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RadiPac: Die Gesamt­be­trach­tung

Verbes­se­rung der Strö­mungs­ma­schine


Green­Tech EC-Motoren lassen sich hinsicht­lich ihres Wirkungs­grades nur noch marginal verbes­sern. Dabei sollte man immer berück­sich­tigen, dass ein hoher Motor­wir­kungs­grad noch lange kein Garant ist für einen ebenso hohen Wirkungs­grad des Gesamt­sys­tems. Messungen haben gezeigt, dass es bei den bewährten RadiPac-Venti­la­toren dies­be­züg­lich durchaus noch etwas „Luft nach oben“ gibt. ebm-papst hat sich deshalb jetzt in einem weiteren Schritt die Strö­mungs­ma­schine noch einmal vorge­nommen.

Luftstrom-betrachtung

Bild 1: Zur Opti­mie­rung des neuen RadiPac wurde der gesamte Luft­strom im RLT betrachtet.

Nach einer detail­lierten Verlust­ana­lyse und -quali­fi­zie­rung lag das Haupt­au­gen­merk bei dieser Über­ar­bei­tung auf dem Luft­ein­tritt in das Laufrad, der Posi­tio­nie­rung des Außen­läu­fer­mo­tors im Laufrad und dem Schau­fel­profil der Lauf­räder. Für Verbes­se­rungen entlang des Luft­stroms (Bild 1) lautete folg­lich das Ziel, sowohl den Wirkungs­grad zu erhöhen, als auch die Geräusch­emis­sion zu senken. Schließ­lich wird in den meisten Anwen­dungen das akus­ti­sche Verhalten eines Venti­la­tors eben­falls als wich­tige Eigen­schaft betrachtet.

Vorleit­gitter – eine sinn­volle Option

FlowGrid

Bild 2: Vorleit­gitter Flow­Grid für Radi­al­ven­ti­la­toren.

Im Ansaug­be­reich des Venti­la­tors entstehen mehr oder minder ausge­prägte Turbu­lenzen, bedingt durch die oft beengte Einbau­si­tua­tion. Diese Störungen in der Zuströ­mung kann man nicht durch Opti­mie­rungen am Venti­lator kompen­sieren. Modi­fi­ziert bzw. opti­miert man die Zuströ­mung der Luft zum Venti­lator, redu­zieren sich diese einbau­be­dingten Turbu­lenzen. Dadurch verrin­gern sich auch die durch sie verur­sachten, lästigen nieder­fre­quenten Geräu­sche. Als Option wurde deshalb ein spezi­elles Vorleit­gitter entwi­ckelt, das prak­tisch wie ein Gleich­richter auf die Luft­zu­fuhr wirkt (Bild 2). Es vermin­dert dras­tisch die Geräusch erzeu­genden Störungen in der Zuströ­mung. Unab­hängig von den bauli­chen Gege­ben­heiten und der Einbau­si­tua­tion im Gehäuse errei­chen die Venti­la­toren damit Geräusch­werte, die mit dem Betrieb unter Labor­test­be­din­gungen vergleichbar sind (Bild 3).

FlowGrid

Bild 3: Über­zeu­gend: Reduk­tion des Schall­druckpegels und ein deut­lich abge­schwächter Dreh­klang durch das Flow­Grid.

