Schaltschrank/Wärmemanagement Hitzestress im Schaltschrank – so cool ist die Elektrotechnik

Energieeffizienz beeinflusst die industrielle Elektrotechnik seit jeher. Hersteller von Schaltschränken und dazugehörigen Wärmemanagementsystemen reagieren mit neuen Technologien und zeigen damit, wie wichtig Flexibilität in der Branche ist.

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Die Energiewende ist präsenter denn je: Auch die industrielle Elektrotechnik wagt den Sprung in eine ressourcenschonende und energieeffiziente Zukunft.
Die Energiewende ist präsenter denn je: Auch die industrielle Elektrotechnik wagt den Sprung in eine ressourcenschonende und energieeffiziente Zukunft.
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Naturkatastrophen, internationale Verflechtungen, wirtschaftliche und politische Entwicklungen – es gibt unzählige Faktoren, die die industrielle Elektrotechnik und deren Fortschritt beeinflussen. Kunden- und Marktanforderungen befinden sich in ständigem Wandel. Die Industrie muss entsprechend reagieren: mit neuen Technologien, mit modifizierten Produkten, mit Flexibilität. Das war schon immer so. Doch heute vollzieht sich der Wandel rasend schnell. Die Digitalisierung macht eine schnellere, genauere Entwicklung möglich und der Markt fordert bessere, effizientere, ökonomische Lösungen just in time.

Wie geht diese Entwicklung weiter, wie haben sich Kundenanforderungen in den letzten 25 Jahren geändert und was verlangt der Markt in Zukunft? Welche äußeren Einflussfaktoren werden künftig eine Rolle spielen und welche Megatrends gab es früher, gibt es heute und werden in den nächsten 25 Jahren die industrielle Elektrotechnik beeinflussen? Zu unserem 25-jährigen Jubiläum haben wir den Bereich Schaltschrankbau, Schaltschrankklimatisierung sowie allgemein das Wärmemanagement im Maschinen- und Anlagenbau unter die Lupe genommen. Branchenexperten blicken zurück und wagen einen Blick in die Zukunft.

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Enormes Einsparpotenzial

Ein Megatrend, der schon in den 90er Jahren in aller Munde lag, ist die Energieeffizienz. „Vor einem Vierteljahrhundert war die Energieeffi-zienz mehr Wunsch als Wirklichkeit. Aufgrund des veränderten Umfelds einschließlich der Umwelt-, Klima- und energiepolitischen Ziele in Deutschland und der EU hat Energieeffizienz heute eine hohe Priorität“, sagt Jürgen Schütz, Normungsexperte beim VDE. Dank der technologischen Entwicklungen sei sie heute auch leichter umsetzbar. Allein durch energieintelligente, energieeffiziente sowie klimaschonende Technologien und Produkte der Elektroindustrie sind in Deutschland Energieeinsparpotenziale von mehr als 100 Mrd. KWh zu heben. So zumindest die Aussage des Leitfadens „Energieeffizienz – Potenziale heben und finanzieren“, herausgegeben vom Bundesverband Deutscher Banken in Zusammenarbeit mit dem ZVEI.

Die vom VDMA initiierte Studie „Der Beitrag des Maschinen- und Anlagenbaus zur Energieeffizienz“ zeigt, dass im Vergleich zu vor 10 Jahren in allen betrachteten Sektoren in Deutschland effizientere Maschinen und Anlagen bereits 629 PJ Endenergie pro Jahr sparen. Dies entspricht dem Strombedarf von rund 48 Millionen privaten Haushalten. In den nächsten 10 Jahren soll sich das Einsparpotenzial nahezu verdoppeln, was einer Energiekosteneinsparung von 12,5 Milliarden Euro entspricht.

Industrie gestaltet Energiewende mit

Betrachtet man den Markt der Schaltschrankklimatisierung/Wärmemanagement im Maschinen- und Anlagenbau, wird deutlich, dass die Industrie ihrer Verantwortung bewusst ist und die sogenannte Energiewende mitgestaltet. Die Rittal GmbH und Co. KG beispielsweise bringt im Jahr 2015 ganz neu die Kühlgerätegeneration Blue e+ auf den Markt. Mit den Kühlgeräten, die mit einer neuen Hybridtechnologie ausgestattet sind, lassen sich Energieeinsparungen von bis zu 75 % erreichen. „Vor der Entwicklung haben wir eine umfassende Kundenbefragung durchgeführt. Das Ergebnis: Neben einfacher Bedienung und Montage sowie Mehrspannungsfähigkeit war Energieeffizienz die wichtigste Anforderung an eine Neuentwicklung“, berichtet Steffen Wagner, Leiter Produktmanagement Climatisation bei Rittal.

