VON: PETER BACHMANN

Um die Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit einer Anlage oder eines System sicher zu stellen, ist es u. a. notwendig, die durch die eingebauten aktiven Komponenten entstehende Wärme abzuführen. Früher konnte diese Wärme auf Grund der relativ geringen Verlustleitungen der Komponenten oft über natürliche Konvektion oder durch den Einbau einfacher Lüfter abgeführt werden. Doch in den letzten Jahren habt sich die Packungsdichte wesentlich erhöht, die Komponenten wurden immer leistungsfähiger und die entstehenden Verlustleistungen immer größer. Überall dort, wo die Temperatur der Umgebungsluft nicht ausreicht, um die Solltemperatur im Schrank zu halten wird daher entweder mit Kühlgeräten oder mit Wasser gekühlt.

Kühlgeräte: Ein Kompressor sorgt für Kälte und Lärm

Ein Kühlgerät ist eine Kompressorkältemaschine mit der Aufgabe, die Wärme aus dem Schrank nach außen zu transportieren und somit die Schrankinnentemperatur auf dem gewünschten Niveau und im Bereich der definierten Toleranz zu halten. Der für den Innenkreislauf zuständige Ventilator wälzt die Schrankluft permanent um. Ein Thermostat überwacht dabei die Temperatur und schaltet nach Erreichen der geforderten Schranktemperatur den Kompressor und den Außenkreislauf-Ventilator zu. Damit wird der Kältekreislauf so lange aktiviert, bis die Temperatur wieder im gewünschten Bereich liegt.

Ein Kühlgerät darf nur an einem geschlossenen und dichten Elektronikschrank betrieben werden. Sonst würde ein Teil seiner Leistung statt zur Kühlung, zur Entfeuchtung verwendet. Dabei würden je nach Luftfeuchte und Temperaturdifferenz bis zu einigen Liter Kondenswasser pro Stunde produziert. Die Auswahl eines Kühlgerätes sollte sich nach der maximalen Verlustleistung im Elektronikschrank und dem gewünschten Arbeitspunkt richten. Die Kühlleistungskennlinie des jeweiligen Kühlgerätes dient dabei als Orientierungsgröße. Sollte die Verlustleistung zu nah an die Einsatzgrenzen des Kühlgerätes im Arbeitspunkt herankommen, würde dieses entweder zu oft takten, was die Lebensdauer des Kompressors mindert, oder gar permanent laufen, was zu einem erhöhten Kondensatanfall führen würde. Außerdem muss die Luftführung im Elektronikschrank beim Einsatz eines Kühlgerätes so konzipiert werden, dass keine Luftkurzschlüsse entstehen, in dem die gerade gekühlte Luft statt die Komponenten zu kühlen fast direkt wieder angesaugt wird. Wenn dann ein externer Temperaturfühler an der nicht mehr gekühlten Stelle positioniert ist, würde das Kühlgerät permanent laufen und unter Umständen vereisen. Es muss ebenfalls darauf geachtet werden, dass Lufteinlass und -auslass des Kühlgerätes stets gut zugänglich und nicht mit Luftwiderständen behaftet sind, um die optimale Kühlleistung zu gewährleisten. Der Einsatz von Kühlgeräten ist auch nicht an allen Aufstellorten zu empfehlen, da die Lärmentwicklung relativ hoch ist und dadurch die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte, die für die Aufstellung im Arbeitsumfeld von Personen gelten, deutlich überschritten werden.

Luft-Wasser-Wärmetauscher - die bessere Alternative

Eine interessante Alternative zu Kühlgeräten können Luft-Wasser-Wärmetauscher (LWWT) sein. Sie werden ebenfalls in geschlossenen Schränken eingesetzt, ohne deren IP-Schutzart zu verletzen. Das Funktionsprinzip basiert auf zwei von einander getrennten Kreisläufen. Der innere Luftkreislauf wälzt die Schrankluft um und die dabei aufgenommene Wärmeenergie wird innenseitig zum Wärmetauscher transportiert. Der äußere Kreislauf transportiert die Wärmeenergie mit einer Flüssigkeit (meistens Wasser) zu einem Chiller (Kaltwassersatz). Für den Betrieb eines LWWT muss also genügend Kaltwasser in der vom Hersteller vorgeschriebenen Qualität vorhanden sein.

