Die Ingenieure der Firma Bosch Siemens Hausgeräte (BSH) arbeiten täglich daran, den Strom- und Wasserverbrauch der Geräte kontinuierlich zu reduzieren und gleichzeitig die Leistung und den Bedienkomfort zu erhöhen. Die BSH unterzieht dazu sämtliche Produkte bei der Herstellung einer umfassenden Prüfung, so auch die am Standort produzierten Kühl- und Gefriergeräte.

Die Fabrik im Osten Baden-Württembergs kann auf eine lange Tradition zurückblicken: 1949 wurden dort die ersten Kühlschränke gebaut und seitdem zahlreiche Innovationen entwickelt. Alle Entwicklungs- und Forschungsaktivitäten für die Kältegeräte der BSH werden von hier aus weltweit koordiniert und betreut.

Effizienz-Messung mit Hindernissen

Trotz der Netzrückwirkungen durch den Frequenzumrichter kann anhand der aufgenommenen Messwerte die Energie-Effizienzklasse genau bestimmt werden.

© GMC-I Messtechnik

Die aktuelle Generation besonders energieeffizienter Kühlschränke ist mit Frequenzumrichtern ausgestattet, welche die Drehzahl des Kompressormotors regeln. Allerdings haben Umrichter auch Nachteile: Sie verursachen Rückwirkungen auf das Versorgungsnetz. Diese Rückwirkungen verhindern eine exakte Leistungsmessung mit den bisherigen Geräten.

Erste Probleme bei der Verbrauchsmessung dieser Kühlgeräte-Generation stellten die Spezialisten von BSH im Juli 2009während der Entwicklung fest. Es musste rasch eine Lösung gefunden werden, um die Geräte weiterhin zuverlässig prüfen zu können. Das Unternehmen, das für die Ausrüstung der Prüfstände bei BSH verantwortlich ist, fragte beim Schweizer Mess-Spezialisten Camille Bauer an. Gemeinsam mit BSH wurde eine Lösung auf Basis der universellen Messumformer-Reihe Sineax CAM (Controlling, Analyzing and Metering) entwickelt, so dass die Wirk- und Blindleistung der Geräte wieder exakt und problemlos bestimmt werden konnten.

Für die Einteilung der Kühlgeräte mit drehzahlgeregelten Verdichtermotoren in die Energie-Effizienzklassen ist die Wirkleistung in einem Fenster von 0 bis 600 W präzise zu erfassen. Dazu wird die Wirkleistung auf Prüfständen unter verschiedenen Raumtemperaturen kontinuierlich gemessen, auch im Stand-by-Betrieb. Anschließend ermittelt daraus ein Techniker die Energie- Effizienzklasse des Prüflings. Entscheidend für eine exakte Messung ist, dass sich die Grundfrequenz der zu messenden Signale exakt bestimmen lässt, um netzsynchron die Strom- und Spannungssignale abtasten und erfassen zu können. Bei den Sineax-Geräten sorgen dafür schmalbandige Bandpass-Filter, welche die überlagerten Störanteile wie Flicker, Oberschwingungen oder Rundsteuerfrequenzen Der Energieversorgungsunternehmen eliminieren. Dies sorgt für stabile Messergebnisse und dank des temperaturstabilen Hardware-Aufbaus auch für eine hohe Reproduzierbarkeit.

Digitalfilter nur bedingt für Leistungsmessung geeignet

Bei älteren oder kostenoptimierten Messgeräten wird oft noch ohne oder nur mit Digitalfiltern gearbeitet. Diese auf Software-Algorithmen basierenden Filter eignen sich bei ungünstigen Voraussetzungen nur bedingt für Leistungsmessungen, da sie auch auf dominante Sub-Harmonische oder Vielfache der Grundfrequenz einschwingen können. Teilweise ist die Abtastrate zu gering oder nicht auf die Grundfrequenz synchronisiert. Dies führt nicht nur zu einer geringeren Messgenauigkeit, sondern auch zu einer schlechten Reproduzierbarkeit. Aufgrund der Netzrückwirkungen bot sich der Einsatz der CAM-Serie an, da diese speziell für Messungen bei extremen Netzrückwirkungen entwickelt wurden. Daher sind die Messumformer grundsätzlich für die Ausstattung von Prüfplätzen geeignet, bei denen Starkstromgrößen gemessen werden sollen. Durch den modularen Aufbau lässt sich der Messumformer auch individuellen Anwendungen und Informationsbedürfnissen anpassen. Beispielsweise wurde auf Anregung von BSH der Autorange des Messbereichs sowie die Darstellung und Ausgabe der Verzerrungsblindleistung bei der Entwicklung anderer Geräteversionen berücksichtigt.

Die Messumformer erfassen die elektrischen Messgrößen eines Versorgungsnetzes lückenlos. Durch die programmierbare Erfassungsperiode und die hohe Abtastrate sind sie auch für Eingangssignale mit variablem Mess-Intervall (zum Beispiel bei Vollwellen-Steuerung), mit veränderter Sinus-Form (Phasenanschnitt-Steuerungen) oder starker Verzerrung geeignet. Die integrierten Energiezähler messen sowohl die Netzwerte als auch die der angeschlossenen Geräte. Die Grundgenauigkeit beträgt bei Strom und Spannungsmessungen 0,1 %. Insgesamt stehen vier Klemmengruppen zur Verfügung, denen jeweils eine Funktion zugeordnet werden kann. Weiterhin gibt es analoge und digitale Ein- und Ausgänge sowie einen Hochspannungseingang – 110 V/ 230V (AC) – zur Spannungsüberwachung oder Synchronisation. Nullleiterstrom- Messung, zwei Relais-Ausgänge und ein universelles Schaltnetzteil für die Hilfsenergieversorgung komplettieren den Leistungsumfang.

Autor: Alexander Grüninger ist Vertriebsingenieur bei GMC-I Messtechnik in Nürnberg.

Effizienzklassen

„Energiefresser“ war gestern

Damit Verbraucher schon beim Kauf erkennen, wie viel Energie die Geräte verbrauchen, gibt es seit 1994 so genannte Energie-Effizienzklassen, die als Bewertungsskala für das europäische Energie-Label dienen. Die von A bis G reichende Einteilung gibt den durchschnittlichen Energieverbrauch an. Wird ein Gerät mit A gekennzeichnet, bedeutet dies bereits einen sehr geringen Energieverbrauch.

Um Verbrauchern und Händlern eine erwei­terte Differenzierung zu ermöglichen, wurden für Kühl- und Gefriergeräte zusätzlich die Energie-Effizienzklassen A+, A++ sowie seit Ende 2010 A+++ entwickelt. Diese kennzeichnen besonders umweltschonende Geräte: A+++-Geräte verbrauchen nochmals rund 60 % weniger Strom als Geräte der Energie-Effizienzklasse A.