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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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