CITplus - Die Anforderungen an höhere Kühlleistungen sind in der Schaltschranktechnik in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen. Obwohl sich bereits Anfang der 1990er Jahre die ersten Projekte in der Automobilindustrie mit Flüssigkeitskühlung etabliert haben, kommen herkömmliche Luft/Wasser-Wärmetauscher-Lösungen heute oft an ihre Grenzen. Steigende Verlustleistungen von 10 kW und mehr verlangen neue Klimalösungen. Hochleistungstechnologien aus der IT kommen hier zu Hilfe. Rittal bietet seine LCP-Technologie (Liquid Cooling Package) jetzt auch für industrielle Anwendungen an.

Der Trend in der Industrie, speziell im Maschinen- und Anlagenbau, geht verstärkt in Richtung flüssigkeitsbasierter Kühllösungen. Denn eine rein luftbasierte Luftkühlung, wie bei kompressorbetriebenen Kühlgeräten, kann gerade bei hohen Verlustleistungen die Funktionsfähigkeit der Leistungselektronik und damit die Verfügbarkeit der 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.
Während noch vor wenigen Jahren in der Industrie Verlustleistungen bis maximal 3 - 4 kW abgeführt wurden, sind es heute bis zu 10 kW und mehr pro Schaltschrank. Eine Größenordnung, die eigentlich typisch für die IT-Branche ist. Dort erfolgt die Kühlung der Server schon seit einiger Zeit mit flüssigkeitsbasierten Lösungen. Denn Wasser bietet im Vergleich zu Luft eine deutlich höhere Wärmekapazität pro Volumeneinheit und ermöglicht damit auch auf kleinem Raum eine sehr effiziente Kühlung. Meist ist es die Kombination aus einem Luft/Wasser-Wärmetauscher und einer Rückkühlanlage (Chiller).

Technik aus der IT für die Industrie
Bei einer effizienten Wasserkühlung von Schaltschränken geht es neben hohen Kühlleistungen auch um Flexibilität und bei einigen Anwendungen um den möglichen Einsatz in einer anspruchsvollen Umgebung. 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.

Frequenzumrichter effizient und sicher kühlen
Gerade bei der Kühlung von Frequenzumrichtern - wie eine Anwendung bei Danfoss zeigt - spielt das LCP Industrie seine Vorteile aus. „Wir haben eine aktive und effiziente Kühlung für unsere VLT Hochleistungsumrichter gesucht, die im Betrieb oft hohen Staubbelastungen und aggressiven Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind", erklärt Ralph Mühlbeier, Technischer Leiter Großantriebe und Kundenlösungen bei Danfoss in Offenbach. „Durch das LCP Industrie können wir den kompletten Antriebsschrank gut geschützt wassergekühlt ausführen. Und zwar völlig sicher, weil alle Antriebskomponenten, Ausgangsfilter, spezielle Eingangsfilter und die Schalttechnik vom Wasserkreislauf komplett getrennt sind."
Das ist genau die Anforderung auf die der neue Luft/Wasser-Wärmetauscher mit seiner skalierbaren Leistung und der Schutzart IP54 ausgerichtet ist. Für Danfoss ist dies die ideale Ergänzung, die es dem Unternehmen ermöglicht im Bereich des VLT plus Solution Sales eine neue Systemlösung für schwierige Umgebungen anzubieten. Sie besteht aus einer kompletten Frequenzumrichter-Serie im Verbund mit dem neuen Klimaschrank.
Der Klimaschrank mit dem Luft/Wasser-Wärmetauscher „LCP Industrie" ist in das System der TS 8-Anreihschränke integrierbar. Das ist neben der hohen und skalierbaren Leistung die zweite herausragende Eigenschaft der neuen Entwicklung. 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 mm (BxHxT). Zudem 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.
Während bei der LCP-Technologie im IT-Bereich die 19-Zoll-Einheiten mit konstanten 22 °C 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 °C. 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.
Individuelle Anpassungen bieten auch die variable Luftführung sowie die Möglichkeiten, den Wasseranschluss wahlweise im Dach oder Sockel zu montieren. Hinzu kommt der einfache Zugang zu wichtigen Komponenten, was den Austausch von Komponenten im Servicefall erleichtert. Zur Überwachung des Luft/Wasser-Wärmetauschers ist in der Tür eine digitale Temperaturanzeige integriert.

Kühlung bei kritischen Umgebungen
Der neue Luft/Wasser-Wärmetauscher LCP-Industrie von Rittal lässt sich überall dort effizient einsetzen, wo hohe Verlustleistungen auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen aus dem Schaltschrank abgeführt werden müssen. Angefangen von der genannten Systemlösung von Danfoss bis hin zum Kühlen von großen Umrichtern 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.