Die Kunst der Kühlung: Eckelmanns intelligente Regelungstechnik im Detail

Autor: DerSchneider

Einleitung

Wer heute einen Supermarkt betritt, nimmt die beleuchteten Kühlmöbel mit frischem Fleisch, Milchprodukten oder Tiefkühlkost als selbstverständlich wahr. Was im Verborgenen abläuft, ist ein hochkomplexes Zusammenspiel aus Verdichtern, Verdampfern, Ventilatoren und Regelkreisen – eine unsichtbare Welt der Kälteerzeugung, die ohne präzise Steuerung innerhalb weniger Stunden kollabieren würde. Genau hier setzt die Eckelmann AG an. Seit fast 50 Jahren entwickelt das Wiesbadener Unternehmen Regelungstechnik, die Kälteanlagen in Supermärkten, Lebensmittellagern und Industriebetrieben nicht nur am Laufen hält, sondern sie intelligent und energieeffizient betreibt.

Dieser Artikel beleuchtet die Techniken und Komponenten der Eckelmann Kühlstellenregelung – von den historischen Wurzeln über die modernen Algorithmen bis hin zu den Kontroversen um Komplexität und Kosten. Er richtet sich an Elektrotechniker, Kälteanlagenbauer und technisch interessierte Leser, die verstehen wollen, wie aus einem simplen Ein‑/Aus‑Regler ein lernendes, vernetztes System wurde.

Historische Einordnung: Von der mechanischen Feder zum digitalen Bus

In den 1970er Jahren wurden Kühlmöbel noch mit mechanischen Thermostaten geregelt. Jedes Möbel hatte seinen eigenen Verdichter – eine energetische Katastrophe. Die erste Revolution brachte die Verbundkälteanlage: Ein zentraler Verdichter versorgte mehrere Kühlstellen. Damit kam das Problem der Lastverteilung auf. In den 1980ern kamen elektronische Regler auf, die zunächst nur lokale Sollwerte überwachten. Die eigentliche Zäsur geschah 1990 mit der Einführung des CAN‑Busses im Kältebereich – eine Idee, die Eckelmann als einer der Ersten aufgriff. Das 1995 vorgestellte E•LDS (Eckelmann Long Distance Service System) markierte den Durchbruch: Erstmals konnte eine Zentrale mit dezentralen Kühlstellenreglern bidirektional kommunizieren, Störungen melden und automatisch gegeneinander optimieren.

Seither entwickelt Eckelmann seine Plattformen kontinuierlich weiter. Heute stehen wir an der Schwelle zur vierten Generation: Künstliche Intelligenz in der Kühlstellenregelung ist kein Zukunftsmusik mehr, sondern bereits in Prototypen im Einsatz.

Die Technologien im Einzelnen

1. E•LDS – Der Bus, der alles verbindet

Das E•LDS ist ein auf CAN basierendes Bussystem, das jedem Regler eine eindeutige Adresse zuweist und Daten mit bis zu 1 MBit/s überträgt. Im Vergleich zu früheren 4‑20 mA‑Schleifen reduziert es den Verkabelungsaufwand um etwa 60 % und ermöglicht eine Fernparametrierung. Eckelmann hat die Protokolle für die speziellen Anforderungen der Kältetechnik erweitert, etwa um Prioritäten für Alarme und eine automatische Teilnehmererkennung.

Ein wesentliches Feature ist die redundante Busführung: Fällt ein Teil des Kabels aus, bleibt die Kommunikation über den zweiten Zweig erhalten. Das ist besonders in großen Tiefkühllagern mit mehreren hundert Metern Leitungslänge entscheidend.

