Prima Klima?

Industrielektronik

Schaltschrankbau – Die Klimatisierung der Schaltschränke verursacht einen nicht unerheblichen Teil des Energiebedarfs in der Industrie. Ein optimiertes Verdrahtungssystem ermöglicht eine Reduzierung der Entwärmungsleistung um bis zu 15 Prozent.

17. Juni 2011

Eine häufig übersehene Schwäche moderner Automatisierungslösungen ist der hohe Energiebedarf für die Klimatisierung der Schaltschränke aufgrund der Bildung sogenannter »Wärmenester«, schließlich orientiert sich die Dimensionierung der Kühlung meist an den höchsten Temperaturbereichen im Schaltschrank. Speziell in der Automobilindustrie hat sich gezeigt, dass neben dem Energiebedarf für die Fertigung ein nicht unwesentlicher Teil an Energie für die Klimatisierung von Schaltschränken mit Hilfe von Lüftungs- und Kälteanlagen aufgewendet werden muss.

Großprojekt zur Effizienz

Der Automobilhersteller Volkswagen hat deshalb bereits im Jahr 2009 zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz die Innovationsallianz »Green Carbody Technologies« ins Leben gerufen, um neue Ansätze für eine ressourcen- und energieeffiziente Fahrzeugfertigung zu entwickeln. Insgesamt kooperieren in dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Forschungsprojekt mit einer geplanten Laufzeit von drei Jahren rund 60 deutsche Unternehmen. Etwa 20 davon engagieren sich im Teilprojekt InnoCat 4.2.1 »Energie- und kosteneffiziente Klimatisierung im Karosseriebau«. Das Forschungsinteresse konzentriert sich dabei auf die Reduzierung des Energieaufwands, der für die Kühlung von Schaltschränken benötigt wird.

Die Projektpartner haben sich zum Ziel gesetzt, den Energiebedarf für die Schaltschrankkühlung um bis zu 15 Prozent zu senken und den Platzbedarf zur Aufstellung von Schaltschränken um bis zu 30 Prozent zu reduzieren. Im Rahmen des Forschungsprojektes wird dazu bei Volkswagen die Entwicklung der Temperaturen verschiedener Bereiche im Schaltschrank mit Hilfe von 48 Sensoren aufgezeichnet und analysiert. Parallel dazu wird unter Laborbedingungen das thermische Verhalten im Schaltschrank nachgebildet. Durch Variation diverser veränderlicher Parameter soll so ein Modell für Temperatur-und Strömungsfeldveränderungen simuliert werden. Ziel dieser Simulation ist es, Maßnahmen und Parameter für die Energieeffizienz aufzuzeigen und zu quantifizieren.

Eine wichtige Etappe ist dabei die Optimierung von Verdrahtungssystemen zur Erzeugung einer laminaren (turbulenzfreien) Luftströmung im Schaltschrank und zur Vermeidung von Wärmenestern. Einen cleveren Ansatz zur Lösung dieses Problems hat der Automationsspezialist Lütze aus Weinstadt entwickelt: Dessen Verdrahtungssystem LSC nutzt eine weitere Ebene in der Tiefe des Schaltschranks und verlegt die Verdrahtung von der traditionellen Position zwischen den Schaltgeräten auf deren Rückseite, sodass der Wärmeübergang zur Luft deutlich verbessert wird. Dies spart zum einen Platz im Schaltschrank und ermöglicht zum anderen eine bessere Luftzirkulation zwischen den Geräten, sodass Wärmenester weitgehend vermieden werden. So konnte beispielsweise gezeigt werden, dass das LSC-Verdrahtungssystem die Entwärmungsleistung gegenüber vergleichbaren konventionell aufgebauten Schaltschränken um bis zu 15 Prozent erhöht. Dies erlaubt den Einsatz von kleiner dimensionierten Klima- und Lüftungsanlagen und eröffnet damit neue Möglichkeiten zur Energieeinsparung. Zudem erhöht sich mit der verbesserten Abfuhr der Verlustwärme die Lebensdauer der elektrischen Bauteile im Schaltschrank. Für die Hersteller von Kühlgeräten stellt sich darüber hinaus die Aufgabe, den Energiebedarf der Kühlgeräte zu verringern, beispielsweise mit Hilfe modularer, adaptiver Steuer- und Regelungssysteme.

Kooperation hilft allen

Für Lütze-Chef Udo Lütze, Mitglied im Lenkungssauschuss der Innovationsallianz »Green Carbody Technologies«, steht fest, dass sich der Weg über die Grundlagenforschung langfristig auszahlen wird: »Die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Automobilindustrie und ihrer Zulieferer hängt ganz wesentlich davon ab, wie es uns gelingt, hier praxisnahe Ergebnisse zu entwickeln. Die Resultate, die wir heute gemeinsam erarbeiten, sind unsere Wettbewerbsvorsprünge der Zukunft. Genau darum ist die Zusammenarbeit zwischen Zulieferern, den Automobilherstellern und der Wissenschaft mehr als gewinnbringend.«

Erschienen in Ausgabe: 05/2011