Energiesparende Saubermänner

Die Reinraumtechnik verhindert, dass es durch Verunreinigung zur Beeinträchtigung der Produktionsprozesse und zur Beschädigung der empfindlichen Produkte kommt. Zudem gibt es Produktionen, bei denen Stoffe nicht in die Außenluft gelangen dürfen. Auch hier ist man auf Reinraumtechnik angewiesen, um zu verhindern, dass toxische oder andere aktive Substanzen sowohl Umwelt als auch Menschen gefährden. Dabei stellen Reinräume an ihre lufttechnischen Systeme spezielle Anforderungen. So kommt es auf ausreichenden Luftdurchsatz und Druck, exakte Temperatur- und Feuchteregelung sowie eine immer gleichbleibende Luftqualität an. Dies gilt unabhängig vom Belüftungsprinzip oder der Raumgröße.

Mit für die Montage in der Decke ausgelegten sogenannten Filter-Fan-Units (FFU), die Filtertechnik und Ventilatoren miteinander kombinieren, lassen sich diese Anforderungen gut erfüllen, vor allem in großen Reinräumen. Als Kern dieser FFU werden möglichst kompakte Einbauventilatoren in Modulbauweise verwendet, die flach bauen und wenig Einbauplatz benötigen. Da die Klimatisierung und Lüftung durch die hohen Luftwechselraten in Reinräumen mit Abstand die meiste Energie im Anlagenbetrieb verbrauchen, ist natürlich die Energieeffizienz ein wichtiges Thema. FFU-Hersteller müssen in der Reinraumtechnik Gesamtwirkungsgrade von mindestens 50 % garantieren.

Die Greentech-EC-Technologie von EBM-Papst ist daher für die Reinraumtechnik ausgesprochen interessant. Damit ausgestattete FFU erreichen Wirkungsgrade von über 50 %. Auch die Anforderungen an die Geräuschemission können durch Greentech-EC-Ventilatoren erfüllt werden. Insbesondere die Ventilatoren vom Typ Radical sind um 6 bis 7 dB(A) leiser im Vergleich zum bisherigen Marktstandard. Das Radical-Laufrad mit rückwärts gekrümmten Schaufeln besteht aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Dies ermöglicht eine strömungstechnisch optimierte Form, die die Geräuschentwicklung glatt halbiert und den Leistungsbedarf deutlich reduziert.

Der Motoren- und Ventilatorenspezialist EBM-Papst hat EC-Radialventilatoren im Programm, die speziell auf die Anwendung in Filter-Fan-Units ausgelegt sind. Sie werden mit Durchmessern von 310, 355 und 400 mm ausgeführt und decken Luftleistungen zwischen 1170, 1750 und 2330 m³/h ab, bei bis zu 250 bis 300 Pa Gegendruck. Dank der Außenläuferbauweise sind die Ventilatoren sehr kompakt und vor allem mit 190 bis 275 mm Höhe auch vergleichsweise flach, lassen sich also gut in den ebenfalls kompakten FFUs integrieren.

Durch ihren hohen Wirkungsgrad erzeugen EC-Motoren außerdem wenig Abwärme, die als Wärmeeintrag in den Umluftbetrieb freigesetzt wird. Die Ventilatoren lassen sich zudem stufenlos in der Drehzahl regeln. Man kann also jederzeit die Luftleistung an den jeweiligen Bedarf anpassen. Das ist auch aus ökonomischen Gründen sinnvoll, da EC-Motoren gerade im Teillastbetrieb verglichen mit anderen Regelkonzepten mit besonders hohem Wirkungsgrad überzeugen. Überdimensionierte Luftmengen führen schließlich nicht zwangsläufig zu besserer Produktqualität, aber ganz sicher zu unnötig hohen Betriebskosten.

Die Ansteuerung für einen bedarfsgerechten Betrieb bei den EC-Ventilatoren ist wahlweise analog über ein 0- bis 10-V-Signal oder digital über eine RS485-Schnittstelle möglich. Letztere bietet sich vor allem für die Reinraumtechnik an, da hier oftmals bis zu einige Tausend Ventilatoren in den FFU ihren Dienst verrichten. Die Vernetzungsmöglichkeiten über Modbus oder ebmBUS haben sich in solchen Fällen als sehr praxisgerecht erwiesen. Dabei können die Antriebe über die Bus-Schnittstelle ins übergeordnete Leitsystem zum Gebäudemanagement eingebunden werden. Über dieselbe Schnittstelle lassen sich die Motordrehzahlen stufenlos steuern. Die Luftleistung der FFU lässt sich so perfekt an die jeweiligen Umgebungs- und Betriebsbedingungen des Reinraums anpassen. Gleichzeitig kann man einen Ausfall eines Ventilators in der Filterdecke dadurch kompensieren, dass man die Drehzahlen der benachbarten FFU erhöht. Die für Modbus und ebmBUS geeignete FFU-Control-Software vereinfacht dabei den Umgang mit der Anlagentechnik, angefangen von der Konfiguration und Programmierung bis hin zum Alarmmanagement.

Im Betrieb profitiert der Anwender aber noch von weiteren Eigenschaften der EC-Technologie: Die Ventilatoren arbeiten ausgesprochen leise über den gesamten Drehzahlbereich. Die für die Produktion in Reinräumen geltenden strengen Lärmschutzbestimmungen können damit erfüllt werden. Zu einer niedrigen Geräuschemission tragen natürlich auch die nach strömungstechnischen Kriterien optimierten Radiallaufräder bei.

Üblicherweise bestehen die Laufräder der in der Reinraumtechnik eingesetzten Ventilatoren aus Metall. Der Einsatz von Kunststoffen im Umluftbetrieb eines Reinraumes ist immer mit Vorbehalten verbunden. Die Zusatzstoffe, die bei der Kunststoffproduktion notwendigerweise beigemischt werden, stehen im Verdacht, auszugasen und für die Prozesse im Reinraum schädlich zu sein. Für Anwendungen, bei denen metallische Verunreinigungen auszuschließen sind, verhält es sich komplett anders. Hier sind Ventilatoren aus Kunststoff verständlicherweise ein Segen.

Deshalb hat sich der Ventilatorenhersteller intensiv mit der Ausgasungsthematik beschäftigt. Die Ventilatoren der Radical-Baureihe wurden gründlich auf Verbotsstoffe für den Reinraumbetrieb untersucht und diese nach ITRS-Standard der Halbleiterindustrie bewertet. Radical-Laufräder haben die entsprechenden Tests mit Bravour bestanden. Gemäß den Untersuchungsergebnissen sind die verwendeten Kunststoffe unbedenklich. Die emittierten potenziellen Schadstoffe liegen weit unter den zulässigen Grenzwerten. Auch in der Reinraumtechnik können Anwender also von der innovativen Formgebung der Kunststofflaufräder profitieren. Kunststoff biete im Vergleich zu Blechmaterialien weitaus größere Gestaltungsmöglichkeiten. So führt die Formgebung des gesamten Ventilators zu einer verbesserten Durchströmung des Laufrads, wodurch sich der strömungstechnische Wirkungsgrad deutlich erhöht. Dafür sorgen u. a. die abgerundeten Einströmkonturen an Deck- und Bodenscheibe der Laufräder. Zusätzlich wurde das Zusammenspiel zwischen Einströmdüse und Laufradeintritt verbessert.

Sales Engineer, EBM-Papst