innocat4_news_2013

InnoCaT4NEWS 9 In einer Karosseriebaulinie sind ca. 1000 bis 2000 Schaltschränke im Einsatz, die ent- sprechend der entstehenden Verlustwärme gekühlt werden müssen. Der Energieauf- wand zur Kühlung ist groß und die Verlust- wärmeabfuhr aus den Schränken macht einen beachtlichen Anteil des Energiever- brauchs eines Automobilwerkes aus. Bisher unterstützen die aktuellen CAE-Tools keine Funktionalitäten, mit denen man einen ener- gieeffizienten Betrieb der Schaltschrank- klimatisierung planen konnte. Außerdem liegen keine statistischen Erhebungen der tatsächlichen Ausführung und Auslastung der Klimageräte an den Schränken vor. Ziel ist es demnach, die Klimatisierung so effektiv und energieeffizient wie möglich zu gestalten. Hierbei bieten sich verschiedene Optimierungsmaßnahmen an, die anhand des originalgetreuen Nachbaus eines bei der Volkswagen AG im Karosseriebau typischer- weise eingesetzten Schaltschrankes theo- retisch und praktisch untersucht wurden. In diesen Schaltschrank wurden wirkungs- gradoptimierte Klimageräte und Verdrah- tungsrahmen integriert: Zur Kühlung des Schaltschrankes wird die Kaltluft nun auf der Rückseite des Verdrahtungsrahmens gezielt nach unten und dann über die zu kühlen- den Komponenten auf der Vorderseite nach oben abgeführt. Die so erwärmte Luft wird anschließend vom Kühlgerät abgezogen. Wärmenester, sogenannte Hotspots, könn- ten zur Überhitzung der Komponenten füh- ren und die gesamte Produktion zum Er- liegen bringen. Deshalb wird die kalte Luft mittels intelligenter Luftführung gezielt so geleitet, dass solche Wärmenester vermie- den werden. Die Senkung der Temperatur in den Schaltschränken um 10°C kann die Lebensdauer der eingebauten Elektronik um bis zu fünf Jahre verlängern. Die Verdrahtungsrahmen sowie das ent- wickelte Zubehör zur Luftführung wurden erfolgreich in den nachgebauten Schalt- schrank integriert. Im Labor konnten hier- durch signifikante Energieeinsparungen von 10 % verifiziert werden. Durch einen auf maximalen Wirkungsgrad ausgelegten Systementwurf der Klimageräte und Ein- satz modernster Komponenten konnte eine Einsparung von 25 % bei der Kaltlufterzeu- gung realisiert werden. n Schaltschrankplanung In allen Phasen der Schaltschrankplanung lassen sich Punkte identifizieren, welche Einfluss auf die Energieeffizienz der Klima- tisierung haben. Mithilfe der entwickelten spezifizierten CAE-Funktionalitäten (Com- puter Aided Engineering) können energie- effiziente Schaltschrankklimatisierungen auf Basis der definierten Projektierungsre- geln geplant werden. Die neuen Funktio- nalitäten erfragen Daten vom Anwender, entnehmen Informationen aus Komponen- tenmodellen und überprüfen den Entwurf auf Fehler.Somit entsteht ein optimaler und energieeffizient ausgelegter Schaltschrank- aufbau. Abgefragt werden unter anderem Temperatur, Luftqualität, Ausstellort und elektrisches Netz. Ein erweiterter Daten- satz erfasst die Verlustleistung und ther- mische Eigenschaften; außerdem werden Gleichzeitigkeitsfaktoren berücksichtigt. Bei der Positionierung der Komponenten werden die thermischen Mindestabstände, Luftöffnungen und Luftrichtungen über- prüft. In der letzten Planungsphase werden die Kühlleistung, die Montageart und das Zubehör für die Luftführung festgelegt. n Erfolge Die prototypische Implementierung der Funktionalitäten in eine Planungssoftware ist abgeschlossen. Teilergebnisse aus der Feldstudie zur Schaltschrankoptimierung in Bezug auf Kühlstrategien zeigen, dass bestehende Aufbauten mit geringem Auf- wand nachträglich optimiert werden kön- nen. Erstmals konnten Strömungsmodelle des thermodynamischen Verhaltens experi- mentell verifiziert werden. Für den Schaltschrankkonstrukteur ent- steht eine Planungs- und Projektierungs- richtlinie, mit deren Hilfe er die Auslegung von Schaltschränken energetisch opti- mieren kann. Durch die Optimierung von passiven und aktiven Kühlstrategien ist es bisher gelungen, Energieeinsparpotenziale von 35 % zu realisieren.DerAnlagenbetrei- ber als Endanwender wird Strom und somit CO2 einsparen. Durch die Vermeidung von Wärmenestern wird die Verfügbarkeit der Anlagen sichergestellt und die Lebensdau- er der Komponenten verlängert. Ein diesen Anforderungen entsprechendes Verdrah- tungsrahmensystem wurde entworfen und im praktischen Anwendungsfall getestet. Es wird ab 2013 dem Schaltschrankkons- trukteur zur Verfügung stehen. n Energieeffiziente Schalt- schrankklimatisierung Schaltschrankkomponenten leben länger Bildquelle: Friedrich Lütze GmbH und Rittal GmbH & Co. KG

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