Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Effiziente Ventilatorflügeltechnologie für industrielle Radialventilationssysteme

In dem internationalen Forschungsvorhaben (26. CORNET-Call) ist in Zusammenarbeit mit dem polnischen Zentrum für Forschung und Entwicklung NCBR die Entwicklung eines neuartigen, hocheffizienten Radiallüftertyps mit verstellbarer Schaufelgeometrie geplant.

Radiallüfter gibt es in unterschiedlichsten Größen für eine Vielzahl von Anwendungen. Zur Zeit erfolgt die Anpassung der Betriebsparameter hauptsächlich durch den Einsatz von Drosselventilen (geringe Effizienz, enger Regelbereich) oder durch den Einsatz von Frequenzkonvertern (effizient, jedoch sehr teuer). Der Forschungsansatz des Konsortiums besteht aus diesem Grund in der Entwicklung einer

kostengünstigen und zuverlässigen Lösungen, die es ermöglicht Radiallüfter bei wechselnden Einsatzbedingungen immer im optimalen Betriebspunkt betreiben zu können.

Zur Realisierung des Projektziels werden zwei Lösungsansätze verfolgt. Zum einen soll durch eine Verstellung der Schaufelgeometrie in Kombination mit einem selbsteinstellenden Regelsystem die pneumatische Performance bedarfsgerecht optimiert werden. Zum anderen wird beabsichtigt durch den Einsatz innovativer Leichtbauwerkstoffe und Verarbeitungsmethoden das Bauteilgewicht und damit die Massenträgheiten zu reduzieren.

Im Vergleich zu kommerziellen verfügbaren Radiallüftern werden folgende Vorteile angestrebt:

- Steigerung des Wirkungsgrades bzw. der Energieeffizienz >5 % über den gesamten Arbeitsbereich

- Erweiterung des Einsatzbereiches mit Hilfe variabler Schaufelgeometrien

- automatischen Systems zur Steuerung der Betriebsparameter

- Gewichts-/Trägheitsminderung von ca. 20 % durch den Einsatz innovativer Leichtbauwerkstoffe

Für KMU im Lufttechniksektor ergibt sich damit ein direkter Wettbewerbsvorteil durch die Erhöhung des Lüfterwirkungsgrades. Die Projektergebnisse sollen zur gesteigerten Akzeptanz von hybriden Bauweisen auch bei kleinen und mittleren Unternehmen führen, die somit Produkte mit gesteigerter Performance anbieten und neue Märkte erschließen

Ergebniszusammenfassung:

Der Forschungsansatz des Konsortiums bestand in der Entwicklung einer kostengünstigen und zuverlässigen Lösung, die es ermöglicht Radiallüfter bei wechselnden Einsatzbedingungen immer im optimalen Betriebspunkt betreiben zu können. Zur Realisierung des Projektziels wurden zwei Lösungsansätze verfolgt. Zum einen sollte durch eine Verstellung der Schaufelgeometrie die pneumatische Performance des Ventilators bedarfsgerecht optimiert werden. Zum anderen wurde durch den Einsatz innovativer Leichtbauwerkstoffe und Verarbeitungsmethoden angestrebt, das Bauteilgewicht der Schaufel und damit die Massenträgheiten des neuartigen Mechanismus deutlich zu reduzieren.

Aufbauend auf einer detaillierten Anforderungsanalyse wurden von WUST zwei grundlegende Mechanismen zur Schaufelverstellung (Stangengetriebe vs. Seilzug), welche das gewünschte Eigenschaftsprofil aufweisen, entworfen und simulativ ausgelegt. Zur Kompensation der Zusatzmassen wurden für die Ventilatorschaufeln vom IWU (Blech) und SLK (Faserkunststoffverbund) Leichtbaukonzepte entwickelt, deren Herstellbarkeit in Laborversuchen erfolgreich getestet wurde. Zur realitätsnahen Ermittlung der Performance des Radialventilators wurde durch WUST ein Demonstrator-Lüfter mit einem Stangengetriebe zur Schaufelverstellung in Realgröße umgesetzt und ausgiebig getestet. Abschließend wurde für das entwickelte Vorzugskonzepts des Radiallüfters mit verstellbarer Schaufelgeometrie eine Wirtschaftlichkeitsanalyse durchgeführt.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass im Rahmen des Projekts eine effiziente Technologie zur Veränderung der Schaufelgeometrie entwickelt wurde, die es der Industrie ermöglicht große Radiallüfter in einem breiteren Betriebsbereich effizient zu betreiben. Dank der neuen Art der Schaufelpositionssteuerung konnte der Druckanstieg im Vergleich zu konventionellen Designs um etwa 40 % erhöht werden.