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01 Die „Blue e+“-Kühlgeräte sind ein neuer Baustein im Programm „Rittal – Das System.“

Effizienzschub dank Hybridtechnologie

02 Die integrierte Heat Pipe für passive Kühlung führt Wärme aus dem Schaltschrank ab, sobald die Umgebungstemperatur unterhalb des Sollwerts liegt

03 Durch die leistungsgeregelte Kühlung entfällt für alle Komponenten im Schaltschrank der thermische Stress

04 Schnelle Parametrierung, Datenauslese und Systemmeldungen in Klartext über das intelligente, mehrsprachige und industrietaugliche Display

05 Die Near-Field-Communication-Schnittstelle (NFC) ermöglicht eine einfache Parametrierung mehrerer Kühlgeräte über ein NFC-fähiges mobiles Endgerät

Unter dem Namen „Blue e+“ bringt Rittal nach vier Jahren Entwicklungszeit eine neue Kühlgerätegeneration auf den Markt. Um die Energieeffizienz zu erhöhen, setzt der Systemanbieter für Schaltschranktechnik erstmals auf ein patentiertes Hybridverfahren. Erste Teststellungen zeigen positive Ergebnisse.

Seit Januar 2015 befindet sich ein Testgerät der Serie „Blue e+“ von Rittal (Bild 1) im Leistungs-Check in der Endkontrolle des Ingolstädter Autobauers. Bei der Teststellung an drei Schaltschränken erfolgt eine Vergleichsmessung der Neuentwicklung mit zwei weiteren Kühlgeräten von Rittal. Verglichen wird das neue Kühlgerät mit einem der aktuellen Serie „TopTherm Blue e“ und einem älteren Modell. Die Teststellung soll über ein Jahr laufen. Bereits jetzt bestätigen die ersten Ergebnisse des Feldtests exakt die Leistungsmessungen aus der Rittal-Entwicklung. „Im direkten Vergleich mit dem aktuellen ,TopTherm Blue e‘-Kühlgerät und unter gleichen Bedingungen haben wir mit dem ,Blue e+‘-Gerät bisher 75 % Energieeinsparung bei der Kühlung der Produktionssteuerung erzielen können“, erklärt Andreas Korn von der Planung Automatisierungstechnik Ingolstadt bei der Audi AG . „Mit den ,Blue e+‘- Kühlgeräten setzt Rittal neue Maßstäbe für Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung.“

Erstmals Heat Pipe und Kompressor kombiniert
Erreicht wird die hohe Energieeffizienz der neuen Kühlgerätegeneration durch ein erstmals eingesetztes, patentiertes Hybridverfahren. Dieses arbeitet mit einer Kombination aus einem klassischen Kompressor-Kühlgerät und einer Heat Pipe (Bild 2). Letztere arbeitet nach dem Prinzip der Verdampfung eines Arbeitsmediums in einem evakuierten Rohr. Der Transport des Dampfes einerseits und der kondensierten Flüssigkeit andererseits geschieht ohne aktive Komponenten und basiert rein auf physikalischen Prinzipien, wie Schwerkraft und Kapillarkräften. Da weder ein Kompressor noch eine Pumpe notwendig sind, beschränkt sich der Energieverbrauch auf die Lüfter. Eine Heat Pipe ist besonders dann interessant, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen Schaltschrank-Innenraum und Umgebung besteht. Beispielsweise kann das neue Kühlgerät mit einer Kühlleistung von 1,5 kW alleine 900 W Kühlleistung mit der Heat Pipe bereitstellen, wenn die eingestellte Schaltschrank- Innentemperatur 35 °C beträgt und die Außentemperatur bei 20 °C liegt. Besonders eindrucksvoll kann die hohe Energieeffizienz mit der sogenannten Seasonal Energy Efficiency Ratio beschrieben werden. Dabei wird die Energy Efficiency Ratio (EER), die als Quotient aus bereitgestellter Kühlleistung und eingesetzter elektrischer Leistung definiert ist, dahin gehend erweitert, dass die Umgebungsbedingungen mit einbezogen werden. Beträgt der herkömmliche EER bei effizienten Kühlgeräten wie denen von Rittal etwa 2, kann der Seasonal EER zum Beispiel in Mitteleuropa bei Werten von mehr als 10 liegen. Hintergrund dieser hohen Effizienz ist die Tatsache, dass die Spitzenkühlleistung eines Kühlgeräts nur an wenigen Tagen im Jahr benötigt wird. Oftmals reicht also die Kühlleistung der Heat Pipe schon aus, sodass der Bedarf an elektrischer Energie gering ist. Auch die Energieeffizienz der reinen Kompressorkühlung innerhalb der neuen Geräteserie ist hoch. Zum Einsatz kommen DC-Motoren sowohl bei den Lüftern als auch beim Kompressor. Mit der Inverter-Technologie, bei der über eine Spannungsregelung die Drehzahl von Kompressor und Lüfter eingestellt werden kann, lässt sich exakt die Kühlleistung zur Verfügung stellen, die aktuell benötigt wird. Der Energieverbrauch sinkt dadurch gegenüber einer herkömmlichen Lösung. Zusammen mit der Hybridtechnologie führt das dazu, dass der EER der neuen Kühlgerätegeneration bei etwa 5 liegen wird. Dabei ist die hohe Energieeffizienz besonders für den Endanwender von Interesse. Die Investition in ein solch energieeffizientes Kühlgerät amortisiert sich innerhalb weniger Monate durch die eingesparten Kosten für elektrische Energie. Das neue Rittal-Gerät ist bei Teillast von 15 % im reinen Heat-Pipe-Modus sechs Mal effizienter als ein herkömmliches Gerät. Bei Teillast von 65 % arbeiten beide Systeme im Hybridmodus vier Mal effizienter als herkömmliche Geräte.

