Klimatisierter Schaltschrank

Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Klimatisierung eines Schaltschranks.

Hintergrund der Erfindung

Aus dem Stand der Technik sind Schaltschränke zur Aufnahme von elektrischen oder elektronischen Komponenten hinlänglich bekannt. Derartige Schaltschränke können eine Schaltschranktür aufweisen, wobei der Öffnungszustand (geschlossen oder geöffnet) der Schaltschranktür durch einen Türsensor erfasst werden kann. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn sich ein derartiger Schaltschrank in einem ungeschützten Bereich befindet und zur sicherheitskritischen Infrastruktur auf dem Gebiet der Energie-, Wasser-, Abwasser- oder Telekommunikationsversorgung gehört. Der Öffnungszustand des Schaltschranks kann dann nämlich von dem Türsensor erfasst und über eine Datenverbindung an eine Fernwirk-/Leittechnik übertragen werden. Auf diese Weise ist es möglich, ein unerlaubtes Öffnen des Schaltschranks zu erkennen, so dass rechtzeitig Gegenmaßnahmen gegen eine mögliche Sabotage ergriffen werden können.

Derartige Schaltschränke enthalten oftmals elektronische Komponenten mit einer optischen Anzeige (z.B. LED, Display), um den Anwender über den aktuellen Betriebszustand zu informieren und vor kritischen Betriebspunkten zu warnen. Diese Anzeigen benötigen jedoch auch bei geschlossener Schaltschranktür elektrische Energie, was unerwünscht ist.

Es sollten Temperatur und Feuchtigkeit innerhalb des Schaltschranks in einem vorgegebenen Bereich bleiben, um eine ordnungsgemäße Funktion der in dem Schaltschrank untergebrachten elektrischen oder elektronischen Komponenten sicherzustellen.

Beschreibung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen entsprechend verbesserten Schaltschrank zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Schaltschrank gemäß dem Hauptanspruch gelöst.

Der erfindungsgemäße Schaltschrank dient in Übereinstimmung mit den eingangs beschriebenen bekannten Schaltschränken zur Aufnahme von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten, die in dem Schaltschrank untergebracht werden können. Hierbei ist zu erwähnen, dass sich die Erfindung hinsichtlich der Art der in dem Schaltschrank untergebrachten Komponenten nicht auf bestimmte Komponenten beschränkt.

Ein Erfindungsaspekt betrifft die Klimatisierung des Schaltschranks. So sollten Temperatur und Feuchtigkeit innerhalb des Schaltschranks in einem vorgegebenen Bereich bleiben, um eine ordnungsgemäße Funktion der in dem Schaltschrank untergebrachten elektrischen o- der elektronischen Komponenten sicherzustellen. Der Schaltschrank kann deshalb einen Klimasensor (z.B. Temperatursensor, Feuchtigkeitssensor) aufweisen, um eine Klimagröße (z.B. Temperatur, Feuchtigkeit) in dem Schaltschrank zu messen. Darüber hinaus kann der Schaltschrank eine Schaltschrankklimatisierung aufweisen, um in Abhängigkeit von der gemessenen Klimagröße in dem Schaltschrank eine aktive Klimatisierung des Schaltschranks vorzunehmen. Hierzu kann eine Stromversorgung (z.B. Schaltnetzteil) ausgenutzt werden, die in dem Schaltschrank untergebracht ist und eigentlich zur Stromversorgung der elektrischen bzw. elektronischen Komponenten in dem Schaltschrank dient. Die Stromversorgung kann in verschiedenen Arbeitspunkten betrieben werden, die sich durch ihre Energieeffizienz unterscheiden, so dass in den verschiedenen Arbeitspunkten eine unterschiedliche Verlustwärmeleistung in dem Schaltschrank erzeugt wird. Die Schaltschrankklimatisierung kann nun in Abhängigkeit von der gemessenen Klimagröße den Arbeitspunkt der Stromversorgung einstellen, um die eingebrachte Verlustleistung zu variieren.

