Schaltschrank-Heizungen

Abb. 1: Heizung mit PTC-Heizelement ohne Lüfter. Die Wärmeabstrahlung erfolgt über die Oberfläche des Aluminiumprofils.
Die Abbildung dient nur zur Veranschaulichung.

Unsere Heizungen basieren auf zwei verschiedenen Technologien: zum einen verwenden wir sogenannte PTC-Elemente, auch Kaltleiter genannt. PTC ist die Abkürzung für Positive Temperature Coefficient. Vereinfacht funktionieren die PTC Heizelemente folgendermaßen: sobald Spannung anliegt, wird das Element erhitzt, jedoch erhöht sich auch der Widerstand mit steigender Temperatur, das Heizelement der Schaltschrankheizung ist also selbstregelnd. Eine weitere Eigenschaft der PTC-Elemente ist die sehr schnelle Erwärmung, entsprechend hoch ist dabei jedoch auch der Anlaufstrom.

PTC-Heizelemente zusammengefasst:

+ schnelles Aufheizen

+ selbstregelnd

+ hoher Anlaufstrom

+ Konvektionswärme

Abb. 2: Schaltschrank-Heizung mit Lüfter (auch Heizgebläse genannt). Der an der Unterseite montierte Lüfter sorgt für einen stetigen Luftstrom, die Verteilung innerhalb des Gehäuses ist so wirksamer.
Die Abbildung dient nur zur Veranschaulichung.

Die andere Technologie basiert auf Heizwiderständen. Diese Form ist in allen Lebensbereichen anzutreffen: Kochfelder (nicht bei Induktionskochfeldern), Tauchsieder, Wasserkocher order elektrische Fussbodenheizungen basieren alle auf dieser Art der Elektrowärme. Dabei wird ein niedrigohmiger Metalldraht (Heizleiter) von Strom durchflossen, dieser erhitzt sich und gibt somit Wärme ab. Durch das ohmsche Gesetz ist die Wärmeleistung abhängig von dem Widerstand des verwendeten Heizleiters und des elektrischen Stromdurchflusses (angelegte Spannung). Dabei ist zu beachten, dass die Heizleistung nicht den Schmelzpunkt des Heizdrahtes übersteigt und ebenso darf die Temperatur auch nicht die zulässigen Maximalwerte für das Isoliermaterial oder Gehäuse übersteigen. Widerstandsheizungen erwärmen sich langsam, haben dadurch jedoch auch einen vernachlässigbar geringen Anlaufstrom. Ein eingebauter Temperaturwächter schaltet die Heizung bei erhöhter Temperatur (bspw. durch Ausfall oder Blockierung des Lüfters) ab.

Heizwiderstände zusammengefasst:

+ langsames Aufheizen

+ Temperaturwächter

+ kein Anlaufstrom

Abb. 1: Schaltschrank-Heizung direkt angeschlossen

Anschlussvariante 1: Direkter Anschluss ohne Regelung (nicht empfehlenswert)

Der Direktbetrieb ohne Regelung wird für den Produktionsbetrieb ausdrücklich nicht empfohlen, da das Gehäuse/der Schaltschrank unnötig aufgeheizt wird. Man überschreitet dann leicht die zulässigen Temperaturgrenzen moderner Komponenten, was im schlimmsten Fall zu einem Ausfall der kompletten Steuerung führen kann. Daher sollte immer eine Regelung in Betracht gezogen werden, entweder mittels Thermostat oder Hygrostat oder auch durch eine bereits integrierte SPS, falls dort auch die entsprechenden Daten bereitstehen.

Auch wenn die Heizung nur zu Testzwecken in Betrieb genommen werden soll sind die erforderlichen Sicherheitsabstände und Empfehlungen aus der Bedienungsanleitung zu befolgen. Vor allem die Schaltschrankheizungen mit PTC-Heizelement werden extrem schnell heiß, was im schlimmsten Fall zu Verbrennungen führen kann. Daher die Heizung -auch zu Testzwecken- betriebssicher montieren!

Abb. 2: Schaltschrankheizung mit zusätzlichem Thermostat zur Temperaturregelung.

Anschlussvariante 2: Regelung durch einen Thermostaten

Der Anschluss einer Schaltschrankheizung mit der Regelung über einen zusätzlichen Thermostaten ist wohl die weitverbreiteste Variante. Der Thermostat unterbricht den L-Leiter und kann beliebig im Gehäuse/Schaltschrank platziert werden. So kann man die Temperaturmessung unabhängig vom Standort der Heizung vornehmen.

Die Thermostate gibt es in verschiedenen Ausführungen: Die einfachste Variante ist ein Thermostat mit fest eingestellter Schalttemperatur. Damit ist die Regelung auch manipulationssicher. Thermostate mit variablem Einstellbereich zwischen -10 und +80°C sind für den flexibleren Einsatz verfügbar. Beide Schaltschrank-Thermostat Varianten verfügen über ein Bimetall und benötigen keine weitere Spannungsquelle. Elektronische Thermostate mit genauerem Schaltpunkt runden das Programm ab. Das genaue Regelverhalten entnehmen Sie entweder dem Datenblatt oder der beiliegenden Betriebsanleitung. Unsere Thermostate sind entweder als Öffner (NC) oder Wechsler (CO) ausgeführt.

Darüber hinaus führen wir selbstverständlich auch Thermostate mit Schließer-Kontakt (NO) welche aber für den Betrieb von Heizungen ungeeignet sind. Die Thermostate werden für Kühl-Regelungen verwendet (Lüfter, Filterlüfter, Kühlgeräte).

Abb. 3: Schaltschrankheizung mit zusätzlichem Hygrostat zur Luftfeuchteregelung.

Anschlussvariante 3: Regelung durch einen Hygrostaten

Schaltschrankheizungen können nicht nur zur Temperaturregelung verwendet werden sondern auch zur Steuerung der Luftfeuchtigkeit innerhalb eines Gehäuses/Schaltschrankes. Dafür empfiehlt sich die Verwendung eines Hygrostaten.

Bei Hygrostaten wird eine maximale Luftfeuchtigkeit (zwischen 40 und 95%rF) mittels Stellrad eingestellt. Erreicht die Lutfeuchtigkeit dann eine bestimmte Grenze, wird die Heizung zugeschaltet, bis die Luftfeuchtigkeit wieder abgesunken ist. Das genaue Regelverhalten entnehmen Sie entweder dem Datenblatt oder der beiliegenden Betriebsanleitung. Unsere Hygrostate besitzen einen Wechsler (CO).

Abb. 4: Schaltschrankheizung mit zusätzlichem Hygrostat zur Luftfeuchteregelung und Thermostat zur Temperaturregelung.

Anschlussvariante 4: Regelung durch einen Hygrostaten oder einen Thermostaten

In manchen Fällen kann es erforderlich sein, die Heizung sowohl für die Temperaturregelung als auch zur Luftfeuchteregelung zu verwenden. In diesem Fall kann man eine Parallel-Schaltung von Thermostat und Hygrostat zur Steuerung verwenden. Somit wird entweder der Thermostat bei unterschreiten der gewünschten Gehäuse-Temperatur ansprechen, oder der Hygrostat bei erreichen der erlaubten Luftfeuchtigkeit.

Diese oder-Schaltung wird durch einen Thermostaten mit Öffner-Kontakt (NC - normally closed) und einem Hygrostaten mit Wechselkontakt (CO - change over) realisiert.