Nach der Tagesschau wird es interessant ‒ die Wetterprognose kommt: Heiß, kalt, regnerisch, wechselhaft, auffrischender Wind aus Nord-Ost. Dabei sind es die Zuschauer gewohnt, dass die Prognosen in den meisten Fällen stimmen. Man sollte nun meinen, dass ein Schaltschrankkonstrukteur gleichermaßen eine zuverlässige Wärmeprognose für die Temperaturen im Schrank machen kann. Das ist jedoch nur selten der Fall. Zwar ist eine aktuelle Wärmemessung über Thermosensoren sehr präzise möglich, sobald sich jedoch ein oder mehrere Parameter verändern würden – zum Beispiel zusätzliche Leistungsteile im oberen und unteren Drittel des Schaltschranks – herrscht in aller Regel Achselzucken. Allenfalls auf Basis von Erfahrungswissen schätzen die ‚alten Hasen‘ die möglichen Temperaturen und dimensionieren die aktive Kühlung dementsprechend. Aber gerade für Konstrukteure wäre es sehr wichtig zu wissen, wie sich die Wärme bei wechselnden Parametern verändert. Schließlich gleicht aufgrund der modularen Maschinenkonstruktionen kein Schaltschrank dem anderen ‒ selbst bei Serienmaschinen.

Wärmeprognose und -analyse für den Schaltschrank

In drei Schritten zum Ergebnis: Nach der Eingabe der Aufstellungsbedingungen und Definition der Schalt­schrank­geometrie …

In drei Schritten zum Ergebnis: Nach der Eingabe der Aufstellungsbedingungen und Definition der Schalt­schrank­geometrie … Lütze

Lütze hat genau für diese Fälle den Airtemp-Simulator entwickelt. Mit dieser webbasierten Analysesoftware lassen sich die Wärmeentwicklung und -verteilung in Schaltschränken simulieren. Das ermöglicht eine differenzierte thermo­dynamische Analyse eines Schaltschranks ‒ quasi der Wetterbericht für den Schaltschrank. Mit dem Tool kann der Projekteur schnell ermitteln, welche Temperaturen und Temperatur-Schichtungen im Schaltschrank zu erwarten sind. Über eine simple Betrachtung des Wärme-Ist-Zustands im Schaltschrank hinaus, erstellt das Tool eine Prognose über die Wärmeentwicklung in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern. Diese lassen sich per Mausklick variieren, sodass sich der Nutzen von Gegenmaßnahmen darstellen lässt.

Drei-Zonen-Konzept gibt Klarheit

Zur Berechnung der Wärmeentwicklung wird der Schaltschrank in drei Zonen aufgeteilt. Für jede Zone ermittelt die Software präzise die Temperatur. Der Anwender muss hierzu die Eckdaten seines Schaltschanks sowie die Verlustleistungen der eingebauten Geräte eingeben. Das reicht bereits, damit die Software daraus alles Weitere berechnen kann.

... sind nur noch die Verlustleistungen in den drei Zonen und das vorgesehene Kühlsystem anzugeben.

… sind nur noch die Verlustleistungen in den drei Zonen und das vorgesehene Kühlsystem anzugeben. Lütze

Zuerst ist der Aufstellungsort anzugeben. Hier stehen sechs Installationsmöglichkeiten zur Verfügung, von ‚Gehäuse freistehend‘, ‚Anfangs- oder Endgehäuse freistehend‘, bis ‚Mittelgehäuse Wandanbau‘. Danach geht es um die Geometrie des Schaltschrankgehäuses und des Airstream-Rahmens, also um Angaben zu Tiefe, Höhe und Länge. Die Eingabe erfolgt über Auswahlmenüs und Klick-Buttons. Alle für das Rahmensystem verfügbaren Schaltschrankgrößen und -rahmen sind hinterlegt, falsche Eingaben somit unmöglich. Im dritten und letzen Schritt wird abgefragt, ob der Schaltschrank über eine aktive Kühlung verfügt, zum Beispiel einen Airblower, eine Wärmeübertragung oder ein Klimagerät. Auch die Einstellung ‚keine Klimatisierung‘ ist möglich. Entsprechend dem ‚Drei-Zonen-Konzept‘ brauchen für jede Schaltschrank-Zone nur noch die Verlustleistungen der installierten Verbraucher eingegeben zu werden. Je Zone ist dabei ein Wert von 1 bis 4 000 W möglich. Zusätzlich wird die am Aufstellungsort vorherrschende Umgebungstemperatur abgefragt.

Zum Schluss besteht die Möglichkeit, die gewünschte Innentemperatur im Schaltschrank anzugeben. Diese Soll-temperatur kann je nach Hitzeempfindlichkeit der verwendeten Bauteile höher oder niedriger festgelegt werden. Außen- und Innentemperatur sind jeweils zwischen 20 °C und 50 °C einstellbar.

Übersichtliche Darstellung aller Berechnungen

Mit wenigen Parametern berechnet der Airstream-Simulator die Temperaturverteilung im Schaltschrank.

Mit wenigen Parametern berechnet der Airstream-Simulator die Temperaturverteilung im Schaltschrank. Lütze

Nach Eingabe aller Parameter errechnet Airtemp innerhalb von Sekunden die Temperaturverteilung in den Zonen. Das Ergebnis wird anhand von Farbumschlägen verdeutlicht: Rot steht für ‚hochkritischer Bereich‘ mit Temperaturabweichungen von mehr als 10 °C über der gewünschten Innentemperatur. Gelb bedeutet ‚kritische‘ Abweichung über 5 °C. Grün heißt ‚unbedenklich‘. Konstrukteure können auf die Schnelle die thermodynamische Wirkung von Änderungen ihrer Schaltschrankkonstruktion und -konfiguration im Voraus berechnen. So lassen sich aktive Kühlsysteme realitätsnah dimensionieren. Registrierte Nutzer erhalten die Analyse-Ergebnisse mit exakten Temperaturwerten angezeigt. Die Nutzung des Konfigurators ist kostenfrei und steht allen Schrankbauern zur Verfügung.

Praxistests belegen die Ergebnisse und Modellannahmen des Airtemp-Tools. Die Entwicklung der Anwendung durch die Lütze Forschungs- und Entwicklungsabteilung wurde wissenschaftlich begleitet. Künftige Entwicklungsstufen des Tools zeigen zudem den störenden Einfluss von Kabelkanälen bei der Wärmeverteilung im Schaltschrank auf sowie das Potenzial des AirStream-Verdrahtungssystems für ein homogenes Schaltschrankklima.

Hannover Messe 2016: Halle 9, Stand D54