Schaltschrankkühlung mit LSC - Prima Klima in der Automobilfertigung

Prima Klima in der Automobilfertigung - LÜTZE übernimmt wichtige Rolle bei der Grundlagenforschung zur Energiekostensenkung für die Schaltschrankkühlung.

Die FRIEDRICH LÜTZE GmbH, Automationsspezialist aus Weinstadt, hat sich im Rahmen der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ die energie- und kosteneffiziente Klimatisierung im Karosseriebau (Projekt InnoCat 4.2.1) auf die Fahnen geschrieben. Das Forschungsinteresse konzentriert sich dabei auf die Reduzierung des Energieaufwands für die Kühlung von Schaltschränken.

Welche Bedeutung hat die Klimatisierung von Schaltschränken für eine ressourcen- und energieeffiziente Fahrzeugfertigung? Dies ist eine der vielen Fragen, welche die Volkswagen AG im Rahmen der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ beantworten möchte. Zusammen mit dem FRAUNHOFER-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz wurde darum im Jahr 2009 die Innovationsallianz ins Leben gerufen. Gefördert wird das Forschungsprojekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. 60 Unternehmen in Deutschland im Verbundprojekt, davon 20 Unternehmen im Teilprojekt 4, haben sich mittlerweile zur Innovationsallianz zusammengefunden. Für die Projekte ist eine Laufzeit von drei Jahren vorgesehen.

Gerade in der Automobilindustrie zeigt sich, dass neben dem Hauptenergiebedarf für die Fertigung ein nicht unwesentlicher Teil an Energie für die Klimatisierung von Schaltschränken aufgewendet werden muss. Die Kühlung mit Hilfe von Lüftungs- und Kälteanlagen ist infolge der Verlustwärme der eingebauten elektrischen Geräte notwendig. Auf Grund der oftmals sehr inhomogenen Wärmeverteilung im Schaltschrank, den sogenannten „Wärmenestern“, richtet sich die Kühlung zudem nach den höchsten Temperaturbereichen im Schaltschrank.

So haben sich neben LÜTZE als Teilnehmer weitere 20 Projektpartner wie die Volkswagen AG, die Audi AG, die Rittal GmbH & Co. KG, die Phoenix Contact Deutschland GmbH und das PTKA (Projektträger Karlsruhe im Institut für Technologie) zum Ziel gesetzt, den Energiebedarf für die Schaltschrankkühlung um bis zu 15 % zu senken und den Platzbedarf zur Aufstellung von Schaltschränken um bis zu 30 % zu reduzieren.

Wichtige Etappen hierzu sind die Optimierung von Verdrahtungssystemen zur Erzeugung einer laminaren (turbulenzfreien) Luftströmung im Schaltschrank und die Vermeidung von Wärmenestern. Für die Hersteller von Kühlgeräten stellt sich darüber hinaus die Aufgabe, den Energiebedarf zu verringern. Dabei spielt die Optimierung der Kühlgeräte mit Hilfe modularer, adaptiver Steuer- und Regelungssysteme eine zentrale Rolle. Positiver Nebeneffekt: Mit der Senkung der Verlustwärme im Schrank erhöht sich die Lebensdauer und damit die Betriebsdauer der elektrischen Bauteile im Schaltschrank.

Erfahrungen der letzten Jahre mit LÜTZE LSC-Schaltschranksystemen zeigen, dass intelligente Konzepte für die Luftzirkulation im Schaltschrank den Kühlbedarf ganz erheblich reduzieren und damit auch den Wärmestress für Bauteile minimieren können.

Eine clevere Lösung für das Wärmeproblem in Schaltschränken hat LÜTZE mit seinem LSC-Verdrahtungssystem entwickelt: Das LÜTZE-System nutzt eine weitere Ebene in der Tiefe des Schaltschrankes. Die Verdrahtung wird von der traditionellen Position zwischen den Schaltgeräten auf deren Rückseite verlegt. Das spart zum einen Platz im Schaltschrank und ermöglicht zum anderen eine bessere Luftzirkulation zwischen den Geräten. Dadurch wird der Wärmeübergang zur Luft deutlich verbessert. Konkret: Wärmenester werden weitgehend vermieden. So zeigen Studien der letzten Jahre, dass die Entwärmung mit dem LSC-Verdrahtungssystems um bis zu 15 % besser ist als bei vergleichbaren konventionellen Schaltschränken. 

Im Rahmen des Forschungsprojektes wird derzeit bei der Volkswagen AG das thermische Verhalten mit Hilfe von 48 Sensoren im Schaltschrank in situ – also unter Praxisbedingungen – aufgezeichnet und analysiert. Parallel wird ex situ – also unter Laborbedingungen – das thermische Verhalten im Schaltschrank nachgebildet. Mit Hilfe der Variation diverser veränderlicher Parameter soll ein Modell für Temperatur- und Strömungsfeldveränderungen simuliert werden. Ziel dieser Simulation ist es, Maßnahmen und Parameter für die Energieeffizienz aufzuzeigen und zu quantifizieren.

LÜTZE Firmenchef Udo Lütze, Mitglied im Lenkungssauschuss der Green Carbody Innovationsallianz ist sicher, dass sich der Weg über die Grundlagenforschung langfristig auszahlen wird: „Die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Automobilindustrie und ihrer Zulieferer hängt ganz wesentlich davon ab, wie es uns gelingt, hier praxisnahe Ergebnisse zu entwickeln. Die Resultate die wir heute gemeinsam erarbeiten, sind unsere Wettbewerbsvorsprünge der Zukunft. Genau darum ist die Zusammenarbeit zwischen Zulieferern, den Automobilherstellern und der Wissenschaft mehr als gewinnbringend.“