Der Seifert Produkt Wegweiser

Das richtige Produkt für individuelle Anwendungen

Mit den nachstehenden Informationen möchten wir unsere Kunden bei der Auswahl des richtigen Produktes unterstützen. Wir bieten eine Übersicht der verschiedenen Kühlmethoden, und erklären wann und wo welches Gerät am besten eingesetzt werden sollte.

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Warum wird Schaltschrankkühlung benötigt?

Mit der zunehmenden industriellen Automatisierung kommt mehr und mehr Leistungselektronik zum Einsatz, welche Verlustleistung und somit Wärme erzeugt. Dies führt konstant zu hohen Temperaturen im Schaltschrank, was erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer der verwendeten Komponenten hat. (siehe Abb.1)

Prozesssicherheit zu gewährleisten und die Serviceintervalle in einem wirtschaftlichen Rahmen zu halten sind die Hauptanforderungen an die Klimatisierung von Schaltanlagen. Die Auswahl der richtigen Kühlmethode ist hierbei von entscheidender Bedeutung.

Die meist verwendeten Kühlmethoden:

1. Freie Konvektion:

Entsteht im Schaltschrank nur geringer Wärmeverlust, können Öffnungen mit Schutzgittern (evtl. mit Filter) bereits ausreichend sein. Diese Methode weist allerdings nur eine geringe Kühlleistung auf.

Faustregel:

  • abhängig von der Verlustleistung im Schaltschrank und der Umgebungstemperatur ist davon auszugehen, dass die Schaltschrankinnentemperatur höher als die Umgebungstemperatur ist.
  • keine beweglichen Teile → kommen keine externen Lüfter zum Einsatz, entsteht eine wartungsfreie Applikation.
  • kein Schmutz → bei Verwendung eines Austrittsfilters kann das Eindringen von Schmutz verhindert werden. Schmutz ist für elektronische Komponenten mindestens genauso schädlich wie hohe Temperaturen!

Bei niedriger Umgebungstemperatur wird die Wärme über die Schaltschrankoberfläche abgegeben. Mit der nachstehenden Formel kann die Strahlungsleistung einfach berechnet werden.

Ps [W] = k x A x ∆T

Ps [W]  = Strahlungsleistung (Wärme die von der Schaltschrankoberfläche abgegeben wird).

k [W/m²K] = Wärmeübergangskoeffizient (Strahlungsleistung pro 1 m² Oberfläche und 1 K Temperaturdifferenz). Diese Konstante ist materialabhängig.¹⁾

A [m²] = Schaltschrankoberfläche

∆T [K] = Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsluft und Schrankinnentemperatur

¹⁾ Stahlblech: 5,5 W/m²K / Edelstahl: 5,5 W/m²K /  Aluminium: 12 W/m²K / Kunststoff: 3,5 W/m²K

2. Erzwungene Konvektion:

Ist der Aufstellungsort Ihrer Anlage sauber, die Umgebungsluft nicht verunreinigt und die Umgebungstemperatur niedriger als die gewünschte Schaltschrankinnentemperatur, reicht eine einfache forcierte Belüftung bereits aus. Filterlüfter können dann meistens den Bedarf an Wärmeabfuhr solcher Anlagen abdecken.

Faustregel:

  • kalkulierter Temperaturanstieg sollte bei mindestens +10K über der Umgebungstemperatur liegen
  • mehrere Kombinationen möglich → die Filterlüfter können an verschiedenen Stellen zum Einsatz kommen
  • Lüfterauslegung sollte statischen Druck beinhalten → bei der Wahl der Filterlüfter ist es wichtig den entstehenden statischen Druck mit zu berücksichtigen

Der benötigte Luftvolumenstrom kann wie folgt berechnet werden:

V [ m³/h] = Luftvolumenstrom des Filterlüfters

Pv [W] = Verlustleistung (Wärmeleistung die von Komponenten im Schaltschrank erzeugt werden)

∆T [K] = Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsluft und Schrankinnentemperatur

3. Kühlung durch geschlossenen Kältekreislauf:

Befindet sich die Anlage in einer Umgebung mit hohen Temperaturen, hoher Partikelemission (Chemikalien) und besteht Spritzwasseranforderung (NEMA / IP), dann muss das Eindringen der Umgebungsluft in den Schaltschrank zum Schutz der Elektronik zwingend verhindert werden. 
Eine Kühlung mit geschlossenem Kühlkreislauf besteht in der Regel aus 2 Kreisläufen; ein Kreislauf schließt die Umgebungsluft aus und kühlt und zirkuliert saubere, kühle Luft innerhalb des Schaltschrankes. Der zweite Kreislauf verwendet die Umgebungsluft oder Wasser um die Wärme abzuleiten. 

