erfolgt automatisch gleichzeitig die thermische Verbindung zwischen Baugruppe und Tragstruktur.
In Ausführungsbeispielen weist der Schaltschrank eine Baugruppe auf, die mittels eines Befestigungselements an der Tragstruktur befestigt ist. Die Baugruppe ist insbesondere eine elektronische Baugruppe, beispielsweise eine Platine mit elektronischen Bauelementen (Komponenten). Das Befestigungselement ist beispielsweise ein Platinenhalter, an dem die Baugruppe befestigt ist. Das Befestigungselement wird dann mit der Tragstruktur verbunden, um die Baugruppe an der Tragstruktur zu befestigen. Die Tragstruktur nimmt die Baugruppe somit auf.
Ferner ist das Befestigungselement ausgebildet, eine thermische Verbindung zwischen der Baugruppe und dem Befestigungselement herzustellen, um Abwärme von der Baugruppe über das Befestigungselement in die Tragstruktur zu leiten. Das heißt, dass das Befestigungselement thermisch leitfähig ist. Zur Herstellung der thermischen Verbindung weist das Befestigungselement ein Material mit einer w
Wärmeleitfähigkeit >3
Figure imgf000004_0001
(größer als drei Watt pro Meter und Kelvin), bevorzugt >10 w w
Figure imgf000004_0002
auf.
In Ausführungsbeispielen weist die Baugruppe ein Wärmeleitelement auf. Das Wärmeleitelement ist ausgebildet, eine thermische Verbindung zwischen der Baugruppe und dem Befestigungselement herzustellen, um Abwärme der Baugruppe zu dem Befestigungselement zu leiten. Das heißt, dass das Wärmeleitelement thermisch leitfähig ist. Zur Herstellung der thermischen Verbindung weist das w
Wärmeleitelement ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit >3
Figure imgf000004_0003
(größer als drei w w
Watt pro Meter und Kelvin), bevorzugt >10
Figure imgf000004_0004
besonders bevorzugt >50
Figure imgf000004_0005
auf.
Das Wärmeleitelement ist beispielsweise eine Heatpipe (dt.: Wärmerohr) oder ein (massives) Profil aus einem wärmeleitenden Material, beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Das Wärmeleitelement kann auf einer Komponente der Baugruppe angeordnet sein, die im Betrieb der Baugruppe Kühlung benötigt, um die Abwärme der Komponente in das Befestigungselement zu leiten. Dies ermöglicht eine effektive Kühlung der Komponente über die Tragstruktur.
Ausführungsbeispiele zeigen ferner eine Schaltschrankanordnung mit einem ersten Schaltschrank und einem zweiten Schaltschrank der oben beschriebenen Schaltschränke. Die Kühlleitung des ersten Schaltschranks ist mit der Kühlleitung des zweiten Schaltschranks verbunden. Eine Pumpe ist ausgebildet, das Kühlmittel durch die verbundenen Kühlleitungen zu pumpen. Somit kann für mehrere Schaltschränke ein Kühlmittelkreislauf gebildet werden. Eine gemeinsame Pumpe kann das Kühlmittel durch die verbundenen Kühlleitungen befördern und ein gemeinsamer Kühler kann das Kühlmittel beim Durchfließen des Kühlers abkühlen.
Offenbart ist ferner die Verwendung des oben beschriebenen Schaltschranks oder der oben beschriebenen Schaltschrankanordnung in einem U-Boot. Dies ist insbesondere aufgrund der Reduzierung der aktiven Komponenten, d.h. insbesondere dem Lüfter zum Umwälzen der Luft, in dem Schaltschrank, vorteilhaft.
Offenbart ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltschranks mit folgenden Schritten: Bilden einer Tragstruktur, die ausgebildet ist, eine Baugruppe aufzunehmen; Befestigen der Tragstruktur in einem Gehäuse, so dass das Gehäuse die Tragstruktur umschließt; Verbinden einer Kühlleitung zumindest mit einem Teil der Tragstruktur, wobei die Kühlleitung ausgebildet ist, den Teil der Tragstruktur, der mit der Kühlleitung verbunden ist, zu kühlen.