Für Anwendungen in der Industrie, der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik sowie der Datentechnik bietet Schroff mit dem VARISTAR LHX 3 eine Kühllösung, bei der ein Luft-Wasser-Wärmetauscher im Sockel und die Ventilatoreinheit im Dach des Schrankes montiert sind. Diese optimal abgestimmte Schrankkomplettlösung mit Luft-Wasser-Wärmetauscher für eine Entwärmungsleistung bis zu 3 kW arbeitet raumunabhängig. Es gibt keine Beeinflussung durch die Umgebung und auch umgekehrt wird die unmittelbare Umgebung nicht durch Lärm oder Abwärme belastet.

Die erwärmte Luft wird durch einen Ventilator im Schrankdach angesaugt, durch Luftkanäle in den Seitenwänden nach unten zum Luft-Wasser-Wärmetauscher geleitet und dort gekühlt. Die kalte Luft wird dann wieder von unten in den Schrank eingeleitet. Die eingebauten elektronischen Kompo¬nenten werden gleichmäßig im ganzen Schrank von kalter Luft umströmt. Es ist keine aufwändige Luftführung zu den Komponenten notwendig. Luftkurzschlüsse wie bei Kühlgeräten, bei denen die gerade gekühlte Luft wieder angesaugt wird, sind ausgeschlossen. Der Schrank entspricht der Schutzart IP55 und ist für eine maximale statische Belastung von 800 kg auf der 19“-Ebene ausgelegt. Bei einer Breite von 600 mm und einer Tiefe von 800 mm beträgt die nutzbare Höhe 34 bzw. 38 HE, je nach Ausführung. Die eingebauten 19“-Winkelprofile sind für unterschiedliche Anwendungen tiefenverstellbar.

Der Wärmetauscher und die Wasserversorgung sind im Schranksockel integriert. Die Wasseranschlüsse befinden sich standardmäßig auf der Rückseite des Schrankes. Durch den einfachen Tausch der ausziehbaren LWWT-Kassette können, wenn die Aufstellung dies erfordert, die Wasseranschlüsse auch noch vorne verlegt werden. Eventuell anfallendes Kondenswasser, das z. B. bei einer sehr niedrigen Vorlauftemperatur des Kühlwassers oder beim längeren Öffnen des Schrankes im laufenden Betrieb entstehen kann, wird über den eingebauten Kondensatablauf abgeleitet.

Im Vergleich zum Einsatz von Auf- oder Anbau-Kühlgeräten ist die Geräuschentwicklung beim VARISTAR LHX 3 deutlich reduziert. Das System erzeugt einen sehr geringen Schalldruckpegel von nur 45,2 dB(A) bei 100 % Belastung. Damit ist auch eine Aufstellung im Büroumfeld möglich. Hier liegen die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte (DIN EN ISO 11650-1) bei bis zu 55 dB(A). Zum Vergleich: Ein Filterlüfter mit 600 m³/h erreicht ungefähr 70 dB(A), ein Kühlgerät mit einer Leistung von 2600 W erreicht etwa 80 dB(A) und eine Kreissäge liegt bei 120 dB(A).

Elektronikschrankplattform als Basis der Komplettlösung

Neben einem sinnvollen und effektiven Entwärmungskonzept muss ein Elektronikschrank auch für den rauen Einsatz im industriellen Umfeld konzipiert und mit allen für die Betriebssicherheit des Endprodukts relevanten Attributen ausgestattet sein wie hohe mechanische Robustheit, Dichtungen gegen Staub und Wasser und VDE-gerechte Schutzleiterverbindungen. Vorteilhaft und nützlich sind flexible Ausbaumöglichkeiten mit einem umfangreichen Zubehör- und Ausbauteileprogramm.

Daher besteht die Schrankplattform VARISTAR aus einem Gestell, verschiedenen Verkleidungsteilen und einem umfangreichen Programm an Ausbau- und Zubehörbauteilen. Das Schrankgestell ist für den 19“-Innenausbau konzipiert. Alle Verkleidungsteile wie Türen, Seiten- und Rückwände, Dächer und Bodenbleche können kombiniert werden.