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Prima Klima

01  Die Airblower-Lüfterbank sorgt im Schaltschrank dafür, dass Hot-Spots innerhalb von acht Minuten verschwinden

01  Die Airblower-Lüfterbank sorgt im Schaltschrank dafür, dass Hot-Spots innerhalb von acht Minuten verschwinden

02  Normale Wärmeverteilung im Schaltschrank kurz nach dem ­Einschalten

02  Normale Wärmeverteilung im Schaltschrank kurz nach dem ­Einschalten

03  Bei unzureichender Klimatisierung entstehen „existenzbe­drohende“ Hot-Spots um die Leistungsbauteile

03  Bei unzureichender Klimatisierung entstehen „existenzbe­drohende“ Hot-Spots um die Leistungsbauteile

04  Acht Minuten später hat der Airblower die Wärme im ­Schaltschrank homogenisiert

04  Acht Minuten später hat der Airblower die Wärme im ­Schaltschrank homogenisiert

Wer die Klimatisierung von Schaltschränken nicht beachtet, kann das teuer bezahlen. Zu hohe Temperaturen führen schnell zu Ausfällen von Bauteilen. Eine überdimensionierte Klimatisierung kostet unnötig Geld – auch im Betrieb. Mit seinem Verdrahtungssystem Airstream, der Wärmeanalysesoftware Airtemp und dem Belüftungskonzept Airblower bietet der Automationsspezialist Lütze eine ganzheitliche Lösung zum Thema effiziente Schaltschrankklimatisierung.

Vor wenigen Jahren stellte Lütze das zukunftsweisende Verdrahtungssystem Airstream vor: Die fortschrittliche Technik bewirkt eine positive Beeinflussung des Temperaturniveaus im Schaltschrank und das nur durch eine passive Kühlung. Bei bestimmten Industrieanwendungen kann man durch den Einsatz des Airstream-Verdrahtungssystems sogar auf ein externes Kühlungssystem verzichten.
Seit diesem Jahr ermöglicht die webbasierte Simulationssoftware Airtemp eine genaue und fundierte Analyse der Wärmeentwicklung und -verteilung in Schaltschränken. Die Besonderheit der Onlineanwendung liegt darin, dass die Wärmeprognose weit über die Beschreibung des Ist-Zustands hinausgeht. Mit ihr lassen sich die unterschiedlichsten Wärmeentwicklungen bestimmen und im Voraus berechnen. Die Wärmeentwicklung kann also bereits in der Konstruktionsphase berücksichtigt werden, was einen entscheidenden Vorteil bietet. Die Anwendung teilt dabei den Schaltschrank gedanklich in drei Zonen auf und liefert somit sehr viel genauere Werte als vergleichbare Anwendungen.
Das neue Mitglied der Airstream-Produktfamilie ist die oben auf dem Verdrahtungsrahmen angebrachte Lüftungseinheit Airblower (Bild 1). Sie verbessert die Entwärmungsleistung in Schaltschränken durch Homogenisierung der Luftschichten. Aktuelle Praxistests haben ergeben, dass sich die durchschnittliche Schaltschranktemperatur mit ­dieser Methode um bis zu 10 K verringern lässt.

Passive Schaltschrankklimatisierung bevorzugt
Grundsätzlich soll Airstream nicht die aktive Klimatisierung, zum Beispiel durch Dach- oder Frontanbaukühlgeräte, ersetzen, sondern vielmehr die externe Kühlleistung reduzieren. Durch den Verzicht auf Kabelkanäle verfügt Airstream konstruktionsbedingt über ideale thermische ­Eigenschaften und trägt somit dazu bei das Wärmeniveau im Schaltschrank zu minimieren und zu homogenisieren. Dies verringert in jedem Fall die benötigten Dimensionen der Kühlung. Im Einzelfall kann infolgedessen auch ganz auf eine externe Kühlung verzichtet werden.
Die von Volkswagen initiierte Green Carbody Allianz bestätigte durch wissenschaftliche Untersuchungen und Probeläufe, dass sich mit dem Airstream-Schaltschranksystem Energieeinsparungen von bis zu 23 % erzielen lassen.

