Kompakte, stromsparende Antriebe in Haushaltsgeräten

  • Aerodynamisch optimiert: Standardgebläse VHD 0146 mit in den Ansaugbereich integrierten Berührschutz und standardisiertem Ausblas. (Quelle: ebm-papst)Aerodynamisch optimiert: Standardgebläse VHD 0146 mit in den Ansaugbereich integrierten Berührschutz und standardisiertem Ausblas. (Quelle: ebm-papst)
  • Aerodynamisch optimiert: Standardgebläse VHD 0146 mit in den Ansaugbereich integrierten Berührschutz und standardisiertem Ausblas. (Quelle: ebm-papst)
  • Das EC-Gebläse VHD 0146 für Dunstabzugshauben deckt typische Anforderungen an die Luftleistung im Bereich zwischen 600 bis 800 m³/h (Freistrahl) ab und ersetzt damit bis zu drei AC-Gebläse. (Quelle: ebm-papst)

Moderne EC-Motoren haben gegenüber einfachen Motorenkonstruktionen zwei wesentliche Vorteile: Sie sind kompakter und verbrauchen weniger Strom. Das zeigt sich auch beim Einsatz in Haushaltsgeräten. Im Folgenden zeigen drei Praxisbeispiele das Potential von EC-Motoren auf.

Sollen bestehende Antriebe ersetzt werden, müssen die vorhandenen Befestigungspunkte und Abstände berücksichtigen werden. Ein sogenanntes Drop-In-Replacement ist gefragt, also das einfache Austauschen der Motoren bei identischen Abmessungen der relevanten Teile. Dabei können Bauform und Abmessungen durchaus variieren, Wellendurchmesser und Länge beziehungsweise Schwingungsdämpfer und Bohrungsdurchmesser der Montagelaschen sollten jedoch identisch ausfallen. Da Haushaltsgeräte meist mit Standardabmessungen gefertigt werden, erhöhen kleinere Antriebe das Nutzvolumen. Neben diesen mechanischen Anforderungen sind heute zunehmend gesetzliche Auflagen zu erfüllen. Sowohl in der EU als auch in den USA oder Kanada gibt es eine Reihe von Gesetzen und Richtlinien, die je nach Einsatzgebiet Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von Geräten stellen. In der EU schafft hierzu die Ökodesign-Richtlinie 2009/125/EG den notwendigen Rahmen zur Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte (Energy-related Products, ErP). Zusammen mit dem Energielabel auf den Haushaltsgeräten von A+++ bis zu G soll so der gesenkte Energieverbrauch transparent dargestellt werden. Dabei sind je nach Einsatzfall schon kleine Einsparungen wichtig, um auf dem Markt mit einem besseren Label für höhere Effizienz werben zu können.

Was bedeutet das in der Praxis?

Vielfach erfüllen einfache Motorenkonstruktionen wie Spaltpol- oder Asynchronmotoren nicht mehr die heutigen Anforderungen an Energieverbrauch und Leistungsdichte. Motoren- und Ventilatorenhersteller wie Ebm-Papst Landshut setzen daher auch bei kleinen Leistungen auf flexibel einsetzbare, elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren. Diese kleinen Synchronmotoren zeichnen sich im Gegensatz zu herkömmlichen asynchronen Spaltpolantrieben durch einen hohen Wirkungsgrad aus. In manchen Fällen übernimmt die Kommutierungselektronik zusätzlich die Funktion eines Weitspannungseingangs.

Solche Motoren können ohne Änderung in vielen Stromnetzen der Welt betrieben werden. Anpassungen der Drehzahlen wegen unterschiedlicher Netzfrequenzen (50 oder 60 Hz) entfallen. Zudem lassen sich die Motoren platzsparend integrieren. Drei Antriebsbeispiele, ein kompakter Motor für ein doppelseitig saugendes Haubengebläse, ein Antrieb für Kühltheken und -schränke und ein Radiallüfter zu Trocknungszwecken zeigen im Folgenden das Potential der EC-Motoren auf.

Radiallüfter für Absaugeinrichtungen

Sollen große Luftmengen bei mittlerer bis hoher Druckerhöhung gefördert werden, eignen sich doppelseitig saugende Radiallüfter. Sie kommen sowohl im Haushalt als auch bei technischen Lösungen zum Einsatz, beispielsweise bei Dunstabzugshauben oder Lötrauchabsaugungen. Neben der verbesserten Energieeffizienz ist ein geringes Betriebsgeräusch gefragt. Haubengebläse wie der VHD 0146 werden daher als Gesamteinheit aus Motor, Lüfterrad und Lüftergehäuse mit entsprechendem Ein- beziehungsweise Auslass aerodynamisch optimiert angeboten.
EC-Motoren eröffnen durch ihre kompakte Bauform mehr Freiraum für die aerodynamische Auslegung und lassen sich zudem einfach über die Kommutierungselektronik, zum Beispiel per Pulsweitenmodulation, in ihrer Drehzahl beziehungsweise Luftleistung regeln.

