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Kostentreiber von Kühlsystemen

Abbildung 1: Ein Einblick Abbildung 1: Ein Einblick
ins Innenleben eines
Umluftkühlsystems von Lytron

Kühlsysteme, einschliesslich kompressorbasierte RückkühlerWassertauschsysteme und Umluftkühlsysteme, können als serienmässige (“von der Stange”), modifizierte und komplett kundenspezifische Systeme erworben werden, um Ihre individuellen Anforderungen zu erfüllen. Wenn Sie mit einem Hersteller zusammenarbeiten, der eine grosse Anzahl von Standardtechnologien zur Verfügung hat sowie über viel Erfahrung beim Design von kundenspezifischen Systemen verfügt, sind Sie in der Lage, ein Standardsystem zu modfizieren oder ein komplett kundenspezifisches System zu einem besonders guten Preis-Leistungsverhältnis zu bekommen. Wenn ein Standardkühlsystem oder ein leicht modifiziertes Kühlsystem Ihren Ansprüchen genügt, sparen Sie normalerweise Kosten im Vergleich zu einer kundenspezifischen Lösung ein. Wenn allerdings ein modifiziertes oder kundenspezifisches System benötigt wird, hilft es, Ihren Lieferanten früh in den Designprozess einzubeziehen, damit dieser die stark variierenden Kostentreiber identifiziert und prüft. Kundenspezifische Systeme können mit erheblichen, einmaligen Entwicklungskosten verbunden sein, um die Designspezifikationen zu erfüllen.

Einige der Spezifikationen, die einen Einfluss auf die Material -und Herstellungskosten haben, schliessen Art des Kühlsystems, kundenspezifische vs. standardisierte Komponenten, Positionen und Abstand der internen Komponenten, Ansteuerung für viele Sensoren und Instrumente, spezielle Stromversorgungen, Kompatibilität mit bestimmten Flüssigkeiten und Zertifikationen ein.

Abbildung 2: Kundenspezifisches<br /> Wassertauschsystem Abbildung 2: Kundenspezifisches
Wassertauschsystem

Umluftkühlsystem, Wassertauschsystem oder Rückkühler

Ein Umluftkühlsystem, oder modulares Kühlsystem (Modular Cooling System - MCS™) wird eine zuverlässige Kühlung für Anwendungen bieten, bei denen eine präzise Temperaturkontrolle und die Kühlung unterhalb der Umgebungsluft nicht benötigt wird. Ein MCS besteht aus einem hochleistenden Wärmetauscher mit integralem Lüfter, Pumpe und einem Tank in einem robusten Metallgehäuse (siehe Abbildung 1). Ein serienmässiges Umluftkühlsystem kann eine Verlustleistung von bis zu 3.5 kW bewältigen. Ein Wassertauschsystem (Liquid-to-Liquid Cooling System (LCS™) hat ebenfalls einen Wärmetauscher, eine Pumpe und einen Tank in einem Gehäuse. Jedoch bietet ein LCS eine präzise Temperaturkontrolle der Prozesskühlflüssigkeit und es überträgt die Verlustleistung zum Betriebswasser mit Hilfe eines Plattenwärmetauschers (siehe Abbildung 2). Wenn Betriebswasser nicht zur Verfügung steht und eine präzise Temperaturkontrolle oder eine Kühlung unterhalb der Umgebungsluft benötigt wird, ist ein Kodiak® Rückkühler die beste Lösung (siehe Abbildung 3).

Ein Standard-Wassertauschsystem und ein Rückkühler haben, je nach Grösse und ausgewählten Optionen, eine ähnliche Kostenstruktur. Allerdings bietet ein Standard-Rückkühler bis zu 8kW Kühlleistung, während ein Standard LCS eine Kühlleistung bis zu 22 kW bietet. Eine Auswahlhilfe für ein Kühlsystem anhand der Verlustleistung und der Sollwerttemperatur bietet Abbildung 4. Auch sollten Sie bedenken, dass ein Kühlsystemhersteller typischerweise eine Mindestbestellmenge für modifizierte oder kundenspezifische Systeme verlangt.