In den 90er Jahren stieg das Bewusstsein für Klima- und Umweltschutz immer deutlicher an. Die Forderung nach energieeffizienteren Kühlgeräten lässt sich dann verstärkt Anfang 2000 beobachten. Bis heute spielen bei dieser Entwicklung politische Einflüsse und Richtlinien eine eindeutige Rolle. „Das 1989 in Kraft getretene Montrealer-Protokoll verschärfte die Anforderungen in der Klimatisierungsbranche. Das internationale Umweltabkommen untersagt die Verwendung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen“, sagt Nils-Peter Halm, Chief Technical Officer der Pfannenberg Group Holding GmbH. Pfannenberg reagierte, alle Hersteller von Klimageräten reagierten und führten ozonunschädliche Kältemittel in den Klimageräten ein. Das Protokoll wirkt: Die Ozonschicht beginnt, sich langsam zu erholen, das zeigen jüngste Forschungsergebnisse. „Die jetzt vorliegenden wissenschaftlichen Nachweise über seine Wirksamkeit sind zugleich ermutigende Belege dafür, dass es möglich ist, globale Umweltprobleme durch eine gemeinsame Anstrengung der weltweiten Staatengemeinschaft erfolgreich anzugehen“, sagte der ehemalige Bundesumweltminister Dr. Norbert Röttgen in seiner Amtszeit im Jahr 2010.

Energiepolitisches Zieldreieck erreichen

Die Ozonschicht ist also gerettet, das Ozonloch kein Thema mehr. Aber die Politik setzt weiter große Ziele. Seit der Nuklearkatastrophe in Fukushima im März 2011 hat die Europäische Union (EU) die Energiewende im Fokus. Ausstieg aus der Atomenergie, Erneuerbare-Energien-Quote, geringe Treibhausgasemissionen – so lauten die Schlagworte. Damit will die EU das energiepolitische Zieldreieck „Versorgungssicherheit – Klimaschutz – Wirtschaftlichkeit“ erreichen.

Für die industrielle Elektrotechnik bedeutet dies, zum einen energieoptimierte Produkte zu entwickeln, aber auch in der eigenen Herstellung energieeffizienter zu arbeiten. Die Häwa GmbH, Hersteller von Schrank- und Gehäusesystemen, z.B. arbeitet derzeit an einer EN DIN 50001 Zulassung für ein systematisches Energiemanagement. „Wir betrachten die Energieeffizienz unserer Gehäuse- und Schaltschranklösungen gesamtheitlich. Daher wird unsere Fertigung für eine bestmögliche Energieeffizienz optimiert. Zudem achten wir besonders auf energie- und wassersparende, emissions- und abfallarme sowie ressourchenschonende und effiziente Techniken im gesamten Unternehmen“, sagt Stefan Kaufer, stellvertretender Verkaufsleiter Süd bei Häwa. „Energiemanagementsysteme optimieren den kompletten Energiebedarf eines Unternehmens. Nahezu alle ZVEI-Mitgliedsunternehmen haben ein solches System heute im Einsatz“, bestätigt Gunther Koschnik, Geschäftsführer des ZVEI-Fachverbandes Automation.

Auf energieeffiziente Komponenten kommt es an

Um Maschinen und Anlagen sowie deren einzelne Komponenten energieeffizienter zu gestalten, ist die Entwicklung und Verfügbarkeit von Technologien und deren Einsatz ein wichtiger Baustein. Laut der VDMA-Studie dienen in den nächsten 10 Jahren in etwa je zur Hälfte bereits existierende Technologien und neue Technologien als Basis für Energieeinsparungen. Technologische Hebel sollen dabei die Verfahrensoptimierung, Optimierung von Systemsteuerung sowie Konstruktionsoptimierung darstellen.

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Als Komponentenhersteller für den Maschinen- und Anlagenbau, entwickeln auch die Hersteller von Schaltschränken und Klimatisierung/Lüftung immer wieder neue Technologien um energieeffizientere Komponenten bieten zu können. Die Friedrich Lütze GmbH hat 2013 beispielsweise das völlig neue Schaltschrankverdrahtungssystem LSC Airstream auf dem Markt eingeführt. Das Thermikkonzept besteht aus einer intelligenten Kühlluftführung im Schaltschrank mit der weniger Kühlleistung, also auch weniger Strom in der Anwendung benötigt wird. Zudem will Lütze die Zuverlässigkeit der Anwendung erhöhen, da die Komponenten im Schaltschrank weniger Hitzestress ausgesetzt sind und so eine längere Lebensdauer zu erwarten ist.

