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Für viele Massenanwendungen sind kompakte Ventilatoren gefragt, die große Volumenströme bei niedrigem Gegendruck liefern und dabei möglichst energieeffizient und leise arbeiten. Die Entwicklung der zweiten Generation der RadiCal-Radialventilatoren zeigt, wie viel man für weitere Verbesserungen bewegen muss und kann.
Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Viele TGA-Anwendungen sind zur Energieverbrauchsminimierung auf kompakte Ventilatoren angewiesen, die große Volumenströme bei niedrigem Gegendruck liefern und dabei möglichst energieeffizient, leise und mit einem angenehmen Geräuschverhalten arbeiten.
■ Bei der zweiten Generation der RadiCal-Radialventilatoren wurden mit strömungstechnischen Optimierungen, weiterentwickelten EC-Motoren, Verbesserungen bei der Steuerelektronik und neuerster Fertigungstechnik bei allen maßgeblichen Kennzahlen bedeutende Verbesserungen erreicht.
Bei Geräten zur zentralen Wohnraumlüftung und -klimatisierung, bei Haustechnikzentralen mit integrierten Wärmepumpen, bei Luftreinigern oder der Schaltschrankkühlung ist ein immer geringerer Energieverbrauch gefragt. Ein Schlüsselfaktor ist hier der Lufttransport mit möglichst geringem Energieaufwand (Bild 1). Die Hersteller reagieren darauf, indem sie unter anderem ihre Geräte so auslegen, dass einbaubedingte Druckverluste für den Ventilator möglichst gering sind.
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Gleichzeitig sollen die luft- und klimatechnischen Geräte möglichst kompakt sein, um die Stellfläche zu minimieren und um im Inneren ausreichend Platz für zusätzliche Komponenten zu haben. Gefragt sind deshalb kompakte Ventilatoren, die große Volumenströme bei niedrigem Gegendruck liefern und dabei möglichst energieeffizient und leise arbeiten. Genau für solche Anforderungen hat ebm papst die RadiCal Radialventilatoren der zweiten Generation entwickelt.
Basierend auf den Kernkompetenzen in Strömungstechnik, Motortechnik und Elektronik hat der Ventilatoren- und Motorenspezialist die Radialventilatoren-Baureihe RadiCal bereits vor über zehn Jahren auf den Markt gebracht. Seitdem hat sie sich in vielen Luft- und klimatechnischen Anlagen bewährt.
Die nun entwickelte zweite RadiCal-Generation (Bild 2) überzeugt vor allem durch hohe Volumenströme (Bild 3), kompakte Abmessungen und ein angenehmes Geräuschverhalten. Dazu beigetragen haben vor allem strömungstechnische Optimierungen, die weiterentwickelten GreenTech-EC-Motoren und weitere Verbesserungen bei der Steuerelektronik. Hinzu gekommen ist außerdem eine zusätzliche Baugröße, sodass Anwender noch einfacher die jeweils passende Lösung finden.
Neues Schaufeldesign verbessert die Aerodynamik
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Mit leistungsfähigen Entwicklungstools und der fertigungstechnischen Umsetzung wurde im ersten Schritt das Design der Laufräder nach strömungstechnischen Kriterien optimiert. Dabei profitierten die Entwickler von der Kunststofffertigung, die jetzt in allen drei Dimensionen Gestaltungsfreiheit bietet. So konnte eine innovative Schaufelgeometrie realisiert werden, die zum deutlich höheren Wirkungsgrad und der Geräuschreduzierung beiträgt.
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Die „verwundenen“ Schaufeln sind dabei in sich gegenseitig gekrümmt (Bild 4). Die Form der Ein- und Austrittskante wurde komplett neu gestaltet. Dadurch verbessert sich das Strömungsverhalten, gleichzeitig erhöht sich die Festigkeit des Laufrads aus widerstandfähigem Kunststoff. Auch die gewellte Laufrad-Deckscheibe verbessert das aerodynamische Verhalten und damit die Luftleistung.
Das Radialmodul, also die Gehäusebox wurde ebenfalls komplett überarbeitet. So erhöhen beispielsweise die schräg angestellten Streben die Luftleistung weiter. Die Strebenform ist dabei über der axialen Höhe variabel gestaltet, um Rückstromgebiete bestmöglich zu vermeiden. Hinzu kommt ein vergrößerter Ansaugdurchmesser, der für einen höheren Füllgrad des Laufrads sorgt. Bei der Baugröße 190 beispielsweise wurde der Ansaugmesser von 132 auf 150 mm vergrößert, was dem Luftdurchsatz zugutekommt.
