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Schnelle Inbe­trieb­nahme, ener­gie­ef­fi­zi­enter Betrieb

Rein­räume stellen an ihre luft­tech­ni­schen Systeme spezi­elle Anfor­de­rungen. Für Decken­mon­tage ausge­legte Filter-Fan-Units (FFU) kombi­nieren Filter­technik und Venti­la­toren und ermög­li­chen es, diese Anfor­de­rungen optimal zu erfüllen.


Der Betrieb von Rein­räumen mit FFUs stellt die wirt­schaft­lichste Alter­na­tive für die Reinst­luft­ver­sor­gung dar. Als Kern dieser FFUs werden heute kompakte Einbau­ven­ti­la­toren in Modul­bau­weise verwendet, die möglichst flach bauen, dadurch wenig Einbau­platz benö­tigen und ener­gie­ef­fi­zient arbeiten. Gleich­zeitig spielt aber auch die Vernet­zungs­mög­lich­keit eine immer wich­ti­gere Rolle. Die Luft­ver­sor­gung im Rein­raum ist meist keine Stand-alone-Lösung, sondern in die gesamte Auto­ma­ti­sie­rung und deren SPS- und SCADA-Systeme einge­bunden. Genauso wie alle anderen Sensor- und Aktor-Infor­ma­tionen müssen deshalb auch die Venti­la­toren der FFUs in den System­ver­bund inte­griert werden und ihre Zustand­sin­for­ma­tionen den Steue­rungen und Visua­li­sie­rungs­sys­temen zur Verfü­gung stellen.

Bild 2: Venti­la­toren mit MODBUS-Daisy-Chain-Inter­face (DCI) können über ein Hard­ware­si­gnal auto­ma­tisch vom Master adres­siert werden. Die Inbe­trieb­nahme geht dadurch deut­lich schneller vonstatten. (Foto | ebm-papst)

Die Erst­in­be­trieb­nahme einer Rein­raum­an­lage ist mit hohem zeit­li­chem Aufwand und Kosten verbunden. Nach Anwen­der­aus­sagen beträgt die Zeit für die manu­elle Anbin­dung eines FFU-Daten­punktes ca. fünf bis zehn Minuten. Je mehr Venti­la­toren im Einsatz sind, desto eher lohnt es sich, hier Einspar­po­ten­tiale zu nutzen. Der Venti­la­toren- und Motoren-Spezia­list ebm-papst hat darauf reagiert und bietet seine speziell für den Einbau in FFUs ausge­legten EC Radi­al­ven­ti­la­toren mit digi­taler MODBUS-RTU-Schnitt­stelle auch mit Autoadres­sie­rung an, wodurch sich die Inbe­trieb­nah­me­kosten deut­lich redu­zieren lassen (Bild 2).

MODBUS-RTU mit Autoadres­sie­rung

Ein Master-Slave-basierter Bus benö­tigt immer eindeu­tige Slave-Adressen. Die Venti­la­toren werden norma­ler­weise mit einer werks­seitig vorein­ge­stellten Adresse ausge­lie­fert, die immer gleich ist (beispiels­weise Slave-ID = 1). Daher müssen die Adressen bei der Inbe­trieb­nahme für den Betrieb im Netz­werk­ver­bund mit einer eindeu­tigen Adresse versehen werden, vorzugs­weise in der Reihen­folge der MODBUS-Verka­be­lung. Dieser zeit­in­ten­sive Vorgang ist jetzt durch die soge­nannte DCI-Adres­sie­rung (Daisy-Chain-Inter­face) auto­ma­ti­siert.

Die Master-Steue­rung über­nimmt die komplette Adres­sie­rung sowie Loka­li­sie­rung der FFU Venti­la­toren.

Ein mit DCI ausge­stat­teter Venti­lator wird durch ein Hard­ware­si­gnal (15V/24VDC) am Init-Pin seines RJ45-Netz­werk-Steckers adres­siert und damit vorüber­ge­hend zur Slave-Adresse 247. Nur die so akti­vierte Einheit „hört“ auf Nach­richten, die an diese DCI-Adresse 247 geschickt werden und akzep­tiert eine neue MODBUS-Adresse, die von der Master-Steue­rung an diesen Slave geschickt wird. Nach erfolg­rei­cher Neu-Adres­sie­rung dieses Venti­la­tors wird dessen DCI-Relais einge­schaltet und das Hard­ware­si­gnal (15V/24VDC) an den Init-Pin des nächsten in der Kette folgenden Venti­la­tor­mo­duls weiter­ge­schaltet. Nun ist dieser Venti­lator über das Hard­ware­si­gnal (Init-Pin) akti­viert und die Adres­sie­rung setzt sich wie zuvor beschrieben fort.

