InnovationsForum Automation 2017: Lütze AG Kanallose Verdrahtungssysteme

Redakteur: Anne Richter

Steuer- oder Schaltschränke bilden das Zentrum einer Maschine oder Anlage, gestern, heute und höchstwahrscheinlich auch morgen. Die Zuver-​lässigkeit der Schaltzentrale ist daher von grösster Bedeutung für einen dauerhaft einwandfreien Betrieb jeglicher Anlage oder Maschine.

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Lütze hat zusammen mit der TU Stuttgart umfassende Simulationen und Analysen zum Thema Thermo­dynamik im Schaltschrank durchgeführt.
Lütze hat zusammen mit der TU Stuttgart umfassende Simulationen und Analysen zum Thema Thermo­dynamik im Schaltschrank durchgeführt.
(Bild: Lütze)

Die Zuverlässigkeit steht aber im direkten Zusammenhang mit dem Temperatur­niveau im Schaltschrank und der installierten Komponenten und Systeme. Heutige elektronische oder elektrische Komponenten überstehen vielerlei Einflüsse problemlos, bei Wärme oder gar Hitze reagieren diese aber nach wie vor empfindlich. Bekanntlich führen bereits wenige Grade Temperaturabsenkung zu einer messbaren Verbesserung des Wirkungsgrades und des MTBF. Aber auch der Raumbedarf des Schaltschrankes ist, im Zeitalter der fortschreitenden Miniaturisierung und Verdichtung, ein wichtiges Kriterium. Einerseits soll der Schaltschrank so klein wie möglich sein, anderseits gross genug, um alle Komponenten fachgerecht und mit den nötigen Distanzen zueinander montieren zu können.

Um diese Anforderungen erfüllen zu können, hat Friedrich Lütze bereits in den 1970er-Jahren das kanallose Verdrahtungssystem LSC erfunden und zur Marktreife entwickelt. Das LSC-System besteht im Wesentlichen aus vertikalen Profilen und horizontalen Stegen, welche den eigentlichen Verdrahtungsrahmen bilden, sowie aus Bügeln und Deckeln und vielseitigem Zubehör.

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Der weltweit grosse Erfolg mit dem Lütze-LSC-Ver­drahtungssystem basiert denn auch massgebend auf zwei Argumenten:

  • Bis zu 30 % mehr Platzangebot dank kanallosem Aufbau mit smarter Verdrahtung auf der Rückseite
  • Reduzierung der Wärmenester und Hotspots aufgrund verbesserter, störungsarmer Konvektion

Optimierung der Thermo­dynamik im Schaltschrank

Aufgrund des grossen Erfolges und der überzeugenden Vorteile für den Steuerschrankbauer wie für den Betreiber wurde LSC rasch kopiert. Vor rund fünf Jahren hat der heutige CEO der Lütze-Gruppe, Herr Udo Lütze, die zweite Generation des kanal­losen Verdrahtungssystems, Airstream, entwickelt und mit 15 Patenten geschützt. Im Vordergrund stand dabei die Optimierung der Thermodynamik im Schaltschrank. Motivation für diese Entwicklung war der neue Trend, getrieben durch die Automobil­industrie und insbesondere durch das von Volks­wagen initiierte Projekt «Green Carbody Technologies», möglichst wenig graue Energie in den Schaltschrank einzubringen, gleichzeitig die Verlust­leistungen markant zu reduzieren und die Lebensdauer der eingesetzten Komponenten und Systeme zu verlängern. Lütze war in dieser Innovationsallianz federführend. Parallel dazu hat Lütze, zusammen mit der TU Stuttgart, umfassende Simulationen und Analysen zum Thema Thermo­dynamik im Schaltschrank durchgeführt.

Mit einer Reihe von Innovationen und Anpassungen hat sich Air­stream zum State-of-the-Art-Verdrahtungssystem entwickelt. Eine bemerkenswerte Neuheit ist, dass Airstream auf einer modularen Bauweise basiert. So können die vollautomatisch hergestellten Module äusserst einfach und mit wenigen Hilfsmitteln zum einsatzbereiten Verdrahtungssystem aufgebaut werden, auch durch wenig versiertes Personal. Selbstverständlich können aber auch fertig aufgebaute und einsatzbereite Air­stream-Rahmen geliefert werden.

Wärmeumwälzung zum Vermeiden problematischer Hotspots

Vor allem aber auf der technischen Seite wurden etliche Innovationen mit echten Kundennutzen umgesetzt: Die gewölbten horizontalen Stege verschaffen den Komponenten auf der DIN-Schiene mehr Abstand zum Steg und tragen damit direkt zur besseren Kühlung oder Wärmeabfuhr bei. Und dank der grösseren Torsionsfestigkeit dieser Profile können nun auch schwerere Komponenten problemlos montiert werden. Die eigentliche Innovation stellt aber der Airblower dar: Ein äusserst kostengünstiges und einfach zu installierendes wie bedienendes System bestehend aus drei Temperatursensoren und einer Lüftereinheit sorgen für den effizienten Klimawandel im Schaltschrank. Der Airblower unterstützt die konstruktionsbedingten Vorteile des kanal­losen Systems, indem die erwärmte Luft aktiv im Schrank umgewälzt wird. Problematische Hot­spots werden dadurch vermieden und die Wärme wird optimal an die gesamte Oberfläche des Schaltschrankes abgegeben. Last, but not least können durch den gezielten Einsatz von Airblades besonders kritische oder leistungsstarke Komponenten direkt angeblasen werden und gewähren damit eine optimale Wärmeabfuhr.

Das Airstream-System benötigt keine Zu- oder Abluft und kann somit vollkommen dicht (IP67) gehalten werden. Dadurch ist es geradezu prädestiniert für den Einsatz zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie, bei welcher die sogenannte Wash-­down-Fähigkeit gefordert wird. Im Zusammenhang mit dem Green-Carbody-Projekt und unseren eigenen Studien sind auch andere Aspekte untersucht worden. So wurde festgestellt, dass alleine schon der Ort und die Art und Weise der Positionierung des Schaltschrankes das thermodynamische Verhalten messbar beeinflussen. Ein Einfluss, der vermut­lich breitflächig unterschätzt wird. Noch mehr Auswirkungen hat die optimale Position der grossen Wärmelasten im Schaltschrank, wie zum Beispiel Schaltnetzteile.

Die zwei Lütze-Verdrahtungssysteme LSC und Airstream leisten allein schon durch die kanallose Konstruktionsweise einen passiven Beitrag zur Verbesserung der thermodynamischen Gegebenheiten im Schaltschrank. Heute werden die zwei Verdrahtungssysteme von Lütze, LSC und Airstream als sich ergänzende Systeme angeboten: Mit dem LSC-­System können die unterschiedlichsten Varianten von kundenspezifischen Anforderungen einfach und kosteneffizient realisiert werden, kurzfristig und Swiss made by Lütze AG/Siebnen. Das Airstream-­System bietet sich eher an für Steuerschränke mit Standard-Abmessungen, aber auch für den selbständigen Aufbau mittels vorgefertigter Module. Am Fachvortrag am SMM InnovationsForum zum Thema Automatisierung am 8. September 2017 in Luzern wird der Referent die erwähnten Aspekte und weitere Details sowie Konsequenzen und Massnahmen bebildert und mit vielen Fakten und Daten präsentieren und erläutern. SMM

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