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01 Eisengießerei bei der Bosch Rexroth AG in Lohr am Main

Mit kühlem Kopf: flüssigkeitsbasierte Kühltechnik

02 Andreas Geeb, tätig in der Investitions- und Werksplanung in der Gießerei der Bosch Rexroth AG, bei der Rückkühlanlage von Rittal

03 Um noch stärker auf die Belange einzelner Industriebranchen, vor allem dem Maschinenbau, eingehen zu können und die Verfügbarkeit zu erhöhen, hat Rittal eine neue Generation seiner Top Therm Chiller in den Leistungsklassen von 8 kW bis 40 kW entwickelt

04 Neue Klimatisierungstechnik für die Steuerungsschränke in der Sandaufbereitungsanlage mit Luft-/Wasser-Wärmetauschern von Rittal

Hohe Schaltschrank-Temperaturen sind im industriellen Umfeld von Gießereien die Regel (Bild 1). Bei Bosch Rexroth, einem Experten für Antriebs- und Steuerungstechnik, schafft eine neue Klimalösung von Rittal seit Kurzem konstante Temperaturen und spart dabei Energie.

Andreas Geeb (Bild 2), tätig in der Investitions- und Werksplanung der Gießerei bei der Bosch Rexroth AG erklärt: „Bereits ab 40 °C wird es für die Elektronik im Schaltschrank unangenehm.“ Der Projektverantwortliche spricht aus Erfahrung. Am Werkstandort Lohr am Main betreibt das Unternehmen für Antriebs- und Steuerungstechnik, eine eigene Eisengießerei mit Sandaufbereitungsanlage. Dort ist die Steuerungstechnik extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. „In den Sommermonaten hatten wir in den Schaltschränken der Sandaufbereitungsanlage Temperaturen von 50 °C und mehr“, bestätigt A. Geeb. Strahlungs- und Restwärme ist fast überall im Gießereibereich vorzufinden: bei der Sandaufbereitungsanlage mit Mischern und Mischkühlern und insbesondere bei den Vergießeinrichtungen. Überall, wo Eisen in Formen gegossen wird oder dort, wo fertige Eisenrohstücke heruntergekühlt werden, herrschen hohe Temperaturen. Bisherige Versuche durch Öffnen der Schaltschränke, die in einem separaten Raum neben der Sandaufbereitungsanlage aufgestellt sind, sowie durch externe Lüfter Entwärmung herbeizuführen, führten nicht zur notwendigen Kühlung.

Lösung gegen Überhitzung
Auf diesem Hintergrund suchte die Bosch Rexroth AG gemeinsam mit Rittal, Systemanbieter für Gehäuse- und Schaltschranktechnik, einen neuen Lösungsansatz. Das Ziel war, Prozesssicherheit unabhängig von extremen Umgebungsbedingungen zu gewährleisten, aber auch Kosten durch Wartung und erhöhten Energieverbrauch einzusparen. Um das Überhitzungsproblem ganzheitlich in den Griff zu bekommen, entschied man sich für eine flüssigkeitsbasierte Kühllösung. Diese besteht aus einem redundant ausgeführten Rückkühler, einem Top Therm Chiller (Bild 3) von Rittal, der an den Werkswasserkreis angebunden wurde, und Luft-/Wasser-Wärmetauschern – ebenso von Rittal – zur Schaltschrank-Klimatisierung. „Der Aufbau einer zentralisierten Klima-Infrastruktur mit Wasser als Kühlmedium war die einzige sinnvolle Lösung, um hohe Wärmelasten komplett aus den Schaltschränken abzuführen und die Umgebungsluft nicht weiter thermisch zu belasten“, sagt A. Geeb. Die flüssigkeitsbasierte Kühltechnik schafft gegenüber luftbasierter Kühlgerätetechnik bei einer Wasservorlauftemperatur von 18 °C eine dauerhaft gleichbleibende Kühlleistung von 35 °C im Schrankinneren – unabhängig von Umgebungstemperaturen.

Kostenvorteile gesucht
Mit der neuen Kühllösung ergeben sich deutliche Kostenvorteile bei Anschaffung, Energieeinsparung und Wartung. Umfasst eine Schaltanlage, wie in der Sandaufbereitungsanlage bei der Bosch Rexroth AG, mehrere Schaltschränke (Bild 4), zeigt sich, dass ein zentraler Chiller bzw. Rückkühler mit Luft-/Wasser-Wärmetauschern für die Schaltschrank- Klimatisierung gegenüber klassischer Kühlgerätetechnik die bessere Alternative ist, da er zur deutlichen Effizienzsteigerung beiträgt. Statt in jeden Schaltschrank ein eigenes Kühlgerät mit eigenem Kühlkreislauf einzubauen, wird die Wärmeenergie bei den Luft-/Wasser-Wärmetauschern auf einen einzigen Kühlkreislauf übertragen. Die Vorteile bei der zentralen Versorgung mit Kühlwasser sind dabei reduzierte Service- und Wartungskosten, da nur ein Kompressor und eine Kühlwasserpumpe gewartet werden müssen. Auf einen wöchentlichen Filterwechsel wie bei Kühlgeräten kann zudem verzichtet werden. Hohe Dichtheit gewährleisten die Luft-/ Wasser-Wärmetauscher dank eines komplett geschlossenen Kühlkreislaufs. Auch die Gegenüberstellung der Energieverbräuche, wie etwa bei einem Kühlgerät mit 1.500 W Kühlleistung und einem um 1.000 W leistungsstärkeren Luft-/ Wasser-Wärmetauscher zeigt Unterschiede: Die flüssigkeitsbasierte Kühllösung über einen Luft-/Wasser-Wärmetauscher bietet hier deutliche Kostenvorteile.

