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Schaltschrank-Kühlung: Problemfeld Hitze

Elektronische Bauteile werden zunehmend kleiner, die Größe von Komponenten, Systemen und Anlagen verringert sich. Für moderne Schaltschränke bedeutet dies insbesondere hin­sichtlich der Kühlung oft ein Umdenken bei der Planung.

Hitze im Schaltschrank Bildquelle: © Lütze

Zwei Aspekte stehen bei modernen Schaltschränken im Vordergrund: ein möglichst geringer Platzbedarf und eine hohe Packungsdichte. Gleichzeitig sind unterschiedlichste physikalische Gegebenheiten zu berücksichtigen, die sowohl die Energie-Effizienz als auch die Lebensdauer der installierten Komponenten maßgeblich beeinflussen. 

Industrielle Elektronik ist heute in aller Regel robust ausgelegt und widersteht beispielsweise Vibrationen oder Schwing- und Schock-Prüfungen problemlos. Zudem lassen sich Komponenten und Systeme so konstruieren, dass weder Feuchte noch Nässe eindringen können.

Enthitzung des Schaltschrankes durch Zirkulationsströmung Bildquelle: © Lütze

Enthitzung durch Zirkulations­strömung – auch ohne aktive ­Kühlung.

Anders ist es mit der Hitze: Sie ist nach wie vor der große Feind jeglicher Elektronik! Wirkungsgrade von teils über 90 % sind bei elektronischen oder elektrischen Geräten und Maschinen oft Standard. Somit ist es kein Problem, kompakte und verdichtete Bauweisen anzuwenden, der Platzbedarf sinkt je installiertes Watt. Aber auch wenn die Energie-Effizienz dank hohem Wirkungsgrad sehr groß ist, konzentriert sich die Hitze auf einen eng begrenzten Bereich und kann dort schnell sehr hohe, kritische Werte erreichen. Zudem ergibt die kompakte Bauweise weniger Oberfläche, was die Wärme-Abgabe an die Umgebung verringert. Hierdurch steigt die Gefahr von Wärme-Nestern beziehungsweise Hotspots, was sich mit zunehmender Packungsdichte verschärft.

Eine Möglichkeit, dieser Gefahr entgegenzuwirken, sind kanallose Verdrahtungssysteme, wie sie beispielsweise von Lütze angeboten werden. Da Kabelkanäle wegfallen, ergibt sich ein Platzgewinn von 30 %; zudem wird die natürliche Konvektion durch eine Verringerung strömungsberuhigter Zonen unterstützt. Eine weitere thermodynamisch wichtige Eigenschaft kanalloser Verdrahtungssysteme ist die Aufteilung in eine Montage- und eine Verdrahtungs- beziehungsweise Kabelführungsseite. 

Die Firma Lütze hat in enger Koope­ration mit dem Institut für Thermo­dynamik und Wärmetechnik der Universität Stuttgart sowie dem Fraunhofer-In­stitut die Ergebnisse diverser Forschungsprojekte zum Thema ‚Thermisches Verhalten im Schaltschrank‘ in Form von Analysen, Feldversuchen und Simula­tionen zusammengeführt und so neue Ideen für ein optimiertes und ausge­glichenes Schaltschrankklima umgesetzt. Eine dieser Ideen kombiniert die klare Aufteilung in eine vordere Montage-Ebene und eine hintere Ebene für Verdrahtung und Kabelführung einerseits und den Wegfall insbesondere der horizontal angebrachten Kabelkanäle andererseits. Dadurch wird eine eigentliche Zirkulationsströmung erst ermöglicht, respektive die natürliche Konvektion angeregt und unterstützt. Dieser positive Effekt wirkt auch ohne aktive Kühlung und ist messbar. Beim Einsatz eines Klimagerätes erhöht sich die Effizienz der Kühlung ebenfalls messbar.