Bedarfsgerecht kühlen erhöht Lebensdauer
Die Regelungstechnik in den neuen Kühlgeräten wurde einer grundlegenden Überarbeitung unterzogen. Durch die drehzahlvariablen Antriebe der Lüfter und des Kompressors lassen sich moderne Regelungsstrategien realisieren, die im Vergleich zur klassischen Zwei-Punkt-Regelung deutlich effizienter sind. Wenn die vorgegebene Schaltschrank-Innentemperatur erreicht ist, verringert der Inverter automatisch die Drehzahl des Kompressors und senkt damit die Kühlleistung. Die Regelelektronik misst ständig, wie viel Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden muss und kann dadurch das System auf einen optimalen Wert regeln. Mit dieser leistungsgeregelten Kühlung lässt sich nicht nur Energie sparen, auch die Lebensdauer des Kompressors wird verlängert, denn diese hängt in erster Linie von der Anzahl der Einschaltvorgänge ab. Mit der Drehzahlregelung werden diese seltener, sodass der Verschleiß minimiert wird. Auch für die Komponenten im Schaltschrank ist diese Regelung, bei der die Temperatur konstant gehalten wird, besser. Die ständigen Temperaturschwankungen bei der klassischen Zwei-Punkt-Regelung verursachen nämlich thermischen Stress in den Komponenten, der bei der modernen Regelung entfällt (Bild 3). Dadurch steigt auch die Lebensdauer der verbauten Komponenten. Dies ist etwa im Maschinenbau eine der wichtigsten Anforderungen. Mit „Blue e+“ lassen sich, wie aktuelle Messungen bei der Kapp Werkzeugmaschinen GmbH zeigen, jetzt thermische Belastungen durch Temperaturschwankungen – gegenüber herkömmlich geregelten Kühlgeräten – um 95 % reduzieren. „Dieses Ergebnis hat mich wirklich überrascht und auch beeindruckt. Mit der Temperaturgenauigkeit der neuen ,Blue e+‘-Kühlgeräte können wir den thermischen Stress für unsere Steuerungen signifikant senken und erhöhen damit automatisch die Lebensdauer unserer Anlagen. Ein absolutes Plus für uns im Maschinenbau“, sagt Alfred Tenner, Leiter der Abteilung Messen, Steuern, Regeln bei der Kapp Werkzeugmaschinen GmbH.