2. E•COP⁺ – Dynamische Saugdruckregelung

Die E•COP⁺ (früher: Dynamic Suction Pressure Control) ist das Herzstück der Energieeffizienz. Herkömmliche Saugdruckregler halten einen festen Sollwert (z. B. 2 bar). E•COP⁺ hingegen variiert den Saugdruck dynamisch basierend auf:

• Aktuellen Kühllasten der einzelnen Möbel
• Umgebungstemperatur
• Zustand der Verdampfer (Vereisungsgrad)
• Tageszeit (geringere Last nach Ladenschluss)

Die Regelung arbeitet mit einem modellprädiktiven Algorithmus, der die thermische Trägheit der Kühlmöbel vorausberechnet. Praxismessungen zeigen Einsparungen der Verdichterarbeit von 8–12 % – ohne Einbußen bei der Produktsicherheit. Kritiker weisen allerdings darauf hin, dass die Optimierung eine exakte Hydraulik der Kälteanlage voraussetzt; bei schlecht ausgelegten Rohrnetzen kann es zu Schwingungen kommen.

3. Adaptive Abtauung

Das Abtauen von vereisten Verdampfern ist einer der größten Energieposten. Eckelmann setzt auf bedarfsgeführte Abtauung mittels:

• Eissensoren: Direkte Messung der Eisbildung durch kapazitive Sensoren
• Verdampfertemperatur-Gradienten: Aus der zeitlichen Ableitung der Temperaturkurve wird auf die Eisschicht geschlossen
• Lernender Algorithmen: Das System speichert das Abtauverhalten jedes Möbels und passt Intervalle automatisch an

Im Vergleich zu festen Zeitabtauungen (z. B. alle 6 Stunden) senkt diese Methode den Abtauenergieverbrauch um 30–50 %.

Komponentenüberblick

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Hardwareelemente der Eckelmann Kühlstellenregelung zusammen:

Bemerkenswert: Die aktuellen UA 400 E Regler beherrschen die direkte Ansteuerung von elektronischen Expansionsventilen (EEV) ohne separates Modul. Das verbessert die Überhitzungsregelung besonders bei schwankenden Lasten, wie sie in Backabteilungen oder Kühltheken mit Luftvorhang vorkommen.

Kontroversen und Kritikpunkte

Keine Technologie ist ohne Schattenseiten. In Fachforen und bei Kälteanlagenbauern werden immer wieder folgende Punkte diskutiert:

• Komplexität vs. Wartbarkeit: Die tiefe Parametrierbarkeit (häufig >200 Parameter pro Regler) führt dazu, dass nur speziell geschulte Techniker die Systeme optimal einstellen können. Kleine Handwerksbetriebe klagen über mangelnde Standardisierung.
• Kosten für den Mittelstand: Ein komplettes E•LDS mit zentraler Virtus-Steuerung kostet für einen mittleren Supermarkt (50 Kühlstellen) etwa 30.000–50.000 € – das Doppelte einer einfachen dezentralen Lösung. Die Amortisation über Energieeinsparung gelingt nur bei ganzjährig hoher Auslastung.
• CO₂‑Problematik: Eckelmann hat mit der VS‑300‑CO₂ eine spezielle Steuerung für transkritische CO₂‑Anlagen entwickelt. Doch die hohen Drücke (bis 120 bar) und die komplexe Ventiltechnik führen in der Praxis zu häufigeren Störungen als bei R404A. Hier fordern Betreiber mehr Robustheit von der Software.
• Abhängigkeit von Firmware-Updates: Eckelmann verfolgt eine aktive Update-Politik. Mehrere Anwender berichteten jedoch, dass ein automatisches Update während des laufenden Betriebes (z. B. über Virtus) zeitweise Fehlfunktionen auslöste – etwa das Unterlassen eines notwendigen Abtautaktes.

Das Unternehmen reagiert darauf mit einem erweiterten Servicevertragskonzept („E‑Care“), das Tests von Updates in einer Sandbox-Umgebung vor der Live-Schaltung anbietet. Ob dies ausreicht, bleibt umstritten.

