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Der Einsatz von Frequenzumrichtern für die Ansteuerung von Motoren gewinnt immer mehr an Bedeutung. Diese Frequenzumrichter werden zum Beispiel in so genannten Motor-Control-Centern eingesetzt. Typischerweise werden einzelne Module für die Ansteuerung von Motoren in Einschubtechnik für einen Schaltschrank ausgeführt und sind damit unter Spannung austauschbar.
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Die Frequenzumrichter erzeugen im Betrieb extrem hohe Verlustleistungen, z. B. im Bereich von 1,5 kW. Die maximal zulässigen Umgebungstemperaturen für die Frequenzumrichter sind allerdings nicht sehr hoch. Durch die vom Markt geforderten Trennungen zwischen den einzelnen Modulen ist die Abfuhr der Verlustwärme stark behindert. Um zu hohe Temperaturen für die Frequenzumrichter und weitere Einbauten eines Schaltschranks zu vermeiden, muss die Anzahl der Frequenzumrichter je Schaltschrank bisher stark reduziert werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum aktiven Belüften von Einbauten eines Einschubs eines Schaltschranks zur Verfügung zu stellen, die große Verlustleistungen dieser Einbauten aus dem Schaltschrank transportieren kann. Dadurch ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung die Integration mehrerer Frequenzumrichter in einem Schaltschrank.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Anspruch 1 gelöst. Die Vorrichtung zum aktiven Belüften von Einbauten eines Einschubs eines Schaltschranks umfasst einen Einschub und einen Schaltschrank mit Fachtrennwänden, die mindestens ein Fach zur Aufnahme des Einschubs bilden, wobei der Einschub ein Lüftergehäuse mit mindestens einem Lüfter umfasst, wobei eine der Fachtrennwände einen Lüfterschacht mit einer Öffnung umfasst. In Einbaulage des Einschubs im Schaltschrank bilden das Lüftergehäuse und der Lüfterschacht eine strömungsschlüssige Verbindung, und der Lüfterschacht umfasst zusätzlich einen Klappdeckel, der die Öffnung des Lüfterschachts verschließen oder zumindest teilweise freigeben kann, und der als Rückschlagventil ausgebildet ist, welches nur eine Strömung in Richtung aus dem Fach des Einschubs heraus zulässt.
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Vorteilhaft ist, dass die Vorrichtung hohe Wärmeverlustleistungen aus dem Einschub abführen kann. Es können mehrere Einschübe mit aktiv zu belüftenden Einbauten in einem Schaltschrank eingebaut und in diesem betrieben werden. Das Rückschlagventil, bestehend aus der Öffnung des Lüfterschachts und dem Klappdeckel, verhindert ein Eindringen von Warmluft aus anderen Einschüben oder Fächern in ein Fach mit einem nicht in Betrieb befindlichem Einschub oder in ein Fach, in welchem kein Einschub eingebaut ist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Einschub zusätzlich ein Schottblech auf, welches in Einbaulage des Einschubs im Schaltschrank im Wesentlichen horizontal verläuft, und welches in Teilen des Einschubs eine Strömung in vertikaler Richtung blockiert. Durch das Schottblech wird sichergestellt, dass sich keine innere Zirkulation der Luftströmung im Einschub bildet, und dass die Strömung durch die aktiv zu belüftenden Einbauten des Einschubs geführt wird.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Frequenzumrichter im Einschub aktiv gekühlt.
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Vorteilhafterweise verschließt der Klappdeckel die Öffnung des Lüftergehäuses aufgrund der Schwerkraft, wenn keine Strömung auf den Klappdeckel gerichtet ist.
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Ebenfalls vorteilhafterweise verschließt der Klappdeckel die Öffnung des Lüftergehäuses aufgrund der Eigenspannung, wenn keine Strömung auf den Klappdeckel gerichtet ist.
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Der Rand der Öffnung des Lüfterschachts kann in einer Ebene liegen. Ebenso kann die Öffnung des Lüfterschachts im Schaltschrank nach oben orientiert sein.
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In einer Weiterbildung der Erfindung erzeugt der mindestens eine Lüfter eine Strömung in Richtung aus dem Fach des Einschubs heraus.