Hierbei wird ein Arbeitspunkt mit einer relativ schlechten Energieeffizienz und einer entsprechend hohen Verlustwärmeleistung eingestellt, wenn die Temperatur in dem Schaltschrank zu gering ist und deshalb erhöht werden sollte.

Die Schaltschrankklimatisierung stellt dagegen einen Arbeitspunkt mit einer relativ guten Energieeffizienz und einer entsprechend niedrigen Verlustwärmeleistung ein, wenn die Temperatur in dem Schaltschrank zu hoch ist und deshalb nicht weiter erhöht werden sollte. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schaltschrankklimatisierung einen Klimaregler auf, der eine Messgröße erfasst, eine Stellgröße einstellt und eine Regelgröße regelt.

Bei der Regelgröße kann es sich beispielsweise um die Temperatur in dem Schaltschrank, die Luftfeuchtigkeit in dem Schaltschrank oder den Taupunkt der Luft in dem Schaltschrank handeln.

Die Stellgröße des Klimareglers kann dagegen der Arbeitspunkt der Stromversorgung, die Lüfterdrehzahl eines Lüfters in dem Schaltschrank oder der Schaltzustand eines elektrischen ersten Verbrauchers in dem Schaltschrank sein, wobei der erste Verbraucher in Abhängigkeit von seinem Schaltzustand eine zustandsabhängige Verlustwärmeleistung in dem Schaltschrank erzeugt.

Bei der Messgröße des Klimareglers handelt sich dagegen beispielsweise um die Temperatur in dem Schaltschrank, die Luftfeuchtigkeit in dem Schaltschrank oder den Taupunkt der Luft in dem Schaltschrank.

Beispielsweise kann es sich bei dem Klimaregler um einen Zweipunktregler handeln, der ausgangsseitig nur zwei mögliche Zustände der Stellgröße hat. So kann der Zweipunktregler beispielsweise den Lüfter entweder Einschalten oder Ausschalten. Weiterhin kann der Klimaregler wahlweise einen von zwei möglichen Arbeitspunkten der Stromversorgung einstellen. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Typs des Klimareglers nicht auf einen Zweipunktregler beschränkt, sondern auch mit anderen Reglertypen realisierbar.

Bei der Regelung durch eine Einstellung des Arbeitspunktes der Stromversorgung wird - wie bereits vorstehend erwähnt - vorzugsweise ein Arbeitspunkt mit einer geringen Energieeffizienz und einer entsprechend hohen Verlustleistung eingestellt, wenn die gemessene Temperatur einen unteren Temperaturgrenzwert unterschreitet. Der Klimaregler stellt dagegen vorzugsweise einen Arbeitspunkt der Stromversorgung mit einer hohen Energieeffizienz und einer entsprechend geringen Verlustleistung ein, wenn die gemessene Temperatur einen oberen Temperaturgrenzwert überschreitet. Hierbei sieht der Klimaregler vorzugsweise eine Schalthysterese vor, weshalb der obere Temperaturgrenzwert vorzugsweise größer ist als der untere Temperaturgrenzwert.

Bei einer Regelung der Luftfeuchtigkeit als Regelgröße wird vorzugsweise ein Arbeitspunkt der Stromversorgung mit einer geringen Energieeffizienz und einer entsprechend hohen Verlustwärmeleistung eingestellt, wenn die gemessene Luftfeuchtigkeit einen oberen Feuchtigkeitsgrenzwert überschreitet. Der Klimaregler stellt dann einen Arbeitspunkt der Stromversorgung mit einer hohen Energieeffizienz und einer entsprechend geringen Verlustwärmeleistung ein, wenn die gemessene Luftfeuchtigkeit einen unteren Feuchtigkeitsgrenzwert unterschreitet. Auch hierbei ist vorzugsweise eine Schalthysterese vorgesehen.

