Vom Prinzip her sind EC-Motoren permanentmagneterregte Synchronmotoren. Bei ihnen folgt ein magnetischer Rotor synchron einem Drehfeld, das elektronisch erzeugt wird. Moderne Elektronik hat diese Lösung erst sinnvoll möglich gemacht. Es lassen sich beliebige Betriebsdrehzahlen realisieren, auch oberhalb der von der Netzfrequenz vorgegebenen Grenzen von 3000 U/min. Dabei ist der Zusammenhang zwischen Spannung und Drehzahl sowie zwischen Strom und Drehmoment weitgehend linear. Mit bis zu 90 % sind die Wirkungsgrade deutlich besser als bei üblichen Asynchronmotoren und das bei meist deutlich kleinerer Baugröße. Die höheren Wirkungsgrade bedeuten nicht nur eine bessere Nutzung der Primärenergie, sondern auch, dass beim Betrieb weniger Verlustwärme an die Umgebung abgegeben wird, was sich positiv auf die Lebensdauer der eingesetzten Kugellager auswirkt.
Hohe Wirkungsgrade bei den Motoren sind für die Praxis ein wichtiges Thema, denn der elektrische Energieverbrauch durch Ventilatoren stellt in kälte- und klimatechnischen Prozessen einen durchaus nennenswerten Anteil dar. Deshalb wird die elektrische Leistungsaufnahme der Ventilatoren auch bei der Festlegung der Energieeffizienzklassen nach dem Herstellerverband Raumlufttechnischer Geräte neben der Luftgeschwindigkeit innerhalb des Gerätes und der Qualität der Wärmerückgewinnung zu den drei wichtigsten Einflussfaktoren gerechnet. Ebenso wichtig sind auch exakt regelbare Ventilatordrehzahlen bei Verflüssigern in den Kälteprozessen, wenn dort durch anspruchsvolle Regelkonzepte energetisch optimale Betriebszustände realisiert werden sollen.
Ein weiterer Vorteil der EC-Technik ist die Laufruhe, die durch die optimale Abstimmung zwischen magnetischem Kreis, der konstruktiven Gestaltung des Motors und der Kommutierungsalgorithmen erreicht wird. Hierdurch zeigen EC-Motoren im gesamten Drehzahlbereich ein Körperschallverhalten, welches vollständig frei von Resonanzstellen ist.
Der Motoren- und Ventilatorenspezialist EBM-Papst Mulfingen hat die bewährten EC-Motoren der Baureihe 150 jetzt verbessert und um zahlreiche neue Funktionen erweitert. Die mit 1,7 kW, 3,0 kW und jetzt erstmals auch mit 6 kW angebotenen Motoren werden sowohl in Axial- als auch in Radialventilatoren eingebaut. Ihr Einsatzbereich erstreckt sich von Outdoor-Anwendungen bis zu Serverräumen im IT-Bereich. Anwender können sowohl von den mechanischen als auch den elektrischen und elektronischen Verbesserungen profitieren.
Neues Elektronikkonzept
Die gesamte Elektronik befindet sich jetzt auf einer einzigen Leiterplatte. Da sich bei der neuen Lösung außerdem zwei Prozessoren die Arbeit teilen, steht mehr Rechenleistung zur Verfügung, wodurch jetzt optimierte Kommutierungsverfahren realisierbar sind. Kommunikationsaufgaben und weitere zusätzliche Funktionen erledigt der zweite Prozessor, während das eigentliche Hirn des elektronisch kommutierten Motors davon unbelastet bleibt. Die konsequente Trennung in zeitkritische und nicht zeitkritische Prozesse vereinfacht zudem kundenspezifische Anpassungen.
Zu den zusätzlichen Features, die in den neuen Motoren integriert wurden, gehören unterschiedliche Einstellungen für Tag- und Nachtbetrieb, die sich jederzeit automatisch oder über einen Wahlschalter abrufen lassen. Die Einstellung von Parametern im Ventilator kann der Monteur oder Servicetechniker mit Smartphone, PDA oder Laptop durchführen. Die Modbus-Software stellt den busfähigen Motoren die dafür notwendigen Funktionen zur Verfügung. Im Modbus-Protokoll hinterlegt sind beispielsweise interne Motortemperaturen, die Zwischenkreisleistung und natürlich Parameter wie das Eingangssignal und Drehzahlen.
