Energieeffizienz für große Ventilatoren
Hochleistungs-EC-Außenläufermotor mit 24 kW
In der Lüftungstechnik, bei Anlagen zur Erzeugung von Prozesskälte oder in Kühltürmen sind oft große Ventilatoren im Einsatz. Ventilatorlaufräder mit ein, zwei Metern Durchmesser und größer sind hier keine Seltenheit. Ihre treibende Kraft sind meist Motoren in bewährter AC-Technologie kombiniert mit Frequenzumrichtern, Getrieben oder Riemenübersetzungen. Spätestens wenn die nächste Stufe der Ökodesign-Verordnung für Ventilatoren in Kraft tritt, werden viele dieser Lösungen den gestiegenen Anforderungen nicht mehr genügen. Die passende Alternative sind dann neue Hochleistungs-EC-Außenläufermotoren, die mit hohen Wirkungsgraden arbeiten. Sie decken Leistungen bis 24 kW ab und eigenen sich in einer Axialventilator-Anwendung für Volumenströme bis 100.000 m³/h. Die platzsparende Außenläuferbauweise des Motors führt auch zu deutlich kompakteren Radialventilatoren, was beispielsweise den Transport und die Montage im Feld deutlich erleichtert.
Setzt man als treibende Kraft in Ventilatoren statt konventioneller AC-Technik moderne EC-Motoren ein, lassen sich Energieverbrauch und somit Betriebskosten deutlich reduzieren. Der Umstieg auf EC-Technik lohnt sich aber noch aus weiteren Gründen: EC-Ventilatoren sind stufenlos in der Drehzahl regelbar und arbeiten auch im Teillastbetrieb mit hohen Wirkungsgraden. Außerdem bieten sie Vernetzungsmöglichkeiten und trotzen – entsprechend ausgelegt – selbst harten Umgebungsbedingungen. Diese Vorteile lassen sich jetzt auch bei größeren Ventilatoren nutzen, die immense Volumenströme liefern.
Mit dem neuen FanDrive DV280 (Bild 1) hat ebm-papst einen neuen Hochleistungs-EC-Motor entwickelt, der sich bei Leistungen bis zu 24 kW und einem Drehmoment von stattlichen 180 Nm für den universellen Einsatz an großen Ventilatoren weltweit eignet (Bild 2). Der robuste Motor ist für hohe Radbelastungen ausgelegt, arbeitet mit dem für EC-Motoren typischen hohen Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent (besser als IE5 gemäß IEC/TS 60034-30-2) und bietet sich daher als energieeffiziente Alternative zu den in diesem Anwendungsfeld meist üblichen kräftigen AC-Motoren an. Dabei kommt der neue Motor bei seinen integrierten Permanentmagneten ohne Seltene Erden aus und ist durch die für ebm-papst typische Außenläuferbauweise auch noch sehr kompakt, durch die robuste Bauweise aber auch gleichzeitig gut gegen Umgebungseinflüsse geschützt.
Weniger Verschleißteile, kompakte Bauform und viele Funktionen
Als Direktantrieb bietet der EC-Motor im praktischen Einsatz viele Vorteile: So sind keine verschleißanfälligen und wartungsintensiven Riemenübersetzungen notwendig. Das Ventilatorlaufrad, wahlweise Radial oder Axial, kann der Anwender direkt an dem robusten Wellenstumpf oder auch direkt am Flansch auf den Motorrotor montieren. Die komplette Ansteuerelektronik (Bild 3) ist im Motor integriert; externe Geräte wie Frequenzumrichter, die montiert, verdrahtet und parametriert werden müssen, sind also nicht notwendig. Die Elektronik der EC-Motoren lässt sich bei möglichen Wartungsarbeiten austauschen, ohne dass Motor oder Ventilator demontiert werden müssen. Die elektrischen Schnittstellen sind programmierbar, was die Anzahl der benötigten Anschlussklemmen und somit den Verdrahtungsaufwand reduziert.
