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Homogenisiertes Klima im Schaltschrank

Udo Lütze, Inhaber der Luetze International Group: „Die Innovations­allianz hat gezeigt, dass man mit unserem Verdrahtungssystem Zeit, Platz und Kosten sparen kann“

Udo Lütze, Inhaber der Luetze International Group: „Die Innovations­allianz hat gezeigt, dass man mit unserem Verdrahtungssystem Zeit, Platz und Kosten sparen kann“

U. Lütze: „Airstream sehen wir nicht als Konkurrenz, sondern als Ergänzung zu Kühlgeräten, um die Schaltschrankklimatisierung noch effizienter zu machen“

U. Lütze: „Airstream sehen wir nicht als Konkurrenz, sondern als Ergänzung zu Kühlgeräten, um die Schaltschrankklimatisierung noch effizienter zu machen“

U. Lütze: „Da die Verdrahtungsebene über die dünneren Profile bzw. die eingebauten Bügel bereits in den Rahmen integriert ist, entsteht eine intelligente, strömungsreiche Luftführung, die Wärmestaus der Verlustwärme gezielt vermeidet“

U. Lütze: „Da die Verdrahtungsebene über die dünneren Profile bzw. die eingebauten Bügel bereits in den Rahmen integriert ist, entsteht eine intelligente, strömungsreiche Luftführung, die Wärmestaus der Verlustwärme gezielt vermeidet“

Mit Airtemp lässt sich schnell und einfach ermitteln, welche Temperaturen und ­Temperaturschichtungen in einem Schaltschrank entstehen

Mit Airtemp lässt sich schnell und einfach ermitteln, welche Temperaturen und ­Temperaturschichtungen in einem Schaltschrank entstehen

Mit dem Verdrahtungssystem LSC hat die Friedrich Lütze GmbH schon vor Jahren einen Standard im Schaltschrankbau gesetzt. Modular verwendbare Rahmen vereinfachen die Montage, passen sich flexibel den individuellen Anforderungen an und vermeiden Wärmenester, die zur vorzeitigen Alterung der Geräte und damit zum Ausfall führen können. Mit Airstream hat das Weinstädter Unternehmen diese Technologie auf einen neuen Level gehoben. Was hinter dem Konzept steckt, erfuhr die etz-Redaktion im Gespräch mit Udo Lütze.

Ihr LSC-System hat mit der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ einen regelrechten Hype erfahren. Was waren die wichtigsten Merkmale dieser Zusammenarbeit und welche Rolle spielte dabei Ihr System?
U. Lütze: Bei der Innovationsallianz haben mehr als 60 Partner aus Industrie und Forschung Innovationen und Synergien entlang der Prozesskette im Automobil erforscht. Koordiniert durch die Fraunhofer-Institute in Chemnitz, Aachen sowie Stuttgart und Volkswagen wurde die komplexe Produktions- und Prozesskette ganzheitlich und aus Sicht der Ressourceneffizienz durchleuchtet – vom Werkzeugbau über das Presswerk und den Karosseriebau bis hin zur Lackierung der Rohkarosserie. Die Produktionsabläufe sollten dabei bei gleichem Output mit einem geringeren Energieeinsatz und Ressourcenverbrauch realisiert werden. In unserem Teilprojekt beschäftigten wir uns mit der Optimierung der Klimatisierung der zahlreichen Schaltschränke.
Ein erster Ansatz war dabei unser LSC-System. Da dabei keine Kabelkanäle zum Einsatz kommen, die die Luftzir­kulation blocken, lassen sich die Geräte im Schaltschrank besser kühlen. Bei einer Standardverdrahtung erreicht die kühlende Luft nur die Oberseite der Komponente, jedoch nicht die Seitenflächen und Leitungen, wodurch Wärmenester entstehen. Auf Basis der Erfahrungen aus der Innovationsallianz habe ich mir überlegt, wie man das LSC-System optimieren kann. Mit Airstream ist dann ein völlig neues Konzept entstanden.