Offenbart ist ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltschrankanordnung mit folgenden Schritten: Herstellen eines ersten Schaltschranks gemäß dem vorgenannten Verfahren; Herstellen eines zweiten Schaltschranks gemäß dem vorgenannten Verfahren; Verbinden der Kühlleitung des ersten Schaltschranks mit der Kühlleitung des zweiten Schaltschranks; und Verbinden einer Pumpe mit den verbundenen Kühlleitungen, wobei die Pumpe ausgebildet ist, ein Kühlmittel durch die verbundenen Kühlleitungen zu pumpen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische perspektivische Darstellung eines Schaltschranks mit einer an einer Tragstruktur geführten Kühlleitung;
Fig. 2: eine schematische perspektivische Darstellung eines Schaltschranks mit eingebauten Baugruppen;
Fig. 3: eine schematische perspektivische Darstellung einer Baugruppe, die an der Tragstruktur befestigt ist, wobei hinter der Tragstruktur die Kühlleitung verläuft; und Fig. 4: eine schematische perspektivische Darstellung einer Schaltschrankanordnung.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines (leeren) Schaltschranks 20. Der Schaltschrank weist eine Tragstruktur 22 auf. Die Tragstruktur weist beispielsweise miteinander verbundene Profilschienen auf. Mit der Tragstruktur 22 verbunden ist ein Gehäuse 24. Von dem Gehäuse 24 sind die linke, die hintere und die untere Seite gezeigt. Die anderen Seiten sind nicht gezeigt, um in den Schaltschrank hineinsehen zu können. Exemplarisch ist an einem Teil der Tragstruktur 22, hier an einer Profilschiene, eine Kühlleitung 26 gezeigt. Die Kühlleitung 26 kann ein Kühlmittel führen, dass beispielsweise mittels einer Pumpe durch die Leitung 26 gepumpt wird. Somit kann zumindest der Teil der Tragstruktur 22, die mit der Kühlleitung 26 verbunden ist (hier eine Profilschiene), mittels der Kühlleitung 26 gekühlt werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des Schaltschranks 20 mit eingebauten Baugruppen 28. Die Tragstruktur 22 weist hier den bereits in Fig. 1 gezeigten Rahmen 22a sowie eine Halterung 22b auf. Die Baugruppen 28 sind an der Halterung 22b befestigt. Die Halterung 22b kann einer schock- und vibrationsfesten Lagerung der Baugruppen 28 dienen. Exemplarisch ist der Wärmetransport von der Baugruppe 28' über ein Befestigungselement 30 zu der Halterung 22b grafisch hervorgehoben. Hinter oder in der Halterung 22b verläuft die Kühlleitung (nicht gezeigt). Die Halterung kann (spiegel-) symmetrisch ausgebildet sein, so dass das für die Halterung 22b offenbarte auch für eine weitere Halterung 22b' anwendbar ist. Die Baugruppen 28 können dann an beiden Halterungen 22b und 22b‘ befestigt sein. Die weitere Halterung 22b‘ kann an einem gegenüberliegenden Ende der Tragstruktur befestigt sein, wie die Halterung 22b.
Fig. 3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der Baugruppe 28‘. Die Baugruppe 28' ist mittels des Befestigungselements 30 an der Tragstruktur 22, insbesondere der Halterung, befestigt. Das Befestigungselement 30 umfasst einen Trägerrahmen 30‘, insbesondere eine Platinenhalterung, in dem die Baugruppe 28' befestigt ist. Ferner umfasst das Befestigungselement 30 ein Montageelement 30“, mit dem der Trägerrahmen 30' und somit die Baugruppe 28' an der Trägerstruktur 22, hier der Halterung, befestigt, beispielsweise verschraubt, ist. Ausgehend von der Baugruppe 28' verlaufen Wärmeleitelemente 32. Diese sind mit dem Befestigungselement 30, hier dem Montageelement 30“ (thermisch) verbunden. Eine andere Seite der Wärmeleitelemente 32 ist (thermisch) mit der Baugruppe 28‘, insbesondere Komponenten der Baugruppe die im Betrieb gekühlt werden müssen, verbunden. Somit entsteht ein Temperaturgradient von der Baugruppe bzw. den einzelnen Komponenten zu der Tragstruktur 22. Die entstehende Wärme der Komponenten wird dann zu der Tragstruktur 22 geleitet. Die Wärmeleitung durch die Wärmeleitelemente 32 kann auch mit einem (einzelne) Wärmeleitelement 32 ausgeführt werden, wenn dieses ausreicht, um den benötigten Wärmetransport zu realisieren.
Da das Befestigungselement 30 ebenfalls eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist es auch möglich, die Wärmeleitelemente 32 in das Befestigungselement zu integrieren und ein gemeinsames Bauteil zur Befestigung und zur Wärmeleitung zu schaffen.