Wenn der Kabel­plan bekannt ist, kann über die Reihen­folge der Adressen bzw. über den Kabelweg die Posi­tion der Venti­la­tor­ein­heit in der Rein­raum­decke bestimmt werden. Mit der Reihen­folge der Adress­zu­wei­sung lässt sich der Einbauort iden­ti­fi­zieren. Eine manu­elle Zuwei­sung ist nicht mehr erfor­der­lich; die Master-Steue­rung über­nimmt die komplette Adres­sie­rung sowie Loka­li­sie­rung der in der Rein­raum­decke verbauten FFU Venti­la­toren. Zeit­auf­wand und Kosten für die Inbe­trieb­nahme sinken deut­lich.

Ener­gie­ef­fi­zient und leise

Bild 3: Die Venti­la­toren der RadiCal-Baureihe eignen sich beson­ders für den Einsatz in Filter-Fan-Units. (Foto | ebm-papst)

Einmal in Betrieb genommen, wird die Ener­gie­ef­fi­zienz der Venti­la­toren zu einem wich­tigen Thema. Die FFU-Hersteller müssen in der Rein­raum­technik heute Gesamt­wir­kungs­grade von mindes­tens 50 % im Ausle­gungs­punkt garan­tieren. Gefragt sind deshalb nicht nur möglichst flach bauende Venti­la­toren, sondern diese müssen auch noch ener­gie­ef­fi­zient arbeiten. Die EC Tech­no­logie ist deshalb für die Rein­raum­technik ausge­spro­chen inter­es­sant, da damit ausge­stat­tete FFUs Wirkungs­grade von deut­lich über 50 % errei­chen. Auch extreme Anfor­de­rungen an die Geräusch­emis­sion lassen sich mit EC-Venti­la­toren erfüllen.

Insbe­son­dere Radi­al­ven­ti­la­toren vom Typ RadiCal können hier punkten (Bild 3), da deren Lauf­räder nach strö­mungs­tech­ni­schen Krite­rien opti­miert wurden. Sie tragen so zu einer deut­li­chen Geräusch­re­du­zie­rung von bis zu 7 dB(A) im Vergleich zum herkömm­li­chen Markt­stan­dard bei, was vom mensch­li­chen Gehör als halb so laut wahr­ge­nommen wird. Die leisen und ener­gie­spa­renden Venti­la­toren werden mit Durch­mes­sern von 250, 310, 355 und 400 mm ange­boten und decken Luft­leis­tungen im Bereich 580, 1170, 1750 und 2.330 m³/h ab, bei bis zu 250 bis 300 Pa Gegen­druck. Dank der Außen­läu­fer­bau­weise sind sie sehr kompakt und vor allem mit 190 bis 275 mm Höhe ausge­spro­chen flach, lassen sich also gut in den eben­falls kompakten FFUs inte­grieren.

Lauf­räder aus Kunst­stoff-Verbund­werk­stoff sind im prak­ti­schen Einsatz in vielen Rein­raum­um­ge­bungen bereits gut einge­führt und haben sich bewährt. Trotzdem hat ebm-papst die verwen­deten Mate­ria­lien in einem externen Labor auf Rein­raum-Kompa­ti­bi­lität testen lassen. Die Venti­la­toren der RadiCal Baureihe wurden gründ­lich auf Verbots­stoffe für den Rein­raum­be­trieb unter­sucht und nach Krite­rien der Halb­lei­ter­indus­trie bewertet. Die entspre­chenden Tests haben sie mit Bravour bestanden, die verwen­deten Mate­ria­lien und deren Ausga­sungs­ver­halten sind unbe­denk­lich. Damit können auch Anwender in der Rein­raum­technik von der ener­gie­spa­renden, inno­va­tiven Form­ge­bung der Kunst­stoff-Lauf­räder profi­tieren. Schließ­lich bietet Kunst­stoff im Vergleich zu Blech­ma­te­ria­lien weitaus größere Gestal­tungs­mög­lich­keiten. So führt die Form­ge­bung des gesamten Venti­la­tors zu einer verbes­serten Durch­strö­mung des Lauf­rads, wodurch sich der strö­mungs­tech­ni­sche Wirkungs­grad deut­lich erhöht.