Kälteanwendungen

Bei modernen Kühlgeräten wird der Luftstrom sowohl im Gerät als auch außen am Verflüssiger durch einen Lüfter optimiert. So lassen sich in Kühlgeräten die Temperaturschichtung aufheben oder durch gezielte Strömung, also „Kaltluftzirkulation“, Frischezonen einrichten. Ein gezielter Luftstrom durch den Verflüssiger verbessert den Wärmeübergang. Dadurch wird der Kühlkörper kompakter und die Effizienz des Kühlgerätes steigt bei gleichzeitig größerem Nutzinhalt. Um auch bei bestehenden Geräten die Effizienz von EC-Motoren nutzen zu können, haben die Landshuter Experten den Motor DE 20 speziell für Kühl- und Gefriergeräte entwickelt. Durchmesser und Länge der Welle entsprechen denen der bisherigen Spaltpolmotoren, so dass der Abstand vom Lüfterrad zum Wärmetauscher (Verdampfer oder Verflüssiger) beibehalten werden kann. Ein glattes Gehäuse umschließt Motor und Elektronik, der Anschluss wird wie bisher über ein zweipoliges Kabel hergestellt. Die Abmessungen am Gehäuse entsprechen mit einer Bauhöhe von 40 mm einem Standardmaß. Durch die elektronische Kommutierung ist die Motordrehzahl von der Netzfrequenz entkoppelt, das heißt, man kann den Lüfter in Größe und Form nach rein aerodynamischen Gesichtspunkten auswählen und die Drehzahl anpassen. Standarddrehzahlen von 2.200 oder 2.500 U/min kombiniert mit einem vierblättrigen Lüfterrad mit 100 mm Durchmesser passen in viele Kühlgeräte als Drop-In-Replacement. Bei der Modernisierung von Geräteplattformen lässt sich so auf einfache Weise der Energieverbrauch senken.

Trocknen von Wäsche

Benötigt man eine hohe Luftleistung bei großer Druckerhöhung, eignen sich Radiallüfter. Sie kommen beispielsweise bei Wäschetrocknern zum Einsatz. Aus Effizienzgründen setzt man in solchen Geräten vermehrt auf Wärmepumpensysteme. Diese heizen die Luft zum Trocknen der Wäsche in der Trommel auf. Danach entzieht die Wärmepumpe im Kreislauf der feuchtwarmen Abluft die Wärme, scheidet das Wasser ab und erwärmt mit der recycelten Energie die nun kalte, trockene Zuluft. Es müssen nur noch minimale Wärmeverluste zugeführt werden, was den Stromverbrauch senkt. Allerdings benötigen zusätzliche Aggregate (wie Wärmepumpe mit Kompressor, Verflüssiger und Verdampfer) Bauraum. Auch stieg die Kapazität der Wäschetrommeln im Laufe der Zeit von rund 5 kg auf bis zu 15 kg an. Beide Faktoren begrenzen den Bauraum für weitere Komponenten, da die Standardaußenmaße für Haushaltsgeräte gleichbleiben. Ein neuer, kompakter Radiallüfter kommt diesem Trend entgegen. Der Radiallüfter R3G 150 mit EC-Antrieb kann hier mit seiner kompakten Bauform auch bei begrenztem Bauvolumen eine hohe Luftförderleistung bieten. Verglichen mit bisherigen AC-Lösungen steigt das Leistungspotential sowohl bei der Druckerhöhung als auch beim Volumenstrom. Ein höherer Luftstrom bei höherem Druck erlaubt eine kompaktere Lüfterbauweise. Durch eine höhere Motordrehzahl durch den Einsatz von EC-Technik kann das aerodynamisch angepasste Lüfterrad kleiner ausfallen.

Zusammenfassung

Steigende Anforderungen an Motoren bei der Energieeffizienz und der Trend nach immer kompakteren Abmessungen bei höherer Leistung begegnen die Entwickler mit maßgeschneiderten EC-Motoren. Kompakte Abmessungen, Drehzahlen unabhängig von der jeweiligen Netzfrequenz und Bauformen, die per Plug-and-Play austauschbar sind, machen die neuen Antriebe zur Spar-Alternative. Je nach Anwendungszweck und Bauart liegt die Energieeinsparung bei bis zu 70 Prozent.

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