Schaltschrank Kühlung: Unzulässige Erwärmung vermeiden

Wenn sich ein Schaltschrank zu stark erwärmt, kann das die Lebensdauer von Komponenten verkürzen, Ausfälle verursachen und die Normkonformität gefährden. Die Erwärmungsgrenzen nach DIN EN (IEC) 61439 sind daher verbindlich einzuhalten. Dieser Beitrag zeigt Ihnen Schritt für Schritt, wie Sie die thermische Situation realistisch bewerten, die Verlustleistung im Schaltschrank korrekt ermitteln und daraus den tatsächlichen Kühl- oder Heizbedarf ableiten. Sie erfahren außerdem, wann eine Schaltschrank Kühlung notwendig wird und wie sich passende Lösungen – etwa mit Peltier-Technik – systematisch auswählen lassen.

Schaltschrank Kühlung beginnt bei der Verlustleistung

Elektrische Betriebsmittel arbeiten nie verlustfrei. Ein Teil der aufgenommenen Energie wird als Wärme an die Umgebung abgegeben. Diese Verlustleistung im Schaltschrank ist die zentrale Grundlage jeder thermischen Auslegung. Am zuverlässigsten lassen sich die Werte über Herstellerangaben ermitteln.

Sinnvoll ist es, die Verlustleistung bereits in der Stückliste zu dokumentieren. Auch in E-CAD-Systemen sollte sie direkt beim Anlegen der Artikel hinterlegt werden. So entsteht frühzeitig eine belastbare Datengrundlage. Ein rechnerischer Nachweis zur Einhaltung der Erwärmungsgrenzen ist nicht nur technisch sinnvoll, sondern wird von der DIN EN 61439 ausdrücklich gefordert.

Auslastung und Gleichzeitigkeit richtig berücksichtigen

Für die reale thermische Betrachtung zählt nicht nur die installierte, sondern die tatsächlich wirksame Verlustleistung.

Zunächst wird der Auslastungsfaktor betrachtet. Die Norm empfiehlt, Betriebsmittel dauerhaft mit maximal 80 % ihrer Nennleistung zu betreiben. Wird ein Gerät im realen Betrieb geringer belastet, reduziert sich auch die entstehende Wärme entsprechend.

Anschließend ist die Gleichzeitigkeit der Stromkreise zu bewerten. Nicht alle Verbraucher arbeiten permanent unter Volllast. Die Norm enthält Richtwerte, wie stark Hauptstromkreise abhängig von ihrer Anzahl typischerweise gleichzeitig belastet werden. Diese Faktoren senken die anzusetzende Gesamtverlustleistung oft deutlich und verhindern eine überdimensionierte Schaltschrank Kühlung.

Der Schaltschrank im thermischen Kontext

Neben den inneren Wärmequellen beeinflusst auch die Umgebung den Wärmehaushalt. Deshalb wird der Schaltschrank immer im Kontext seiner Aufstellung betrachtet. Zuerst wird die wirksame Oberfläche anhand von Höhe, Breite und Tiefe bestimmt. Die Aufstellart spielt ebenfalls eine Rolle. Ein freistehender Schaltschrank kann Wärme besser abgeben als ein Anreihschrank oder eine Wandmontage.

Anschließend wird mit dem materialabhängigen k-Faktor der Wärmedurchgangskoeffizient des Gehäuses ermittelt. Daraus ergibt sich, wie viel Wärme über die Gehäuseflächen abgeführt oder aufgenommen wird. Entscheidend ist die Temperaturdifferenz zwischen Innenraum und Umgebung. Ist die Umgebung wärmer als das Schrankinnere, fließt zusätzliche Wärme in das Gehäuse. Bei großen Differenzen kann eine geeignete Isolierung diese Wärmeeinstrahlung deutlich reduzieren. Dadurch sinkt der erforderliche Leistungsbedarf der Schaltschrank Kühlung.

Am Ende werden

die effektive innere Verlustleistung und
die durch die Umgebung beeinflusste Wärmeleistung

addiert. Das Ergebnis ist der tatsächliche Kühl- oder Heizbedarf am Arbeitspunkt.

Schaltschrank Kühlung richtig auslegen

Ergibt die Berechnung einen Kühlbedarf, muss ein geeignetes Gerät ausgewählt werden. Grundlage sind die Leistungsdiagramme der Hersteller.

