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Artikel und Hintergründe zum Thema

Antriebstechnik

Verlustleistungen cool managen

Flüssigkeitsbasierte Kühlung von Leistungselektronik
Danfoss setzt das Kühlungssystem „LCP Industrie“ von Rittal für sein Frequenzumrichter-Programm ein.
Hohe Packungsdichten und steigende Verlustleistungen der Elektronik in Schaltschränken erfordern ein effizientes und sicheres Kühlkonzept. Während noch vor wenigen Jahren in der Industrie Verlustleistungen bis maximal drei bis vier Kilowatt abgeführt wurden, sind es heute bis zu zehn Kilowatt und mehr pro Schaltschrank. Flüssigkeitsbasierte Kühlkonzepte, die sich seit Jahren in der IT bei der Serverkühlung etabliert haben, halten nun auch Einzug in die Industrie.

Luftbasierte Kühlungen mit kompressorbetriebenen Kühlgeräten können in der Schaltschranktechnik gerade bei hohen Verlustleistungen die Funktionsfähigkeit einer Anlage nicht immer gewährleisten. Das gilt nicht nur bei Anwendungen mit Frequenzumrichtern und ihren meist hohen Leistungen, sondern auch für die oftmals sehr zahlreichen Servos in einem einzigen Schaltschrank. Hier ist eine Wasserkühlung die deutlich bessere Wahl.

Bei einer effizienten Wasserkühlung von Schaltschränken geht es aber um mehr als hohe Kühlleistungen. Gefragt sind ebenso Flexibilität und Sicherheit für Anwendungen in anspruchsvollen Umgebungen. Auf Grund dieser Anforderungen hat Rittal den neuen Luft/Wasser-Wärmetauscher LCP Industrie (Liquid Cooling Package) entwickelt. Die Innovation bietet standardmäßig eine Leistung von 10 kW, ist in das Schaltschrank-System TS 8 integrierbar und bietet die Schutzart IP54. Damit steht die seit Jahren im IT-Bereich bewährte LCP-Technologie von Rittal in Verbindung mit einem Rückkühler der Serie TopTherm-Chiller erstmals auch für den anspruchsvollen industriellen Einsatz zur Verfügung.

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Der Klimaschrank mit dem Luft/Wasser-Wärmetauscher „LCP Industrie“ lässt sich an das TS-8-Schaltschranksystem „andocken“. Für den Anwender hat das Anreihen an den Schaltschrank den Vorteil, dass ein nachträglicher Anbau jederzeit möglich ist und zudem wenig Platz benötigt. Denn die Abmessungen des neu entwickelten Luft/Wasser-Wärmetauschers von Rittal betragen nur 300 x 2.000 x 600 Millimeter (BXHxT). Dabei gibt es zwei Möglichkeiten zur Kühlung: Das Ansaugen der Warmluft und der Austritt der Kaltluft kann entweder an einer oder beiden Seiten des Klimaschranks erfolgen. Diese Flexibilität beim Anreihen des Luft/Wasser-Wärmetauschers hat den Vorteil, dass er sowohl zwischen zwei Schaltschränken als auch am Ende einer Schrankreihe montiert werden kann. Auch die Sicherheit ist gewährleistet. Die vollständige Trennung von Wasserkreislauf im Klimaschrank und elektronischen Komponenten im Schaltschrank sorgt für einen maximalen Schutz.

Oben ansaugen, unten kühl ausblasen

Während bei der LCP-Technologie im IT-Bereich die 19-Zoll-Einheiten mit konstanten 22 Grad Celsius von der Seite gekühlt werden, sind Temperatur und Luftführung bei dem neuen Luft/Wasser-Wärmetauscher an die speziellen Anforderungen der Schaltschrank-Klimatisierung der Industrie angepasst. Hier liegt die Vorgabe für die maximale Innentemperatur im Schaltschrank bei 35 Grad Celsius. Dabei muss die Kaltluft von unten vor die Montageplatte der Leistungselektronik geführt werden. Die von der Elektronik erwärmte Luft wird daher oben angesaugt, über die kalten Lamellen des Wärmetauschers geführt und unten kalt ausgeblasen. Die Luftzirkulation erfolgt über zwei leistungsstarke Gebläse mit einer Leistung von jeweils 1.300 m³/h. Um eine besonders effiziente Durchströmung und Wärmeabführung zu erreichen, ist der Wärmetauscher geneigt angeordnet.

Der neue Luft/Wasser-Wärmetauscher LCP-Industrie lässt sich überall dort effizient einsetzen, wo hohe Verlustleistungen auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen aus dem Schaltschrank abgeführt werden müssen. Angefangen vom Kühlen großer Umrichter in Windenenergieanlagen oder Anwendungen in der Automobilindustrie. Deutlich mehr Möglichkeiten bietet die neue Lösung mit Schutzart IP54 auch für hygienisch sensible Anwendungen wie Reinräume oder Abfüllanlagen. Hier verhindert der Luft/Wasser-Wärmetauscher 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.

Frequenzumrichter von Danfoss effizient kühlen

Gerade bei der Kühlung von Frequenzumrichtern – wie eine Anwendung bei Danfoss zeigt – spielt das LCP Industrie seine Vorteile aus. Das Unternehmen hat eine aktive und effiziente Kühlung für seine VLT Hochleistungsumrichter gesucht, die im Betrieb oft hohen Staubbelastungen und aggressiven Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Durch das LCP Industrie kann Danfoss den kompletten Antriebsschrank gut geschützt und wassergekühlt ausführen. Und zwar völlig sicher, weil alle Antriebskomponenten, Ausgangsfilter, spezielle Eingangsfilter und die Schalttechnik vom Wasserkreislauf komplett getrennt sind.

Ralf Schneider, Hans-Robert Koch

Schaltschrankkühlung

Rittal, Herborn, Tel. 02772/505-0, Fax 505-2319, http://www.rittal.de

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