Wärmemanagement Grundlagenforschung dient der Energiekostensenkung innerhalb der Schaltschrankkühlung

Versuchsanordnung im Schaltschrank mit 48 Wärmesensoren
Versuchsanordnung im Schaltschrank mit 48 Wärmesensoren

Welche Bedeutung hat die Klimatisierung von Schaltschränken für eine Ressourcen- und energie-effiziente Fahrzeugfertigung? Dies ist eine der vielen Fragen, welche die Volkswagen AG im Rahmen der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ beantworten möchte. Zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz wurde darum die Innovationsallianz ins Leben gerufen.

Gerade in der Automobilindustrie zeigt sich, dass neben dem Hauptenergiebedarf für die Fertigung ein nicht unwesentlicher Teil an Energie für die Klimatisierung von Schaltschränken aufgewendet werden muss. Die Kühlung mit Hilfe von Lüftungs- und Kälteanlagen ist infolge der Verlustwärme der eingebauten elektrischen Geräte notwendig. Auf Grund der oftmals sehr inhomogenen Wärmeverteilung im Schaltschrank, den sogenannten „Wärmenestern“, richtet sich die Kühlung zudem nach den höchsten Temperaturbereichen im Schaltschrank.

So haben sich neben Lütze als Teilnehmer weitere 20 Projektpartner wie die Volkswagen AG, die Audi AG, die Rittal GmbH & Co. KG, die Phoenix Contact Deutschland GmbH und das PTKA (Projektträger Karlsruhe im Institut für Technologie) zum Ziel gesetzt, den Energiebedarf für die Schaltschrankkuühlung um bis zu 15% zu senken und den Platzbedarf zur Aufstellung von Schalt-schränken um bis zu 30% zu reduzieren. Wichtige Etappen hierzu sind die Optimierung von Verdrahtungssystemen zur Erzeugung einer laminaren (turbulenzfreien) Luftströmung im Schaltschrank und die Vermeidung von Wärmenestern.

Welche Rolle spielt der Schaltschrank?

Eine clevere Lösung für das „Wärmeproblem“ in Schaltschränken hat Lütze mit seinem LSC-Verdrahtungssystem entwickelt: Dieses nutzt eine weitere Ebene in der Tiefe des Schaltschrankes. Die Verdrahtung wird von der traditionellen Position zwischen den Schaltgeräten auf deren Rückseite verlegt. Das spart zum einen Platz im Schaltschrank und ermöglicht zum anderen eine bessere Luftzirkulation zwischen den Geräten. Dadurch wird der Wärmeübergang zur Luft deutlich verbessert. Konkret: „Wärmenester“ werden weitgehend vermieden. So zeigen Studien der letzten Jahre, dass Entwärmung mit dem LSC-Verdrahtungssystems bis zu 15% besser ist, als bei vergleichbaren konventionellen Schaltschränken.

Der Versuchsaufbau in der Praxis und begleitende Modellbildung

Im Rahmen des Forschungsprojektes wird derzeit bei der Volkswagen AG das thermische Verhalten mit Hilfe von 48 Sensoren im Schaltschrank in situ – also unter Praxisbedingungen aufgezeichnet und analysiert. Parallel wird ex situ – also unter Laborbedingungen das thermische Verhalten im Schaltschrank nachgebildet. Mit Hilfe der Variation diverser veränderlicher Parameter soll ein Modell für Temperatur-und Strömungsfeldveränderungen simuliert werden. Ziel dieser Simulation ist es, Maßnahmen und Parameter für die Energieeffizienz aufzuzeigen und zu quantifizieren.