Was sind die Unterschiede und Gemeinsamkeiten von LSC und Airstream?
U. Lütze: Beide Technologien befassen sich mit der Verbesserung des Klimas im Schaltschrank. Basierend auf unseren Erkenntnissen, die durch Messungen verifiziert sind, kann man rund 20 % kleinere Schaltschränke verwenden und bis zu 23 % Energie sparen, wenn man das LSC-System einsetzt. Dementsprechend ging es uns bei der Entwicklung von Airstream explizit nicht darum diese Technologie zu ersetzen, sondern ihre Vorteile auszubauen.
So haben wir beispielsweise die Form der Verdrahtungsschienen optimiert. Die Erfahrung hat gezeigt, dass sich schon aufgrund der unterschiedlichen Profile (Hut- und U-Form) auch unterschiedliche thermische Profile ergeben. Das dünnere Hutprofil bei Airstream bietet mehr Platz für die Verdrahtung als auch für die Luftzirkulation. Ein weiterer Gewinn des neu­artigen Profils ist die Erhöhung der Stabilität. So ist das Airstream-Profil komplett verwindungssteif. ­Außerdem hat jeder Airstream-Steg eine Nut, sodass ich eine Komponente an jeder Position ohne Bohren oder zusätzliche Hutschienenadapter einfügen kann. Bei dem Baukastensystem sind weiterhin die drei verschiedenen Verdrahtungskämme, die aus 50-mm-Segmenten bestehen, flexibel gegeneinander austauschbar, je nachdem welche Befestigungsmöglichkeiten oder Aderdurchmesser gefordert sind.
Ein weiterer großer Unterschied ist die Standardisierung der Rahmen, die es nicht mehr in jeder x-beliebigen Breite – bei LSC haben wir jeden Rahmen aufwendig kundenspezifisch ­gefertigt – sondern in vorgegebenen Standardlängen von 600 mm, 800 mm, 1 000 mm und 1 200 mm gibt. Damit decken wir den Großteil des Markts ab und die Vereinfachung des Systems macht den Verlust der Flexibilität mehr als wett.

Welche Funktionen bietet der Online-Konfigurator, den Sie für Airstream konzipiert haben?
U. Lütze: Den kostenlos auf unserer Homepage verfügbaren webbasierten Konfigurator kann man mit einem Lego-Bausatz vergleichen. Der Kunde kann sich menügeführt einen Schaltschrank auswählen und Reihe für Reihe die erforderlichen Geräte und Komponenten konfigurieren. Am Ende erhält er eine Zeichnung, die er für die weitere Bearbeitung in ­einem Zeichenprogramm oder zur Dokumentation verwenden kann. Gleichzeitig kann jede Konfiguration abgespeichert und später – etwa bei geänderten Anforderungen – modifiziert werden. Ist auf einer Montagetafel einmal ein Loch gebohrt, ist der Platz vergeben. Mit der Software können Module beliebig ausgetauscht und Stege flexibel verschoben werden.

Air-Stream steht auch im E-Plan-Datenportal zur Verfügung. Welchen Nutzen bietet das für den Anwender?
U. Lütze: Wenn er ohnehin E-Plan nutzt, kann er direkt auf unser System zugreifen und Airstream-Komponenten verwenden, ohne ein zusätzliches Konfigurationsprogramm installieren zu müssen.

Um einen Schaltschrank optimal zu planen, ist es erforderlich sich mit der Temperaturverteilung zu beschäftigen. Wie geht man da vor?
U. Lütze: Das ist ein sehr komplexes Thema. Um überhaupt verwendbare Ergebnisse zu erhalten, werden die notwendigen Berechnungen bisher sehr vereinfacht. Eine exakte Vorhersage zu machen ist sehr schwer, da viele Faktoren auf unterschiedlichste Weise interagieren. Deswegen wird der Schaltschrank in der Regel als homogenes Objekt betrachtet und die Abwärme der dort verbauten Komponenten aufaddiert. Die Differenz zur Umgebungstemperatur liefert dann die Wärme, welche abzuführen ist.
Eine derart simplifizierte Betrachtung berücksichtigt aber weder das Temperaturprofil im Innern des Schaltschrankes, noch das dort – durch die installierten Komponenten – beeinflusste Strömungsverhalten oder die Art und Weise, in der der Schaltschrank installiert ist, etwa frei stehend oder an einer Wand montiert. Das alles hat aber erheblichen Einfluss auf die Wärmeabfuhr.

Ein Schaltschrankbauer müsste sich aber doch dieser Problematik bewusst sein?
U. Lütze: Leider lehrt uns die Praxiserfahrung das Gegenteil. Oft werden die wärmeerzeugenden Geräte gerade bei traditionellem Aufbau – Netzgerät oben rechts, SPS in Augenhöhe, Umrichter darunter und Klemmen ganz unten – dort installiert, wo sich die Wärme am meisten staut. Die sensibelsten Geräte sitzen dort, wo eine Wärmeabfuhr am schwersten fällt. Um so vorprogrammierte Probleme zu vermeiden, wird die Schaltschrankklimatisierung oft überdimensioniert.
Wir möchten die Klimatisierung effizienter machen – nicht nur mit unserem Verdrahtungskonzept, sondern auch mit einer passenden Auslegung. Deswegen haben wir durch komplizierte Berechnungen und Messungen im Schaltschrank ein eigenes Tool entwickelt, das verlässliche Modelle liefert. Mit unserem Simulationstool Airtemp lassen sich die realen Bedingungen einschließlich der Luftströmungen in einem Schaltschrank nachbilden. Die Berechnungen – so genau und aufwendig sie auch sind – können die Realität natürlich nur simulieren. Sie liefern allerdings Richtwerte und eine gute Analyse der Gegebenheiten.

