Maschinenstillstände vermeiden

Platzgewinn, was nun?

30 Prozent Platzgewinn dank kanallosem Verdrahtungssystem ist erheblich und wirkt sich kostensenkend aus, von der Größe des Schrankes bis hin zu den Transportkosten. Das ist verlockend, nicht nur für den Hardware-Konstrukteur. Die Hohe Packungsdichte in einem kleineren Gehäuse bedingt jedoch eine größere Kühlleistung, welche kostentreibend ist und sich negativ auf die Energieeffizienz auswirkt. Durch eine gezielte Positionierung von großen Wärmelasten nahe dem Kühllufteintritt können zwar die thermodynamischen Probleme etwas entschärft, aber kaum behoben werden. Gleiches gilt, wenn die Platzierung der Komponenten konsequent nach Verlustleistungen optimiert wird. Der Schaltschrankplaner kann aber auch einen umgekehrten Ansatz verfolgen, indem er zumindest einen Teil des gewonnenen Platzes für eine sogenannte aufgelockerte Packungsdichte nutzt. Dadurch werden strömungsberuhigte Zonen vermieden oder zumindest verringert. Die natürliche Konvektion wird unterstützt oder weniger behindert und die Kühlleistung kann reduziert werden.

Die 2. Generation der kanallosen Verdrahtung

Die systembedingten Vorteile von kanallosen Verdrahtungssystemen erhalten mittlerweile durch die 2. Generation des Lütze-Systems, dem patentierten Airstream-System, zusätzlichen Auftrieb. Die gewölbten Profile erhöhen einerseits die Torsionsfestigkeit, ohne Zusatzaufwand können so schwerere und auch größere Komponenten auf der DIN-Schiene montiert werden. Zudem werden die installierten Bauteile optimiert dem kühlenden Luftstrom ausgesetzt und hinterlüftet. Konkret heißt das, dass wärmekritische Bauteile mit großer Verlustleistung und entsprechend hoher Wärmeangabe, wie z.B. Frequenzumrichter oder Netzgeräte, mit Airstream einfach und gezielt gekühlt werden können. Mit dem zum Airstream-System gehörenden Luftleitelement Airblade kann ein Teil des Luftstromes direkt zu den Komponenten mit grosser Verlustleistung umgelenkt werden. So kann die Lebensdauer (MTBF) oder die Effizienz (kein De-Rating) der Komponenten erhöht werden.

Klimamanagement in der Praxis – Beispiel Automobilindustrie

Durch die oben beschriebene erhöhte Packungsdichte und den damit verbundenen thermischen Problemen kommt es in Fertigungsanlagen in der Industrie immer wieder zu teuren Stillstandzeiten. Ein Grund hierfür sind Komponenten, die durch zu hohe Temperaturbelastungen ausfallen oder gar zerstört werden. Ein konkretes Fallbeispiel aus dem Automobilbau zeigt eindrücklich die Möglichkeiten diese Probleme zu umgehen: Die Firma KLN Ultraschall ist ein Spezialist für Planung und Bau von Anlagen im Bereich der Kunststoffverbindungstechnik. KLN mit Sitz in Heppenheim beschäftigt am deutschen Standort derzeit rund 200 Mitarbeiter und konzentriert sich dabei auf Ultraschallschweißen, Vibrationsschweißen, Heizelementschweißen, Rotationsschweißen sowie thermische Verfahren. Ein Großteil der Kundschaft sind Endkunden aus der Automobilindustrie. Für die Lieferung einer Ultraschallschweißanlage für die Herstellung von Kraftstoffbehältern für PKW sollten dabei nach Vorgabe des Kunden aus Wolfsburg die Schaltschränke mit dem Verdrahtungssystem Airstream aufgebaut werden. Zum Airstream-Systemgedanken gehört die ausführliche Beratung mit dem Ziel eines optimierten Schaltschrankklimas. Somit sind auch Anwender mit wenig System-Erfahrung von Anfang an in der Lage alle thermischen Vorteile des Systems voll auszuschöpfen. Im konkreten Fall wurde KLN so schon sehr früh bei der Schaltschrankplanung unterstützt.

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Durch eine Digitalisierung von Prozessschritten ergibt sich im Schaltanlagenbau eine hohes Effizienzpotenzial. (Bild: ©industrieblick/Fotolia.com)

Die Firma Phoenix Contact geht beispielsweise davon aus, dass nur 20 Prozent der Kosten bei der Schaltschrankfertigung Materialkosten sind und 80 Prozent Prozesskosten. Dieses Zahlen verdeutlichen das enorme Potenzial. Eine Studie des Instituts für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen vermittelt einen Eindruck davon, wie hoch die konkrete Zeitersparnis durch Methoden der Industrie 4.0 ausfallen kann. Bei einer kompletten Automatisierung lassen sich bis zu 45 Prozent der Gesamtarbeitszeit für Konstruktion und Fertigung einsparen. Dieser Report soll einen Leitfaden darstellen für Unternehmen, die ihre Schaltschrankproduktion entweder noch nicht digitalisiert haben oder bereits digitalisierte Unternehmen, die weitere Anregungen für Einsatzfelder erfahren möchte.

Klassischerweise wird bei der Planung des Schaltschrankbaus für jeden Auftrag projektbezogen gearbeitet, also keine bereits vorhandenen Vorlagen benutzt. Durch den Einsatz von CAE-Systemen wird funktionales Konstruieren ermöglicht, also die Unterteilung des Schaltschranks in funktionale Einheiten, auf welche man bei neuen Aufträgen, je nach gewünschter Funktion seitens des Auftraggebers, zurückgreifen kann. Damit lässt sich der Prüfaufwand reduzieren, da bereits geprüfte funktionale Einheiten zum Einsatz kommen. Ein Beispiel für die Erstellung einer funktionalen Einheit sei der Kompressor der Werkzeugaufnahme spanender Maschinen. Hierfür sind Drucksensoren, I/O- Klemmen und Spannungsversorgung nötig. Diese Einheit wird inkl. des internen Stromlaufplans entworfen, geprüft und kann standardisiert in Folgeprojekten eingesetzt werden. Firmen, die auf diese Arbeitsweise zurückgreifen, berichten von bis zu 44 Prozent Zeitersparnis bei der Planung und Entwicklung neuer Schaltschränke gegenüber einer jeweils auftragsbezogenen Neuplanung. Ein weiterer Vorteil beim Einsatz funktionaler Einheiten und allgemein einer bereits bestehenden Komponentenbibliothek ist die Zeitersparnis und Vereinfachung beim Erstellen eines Angebots für den Kunden. Als Beispiel für eine Softwarelösung zur Angebotserstellung sei Eplan Cogineer genannt. Das Programm bietet die Auswahl von verschiedenen Funktionseinheiten eines Schaltschranks und einfach auszuwählende Sonderwünsche wie die Große von Motoren oder speziellen thermischen Schutz. Auf einer niedrigschwelligen Ebene kann so in kurzer Zeit und auch von Mitarbeitern ohne vertiefte Fachkenntnisse ein Angebot für einen Schaltschrank erstellt werden, welches eine ausreichende Kalkulationsgrundlage darstellt. Diese Standardisierungsansätze haben ihre Grenzen durch eine hohe Optionsvielfalt im Schaltschrankbau und durch den Sonderanteil sowohl der Funktionen als auch der benötigten Bauteile.

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