Baugruppen effizient kühlen

Fahrerassistenz-, Sicherheits- und Unterhaltungssysteme gehören in modernen Autos immer mehr zum Standard. So sind heute beispielsweise in einem typischen Fahrzeug der Mittelklasse leicht 30 bis 50 verschiedene Elektronikbaugruppen im Einsatz. In einer aktuellen Anwendung hat GTL Knödel eine Anlage zur Kühlung von solchen Elektronikbaugruppen für einen Automobilzulieferer in Mexiko entwickelt. Die GTL Knödel GmbH aus Leonberg ist ein mittelständischer Maschinenbauer, der Maschinen und Anlagen zur Wärmebehandlung und Beschichtung entwickelt und produziert. In dem Beispiel werden die Baugruppen, nachdem sie die automatisierte Lötanlage verlassen haben, in einem weiteren Prozessschritt in ein Aluminiumgehäuse, das aus zwei Schalen besteht, eingebaut. Eine Vergussmasse aus Dichtungsharz sorgt im nächsten Schritt dafür, dass die Elektronikbaugruppen in dem Gehäuse wirkungsvoll vor Umgebungseinflüssen geschützt sind. Nach einem anschließenden Aushärteprozess kommen die fertigen Elektronikbaugruppen in die Kühlanlage, in der sie kontrolliert abkühlen. Der Abtransport der Wärme geschieht dabei durch Konvektion mit Luft. Entsprechende Ventilatoren fördern diese dazu durch die Anlage.

Die Anforderung war, dass die Abwärme aus der Kühlanlage nicht in die Umgebungsluft gelangt und die klimatisierten Produktionshallen, die eine Temperatur von etwa 25 °C haben, wärmetechnisch belastet. „Deswegen verwenden wir in diesem Fall eine Wasserkühlung, um die Wärme aus der Kühlanlage abzuführen“, erläutert Geschäftsführer Peter Knödel. Die Vorteile der Wasserkühlung liegen auf der Hand: Die Luft wird zwischen der Anlage und dem Wärmetauscher, in dem die Wärme an das Kühlwasser abgegeben wird, in einem geschlossenen Kreislauf geführt, so dass sich die Umgebungsluft in den Produktionshallen nicht erwärmt. Außerdem ist Wasser als Kühlmedium aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften deutlich effizienter. „Wenn man eine Luft- und Wasserkühlung miteinander vergleicht“, rechnet Peter Knödel vor, „dann braucht man zum Abführen einer bestimmten Wärmemenge bei Vergleich der thermischen Daten von Luft und Wasser für Luft eine etwa 30-mal größere Rohrleitung als für Wasser.

Da in dem Werk in Mexiko kein zentrales Kühlwasser zur Verfügung steht, kommt eine separate Rückkühlanlage zum Einsatz. Entschieden hat man sich bei GTL Knödel für einen TopTherm Chiller. Diese modularen Rückkühler sind in einem Standard TS-8-Schaltschrank aufgebaut und lassen sich daher einfach in eine industrielle Umgebung integrieren. Für Peter Knödel ist vor allem wichtig, dass das Rückkühlsystem einsatzbereit geliefert wird: „Rittal bietet hier ein System an, das fix und fertig ist und von uns einfach nur noch angeschlossen werden muss. Außerdem war die Kühlleistung, die wir in der Anwendung benötigen, durch ein einem Standardgerät verfügbar.“

Anlagen zur Rückkühlung sind häufig kundenspezifisch konzipiert und aufgebaut. Zwar kann man dadurch die Anlage auf die konkreten Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen, muss aber durch eine solche Sonderlösung auf die Vorteile der Standardisierung, wie kurze Lieferzeiten und einfache Ersatzteilbeschaffung im Service- oder Reparaturfall, verzichten. Die Chiller sind konsequent modular aufgebaut und bestehen aus standardisierten Komponenten. Als Basis dient der TS-8-Schaltschrank, in den ein Wasser- und Kältemodul sowie ein Elektromodul mit integrierter Steuerung eingebaut werden. Das Wassermodul ist ein offenes System und besteht aus Tank, Pumpe und Regelungstechnik. Zum Kältemodul gehören Kompressor, Verflüssiger und Verdampfer. Beide Module werden separat voneinander vorgefertigt und laufen damit auch unabhängig voneinander als standardisierte Komponenten durch die Produktion. Der Luft-Wasser-Wärmetauscher, der die Luft für die Kühlanlage auf die eingestellte Vorlauftemperatur abkühlt, lässt sich dann einfach an den Kühlwasserkreislauf anschließen. Diese modulare Lösung und die damit verbundene Standardisierung vereinfacht die Chiller-Fertigung und führt damit zu niedrigeren Kosten und kürzeren Lieferzeiten. Auch im Servicefall bietet die Modulbauweise große Vorteile: Das Ersatzteilmanagement ist einfacher und die einzelnen Module lassen sich schnell und unkompliziert tauschen. Das Resultat sind geringere Kosten und eine sehr hohe Verfügbarkeit der Anlage.

Mit den modular aufgebauten TopTherm Chiller bietet der Gehäusespezialist eine einfach zu integrierende und energieeffiziente Lösung für die Kühlanlage von GTL Knödel. Rittal entwickelt und fertigt bereits seit den 1980er Jahren Kühllösungen rund um den Schaltschrank und für industrielle Anwendungen. „Wenn wir Schaltschränke und dazu passende Kühllösungen benötigen, setzen wir seit Jahren praktisch ausschließlich auf Rittal als Lieferanten. Aufgrund der positiven Erfahrungen in der Vergangenheit haben wir uns bei der Rückkühllösung für den TopTherm Chiller entschieden“, fasst Peter Knödel die Erfahrungen in diesem Projekt zusammen.

Ulrich Wigge, Hans-Robert Koch, Rittal, Herborn