Für solche Applikationen werden vorwiegend Kühlgeräte und Wärmetauscher eingesetzt.

Faustregel:

  • die einzige Methode um die Schaltschrankinnentemperatur unter die Umgebungstemperatur zu bringen
    ( Kühlgeräte und Luft / Wasser Wärmetauscher)
  • geeignet für NEMA / IP Applikationen
  • Planung erfolgt unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur.

Verwenden Sie unseren CalCoolator damit Ihr System richtig ausgelegt ist.

Folgende Parameter sind bei der Auswahl des richtigen Kühlgerätes / Wärmetauschers zu berücksichtigen:

  1. Erforderliche Nutzkühlleistung [W]
  2. Max.Umgebungs- und geforderte Schaltschranktemperatur
  3. Montageanforderungen (Wandanbau, Einbau oder Dachmontage)
  4. Abmessungen des Kühlgerätes sowie des Schaltschrankes

Einfache Formel zur Berechnung der erforderlichen Kühlleistung: Pk = Pv - Pr

Pk [W] = Nutzkühlleistung eines Kühlgerätes

Pv [W] = Verlustleistung (Wärmeleistung die von Komponenten im Schaltschrank erzeugt werden)

Pr [W] = Strahlungswärmegewinn bzw. -verlust (Wärmeübertragung durch die Außenhülle der Anlage)

Formel zur Berechnung des Strahlungswärmegewinns- /verlusts: Pr = k x A x ∆T

k [W/m²K] = Wärmeübergangskoeffizient

A [m²] = Schaltschrankoberfläche

∆T [K] = Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsluft und Schrankinnentemperatur

Ferner ist folgendes zu beachten:

  1. Der Schaltschrank muss abgedichtet sein, um das Eindringen der Umgebungsluft zu verhindern.
  2. Die Schutzklasse des Kühlgerätes und des Schaltschranks sollte immer gleich sein.
  3. Verwenden Sie Türkontaktschalter, um den Betrieb des Kühlgerätes bei offener Tür zu verhindern
  4. Achten Sie bei dem Außenkreislauf des Kühlgerätes auf eine gute Luftzufuhr und Luftabfuhr, damit die Wärmeenergie auch an die Umgebung abgegeben wird.
  5. Desweiteren ist darauf zu achten, dass Komponenten mit großer Eigenventilation die Luft nicht direkt in den Kaltluftaustritt des Kühlgerätes drücken.
  6. Stellen Sie sicher, dass der Schaltschrank gerade steht.
  7. Die niedrigste Schaltschrankinnentemperatur ist nicht immer die beste; der werksseitig voreingestellte Wert von +35°C stellt einen guten Kompromiss zwischen Lebensdauer, Kondensatbildung sowie Energieeinsparung dar. 

Funktionsweise eines Schaltschrankkühlgerätes

Ein Schaltschrankkühlgerät arbeitet auf der Basis eines Kältekreislaufs bestehend aus 4 Hauptkomponenten: Kompressor, Verdampfer, Kondensator und Expansionsvorrichtung.
Der Kreislauf ist hermetisch geschlossen und das Kältemittel R134a zirkuliert in ihm. R134a ist chlorfrei und enthält keine Zusatzstoffe. Es hat ein Ozonzerstörungspotential [ODP] von 0 und ein globales Wärmepotential [GWP] von 1430. Das Kältemittel R134a kann nach den heute geltenden Vorschriften uneingeschränkt verwendet werden.

