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Wärmemanagement Schaltschrankklimatisierung im Zeitalter von Industrie 4.0

| Autor / Redakteur: Armin Meininger* / Kristin Rinortner

Heatpipes, Cold Plates, Interface-Materialien können das Wärmeproblem im Schaltschrank nicht entscheidend entschärfen. Es ist zusätzlich ein Paradigmenwechsel in der Kühlstrategie erforderlich. Natürliche Konvektion alleine ist zur Entwärmung künftiger kompakter Elektronikmodule ungeeignet. Eine starke erzwungene Konvektion muss direkt innerhalb der Elektronikmodule wirken.

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Schaltschrankkühlung: Das Wärmemanagement bei Schaltschränken ist häufig überdimensioniert. Was schafft Abhilfe?
Schaltschrankkühlung: Das Wärmemanagement bei Schaltschränken ist häufig überdimensioniert. Was schafft Abhilfe?
(Bild: Rittal)

Elektronik braucht Schutz, deshalb umgibt man die Elektronik mit einem Modulgehäuse. Elektronikmodule brauchen auch Schutz, deshalb gibt es Schaltschränke. Schaltschränke brauchen auch Schutz, deshalb gibt es Betriebsräume. Die Folge ist: Der Elektronik wird es warm. Schon in den Elektronikmodulen entsteht ein Hitzestau, der durch Lüftungsschlitze mehr schlecht als recht reduziert werden kann, denn die natürliche vertikale Konvektion durch ein Modul in einer inneren Matroschka-Ebene reicht nicht (Matroschka bezeichnet aus Holz gefertigte und bunt bemalte, ineinander schachtelbare, eiförmige russische Puppen). Die Klimatisierung muss vom Schaltschrank direkt in die Elektronikmodule hinein verlagert werden.

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Meist ist die Kühlung mittels Kompressorkühler nicht nötig. Falls doch, muss der Kompressorkühler nur noch einen Bruchteil der Kälteleistung liefern. Das Heizen der Elektronikmodule in kalten Klimazonen entfällt komplett. Hygiene- und Staubprobleme gibt es nicht. Module brauchen künftig weniger Platz auf der Hutschiene. Lüftungsschlitze verschwinden, wodurch nutzbare Fläche entsteht. Die Packungsdichte der Elektronik kann weiter steigen, denn das Hauptproblem – Hitzestau – existiert nicht. Hutschienen können in geringerem Abstand voneinander angeordnet werden, da keine vertikale Konvektion nötig ist. Das Ganze ist sehr einfach zu installieren und kostet weniger als bisherige Systeme. Je nach Variante ist die Klimatisierung komplett wartungsfrei (siehe pdf zum Download „Klimatisierung elektronischer Baugruppen“).

Das Grundprinzip der Schaltschrankkühlung

Elektronikmodule müssen aneinandergereiht einen Luftkanal bilden. Die Seitenwände der Module sind mit einer Öffnung zu versehen. Durch diesen Kanal kann die Elektronik mittels Gebläse direkt entwärmt werden. Die bisherigen Lüftungsschlitze an der Ober- und Unterseite der Module müssen verschwinden, die freigewordene Fläche können Hersteller der Module nach Belieben nutzen und erhalten dadurch mehr gestalterischen Spielraum.

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