Thermischen Stress senken

Im Maschinenbau ist die hohe Lebensdauer von Anlagen eine der wichtigsten Anforderungen. Um Ausfällen vorzubeugen, müssen Steuerungskomponenten bedarfsgerecht klimatisiert werden, die je nach Lastaufnahme der Maschine thermischem Stress ausgesetzt sind.

Bei Kapp Werkzeugmaschinen wurde eine neue Kühlgerätegeneration getestet.

Die Messergebnisse sprechen für sich. Thermische Belastungen durch Temperaturschwankungen gegenüber herkömmlich geregelten Kühlgeräten lassen sich um 95 Prozent senken.

HANS-ROBERT KOCH 

 

Nichts zeigt deutlicher als der Praxiseinsatz, was die neue Technik wirklich kann. Seit Januar 2015 befindet sich ein Testgerät der Serie Blue e+ von Rittal im Leistungscheck bei der Kapp GmbH in Coburg. Unter den realen Einsatzbedingungen des Maschinenbaus wird dort ein Wandanbaukühlgerät der neuen Serie mit einem aktuellen Gerät an identischen Steuerungsschränken getestet.

 

Tests unter realen Produktionsbedingungen


Um die entstehenden Temperaturen zu erfassen, wurde an beiden Geräten gemessen. Die Temperaturdifferenz bei dem herkömmlichen, 2-Punkt-geregelten Kühlgerät betrug 5K zum Sollwert, was der normalen Regelcharateristik entspricht. Bei dem neuen Blue e+-Kühlgerät war in gleicher Zeit, dank der neuen, bedarfsgerechten Regelung nur eine Abweichung von 0,2K gegenüber der Sollwerteinstellung zu verzeichnen.


„Dieses Ergebnis hat mich wirklich überrascht und auch beeindruckt. Mit der Temperaturgenauigkeit der neuen Rittal Blue e+- Kühlgeräte können wir den thermischen Stress für unsere Steuerungen signifikant senken und erhöhen damit automatisch die Lebensdauer unserer Anlagen. Ein absolutes Plus für uns im Maschinenbau“, sagt Alfred Tenner, Leiter der Abteilung Messen, Steuern, Regeln bei der Kapp Werkzeugmaschinen GmbH.


Grundlage für die hohe Temperaturkonstanz ist eine erstmals für Schaltschrankkühlgeräte entwickelte und patentierte Hybridtechnologie sowie eine neue integrierte Regelcharakteristik. Diese arbeitet mit einer Kombination aus einem klassischen Kompressor- Kühlgerät und einer Heat Pipe, die für eine passive Kühlung ohne Energieverbrauch sorgt. Der Kompressor kommt nur dann zum Einsatz, wenn die passive Kühlung nicht mehr ausreicht. Zudem sind die Geräte leistungsgeregelt und kühlen dadurch bedarfsgerecht. Damit lässt sich nicht nur Energie sparen, auch die Lebensdauer des Kompressors wird verlängert.


Ein weiteres Testgerät der Serie Blue e+ ist unter realen Produktionsbedingungen im Leistungscheck bei dem Maschinenbauunternehmen J.G. Weisser Söhne GmbH. Das Wandanbaugerät mit 1 500 W Kühlleistung der neuen Serie wird mit einem am Markt verfügbaren Wandanbau-Kühlgerät an identischen Maschinensteuerungsschränken verglichen. Über die neuen technischen Möglichkeiten, insbesondere die Mehrspannungsfähigkeit, zieht Thorsten Rettich, Geschäftsführer Technik von J.G. Weisser, ein erstes Fazit: „Dadurch, dass wir zukünftig nur mit einem Gerät planen und damit gleichzeitig alle Netzspannungen und Frequenzen unserer Kunden weltweit abdecken können, sind die neuen Blue e+-Kühlgeräte von Rittal ein absoluter Benefit für uns. Die Reduzierung in der Lagerhaltung und Stammdatenverwaltung auf nur noch eine Artikelnummer pro Leistungsklasse spart uns Zeit und Kosten von der Planung über den Einkauf bis zur Lagerhaltung. Die sehr hohen Einsparungsmöglichkeiten beim Energieverbrauch, die wir bisher selbst in unserer Teststellung ermittelt haben, können wir natürlich auch als Werbung bei unseren Kunden nutzen.“

 

Alle Infos auf dem Touchdisplay


Das grafische Touchdisplay an der Front bietet alle relevanten Informationen auf einen Blick. Systemmeldungen werden verständlich angezeigt. Standardisierte Kommunikationsschnittstellen sorgen für eine Einbindung in die Anlagenvisualisierung bzw. -bedienung einer Produktionsanlage. Die Near- Field-Communication Schnittstelle (NFC) ermöglicht eine einfache Parametrierung mehrerer Kühlgeräte über ein NFC-fähiges mobiles Endgerät.


