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Kühlsysteme

Übermäßige Hitze in Schaltschränken ist etwas, das Ihnen mit absoluter Sicherheit den Tag ruiniert. Kurz gesagt: Sie kann die Lebensdauer von Komponenten erheblich verkürzen, Arbeitsunterbrechungen verursachen und möglicherweise ein Risiko für Ihre Mitarbeiter darstellen. Lassen Sie uns all das vermeiden und darüber sprechen, wie Sie Ihren Schaltschrank vor übermäßigen Temperaturen schützen können.

Energieeinsparungen

Am besten sprechen wir zuerst über Energieeinsparungen.

Fachsprachliche Ausdrucksweise: Die Gesamtenergie aller Quellen, die einem fest definierten Bereich zugeführt wird (z. B. einem Gehäuse oder einer bestimmten Komponente), muss der aus demselben Bereich abgeleiteten Gesamtenergie entsprechen, damit die Temperatur stabil bleibt. Um dies zu erreichen, werden sich die Temperaturen von Komponenten im stationären Betrieb ändern.

Meine Ausdrucksweise: Im Wesentlichen muss die zugeführte Energie (in diesem Fall die Leistung der im Gehäuse genutzten Elektrizität in Watt) der abgeleiteten Energie (der von der thermischen Lösung abgeleiteten Wärme) entsprechen. Die Komponenten Ihres Systems reagieren also auf Veränderungen der Temperatur (einen Anstieg oder Abfall), bis ein thermisches Gleichgewicht erreicht ist. Dieses Gleichgewicht sollte möglichst unterhalb der Temperatur liegen, bei der das „Feuerwerk“ beginnt.

Warum das so wichtig ist

Fachsprachliche Ausdrucksweise: Nach dem Arrhenius-Gesetz laufen elektromechanische und andere Prozesse bei jedem Anstieg der Temperatur um 10 °C etwa doppelt so schnell ab.

Meine Ausdrucksweise: Blinzel... Blinzel... Wie bitte? Dafür brauche ich erst noch mehr Kaffee.

Aber Scherz beiseite: Was bedeutet das für Ihre Komponenten? Es bedeutet, dass die Lebensdauer Ihrer Komponenten, z. B. von Elektrolytkondensatoren und Batterien, mit einem Anstieg der Temperatur abnimmt. Angesichts dieser Information ist es sehr wichtig, auf die Kapazitäten oder Nennwerte Ihrer Komponenten zu achten, da es sich hierbei häufig um einschränkende Faktoren wie Leistung und Lebensdauer handelt.

Abbildung 1: (Bildquelle: www.istockphoto.com)

Bevor ich jedoch zu weit aushole, ist es vermutlich am besten, auf einige Begriffe aus dem Temperaturmanagement einzugehen.

Wärmeleitung

Fachsprachliche Ausdrucksweise: Unter Wärmeleitung versteht man die Wärmeübertragung zwischen zwei physisch miteinander verbundenen Komponenten innerhalb eines Systems.

Meine Ausdrucksweise: Wenn ein heißes Stück Metall mit einem anderen Stück Metall in Kontakt kommt, wird die Wärme zwischen beiden so lange übertragen, bis beide die gleiche Temperatur erreicht haben.

Konvektion

Fachsprachliche Ausdrucksweise: Unter Konvektion versteht man die Übertragung von Wärme durch die Zirkulation von Luft oder einer Flüssigkeit.

Meine Ausdrucksweise: Ein wirklich warmes Objekt überträgt seine Wärme über die Luft (oder eine Flüssigkeit) zu einem anderen Objekt, bis beide die gleiche Temperatur erreicht haben.

Strahlung

Fachsprachliche Ausdrucksweise: Unter Strahlung versteht man die Übertragung von Energiepartikeln von einem Objekt über einen dazwischenliegenden Raum zu einem anderen Objekt, von dem diese Energiepartikel absorbiert werden.

Meine Ausdrucksweise: Betrachten Sie als Beispiel einfach einen Toaster.

Thermische Modellierung

Fachsprachliche Ausdrucksweise: Unter thermischer Modellierung versteht man die Durchführung grundlegender thermischer Analysen in elektronischen Anwendungen.

Meine Ausdrucksweise: Oh, hier ist ein Link! (EEwiki-Artikel)

Geschlossene im Vergleich zu offenen Kühlsystemen

Bei der Kühlung Ihres Schaltschranks kommen üblicherweise zwei konventionelle Methoden zum Einsatz. Bei einem geschlossenen Kühlsystem verlässt das Kühlmittel (Luft oder eine Flüssigkeit) den Schaltschrank nicht. Die gesamte Kühlung erfolgt durch Leitung. Wie bei jeder Entscheidung gibt es auch hier Vor- und Nachteile. Lassen Sie uns auf einige davon eingehen. Ein solches System erfordert keine Filterung, was wiederum einen geringeren Wartungsaufwand bedeutet. Das ist großartig für schwer zugängliche oder gefährliche Bereiche. Das bedeutet außerdem, dass Ihre Ausrüstung innerhalb des Schaltschranks länger sauber bleibt. Selbstverständlich bedeutet es auch, dass die Temperaturen aufgrund der Einschränkungen eines Leitungsprozesses höher sein werden. Die Wärme muss durch die Gehäusewandung an die Umgebungsluft abgegeben werden. In Umgebungen mit hohen Temperaturen könnte dies zu ernsthaften Problemen führen, da dieser Prozess für die Ableitung großer Wärmemengen nicht gut geeignet ist. Worüber man jedoch eventuell nachdenken könnte, ist ein geschlossenes Kühlsystem innerhalb des Schaltschranks, das durch eine darin zirkulierende Flüssigkeit Wärme von Ihren Komponenten abzieht.

Die nächste Option wäre ein offenes Kühlsystem. Bei einem solchen System, das mittels Konvektion arbeitet, kann Luft oder Flüssigkeit über ein Filtersystem in Ihren Schaltschrank geleitet werden und dort zirkulieren. Mit einem solchen System sind die Temperaturen im Schaltschrank üblicherweise kühler als bei einem geschlossenen System. Im Gegensatz dazu muss dieses System jedoch gewartet werden. Der Filter des Filtersystems muss regelmäßig ausgewechselt werden, um zu verhindern, dass der Luftstrom behindert wird und möglicherweise die Komponenten beeinträchtigt werden. Für offene Kühlsysteme gibt es ebenfalls Grenzen. Die erforderliche Durchflussmenge des Kühlmittels (üblicherweise Luft) hängt von der Wärmekapazität des Kühlmittels, den Ansaug- und Ablufttemperaturen sowie den zulässigen Komponententemperaturen ab. Des Weiteren muss darauf hingewiesen werden, dass die Temperatur im Inneren des Schaltschranks nach wie vor höher sein wird als die Abgastemperatur.

Zusätzliche Informationen und hilfreiche Links

Fan Selection & Application Guide: Navigating parametric attributes (EEwiki-Artikel)

Einige verfügbare Optionen:

Über den Autor

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Eric Halvorson, Partnership Marketing Manager - Strategic Programs, ist seit über 12 Jahren bei Digi-Key. Eric konzentriert sich auf den Markt für industrielle Automatisierung. Er absolvierte das Northland Community and Technical College im Jahr 2011 mit einem AAS-Abschluss im Bereich Elektroniktechnik und automatisierte Systeme. Bis vor kurzem war Eric als Produktmanager im Bereich Elektromechanik mit Schwerpunkt Schalter tätig. Eric verbringt seine Freizeit gerne mit Holzarbeiten und Reparaturen.

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