Trotz aller Konfigurations- und Kommunikationsmöglichkeiten ist es auch weiterhin möglich, den Ventilator nur mit Anschluss der Netzversorgung und eines 010 V Signals so einfach wie einen AC-Ventilator in Betrieb zu setzen. Darüber hinaus werden für eine einfache, intuitive Bedienung der Motoren und Ventilatoren entsprechende Softwarelösungen angeboten, sowohl für PC (EC-Control) als auch für Smartphone und PDA (Fancontrol 3.0). Mit ihrer Hilfe lassen sich die über den vor allem in der Industrie verbreiteten Modbus oder den EBM-Bus vernetzten Ventilatoren parametrieren, überwachen und über Bluetooth sogar ohne Kabelverbindung fernsteuern. Einstellungs- und Diagnosearbeiten bei bis zu 255 Lüftergruppen mit maximal je 30 Ventilatoren sind über PC komfortabel möglich. Muss eine luft- oder kältetechnische Anlage mit mehreren Ventilatoren eingerichtet werden, unterstützt die Software den Servicetechniker ebenfalls: Mit der Erweiterung Fan Clone 2.0 lassen sich einmal getroffene Einstellungen problemlos auf beliebig viele weitere Geräte übertragen.
Darüber hinaus haben die neuen EC-Motoren einiges zu bieten, was Anwender schätzen werden. So gibt es drei zusätzliche Digitaleingänge. Ist- und Sollwert lassen sich bei Bedarf analog einspeisen, z.B. für externe Sensorik, und die Möglichkeit zur externen Erdung ist ebenfalls vorgesehen.
Wärmemanagement und Feuchteresistenz
Durch den Einbau zusätzlicher Kühlrippen wurde die Oberfläche größer und somit die Eigenkühlung des Motors auch in schwierigen Anwendungen optimiert. Weiterhin wurde die mechanische Konstruktion des Anschlussraumes neu überdacht. Um die Motoren gegenüber Witterungseinflüssen unempfindlich zu machen, wurde der Klemmenkasten in das Motorgehäuse einbezogen und der Deckel mit einer zusätzlichen Dichtung versehen. Er bildet jetzt ein in sich abgeschlossenes System, das die Anforderungen der Schutzart IP54 zuverlässig erfüllt. Sollte dennoch einmal Feuchtigkeit in den Motor eindringen z.B. aufgrund unsachgemäßer Montage muss dies bei den neuen Motoren nicht zwangsläufig zum Ausfall führen. Der Klemmenkasten ist ausreichend groß, so dassdie Anschlüsse leicht zugänglich sind. Die Litzen lassen sich gerade von oben einsetzen und man kann mit dem Werkzeug oberhalb der Leitung hantieren, was das Anschließen wesentlich vereinfacht.
Bei der Weiterentwicklung des neuen Motors wurde auch der Produktionsablauf verbessert. Die unterschiedlichen Varianten entstehen erst an der letzten Fertigungsstation, wodurch sich die Lieferzeiten verkürzen. -
Axial oder radial?
Axialventilatoren sind prädestiniert zur Förderung großer Luftmengen bei geringem Gegendruck. Steigt der Druckverlust im Gerät an, fällt der Volumenstrom schnell ab. Im Allgemeinen lassen sich mit Axialventilatoren viele Kühlaufgaben optimal lösen. Für Einsätze, die einen sehr hohen Druckaufbau bei eher geringerem Volumenstrom erfordern, sind dann Radialventilatoren die richtige Wahl. Die Luft wird axial, d.h. parallel zur Antriebsachse des Radialventilators angesaugt, durch die Rotation des Radiallaufrades um 90° umgelenkt und radial ausgeblasen. Der gesamte Luftstrom verlässt also das Laufrad am Außendurchmesser. Die so mögliche höhere kinetische Energie der Luftmoleküle erzeugt einen höheren Druck als das Axialgebläse, dessen Umfangsgeschwindigkeit an der Radnabe begrenzt ist. Muss beispielsweise ein Luftstrom applikationsbedingt um 90° umgelenkt werden oder behindern Bauteile, Filter usw. den freien Luftstrom, sind Radialventilatoren effizienter als Axialventilatoren.
Dipl.-Ing. Thomas Sauer
Entwicklungsleiter Produktbereich B und Elektronik bei EBM-Papst Mulfingen