Die Blue e+-Geräte decken einen Leistungsbereich von bis zu 6 000 Watt ab (vorher: maximal 4 000 Watt) und sind bei Temperaturen von minus 30° Celsius bis plus 60° Celsius einsetzbar. Durch eine innovative Inverter-Technologie sind sie mehrspannungsfähig und somit weltweit problemlos einsetzbar. Das UL-Listing ermöglicht den Betrieb der Kühlgeräte in den USA auch ohne zusätzliche Zertifizierung.

 

Flexibilität, Sicherheit und Handling


Neben der deutlich höheren Energieeffizienz gegenüber bisherigen Kühllösungen punkten die Geräte auch bei Flexibilität, Sicherheit und Handling. Der Systemanbieter für Schaltschranktechnik unterstreicht damit erneut seinen Anspruch als Technologieführer für System-Klimatisierung.


Europaweit sind Schätzungen zufolge circa 2 Millionen Schaltschrank-Klimageräte am Netz, die mit einer angenommenen Anschlussleistung von 2 Terrawatt (Ø 1 kW pro Gerät) ein gesamtwirtschaftlich relevantes Verbrauchspotenzial darstellen und für einen CO2-Ausstoß von etwa 4 Millionen Tonnen pro Jahr verantwortlich sind.


„Wir haben es uns zum Ziel gesetzt, den Energiebedarf von Kühlgeräten soweit zu senken, dass ein signifikanter, positiver Beitrag zum Klimaschutz geleistet und steigenden Energiepreisen begegnet werden kann“, sagt Steffen Wagner von Rittal. Der Leiter Produktmanagement Climatisation erklärt, wie das geht und welche Technik dahinter steht: „Um die Energieeffizienz deutlich zu erhöhen, setzt Rittal bei seiner neuen Kühlgeräte-Generation Blue e+ erstmals auf ein innovatives, patentiertes Hybridverfahren.“ Dieses arbeitet mit einer Kombination aus einem Kompressor-Kühlgerät und einer Heat Pipe, die für eine passive Kühlung sorgt. Der Kompressor kommt nur dann zum Einsatz, wenn die passive Kühlung nicht mehr ausreicht.


Wesentlichen Einfluss auf die enorme Wirkungsgradsteigerung hat die Regelstrategie für den Hybridbetrieb. Dieser ist auf Energieeffizienz im Teillastbetrieb optimiert. So ist das Blue e+-Gerät bei Teillast von 15 Prozent im reinen Heat-Pipe-Modus sechsmal effizienter als ein herkömmliches Kühlgerät. Bei Teillast von 65 Prozent arbeiten beide Systeme im Hybridbetrieb und damit viermal effizienter als ein herkömmliches Gerät.

 

DC-Motoren im Lüfter und Kompressor


Auch die Energieeffizienz der reinen Kompressor- Kühlung der neuen Geräteserie ist sehr hoch. Zum Einsatz kommen DC-Motoren sowohl bei den Lüftern als auch beim Kompressor. Dank der Inverter-Technologie, mit der über eine Spannungsregelung die Drehzahl von Kompressor und Lüfter eingestellt werden kann, wird immer exakt die Kühlleistung zur Verfügung gestellt, die aktuell benötigt wird. Der Energieverbrauch sinkt dadurch gegenüber einer herkömmlichen Lösung deutlich. „Durch die hohe Energieeffizienz der neuen Kühlgeräte sind Einsparungen – wie erste Testergebnisse zeigen – von bis zu 75 Prozent möglich“, betont Steffen Wagner.

 

Mehrspannungseingang für die Netze


Bei der Neuentwicklung wurde aber auch in anderen Bereichen auf die Wirtschaftlichkeit ein besonderes Augenmerk gelegt. So können sämtliche Geräte dank der patentierten Mehrspannungsfähigkeit in allen weltweit üblichen Netzen flexibel betrieben werden. Der mögliche Eingangsspannungsbereich geht von 110 V (einphasig) bis 480 V (dreiphasig) bei Netzfrequenzen von 50 Hz oder 60 Hz. Der große Vorteil, der insbesondere weltweit tätigen Maschinenbauern zugutekommt, ist der geringere Logistikaufwand. Das Kühlgerät ist immer das gleiche, egal ob die Maschine nach Japan, in die USA oder innerhalb Europas ausgeliefert werden soll. Dies führt nicht nur zu einer deutlichen Reduktion der Gerätevarianten, sondern auch zu einer erheblichen Vereinfachung in der Ersatzteillogistik.

 

Höhere Prozess-Sicherheit


Durch die leistungsgeregelte Kühlung entfällt für alle Komponenten im Schaltschrank der thermische Stress. Ständige Temperaturschwankungen, wie bei der klassischen Zwei-Punkt- Regelung der Fall, gehören der Vergangenheit an. Damit erhöht sich nicht nur bei den Kühlgeräten, sondern auch bei den Schaltschrank- Komponenten die Lebensdauer erheblich, was insgesamt zu einer höheren Prozesssicherheit führt.

www.rittal.de


Beitrag aus [me] 3/2015

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