Kühl und schlank im Schaltschrank
27Mar. 2014
Marketingifm electronic gmbh am 27. März 2014 um 13:00 Uhr
Die Firma NOBA Verbandmittel aus Wetter an der Ruhr produziert weltweit Verbandmittel unterschiedlichster Art für Krankenhäuser, Arztpraxen und Apotheken. Maximale Hygiene ist oberstes Gebot, wenn im Reinraum Verbandmittel für medizinische Anwendungen produziert, verpackt und anschließend sterilisiert werden. Um Bakterien und Pilzen das Leben unmöglich zu machen, werden u. a. Umweltparameter wie Partikelanzahl in der Luft, Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit in engen Grenzen geregelt. Für die Umgebungstemperatur im Reinraum beträgt der optimale Wert 21° C. Ist die Temperatur zu hoch wird diese mit kältetechnischen Anlagen heruntergekühlt. Damit die Energiekosten für die Klimatisierung niedrig bleiben, plant und baut das Unternehmen seine Produktionsanlagen so, dass die eingesetzten Komponenten möglichst wenig Wärme in den Reinraum abgeben.
Dazu Michael Rohe, Technischer Leiter bei NOBA: „Es ist besonders wichtig, im Reinraum verlustarme Geräte einzusetzen, da wir Verlustwärme, die wir im Reinraum erzeugen, sehr kostspielig wieder mit Kältemaschinen herunter kühlen müssen, um die Temperatur konstant zu halten. Des Weiteren ist es so, wenn wir im Schaltschrank verlustarme Geräte haben, dass wir größtenteils auf Schaltschrankkühlungen durch Ventilatoren verzichten können und somit keine Verwirbelungen mehr im Reinraum durch Schaltschranklüfter oder ähnliches haben.“
Hitze im Schaltschrank ist teuer!
Im Schaltschrank der Anlagen sind die Netzteile die maßgeblichen Wärmeproduzenten. Herkömmliche elektronische Schaltnetzteile arbeiten gegenüber den früher eingesetzten Trafonetzteilen schon sehr effizient. Doch erreichen sie nie den idealen Wirkungsgrad von 100 Prozent. Die Differenz vom tatsächlichen Wirkungsgrad zu den idealen 100 Prozent wird in Wärmeenergie umgesetzt, die den Schaltschrank aufheizt.
In vielen Bereichen industrieller Anlagen mag die Wärme im Schaltschrank eine eher untergeordnete Rolle spielen. Bei definierten Reinraumbedingungen wie bei NOBA dagegen kostet die Verlustwärme gleich doppelt: Zum einen fallen hierfür Energiekosten an, zum anderen muss diese mit energieintensiven Klimageräten wieder teuer kompensiert werden.
Niedrige Temperatur = hohe Lebensdauer
Deshalb setzt NOBA auf die neuen Netzteile von ifm. Diese zeichnen sich durch einen extrem hohen Wirkungsgrad von bis zu 94 Prozent aus. Damit liegt dieser ein bis zwei Prozent über dem vergleichbarer moderner Schaltnetzteile anderer Hersteller.
Das erscheint auf den ersten Blick nicht sonderlich viel. Doch Rechnungen zeigen, dass sich diese ein bis zwei Prozent übers Jahr gesehen zu merklichen Energiekosten addieren. Erst recht in dieser Applikation, wenn sich dazu noch die Kosten für die kompensierende Klimatisierung addieren.
Diese Verlustleistung kann in der Praxis durchaus eine zusätzliche Temperaturerhöhung von 10 Grad im Schaltschrank bewirken. Diese Temperaturdifferenz von 10 Grad bedeutet aber für einige elektronische Bauelemente, z. B. Elektrolytkondensatoren, eine Halbierung der Lebensdauer. Oftmals ist die Maschinensteuerung direkt neben den Netzteilen montiert. Da wirkt sich der bessere Wirkungsgrad ganz besonders auf die Lebensdauer der im Schaltschrank verbauten SPS aus. Kurzum: Je niedriger die Temperatur im Schaltschrank, desto höher ist die Lebensdauer der Anlagensteuerung.
Die neuen ifm-Netzteile
Im Jahr 2013 hat die ifm-Unternehmensgruppe ihre Netzteilfamilie komplett erneuert. Die neue
Generation umfasst sowohl 24-V-DC-Schaltnetzteile mit Ausgangsströmen von 3,3 bis 20 A, als auch AS-i Netzteile von 2,8 bis 8 A. All diesen Geräten gemeinsam sind die auf maximale Effizienz, Langlebigkeit und Leistungsstärke ausgelegten Bauteile und Schaltungen.