Der Klimaregler kann jedoch auch den vorstehend kurz erwähnten ersten Verbraucher in dem Schaltschrank einschalten oder ausschalten, um das Klima in dem Schaltschrank zu beeinflussen, wobei ebenfalls eine Schalthysterese vorgesehen sein kann.

Eine andere Möglichkeit der Beeinflussung des Klimas in dem Schaltschrank besteht darin, den Lüfter einzuschalten oder auszuschalten oder die Lüfterdrehzahl anzuheben bzw. abzusenken, wobei auch hier eine Schalthysterese vorgesehen sein kann.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Stromversorgung einen ersten Signalausgang auf, um ein erstes Freigabesignal auszugeben, wenn die Temperatur in dem Schaltschrank einen vorgegebenen Sollwert erreicht. Weiterhin kann die Stromversorgung einen zweiten Signalausgang aufweisen, um ein zweites Freigabesignal auszugeben, wenn die Luftfeuchtigkeit in dem Schaltschrank einen vorgegebenen Sollwert erreicht. Darüber hinaus kann die Stromversorgung einen dritten Signalausgang aufweisen, um ein Alarmsignal auszugeben, das eine Fehlfunktion des Lüfters anzeigt, wobei die Stromversorgung an den dritten Signalausgang das Alarmsignal ausgibt, wenn der integrierte Temperatursensor detektiert, dass die Innentemperatur in dem Schaltschrank einen Maximalwert überschreitet, wobei der Maximalwert der Innentemperatur über dem oberen Temperaturgrenzwert der Innentemperatur liegt. Die Stromversorgung kann zur Ansteuerung des Lüfters auch einen mehrwertigen Steuerausgang aufweisen, der nicht nur ein einfaches Einschalten bzw. Ausschalten des Lüfters ermöglicht, sondern die Einstellung verschiedener Lüfterdrehzahlen ermöglicht.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Klimaregler baulich in die Stromversorgung integriert. Hierbei können der Klimasensor, der Temperatursensor, der Taupunktsensor und/oder der Feuchtigkeitssensor von der Stromversorgung baulich getrennt sein. Dabei kann eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung zwischen den vorstehend genannten Komponenten vorgesehen sein. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Schaltschrank eine Schnittstelle aufweisen, um eine Betriebsgröße (z.B. Innentemperatur in dem Schaltschrank, Drehzahl des Lüfters, Schaltzustand des Lüfters) auszugeben.

Zu dem Lüfter ist zu erwähnen, dass der Lüfter Umgebungsluft in den Schaltschrank hineinblasen kann. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass der Lüfter die Luft aus dem Schaltschrank herausbläst. Ferner besteht auch die Möglichkeit, dass der Lüfter die Luft in dem Schaltschrank umwälzt, um lokale Temperaturspitzen in dem Schaltschrank zu vermeiden. Im Rahmen der Erfindung können auch mehrere Lüfter eingesetzt werden, die die vorstehend genannten Lüftervarianten miteinander kombinieren.

Optional weist der erfindungsgemäße Schaltschrank in Übereinstimmung mit den eingangs beschriebenen bekannten Schaltschränken eine Schaltschranktür auf, die wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann. Beispielsweise kann es sich bei der Schaltschranktür um eine Schwenktür handeln, die aufgeschwenkt bzw. zugeschwenkt werden kann. Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung alternativ auch die Möglichkeit, dass die Schaltschranktür eine Schiebetür ist. Die Erfindung ist also hinsichtlich der Art und der Funktionsweise der Schaltschranktür nicht auf bestimmte Typen von Schaltschranktüren beschränkt.

In Übereinstimmung mit den eingangs beschriebenen bekannten Schaltschränken kann auch der erfindungsgemäße Schaltschrank einen Türsensor aufweisen, der den Öffnungszustand (geöffnet oder geschlossen) der Schaltschranktür ermittelt.

In dem erfindungsgemäßen Schaltschrank kann sich zumindest ein zweiter elektrischer Verbraucher mit einem bestimmten Stromverbrauch befinden, wobei es sich beispielsweise um eine LED-Anzeige, einen Bildschirm oder eine Schaltschrankbeleuchtung handeln kann.