Aber auch sonst hat der neue Motor einiges zu bieten. So ist beispielsweise ein Vibrationssensor integriert, was eine automatische Resonanzerkennung ermöglicht und schlussendlich die Betriebssicherheit erhöht. Denn Ursache für vorzeitige Ventilatorenausfälle sind meist Schwingungen bedingt durch die Einbausituation. Um diese aufzuspüren, wird bei der Inbetriebnahme ein Test-Hochlauf durchgeführt, bei dem die Vibrationshöhe über den gesamten Drehzahlverlauf aufgezeichnet und analysiert wird (Bild 4). Werden in bestimmten Bereichen nun zu hohe Schwingschnellen erkannt, stellt sich die Steuersoftware in der Elektronik automatisch so ein, dass diese Drehzahlbereiche im weiteren Betrieb „ausgeblendet“ werden. Das heißt, sie werden zwar durchlaufen, aber es gibt keinen dauerhaften Betrieb in diesen Bereichen. Kommt es im Betrieb, beispielsweise durch Verschmutzung, zu einer Unwucht wird dies ebenfalls detektiert und an geeigneter Stelle angezeigt, um entsprechende Abhilfemaßnahmen einzuleiten. Der Betreiber kann die Einstellungen der Software jederzeit manuell bearbeiten, hat also immer die volle Kontrolle. Auch die Entwärmung des Motors wurde optimiert. Für zuverlässige Kühlung sorgen sowohl die spezielle Gehäusegeometrie (Bild 5) als auch ein zusätzlicher Lüfter, welcher die Elektronik im Betrieb aktiv kühlt.
Plug-and-play-fähige Komplettlösung
Zudem überzeugt der Motor aufgrund der Außenläuferbauweise durch kompakte Abmessungen. Dadurch benötigt auch die gesamte Ventilatoreneinheit weniger Platz, was Transport und Montage der Plug-and-play-Komplettlösung wesentlich vereinfachen kann. Ganz besonders schlägt das zu Buche, wenn ebm-papst die neuen Motoren mit rückwärtsgekrümmten Radialrädern (Bild 6) kombiniert. Diese sind direkt am außenliegenden Rotor befestigt; der Motor taucht ins Laufrad ein. Dadurch braucht der Ventilator in axialer Richtung wenig Platz. Selbst große RadiPac Radialventilatoren der Baugröße 800, die freiblasend bis zu 50.000 m³/h Luft fördern und Maximaldrücke von 2.300 Pa erreichen, passen z.B. bei Retrofit-Projekten durch normale Türen und müssen nicht per Kran angeliefert werden.
Die Plug-and-play-Ventilatorsysteme kommen mit optimal aufeinander abgestimmter Motor-, Elektronik- und Ventilatortechnik als fertig montierte, kompakte Einheit auf der Baustelle an. Dies machen das Handling und die Inbetriebnahme zum Kinderspiel. Die spezielle Schaufelgeometrie der RadiPac Baureihe reduziert die Strömungsverluste drastisch. Die Einströmdüse aus verzinktem Stahlblech ist für ein perfektes Zusammenspiel mit dem neuen Laufrad ausgelegt. Die durchdachte Laufradgeometrie reduziert aber nicht nur Strömungsverluste, sondern auch die Geräuschentwicklung. Darüber hinaus überzeugt die robuste mechanische Auslegung des Laufrads durch ihre Langlebigkeit.
Automatische Resonanzerkennung für mehr Betriebssicherheit
Radialventilatoren werden in den unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt. Je nach Einbausituation kann es in nicht vorhersehbaren Drehzahlbereichen zu Resonanzen kommen. Wird der Ventilator häufig in einem solchen kritischen Bereich betrieben, kann das Lagersystem der Antriebsmotoren Schaden nehmen und so zum Ausfall der Ventilatoren führen. Für Anlagenbetreiber sind diese Vibrationen zwar messbar, lassen sich aber nicht einfach abstellen. ebm-papst löst dieses Problem in seinen RadiPac Radialventilatoren mit einer automatischen Resonanzerkennung, die die Auswirkung von Vibrationen minimiert. Dazu wird bei der Inbetriebnahme ein Test-Hochlauf durchgeführt, bei dem die Vibrationshöhe über den gesamten Drehzahlverlauf aufgezeichnet und analysiert wird. Werden in bestimmten Bereichen zu hohe Schwingschnellen erkannt, stellt sich die Steuersoftware automatisch so ein, dass diese Drehzahlbereiche zukünftig „überfahren“ werden (Bild 4). So können EC-Radialventilatoren betrieben werden, ohne Schaden zu nehmen. Der Betreiber kann die Einstellungen der Software jederzeit manuell bearbeiten, hat also immer die volle Kontrolle.