Bild 4: Die EC-Venti­la­toren lassen sich einfach in den FFU inte­grieren. Sie werden als anschluss­fer­tige, ab Werk geprüfte Systeme, gelie­fert. (Foto | ebm-papst)

Breit­span­nungs­ein­gang mit Aktiv PFC

Die EC-Venti­la­toren lassen sich einfach in den FFUs inte­grieren (Bild 4). Sie werden als anschluss­fer­tige, ab Werk geprüfte Systeme gelie­fert, entweder als EC-Radi­al­ven­ti­lator mit Kabel und Anschluss-Stecker­platte oder als fertig montiertes Venti­lator-Einbau­modul inklu­sive Düsen­platte, Motor-Trag­platte, Profil­streben und Schutz­gitter. Sie sind dank Breit­span­nungs­ein­gang für den welt­weiten Einsatz an unter­schied­lichste Netz­span­nungen und Netz­fre­quenzen geeignet. Der seri­en­mä­ßige Aktiv-PFC (Power Factor Correc­tion, zu Deutsch „Leis­tungs­fak­tor­kor­rektur“) verhin­dert, dass beim Paral­lel­be­trieb vieler EC-Venti­la­toren die zuläs­sigen Oberwellengrenz­werte über­schritten werden, die sonst das Versor­gungs­netz belasten würden.

Die EC-Venti­la­toren sind dank Breit­span­nungs­ein­gang für den welt­weiten Einsatz geeignet.

Alle Kompo­nenten der Ener­gie­ver­tei­lung wie Netz­trans­for­ma­toren, Siche­rungen, Schalter und Leitungs­quer­schnitte können dank aktivem PFC deut­lich kleiner und kosten­güns­tiger dimen­sio­niert werden Zusätz­liche externe Stro­m­ober­wel­len­filter sind nicht notwendig. Aber nicht nur in großen Rein­räumen sind Anwender mit den EC-Radi­al­ven­ti­la­toren gut beraten. Auch für klei­nere Rein­raum­ka­binen bietet ebm-papst passende Kompo­nenten und System­technik für den FFU-Betrieb und Moni­to­ring an. 

Rein­raum­technik für saubere Luft

In der heutigen Zeit eröffnen sich ganz neue Anwen­dungs­felder für Geräte der Rein­raum­technik und Anbieter, die sich auf das Vermeiden und Verdünnen von Parti­kel­kon­zen­tra­tionen in Räumen verstehen. Nichts anderes wird schließ­lich zum Reinigen von Luft z. B. in Klas­sen­zim­mern benö­tigt, um dort die Aero­sol­kon­zen­tra­tion und damit Viren­last zu senken. Diese Viren­last lässt sich durch Umluft­be­trieb mit glei­cher Filter­technik wie in Rein­räumen mini­mieren. Die Aero­sol­kon­zen­tra­tion im Raum wird redu­ziert indem die Aero­sole im Umluft­be­trieb im HEPA-Filter abge­schieden werden. Eine wich­tige Rolle in diesem Anwen­dungs­feld spielt die Geräusch­ent­wick­lung, denn diese bestimmt die Akzep­tanz der Luft­rei­niger. Die leisen Venti­la­toren von ebm-papst und das Know-how der Rein­raum­ge­räte-Hersteller ermög­li­chen hier praxis­ge­rechte Lösungen, schließ­lich geht es auch in den Klas­sen­zim­mern darum, die Räume parti­kel­frei zu spülen und auf diesem Wege die Viren­last zu senken.

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  • Paul Krampe sagte am :

    Ich habe bereits mit einem Rein­raum gear­beitet und infor­miere mich regel­mäßig über die tech­ni­schen Neue­rungen. Beson­ders die Luft­ver­sor­gung stellt eine ganz eigene Heraus­for­de­rung dar. Ich finde es daher sehr inter­es­sant, dass hier im Text die verschie­denen Möglich­keiten aufge­listet werden und so eine Auto­no­mi­sie­rung erzielt wird. Ich bin mir sicher, dass sich die Technik immer weiter verbes­sern wird und so zu einer effek­tiven Arbeit beträgt. Eine wich­tige Aufgabe dazu erfüllen profes­sio­nelle Unter­nehmen für Rein­raum­qua­li­fi­zie­rung.