Fig. 4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Schaltschrankanordnung 34 mit einem ersten Schaltschrank 20 und einem zweiten Schaltschrank 20‘. Der Schaltschrank 20' weist die gleichen Merkmale auf wie der Schaltschrank 20, die Bezugszeichen der gezeigten Merkmale sind mit einem Hochkomma (') versehen. Die Grenzflächen zwischen den beiden Schaltschränken 20, 20' ist mit einer Gehäusewand versehen, kann jedoch auch offen sein. Beispielhaft ist jeweils an einer Profilschiene eine Kühlleitung 26, 26' gezeigt. Die Kühlleitungen 26, 26' sind an einem (oberen) Ende miteinander verbunden. Das andere (untere) Ende ist mit einer Pumpe 36 verbunden, die ein Kühlmittel durch die miteinander verbundenen Kühlleitungen pumpen kann. Die Pumpe 36 kann ferner einen Kühler zum Kühlen des Kühlmittels aufweisen. Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste:
20 Schaltschrank 22 Tragstruktur 22a Rahmen
22b Halterung 24 Gehäuse 26 Kühlleitung 28 Baugruppe 30 Befestigungselement
32 Wärmeleitelement 34 Schaltschrankanordnung 36 Pumpe

Claims

Patentansprüche
1. Schaltschrank (20) mit folgenden Merkmalen: einer Tragstruktur (22), die ausgebildet ist, eine Baugruppe (28) aufzunehmen ein Gehäuse (24), das mit der Tragstruktur verbunden ist; einer Kühlleitung (26), die zumindest mit einem Teil der Tragstruktur (22) verbunden ist, wobei die Kühlleitung (26) ausgebildet ist, den Teil der Tragstruktur, der mit der Kühlleitung (26) verbunden ist, zu kühlen.
2. Schaltschrank (20) gemäß Anspruch 1 , wobei der Schaltschrank (20) eine Baugruppe (28) aufweist, die mittels eines Befestigungselements an der Tragstruktur (22) befestigt ist; wobei das Befestigungselement (30) ausgebildet ist, eine thermische Verbindung zwischen der Baugruppe und dem Befestigungselement (30) herzustellen, um Abwärme von der Baugruppe (28) über das Befestigungselement (30) in die Tragstruktur (22) zu leiten.
3. Schaltschrank (20) gemäß Anspruch 2, wobei die Baugruppe (28) ein Wärmeleitelement (32) aufweist, das ausgebildet ist, eine thermische Verbindung zwischen der Baugruppe (28) und dem Befestigungselement (30) herzustellen, um Abwärme der Baugruppe (28) zu dem Befestigungselement (30) zu leiten.
4. Schaltschrank (20) gemäß Anspruch 3, wobei das Wärmeleitelement (32) auf einer Komponente der Baugruppe (28) angeordnet ist, die im Betrieb der Baugruppe (28) Kühlung benötigt, um die Abwärme der Komponente in das Befestigungselement (30) zu leiten.
5. Schaltschrank (20) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Wärmeleitelement (32) und/oder das Befestigungselement (30) zur
Herstellung der thermischen Verbindung ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit >3 w w
(größer als drei Watt pro Meter und Kelvin), bevorzugt >10
Figure imgf000011_0001
besonders bevorzugt
Figure imgf000011_0002
aufweist.
6. Schaltschrank (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schaltschrank (20) die Abwesenheit eines aktiven Lüfters aufweist.
7. Schaltschrankanordnung (34) mit folgenden Merkmalen: einem ersten Schaltschrank (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche und einem zweiten Schaltschrank (20‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kühlleitung (26) des ersten Schaltschranks mit der Kühlleitung (26‘) des zweiten Schaltschranks verbunden ist; und einer Pumpe, die ausgebildet ist, ein Kühlmittel durch die verbundenen Kühlleitungen zu pumpen.
8. Verwendung des Schaltschranks gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 oder der Schaltschrankanordnung gemäß Anspruch 7 in einem U-Boot.
9. Verfahren zur Herstellung eines Schaltschranks mit folgenden Schritten:
Bilden einer Tragstruktur, die ausgebildet ist, eine Baugruppe (28) aufzunehmen
Befestigen der Tragstruktur (22) in einem Gehäuse, so dass das Gehäuse (24) die Tragstruktur (22) umschließt; Verbinden einer Kühlleitung zumindest mit einem Teil der Tragstruktur, wobei die Kühlleitung (26) ausgebildet ist, den Teil der Tragstruktur, der mit der Kühlleitung (26) verbunden ist, zu kühlen.
10. Verfahren zur Herstellung einer Schaltschrankanordnung mit folgenden Schritten:
Herstellen eines ersten Schaltschranks (20) gemäß dem Verfahren nach Anspruch 9;
Herstellen eines zweiten Schaltschranks (20) gemäß dem Verfahren nach Anspruch 9;
Verbinden der Kühlleitung (26) des ersten Schaltschranks mit der Kühlleitung (26‘) des zweiten Schaltschranks; und Verbinden einer Pumpe mit den verbundenen Kühlleitungen (26, 26‘), wobei die Pumpe ausgebildet ist, ein Kühlmittel durch die verbundenen Kühlleitungen zu pumpen.
PCT/EP2020/079003 2019-10-23 2020-10-15 Schaltschrank mit einer tragstruktur, mit der eine kühlleitung verbunden ist WO2021078618A1 (de)

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DE102019216330.0A DE102019216330A1 (de) 2019-10-23 2019-10-23 Schaltschrank mit einer Tragstruktur, mit der eine Kühlleitung verbunden ist
DE102019216330.0 2019-10-23

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5057968A (en) * 1989-10-16 1991-10-15 Lockheed Corporation Cooling system for electronic modules
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