Kundenspezifische Komponenten

Abbildung 3: Kodiak Rückkühler Abbildung 3: Kodiak Rückkühler
Selbst in einem kundenspezifischen System sind nahezu alle internen Komponenten Standardprodukte. Bei der am Markt erhältlichen Auswahl an WärmetauschernPumpen, Tanks und Lüftern, ist die Spezifikation einer nicht bereits entwickelten und hergestellten Komponente höchst selten. Falls jedoch eine kundenspezifische Komponente benötigt wird, ist dies mit einem zusätzlichen Entwicklungs- und Herstellungsaufwand verbunden. Das erhöht selbstverständlich die Kosten. (Im Artikel “Kostentreiber für Wärmetauscher ” finden Sie nähere Informationen zu kundenspezifischen Wärmetauschern.)

Position und Abstand von internen Komponenten

Kundenspezifsche Komponenten werden eher selten verlangt. Eine häufige Anfrage ist jedoch ein  kundenspezifisches Kühlsystem mit vielen Komponenten in ein eng begrenztes Volumen. Dieser Anforderung kann entsprochen werden, indem die Komponenten dichter zueinander angeordnet werden und/oder kleine, effizientere  Bauteile augewählt werden. Je enger und dichter die Anordnung von Komponenten in einem Gehäuse, desto schwieriger gestaltet sich der Entwurf und die Herstellung eines solchen Systems. Manchmal erschwert das kompaktere Design ebenso die Wartung und den Service. Eng verpackte Komponenten limitieren ebenso den Luftdurchsatz und somit die Leistung. Folglich kann der Einsatz von leistungsstärkeren Lüftern oder besseren Wärmetauschern nötig sein. Ausserdem geht eine Veränderung der Komponentenposition und –abstand mit einer Überprüfung des Druckabfalls sowie Kontrolle der Position aller Anschlussstücke und  weiteren Designelementen einher, damit sichergestellt wird, dass das Produkt alle Anforderungen erfüllt.

Steuereinheiten für Sensoren und Instrumente

Abbildung 4: Die Bewertung von Verlustleistung und Sollwerttemperatur unterstützt bei der Auswahl eines KühlsystemsAbbildung 4: Die Bewertung von
Verlustleistung und Sollwerttemperatur
unterstützt bei der
Auswahl eines Kühlsystems

Steuereinheiten bieten zahlreiche Möglichkeiten, dass Kühlsystem zu überwachen, beispielsweise durch eine Anzeige oder durch Datenübertragung zu einem Computer. Steuereinheiten von Standard-Rückkühlern bieten eine digitale Temperaturanzeige, Kalibrierungs-Offset, Abschaltung bei niedrigem Durchfluss, Auto-Neustart, °C/°F-Schalter, akustische Anzeigen, Alarm-Stummschaltung, digitale Druckmessung, Anzeige bei niedrigem Füllstand, niedrig/hohe Temperatur, Druck, Fehlerabschaltung (Ein/Aus-Schalter) und Relaiskontakte. Die Steuereinheit eines LCS Wassertauschsystems bietet eine digitale Temperaturanzeige, C/°F-Umschaltung, Anzeige für Übertemperatur, Kalibrierungs-Offset, Anzeige bei niedrigem Füllstand, Anzeige für geringe Strömung und einen Analogausgang. Wenn zusätzliche Sensoren oder Instrumente benötigt werden, können die Kosten der Steuereinheit erheblich ansteigen. In einem kundenspezifischen Kühlsystem kann die Steuereinheit die teuerste Komponente darstellen. Ein Kosten-Nutzen-Vergleich aller spezifizierten Sensoren und Instrumente wird dringend empfohlen. Benötigen Sie beispielsweise im Fall einer Entionisierungsmessung den exakten Wert oder lediglich einen Alarm, falls der Wert einen bestimmten Punkt überschreitet? Ein Alarm ist sehr viel kostengünstiger als eine präzise, digitale Wertanzeige. Das gleiche gilt für Durchfluss, Druck und Temperatur. Für manche Anwendungen sind allerdings die zusätzlichen Sensoren und Instrumente nötig und die Kosten gerechtfertigt. Es kann nämlich einen extra Schutz für das Kühlsystem und für die zu kühlende Anwendung bieten.