EC-Motoren in der Lüftungstechnik

Gerade in der Elektroindustrie ist die Energieeffizienz der Komponenten ein zentrales Thema. „ Zwei Drittel des Energiebedarfs in der deutschen Industrie gehen auf Elektromotoren und elektromotorische Systeme zurück“, sagt Koschnik vom ZVEI. Das baden-württembergische Unternehmen Ziehl-Abegg hat beispielsweise schon vor 26 Jahren auf energiesparende EC-Motoren in der Lüftungstechnik gesetzt. Anlass war die Umrüstung der deutschen Telefon-Vermittlungsstellen auf Digitaltechnik. Die neue Technik erforderte eine sichere und dauerhafte Kühlung der Betriebsräume. Bis dahin trieb das Unternehmen seine Ventilatoren in Lüftungsanlagen mit ungeregelten Asynchronmotoren an, da der Serieneinsatz bisher immer an den deutlich höheren Kosten gescheitert war. „Die Post hat damals den Energiebedarf mit ins Angebot genommen“, erinnert sich Gerhard Leutwein, der damals Entwicklungschef im Bereich Regeltechnik im Unternehmen war. So konnte Ziehl-Abegg einen höherpreisigen Motor einsetzen, wenn dieser zusammen mit dem Ventilator ein energiesparendes Produkt ergab. 1991 lieferte das Unternehmen schließlich die ersten Serienprodukte der Ventilatoren mit elektronisch kommutiertem Gleichstrommotor (EC-Motor) aus. Seit diesem Jahr passt Ziehl-Abegg seine EC-blue-Motoren nun auch für die Schaltschrankklimatisierung an.

Digitalisierung ändert Marktanforderungen

Neben dem Megatrend Energiewende sieht Jürgen Schütz vom VDE zwei weitere gravierende Ereignisse, die die industrielle Elektrotechnik verändert haben und zu weiteren Entwicklungen drängen. „Auf Seiten der Wirtschaft spielen die zunehmende Globalisierung und neue Wachstumsmärkte eine bedeutende Rolle. Auf Seiten der Technik die rasante Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnologien sowie die zunehmende Digitalisierung“,analysiert er.

Das zeigte auch die Kundenbefragung von Rittal. Mehrspannungsfähigkeit ist neben der Entwicklung energieeffizienter Produkte eine hauptsächliche Anforderung der Kunden. Nils-Peter Halm von Pfannenberg kann das bestätigen; durch den weltweiten Einsatz von Produkten ändern sich eben Anforderungen an Betriebsspannungen, unter denen die Geräte laufen müssen. Zudem verstärken sich Anforderungen an nationale Zulassungen und auch der Einsatz in tropischen, feuchten, heißen Gegenden verlangt nach modifizierten Technologien und Materialien.

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Intelligentes Monitoring und Fernüberwachung

Informations- und Kommunikationstechnologien können sich in der Schaltschrankklimatisierung vor allem bei der präventiven Überwachung auszahlen. Für die Pentair Technical Solutions GmbH gibt es drei Faktoren zur präventiven Überwachung: Fehler und Ausfälle vor deren Eintreten vermeiden, intelligentes Monitoring und Fernüberwachung einsetzen, Ausfallzeiten und Wartungsintervalle reduzieren. So wird die Produktivität gesteigert, aber auch die Energieeffizienz der Gesamtanlage erhöht.

Pentair hat mit dem Hoffmann Spectracool Slim Fit ein Kühlgerät mit hohem Energieeffizienzfaktor (EER) auf den Markt gebracht. Durch den Einsatz eines Comm-Boards wird ein Remote Access Control (RAC) per Ethernet ermöglicht. Dieser Kommunikationsmodus erlaubt Remote-Anschlüsse an das Kühlgerät mit den Protokollen SNMP, Ethernet/IP, Modbus/TCP und Profinet. Das Unternehmen kann damit die Gesamtanlage überwachen; ein Beispiel bei dem Vernetzung, Digitalisierung und Energieeffizienz ineinandergreifen.

Wunsch nach Service steigt stetig

Ein Thema, das die Hersteller von Schaltschränken und Klimatisierung schon vor 25 Jahren beschäftigt hat und auch in Zukunft Thema bleiben wird, kommt von Kundenseite: In den 90er Jahren gab es den Wunsch nach einfacher Handhabung und Montagefreundlichkeit. Diese Anforderungen bestehen bis heute; dazu kommt das steigende Bedürfnis nach Services. Kunden erwarten Komplettlösungen, welche die Auslegung, die Installation, die Inbetriebnahme des Systems sowie ein Folgeservicekonzept beinhalten. Die Schaltschrankspezialisten der Lohmeier Schaltschrank Systeme GmbH & Co. KG sehen dabei die Herausforderung nach kundenspezifischen Ausführungen, kürzer werdenden Lieferzeiten und die Nachfrage nach Kleinstmengen.

So befindet sich die industrielle Elektrotechnik weiter im Wandel, stetig im Wandel. Dabei muss sich die Branche – früher wie heute – auf Gesetzgebungen, Kundenbedürfnisse und wirtschaftliche Entwicklungen flexibel einstellen können. Gerhard Sturm, Gründer des Elektromotoren- und Lüfterherstellers EBM-Papst, prägte schon bei der Unternehmensgründung 1963 das bis heute gültige Prinzip: „Jedes Produkt, das wir neu entwickeln, muss seinen Vorgänger ökonomisch und ökologisch übertreffen.“

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