Kernpunkt ist ein hocheffizientes Schaltungsdesign, das sich zusätzlich durch seine Kompaktheit auszeichnet. So sind die ifm-Netzteile deutlich schmaler und benötigen weniger Platz im Schaltschrank als leistungsgleiche Geräte anderer Hersteller. Damit leistet ifm einen wichtigen Beitrag im Maschinenbau, der immer kleinere Schaltschränke verlangt.
Man könnte meinen, diese Kompaktheit ginge auf Kosten der Bauteildimensionierung und einen reduzierten Funktionsumfang. Doch den Entwicklern ist das Gegenteil gelungen: Die Bauteile sind so dimensioniert, dass die Netzteile dauerhaft in den Grenzbereichen der Spezifikationen betrieben werden können. Sie liefern über nahezu den gesamten Temperaturbereich die angegebene Nennleistung. Eine sonst übliche „Überdimensionierung“ der Netzteile mit Reserve für mehr Langlebigkeit ist bei ifm-Netzteilen deshalb nicht erforderlich. Das spart Platz und Kosten. Belegt wird dies durch einen herausragenden MTBF-Wert von 890.000 bis 1,4 Millionen Stunden (je nach Variante), was einer „Lebensdauer“ von 100 bis 160 Jahren gleichkommt. Erst ab einer Umgebungstemperatur von 60 °C ist ein geringes Derating (reduzierte Leistungsabgabe) zu beachten.
Starke Extras
Durch jahrelanges Applikations-Know-how weiß ifm exakt, welche Anforderungen die Automatisierungstechnik an die Energieversorgung stellt. Deshalb wurden zahlreiche Extras integriert, die eine zuverlässige Funktion in allen Betriebsphasen gewährleisten. Anstelle einer Einschaltstrombegrenzung mit einem einfachen NTC-Widerstand werden bei den neuen Schaltnetzteilen der ifm die Kondensatoren mikroprozessorgesteuert geladen. Dieser „sanfte“ Anlauf der Spannungsversorgung sorgt dafür, dass die dem Netzteil vorgeschalteten Sicherungen nicht extra für einen erhöhten Anlaufstrom höher dimensioniert werden müssen. Das schafft zusätzliche Sicherheit auf der Primärseite des Netzteils. Zusätzliche Leistungsreserven auf der Sekundärseite sorgen dafür, dass das Netzteil noch genügend Strom abgibt, um im Falle eines Kurzschlusses die nachgeschalteten Leistungsschutzschalter zuverlässig auszulösen. Für nachträgliche Erweiterungen der Anlage bieten die ifm-Netzteile noch eine zusätzliche Leistungsreserve von 20 Prozent. Kurzzeitige Spannungseinbrüche, zum Beispiel verursacht durch Schaltvorgänge im Versorgungsnetz, überbrücken die Netzteile für mehrere Millisekunden.
Fazit
Was im Datenblatt oftmals kaum beachtet wird, hat bedeutende Auswirkung auf Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Anlage. NOBA hat die Vorteile der neuen ifm-Netzteile erkannt, spart somit Betriebskosten und schafft ein optimales Klima, um die hohen Produktanforderungen sicher zu erfüllen.
Mehr Informationen finden Sie hier:
Dazu Michael Rohe, Technischer Leiter bei NOBA: „Es ist besonders wichtig, im Reinraum verlustarme Geräte einzusetzen, da wir Verlustwärme, die wir im Reinraum erzeugen, sehr kostspielig wieder mit Kältemaschinen herunter kühlen müssen, um die Temperatur konstant zu halten. Des Weiteren ist es so, wenn wir im Schaltschrank verlustarme Geräte haben, dass wir größtenteils auf Schaltschrankkühlungen durch Ventilatoren verzichten können und somit keine Verwirbelungen mehr im Reinraum durch Schaltschranklüfter oder ähnliches haben.“
Hitze im Schaltschrank ist teuer!
Im Schaltschrank der Anlagen sind die Netzteile die maßgeblichen Wärmeproduzenten. Herkömmliche elektronische Schaltnetzteile arbeiten gegenüber den früher eingesetzten Trafonetzteilen schon sehr effizient. Doch erreichen sie nie den idealen Wirkungsgrad von 100 Prozent. Die Differenz vom tatsächlichen Wirkungsgrad zu den idealen 100 Prozent wird in Wärmeenergie umgesetzt, die den Schaltschrank aufheizt.
In vielen Bereichen industrieller Anlagen mag die Wärme im Schaltschrank eine eher untergeordnete Rolle spielen. Bei definierten Reinraumbedingungen wie bei NOBA dagegen kostet die Verlustwärme gleich doppelt: Zum einen fallen hierfür Energiekosten an, zum anderen muss diese mit energieintensiven Klimageräten wieder teuer kompensiert werden.