Ferner kann auch der erfindungsgemäße Schaltschrank in Übereinstimmung mit den eingangs beschriebenen bekannten Schaltschränken eine Steuerung enthalten, die eingangsseitig mit dem Türsensor verbunden ist und den Öffnungszustand der Schaltschranktür ermittelt. Bei den eingangs beschriebenen bekannten Schaltschränken übermittelt die Steuerung den Öffnungszustand der Schaltschranktür über eine Datenverbindung an Fernwirk- /Leittechnik, um eine Fernüberwachung des Schaltschranks zu ermöglichen. Bei dem erfindungsgemäßen Schaltschrank steuert die Steuerung dagegen den zweiten Verbraucher (z.B. LED, Display, Schaltschrankbeleuchtung) in Abhängigkeit von dem Öffnungszustand der Schaltschranktür an und variiert dadurch den Stromverbrauch des zweiten Verbrauchers in Abhängigkeit von dem Öffnungszustand der Schaltschranktür.

Es wurde vorstehend bereits erwähnt, dass es sich bei dem zweiten Verbraucher in dem Schaltschrank um eine elektro-optische Komponente handeln kann, wie beispielsweise eine LED-Anzeige, ein Bildschirm oder eine Schaltschrankbeleuchtung. Diese elektro-opti- schen Komponenten sind jedoch bei geschlossener Schaltschranktür nutzlos, verbrauchen aber bei den bekannten Schaltschranktüren trotzdem elektrische Energie. Die Erfindung sieht deshalb vorzugsweise vor, dass die Steuerung im geschlossenen Zustand der Schaltschranktür die elektro-optische Komponente herunterregelt oder ganz ausschaltet, um den Stromverbrauch der elektro-optischen Komponente im geschlossenen Zustand der Schaltschranktür zu verringern. Vorzugsweise wird die elektro-optische Komponente ganz abgeschaltet, wenn die Schaltschranktür geschlossen ist, da die elektro-optische Komponente bei geschlossener Schaltschranktür nicht benötigt wird.

Der von der Steuerung angesteuerte zweite Verbraucher in dem Schaltschrank kann jedoch alternativ eine berührungsgefährliche elektrische Spannung führen, beispielsweise bei einer Stromversorgung. Die Steuerung kann dann den zweiten Verbraucher im geöffneten Zustand der Schaltschranktür in einen Betriebszustand ohne die berührungsgefährliche elektrische Spannung schalten oder ganz abschalten, um einen Berührschutz zu erreichen. Dadurch wird die Betriebssicherheit erhöht, da nach dem Öffnen der Schaltschranktür keine berührungsgefährlichen elektrischen Spannungen mehr in dem Schaltschrank anliegen.

Bei dem vorstehend beschriebenen Türsensor kann es sich beispielsweise um einen Helligkeitssensor handeln, der die Helligkeit innerhalb des Schaltschranks misst und einen geöffneten Zustand der Schaltschranktür durch das Eindringen von Umgebungslicht erkennt.

Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung alternativ auch die Möglichkeit, dass der Türsensor ein Entfernungssensor ist, der in dem Schaltschrank angeordnet ist und den Abstand zur Innenseite der Schaltschranktür misst. Beim Aufschwenken der Schaltschranktür nach außen vergrößert sich dieser Abstand, woran das Öffnen der Schaltschranktür erkannt werden kann.

Ferner besteht alternativ auch die Möglichkeit, dass es sich bei dem Türsensor um einen herkömmlichen Türkontaktsensor handelt. Die vorstehend beispielhaft genannten Möglichkeiten zur technischen Realisierung des Türsensors können im Rahmen der Erfindung auch miteinander kombiniert werden, um eine redundante Erfassung des Öffnungszustands der Schaltschranktür zu ermöglichen. Beispielsweise kann ein Türkontaktsensor mit einem Helligkeitssensor kombiniert werden.

