Fortschrittliche Lüftertechnik Ein AKW weniger

Kompakte Elektronik, umgossener Stator und Rotor.
Kompakte Elektronik, umgossener Stator und Rotor.

Noch werden in der Kälte-, Klima- und Gebäudetechnik häufig Asynchronmotoren eingesetzt. Ersetzt man diese konventionelle Technik durch effiziente EC-Antriebe, sinkt bei gleicher Mechanik die Leistungsaufnahme im Durchschnitt um etwa 40%.

Keine Frage, AC-Motoren sind kompakt und einfach aufgebaut, da sie direkt aus dem Wechsel- oder Drehstromnetz gespeist werden. Für die Versorgung des Läufers benötigen sie weder mechanische Kollektoren noch Elektronik. Sie sind robust und zuverlässig.

Von Nachteil ist jedoch ihr vergleichsweise geringer Wirkungsgrad. »Vor allem im Teillastbereich ist er deutlich schlechter als bei EC-Motoren, die mit Wirkungsgraden von um die 70 % arbeiten«, sagt Gunter Streng, Leiter Entwicklung Produktbereich A bei ebm-papst Mulfingen.

Betrachte man die letzten fünf Jahre, in denen etwa 25 Millionen AC-Motoren der Baugröße 68 als Ventilatorantrieb in Applikationen eingesetzt worden seien, ergebe sich bei einer durchschnittlichen Leistungsaufnahme von 150 W und einer Einschaltdauer von 75 % ein jährlicher Energiebedarf von knapp 25 TWh.

Streng: »Das ist mehr als doppelt so viel, wie z. B. das Atomkraftwerk Neckarwestheim II mit seinen ca. 11,5 TWh jährlich produziert. Oder anders gesagt: für die in fünf Jahren in unterschiedlichsten Ventilatorenanwendungen in der Kälte-, Klima- und Gebäudetechnik eingesetzten AC-Motoren sind zur Versorgung mindestens zwei AKWs erforderlich.«

Dass es auch energiesparender geht, zeigt die Entwicklung der EC-Motorbaureihe von ebm-papst, die konventionelle AC-Motoren bei gleicher Mechanik ersetzen kann.

Bei EC-Motoren handelt es sich vom Prinzip her um Synchronmotoren, die über Permanentmagnete erregt werden. Bei ihnen folgt der magnetische Rotor synchron einem Drehfeld, das elektronisch erzeugt wird. Dadurch lassen sich beliebige Betriebsdrehzahlen realisieren, unabhängig von der verwendeten Netzfrequenz.

Die notwendige Elektronik ist in den EC-Motoren untergebracht, dazu wurde sie miniaturisiert und optimiert, zudem war eine mechanische Kompatibilität erforderlich. Dazu gehört z. B. die gleiche Ausgestaltung des Anbauflansches wie bei AC-Motoren, außerdem musste die gesamte Motorbauform angepasst werden.

Die kompakten EC-Motoren basieren auf dem Außenläuferprinzip, bei dem sich der Rotor um den innen liegenden Stator dreht. Das Blechpaket des Stators ist mit einem Thermoplast umspritzt, was in der Praxis mehrere Vorteile bringt. Zum einen sorgt das Kunststoffmaterial für eine gute elektrische Isolation, zum anderen kann die Kugellageraufnahme integriert werden. Wandstärken und Abstände sind variabel gestaltbar; Toleranzen beim Blechpaket beispielsweise sind auf diese Weise auszugleichen. Anschließend wird die komplette bewickelte Baugruppe mit Duroplast umhüllt. Der um den Stator laufende, einteilige Rotor ist strömungstechnisch optimiert. Lufteinlässe im Rotor sorgen für die Entwärmung des Stators. In Kombination mit dem umgossenen Stator umfasst die Schutzart der Motoren IP54.

Zum Schutz der Elektronik wurde das Elektronikgehäuse mit einer elastischen Dichtungskomponente versehen, statt früher üblicher Lösungen mit Flansch und O-Ringen. Der komplette Motor ist robust und unempfindlich gegen Schockbelastung.

»Bei der Konstruktion der neuen EC-Motoren wurde gleichzeitig Wert auf Nachhaltigkeit und eine ressourcenschonende Fertigung gelegt.«, so Streng. Hierzu tragen gleich mehrere Details bei, etwa spart der einteilige Rotor mit eingepresster Welle Fertigungsschritte. Durch Multifunktionsteile werden weniger Einzelteile benötigt. Auch das Entwärmungskonzept und eine vergleichsweise geringe Paketlänge helfen, Material zu reduzieren.