Deutliche Geräuschreduzierung
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Ein weiteres Verbesserungspotenzial liegt in den Spaltverlusten. Beim Luftspalt, also der Distanz zwischen Einlassdüse und Laufrad, noch Verbesserungsmöglichkeiten zu finden, ist anspruchsvoll, da der Spalt aus fertigungstechnischen Gründen immer eine gewisse Toleranz haben wird. Bei den RadiCal-Ventilatoren der zweiten Generation ließ sich der Luftspalt dennoch dank neuer Fertigungsmethoden je nach Baugröße deutlich verringern. Dadurch entstehen weniger Verwirbelungen, der Wirkungsgrad steigt (Bild 5) und die Geräuschentwicklung sinkt.
Auch das neue Vorleitgitter (FlowGrid) trägt zur Lärmvermeidung bei (Bild 6). Bei dieser Weiterentwicklung wurden zunächst die Streben so dimensioniert, dass möglichst geringe Verluste entstehen. Da sich bei der Geräuschanalyse zeigte, dass der Rotorbereich einen großen Einfluss auf die Geräuschentwicklung hatte, bekam das Vorleitgitter zusätzlich im Zentrum eine Kappe. Dadurch ließ sich das Geräusch im niedrigeren Frequenzbereich deutlich senken. Es ist gegenüber der heutigen Serien-Ausführung im Prüfstandseinbau bis zu 2 dB(A) leiser (Bild 7).
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Neue Motorgeneration
Zur Geräuschreduzierung tragen ebenfalls die neuen EC-Motoren bei. Je nach Baugröße der Ventilatoren decken sie für einphasige Netze den Leistungsbereich bis 170 W ab. Zu einem späteren Zeitpunkt werden Ventilatoren für dreiphasige Netze und Leistungen bis 1,5 kW folgen. Bei Drehzahlveränderungen gibt es keine störenden Resonanzen. Neben dem guten Geräuschverhalten überzeugt die neue Motorengeneration aber auch durch ihr gutes EMV-Verhalten und Langlebigkeit.
Die Kommutierungs- und Ansteuerelektroniken sind auf die Motoren abgestimmt. Volumenstrom und Betriebspunkt lassen sich präzise einstellen. Steuerung und Überwachung sind wahlweise über 0…10 V / PWM oder optional ab der 170-W-Variante auch über Modbus RTU möglich. Die Vernetzung über den Kommunikationsbus ermöglicht es dann beispielsweise, die Motordaten für vorbeugende Wartungsmaßnahmen zu nutzen oder die Ventilatoren schnell an veränderte Betriebsbedingungen anzupassen.
Kompakt und gut zu integrieren
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Da keine Einbausituation der anderen gleicht, sind die neuen Radialventilatoren sehr anpassungsfähig. Es gibt sie als motorisiertes Laufrad, als Radialmodul mit einbaufertigem Gehäuse oder mit Tragspinne (Bild 8). Beim kompakten Radialmodul sind drei unterschiedliche Befestigungsebenen vorgesehen. Ist der Einbauplatz eng bemessen, werden Anwender ein weiteres Konstruktionsdetail schätzen: Die Bodenscheibe ist kleiner als die Deckscheibe. Die Ausblasrichtung verläuft dadurch mehr in axialer Richtung. Das ist ein Vorteil, wenn in radialer Richtung wenig Platz ist. Außerdem bauen die Ventilatoren axial einige Millimeter kürzer als der Vorgänger. Durch die hohen Volumenströme kann gegenüber dem Vorgängermodell nun je nach Betriebspunkte eine kleinere Baugröße verwendet werden.
Die RadiCal-Ventilatoren der zweiten Generation wird es in den bekannten Baugrößen 175, 190, 225, 250 und 280 geben. Neu ist die Baugröße 206, was die Leistungsabstufung verbessert. Für eine effiziente Wohnraumlüftung oder Schaltschrankkühlung stehen damit die passenden Radialventilatoren zur Verfügung, die nicht nur hohe Volumenströme liefern, sondern dabei auch noch ausgesprochen leise arbeiten.
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TGA+E-Dossier Industrie- und Gewerbelüftung
Jochen Scherer
ist Sales Engineer Ventilation bei der ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG, 74671 Mulfingen, www.ebmpapst.com
Denis Kraner
arbeitet in der Abteilung Entwicklung Baukasten Mechanik bei der ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG, 74671 Mulfingen, www.ebmpapst.com
Jens Müller
arbeitet in der Abteilung Vor- und Funktionsentwicklung Strömungstechnik bei der ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG, 74671 Mulfingen, www.ebmpapst.com