Lüftungseinheit vergrößert das Sparpotenzial
Das Problem: Wo Strom fließt, entsteht Wärme. In jedem Schaltschrank entstehen potenziell gefährliche Hot-Spots. Ein Wärmebild-Zeitrafferfilm stellt das Innere eines Airstream-Schaltschranks inklusive Leistungsbauteilen mit entsprechender Wärmeentwicklung exemplarisch dar. Hierbei wird auf eine aktive Kühlung verzichtet.
Bild 2 zeigt, dass das Wärmeniveau im Schaltschrank, zu Beginn des Versuchs, in einem normalen Temperaturbereich liegt. Die Leistungsbauteile sowie die Wärmeverteilung sind gut zu erkennen, die wärmsten Bereiche sind farblich weiß und gelb hervorgehoben. Blaue und violette Bereiche hingegen zeigen kühlere Zonen der Bauelemente an. Im unteren Bildbereich ist zu sehen, dass zwar relativ viel Wärme abgegeben wird, dennoch bleibt das Temperaturniveau in einem mehr oder weniger normalen Rahmen.
Rund 80 Minuten später zeigen die Wärmebildaufnahmen einen dramatisch veränderten Zustand des Schaltschranks (Bild 3). Rund um die Bauelemente hat sich ein kritischer Hot-Spot gebildet, zu erkennen an der sehr starken weiß- und gelblastigen Verfärbung der Aufnahme. Bei einem anhaltend stark erhöhten Temperaturniveau muss mit fatalen Schäden, nicht nur an der Elektronik, sondern an allen Bauelementen gerechnet werden. Ausfälle und Maschinenstillstand wären die Folge.
In dieser Phase wird nun der Airblower im Schaltschrank eingeschaltet. Schon acht Minuten Einsatz genügen, um ein normales Wärmeniveau für den ­gesamten Schaltschrank zu gewährleisten. Durch Luftzirkulation gelingt es dem Airblower, die Wärmenester rund um die Leistungsbauteile gänzlich aufzulösen (Bild 4). Nun besteht keine Beschädigungsgefahr mehr für die Bauelemente.

Das perfekte Team
Mit dem Airblower lassen sich die positiven Effekte des Airstream-Verdrahtungsrahmens, wie Luftzirkulation und „Kamineffekt“, voll ausschöpfen. Schon innerhalb kurzer Laufzeit nivelliert er das Wärmeniveau im Schaltschrank und senkt die Temperatur um bis zu 10 K. Vorteilhaft für den Betrieb ist zusätzlich, dass das Gerät deutlich weniger Energie benötigt als eine aktive Kühlung. Dies liegt u. a. auch daran, dass der Airblower nicht dauerhaft betrieben werden muss. Es genügt eine getaktete Inbetriebnahme für kurze Zeitintervalle, um zu verhindern, dass Hot-Spots entstehen können.
Die 24-V-Lüftermodule zur einfachen Montage auf den Airstream-Stegmodulen sind in verschiedenen ­Längen (700 mm, 900 mm, 1 100 mm) erhältlich. Abhängig vom gewünschten Verdrahtungskonzept stehen Lüftermodule in verschiedenen Einbaualternativen zur Verfügung. So wird beispielsweise unterschieden zwischen der Optimierung von maximalem Verdrah­tungsraum und Verdrahtungskomfort. Die frei para­metrierbaren Lüfter-Module werden über die Air­blower-Regeleinheit Lcos-AB-I gesteuert. Unter www.youtube.com/luetzesolutions ist der beschriebene Zeitrafferfilm über Entstehung und Abbau der Hot-Spots im Schaltschrank abrufbar. (no)

Martin Lack ist Produktmanager Cabinet bei der Friedrich Lütze GmbH in Weinstadt. martin.lack@luetze.com

Martin Lack ist Produktmanager Cabinet bei der Friedrich Lütze GmbH in Weinstadt. martin.lack@luetze.com