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Vorteilhafterweise umfasst der Einschub ein Gerätetragblech, welches in Einbaulage des Einschubs im Schaltschrank in einem unteren Teil des Einschubs mindestens eine Schlitzreihe aufweist. Ebenfalls vorteilhafterweise weist die der mindestens einen Schlitzreihe des Gerätetragblechs gegenüberliegende Fachtrennwand mindestens eine korrespondierende Schlitzreihe auf. Der Einschub kann durch die mindestens eine Schlitzreihe des Einschubs und durch die mindestens eine Schlitzreihe der Fachtrennwand von einem Kabelraum aus mit kühler Luft versorgt werden.
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Vorteilhafterweise ist das Lüftergehäuse des Einschubs in Einbaulage des Einschubs im Schaltschrank in einem oberen Teil des Einschubs angeordnet.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Fach zur Aufnahme des Einschubs mit einem Abluftkanal des Schaltschranks strömungsschlüssig durch die Öffnung im Lüfterschacht verbunden.
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Die Erfindung wird im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben.
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1 Schaltschrank mit Einschüben,
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2 Detailansicht des Schaltschranks mit Einschüben ohne Abdeckungen und Türen in einer ersten Perspektive dargestellt,
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3 Detailansicht des Schaltschranks mit Einschüben ohne Abdeckungen in einer zweiten Perspektive dargestellt,
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4 Detailansicht eines Einschubs und von Trennwänden eines Schaltschranks,
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5 Frontalansicht eines Einschubs in Einbaulage des Einschubs im Schaltschrank, und
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6 schematische Darstellung der Strömung in Einschub, Kabelanschlussraum und Abluftkanal.
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In 1 ist ein Schaltschrank 200 dargestellt, der links einen Abluftkanal 210, rechts einen Kabelanschlussraum 220 und dazwischen einen Funktionsraum 240 für Einschübe 241, 242 aufweist. Die Position von Kabelanschlussraum 220 und Abluftkanal 210 kann ebenso vertauscht angeordnet sein, so dass der Kabelanschlussraum 220 sich links vom Funktionsraum 240 für Einschübe 241, 242 befindet und der Abluftkanal 210 rechts davor.
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Zur aktiven Belüftung der Einbauten von Einschüben 241, 242 enthält die Abdeckung oder Tür des Kabelanschlussraums 220 Lüftungsöffnungen 221, 222, 223, 224. Durch diese Lüftungsöffnungen kann Luft in den Kabelanschlussraum 220 einströmen. Die einströmende Luft hat die Temperatur der Umgebung des Schaltschranks 200. Typischerweise ist diese Umgebungsluft gekühlt. Der Kabelanschlussraum 220 kann ebenso direkt mit aktiv gekühlter Luft versorgt werden.
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Der Abluftkanal 210 ist mit einem Luftaustritt 211 verbunden, aus dem die Abluft den Schaltschrank 200 verlassen kann.
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2 zeigt eine Detailansicht auf den Schaltschrank 200 und die Einschübe 241, 242 bei abgenommenen Abdeckungen oder Türen in einer ersten perspektivischen Darstellung. Die Einschübe 241, 242 enthalten Einbauten, die aktiv belüftet werden sollen, und sind in Einbaulage im Schaltschrank dargestellt. Diese Einbauten sind beispielsweise Frequenzumrichter 100, 100'. Die Fächer zur Aufnahme der Einschübe 241, 242 werden von Fachtrennwänden gebildet, wobei in 2 nur die seitlichen Fachtrennwände 10, 10' dargestellt sind, die die Fächer vom Abluftkanal 210 trennen. Die Fachtrennwände 10, 10' umfassen Lüfterschächte 90, 90'. Gegenüberliegend den Lüfterschächten 90, 90' sind Lüftergehäuse 50, 50' der Einschübe 241, 242 angeordnet..