Das Kühlgerät besteht aus zwei voneinander abgetrennten Bereichen, in denen die Außenluft und die Schrankluft geleitet werden, ohne miteinander in Kontakt zu kommen. Der Kompressor komprimiert das Kältemittel (wodurch es auf hohen Druck und hohe Temperatur gebracht wird) und drückt es durch den Kondensator, wo es durch Umgebungsluft gekühlt wird und so vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergeht. Im flüssigen Zustand gelangt es dann durch die Expansionseinheit, wo es die notwendige Wärme aufnimmt, um vom flüssigen in den gasförmigen Zustand überzugehen. Das Gas wird dann zurück in den Kompressor gesaugt, um den Zyklus zu schließen.

1     Lufteintritt Schrankseite   6   Lufteintritt Umgebungsseite
2     Lüfter Schrankseite   7   Lüfter Umgebungsseite
3     Verdampfer   8   Verflüssiger
4     Luftaustritt Schrankseite   9   Luftaustritt Umgebungsseite
5     Verdichter   10   Filtertrockner
          11   Expansionseinheit

Der richtige Einsatz von Schaltschrankkühlgeräten

Kühlgeräte kommen dann zum Einsatz, wenn

  • die notwendige Wärmeabfuhr nicht mehr konstant über die Umgebungsluft erfolgen kann
  • die benötigte Temperatur im Schaltschrank gleich oder geringer als die Umgebungstemperatur sein soll
  • die Umgebungsluft stark verschmutzt ist oder eine erhöhte Luftfeuchtigkeit besteht

.Achten Sie beim Kauf eines Gerätes auf die Kälteleistungszahl (COP):
Schaltschrankkühlgeräte arbeiten nach dem Wärmepumpenprinzip und verbrauchen demzufolge elektrische Energie, welche Kosten verursacht. Wie effizient ein Kühlgerät diese Energie in Kühlleistung umsetzt, beschreibt die Kälteleistungszahl oder auch Coefficient of Performance (COP) genannt. Dieser Koeffizient definiert, wie wirtschaftlich ein Kühlgerät arbeitet; je höher dieser Wert, desto besser. Schaltschrankkühlgeräte von Seifert haben einen COP von bis zu 2,5. Konkret bedeutet dies, das ein Kühlgerät mit einer Nutzkühlleistung von 2 KW (L35L35) einen effektiven Energieverbrauch von ungefähr 800 W (2000 /2.5) hat.

1 Lufteintritt Schaltschrank Kaltseite
2 Luftaustritt Schaltschrank Kaltseite
3 Luftaustritt Umgebung Warmseite
4 Lufteintritt Umgebung Warmseite

Der richtige Einsatz von Wärmetauschern

Luft / Luft Wärmetauscher sollten dann eingesetzt werden, wenn kühle Umgebungsluft zur Verfügung steht, diese jedoch wegen Verschmutzungsgrad und Luftfeuchtigkeit nicht in den Schaltschrank gelangen soll. Luft / Luft Wärmetauscher kommen vorwiegend in Outdoor - Applikationen zum Einsatz.

Luft / Wasser Wärmetauscher kommen dann zum Einsatz, wenn ein Kühlwasserkreislauf zur Verfügung steht oder wenn extreme Verlustleistungen auf kleinstem Raum abgeführt werden müssen.

Der richtige Einsatz von Chiller

Das Rückkühlen von Flüssigkeiten durch Chiller zählt in vielen Industrieprozessen zu den Grundvoraussetzungen für einen reibungslosen und zuverlässigen Betrieb.

Bei der Auswahl eines Chillers kommt es vor allem auf das richtige Kühlmedium an. Dieses kann aus Ölen, einem Antifrogen / Wasser Gemisch oder auch aus deionisiertes Wasser bestehen. Je nach Auswahl muss die Kühlleistung des Chillers angepasst werden.

Aus unserem Lieferprogramm bieten wir Chiller mit Kühlleistungen von 500 W bis 200 kW an, die wir bei Bedarf selbstverständlich auch auf die jeweiligen Kundenbedürfnisse anpassen

Kontaktieren Sie uns, wir beraten Sie gerne.

