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Antriebe, Druckluft, Pumpen & Produktionsanlagen

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Lüfter-Technik auf der Überholspur

Text: Karl-Heinz Kemmerich, Kemmerich Elektromotoren Fotos: Kemmerich Elektromotoren
Entwickler optimieren Antriebs­eigenschaften wie Leistung, Drehmoment oder Lebensdauer und das mit einem Minimum an Rohstoffen. So optimierte Lüfter arbeiten dann zum Beispiel in LED-Scheinwerfern von Automobilen - und machen sich gleich noch als Fensterputzer verdient.

Für den Erfolg eines Produktes zählen heute nicht nur Leistung und Effizienz während des Betriebs - auch die Produktion und spätere Entsorgung müssen berücksichtigt werden. Diese gesamtheitliche Betrachtung findet sich in gesetzlichen Regelungen wieder und hat auch in der Firmenphilosophie vieler Produzenten und Anwender Einzug gefunden.

So auch bei EBM-Papst. Das Unternehmen geht sogar noch einen Schritt weiter und verfolgt unter dem Schlagwort Greentech das Ziel, dass jedes neu entwickelte Produkt seinen Vorgänger ökonomisch und ökologisch übertreffen muss. In der Praxis bedeutet das, höhere Leistung bei weniger Verbrauch und geringerer Umweltbelastung über den gesamten Produktzyklus.

EC-Motoren helfen sparen

Motoren für die Luft- und Antriebstechnik lassen sich besser verkaufen, wenn sie möglichst effizient sind und weniger Strom benötigen bei gleicher oder sogar besserer Leistung als ihre Vorgängermodelle oder die der Konkurrenz. Dies gilt besonders bei hochwertigen Komponenten mit sehr langer Einsatzdauer. Hier summieren sich selbst kleinste Einsparungen im Lauf der Jahre zu stattlichen Beträgen.

Bei der Motorentechnik setzte EBM-Papst daher schon vor Jahren auf die Einführung besonders sparsamer EC-Technik. Im Vergleich zu althergebrachten Spaltpolmotoren mit Wirkungsgraden weit unter 50 Prozent sparen die elektronisch kommutierten Antriebe mit durchschnittlich deutlich über 85 Prozent Wirkungsgrad erhebliche Stromkosten ein.

Diese Effizienzsteigerung geht einher mit einer verbesserten Leistungscharakteristik der Motoren; die motorinterne Elektronik passt die Kommutierung immer optimal an die bestehende Belastung an. Dies gilt für alle Einsatzbereiche der Motoren, egal ob klassischer Antriebsmotor oder integriertes Antriebselement in Kompaktlüftern. Durch die verschleißfreie Kommutierung steigt die Lebensdauer zudem erheblich an: Mehrere tausend Stunden wartungsfreien Betriebs sind heute mit kugelgelagerten EC-Motoren Standard.

Das Konzept erlaubt auch erhebliche Materialeinsparungen bei der Konstruktion. Die magnetische Flussdichte wird per Simulation optimiert und das notwendige Material etwa für Eisenrückschluss exakt dimensioniert. In einer weiteren Ausbaustufe kann die Elektronik sogar Bremsenergie aus dem Antrieb ins Versorgungsnetz zurückspeisen; der Antrieb wird so im Vierquadranten-betrieb zum Generator. Maßnahmen, die die Besonderheiten des Einsatzumfeldes berücksichtigen, ergänzen diese rein auf den Motor bezogenen Fortschritte. Weiteres Einspar-potenzial bringen aerodynamische Verbesserungen bei Lüftern sowie leicht und ruhig laufende Getriebe für die Fördertechnik.

Im Dauerbetrieb über zehn Jahre spart die EC-Lüftervariante rund 1300 kWh gegenüber einem gleichgroßen AC-Lüfter ein. Nimmt man Energiekosten von 0,12 Euro/kWh an, so macht das eine finanzielle Entlastung von 156 Euro über die Betriebszeit aus. Im Dauerbetrieb amortisiert sich der Lüfter nach nur drei Monaten. Erheblich größere Einsparungen sind bei abweichenden Bedingungen oder größeren Lüftern möglich. Mit mehreren Lüftern pro Anwendung ergibt sich schnell ein erhebliches Sparpotenzial bei den Betriebskosten und dem CO2-Fußabdruck der Produktion.