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In 3 ist der Schaltschrank 200 mit den Einschüben 241, 242 ohne Abdeckungen in einer zweiten Perspektive dargestellt. Die Einschübe 241, 242 werden begrenzt durch Gerätetragbleche 70, 70' und sind in Einbaulage im Schaltschrank dargestellt. Die Gerätetragbleche 70, 70' sind U-förmig gebogen und bilden damit zwei Seitenwände und eine Rückwand der Einschübe 241, 242. Die Einschübe 241, 242 sind horizontal voneinander getrennt. Die Lüftergehäuse 50, 50' sind in den Teilen der Gerätetragbleche 70, 70' angeordnet, die die Seitenwände zum Abluftkanal 210 bilden. Gegenüberliegend zu den Seitenwänden, die von den Gerätetragblechen 70, 70' gebildet werden und mit den Lüftergehäusen 50, 50' versehen sind, sind die Fachtrennwände 10, 10' angeordnet, so dass die Seitenwände und Trennwände direkt aneinander grenzen.
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Die Lüftergehäuse 50, 50' sind in den Gerätetragblechen 70, 70' angeordnet, und zwar in den Teilen der Gerätetragbleche 70, 70', die die Seitenwände der Einschübe 241, 242 bilden und zum Abluftkanal 210 orientiert sind. Die Lüftergehäuse 50, 50' umfassen Lüfter 51, 52; 51', 52' Die Lüfter 51, 52; 51', 52', sind so angeordnet, dass sie eine Strömung in Richtung aus den Fächern der Einschübe 241, 242 heraus erzeugen.
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4 zeigt einen Einschub 241, der fast vollständig aus dem Fach zur Aufnahme des Einschubs 241 im Schaltschrank 200 herausgezogen ist. Der Einschub 241 umfasst ein Gerätetragblech 70, welches U-förmig gebogen ist. Das Gerätetragblech 70 bildet somit zwei Seitenwände und eine Rückwand. Auf dem Gerätetragblech 70 sind Einbauten montiert, beispielsweise ein Frequenzumrichter 100. Die Seitenwand des Einschubs 241, die zum Kabelanschlussraum 220 gerichtet ist, umfasst in einem unteren Bereich mindestens eine Schlitzreihe 71, durch die Luft in den Einschub 241 strömen kann. Die Seitenwand des Einschubs 241, die zum Abluftkanal 210 orientiert ist, umfasst das Lüftergehäuse 50 mit mindestens einem Lüfter.
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Das Fach zur Aufnahme des Einschubs 241 wird von Fachtrennwänden 10, 30, 40 seitlich begrenzt. Die Fachtrennwand 10, die das Fach zum Abluftkanal 210 hin begrenzt, umfasst einen Lüfterschacht 90. Die Fachtrennwand 30, die das Fach zum Kabelanschlussraum 220 hin begrenzt, umfasst mindestens eine Schlitzreihe 31, durch die Luft strömen kann. Die Schlitzreihe 31 korrespondiert zur Schlitzreihe 71, in Einbaulage des Einschubs 241, 242 im Schaltschrank 200 sind die Schlitzreihen 31 und 71 gegenüberliegend angeordnet.
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In Einbaulage des Einschubs 241 im Schaltschrank 200 bilden die Schlitzreihe 31 der Fachtrennwand 30 und die Schlitzreihe 71 des Gerätetragblechs 70 eine strömungsschlüssige Verbindung, so dass Luft vom Kabelanschlussraum 220 in den Einschub 241 gelangen kann. In Einbaulage des Einschubs 241 im Schaltschrank 200 bilden das Lüftergehäuse 50 im Gerätetragblech 70 des Einschubs 241 und der Lüfterschacht 90 in der Fachtrennwand 10 eine strömungsschlüssige Verbindung, so dass Luft aus dem Einschub 241 in den Abluftkanal 210 gelangen kann.
