Messreihe bei Automobilhersteller zur kanallosen Verdrahtung

Großes Potenzial

Eine aktuelle Praxisstudie des Automobilherstellers Audi und Lütze belegt, dass dank der strömungstechnisch günstigen Eigenschaften des Airstream Verdrahtungssystems die Durchschnittstemperatur im Schaltschrank um ca. 4° K niedriger liegt als in einem vergleichbaren Schrank mit Montageplatte. Insbesondere in den für viele Bauteile
kritischen Hot-Spot-Bereichen mit hohen Spitzentemperaturen ist der Unterschied noch deutlich größer: Während mit Airstream Maximaltemperaturen von 4° K über der mittleren Durchschnittstemperatur gemessen werden, sind es bei der Montageplatte bis zu 9° K. Im Schrank mit Montageplatte sind die Temperaturschichtungen mit Unterschieden von bis zu 14° K zudem extrem ausgeprägt.

Blick in die Schaltschrank-Versuchsaufbauten bei Audi Hungaria in Györ: mit Airstream Verdrahtungsrahmen (links) und konventioneller Montageplatte (rechts). (Bilder: Friedrich Lütze GmbH)

Blick in die Schaltschrank-Versuchsaufbauten bei Audi Hungaria in Györ: mit Airstream Verdrahtungsrahmen (rechts) und konventioneller Montageplatte (links). (Bilder: Friedrich Lütze GmbH)

Bild: Friedrich Lütze GmbH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In modernen Schaltschränken können eine Vielzahl Bauteile und Leistungselektronik untergebracht werden. Kein Wunder, denn die Applikationen werden immer kleiner und effizienter. Da sich jedoch gleichzeitig die Wärmeverlustleistung der Bauteile nicht verringert, nimmt die Wärmeentwicklung in Schaltschränken stetig zu. Die Hersteller von Schaltschrankklimageräten optimierten darum in den letzten Jahren die Effizienz ihrer Kühlsysteme deutlich – auch wegen den stetig steigenden Energiekosten. Lütze unterstützt diesen ressourcensparenden Weg der Schaltschrank- und Klimagerätehersteller mit dem Airstream-Verdrahtungssystem, welches es ermöglicht das Klima im Schaltschrank so zu verbessern, dass die aktive Kühlleistung minimiert werden kann. Anders als beim konventionellen Schaltschrankaufbau mit Montageplatte, wird bei Airstream die Aufbau- von der Verdrahtungsebene getrennt. So werden strömungstechnisch ungünstige Kabelkanäle vermieden. Zudem entsteht hinter dem Verdrahtungsrahmen ein Kamineffekt. Idealtypisch wird so die kalte Luft hinten nach unten geleitet und strömt vorne wieder nach oben. Auf der Rückseite der Verkabelung entwickelt sich dadurch eine „Cool Zone“. Es entsteht eine permanente Luftzirkulation zwischen wärmerer Verdrahtungsvorder- und kühlerer Verdrahtungsrückseite.

Über die Airtemp-Software
Mit Airtemp, dem kostenfreien Online-Simulationsprogramm von Lütze, ist die Analyse der Wärmeentwicklung und -verteilung in Schaltschränken möglich. Die Anwendung gestattet eine differenzierte thermodynamische Analyse eines Schaltschranks mit Montageplatte oder Airstream-Verdrahtungsrahmen. Schnell und einfach lässt sich ermitteln, welche unterschiedlichen Temperaturen und Temperaturschichtungen in einem Schaltschrank entstehen können. Airtemp teilt hierzu einen Schaltschrank gedanklich in drei Zonen auf. Für jede Zone wird jeweils sehr präzise die Temperatur berechnet. Zudem lässt sich simulieren, wie sich Kühlmöglichkeiten wie Airblower oder auch ein Klimagerät auswirken: Die aktiven Kühlmedien können mit dem Airblower gekoppelt werden, um z.B. ein Klimagerät an die Anforderung im Zusammenspiel mit dem Airblower in der Dimensionierung anzupassen.

Praxisnaher Versuchsaufbau bei Audi

Welche positiven Effekte der Einsatz des Airstream-Systems auf das Temperaturniveau und die -verteilung im Schaltschrank haben kann, wurde kürzlich im Motorenwerk von Audi Hungaria in Györ in der Praxis unter Alltagsbedingungen untersucht. Hierzu wurden vor Ort in der Produktion zwei Anlagen mit je vier Schaltschränken mit gleichen Bau- und Leistungsteilen bestückt und verdrahtet. Einziger Unterschied: Anlage I wurde mit Montageplatte und Anlage II mit Airstream Rahmen ausgestattet. Beide Anlagen sind ansonsten baugleich. Betrachtet wurde jeweils das gleiche Feld Nummer 3. Die Bestückung wurde mit folgenden Feldern realisiert: 3 x 1200mm, 1 x 600mm, Höhe 2000mm, Tiefe 600mm. Anlage I wird über ein Klimagerät mit 1.500W Verlustleistung klimatisiert, Anlage II über Wärmetauscher mit 1.450W. Die Verlustleistung der beiden Kühlmedien spielt bei dieser Untersuchung jedoch eine Nebenrolle, da die kalte Luft bei beiden Varianten vom Dach kommt. Der Fokus der Studie war vielmehr auf Nachweis und Wirkung gezielter Luftführung im Schaltschrank ausgerichtet, da die Luft bei Airstream, im Gegensatz zur Montagetafel, frei zirkulieren kann. Beide Messungen in den Schaltschrankaufbauten waren bei gleicher Taktung jeweils für rund 6 Stunden in eine Fertigungslinie zur vollautomatischen Einpressung von Ventisitzringen und Ventilführungen in den Zylinderkopf eines V6 Otto-Motors eingebunden. Die Dauer der Messreihen waren auf zwei Tage angesetzt. Messung I mit Montageplatte erfolgte am ersten Tag, Messung II mit einem Airstream Rahmen am zweiten. Nach Betriebsbeginn wurden mit Hilfe von 10 Messfühlern die Umgebungs- und Innentemperaturen erfasst. Die tatsächliche Leistungsaufnahme der beiden Anlagen wurde nicht betrachtet, da von einer identischen Taktung ausgegangen wurde. Dabei wurde berücksichtigt, dass die Temperatur besonders an den wärmekritischen Punkten im Schrank – also z.B. an den Komponenten mit hoher Wärmeverlustleistung (FU) – gemessen wird. Am Versuchstag eins wurde bei der Temperaturdaten-Erfassung beim Aufbau mit Montageplatte eine Umgebungstemperatur von 22°C gemessen, am Tag zwei beim Einsatz des Airstream-Verdrahtungsrahmens waren es 23,9°C.

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