Modulare Chiller
Für eine stetige Verfügbarkeit ist die Rückkühlanlage redundant ausgeführt und in TS-8-Schaltschränken in einem separaten Betriebsraum, getrennt von den Steuerungsschränken, installiert. Die Chiller verfügen jeweils über eine Kühlleistung von 20 kW. Die Baureihe ist aus wenigen modularen Einheiten, wie Wasser- und Kältemodulen sowie einem Elektromodul mit Steuerung, aufgebaut. Das Wassermodul besteht aus Tank und Pumpe, das Kältemodul aus Kompressor, Verflüssiger und Verdampfer. Die Vorteile für den Anwender wie in diesem Fall sind dabei geringere Kosten und kürzere Lieferzeiten, da alles serienmäßig und ab Lager sofort verfügbar ist. Auch das Ersatzteilemanagement ist einfach, da der Service aufgrund weniger standardisierter Komponenten schnell reagieren kann. Anstelle der üblichen langwierigen Untersuchungen vor Ort, welches Bauteil defekt ist, muss im Service- fall nur das entsprechende Modul ausgetauscht werden. Zur Standardausführung gehören die Einstellung der Temperaturregelung über Festwert oder Differenzwert sowie eine Microcontroller-Regelung. Die Controller-Logik verringert dabei die An-/Aus-Schaltzyklen der Hauptkomponenten, wie Kompressor, Verflüssigerlüfter und Mediumpumpe, und steigert damit die Energieeffizienz. Um die Sicherheit und Verfügbarkeit der Anlage zu erhöhen, wurden eine Überwachungsfunktion zum Vereisungsschutz am Plattenwärmetauscher sowie ein Berührungsschutzgitter am Lufteintritt integriert.

Eco-Mode-Steuerung schafft Effizienz
Um die Kühlleistung der Rückkühlanlagen den Schaltschränken zur Verfügung zu stellen, wurden die Luft-/Wasser-Wärmetauscher an den einzelnen Schaltschränken einfach an den Kühlwasserkreislauf angeschlossen. Die gesamte Installation – außer der Verrohrung – wurde von Rittal vorgenommen. Mit Durchflussreglern und Ventilen wird sichergestellt, dass jeder Schaltschrank mit einer ausreichenden Menge Kühlwasser versorgt ist. Für hohe Sicherheit sorgen Leckagesensoren, die Fehlermeldungen im Display anzeigen, an entsprechende Überwachungseinheiten weiterleiten und Magnetventile schließen. Die Luft-/Wasser-Wärmetauscher mit einer Kühlleistung von 3.000 W verfügen über eine intelligente Eco-Mode-Regelung. Diese schaltet den Innenlüfter bedarfsgerecht in Abhängigkeit von der Temperatur im Schaltschrank aus bzw. an. Die Geräte haben einen Türendschalter, der den Innenlüfter ausschaltet, sobald die Schaltschranktür geöffnet wird. Ferndiagnose und ein Master-Slave-Betrieb mehrerer Luft-/Wasser-Wärmetauscher sind möglich. Damit kann beispielsweise dafür gesorgt werden, dass die Kühlung in einer ganzen Schaltschrankreihe möglichst effizient abläuft. Außerdem lassen sich alle Lüfter gleichzeitig abschalten, wenn eine Tür in der Schaltschrankreihe geöffnet wird. „Das Konzept der flüssigkeitsbasierten, zentralisierten Kühllösung fand große Anerkennung“, resümiert A. Geeb. Inzwischen folgten weitere standardisierte Schritte zur aktiven Kühlung elektrischer Schaltschränke an strategisch wichtigen Produktionsanlagen. Die Abteilung Investitions- und Werksplanung, unterstützt durch Rittal, arbeitet derzeit aktiv an einem werkseigenen Standard zur Kühlung von Steuerungsschränken mit geringen Außenmaßen bzw. hoher Elektronikdichte. (mh)

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Autor:
Hans-Robert Koch ist als Leiter Fachpresse, Corporate Communications für die Rittal GmbH & Co. KG in Herborn tätig. koch.hr@rittal.de