Der richtige Einsatz von Peltier Kühlgeräten:

Benannt nach seinem Entdecker Jean Charles Athanase Peltier ist der Effekt bekannt, bei dem ein elektrischer Stromfluss unter bestimmten Bedingungen eine Temperaturdifferenz zwischen zwei metallischen Leitern hervorruft, die zur Temperaturregelung von Schaltschränken verwendet werden kann. 

Für Peltier Kühlgeräte gibt es eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten (Verlustleistungen von 30 - 800 W). Sie können im Unterschied zu Kompressorkühlgeräten in jeder Lage montiert werden. Es sollte dennoch auf das Kondensat-Management geachtet werden. Peltier Kühlgeräte sind weniger störanfällig und zeichnen sich durch eine kompakte Bauform sowie hohe Schutzklassen bis IP 66 aus. Sie können sowohl für Indoor als auch Outdoor Anwendungen eingesetzt werden.

Wann können Filterlüfter eingesetzt werden?

Filterlüftern und Lüftereinschübe werden verwendet, wenn die gewünschte Schaltschranktemperatur konstant über der Umgebungstemperatur liegen darf. Kombiniert mit Thermostaten kann zusätzlich Energie eingespart werden; der Lüfter läuft nur dann, wenn tatsächlich benötigt. Zusätzlich entsteht ein geringerer Verbrauch an Filtermatten und weniger Wartungsaufwand. Somit verlängert sich die Lebensdauer der Filterlüfter und verbessert die Prozesssicherheit.

Am besten werden Filterlüfter dazu verwendet kühle Umgebungsluft in den Schaltschrank hineinzudrücken (Fig. 2 und 3); so baut sich im Schaltschrank ein geringer Überdruck auf. Dadurch wird erreicht, dass die Umgebungsluft nur über den Filterlüfter und somit gefiltert in den Schaltschrank gelangt. Die hineingedrückte Luft verdrängt die warme Luft im Schaltschrank, sodass diese über den Austrittsfilter entweichen kann. Wird hingegen die Luft aus dem Schaltschrank abgesogen (Fig.1), muss sichergestellt werden, dass keine ungefilterte Umgebungsluft durch Ritze oder Kabeleinführungen eindringen kann.

Installieren Sie bei einer Filterlüfter / Austrittsfilter Kombination den Filterlüfter möglichst weit unten; der Austrittsfilter sollte möglichst weit oben angebracht sein, damit keine Wärmenester entstehen können.

Der richtige Einsatz von Schaltschrankheizungen

Temperaturschwankungen in Schaltschränken führen vor allem bei Außenanwendungen zur Bildung von Feuchtigkeit und Kondensat, welches auf die elektrischen Komponenten tropfen kann und zu Funktionsstörungen und Korrosion führt.

Schaltschrankheizungen sorgen für den Temperaturausgleich und wirken der Entstehung von Kondenswasser entgegen. Heizlüfter verteilen die warme Innenluft gleichmäßig im Schaltschrank. PTC Heizungen haben einen Weitspannungsbereich und passen sich der jeweiligen Umgebungstemperatur an

Schaltschrankzubehör

Thermostate und Hygrostate sorgen für ein optimales Klima im Schaltschrank. Die Temperaturregler gibt es entweder als Öffner / NC (roter Drehknopf) oder als Schließer / NO (blauer Drehknopf). NC Thermostate werden zur Regelung von Heizungen oder zum Schalten von Alarmen bei Temperaturunterschreitungen verwendet, wobei der Kontakt bei steigender Temperatur öffnet.
NO Thermostate werden dagegen zur Regelung von FilterlüfternWärmetauschernPeltier Kühlgeräten und zum Schalten von Alarmen bei Überschreitung der zulässigen Schaltschrankinnentemperatur verwendet. Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren können zusätzlich die vor eingestellten Parameter überwachen und so Probleme bis hin zu Systemausfällen verhindern..

Unsere LED Leuchten wurden speziell für den Einsatz in industriellen Schaltschränken entwickelt und sind die optimale Lösung wenn es um energiesparende und wartungsfreie Beleuchtung geht. Sie können je nach Anwendung mit Bewegungsmelder oder mit Ein- / Aus Schalter bestellt werden.

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