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Einsatz von EC-Motoren verbes­sert die Effi­zienz

Neben deut­lich gerin­gerem Strom­ver­brauch zeichnen sich EC-Motoren meist auch durch deut­lich kompak­tere Abmes­sungen bei glei­cher oder sogar besserer Leis­tung aus. Welche Vorteile das für Maschinen, Anlagen und Geräte mit sich bringt, zeigt sich beim Einsatz in Haus­halts­ge­räten. Wir zeigen drei Antriebs­bei­spiele.


Sollen bestehende Antriebe ersetzt werden, sind oft die vorhan­denen Befes­ti­gungs­punkte und Abstände zu berück­sich­tigen. Soge­nanntes Drop-In-Repla­ce­ment, also das einfache Austau­schen der Motoren bei iden­ti­schen Abmes­sungen der rele­vanten Teile ist dann gefragt. Dabei können Bauform und Abmes­sungen durchaus vari­ieren, Wellen­durch­messer und Länge bzw. Schwin­gungs­dämpfer und Bohrungs­durch­messer der Monta­ge­laschen sollten jedoch iden­tisch ausfallen. Da (Einbau-)Geräte im Haus­halt meist mit Stan­dard­ab­mes­sungen gefer­tigt werden, erhöhen klei­nere Antriebe das Nutz­vo­lumen. Zudem erleich­tern sie den Einbau von Teilen für neue Komfort-Funk­tionen.

Neben diesen mecha­ni­schen Anfor­de­rungen sind heute zuneh­mend gesetz­liche Auflagen zu erfüllen. Sowohl in der EU als auch den USA, in Kanada und weiteren Ländern gibt es eine ganze Reihe von Gesetzen und Richt­li­nien, die je nach Einsatz­ge­biet Mindest­an­for­de­rungen an die Energieeffi­zienz von Geräten stellen. In der EU schafft hierzu die Öko­­de­sign-Richt­linie 2009/125/EG den notwen­digen Rahmen zur Fest­le­gung von Anfor­de­rungen an die umwelt­ge­rechte Gestal­tung ener­gie­ver­brauchs­re­le­vanter Produkte (Energy-related Products, ErP).

ebm-papst setzt auch bei kleinen Leis­tungen auf flexibel einsetz­bare, elek­tro­nisch kommu­tierte Gleich­strom­mo­toren.

Zusammen mit dem Energie­label auf den Haus­halts­ge­räten von A+++ bis zu G soll so der gesenkte Ener­gie­ver­brauch trans­pa­rent darge­stellt werden. Dabei sind je nach Einsatz­fall schon kleine Einspa­rungen wichtig, um auf dem Markt mit einem besseren Label für höhere Effi­zienz werben zu können.

Was bedeutet das nun in der Praxis?

Viel­fach erfüllen einfache Moto­ren­kon­struk­tionen wie Spaltpol- oder Asyn­chron­mo­toren nicht mehr die heutigen Anfor­de­rungen an Ener­gie­ver­brauch und Leis­tungs­dichte. Motoren- und Venti­la­to­ren­her­steller wie ebm-papst Landshut setzen daher auch bei kleinen Leis­tungen auf flexibel einsetz­bare, elek­tro­nisch kommu­tierte Gleich­strom­mo­toren. Diese kleinen Synchron­mo­toren zeichnen sich im Gegen­satz zu herkömm­li­chen asyn­chronen Spalt­pol­an­trieben durch einen hohen Wirkungs­grad aus.

Bild 1: Aero­dy­na­misch opti­miert: Stan­dard­ge­bläse VHD 0146 mit in den Ansaug­be­reich inte­grierten Berühr­schutz und stan­dar­di­siertem Ausblas.

In manchen Fällen über­nimmt die Kommu­tie­rungs­elek­tronik nebenbei sogar noch die Funk­tion eines Weit­span­nungs­ein­gangs. Solche Motoren können ohne Ände­rung in fast allen gängigen Strom­netzen der Welt betrieben werden. Anpas­sungen der Dreh­zahlen wegen unter­schied­li­cher Netz­fre­quenzen (50 oder 60 Hz) entfallen. Durch ihren ausge­klü­gelten Aufbau lassen sich diese Motoren platz­spa­rend in eine Viel­zahl von Anwen­dungen inte­grieren.