Ein Gerät für alle Netze weltweit
Bei der Neuentwicklung wurde aber auch in anderen Bereichen auf die Wirtschaftlichkeit besonderes Augenmerk gelegt. So sind jetzt sämtliche Geräte mehrspannungsfähig und können mit praktisch allen weltweit üblichen Netzspannungen und Frequenzen betrieben werden. Der mögliche Eingangsspannungsbereich geht von 110 V (einphasig) bis 480 V (dreiphasig) bei Netzfrequenzen von 50 Hz oder 60 Hz. Möglich wird diese Mehrspannungsfähigkeit durch die eingesetzte Inverter- Technologie. Der große Vorteil, der vor allem für Maschinenbauer von Interesse ist, die ihre Maschinen weltweit vertreiben, ist der geringere Logistikaufwand. Das Kühlgerät ist immer das gleiche, egal ob die Maschine nach Japan, in die USA oder innerhalb Europas ausgeliefert werden soll. Außerdem erhalten alle neuen Kühlgeräte ein UL-Listing, was die Abnahme einer Maschine auf dem US-amerikanischen Markt deutlich vereinfacht. „Dadurch, dass wir zukünftig nur mit einem Gerät planen und damit gleichzeitig alle Netzspannungen und Frequenzen unserer Kunden weltweit abdecken können, sind die ,Blue e+‘-Kühlgeräte ein absoluter Benefit für uns. Die Reduzierung in der Lagerhaltung und Stammdatenverwaltung auf nur noch eine Artikelnummer pro Leistungsklasse spart uns Zeit und Kosten von der Planung über den Einkauf bis zur Lagerhaltung“, zieht Thorsten Rettich, Geschäftsführer Technik von J.G. Weisser GmbH & Co. KG, ein erstes Fazit. Nicht nur durch die Mehrspannungsfähigkeit nimmt die Zahl der Varianten ab; auch die Leistungsbereiche wurden so angepasst, dass jetzt mit drei Geräten der gesamte Bereich von 1,5 kW bis 6 kW abgedeckt werden kann. Dies verringert den logistischen Aufwand beim Maschinenbauer weiter. Auch im Engineering ergeben sich hierdurch Vorteile. Die Ausschnitte in der Seitenwand oder der Tür des Schaltschranks sind für alle Geräte gleich. Dadurch muss an der Anlage keine Anpassung vorgenommen werden, wenn beispielsweise ein Kühlgerät mit einer größeren Kühlleistung notwendig ist. Auch bei der Montage an sich gibt es Neuerungen: Bei Teileinbau, was in rund 30 % der Fälle die Regel ist, müssen Lüfter, Erdungskabel und Bedienteil nicht mehr abgeklemmt werden. Fehler bei der Montage, die dann während der Inbetriebnahme zu einer kostenintensiven Fehlersuche führen können, sind damit unwahrscheinlicher.

Einfache Bedienung mit Echtzeitanbindung
Bei der Bedienung der neuen Kühlgeräte setzt Rittal jetzt ein Bedienpanel ein, das mit einem Touchdisplay ausgestattet ist (Bild 4). Dadurch wird eine intuitive Bedienbarkeit der Geräte erreicht. Auf dem Display werden Systemmeldungen jetzt in Klartext anstatt der bis heute zumeist üblichen Codes dargestellt. Im Servicefall kann dadurch schneller reagiert werden. In vielen Fällen kann sich das Bedienpersonal selbst helfen, ohne dass Spezialisten hinzugezogen werden müssten. Auch präventive Wartungshinweise sind in das Bedienkonzept integriert. Dadurch lassen sich Wartungen optimal planen und Stillstandszeiten vermeiden. Die Textanzeigen sind generell zweisprachig, wobei sich die beiden Sprachen frei wählen lassen. Auch asiatische und kyrillische Schriftzeichen sind möglich. Um mit übergeordneten Systemen zu kommunizieren, stehen bei den Geräten der Serie „Blue e+“ mehrere Möglichkeiten zur Auswahl. Neu ist eine NFC-Anbindung (Near Field Communication), mit der sich die wichtigsten Daten mit einem Smartphone übertragen lassen (Bild 5). Ideal geeignet ist diese Möglichkeit, um mit der passenden Smartphone-App Set-up-Daten an eine ganze Reihe von Kühlgeräten zu übertragen. Gleichzeitig lassen sich auch Auswertungen, zum Beispiel aus der Temperaturregelung, auf dem Smartphone visualisieren und speichern. Über die integrierte USB-Schnittstelle ist ein PC anschließbar, auf dem in der Diagnosesoftware „RiDiag“ alle Daten aus dem Kühlgerät dargestellt und ausgewertet werden können. Mit einem optionalen Add-on-Modul ist auch die Echtzeitanbindung beispielsweise an eine SPS möglich. Als Protokolle stehen dazu CAN und Ethernet/ Profinet zur Verfügung. Gerade im Umfeld der Diskussionen zum Thema Industrie 4.0 ist solch eine Echtzeitanbindung von großer Bedeutung. (ih)

4 Mio. t CO 2 -Ausstoß
Schätzungen zufolge sind in Europa etwa 2 Millionen Schaltschrank- Klimageräte im Einsatz, die mit einer angenommenen Anschlussleistung von 2 GW (ca. 1 kW pro Gerät) für einen CO 2 -Ausstoß von circa 4 Mio. t pro Jahr verantwortlich sind. Rittal hat sich mit seiner neuen Kühlgeräte-Generation „Blue e+“ zum Ziel gesetzt, deren Energiebedarf soweit zu senken, dass ein signifikanter, positiver Beitrag zum Klimaschutz geleistet und steigenden Energiepreisen begegnet werden kann.

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Autoren:
Dipl.-Ing. Steffen Wagner ist Abteilungsleiter Produktmanagement Climatisation bei der Rittal GmbH & Co. KG. wagner.s@rittal.de

Hans-Robert Koch ist Leiter Fachpresse im Bereich Unternehmenskommunikation bei der Rittal GmbH & Co. KG. koch.hr@rittal.de