Zukunftsperspektiven

Blick in die kommenden fünf Jahre: Eckelmann arbeitet intensiv an drei Innovationen:

1. KI‑basierte Lastprognose
   Ein neuronales Netz, trainiert mit historischen Daten aus tausenden Kälteanlagen, soll die zu erwartende Wärmelast pro Möbel mit einer Genauigkeit von >95 % vorhersagen. Erste Feldtests im eigenen Testsupermarkt in Wiesbaden laufen vielversprechend.
2. Integration in Smart Grids
   Über das Protokoll „EEBUS“ (Energy Management Bus) soll die Kälteanlage auf Lastspitzen im Stromnetz reagieren – z. B. durch kurzzeitiges Anheben der Solltemperatur um 1 K für 15 Minuten. Das bringt dem Betreiber Vergütungen vom Netzbetreiber.
3. Plug‑and‑Play für kleine Läden
   Unter dem Projektnamen „E‑Compact“ wird eine komplett vorkonfigurierte Miniatur‑Verbundsteuerung mit nur fünf Parametern zur Einrichtung entwickelt. Zielgruppe sind Bäcker, Metzger und Tankstellenshops, die bisher auf einfache Thermostate setzen.

Kritisch zu sehen ist der Trend zur Cloud-Zentrierung: Die neuen Virtus-Systemzentralen senden standardmäßig Betriebsdaten an die Eckelmann-Cloud. Datenschützer warnen vor einer möglichen Analyse der Ladenöffnungszeiten und Verkaufszahlen über die Abtauprotokolle. Eckelmann betont, dass die Daten anonymisiert werden – ein vollständiger Offline‑Modus ist jedoch nicht vorgesehen.

Fazit und Ausblick

Die Kühlstellenregelung von Eckelmann ist ein Paradebeispiel dafür, wie aus einer technischen Notwendigkeit eine Hochtechnologie-Disziplin erwachsen kann. Das Unternehmen hat die digitale Vernetzung in der Kältetechnik nicht erfunden, aber maßgeblich vorangetrieben. Mit E•COP⁺ und der adaptiven Abtauung bietet es echte, nachweisbare Energieeinsparungen – ein Gewinn für Klima und Betriebswirtschaft.

Gleichzeitig darf nicht übersehen werden, dass diese Technik eine hohe Qualifikation des Betreuungspersonals verlangt und sich nicht für jede Anlagengröße gleichermaßen rechnet. Die kommende Herausforderung wird sein, die Komplexität zu reduzieren, ohne die Leistungsfähigkeit zu opfern. Werden die KI‑Prognosen und das „E‑Compact“-Projekt erfolgreich, könnte Eckelmann auch im unteren Preissegment zum Standard werden.

Für den Elektrotechniker bleibt festzuhalten: Die Kühlstellenregelung ist kein statisches Gebiet mehr. Sie ist so dynamisch wie die Waren, die sie kühlt – und ein faszinierendes Feld zwischen Thermodynamik, Automatisierungstechnik und Datenwissenschaft.

Quellen

• Eckelmann AG: Technische Dokumentation E•LDS und UA 400 Serie (Ausgabe 2024)
• Eckelmann AG: Whitepaper „E•COP⁺ – Dynamische Saugdruckregelung in der Praxis“, Wiesbaden 2023
• VDKF (Verband Deutscher Kälte-Klima-Fachleute): „Energieeffizienz in Supermärkten – Eine vergleichende Studie zu Reglertechniken“, Karlsruhe 2022
• KK – Die Kälte & Klimatechnik, Ausgabe 9/2023: „CO₂ in der transkritischen Anwendung – Erfahrungen aus 50 Praxisbetrieben“, S. 34–41
• Fachartikel: „Modellprädiktive Regelung von Kühlmöbelverbünden“, Prof. Dr. M. Sommer, in: KI‑Kältejournal, Heft 2/2024, S. 18–25
• GTAI (Germany Trade & Invest): „Smart Retailing – Energieeffizienz im Lebensmittelhandel“, Berlin 2023