Drei Antriebs­bei­spiele, ein kompakter Motor für ein doppel­seitig saugendes Hauben­ge­bläse, ein Antrieb für Kühl­theken und -schränke, Kühl­truhen oder Kühl-/Gefrier­kom­bi­na­tionen und ein Radi­al­lüfter zu Trock­nungs­zwe­cken zeigen das Poten­tial der EC-Motoren auf.

Radi­al­lüfter für Absaug­ein­rich­tungen

Sollen große Luft­mengen bei mitt­lerer bis höherer Druck­erhöhung geför­dert werden, sind doppel­seitig saugende Radial­lüfter ideal geeignet. Sie kommen sowohl im Haus­halt als auch bei tech­ni­schen Lösungen zum Einsatz beispiels­weise bei Dunst­ab­zugs­hauben oder Lötrauch­ab­sau­gungen.

Bild 2: Das EC-Gebläse VHD 0146 für Dunst­ab­zugs­hauben deckt typi­sche Anfor­de­rungen an die Luft­leis­tung im Bereich zwischen 600 bis 800 m³/h (Frei­strahl) ab und ersetzt damit bis zu drei AC-Gebläse.

Neben der verbes­serten Ener­gie­ef­fi­zienz ist ein möglichst geringes Betriebs­ge­räusch gefragt. Hauben­ge­bläse wie z. B. der VHD 0146 werden daher als Gesamt­ein­heit aus Motor, Lüfterrad und Lüfter­ge­häuse mit entspre­chendem Ein- bzw. Auslass aero­dy­na­misch opti­miert (Bild 1 und 2) ange­boten.

EC-Motoren eröffnen durch ihre kompakte Bauform mehr Frei­raum für die aero­dy­na­mi­sche Ausle­gung und lassen sich zudem einfach über die Kommu­tie­rungs­elek­tronik, z. B. per Puls­wei­ten­mo­du­la­tion, in ihrer Dreh­zahl bzw. Luft­leistung regeln. Je nach Motor­mo­dell und Lüfter­bau­reihe können zusätz­liche Funk­tionen wie ein Feuchte- oder Tempe­ra­tur­sensor für eine auto­ma­ti­sche Belüf­tung inte­griert werden.

Kälte­an­wen­dungen

Bei modernen Kühl­ge­räten wird der Luft­strom sowohl im Gerät als auch außen am Verflüs­siger durch einen Lüfter opti­miert. So lassen sich z. B. in Kühl­ge­räten die Tempe­ra­tur­schich­tung aufheben oder durch gezielte Strö­mung, also „Kalt­luft­zir­ku­la­tion“, Frische­zonen einrichten aber auch die Taubil­dung vermeiden. Ein gezielter Luft­strom durch den Verflüs­siger verbes­sert den Wärme­über­gang. Dadurch wird der Kühl­körper kompakter und die Effi­zienz des Kühl­ge­rätes steigt bei gleich­zeitig größerem Nutz­in­halt.

Bild 3: Der Motor DE 20 ist speziell für Kühl- und Gefrier­ge­räte opti­miert und für Stan­dard­dreh­zahlen von 2.200 bzw. 2.500 U/min kombi­niert mit einem vier­blätt­rigen Lüfterrad mit 100 mm Durch­messer ausge­legt.

Um auch bei bestehenden Geräten die Effi­zienz von EC-Motoren nutzen zu können, haben die Lands­huter Spezia­listen den Motor DE 20 speziell für Kühl- und Gefrier­ge­räte ent­wickelt. Durch­messer und Länge der Welle entspre­chen denen der bishe­rigen Spalt­pol­mo­toren, so dass der Abstand vom Lüfterrad zum Wärme­tau­scher (Verdampfer oder Verflüs­siger) beibe­halten werden kann. Ein glattes Gehäuse umschließt Motor und Elek­tronik, der Anschluss wird wie bisher über ein zwei­po­liges Kabel herge­stellt. Die Abmes­sungen am Gehäuse entspre­chen mit einer Bauhöhe von 40 mm dem am häufigsten einge­setzten Stan­dardmaß (Bild 3).