Die Einström­düse

Ein System ist immer nur so gut, wie die durch­dachte Kombi­na­tion seiner Kompo­nenten. Deshalb wurde bei den neuen RadiPac-Venti­la­toren die Einström­düse perfekt auf das Laufrad mit seinem aero­dy­na­misch opti­mierten Schau­fel­kanal ausge­legt. Das redu­ziert Turbu­lenzen bereits beim Luft­ein­tritt, senkt dadurch die Strö­mungs­ver­luste und besei­tigt natür­lich auch eine der Ursa­chen für störende Geräu­sche. Auch der Über­gang von der Einström­düse zur Raddeck­scheibe wurde modi­fi­ziert, sodass eine klar defi­nierte Spalt­strö­mung entsteht. Dadurch redu­zieren sich an dieser Stelle eben­falls die Turbu­lenzen im Luft­strom, die den wirk­samen Strö­mungs­quer­schnitt verrin­gern würden. Auch durch diese Maßnahme steigt die Effi­zienz des Gesamt­sys­tems. Als Stan­dard ist außerdem ein Druck­ent­nah­me­stutzen zur Volu­men­strom­mes­sung vorge­sehen, der optimal posi­tio­niert ist. Für den Anwender verein­facht sich dadurch die Inbe­trieb­nahme.

Neue Schau­fel­kontur

Bei den Lauf­rä­dern sorgen die neuen Alumi­nium-Hohl­profil-Schau­feln durch ihren mecha­ni­schen Aufbau und ihre aero­dynamischen Eigen­schaften für mehr Effi­zienz. Das Gewicht des Lauf­rades hat sich durch die Form­ge­bung redu­ziert, bei gleich­zeitig höherer Stabi­lität. Die hohe Stei­fig­keit des Lauf­rades lässt gleich­zeitig hohe Umfangs­ge­schwin­dig­keiten zu.

Durch­strö­mung

Die sanfte Rundung am Schau­fel­ein­tritt sorgt für verlust­arme Zuströ­mung der Schaufel. Die profi­lierte Kontur leitet den Luft­strom verlustarm durch den Schau­fel­kanal bevor dieser turbu­lenzarm, bedingt durch die dünne Abström­kante, das Laufrad verlässt. Die speziell geformte Radbo­den­scheibe lenkt die Luft­aus­strö­mungs­rich­tung weit­ge­hend in axialer Rich­tung. Dadurch sinken im Klima­gerät die Umlenk­ver­luste und es gibt weniger Druck­ab­fall im einge­bauten Zustand (Bild 4). Diese Verbes­se­rung kommt gleich­zeitig der Geräusch­re­duk­tion zugute.

Luftstrom-technisch

Bild 4: Durch eine Strö­mungs­si­mu­la­tion wird der Einfluss der Modi­fi­ka­tionen auf den Wirkungs­grad ermit­telt. Das Ab­­strömverhalten konnte opti­miert werden.

 

Opti­mierte Motor­po­si­tion

Auch die Motor­po­si­tion im Laufrad wurde über­ar­beitet, um einen guten Kompro­miss zwischen Kompakt­heit der kompletten Venti­la­tor­ein­heit und strö­mungs­tech­nisch güns­tigster Plat­zie­rung des Motors im Laufrad zu errei­chen. Die Radi­al­räder werden am drehenden Motor-Rotor, also direkt am „Gehäuse“ des Außen­läu­fer­mo­tors befes­tigt. Das hält zum einen die Abmes­sungen vor allem in axialer Rich­tung gering, zum anderen verbes­sert sich die Kühlung, da der Motor durch die vom Venti­lator geför­derte Luft gleich mit gekühlt wird. Des Weiteren wird in der Ferti­gung die komplette rotie­rende Einheit bestehend aus Rotor und Laufrad in zwei Ebenen dyna­misch gewuchtet, was einen extrem vibra­tionsarmen Lauf gewähr­leistet.

System­ge­danke statt einzelner Kompo­nenten

Die Radi­al­ven­ti­la­toren können aber auch noch in anderer Hinsicht über­zeugen. Denn die RadiPac-Baureihe für den Einsatz in raum­luft­tech­ni­schen Geräten beinhaltet neben dem Hoch­leis­tungs­laufrad mit der Einström­düse, dem Green­Tech EC-Motor und der Ansteu­er­elek­tronik zusätz­liche mecha­ni­sche Bauteile (Bild 5). So entsteht eine komplette Venti­la­to­ren­ein­heit, die dem Anwender einbau­fertig zur Verfü­gung steht. Im Gegen­satz zu anderen Lösungen – beispiels­weise mit Asyn­chron- oder PM-Motoren – muss sich der Anwender nicht mit den einzelnen Kompo­nenten Motor, Frequenz­um­richter und Laufrad ausein­an­der­setzen, die er alle beschaffen, einbauen, anschließen und aufein­ander abstimmen muss.

