„AC2EC“ – Austausch leicht gemacht

In der Luft- und Klima­technik wird die Effi­zienz der einge­setzten Venti­la­toren zu einem zentralen Thema. Nicht nur die mit der Ener­gie­spar­ver­ord­nung geschaf­fenen gesetz­li­chen Grund­lagen, auch gestei­gertes Umwelt- und Kosten­be­wusst­sein seitens der Anwender tragen dazu bei. Vor diesem Hinter­grund über­rascht es nicht, dass ener­gie­spa­rende EC-Technik heute in allen Berei­chen verstärkt Anwen­dung findet. Um Hersteller von luft- und klima­tech­ni­schen Geräten die Möglich­keit zu bieten, weiterhin herkömm­liche AC-Tech­no­logie oder zukünftig die ener­gie­spa­rende EC-Tech­no­logie zu nutzen, müssen die Einbau­be­din­gungen für beide Motor­tech­no­lo­gien iden­tisch sein. Eine neue EC-Moto­ren­ge­ne­ra­tion ist erst­mals so kompakt und mecha­nisch voll kompa­tibel zu bestehenden AC-Vari­anten. Damit lassen sich Venti­la­toren – ohne Ände­rungen am luft- oder klima­tech­ni­schen Gerät – wahl­weise in AC- oder EC-Tech­no­logie einsetzen.

Als Venti­la­to­ren­an­triebe bei luft- und klima­tech­ni­schen Anlagen werden heute häufig „Asyn­chron­mo­toren“ einge­setzt. Diese 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. Aller­dings errei­chen EC-Motoren im Vergleich zu AC-Motoren einen deut­lich höheren Wirkungs­grad, was vor allem im Hinblick auf die Forde­rungen der Ener­gie­spar­ver­ord­nung in naher Zukunft notwendig sein wird.

Für die Hersteller luft- und klima­tech­ni­scher Geräte muss dies jedoch keines­wegs zum Problem werden. Der Motoren- und Venti­la­to­ren­spe­zia­list ebm-papst Mulfingen hat eine neue EC-Moto­ren­ge­ne­ra­tion entwi­ckelt, die mit der inte­grierten Kommu­tie­rungs- und Ansteu­er­elek­tronik genau so kompakt baut wie übliche AC-Motoren. Sowohl bei Axial- als auch bei Radi­al­ven­ti­la­toren lassen sich dadurch die ursprüng­li­chen AC-Vari­anten einfach gegen die neuen EC-Ausfüh­rungen tauschen. Ohne Design­än­de­rungen am Kunden­gerät können die mit bis zu 90 % ausge­spro­chen hohen Wirkungs­grade der EC-Motoren genutzt werden. Die Betriebs­kosten sinken, und bereits ab der ersten Betriebs­stunde wird deut­lich weniger CO2 erzeugt, was die Umwelt entlastet. Gleich­zeitig über­zeugen die Antriebe durch leisen Lauf, was vor allem bei in Wohn­räumen einge­setzten Geräten ein Vorteil ist. Den Schlüssel dazu liefert eine beson­ders geräusch­arme Kommu­tie­rung, die präzise an den drei­strän­gigen elek­tro­nisch kommu­tierten Motor ange­passt ist.

Gleiche Ein- und Anbau­maße

EC-Motoren sind vom Prinzip her perma­nent­ma­gne­t­erregte Synchron­mo­toren. 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 Entwick­lung stellte eine große tech­ni­sche Heraus­for­de­rung dar, um bei begrenztem Einbau­raum die notwen­dige Elek­tronik in den EC-Motoren unter­zu­bringen. Außer der Minia­tu­ri­sie­rung und Opti­mie­rung der Elek­tronik war zudem eine mecha­ni­sche Kompa­ti­bi­lität erfor­der­lich. Dazu gehört z. B. die gleiche Ausge­stal­tung des Anbau­flan­sches wie bei AC-Motoren und die gesamte Motor­bau­form musste ange­passt werden.

Gute Entwär­mung und hohe Schutzart

Die neuen kompakten EC-Motoren basieren auf dem bewährten 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 gleich mehrere Vorteile bringt. Zum einen sorgt das hoch­wer­tige 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 einfach 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 eine perfekte Entwär­mung des Stators. In Kombi­na­tion mit dem umgos­senen Stator ist ein hoher IP-Schutz (IP54) der Motoren gewähr­leistet.

Die Elek­tro­nik­ab­dich­tung spielt eben­falls dabei eine wich­tige Rolle. Statt früher übli­chen Lösungen mit Flansch und diversen O-Ringen wurde das Elek­tronik­ge­häuse mit einer elas­ti­schen Dich­tungs­kom­po­nente versehen. Das garan­tiert den dauer­haften Schutz der Elek­tronik. Der komplette Motor ist robust, umemp­find­lich gegen Schock­be­las­tung und über­zeugt durch Zuver­läs­sig­keit und lange Lebens­dauer.

Nach­hal­tige Konstruk­tion und Baukas­ten­system

Bei der Konstruk­tion der neuen EC-Motoren wurde gleich­zeitig großer Wert auf Nach­hal­tig­keit und eine ressour­cen­scho­nende Ferti­gung gelegt. Hierzu tragen gleich mehrere Details bei. So 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. Weniger Mate­ri­al­ein­satz ist dabei gleich­be­deu­tend mit Ener­gie­ein­spa­rungen bei der Herstel­lung.

Die neuen EC-Motoren werden derzeit in Baugröße 55 mit Aufnah­me­leis­tungen bis 170 W ange­boten. Ein weiterer Ausbau der Baureihe ist geplant. Durch die modu­lare Konzep­tion entsteht ein Baukas­ten­system, das viele Vari­anten zulässt. So kann beispiels­weise ein klei­nerer Motor mit einer leis­tungs­fä­hi­geren Elek­tronik ausge­stattet werden. Dies ist sinn­voll, wenn bei glei­chem Dreh­mo­ment mehr Leis­tung benö­tigt wird. Stan­dard­mäßig werden die EC-Motoren –mit zwei Dreh­zahl­stufen ange­boten. Optional ist eine stufen­lose Dreh­zahl­re­ge­lung über eine 0-10-Volt Steu­er­span­nung möglich, z. B. für einen präzise an den indi­vi­du­ellen Bedarf ange­passten Venti­la­tor­be­trieb. In Kombi­na­tion mit den strö­mungs­tech­nisch opti­mierten HyBlade® Schau­feln oder RadiCal-Lauf­rä­dern stellen diese Venti­la­toren in Green­Tech EC-Tech­no­logie eine ener­gie­ef­fi­zi­ente Einheit in der Luft- und Klima­technik dar. Ohne Ände­rungen am Kunden­gerät ist somit ein einfa­cher mecha­ni­scher Austausch bestehender Venti­la­toren problemlos möglich.