Fachartikel vom 04/02/2013

Moderne Technik setzt auf immer kompaktere und leistungsfähigere Geräte

Entwicklungs- und Fertigungsmethoden setzen neue Standards

In allen Fällen ist ein hoher Luftstrom das Mittel der Wahl um Wärme abzuführen. Ein neuer, kompakter Diagonallüfter bietet gerade für solche anspruchsvollen Anwendungen nun die Möglichkeit, höchste Luftleistung bei minimalem Bauvolumen zu fördern. Zudem arbeitet der Lüfter durch optimierte Aerodynamik und Motorauslegung besonders leise und effizient.

Bild 1: Der neue Hochleistungslüfter hat höhere Förderraten bei deutlich geringerem Betriebsgeräusch (Bild: ebm-Papst)

Höchste Effizienz wird in Zeiten steigender Energiepreise von allen Herstellern angestrebt. Da es leider nie einen Wirkungsgrad von 100 Prozent geben wird, ist immer ein Teil der Energie als Abwärme abzuführen. Um dies möglichst effizient und ohne Lärm zu ermöglichen, überarbeitete der Lüfterexperte ebm-papst St. Georgen seine Hochleistungslüfterserie nach neuesten wissenschaftlichen und fertigungstechnischen Gesichtspunkten. So entstand mit dem DV 6300 (Bild 1) ein bisher unerreicht leistungsfähiger Diagonallüfter mit 172 mm Durchmesser bei nur 51 mm Bautiefe. Er setzt bei Luftleistung, Förderdruck und Betriebsgeräusch neue Maßstäbe.

Stand der Technik neu definiert

Der neue Lüfter ist in quasi evolutionärem Verfahren entstanden. Dabei wurde eine Vielzahl von Neuerungen mit einbezogen und auf ihre Eignung überprüft. Bei Energieverbrauch und Leistungsfähigkeit sind vor allem Antriebstechnik und Aerodynamik ausschlaggebend. Daher wurden diese eingehend untersucht. Bei der Aerodynamik wiederum spielt die Formgebung des Lüfterrades die größte Rolle. Leider ließ sich aus Fertigungsgründen die physikalisch optimale Geometrie bisher nur eingeschränkt umsetzen. Wesentliche Fortschritte bei der Entformungstechnik im Spritzguss eröffneten den Ingenieuren nun aber völlig neue Möglichkeiten. So konnten die Flügel beim neuen Modell auch leicht überlappend gestaltet werden, ohne dadurch Probleme in der Fertigung zu bekommen. Um die neuen Chancen auszutesten, wurden sieben Laufrad-Prototypen und vier Gehäuseausführungen in allen Kombinationen berechnet, per Lasersintertechnologie gefertigt und im hauseigenen Luftleistungsprüfstand (Bild 2) eingehend geprüft. Die aerodynamisch beste Kombination hinsichtlich Fördermenge, Förderdruck und Betriebsgeräusch wurde dann in weiteren Punkten für eine einfache, kostengünstige Fertigung verbessert.

Bild 2: Alle Hauptkomponenten wurden im hauseigenen Luftleistungsprüfstand intensiv getestet und aufeinander abgestimmt (Bild: ebm-Papst)

Auch beim Motor als zweite Hauptkomponenten setzten die Entwickler an. Neue Programme zur Berechnung des Magnetflusses, kompaktere Elektronikkomponenten und ein nochmals verbessertes Wärmemanagement waren dabei die entscheidenden Schritte. So kann der neue Antrieb durch die optimierte interne Kühlung über die sogenannte Luftscheibe einen Großteil seiner Abwärme direkt in den Luftstrom abgeben. Das senkt die interne Betriebstemperatur und verbessert so die Lebensdauer und Zuverlässigkeit sowohl der Lager als auch der Elektronik und das trotz einer Leistungssteigerung von über 15 Prozent zum Vorgängermotor. Auch die Drehmomentkennlinie konnte über den gesamten Betriebsbereich optimiert und so der neuen, leistungsfähigeren Aerodynamik angepasst werden. Die Energieeffizienz liegt dadurch so hoch, dass der Lüfter in allen Belangen heute schon die ab 2015 EU-weit verbindlichen Kriterien der ErP erfüllt beziehungsweise übertrifft.

Praxiswerte

Bild 3: Die Förderkennlinie zeigt die aerodynamische Güte des Lüfters (Bild: ebm-Papst)

In Zahlen bedeutet das für den neuen Lüfter DV 6300: Im gleichen Arbeitspunkt liegt sein Betriebsgeräusch mit nur 83 dB(A) rund 8 dB(A) niedriger als beim Vorgänger. Da das menschliche Ohr 6 dB(A) weniger als Halbierung der Lautstärke empfindet, sinkt das subjektive Betriebsgeräusch damit um mehr als die Hälfte. Die bessere Aerodynamik erlaubt sogar niedrigere Nenndrehzahlen, und zwar zwischen 6000 und 6900 U/min gegenüber 9200 U/min früher und das bei höherem Volumenstrom. Dieser liegt nun bei 1100 m3/h frei blasend statt früher bei 950 m3/h, der Förderdruck beträgt jetzt 750 statt 550 Pascal (Bild 3). Der Motor für 12 bis 48 VDC Eingangsspannung benötigt zwischen 40 bis 150 W und stellt dabei in jedem Betriebspunkt genügend Reserven bereit für eine schnelle (Nach)regelung.

Laufrad und Gehäuse mit integrierter Venturidüse sind statt aus Polyamid und Aluminium nun einheitlich aus PBT (Polybutylenterephthalat) gefertigt. Ein einheitlicher Werkstoff für beide Komponenten erlaubt kleinere Spaltmaße, was Strömungsverluste und Betriebs-Geräusch gleichermaßen reduziert (Bild 4). Zudem können beide Komponenten kostengünstiger hergestellt werden und der Lüfter wiegt weniger. Die Einsatztemperaturspanne des Werkstoffs ist mit - 50 °C bis 150 °C mehr als ausreichend für typische Lüfteranwendungen, ebenso die hohe chemische Widerstandsfähigkeit gegenüber Lösungs- oder Reinigungsmitteln. Zudem korrodiert der Kunststoff im Gegensatz zu lackierten Alulegierungen nicht, falls die Oberfläche einmal beschädigt wird.

Bild 4: Neue Fertigungsmethode erlauben geringste Spaltmaße zwischen Läufer und Gehäuse. Dadurch werden das Betriebsgeräusch und die Leistungsaufnahme gleichermaßen reduziert. (Bild: ebm-Papst)

Die Verbindung aus jahrzehntelanger Erfahrung mit modernsten Rechen- und Analysemethoden sowie verbesserter Fertigungstechnik, ausgesuchten Werkstoffen und intensiver Prüfstandarbeit ergab eine optimale Lüfterkonfiguration nach dem aktuellen Stand der Technik. Für den Anwender bedeutet das höchste Leistung aus kleinem Bauvolumen bei geringem Betriebsgeräusch und langer Lebensdauer. Kurz gesagt, der Lüfter entspricht den Anforderungen modernster Kompakttechnik und sorgt für zuverlässige Wärmeabfuhr.