Für eine möglichst gleichmäßige Umwälzung großer Luftmassen werden in der Fleischindustrie, beispielsweise in Räucheranlagen, häufig Freiläufer-Ventilatoren eingesetzt, die sich mittels einer Befestigungsplatte direkt einbauen lassen. Während des Räucherprozesses muss gewährleistet sein, dass der Ware auf der untersten Etage genauso viel Wärme und Luft zugeführt wird wie der Ware auf der obersten Etage. Hierfür eignet sich der Einsatz von Freiläufer-Ventilatoren besonders gut, weil sie platzsparend sind und die Luftmassen gleichmäßig sowie großflächig verteilen können. Sie kommen mit geringem Bauraum aus und benötigen keine aufwändig zu installierenden, zusätzlichen Luftleiteinrichtungen. Aufgrund der feuchten und gleichzeitig heißen Medien, denen Freiläufer in Räucheranlagen ausgesetzt sind, ist die Widerstandsfähigkeit der Aggregate, beispielsweise durch eine entsprechende Materialwahl, eine zentrale Herausforderung. Ventilatoren aus herkömmlichen (Edel-)Stählen sind für einen Einsatz in der Räuchertechnik ungeeignet, weil sie rasch korrodieren – teure und zeitintensive Instandhaltungsarbeiten sowie häufige Reparaturen sind die Folge.
Arbeiten auch bei 600 °C zuverlässig
Freiläufer-Ventilatoren aus warmfestem Edelstahl
Karl Klein Ventilatorenbau fertigt Freiläufer-Ventilatoren daher aus hitzebeständigen, sogenannten warmfesten Stählen. Diese können sowohl hohen Temperaturen als auch aggressiven Medien wie Reinigungsmitteln standhalten und reduzieren so Verschleißerscheinungen auf ein Minimum. Auf Anfrage sind auch Sonderlösungen für Medientemperaturen von bis zu 600 °C verfügbar, beispielsweise für die Backtechnologie. Eine zentrale Rolle spielt hierbei der Einsatz von korrosionsbeständigen, warmfesten Stählen für alle medienberührten Teile. Gegen die Feuchte kommt rostfreier Edelstahl zum Einsatz, wodurch sich die Standzeit der Ventilatoren erheblich verlängert.
Für eine lange Standzeit sorgt auch eine eigens entwickelte Temperatursperre, die je nach Situation und Kundenanforderung individuell ausgelegt ist. Bei dieser Sicherheitsvorrichtung handelt es sich um ein Distanzstück samt Kühlflügel, das zwischen dem Motor und der Flanschplatte des Ventilatorteils angeordnet ist. Dabei wird dem A-Lagerschild des Motors mithilfe einer stabilen Abstandskonstruktion, eines kleinen, eigens für diese Anwendung optimierten Ventilatorlaufrads sowie einer ausgefeilten Luftleiteinrichtung kühle Umgebungsluft zugeführt. Die Wärmeübertragung von der Befestigungsplatte an den Motor ist damit minimiert und es kann eine sehr effiziente Kühlung der Motorlager sichergestellt werden. Dieser Umstand ist wichtig, da gut gekühlte Motoren eine Voraussetzung für lange Standzeiten sind. Bei einem um 15 °C zu warmen Motorlager reduziert sich die Lebensdauer beispielsweise auf die Hälfte. Besonders bei Dauereinsatz werden die Motoren durch die Temperatursperre geschont; der laufende Betrieb lässt sich durch ein entsprechendes Monitoring der Kugellagertemperatur überwachen.
Schwingungsminimierter Betrieb
Die FDA-konforme Konstruktion, die über entsprechende Stähle, Dichtmaterialien sowie Schmierstoffe verfügt und sich dadurch ideal für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie eignet, ist außerdem so ausgeführt, dass die Funktionalität des Freiläufers trotz eines möglichst geringen Materialeinsatzes nicht eingeschränkt wird. Um dies zu gewährleisten, werden FEM-Berechnungen zur Festigkeits- und Verformungsuntersuchung ebenso obligatorisch eingesetzt wie CFD-Berechnungen zur Optimierung der Strömungsverhältnisse und der aerodynamischen Effizienz.
Simulationsprogramme verwendet Karl Klein auch zur Vermeidung störender Resonanzen. Denn neben einer robusten Ventilatorausführung muss der Freiläufer im Drehzahlbereich auch einen sehr schwingungsarmen und komplikationsfreien Betrieb garantieren. Aus diesem Grund konstruiert das Unternehmen alle Komponenten so, dass die Ventilatoren in einem möglichst großen, auf den Kunden zugeschnittenen Drehzahlbereich ohne störende Schwingungen arbeiten können. Da das Unternehmen Modalanalysen durchführt, die mit Versuchsmustern validiert und optimiert werden, ist der Freiläufer nahezu wartungsfrei und minimiert gleichzeitig auch seine Schallemissionen.
Die optimale Abstimmung von Laufrad und integrierter Einströmdüse erfolgt unterdessen mittels CFD-Simulationen. Damit lässt sich eine gleichmäßige, wirbelarme Strömung gewährleisten, die eine Voraussetzung für minimale Geräuschentwicklung darstellt. Dies ist vor allem deshalb von Relevanz, da Freiläufer im Gegensatz zu anderen Ventilatorenarten kein Spiralgehäuse besitzen, an das sich lärmreduzierende Bauteile wie eingebaute Filter oder Schalldämpfer montieren lassen. Umso wichtiger ist es daher, dass die eingesogene Luft nicht über etwaige scharfe Kanten strömen muss. Zusätzliche Geräuschbildung lässt sich dadurch vermeiden – was insbesondere im Hinblick auf Arbeits- und Anwohnerlärmschutz ein nicht zu unterschätzender Aspekt ist.
Optionaler Explosionsschutz
Zusätzlich kann Karl Klein die Ventilatoren nach der Atex-Explosionsschutz-Richtlinie zertifizieren. Hierbei gilt es jedoch zu beachten, dass lediglich Fördermediumstemperaturen von -20 bis maximal 60 °C zulässig sind; diese Einschränkung ist per Richtlinie bei allen ATEX-Ventilatoren dieser Bauart einzuhalten. Ist dies der Fall, greift das Unternehmen zur Fertigung des Aggregats auf eine Kupfer-Stahl-Werkstoffkombination zurück. Sollte das aus Stahl bestehende Laufrad in einem hypothetischen Fall die kupferne Einströmdüse streifen, gibt es keinen Funkenschlag.
Karl Klein Ventilatorenbau GmbH, Aichwald
Autor: Hans-Albert Schur
Vertriebsleiter,
Karl Klein Ventilatorenbau