Weiterhin kann der Schaltschrank einen Datenlogger enthalten, der mit dem Türsensor verbunden ist und den Öffnungszustand der Schaltschranktür protokolliert, insbesondere mit einem Zeitstempel bei jeder Änderung des Öffnungszustands der Schaltschranktür. Der Datenlogger kann auch mit einer Übertragungseinheit kombiniert werden, um den Öffnungszustand der Schaltschranktür an eine externe Überwachungseinheit zu übertragen, was beispielsweise drahtlos oder drahtgebundene über einen Datenbus erfolgen kann.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Schaltschranks bei geöffneter Schaltschranktür.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der Stromversorgung in dem Schaltschrank aus Figur 1.

Figur 3 zeigt ein vereinfachtes regelungstechnisches Ersatzschaltbild zur Erläuterung der Schaltschrankklimatisierung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird nun das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltschranks 1 beschrieben, der einen Gehäusekörper 2 mit einer Schaltschranktür 3 aufweist, die in diesem Ausführungsbeispiel als Schwenktür ausgebildet ist.

In dem Schaltschrank 1 befinden sich mehrere elektrische Komponenten 4-7, wobei die Erfindung hinsichtlich des Typs der elektrischen Komponenten 4-7 nicht auf bestimmte elektrische Komponenten beschränkt ist. Darüber hinaus befindet sich in dem Schaltschrank 1 eine Stromversorgung 8, die in Figur 2 dargestellt ist und später noch detailliert beschrieben wird.

Ferner enthält der Schaltschrank 1 einen Türkontaktsensor 9, der den Öffnungszustand der Schaltschranktür 3 ermittelt und an eine Steuerung 10 in der Stromversorgung 8 meldet.

Die Steuerung 10 steuert dann in Abhängigkeit von dem Öffnungszustand der Schaltschranktür 3 eine Schaltschrankbeleuchtung 11 an. Hierbei wird die Schaltschrankbeleuchtung 11 eingeschaltet, wenn die Schaltschranktür 3 geöffnet ist, wohingegen die Schrankbeleuchtung 11 ausgeschaltet wird, wenn die Schaltschranktür 3 geschlossen ist. Dies ist vorteilhaft, weil die Schaltschrankbeleuchtung 11 im geschlossenen Zustand der Schaltschranktür 3 nicht benötigt wird und dann ausgeschaltet werden kann, wodurch Strom gespart wird.

Darüber hinaus weist die Stromversorgung 8 einen integrierten Helligkeitssensor 12 auf, der die Helligkeit in dem Schaltschrank 1 misst. Dies ermöglicht ebenfalls eine Erkennung des Öffnungszustands der Schaltschranktür 3, da im geschlossenen Zustand der Schaltschranktür 3 kein Licht in den Schaltschrank 1 eindringt, was von dem Helligkeitssensor 12 erfasst wird. Beim Öffnen der Schaltschranktür 3 dringt dagegen Umgebungslicht in den Schaltschrank 1 ein, was ebenfalls von dem Helligkeitssensor 12 erfasst wird. Der Helligkeitssensor 12 meldet die gemessene Helligkeit deshalb an die Steuerung 10, die daraus den Öffnungszustand der Schaltschranktür 3 ableitet.

Die Steuerung 10 kann den Öffnungszustand der Schaltschranktür 3 also zum einen aus dem Ausgang des Türkontaktsensors 9 und zum anderen aus dem Ausgangssignal des Helligkeitssensors 12 ableiten, was eine redundante Ermittlung des Öffnungszustands der Schaltschranktür 3 ermöglicht.

Darüber hinaus ist die Steuerung 10 über einen hier nur schematisch dargestellten Datenbus 13 mit einer externen Überwachungseinheit verbunten. Beispielsweise kann über den Datenbus 13 der Öffnungszustand der Schaltschranktür 3 an die externe Überwachungseinheit übertragen werden.

