Coolness per Plattformstrategie

Fehler bei der Klimatisierung können teuer zu stehen kommen. Zu den Kosten der durch Überhitzung geschädigten oder zerstörten Hochleistungselektronik summieren sich die Verluste wegen Stillstand der Produktionsanlage. Dabei gilt auch im Schaltschrank: Je größer das Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle und Umgebung, desto leichter kann die Wärme abfließen. Oder: Ist kein Temperaturunterschied vorhanden, muss ein künstliches Wärmegefälle geschaffen werden. Dies ist durch aktive Klimageräte nach dem Wärmepumpenprinzip möglich, und auch durch das gezielte Heranführen eines kälteren Mediums. Als Verfechter des modularen Systemgedankens unterstützt die Herborner Rittal GmbH & Co KG alle diese Verfahren. Dem Anwender stellt sich nur die Frage, was, wann und wie einzusetzen ist?

Quasi am „untersten Ende der Hierarchie- leiter“ stehen das Entwärmen durch Lüfter und Gebläse. Dies sollte jedoch nicht dazu führen, ihre Bedeutung zu unterschätzen. In Türen oder Schrankwände eingebaut werden Filterlüfter. Das funktioniert gut bei sauberer Umgebungsluft. Ergänzt werden die Lüfter durch Luftaustrittsfilter an gegenüberliegender Seite. Durch Klickmontage lässt sich viel Zeit sparen, ebenso, wenn der Lüfter leicht von saugend auf blasend umgestellt werden kann. Typische Leistungsklassen liegen zwischen 20 m³ und mehreren hundert Kubikmetern. Drehzahlregelungen halten das Geräuschniveau niedrig. Drucklüfter können größere Verlustleistungen aus Schränken abführen. In dicht bestückten Elektronikeinschüben kühlen kräftige Gleichstromgebläse versteckte Winkel. Innerhalb des Schrankes verhindern Einschublüfter in den Schrankebenen Wärmenester.

Luft-Luft-Wärmetauscher, bei denen der Außen- und der Innkreislauf getrennt sind, eignen sich gut bei Staubbelastungen und aggressiven Dämpfen. Vorraussetzung ist aber ein Temperaturgefälle zwischen Außen- und gewünschter Innentemperatur. Mit Luft-Wasser-Wärmetauschern (LWWT) in Verbindung mit einer Rückkühlanlage kann die Luft im Schrankinnenraum unter das Niveau der Außentemperatur abgesenkt werden. Ist die Kühlwasserversorgungsanlage entfernt aufgestellt, erhöht die im Schrank erzeugte Abwärme also nicht die Umgebungsluft. Bei großen Temperaturunterschieden zwischen Aufstellort und Schrankoberfläche kann sogar Raumwärme nach innen abgeleitet werden. Rittal bietet bei diesen Geräten drei Bauformen an: für die Wandmontage, für die Dachmontage und als komplette Seitenwand.

Das Problem, dass oben platzierte Geräte in dicht bepackten Schränken die wärmetechnischen Verlierer sind, wird über eine komplette Luft-Wasser-Wärmetauscher-Einheit als Seitenwand gelöst. Als Klimaschrank, der seitlich am Rack angedockt wird, ersetzt sie komplett die Seitenwand eines Schrankes, oder je eine Seitenwand, wenn sie zwischen zwei Schränken montiert ist. Vorteilhaft isti, dass die kalte Luft vor der 19“-Einschubebene gleichmäßig verteilt und der Schrank uneingeschränkt zugänglich ist. Voll ausgebaut werden 30 kW Kühlleistung geboten.

Mit aktiven Kühlgeräten nach dem Wärmepumpenprinzip wird eine beliebige Schaltschrankinnentemperatur auf konstantem Niveau gehalten. Durch die getrennten Außen- und Innenkreisläufe bleibt die Schutzart des Schrankes erhalten und es kann kein Staub oder Öldunst eindringen. Umgekehrt gilt, dass diese Art nur bei dicht geschlossenen Schranksystemen funktioniert, da sich ansonsten kein ordnungsgemäßer innerer Kreislauf einstellen kann und Kondensat entsteht. Grundsätzlich unterschieden werden Wandanbau- und Dachkühlgeräte. Die typischen Nutzkühlleistungen reichen entsprechend von rund 100 W bis hinauf zu fast 5 kW. Klimaschränke, die eine Einheit von Kühlung und Einbauraum bilden und Klimatüren, die an Stelle der Standardtür montiert werden runden das Angebot ab. Geregelt wird über Basis- oder Comfort-Controller auch aus der Ferne.

Auch die kräftigste Brise kalter Luft ist manchmal nicht mehr erfrischend genug, wenn Hochleistungsprozessoren so heiß wie eine Kochplatte werden. Für solche Anwendungen bietet sich die direkte Flüssigkeitskühlung mit Wasser an. Rittal hat hier Lösungen, die sich „ohne Klempnerei“ einsetzen lassen. Eine quasi direkte Wasserkühlung ist die Cold-Plate-Technik, die sich DCP nennt. Damit lassen sich Komponenten der Leistungselektronik wie Frequenzumrichter, Servoregler, Motorregler oder Bremswiderstände über eine mit Flüssigkeit durchströmte Teilmontageplatte kühlen. Durch ein variables Befestigungssystem mit T-Nuten und Klemmbügeln können Frequenzumrichter und Servoregler aller Hersteller zeitsparend installiert werden. Prüfungen durch Pilotanwender ergaben, dass sich je nach Cold Plate-Größe Verlustleistungen von 2,5 bis 6 kW abführen lassen.

Ungeachtet dessen, welches Gerät eingesetzt werden soll, liegt der optimale Zeitpunkt für das Planen der Kühltechnikkomponenten bereits in der frühen Projektierungsphase der Gesamtanlage. Mehr dazu im nächsten Teil der Serie.

Ralf Schneider Leiter Produktmanagement Schaltschrank-Klimatisierung bei Rittal in Herborn

Bei Luft-Wasser-Wärmetauschern, Wasserkühlung direkt am Prozessor oder der Cold-Plate-Technik sichern Rückkühlanlagen auch unter extremen Umgebungsverhältnissen den störungsfreien Betrieb. Neben Schaltschränken kühlen sie auch Laser-, Werkzeug- und Maschinenprozesse und sorgen für eine Temperaturkonstanz. Das Programm deckt die Leistungspalette im Bereich von 1 bis 172 kW Kühlleistung ab. Neben vielen Sonder- und kundenspezifischen Bauformen stehen am anderen Ende der Ausstattungspalette preisgünstige modulare Eintauch-Rückkühlanlagen, die sich anpassen lassen.

Nachdem Lotuseffekt und CO2-Einsatz als Kältemittel in Ausgabe 26/27 den technologischen Eckpunkt markierten und in diesem Heft die Auswahl der geeigneten Technik beschrieben ist, wird die Serie im Oktober fortgesetzt mit der Thematik „Dienstleistung rund um die Klimatisierung. Dabei werden Lösungen projektiert, simuliert und im Wärmebild betrachtet. Das alles spart Energie und erhöht die Anlagenverfügbarkeit.