Abbildung 5: Die elektrische Konfiguration von StandardkühlsystemenAbbildung 5: Die elektrische
Konfiguration von
Standardkühlsystemen

Spezielle Stromversorgungen

Ähnlich wie bei der Steuereinheit ist es wichtig abzuwägen, ob eine kundenspezifische Stromversorgung wirtschaflich ist. Die von Standardsystemen gebotenen elektrischen Konfigurationen erfüllen die Anforderungen der meisten Anwendungen (Siehe Abbildung 5). Es gibt einphasige, dreiphasige sowie andere Optionen, die eine etwas mehr universelle elektrische Konfiguration bieten, beispielsweise der Betrieb unter beiden Frequenzen. Solche Lösungen sind allerdings mit höheren Kosten verbunden. In manchen Fällen kann die Spezifikation von zwei oder mehr unterschiedlichen kundenspezifischen Kühlsystemen, die für unterschiedlche Regionen ausgelegt sind, die kosteneffektivere Wahl gegenüber einer Universallösung sein.

Kompatibiltät mit bestimmten Flüssigkeiten

Ein serienmässiges Umluftkühlsystem ist kompatibel mit einer breiten Auswahl an Kühlflüssigkeiten, einschliesslich Wasser, entionisiertem Wasser, Ölen und Ethylen-Glykol-Wasser Gemischen. Das Standard-Wassertauschsystem LSC ist mit Wasser, entionisiertem Wasser und Ethylen-Glykol-Wasser Gemischen kompatibel, während der serienmässige Rückkühler mit Wasser, entionisiertem Wasser, Ethylen-Glykol-Wasser und Polyalphaolefin (PAO) kompatibel ist. Wenn andere Flüssigkeiten eingesetzt werden, müssen alle Komponenten, die mit der Flüssigkeit in Berührung treten, auf Kompatibilität geprüft werden. Somit wird das Korrosionsrisiko minimiert und die Leistung optimiert. Die Entwicklung eines Kühlsystems mit einer anderen Kühlflüssigkeit kann zusätzliche Entwicklungszeit und kundenspezifische Komponenten erfordern, wie zum Beispiel Spezialschläuche oder –rohre oder Pumpen. Eine Kompatibilität mit Ethylen-Glykol-Wasser oder Leistungswasser stellt eine relativ einfache Aufgabe dar, während ein Kühlsystem, dass mit PAO oder Fluorinert™ kompatibel sein soll, eine grössere Herausforderung darstellt und mit höheren Kosten verbunden ist.

Zertifikationen 

Ein weiteres, kostenintensives Element ist die Zertifizierung eines kundenspezifischen Systems nach bestimmten Standards. Die Standardkühlsysteme sind bereits ETL gemäss UL 61010A-1 getested, CE zertifiziert und WEEE konform. Die Zertifikation eines neuen, kundenspezifischen  Designs erfordert zusätzliche Entwicklungs- und Designarbeit sowie erneute Qualitätskontrolle und zusätzliche Tests.

Je komplexer oder ungewöhnlicher die Anforderungen an das Kühlsystem sind, desto mehr Entwicklungsaufwand ist erforderlich. Das treibt selbstverständlich die Kosten in die Höhe. Kundenspezifische Systeme sind typischerweise mit hohen Entwicklungskosten verbunden, um alle geforderten Spezifikationen zu erfüllen. Bei diesen Systemen nach Mass kommt es meist zu anfänglich hohen, einmaligen Entwicklungskosten. In der Serie wiederum, kann eine kundenspezifische Steuereinheit die Kosten in die Höhe treiben.  Die Kosten von modifizierten oder kundenspezifischen Systemen können sehr stark variieren – Kenntnis über die genauen Spezifikationen ist daher der Schlüssel zum Erfolg. Know-how über die unterschiedlichen Kühlsystemarten, wann Standardprodukte die Entwicklung und Herstellung bescheunigen können, wann zusätzlicher Raumgewinn im System nicht wirtschaftlich ist und welche Sensoren und Instrumente ein Muss sind, machen den Unterschied. Ferner ist es wichtig zu verstehen, dass die Auswahl des Kühlmediums, der Stromversorgung und Zertiifkationen eine grosse Rolle bezüglich der Kosten spielen können.