Ein Beispiel für den Einsatz der ener-giesparenden Motoren ist die Stückgutförderung. Hier haben sich Rollenförderbahnen als zuverlässige Transporteinrichtung bewährt. Herzstück solcher Anlagen sind robuste Förderrollen mit integrierten Antrieben. Mit dem Motor ECI 42, der je nach Ausführung Leistungen von rund 45 oder 90 W bei 110 beziehungsweise 220 mNm (Millinewtonmeter) Nenndrehmoment zur Verfügung stellt, lassen sich Rollen aufbauen, die auch schwere Nutzlasten wie Kartons, Behälter oder Stückgut mit hohem Durchsatz befördern.

Der GreenTech-Gedanke zeigt sich in der materialsparenden Ausführung und dem energieoptimierten Antrieb mit angeflanschten ein- und mehrstufig ausgelegten Getriebemodulen von 3:1 bis 150:1. Damit lassen sich aus den 110 oder 220 mNm des Motors 0,3 bis 10 Nm Drehmoment an der Abtriebswelle gewinnen.

Die hochintegrierte Elektronik mit geringen Eigenverlusten erlaubt den Vierquadrantenbetrieb mit Energierückspeisung. Durch eine intelligente Ansteuerung der Antriebe (Power on Demand) lässt sich zudem der Leerlaufverbrauch gegen Null reduzieren. Der hohe Wirkungsgrad aller Komponenten spart zum einen teuren Strom, zum anderen sinkt die Verlustwärme in der Antriebsrolle. Das wiederum verbessert die Lebensdauer aller Komponenten. Sowohl der Motor als auch die Elektronik und die mechanischen Komponenten in Getriebe und Lagerung profitieren von einem geringeren Temperaturniveau. Die Zuverlässigkeit der gesamten Anlage steigt und die deutlich höhere Verfügbarkeit auch im Langzeitbetrieb rund um die Uhr verbessert die Umweltbilanz zusätzlich.

EC-Lüfter helfen kühlen

Effiziente Technik zeichnet sich neben sparsamem Energieverbrauch oft auch durch Kompaktheit aus. Deshalb ist trotz deutlich geringerer Eingangsleistung durch die Konzentration der Abwärme auf eine kleine Fläche oft eine aktive Kühlung nötig, wie bei LED-Scheinwerfern in Fahrzeugen. Da die aktiven Halbleiterflächen von Hochleistungs-LEDs sehr klein sind und eine gewisse Temperatur nicht überschreiten dürfen, muss der Chip aktiv gekühlt werden sowie auch die Leistungselektronik, die den Chip ansteuert und ebenfalls sehr kompakt gebaut ist. Hier können kleine EC-Lüfter in der Scheinwerfereinheit helfen.

Die Wärmequelle LED ist dabei auf Kühlkörpern montiert, der Kühlluftstrom wird über Leitvorrichtungen auf die Kühlkörper geblasen. Dank spezieller Kugellager beeinträchtigen große Temperaturschwankungen und härteste Schläge im Fahrbetrieb weder die Schmierung noch das optimale Laufspiel von Rotor und Stator. Ein spezieller Isolierlack schützt die im Lüfter angebrachte Leiterplatte mit der Ansteuer-elektronik. Bei Bedarf lässt sich die Drehzahl regeln.

Beim Lüfterrad selbst erreicht ein Sichelflügelprofil mit Winglets hohe Luftleistung und hohen Druckaufbau bei minimaler Leistungsaufnahme und geringem Betriebsgeräusch. Die erwärmte Abluft hält den Scheinwerfer bei feuchter Witterung beschlagfrei, denn die geringe Abwärmestrahlung der kalten LED-Scheinwerfer alleine reicht dazu nicht aus. Der Lüfter arbeitet nebenbei also als Fensterputzer.

Beim Lüfter kommt es neben der Effizienz, um den Gesamtwirkungsgrad der Leuchteinheit hochzuhalten, auf eine möglichst große Laufruhe an. Aerodynamische Optimierung senkt zusätzlich den Stromverbrauch und das Betriebsgeräusch.

EC-Antriebstechnik bietet über die Elektronik die Möglichkeit, den Motor auf viele Einsatzbereiche optimal abzustimmen. Durch die intelligente, kompakte Motortechnik lassen sich bei Lüftern aerodynamische und anwendungsspezifische Vorteile besser nutzen und auch bei normalen Antrieben senkt die elektronische Kommutierung mit Feinabstimmung den Verbrauch und erhöht die Leistung. Die lange Lebensdauer ohne Wartung spart zusätzlich Arbeitszeit und Kosten.

Elektronisch kommutierte Antriebe verbinden damit ein hohes Energiesparpotenzial mit längerer Nutzungsdauer und größerem Anwendernutzen.

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