In vielen Anwendungsfeldern stellt nicht nur die Antriebsaufgabe selbst, sondern auch die Umgebung hohe Anforderungen an die Technik. In der chemischen Industrie sowie in der Prozess- und Zementindustrie ist häufig mit ätzenden Flüssigkeiten, Staub oder Sprühwasser zu rechnen. In der Stahl- und Automobilindustrie haben Hersteller mit beengten Platzverhältnissen zwischen den Anlagenteilen zu kämpfen, ebenso im Bergbau. In temperatursensiblen Produktionsumgebungen oder an thermisch belasteten Arbeitsplätzen ist es notwendig, die Abwärme großer Antriebe geregelt abzuführen. Immer wichtiger wird auch der Effizienzgedanke: Wie lässt sich der Energieverbrauch bei der Kühlung minimieren, die Wärmeabfuhr möglichst effizient gestalten? In all diesen Fällen bietet flüssigkeitsgekühlte Antriebstechnik Vorteile. Sie vereinfacht das Klimatisieren des Schaltraums, sie ermöglicht hohe Schutzarten, das gezielte und kostensenkende Nutzen der Abwärme sowie eine energieeffiziente Kühlung mit klar definierten Energieströmen.
Standardisierte Systemlösung
Der Siemens-Konzern hat sein Antriebsportfolio um modulare flüssigkeitsgekühlte Schranksysteme mit der Produktbezeichnung Sinamics S120 Cabinet Modules flüssigkeitsgekühlt erweitert. Sie vereinen die Eigenschaften flüssigkeitsgekühlter Chassis-Geräte aus der Sinamics-Reihe mit denen der luftgekühlten Schranksysteme aus dieser Antriebsfamilie: Gegenüber letzteren lässt sich Stellfläche einsparen – und das Antriebssystem wird anschlussfertig ab Werk geliefert. Dabei sind die neuen flüssigkeitsgekühlten Schranksysteme modular und flexibel zusammenstellbar. In Funktionalität, Leistung und mit einem umfangreichen Optionspaket lassen sie sich an ein breites Spektrum von Antriebsaufgaben anpassen. Sie sind über die bekannten Engineering Tools projektierbar und per Artikelnummer und mit kurzen Lieferzeiten bestellbar. Die Inbetriebnahme erfolgt analog zu den anderen Standardantrieben im Sinamics-Portfolio. Als kundenspezifische Antriebslösung gab es flüssigkeitsgekühlte Sinamics-Schaltschränke schon seit einiger Zeit. Für einen vereinfachten Zugang hat der Automatisierungsausrüster seine flüssigkeitsgekühlten Antriebsschränke nun zur Systemlösung mit durchgängig typgeprüften Komponenten ausgebaut und standardisiert.
Modularer Aufbau für effiziente Wärmeabfuhr
Die neuen Schranksysteme gibt es derzeit für Leistungen zwischen 90 und 5.700kW im Niederspannungsbereich von 380 bis 690V. Einsatzschwerpunkt sind Mehrachsanwendungen mit zentraler Netzanschaltung und Energieausgleich per Zwischenkreissammelschiene. Doch auch Einzelantriebe lassen sich effizient realisieren. Das Schranksystem ist als werkseitig zusammengebaute Transporteinheiten mit bis zu 2.400mm Gesamtbreite in 200mm Schritten konfiguriert werden. Als aktive Komponenten stehen flüssigkeitsgekühlte Active Line Connection Modules mit Active Interface Modules und Active Line Modules als geregelte Einspeise-/Rückspeiseeinheiten sowie Basic Line Connection Modules (Einspeisegleichrichter mit Thyristorbestückung) und Motor Modules als Wechselrichter zur Verfügung. Heat-Exchanger-Module (Kühleinheiten) ermöglichen die aktive Anbindung an externe Kühlsysteme – auch mit redundanten Pumpen oder Dreiwegeventil für den Betauungsschutz. Wärmetauscher für die Innenklimatisierung der Schaltschränke erlauben zudem eine geschlossene Ausführung. Damit lassen sich auch Ausführungen in Schutzart IP55 sehr einfach realisieren
Geräuscharme Antriebskomponenten
Ein Nebeneffekt der Flüssigkeitskühlung ist die geringere Geräuschemission der Antriebskomponenten. Die Geräuschentwicklung der Ein-/Rückspeise- und Motor-Module beträgt bis zu 60db (A). Durch die höhere mechanische Dämpfung der Wasserkühlung ist auch die Schallabstrahlung der induktiven Komponenten etwas geringer als bei ihren luftgekühlten Pendants. Besonders geeignet sind Sinamics-Umrichter für den Betrieb an Simotics-Motoren. In dieser Kombination sind die Spannungen, Ströme und Pulsmuster des Frequenzumrichters, Regelstrukturen und -parameter aufeinander abgestimmt – was das Motorengeräusch mindert und den Aufwand für den Schallschutz senkt.
Kosten- und energiesparende Antriebslösung
Beim Einsatz des Schranksystems sind niedrige Lifecycle-Kosten zu erwarten. Die flüssigkeitsgekühlte Antriebslösung lässt sich nun mit den gleichen Standardwerkzeugen projektieren, konfigurieren und in Betrieb setzen wie luftgekühlte Antriebe. Aufgrund der Standardisierung bietet das modulare Baukastensystem dem Entwickler die nötige Flexibilität für individuelle Antriebslösungen. Ein umfangreiches Optionsspektrum hilft dabei, die Anforderungen – selbst anspruchsvoller Anwendungen und Branchen – komplett abzudecken. Da die Sinamics-Komponenten auch beim Betrieb mit Frostschutzmittel kein De-Rating (Leistungsreduzierung) erfordern, ist es nicht mehr nötig, den Antrieb überzudimensionieren. Bei vielen Mehrachslösungen genügt aufgrund des Energieausgleichs über den Zwischenkreis eine Einspeiseeinheit mit niedrigerer Leistung als die Summenleistung aller Einzelantriebe. Dadurch dass der Hersteller die Antriebslösung als anschlussfertige Einheit liefert, sparen Anwender bei der Installation Zeit und Geld. Darüber hinaus reduziert sich das Risiko von Verzögerungen während der Inbetriebsetzung. Im Betrieb bewirkt die energieeffiziente Flüssigkeitskühlung weniger Kosten hinsichtlich Entwärmung von Schaltschrank und Schaltraum. Denn im Vergleich zur Luftkühlung muss bei Flüssigkeitskühlung nur ein Bruchteil des Volumenstroms bewegt werden. Im Ergebnis fallen die Energiekosten für die Flüssigkeitskühlung um bis zu 80 Prozent geringer aus. Anwender können die Verlustleistung des Antriebs entweder direkt über Wärmetauscher oder mit Hilfe einer Wärmepumpe nutzen: Sie nimmt die im Kühlwasser der Antriebe gespeicherte Energie auf und bringt sie in den Brauchwasser- bzw. Prozesswärmekreislauf ein. Dies erschließt weitere Einsparpotenziale.