Dabei werden drei Werte zusammengeführt:

Erforderliche Kühlleistung
Maximale zulässige Innentemperatur
Maximale Umgebungstemperatur

Diagramm mit Kühlleistung (x-Achse) und Innentemperatur im Schaltschrank (y-Achse); es zeigt, wie abhängig von der Umgebungstemperatur die notwendige Schaltschrankkühlung berechnet wird

Liegt der Betriebspunkt innerhalb des Leistungsbereichs des Geräts, ist es geeignet. Andernfalls muss ein leistungsstärkeres Modell gewählt oder die thermische Situation verbessert werden, zum Beispiel durch geringere Verlustleistung oder bessere Isolierung.

Viele Herstellende bieten dafür digitale Auslegungstools an. Diese helfen, die Schaltschrank Kühlung berechnen zu können und die Ergebnisse zu dokumentieren. Dabei ist zu beachten, dass Hersteller die Kennlinien bei der Berechnung der erforderlichen Kühlleistung hinterlegen. Somit können die Ergebnisse der Anforderungen an die Kühlleistung genauer sein als bei der Nutzung allgemeiner thermischen Berechnungstools.

Für Unterstützung bei der Berechnung der erforderlichen Schaltschrankkühlleistung nutzen Sie bitte dieses Formular. Achten Sie darauf, alle relevanten Felder vollständig auszufüllen, damit eine genaue Bewertung erfolgen kann.

Peltier-Technik als Option für die Schaltschrank Kühlung

Eine Möglichkeit zur Kühlung sind thermoelektrische Systeme auf Basis des Peltier-Effekts. Sie arbeiten ohne Kältemittel und mit wenigen beweglichen Teilen. Dadurch sind sie wartungsarm und können bei geschlossenen Gehäusen den IP-Schutz aufrechterhalten. Peltier-Geräte eignen sich vor allem für kleinere bis mittlere Leistungen und Anwendungen mit hohen Anforderungen an Dichtheit oder geringe Wartung. Ob sie geeignet sind, hängt immer vom berechneten Kühlbedarf und den Umgebungsbedingungen ab.

Heizen und kühlen: Besonderheit der Peltier-Technik

Ein Vorteil thermoelektrischer Systeme ist ihre Umkehrbarkeit. Wird die Stromrichtung geändert, kann dasselbe Gerät Wärme in den Schaltschrank einbringen. So lässt sich auch der Heizfall abdecken, etwa zum Schutz vor Kondensation bei niedrigen Umgebungstemperaturen. Ob die Heizleistung ausreicht, zeigt ebenfalls die zuvor durchgeführte thermische Berechnung. Eine separate Schaltschrankheizung kann dadurch in manchen Fällen entfallen. Diese besondere Eigenschaft der Peltier-Geräte wird besonders häufig zur Schaltschrank Temperierung im Outdoor-Bereich eigesetzt.

Das Peltier-Schaltschrank-Temperier-System hält die Schaltschrankinnentemperatur in einem voreingestellten Bereich, zum Beispiel zwischen 5°C und 40°C, indem das Peltier-Gerät bei hohen Umgebungstemperaturen größer 40°C das Schaltschrankinnere kühlt und im Winter bei Frosttemperaturen den Innenraum heizt.

Zwei Schaltschränke unterschiedlicher Größe stehen allein in einer sandigen Landschaft.

Versorgungstechnik nicht vergessen

Bei der Berechnung der Verlustleistung im Schaltschrank müssen auch die eingesetzten Kühl- oder Heizgeräte selbst berücksichtigt werden. Ihre elektrische Leistungsaufnahme wird teilweise in Wärme umgewandelt und beeinflusst die Gesamtbilanz.

Befindet sich die Stromversorgung eines Kühlgeräts außerhalb des Schrankinnenraums, reduziert sich die thermische Belastung im Inneren entsprechend. Diese Details sollten in der Auslegung dokumentiert werden.

Fazit: Berechnung schafft Sicherheit

Eine normgerechte Schaltschrank Kühlung beginnt nicht bei der Geräteauswahl, sondern bei der sauberen Ermittlung der Verlustleistungen und der realen Betriebsbedingungen. Erst die Kombination aus Auslastung, Gleichzeitigkeit, Gehäuseeigenschaften und Umgebungstemperatur liefert ein verlässliches Ergebnis. Mit einer strukturierten thermischen Auslegung erhöhen Sie die Betriebssicherheit, vermeiden Überhitzung und erfüllen die Anforderungen der DIN EN 61439 nachvollziehbar und dokumentierbar.

Wenn Sie Unterstützung bei der thermischen Auslegung, beim Erwärmungsnachweis nach DIN EN 61439 oder bei der Auswahl geeigneter Kühltechnik benötigen, finden Sie bei uns Ihren fachlichen Ansprechpartner.

Gautinger Str. 45
82061 Neuried
+49 89 72481500
info@dnpt.de