Niedrige Temperatur = hohe Lebensdauer
Deshalb setzt NOBA auf die neuen Netzteile von ifm. Diese zeichnen sich durch einen extrem hohen Wirkungsgrad von bis zu 94 Prozent aus. Damit liegt dieser ein bis zwei Prozent über dem vergleichbarer moderner Schaltnetzteile anderer Hersteller.
Das erscheint auf den ersten Blick nicht sonderlich viel. Doch Rechnungen zeigen, dass sich diese ein bis zwei Prozent übers Jahr gesehen zu merklichen Energiekosten addieren. Erst recht in dieser Applikation, wenn sich dazu noch die Kosten für die kompensierende Klimatisierung addieren.
Diese Verlustleistung kann in der Praxis durchaus eine zusätzliche Temperaturerhöhung von 10 Grad im Schaltschrank bewirken. Diese Temperaturdifferenz von 10 Grad bedeutet aber für einige elektronische Bauelemente, z. B. Elektrolytkondensatoren, eine Halbierung der Lebensdauer. Oftmals ist die Maschinensteuerung direkt neben den Netzteilen montiert. Da wirkt sich der bessere Wirkungsgrad ganz besonders auf die Lebensdauer der im Schaltschrank verbauten SPS aus. Kurzum: Je niedriger die Temperatur im Schaltschrank, desto höher ist die Lebensdauer der Anlagensteuerung.
Die neuen ifm-NetzteileGeneration umfasst sowohl 24-V-DC-Schaltnetzteile mit Ausgangsströmen von 3,3 bis 20 A, als auch AS-i Netzteile von 2,8 bis 8 A. All diesen Geräten gemeinsam sind die auf maximale Effizienz, Langlebigkeit und Leistungsstärke ausgelegten Bauteile und Schaltungen.
Kernpunkt ist ein hocheffizientes Schaltungsdesign, das sich zusätzlich durch seine Kompaktheit auszeichnet. So sind die ifm-Netzteile deutlich schmaler und benötigen weniger Platz im Schaltschrank als leistungsgleiche Geräte anderer Hersteller. Damit leistet ifm einen wichtigen Beitrag im Maschinenbau, der immer kleinere Schaltschränke verlangt.
Man könnte meinen, diese Kompaktheit ginge auf Kosten der Bauteildimensionierung und einen reduzierten Funktionsumfang. Doch den Entwicklern ist das Gegenteil gelungen: Die Bauteile sind so dimensioniert, dass die Netzteile dauerhaft in den Grenzbereichen der Spezifikationen betrieben werden können. Sie liefern über nahezu den gesamten Temperaturbereich die angegebene Nennleistung. Eine sonst übliche „Überdimensionierung“ der Netzteile mit Reserve für mehr Langlebigkeit ist bei ifm-Netzteilen deshalb nicht erforderlich. Das spart Platz und Kosten. Belegt wird dies durch einen herausragenden MTBF-Wert von 890.000 bis 1,4 Millionen Stunden (je nach Variante), was einer „Lebensdauer“ von 100 bis 160 Jahren gleichkommt. Erst ab einer Umgebungstemperatur von 60 °C ist ein geringes Derating (reduzierte Leistungsabgabe) zu beachten.Starke Extras
Durch jahrelanges Applikations-Know-how weiß ifm exakt, welche Anforderungen die Automatisierungstechnik an die Energieversorgung stellt. Deshalb wurden zahlreiche Extras integriert, die eine zuverlässige Funktion in allen Betriebsphasen gewährleisten. Anstelle einer Einschaltstrombegrenzung mit einem einfachen NTC-Widerstand werden bei den neuen Schaltnetzteilen der ifm die Kondensatoren mikroprozessorgesteuert geladen. Dieser „sanfte“ Anlauf der Spannungsversorgung sorgt dafür, dass die dem Netzteil vorgeschalteten Sicherungen nicht extra für einen erhöhten Anlaufstrom höher dimensioniert werden müssen. Das schafft zusätzliche Sicherheit auf der Primärseite des Netzteils. Zusätzliche Leistungsreserven auf der Sekundärseite sorgen dafür, dass das Netzteil noch genügend Strom abgibt, um im Falle eines Kurzschlusses die nachgeschalteten Leistungsschutzschalter zuverlässig auszulösen. Für nachträgliche Erweiterungen der Anlage bieten die ifm-Netzteile noch eine zusätzliche Leistungsreserve von 20 Prozent. Kurzzeitige Spannungseinbrüche, zum Beispiel verursacht durch Schaltvorgänge im Versorgungsnetz, überbrücken die Netzteile für mehrere Millisekunden.Fazit
Was im Datenblatt oftmals kaum beachtet wird, hat bedeutende Auswirkung auf Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Anlage. NOBA hat die Vorteile der neuen ifm-Netzteile erkannt, spart somit Betriebskosten und schafft ein optimales Klima, um die hohen Produktanforderungen sicher zu erfüllen.
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