Der Vollständigkeit halber ist noch zu erwähnen, dass die Stromversorgung Spannungseingänge 14 und Spannungsausgänge 15 enthält, wobei die Spannungsumwandlung beispielsweise mittels eines Netzteils erfolgen kann. Figur 3 zeigt ein regelungstechnisches Ersatzschaltbild zur Verdeutlichung eines weiteren Erfindungsaspekts, der die Klimatisierung in dem Schaltschrank 1 betrifft.

Vorab ist hierbei zu bemerken, dass die Stromversorgung 8 ein Schaltnetzteil 16 aufweist, das in verschiedenen Arbeitspunkten betrieben werden kann, die sich durch ihre Energieeffizienz und damit auch durch die von dem Schaltnetzteil 16 erzeugte Verlustwärmeleistung Pneiz in dem Schaltschrank 1 unterscheiden.

Darüber hinaus ist zur Klimatisierung des Schaltschranks 1 ein Lüfter 17 vorgesehen, der relativ kalte Umgebungsluft angesaugt und in den Schaltschrank 1 hineinbläst, so dass der Lüfter 17 in Abhängigkeit von der Lüfterdrehzahl eine bestimmte Kühlleistung PKÜHL erzeugt.

Ferner ist ein Temperatursensor 18 vorgesehen, der eine Innentemperatur TIST in dem Schaltschrank 1 misst und an einen Subtrahierer 19 weiterleitet.

Der Subtrahierer 19 berechnet aus der gemessenen Innentemperatur TIST in dem Schaltschrank eins 1 einem vorgegebenen Sollwert TSOLL soll eine Temperaturabweichung AT und leitet diese an einen Regler 20 weiter.

Zum einen steuert der Regler 20 die Drehzahl des Lüfters 17, um den Schaltschrank 1 zu klimatisieren. So wird die Lüfterdrehzahl des Lüfters 17 angehoben, wenn die Temperatur TIST in dem Schaltschrank 1 zu groß ist.

Zum anderen steuert der Regler 20 aber auch das Schaltnetzteil 16 an und stellt den Arbeitspunkt des Schaltnetzteils 16 ein. Zu Heizzwecken wird hierbei ein Arbeitspunkt mit einer relativ niedrigen Energieeffizienz und einer entsprechend hohen Verlustwärmeleistung Pneiz eingestellt.

Auf diese Weise sorgt die Schaltschrankklimatisierung dafür, dass die Innentemperatur TIST in dem Schaltschrank 1 innerhalb eines zulässigen Temperaturbereichs bleibt, wobei Störungen ausgeregelt werden, die beispielsweise durch eine schwankende Umgebungstemperatur TUMGEBUNG verursacht werden.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung auch Abwandlungen und Weiterbildungen, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen. Die Erfindung umfasst also verschiedene Erfindungsaspekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen. Dies gilt insbesondere für den Erfindungsaspekt betreffend die Schaltschrankklimatisierung, wobei dieser Erfindungsaspekt auch unabhängig von dem Erfindungsaspekt betreffend die Schaltschranktür schutzfähig ist.

Bezugszeichenliste

1 Schaltschrank

2 Gehäusekörper des Schaltschranks

3 Schaltschranktür

4-7 Elektrische Komponenten in dem Schaltschrank

8 Stromversorgung

9 Türkontaktsensor

10 Steuerung in der Stromversorgung

11 Schaltschrankbeleuchtung

12 Helligkeitssensor in der Stromversorgung

13 Datenbus

14 Spannungseingang der Stromversorgung

15 Spannungsausgang der Stromversorgung

16 Schaltnetzteil der Stromversorgung

17 Lüfter

18 Temperatursensor

19 Subtrahierer

20 Regler

PKÜHL Kühlleistung des Lüfters

PHEIZ Heizleistung des Netzteils

TSOLL Soll-Temperatur in dem Schaltschrank

TSOLL Ist-Temperatur in dem Schaltschrank

TUMGEBUNG Umgebungstemperatur