Wie Axialventilatoren die Leistung von Off-Highway-Maschinen neu definieren

Das aerodynamisch optimierte PMAX4-Blatt von Multi-Wing ist auf Anwendungen zur Motorkühlung mit hohem Widerstand zugeschnitten

Neue Maschinen müssen weniger CO2 sowie andere schädliche Gase und Partikel ausstoßen.

Effizienz, Haltbarkeit und längere Betriebszeit über die gesamte Lebensdauer hinweg sind von entscheidender Bedeutung.

Darüber hinaus fordern Endverbraucher und Regulierungsbehörden, dass diese Maschinen leiser sind – was angesichts der Voraussetzung gleicher oder höherer Leistung nicht leicht zu erreichen ist.

Dennoch erfüllen neue Maschinen diese Anforderungen in hohem Maße und die Budgets der Forschungs- und Entwicklungsabteilungen werden aufgestockt, da die Hersteller dafür sorgen, dass neue Modelle verkaufsfähige Verbesserungen mit sich bringen.

Was macht Motoren cool?

Im Bauwesen müssen Lüfter Hochleistungsmotoren kühlen, die extremen Belastungszyklen ausgesetzt sind, oft unter rauen Klimabedingungen.

Kein Wunder also, dass die Hersteller heute mehr Wert denn je auf die effektive Kühlung dieser Motoren legen.

Patrick Bold ist Produktdirektor für Laufräder und Kupplungen bei Multi-Wing, dem in Dänemark ansässigen Unternehmen, das Axialventilatoren für den Einsatz in verschiedenen Branchen wie der Baubranche und der Stromerzeugung entwickelt und herstellt.

Patrick Bold, Produktdirektor für Laufräder und Kupplungen bei Multi-Wing

„In letzter Zeit haben wir einen viel stärkeren Fokus auf die Erhöhung der Grenzumgebungstemperaturen (LAT) von Geräten beobachtet“, sagt er. „Die LAT ist die maximal zulässige Umgebungstemperatur, bei der das Motorkühlsystem ohne Ausfall oder Überhitzung betrieben werden kann.“

Aufgrund der Emissionsvorschriften und des Einsatzes der Maschinen in raueren Klimazonen ist eine deutlich bessere Kühlung dieser Maschinen erforderlich, um sicherzustellen, dass sie jederzeit einsatzbereit sind.

„Um die Kühlanforderungen der Emissionsvorschriften zu erfüllen, benötigen Sie einen dickeren Kühler, Zusatzkühler mit größerem Widerstand und höherem Luftstrom.

Dies deutet darauf hin, dass der Lüfter mehr Arbeit leisten muss und die Geräuschentwicklung dabei möglichst gering bleiben soll, denn auch die Hersteller sind gefordert, den Lärmpegel ihrer Maschinen zu senken.“

Diese anspruchsvollen Voraussetzungen erfordern Lüfter, die weit mehr können als nur einen beeindruckenden Luftstrom zu liefern; sie müssen die Effizienz einer Maschine auf bisher nicht in Betracht gezogene Weise steigern.

Nicolas Geiger, globaler Entwicklungsmanager für Motorkühlungslaufräder bei Multi-Wing, beschreibt die Entwicklung solcher Lüfter wie folgt: „Es kommt sehr darauf an, den Lüfter als Teil eines Systems zu verstehen.

Man kann unter Laborbedingungen alle gewünschten Tests durchführen, aber wenn man die Konfiguration der Maschine und ihre aktuellen Einschränkungen außer Acht lässt, ist eine Optimierung mit einem Ventilator nur schwer möglich.“

Geiger beschreibt den jüngsten Einsatz der 3D-Drucktechnologie, der das Potenzial der neuesten Lüfterdesigns demonstrieren kann.

Ein Beispiel für die von Multi-Wing bei der Entwicklung der PMAX-Serie durchgeführten Strömungsdynamikberechnungen

Er sagt: „Wir können jetzt für unsere Kunden funktionierende Prototypen im 3D-Druckverfahren herstellen, die man dann beispielsweise direkt in einen Bagger einsetzen kann. Das war vor ein paar Jahren noch fast undenkbar.“

Fluiddynamik in Aktion

Geiger betont zwar, wie wichtig die praktische Arbeit mit Maschinen für die optimale Ventilatorkonstruktion ist, erkennt jedoch auch die Vorteile an, die sich aus der Nutzung neuester Technologien zur Unterstützung des Prozesses ergeben.

„Ein Großteil unserer Arbeit“, sagt er, „dreht sich um Strömungsdynamik, die wir mit CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) testen.

Wir können die Profile so optimieren, dass möglichst wenig Turbulenzen entstehen, was zu weniger Lärm und einer höheren Effizienz führt .

Je sauberer die Luft, desto stärker lässt sich der Lärm reduzieren. Bei einem so hohen Luftdruck ist das allerdings nur schwer zu erreichen.

„Mit CFD können wir Tausende von Designs in wenigen Tagen testen. Und die Tests selbst werden immer ausgefeilter, da die Software besser und die Computer schneller werden. Wir können heute Modelle ausführen, die vor zwei oder drei Jahren noch undenkbar waren“, erklärt Geiger.

