Radialventilatoren Besser als ErP

Strom kostet Geld, mit der immer teurer werdenden Edelenergie muss daher so sparsam wie möglich umgegangen werden. Im Zuge der Klimadiskussion hat die EU deshalb ErP-Richtlinien für die Mindesteffizienz von elektrisch angetriebenen Ventilatoren erlassen. Mit einem optimierten Außenläufermotor, elektronischer Kommutierung und aerodynamisch neu gestaltetem Lüfterrad erfüllen Radiallüfter diese Anforderungen und sind leise.

Galt eine hohe Leistung lange als Aushängeschild, wird im Zeitalter der Energieverteuerung der Wirkungsgrad, also die technische Effizienz, immer wichtiger.

Die Radiallüfter-Baureihe »RadiCal« von ebm-papst verbindet beide Anforderungen miteinander (Bild 1). Die neuen Lüfter bieten durch Optimierung bei Antrieb und Aerodynamik höhere Leistung bei niedrigerer Stromaufnahme. Ein Materialverbund für das Lüfterrad und eine sensorlose Kommutierung verbessern nicht nur die technischen Daten, sie erlauben zusätzlich auch eine rationelle Fertigung. Der Anwender spart so durch günstige Anschaffungs- und geringere Folgekosten über die Lebensdauer, die Effizienz im Lüfterbetrieb steigt also.

Heute sind immer größere Lüftereinheiten gefragt. So fordert die zunehmende Leistungsdichte bei Großrechnern und Servern oder in Basisstationen für Mobilfunknetze beziehungsweise Schaltschränken einen großen Kühlluftstrom. Auch beim Gebäudemanagement sind hohe Luftleistungen für Wärmepumpen oder Wohnungszwangsbelüftungen mit Energierück-gewinnung wichtig.

In allen diesen Anwendungsfällen steht ein hoher Wirkungsgrad bei möglichst geringem Betriebsgeräusch im Vordergrund. Um dies zu gewährleisten und dabei die höheren mechanischen Belastungen an den Laufrädern zu berücksichtigen, wurden die rückwärtsgekrümmten Laufräder der neuen Radiallüfter in einer Hybridkonstruktion gefertigt.

Ein Verbund aus Metallnabe und Kunststoff erfüllt die Anforderungen am besten. Das Metall übernimmt die hohen Kräfte an der Nabe, der im Spritzguss aufgebrachte Kunststoff umhüllt das Metall, schützt es vor Korrosion und erlaubt eine optimale aerodynamische Formgebung. Als positiver Nebeneffekt kommt noch die dämpfende Wirkung des Kunststoffes bei der Körperschallabstrahlung zum Tragen.

Zusammen mit der aerodynamischen Optimierung reduzieret sich so insgesamt auch das Laufgeräusch durch das Laufrad. Der Korrosionsschutz gegen Salzwasser oder salzhaltige Luft und auch die Widerstandskraft gegen UV-Einstrahlung sind durch den umhüllenden UV-beständigen Kunststoff laut Hersteller auf hohem Niveau. Zudem ist der Kunststoff gegen oberflächliche Schäden weitaus resistenter als die bisher eingesetzte Lackierung; das erhöht die Lebensdauer unter erschwerten Bedingungen.

Effiziente Kraftentfaltung

Selbst hocheffiziente Laufräder benötigen für die entsprechende Luftförderung eine angemessene Antriebsenergie. Hier konnten die Schwarzwälder Experten auf neueste Technik zurückgreifen. Ein neuer, dreiphasiger Motor mit 9-nutigem Statorpaket und ein 6-polig magnetisierter Rotor bringen nun eine rund zweieinhalbfach größere Antriebsleistung (Bild 2).

Hochwertige Elektrobleche und ein neues Magnetmaterial mit noch mehr Remanenz sorgen zusammen mit einer speziell entwickelten Elektronik für eine höhere Leistungsdichte. Ein besonderes Thermomanagement im Motor führt die entstehende Verlustwärme gezielt ab. Durch ein spezielles Kommutierungsverfahren konnte der Motorwirkungsgrad mit circa 85% soweit erhöht werden, dass trotz des enormen Leistungszuwachses absolut die Abwärme nur gering angestiegen ist. Das kompensieren die motorinternen Kühleinrichtungen völlig. Damit stellen sich trotz Leistungssteigerung die gleichen Temperaturverhältnisse bei Rotorlager und Elektronikbauteilen ein wie bisher. Neben der höheren Leistungsreserve bieten die Lüfter der RadiCal-Baureihe noch eine ganze Reihe von Vorteilen für Installation und Betrieb.

So gibt es die Lüfter in einer Kompakteinheit, der Radiallüfter ist also schon einbaufertig in einem Gehäuse integriert (Bild 3). Das erleichtert einen flexiblen Einbau und stellt sicher, dass immer das optimale Laufspiel, also der Luftspalt zwischen Laufrad und Gehäuse, eingehalten wird. Nur so ist ein maximaler Wirkungsgrad bei minimalem Laufgeräusch sichergestellt.

Auch beim elektrischen Anschluss bietet der Lüfter durch seinen erweiterten Eingangsspannungs-bereich (bis max. 70 V) Vorteile. Als Spannungsvarianten stehen Modelle mit 12 V, 24 V und 48 V zur Verfügung. Ein Verpolungsschutz sichert den Lüfter gegen falschen Anschluss. Während des Betriebs überwacht und steuert ein Mikrocontroller mit dreiphasigem PWM-Modul den Antrieb. So kann die Drehzahl und damit die Leistung im Bereich von 1:10 variiert werden.

Über Software lassen sich spezielle Funktionen programmieren. Gleichzeitig übernimmt die Elektronik auch Sicherheitsaufga-ben wie eine Einschaltstrombegrenzung. Die sensorlose Kommutierung verzichtet auf Hallgeber, eine Synchron-Gleichrichtung erhöht den internen Wirkungsgrad.

Über die Autoren:

Arno Karwath ist Entwicklungsleiter Power-Lüfter bei ebm-papst, Andreas Zeiff schreibt für das Redaktionsbüro Stutensee.