Wie lässt sich die Klimatisierung optimieren?
U. Lütze: Ein nachhaltig funktionierendes Konzept ­besteht im Wesentlichen aus drei Schritten:
∙ Dem Ermitteln des Verhaltens der Luft bzw. der Wärme innerhalb des Schaltschranks.
∙ Der Homogenisierung des Klimas, zum Beispiel indem durch andere Platzierung ein möglichst einheitliches Temperaturprofil erzielt und damit die Effizienz der Wärmeabfuhr erhöht wird.
∙ Das Ausnutzen der Thermodynamik, sodass die an der Vorderseite des Schaltschranks nach oben steigende warme Luft an dessen Hinterseite nach unten gedrückt wird und so für Zirkulation innerhalb des Schranks sorgt.
Um dies zu unterstützen, haben wir die Airblades und den Airblower konzipiert. Die Airblades sind quasi Luftleitbleche, die eine zielgenaue Führung der Luftströme ermöglichen. Der Airblower ist ein einbaufertiges Lüftermodul in verschiedenen Steglängen von 700 mm, 900 mm und 1 100 mm. Mit ihm kann das Klima im Schaltschrank schnell und zuverlässig homogenisiert werden. Über die Reglereinheit sind alle Parameter frei definierbar: Von der Temperatursteuerung bis hin zum Taktbetrieb. So kann ­damit ein ggf. eingesetztes Kühlgerät nur noch bei Bedarf zugeschaltet werden. Unsere Konzepte arbeiten somit Hand in Hand mit den Klimageräten und sorgen für mehr Effizienz im Schaltschrank.

Sind diese auch in Airtemp integriert und konfigurierbar?
U. Lütze: Bei Airtemp teilen wir den Schaltschrank in drei Zonen ein. Aus den „installierten“ Geräten wird das voraussichtliche Temperaturprofil ermittelt. Bei der Berechnung können Schaltschränke mit konventionellem oder Airstream-Aufbau sowie optional mit Klimatisierung und Airblower berücksichtigt werden. Am Ende erhält der ­Anwender dann ein detailliertes Temperaturprofil seiner Schaltschranklösung. Die Airblades sind zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht Bestandteil der Software, da dies noch weitaus komplexere Berechnungen erfordern würde.

Werden Kühlgeräte damit überflüssig?
U. Lütze: Mit Sicherheit nicht. Wir sehen unser Konzept als Ergänzung und können die Schaltschrankklimatisierung effizienter machen. So kann der Airblower neben der Überwachung der Temperatur im Schaltschrank auch ein Klimagerät bedarfsgerecht schalten – etwa nur bei entsprechender Umgebungstemperatur, zum Beispiel im Sommer. Schon allein dadurch ergeben sich erhebliche Einsparpotenziale. Die optimale Kombination aus Airstream, Airblower, Airblades und Klimageräte sorgt für das beste und effizienteste Klima im Schaltschrank.

Was sind Ihre weiteren Pläne mit Airstream?
U. Lütze: Für das System Airstream sind mit dem Aufbaurahmen, den Airblowern und den Airblades alle ­Elemente vorhanden, um einen thermisch effizienten Schaltschrank aufzubauen. Optimierungsmöglichkeiten sehen wir in erster Linie in der Positionierung der Komponenten. Aber auch dabei gilt als unser oberstes Gebot: „Alles möglichst einfach halten“. Das sieht man auch an der Software Airtemp. Die ist quasi selbsterklärend. Davon kann sich jeder auf unserer Homepage kostenlos überzeugen.
Unsere größte Aufgabe sehen wir darin die Leute davon zu überzeugen, dass es ab und an sinnvoll ist, sich von althergebrachten Denkweisen – beispielsweise den schon angesprochenen Montagetafeln – zu lösen. Dass man mit dem LSC-System rund 23 % der Energiekosten für die Schaltschrankklimatisierung einsparen kann, haben wir bereits bei der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ unter Beweis gestellt. Mit Airstream erhalten wir die Vorteile des LSC-Systems und ermöglichen es zusätzlich Schaltschränke kleiner und – auch thermodynamisch – effizienter aufzubauen. (no)