RadiPac_Update_Explosion

Bild 5: Bei ebm-papst besteht ein Venti­lator nicht nur aus einem Laufrad. Viel­mehr ist der Venti­lator eine opti­mierte Einheit und umfasst mindes­tens folgende Kompo­nenten: Präzi­si­ons­laufrad mit Einström­düse, Green­Tech EC-Motor und Steue­rungs­elek­tronik.

 

Plug & Play

Screenshot

Bild 6: Der Produkt­se­lektor zeigt alle rele­vanten Betriebs­daten eines Venti­la­tors. Auch die Daten im Teil­last­be­trieb werden exakt wieder­ge­geben.

Weil bei den RadiPac-Venti­la­toren zudem Motor und die im Motor­system inte­grierte Elek­tronik bereits perfekt aufein­ander abge­stimmt sind und nahe beiein­an­der­liegen, werden zusätz­liche elek­tro­ni­sche Filter und geschirmte Kabel über­flüssig. Auch einen externen Motor­schutz­schalter kann man sich sparen. Das bedeutet Plug & Play in der Raum­luft­technik. Mit dem zerti­fi­zierten Produkt­se­lektor (Bild 6) können die in der konkreten Anwen­dung zu erwar­tenden Betriebs­fälle reali­tätsnah abge­bildet werden. Denn die gemes­senen Leis­tungs­daten des Venti­la­tors bilden die für die Auswahl hinter­legte Daten­basis. Das bietet echte Planungs­si­cher­heit.

Mit der EC-Motor-typi­schen stufen­losen Dreh­zahl­re­ge­lung lässt sich die Leis­tung der Venti­la­toren außerdem exakt an die indi­vi­du­ellen Bedürf­nisse anpassen. Die Kommu­ni­ka­tion ist dabei wahl­weise über den seri­en­mä­ßigen 0-10 V DC/PWM-Eingang oder die Modbus-RTU-Schnitt­stelle möglich.

Produkt­sau­wahl einfach gestaltet

Screenshot

Bild 6: Der Produkt­se­lektor zeigt alle rele­vanten Betriebs­daten eines Venti­la­tors. Auch die Daten im Teil­last­be­trieb werden exakt wieder­ge­geben.

Ergän­zend und zur Auswahl des passenden Venti­la­tors gibt es die ebm-papst Soft­ware „Produkt­selektor“ mit inte­griertem „Black-Box“-Modul zur Einbin­dung in kunden­sei­tige Geräte­konfigurations­programme. Das neue Auswahl­programm bietet die Möglich­keit, RadiPac-Venti­la­toren über den Betriebs­punkt auszu­wählen. Liegen mehrere Venti­la­toren in dem vorge­ge­benen Leis­tungs­be­reich, kann anhand der ange­zeigten luft­tech­ni­schen und akus­ti­schen Daten der passenste Venti­lator ausge­wählt und doku­men­tiert werden. Zusätz­lich können die Lebens­zy­klus­kosten für die ausge­wählten Venti­la­toren errechnet werden. Neben der Auswahl über den Betriebs­punkt kann diese auch über die Typen­be­zeich­nung vorge­nommen werden. Die im pdf-Format erstell­baren Daten­blätter zeigen neben den Nenn­daten des Venti­la­tors auch die Leis­tungs­daten im ange­geben Betriebs­punkt mit den saug- und druck­sei­tigen Schall­leis­tungs­pegel über das Oktav­band (Bild 6).

 

Hier finden Sie weitere Infor­ma­tionen zur ILK-Studie.

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