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In den 2, 3 und 4 sind Schottbleche 60, 60' dargestellt, welche in den Einschüben 241, 242 eingebaut sind. Die Funktion eines Schottblechs 60 soll anhand der 4 näher erläutert werden. Generell dient das Schottblech 60 im Einschub 241 dazu, dass in Einbaulage des Einschubs 241 im Schaltschrank 200 die Strömung in einem Teil des Einschubs 241 in vertikaler Richtung blockiert wird. Dazu verläuft in Einbaulage des Einschubs 241 im Schaltschrank 200 das Schottblech 60 im Wesentlichen horizontal. Die kühle Luft, die aus dem Kabelanschlussraum 220 durch die Schlitzreihe 31 der Fachtrennwand 30 und die Schlitzreihe 71 des Gerätetragblechs 70 in den Einschub 241 gelangt, wird durch das Schottblech 60 daran gehindert, vertikal, also nach oben, zu strömen. Stattdessen strömt die kühle Luft durch den mittigen Einbau des Einschubs 241. Dies kann zum Beispiel der aktiv zu kühlende Frequenzumrichter 100 sein. Dieser ist mittig auf dem Gerätetragblech 70 angeordnet, wobei das Schottblech in Einbaulage des Einschubs 241 im Schaltschrank 200 im Wesentlichen horizontal von einer Seitefläche des Frequenzumrichters 100 zur rechten Seitenwand des Einschubs 241 verläuft.
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5 zeigt den Einschub 241 ohne Abdeckungen in einer frontalen Darstellung. Das Schottblech 60 verläuft innerhalb des Einschubs 241 von einer rechten Seitenfläche des aktiv zu kühlenden Frequenzumrichters 100 zur Seitenwand des Gerätetragblechs 70 mit den Schlitzreihen 71. Während in der Darstellung der 5, also in Einbaulage des Einschubs 241 im Schaltschrank 200, der Einlass für die kühle Luft sich in einem unteren Teil des Einschubs befindet, wird die Luft in einem oberen Teil aus dem Einschub 241 gesaugt. Dazu ist im Einschub 241 ein Lüftergehäuse 50 mit mindestens einem Lüfter 51 angeordnet. Der mindestens eine Lüfter 51 ist so orientiert, dass er eine Strömung in Richtung aus dem Fach des Einschubs 241 heraus erzeugt. Der Lüfter 51 saugt die Luft aus dem Einschub 241. Die Fachtrennwand 10 enthält einen Lüfterschacht 90 mit einer Öffnung, wobei in Einbaulage des Einschubs 241 im Schaltschrank 200 das Lüftergehäuse 50 und der Lüfterschacht 90 eine strömungsschlüssige Verbindung bilden. Die Luft, die von dem Lüfter 51 aus dem Einschub 241 gesaugt wird, wird durch das Lüftergehäuse 50 und den Lüfterschacht 90 in den Abluftkanal 210 transportiert. Das Lüftergehäuse 50 kann ebenso zwei Lüfter 51, 52; 51', 52' enthalten, wie es in 3 dargestellt ist.
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Der Lüfterschacht 90 enthält zusätzlich einen Klappdeckel 20, der die Öffnung des Lüfterschachts 90 verschließen oder zumindest teilweise freigeben kann, und der als Rückschlagventil ausgebildet ist, welches nur eine Strömung in Richtung aus dem Fach des Einschubs 241 heraus zulässt. Dieser Klappdeckel 20 ist ebenfalls in der 2 dargestellt, wobei dort der Einschub 241 mit geöffnetem Klappdeckel 20, und der Einschub 242 mit geschlossenem Klappdeckel 20' dargestellt ist. Wenn keine Strömung auf den Klappdeckel 20 gerichtet ist, wie beim Einschub 242 der 2 bei z. B. ausgeschaltetem Frequenzumrichter 100' und ausgeschalteten Lüftern 51', 52', schließt der Klappdeckel 20 die Öffnung des Lüftergehäuses 50 entweder aufgrund der Schwerkraft und/oder aufgrund der Eigenspannung des Klappdeckels 20. Nur bei einer Strömung in Richtung aus dem Fach des Einschubs 241 heraus, wird von dieser Strömung der Klappdeckel 20 geöffnet.
