Kühlgeräte für Maschinensteuerungen einmal nicht von der Stange

Bei der Schaltschrankklimatisierung kann für die meisten Anwendungen auf standartisierte Geräte zurückgegriffen werden. Für spezielle kundenspezifische Anwendungen erfordert es jedoch immer wieder massgeschneiderte Lösungen zu entwickeln. Seifert Systems bezeichnet sich als Pionier in Sachen Schaltschrankklimatiserung und versteht unter der Verantwortung zum Kunden auch die partnerschaftliche Entwicklung von neuen Produkten.

Beschrieben wird die Entwicklung einer erst kürzlich realisierten Produktreihe. Ein global agierendes Unternehmen aus der Lebensmittelverarbeitung entschied sich für die Schaltschränke seiner neuentwickelten Maschinenreihe Dachaufsatzgeräte von Seifert Systems einzusetzen. Es handelte sich hierbei um unterschiedliche Maschinentypen, bei denen aber ein baugleiches Kühlgerät zum Einsatz kommen sollte.

Standardgeräte konnten nicht eingesetzt werden
Aufgrund der geforderten Abmessungen sowie der internen Luftführung konnten bestehende Standard-produkte von vornherein nicht eingesetzt werden. Es benötigte daher eine auf die Kundenanforderungen angepasste Gerätefamilie, welche zwar die bewährten Seifert Technologien und Komponenten beinhalten sollten, darüber hinaus aber massgeschneidert auf die neue Maschinenreihe passen sollte.

Desweiteren sollten alle relevanten Gerätedaten über die gesamten Lebensdauer erfasst und über eine USB Schnittstelle auslesbar sein. Eine einfache LED Anzeige sollte den aktuellen Status des Kühlgerätes anzeigen. Hierzu hatten sich Seifert und der Kunde auf den Einsatz einer von aussen gut sichbaren Power LED geeinigt, die über verschiedene Farben und Blinkverhalten den jeweiligen Betriebsstatus anzeigte. In vielerei Hinsicht wurden hier bereits Features in das Konzept eingepflegt, die in Richtung Industrie 4.0 gehen.

Eine weitere wichtige Anforderung an das neue Gerätekonzept waren extreme mechanische Belastungen verursacht durch Vibrationen in der Anlage, welche sich bis zum Schaltschrank und somit auch bis zum Kühlgerät übertragen konnten. Der Ansatz hier war eine einfache und robuste Systemauslegung zu konzipieren, sodass Vibrationen und auftretende Stosszustände problemlos absorbiert werden konnten, ohne Schäden am Kühlgerät zu verursachen.
Um diese wichtige Anforderung besser definieren zu können, wurden Messungen an verschiedenen Einsatzorten des neuen Maschienentyps durchgeführt. Hierbei stellte sich schnell heraus, dass weniger die Vibrationen sondern überwiegend die vereinzelt auftretenen Stosszustände negative Einwirkungen auf das Kühlgerät haben würden.

Messungen beim TÜV Süd
Seit vielen Jahren entwickelt Seifert Systems u.a. Produkte für Militäranwendungen. Auch hier überwiegen die Anforderungen an die Systemrobustheit gegenüber industriellen Anwendung stark. Somit konnte auf bestehende Lösungen und Konzepte zum Thema Schock -und Vibrationsbelastungen aufgebaut werden.

Neben Computersimulationen wurden gemeinsam mit dem TÜV Süd Messungen mit Hilfe von 3-Achsen Beschleunigungssensoren an den ersten Prototypen durchgeführt um zusätzliche Messdaten für die Auslegung einzelner kritischer Komponenten, Befestigungen und Halterungen sowie deren Materialien zu erlangen. Nach Analyse der Messdaten des TÜV Süd durch die IABG wurden 6 g / 4 ms Halbsinusschocks als schädigungsrelevant für die Kühlgeräte X-Achse definert.

Komplett neues Gerätekonzept
Das Know How bestand nun darin, das Anforderungsprofil von 6 g / 4 ms Halbsinusschocks in das Kühlgerätedesign zu übertragen und darüber eine belastbare Aussage zur Lebensdauer tätigen zu können. Das neue Kühlgerät wurde u.a. mit verstärkten Halterungen und einer speziell ausgeloteten Schockdämpfung an einzelnen Komponenten versehen. Darüberhinaus wurden Gehäuseteile versteift, auf sonst übliche Schweissnähte verzichtet und der Kühlkreislauf wurde der extremen Anforderung entsprechend neu ausgelegt. Im Anschluss wurde eine Nullserie produziert, die ausschliesslich zu Testzwecken freigegeben wurde. Hierzu sollten Tests unter möglichst praxisnahen Bedingungen durchgeführt werden.

IABG Testaufbau
Seifert Systems ist besonders dankbar für dieses Projekt die Fachkompetenz der IABG (Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft) in Ottobrunn, Bereich Raumfahrt, in Anspruch genommen zu haben.

Die Vibrations- und Schockprüfungen am Kühlgerät wurden gemeinsam mit den Ingenieuren der IABG auf einem Vertikal- bzw. Gleittisch mit max. 200 kN durchgeführt. Das Kühlgerät sollte die mechanischen Belastung hauptsächlich an der X-Achse erfahren, da es in der Applikation als die für die Lebensdauer am meisten relevante Achse angesehen wurde.

Die Analyse der vom TÜV Süd gemessen Beschleunigungen hatten ergeben das man sich bei der Prüfung auf die Stoßbelastung und weniger auf die Rauschbelastung fokusiert, da die 6 g / 4 ms Halbsinusschocks dem in der Realität als schädigungsrelevant wahrgenommenen Lastfall am nächsten kamen.

Das Gerät wurde nach jeder Testachse einer Funktionsprüfung und Sichtkontrolle unterzogen. Nach Abschluss der Testreihe wurden auftretende Schäden oder Auffälligkeiten dokumentiert.

Prüfablauf
Sowohl Umgebungsbedingungen wie Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit als auch die spezifischen Testparameter wie die Schockform, die Anzahl der Schocks pro Richtung, die Spitzenbeschleunigung sowie die Schockdauer (jeweils vertikal & lateral) wurden vorab festgelegt.

Zur Regelung der Vibrationsanlage wurden Beschleunigungsaufnehmer (sogenannte Piloten) verwendet. Am Kühlgerät wurden an vier Positionen Antwortbeschleunigungen in 3 Achsen gemessen.

Prüfergebnis
Die Tests bei der IABG wurden anhand eines Prüfprogramms erfolgreich in den drei Achsen des Kühlgerätes absolviert. Die Beschleunigungsverläufe ausgewertet und das Prüfergebnis schlussendlich als erfolgreich eingestuft.

Testläufe beim Kunden
Das Gerätedesign wurde nunmehr für Feldtests an ausgewählten Kundenstandorten freigegeben. Nach einer erfolgreich absolvierten Testdauer von 6 Monaten, wurden die neuen Kühlgeräte vom Kunden freigegeben.

Schlusswort
Diese Projektstudie zeigt auf, wie durch ganzheitliche Kooperation zwischen Hersteller und Kunden, sowie durch Ünterstützung kompetenter wenn auch branchenfremder Partner, eine erfolgreiche und zieloriente Produktentwicklung möglich ist. Netzwerkbildung sowie die Fähigkeit über den Tellerrand des eigenen Geschäftsfeldes zu schauen, spielten hierbei eine zentrale Rolle.