Dennoch hängen die Ergebnisse im Grunde immer noch von der besten Kombination aus Physik und dem Wissen der Maschinen ab.“

Ein Blick in die Zukunft

Nicolas Geiger, globaler Entwicklungsmanager für Motorkühlungs-Laufräder bei Multi-Wing

Angesichts der Bedeutung, die den Geräteherstellern bei der Herstellung nachhaltigerer Geräte beigemessen wird, ist es leicht zu erkennen, warum die Ventilatorhersteller ihre Leistung steigern müssen.

Laut Geiger „war das Laufrad früher ein Katalogprodukt. Man sagte, ich brauche etwas mit ungefähr diesem Druck und diesem Durchmesser. Was haben Sie? Es wurde bestellt und verschickt und man hörte nie wieder etwas davon.“

„Heute werden wir aufgefordert, einen Lüfter für eine Maschine zu entwerfen, die möglicherweise in drei Jahren auf den Markt kommt, und der Lüfter muss unter äußerst spezifischen Bedingungen optimal funktionieren.“

Patrick Bold stimmt dem zu und fügt hinzu, dass der Luftstrom bei schweren Baumaschinen und Kraftmaschinen stark blockiert sei, eine Tatsache, die auch den Bedarf an effizienteren Lüftern erhöhe.

„Früher“, sagt er, „waren die Profile der Lüfterblätter alle relativ ähnlich und nahezu universelle Produkte, die in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie in der Motorkühlung eingesetzt werden konnten.“

„ Bei der Entwicklung dieser neuen Rotorblätter lag der Fokus auf der Kühlung des Motors , wo die Bedingungen für die Luftzufuhr sehr schlecht sind und die Kühler über unzureichende Abdeckungen verfügen. Bei ihrer Entwicklung standen kommerzielle Ziele im Vordergrund.“

Es besteht kein Zweifel, dass den Herstellern von heute bewusst wird, welche Vorteile ein hocheffizienter Lüfter ihren Geräten hinsichtlich Leistung und Geräuschreduzierung bieten kann.

Die neueste Generation Axiallaufräder von Multi-Wing ist für anspruchsvolle Einlassbedingungen ausgelegt. Abgebildet ist PMAX5.

Bold nennt als Beispiel die boomende Stromerzeugungsbranche und sagt: „Jede Kilowattstunde, die Sie bei der Kühlung des Motors einsparen, ist eine Kilowattstunde mehr, die Ihnen von dieser Maschine zur Verfügung steht, und das bedeutet, dass Sie weniger Kraftstoff verbrauchen.“

Dies ist ein sehr wichtiger Punkt in der Generatorenindustrie – eine Mindestleistung zur Kühlung des Motors.“

Design fürs Leben

Ein optimal gekühlter Motor, der weniger Kraftstoff verbraucht, führt also zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten, aber das gilt nur, solange der Lüfter in Betrieb ist. Aus diesem Grund und unter Berücksichtigung ihrer Effizienzanforderungen erwarten OEMs im Allgemeinen, dass Lüfter so lange halten wie der Motor, den sie kühlen.

„Hier“, sagt Bold, „ist das Gewicht des Laufrads aus Sicht der Haltbarkeit wirklich wichtig, denn je höher das Gewicht des Laufrads, desto stärker ist der Verschleiß der Lager und der Riemen in der Maschine. Außerdem verlängern sich die Wartungsintervalle mit einem leichteren Lüfter.“

Mit anderen Worten: Je geringer das Gewicht des Laufrads, desto geringer sind die Gesamtbetriebskosten der Maschine.

„Ein Großteil unserer jüngsten Arbeit konzentrierte sich darauf , das Gewicht zu senken und gleichzeitig die Leistungsziele zu erreichen . Dies ist uns durch die Verwendung einer minimalen Anzahl von Rotorblättern gelungen.

Die Gleichung ist ziemlich einfach: weniger Klingen, weniger Material, weniger Lärm und weniger Gewicht.

Der Axialventilator PMAX7 von Multi-Wing eignet sich für Off-Highway-Maschinen sowie mittlere bis große Generatoren und Kompressoren

Wir haben das Klingendesign und die Form der Klinge optimiert, um die Arbeitsfläche zu vergrößern und die Leistung zu maximieren.“

Wir haben in der Baubranche einen Punkt erreicht, an dem sich derartige inkrementelle Gewinne bei der Schaffung neuer Geschäftsfelder bezahlt machen können. Bold und Geiger sind jedoch überzeugt, dass diese neuen Axialventilatoren das Potenzial haben, mehr als nur inkrementelle Gewinne zu liefern.

Bold sagt: „Die Bediener werden den Unterschied in Bezug auf die Geräuschemissionen definitiv bemerken. Da die Motoren leiser geworden sind, insbesondere mit den Filtern hinter dem Motor, werden Sie bei einigen Maschinen feststellen, dass der Großteil des Lärms nicht vom Motor, sondern vom Lüfter kommt.

Damit rückt der Ventilator bei einigen der neuesten Hightech-Maschinen in den Mittelpunkt.“

Geiger stimmt dem zu, fügt jedoch hinzu: „Anders als bei Konsumgütern, bei denen geringe Geräuschentwicklung lediglich ein Differenzierungsmerkmal ist, gibt es heute Vorschriften, die besagen, dass Sie Ihre Maschine nicht verwenden und nicht verkaufen dürfen, wenn sie zu laut ist.

Laute und ineffiziente Maschinen sind einfach keine Option mehr.“

Alle Bilder mit freundlicher Genehmigung von Multi-Wing

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Dieser Artikel wurde von KHLs Content Studio in Zusammenarbeit mit Produktexperten von Multi-Wing verfasst.