Frequenzumrichter Machinery Drives ACSM1

Heiß und kalt

Kühlung der Leistungselektronik in Schaltschränken
Die Cold Plate-Technologie von Rittal und Lenze-Servoantriebstechnik sorgen für Hochverfügbarkeit in der Viskose- und Acrylfaserherstellung bei Kehlheim Fibres. (Foto: Rittal)
In der Viskose- und Acrylfaserherstellung herrschen gemeinhin raue Umgebungsbedingungen, so auch bei Kelheim Fibres. Deshalb werden hier die Antriebs-Umrichter in Schaltschränke eingebaut und mit der Cold Plate-Technologie von Rittal effektiv gekühlt. Die Vorteile sind eine höhere Anlagenverfügbarkeit, längere Lebensdauer der Elektronik und bessere Energieeffizienz.

Das Direct Cooling Package (DCP) von Rittal ist beim Faserhersteller Kelheim Fibres erfolgreich im Einsatz. Mit der Kombination aus Cold Plate-Technologie und Servo-Umrichtern 9300 (Ausführung „Cold Plate“) von Lenze hat der Faserproduzent aus Kelheim ein auf seinen Bedarf zugeschnittenes Wärmerückführungssystem. Die zu Projektbeginn gestellten, hohen Anforderungen wurden vollständig erfüllt: maximale Verfügbarkeit der eingesetzten Leistungselektronik, Erhöhung der Gerätelebensdauer durch effiziente Abführung der Verlustwärme und kompletter Schutz der Schaltschränke vor aggressiven Staubpartikeln, die bei der Faserherstellung entstehen. Walter Pieper, Projektleiter bei Lenze Anlagenbau erläutert: „Gemeinsam mit Rittal haben wir aus Standardkomponenten ein auf die Anforderungen von Kelheim Fibres zugeschnittenes Produkt aus Cold Plate-Technik und unseren Antriebssteuerungen erfolgreich entwickelt“.

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Keine kostspieligen Ausfälle

Der Ausfall der Leistungselektronik kann für ein Produktionsunternehmen sehr teuer kommen. Hitzestaus in Schaltschränken – verursacht durch nicht abgeführte Verlustleistungen von eingebauten Steuerungen und Umrichtern – können zu einem großen technischen und wirtschaftlichen Schaden führen. Denn nicht abgeführte Verlustwärme kann die Elektronik beschädigen, die Lebensdauer der Geräte verkürzen und so die Verfügbarkeit der gesamten Anlage mindern.

Mit DCP werden bei Kehlheim Fibres etwa 70 Prozent der Verlustwärme über das flüssigkeitsbasierte Kühlsystem abgeführt und im Produktionsprozess verwertet. Die hermetisch dichten Schaltschränke entsprechen der Schutzart IP 54. Die Cold Plate-Technologie, Bestandteil des „Direct Cooling Package“ von Rittal, nutzt die höhere Wärmetransportkapazität des Wassers gegenüber der Luft. Kernstück des Systems ist eine gekühlte, von Wasser durchströmte Montageplatte, an der die Leistungselektronik angebracht ist. Gegenüber herkömmlichen Methoden (interne Lüftkühlung, Durchstoßtechnik) ermöglicht diese Technologie eine Verringerung der Einbautiefe des Kühlkörpers, den Verzicht auf aufwändige Säge- und Abdichtarbeiten sowie eine höhere Freiheit bei der Wahl des Aufstellungsorts.

Das Kelheimer Unternehmen entschied sich, die bisher zur Kühlung eingesetzten Filterlüfter, die durch die im Produktionsprozess entstehenden Fasern regelmäßig verstopften, durch ein effektiveres System zu ersetzen. Auf Grund der Wand-an-Wand-Aneinanderreihung der Schaltschränke kam die Platz erfordernde Durchstecktechnik als Alternative nicht in Frage. Als besonderen Vorteil unterstreicht Lenze neben der verbesserten Verfügbarkeit die erhöhte Lebensdauer der Leistungselektronik durch die gezielte Wärmeableitung.

Effiziente Wärmeabfuhr

Auch jeder andere Antriebshersteller hat das Problem, dass Frequenzumrichter in Schaltschränken beträchtliche Abwärmelasten erzeugen können. Der ABB-Geschäftsbereich Motors & Drives bietet daher seine Machinery Drives ACSM1 in den Baugrößen C und D (für Motorleistungen von elf bis 45 Kilowatt) optional mit der Cold Plate-Technologie an.

Die flüssigkeitsgekühlte Teilmontageplatte mit auf der Rückseite eingepressten Kupfer- oder Edelstahlrohren ist in ein Rückkühlsystem integriert. Der direkte Kontakt des Leistungshalbleiters mit dem Kühlkörper sorgt für eine wirkungsvolle Übertragung und Abführung der Verlustleistung. Völlig geräuschlos und direkt am Ort der Entstehung werden 70 bis 80 Prozent Verlustleistung der Frequenzumrichter an einen Rückkühler abgeführt. Die bestehende Schutzart des Schaltschranks bleibt dabei in vollem Umfang erhalten. PR/gm

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