Lüfter mit Auslaufbremse

Normalerweise befinden sich Lüfter hinter Gittern – genauer gesagt hinter Schutzgittern. Ohne diese Sicherheitsmaßnahme läuft ein Lüfter energieeffizienter.EBM-Papst, Steve Young – Fotolia.com

Schaltet ein Servicetechniker den Lüfter aus und öffnet ihn, sind die rotierenden Läufer gefährlich. Dies gilt besonders für moderne Kompaktlüfter, die mit hoher Drehzahl arbeiten, um einen großen Luftstrom zu erzeugen. Gleichzeitig arbeiten in den Lüftern reibungsarme Lager, um die Energieeffizienz und auch die Lebensdauer zu erhöhen. Die Kombination aus beidem davon sorgt die gespeicherte Bewegungsenergie im Rotor für lange Auslaufzeiten. Wird dann die Rotation durch einen Gegenstand oder gar einen Finger plötzlich gestoppt, entlädt sich die kinetische Energie schlagartig. Das führt zu Beschädigungen oder im schlimmsten Fall zu Verletzungen. Um dies zu vermeiden ist es Vorschrift, bei schnell zugänglichen Lüftern einen Berührungsschutz, also Schutzgitter, einzusetzen. Gerade bei Hochleistungslüftern wird so aber ein Teil der ausgefeilten aerodynamischen Eigenschaften wieder zunichte gemacht. Das Gitter erzeugt Verwirbelungen und damit Lärm, Gegendruck und als Folge davon eine geringere Förderleistung. Das Gitter wirkt also als Energievernichter, wie eine dauernd leicht angezogene Bremse. Die höhere Lüfter-Drehzahl erzeugt dabei zusätzlichen Lärm.

Zum Schutz von Service- und Bedienpersonal bietet der Lüfterspezialist EBM-Papst aus St. Georgen nun neben Schutzgittern eine aerodynamisch bessere Alternative: die im Lüftermotor integrierte aktive Bremse Actionbrake. Sie drosselt die Drehzahl in weniger als 2 s auf ungefährliche Werte ohne dabei wie ein Schutzgitter zusätzlichen Bauraum zu benötigen und einen erhöhten Luftwiderstand zu erzeugen. Im Vergleich: Ein Standardlüfter ohne Bremse benötigt im Vergleich 20 s, um die Drehzahl auf ungefährliche Werte zu verringern.

Bei der klassischen Variante fallen die Schutzgitter nicht nur optisch auf, sie behindern auch den Luftstrom.EBM-Papst

Sicherheit ohne externe Bauteile

Für die Lüfterexperten stellte sich die Aufgabe, die Bremse genau auf die Belange der Lüfter auszulegen und möglichst auf Schutzgitter zu verzichten. Als Lösung stellte sich in Versuchsreihen die Kurzschluss der Motorwicklungen heraus, die sich vor allem für kleine Leistungen eignet. Für höhere Leistungen sind externe Bremswiderstände nötig. Beim Motorkurschluss wird der Motor dadurch zum Generator, der die kinetische Energie für die Stromerzeugung nutzt. Der erzeugte Strom wird dann in Wärme umgewandelt. Allerdings können dabei anfangs bei hoher Drehzahl durch die Induktion große Ströme auftreten. Das bedeutet, dass die Wicklungen kurzfristig eine hohe Wärmebelastung aushalten und die Steuerungstransistoren für diese Impuls-Ströme ausgelegt werden müssen. Zusätzlich bedeuten hohe Ströme in Spulen immer ein starkes (Gegen)Magnetfeld. Es besteht also die Gefahr, die Permanent-Magneten im Rotor zu entmagnetisieren. Diese Probleme lösen eine geeignete Bauteilauswahl und eine passende Auslegung der Magnete.

Betriebskennlinien im Vergleich: Lüfter mit und ohne Schutzgitter. Der Lüfter mit Gitter ist lauter als der ohne.EBM-Papst

Wird die Betriebsspannung ausgeschaltet, geht die Elektronik in den Bremsmodus. Sie bezieht ihre Energie dabei aus dem geladenen Glättungskondensator der Stromversorgung. Um die Funktion, also die Ansteuerung der Kurzschlusstransistoren der Elektronik, bis zum Stillstand des Rotors aufrechtzuerhalten, wird der Kondensator bei sinkender Spannung durch kurze Ladeimpulse aus dem ‚Bremsgenerator‘ wieder aufgeladen. Dazu wird der Brems-Kurzschluss der Motorwicklung kurzzeitig aufgehoben. Aus der inneren Wärmekapazität der Bauteile und der maximalen Bremsenergie ergibt sich dann ein Temperaturniveau, das unter der maximalen Betriebstemperatur der eingesetzten Komponenten liegt. Das ermöglicht einen langjährigen, störungs- und wartungsfreien Betrieb.

Durch die Bremslüfter kann der Anwender auf Schutzgitter sowie deren Montage verzichten. Die Lüfter verursachen weniger Lärm bei höherer Leistung und geringeren Kosten durch den niedrigeren Stromverbrauch. Auch bei der Logistik macht sich die geringere Teilezahl positiv bemerkbar. Die Bremslüfter sparen also Zeit und Geld bei gleichbleibendem Sicherheitsniveau.

(mf)