Durch die elek­tro­ni­sche Kommu­tie­rung ist die Motor­dreh­zahl von der Netz­fre­quenz entkop­pelt, d. h. man kann den Lüfter in Größe und Form nach rein aero­dy­na­mi­schen Gesichts­punkten auswählen und die Dreh­zahl anpassen. Stan­dard­dreh­zahlen von 2.200 oder 2.500 U/min kombi­niert mit einem vier­blätt­rigen Lüfterrad mit 100 mm Durch­messer passen dann in viele Kühl­ge­räte als Drop-­In-Repla­ce­ment. Bei der Moder­ni­sie­rung von Geräte­plattformen lässt sich so auf einfache Weise der Energie­verbrauch senken.

Zeit­spa­rendes und effi­zi­entes Trocknen von Wäsche

Benö­tigt man hohe Luft­leis­tung bei größerer Druck­erhö­hung, sind Radi­al­lüfter ideal geeignet. Sie kommen beispiels­weise bei Wäsche­trock­nern oder auch Wasch­trock­nern zum Einsatz. Aus Effi­zi­enz­gründen setzt man in solchen Geräten vermehrt auf Wärme­pum­pen­sys­teme. Diese heizen die Luft auf zum Trocknen der Wäsche in der Trommel. Danach entzieht die Wärme­pumpe im Kreis­lauf der feucht­warmen „Abluft“ die Wärme, scheidet das Wasser ab und erwärmt mit der recy­celten Energie die nun kalte, trockene „Zuluft“ wieder.

Es müssen nur noch mini­male Wärme­ver­luste zusätz­lich zuge­führt werden, was den Strom­ver­brauch senkt. Aller­dings benö­tigen zusätz­liche Aggre­gate wie Wärme­pumpe mit Kompressor, Verflüs­siger und Verdampfer Bauraum. Auch stieg die Kapa­zität der Wäsche­trom­meln im Laufe der Zeit von rund 5 kg auf bis zu 15 kg an. Beide Faktoren begrenzen den Bauraum für weitere Kompo­nenten, da die Stan­dardaußen­maße für Haus­halts­ge­räte gleich­blieben. Ein neuer, sehr kompakter Radi­al­lüfter kommt diesem Trend entgegen.

Bild 4: Der Radi­al­lüfter R3G 150 mit EC-Antrieb bietet mit seiner kompakten Bauform auch bei begrenztem Bauvo­lumen eine hohe Luft­för­der­leis­tung.

Der Radi­al­lüfter R3G 150 mit EC-Antrieb (Bild 4) kann hier mit seiner kompakten Bauform auch bei begrenztem Bauvo­lumen eine hohe Luft­för­der­leis­tung bieten. Vergli­chen mit bishe­rigen AC-Lösungen steigt das Leis­tungs­po­ten­tial sowohl bei der Druck­erhö­hung als auch beim Volu­men­strom. Ein höherer Luft­strom bei höherem Druck erlaubt eine kompak­tere Lüfter­bau­weise. Durch eine höhere Motor­dreh­zahl durch den Einsatz von EC-Technik kann das aero­dy­na­misch ange­passte Lüfterrad kleiner ausfallen. Der so geschrumpfte Lüfter findet dann Raum in der kleinsten Ecke.

Stei­genden Anfor­de­rungen an Motoren bei der Ener­gie­ef­fi­zienz und dem Trend nach immer kompak­teren Abmes­sungen bei dazu noch höherer Leis­tung begegnen die Entwickler mit maßge­schnei­derten EC-Motoren. Kompakte Abmes­sungen, Dreh­zahlen unab­hängig von der jewei­ligen Netz­fre­quenz und Bauformen, die per Plug & Play austauschbar sind, machen die neuen Antriebe zur idealen Spar-Alter­na­tive.

Je nach Anwen­dungs­zweck, Betriebs­weise und Bauart liegt das Poten­tial zur Ener­gie­ein­spa­rung bei bis zu 70%. Gerä­te­her­stel­lern ermög­licht dies die schnelle und einfache Moder­ni­sie­rung von Gerä­te­platt­formen bestehender Haus­halts­pro­dukte im Ideal­fall sogar durch Drop-In-Repla­ce­ment.

 

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