Flüssigkeitsbasierte Schaltschrank-Kühlung Bewährte IT-Kühlung auf dem Weg in die Industrie

Autor / Redakteur: Ralf Schneider, Hans-Robert Koch / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Die Anforderungen an höhere Kühlleistungen sind in der Schaltschrank-Technik in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen. Obwohl sich bereits Anfang der 1990er Jahre die ersten Projekte in der Automobilindustrie mit Flüssigkeitskühlung etabliert haben, kommen herkömmliche Luft/Wasser-Wärmetauscher-Lösungen heute oft an ihre Grenzen. Steigende Verlustleistungen von 10 kW und mehr verlangen neue Klimalösungen. Hochleistungs-Technologien aus der IT kommen hier zu Hilfe.

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Die bereits in Server-Schränken etablierte LCP-Technologie (Liquid Cooling Package) ist jetzt auch mit einer Leistung von 10 kW für Industrieanwendungen im Maschinen- und Anlagenbau verfügbar. Intelligente Luftführung: Die Warmluft im Schaltschrank wird oben angesaugt und als Kaltluft unten im Schrank wieder zugeführt. (Bilder: Rittal)
Die bereits in Server-Schränken etablierte LCP-Technologie (Liquid Cooling Package) ist jetzt auch mit einer Leistung von 10 kW für Industrieanwendungen im Maschinen- und Anlagenbau verfügbar. Intelligente Luftführung: Die Warmluft im Schaltschrank wird oben angesaugt und als Kaltluft unten im Schrank wieder zugeführt. (Bilder: Rittal)

Aufgrund der steigenden Packungsdichte, dem Einsatz von leistungsstarken Frequenzumrichtern und zahlreichen Servos wächst die Verlustwärme in Schaltschränken deutlich an. Während noch vor wenigen Jahren in der Industrie Verlustleistungen bis maximal 3 bis 4 kW abgeführt wurden, sind es heute bis zu 10 kW und mehr pro Schaltschrank. Damit sind höhere Kühlleistungen erforderlich.

Rein luftbasierte Kühltechnologien mit kompressor-betriebenen Kühlgeräten können allerdings bei hohen Verlustleistungen die Funktionsfähigkeit der Leistungselektronik und damit die Verfügbarkeit der Anlage nicht immer gewährleisten. Da Wasser eine deutlich bessere Wärmeleitfähigkeit als Luft aufweist und eine effizientere Kühlung auf kleinerem Raum ermöglicht, haben sich Luft/Wasser-Wärmetauscher im Maschinen- und Anlagenbau durchgesetzt. Allerdings kommen auch dort herkömmliche Lösungen an ihre Grenzen.

Neue Kühltechnik für den Maschinen- und Anlagenbau

Seit kurzem steht die bereits seit Jahren im IT-Bereich bewährte Rittal LCP-Technologie nun erstmals auch für den Einsatz im Maschinen- und Anlagenbau zur Verfügung.

Mit dem LCP (Liquid Cooling Package)-Industrie bietet das Herborner Unternehmen jetzt eine neue Kühltechnik mit einer skalierbaren Kühlleistung von bis zu 10 kW.

Klimaschrank erfüllt industrielle Anforderungen

Als Basis für den Klimaschrank dient das TS-8-Schaltschranksystem. So ist auch eine nachträgliche Integration in bestehende Systemumgebungen jederzeit möglich. Im Gegensatz zu der IT-Variante, bei der die 19-Zoll-Ebene über die gesamte Schrankhöhe seitlich mit konstanten 22°C gekühlt wird, ist die Luftführung beim Industrie LCP auf die Anforderungen der industriellen Schaltschrank-Klimatisierung angepasst.

Da die Kälte unten vor die Montageplatte im Schaltschrank gelangen muss, wird die Warmluft oben angesaugt und unten kalt ausgeblasen. Im Schaltschrank muss typischerweise eine Regeltemperatur von 35°C eingehalten werden. Zwei leistungsstarke Gebläse sorgen für eine sehr gute Luftzirkulation. Sowohl die Luftansaugung als auch der Kaltluft-Austritt ist beidseitig möglich.

Flexibel anreihbarer Luft/Wasser-Wärmetauscher

Der anreihbare Luft/Wasser-Wärmetauscher lässt sich als Klimaschrank (300 x 2.000 x 600 mm (BXHxT)) flexibel mittig zwischen zwei Schaltschränken oder am äußeren Ende einer Schrankreihe montieren. Die Möglichkeit, den Wasseranschluss oben oder unten zu montieren sowie die variable Luftführung bieten Raum für individuelle Anpassungen. Die einfache Zugänglichkeit zu den wichtigsten Komponenten erleichtert den Austausch im Servicefall.

Erste Anwendung bei Danfoss

Die erste konkrete Anwendung ist in einer neuen Systemlösung von Danfoss für die effiziente Kühlung von Hochleistungs-Umrichtern vorgesehen. Durch eine vollständige Trennung von Wasserkreislauf und elektronischen Komponenten im Schrank sorgt der Luft/Wasser-Wärmetauscher für maximalen Schutz vor Wasser.

„Wir haben eine aktive und effiziente Kühlung für unsere VLT Hochleistungs-Umrichter gesucht, die im Betrieb oft hohen Staubbelastungen und aggressiven Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind“, erklärt Ralph Mühlbeier, Technischer Leiter Großantriebe und Kundenlösungen bei Danfoss in Offenbach. „Durch das LCP Industrie können wir den kompletten Antriebsschrank gut geschützt wassergekühlt ausführen. Und zwar völlig sicher, weil alle Antriebskomponenten, Ausgangsfilter, spezielle Eingangsfilter und die Schalttechnik vom Wasserkreislauf komplett getrennt sind.“ Das ist genau die Anforderung auf die der neue Luft/Wasser-Wärmetauscher mit seiner skalierbaren Leistung und der Schutzart IP54 ausgerichtet ist.

Kühlung für kritische Anwendungen

Der Luft/Wasser-Wärmetauscher lässt sich überall dort effizient einsetzen, wo hohe Verlustleistungen auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen aus dem Schaltschrank abgeführt werden müssen. Deutlich mehr Möglichkeiten bietet die neue Lösung mit Schutzart IP54 auch für hygienisch sensible Anwendungen wie Reinräume oder Abfüllanlagen.

Hier verhindert sie eine eventuelle Luftverwirbelung, senkt das Re-Infektionsrisiko sowie die Aerosolbildung und verbessert damit die Produktqualität. Hinzu kommt, dass die wasserbasierte Kühlung die Wärmelast im Gebäude reduziert und sogar bei hohen Umgebungstemperaturen einen sicheren Betrieb der Anlage gewährleistet.

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* Ralf Schneider, Abteilungsleiter Business Development Climatisation und Hans-Robert Koch, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, beide Rittal, Herborn

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