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:
- Erforderliche Nutzkühlleistung [W]
- Max.Umgebungs- und geforderte Schaltschranktemperatur
- Montageanforderungen (Wandanbau, Einbau oder Dachmontage)
- 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:
- Der Schaltschrank muss abgedichtet sein, um das Eindringen der Umgebungsluft zu verhindern.
- Die Schutzklasse des Kühlgerätes und des Schaltschranks sollte immer gleich sein.
- Verwenden Sie Türkontaktschalter, um den Betrieb des Kühlgerätes bei offener Tür zu verhindern
- Achten Sie bei dem Außenkreislauf des Kühlgerätes auf eine gute Luftzufuhr und Luftabfuhr, damit die Wärmeenergie auch an die Umgebung abgegeben wird.
- Desweiteren ist darauf zu achten, dass Komponenten mit großer Eigenventilation die Luft nicht direkt in den Kaltluftaustritt des Kühlgerätes drücken.
- Stellen Sie sicher, dass der Schaltschrank gerade steht.
- 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.