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Die Öffnung des Lüfterschachts 90 im Schaltschrank 200 kann leicht nach oben orientiert sein, so dass bei einem Anbringen des Klappdeckels 20 an einem unteren Teil der Öffnung des Lüfterschachts 90 der Klappdeckel 20 an dem unteren Teil aufliegt. Der Rand der Öffnung des Lüfterschachts 90 kann in einer Ebene liegen, wodurch der Klappdeckel 20 als ebenes Element ausgebildet sein kann. Der Klappdeckel 20 kann aus dünnem, biegsamem Material hergestellt sein, z. B. aus einem Kunststoff bzw. einer Kunststofffolie. Dadurch, dass der Klappdeckel 20 zusammen mit der Öffnung des Lüfterschachts 90 ein Rückschlagventil bildet, ist sichergestellt, dass die warme Luft des Abluftkanals 210 nicht in ein Fach zur Aufnahme der Einschübe 241, 242 gelangen kann, wenn der Einschub nicht betrieben wird, oder wenn das Fach nicht mit einem Einschub belegt ist.
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6 zeigt in einer schematischen Darstellung die Strömungsverhältnisse von Abluftkanal 210, Einschub 241 und Kabelanschlussraum 220. Aus dem Kabelanschlussraum 220 gelangt kühle Luft durch mindestens eine Schlitzreihe 31 einer Fachtrennwand und durch mindestens eine Schlitzreihe 71 des Gerätetragblechs 70 in den Einschub 241. Schottblech 60 verhindert, dass die Strömung der Luft an dem zu kühlenden Frequenzumrichter 100 vorbeiläuft, sondern lenkt den Luftstrom so, dass dieser durch den Frequenzumrichter 100 geführt wird und diesen kühlt. In dem Bereich des Frequenzumrichters 100 ist die Strömung in vertikaler Richtung geführt. Diese Strömungsführung durch den Frequenzumrichter 100 kann durch Lüfter im Gehäuse des Fequenzumrichters 100 unterstützt werden. Im oberen Teil des Frequenzumrichters 100 verlässt die erwärmte Luft diesen und wird durch das Lüftergehäuse 50 aus dem Einschub 241 heraus in den Abluftkanal 210 gesaugt. Die erwärmte Luft wird durch den Abluftkanal 210 zum Luftaustritt 211 geleitet, der sich auf dem Schaltschrank 200 befindet, wie in 1 dargestellt.
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Die Schottbleche 60, 60' verhindern eine innere Zirkulation der Luft im Einschub 241, 242. Die Schottbleche 60, 60' stellen damit eine Strömung gemäß 6 sicher, nämlich von einem unteren Einlass im Einschub 241 von kühler Luft zu einem oberen Auslass aus dem Einschub 241 für die erwärmte Luft.
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Bei entsprechender Konstruktion und Ineinanderschachtelung von Abluftkanal 210 und Kabelanschlussraum 220 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum aktiven Belüften von Einbauten eines Einschubs eines Schaltschranks auch so auszugestalten, dass sich Einlass und Auslass auf derselben Seite des Einschubs 241 befinden. Gemäß 6 würde dies bedeuten, dass z. B. das Lüftergehäuse 50 im oberen Bereich des Einschubfachs 241 ebenfalls auf der rechten Seite angeordnet ist. Es müsste mit entsprechenden Einbauten sichergestellt werden, dass der Einlass der kühlen Luft und der Auslass der warmen Luft nicht im selben Kanal liegen und sich dadurch die Luftströme nicht vermischen. Das Lüftergehäuse 50 muss mit einem Abluftkanal 210 im Kabelanschlussraum 220 verbunden sein.
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In den Ausführungsformen gemäß der Figuren ist beschrieben, dass sich Einlass und Auslass an gegenüberliegenden Seitenwänden des Einschubs befinden. Ebenfalls ist es möglich, dass sich der Ein- und/oder Auslass in der Rückwand des Einschubs befindet und entsprechend der Abluftkanal 210 und/oder der Kabelanschlussraum 220 hinter dem Einschub angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt sicher, dass auch hohe Verlustleistungen im Bereich von 1,5 kW aus dem Schaltschrank abgeführt werden können und sich der Schaltschrank nicht zu stark erwärmt. Es wird sichergestellt, dass z. B. Frequenzumrichter gekühlt werden zur Aufrechterhaltung ihrer Funktionalität.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit kühler Lüft aus der Umgebung des Schaltschranks 200 betrieben werden. Ebenso ist denkbar, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit aktiv gekühlter Luft zu versorgen.