Klima- und Lüftungstechnik Optimierte Entwicklung

Mit der Inbetriebnahme eines neuen Prüfstandes für normkonforme, zeitgleiche Messungen der Luft- und Schallleistung von Axial- und Radialventilatoren optimiert Ebm-Papst Mulfingen den...

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Weil bei Ebm-Papst in Mulfingen die bisherigen Prüfeinrichtungen für die neuen großen Axialventilatoren nicht mehr ausreichten, wurde - in Zusammenarbeit mit dem Stuttgarter Fraunhofer Institut für Bauphysik - vor etwa zwei Jahren mit der Planung eines neuen Prüfstandes begonnen. Im Gegensatz zur konventionellen Vorgehensweise sollte es am neuen Prüfstand möglich sein, Luftleistungen bis 100 000 m3/h bei 3000 Pa sowie Schallleistungen ab 30 dB unter Beachtung der relevanten Normanforderungen gleichzeitig zu messen.Berechnungen müssen durch Messungen validiert werden„Bei der Laufradentwicklung von Ventilatoren werden heute zur Voroptimierung CFD-Programme eingesetzt. Trotzdem werden weiterhin Messungen erforderlich sein“, erklärt Dr. Erik Reichert, Gruppenleiter Entwicklung Strömungstechnik bei Ebm-Papst. „Die Messungen sind zur Validierung der Rechenergebnisse unerlässlich. Außerdem lässt sich das aerodynamische Verhalten eines Ventilators in einem Kundengerät nur mit sehr viel Aufwand und das akustische heute noch gar nicht simulieren.“ Zur Erfüllung aller Normanforderungen besteht der Prüfstand aus zwei reflexionsarmen Geräuschmessräumen, die durch eine Zwischenwand, in die der Prüfling eingebaut ist, getrennt sind. Die Wände und Decken der beiden Halbräume wurden mit Breitbandkompaktabsorbern verkleidet und erfüllen die Genauigkeitsklasse 1 nach DIN EN ISO 3745. In der vorgeschalteten Technikzentrale wird der Luftstrom zur Einstellung des gewünschten Arbeitspunktes erzeugt oder gedrosselt, so dass es sich strömungstechnisch um einen saugseitigen Kammerprüfstand nach DIN 24163 T2 beziehungsweise ISO 5801 handelt. Kernstück der Technikzentrale sind zwei drehzahlgeregelte Hilfsgebläse zur Erhöhung des Volumenstroms, das größere mit einer Antriebsleistung von 75kW und einem Laufraddurchmesser von 1600mm sowie die 400kg schwere Drossel. Zur Messung der Volumenströme werden sieben hochpräzise Einlaufdüsen eingesetzt, über die die Luft angesaugt wird. Die größte davon hat einen Innendurchmesser von 1m. Entkopplung des Prüfraums für störungsfreien BetriebÜber große Kanäle wird die Luft dann dem saugseitigen Prüfraum zugeführt. Mehrere in Reihe geschaltete Kulissenschalldämpfer verhindern, dass dort Geräusche aus der Technikzentrale eindringen. Aus akustischen Gründen ist die gesamte Technikzentrale mit einer 4mm starken luftdichten Stahlblechhülle eingehaust und schwimmend gelagert. Um zu verhindern, dass störende Einflüsse in den 30m langen, 7m breiten und 5m hohen Prüfstand eindringen, ist er vom übrigen Gebäude und von der Technikzentrale entkoppelt. Dazu ist der 600t schwere Betonkörper auf 40 Stahlfedern schwingungsisoliert gelagert. Damit kein Schall gegen die Strömungsrichtung in den Prüfraum eindringt, verlässt die Luft über Austrittskulissen die druckseitige Prüfkammer und strömt über Kanäle zurück zur Technikzentrale, so dass ein geschlossener Luftkreislauf entsteht.Gesteuert werden alle Messvorgänge über einen zentralen Leitstand. Dort lässt sich der Prüfling während des Messbetriebes über einen Monitor optisch überwachen. Zusätzlich erhalten die Entwickler über ein Mikrofon einen subjektiven Eindruck vom Geräuschverhalten des Ventilators.Validierungsphase bestätigt NormkonformitätIm dritten Quartal 2005 wurden alle Prüfstandskomponenten erstmals in Betrieb genommen. In der ersten Validierungsphase wurden verschiedene Normkonformitäts-Prüfungen durchgeführt, zum Beispiel die Bestimmung des Prüfling-Zuströmprofils, der Prüfstands-Gesamtleckage, des Grundgeräuschpegels oder der akustischen Absorptionseigenschaften der Messkammern. In der zweiten Phase wurden Vergleichs- und Wiederholmessungen vorgenommen. „Nach Norm sind die akustischen Messwerte dann entsprechend zu korrigieren, wenn der Abstand des Grundgeräuschpegels zum Messwert 15 dB(A) unterschreitet“, erläutert Dr. Reichert. „Diese Korrektur wird automatisch in der selbst entwickelten Software zur Messdatenerfassung durchgeführt. Vorab ist dazu der Grundgeräuschpegel zu ermitteln. Eine detaillierte Untersuchung zeigte, dass dieser nur von den Strömungsgeschwindigkeiten im Prüfstand abhängt. Weitere Parameter wie die Hilfsgebläsedrehzahl oder die Drosselstellung spielen keine Rolle.“ Der gesamte Grundgeräuschpegel bei den Messungen lag zwischen 16 und 24dB(A). Dabei wird der Summenpegel für Volumenströme zwischen 0 und 97000m3/h bei ausgeschaltetem Hilfsgebläse nur durch die Frequenzen über 1000Hz bestimmt.Vergleiche der am neuen Prüfstand gemessenen Luftleistungskennlinien und Geräuschkennwerte mit Messergebnissen, die an anderen Ebm-Papst-Prüfständen ermittelt wurden, liefern eine gute Übereinstimmung. „Die Möglichkeit, normkonforme Messungen der Luft- und Schallleistung von Axial- und Radialventilatoren oder Kundengeräten zeitgleich durchzuführen, wird bei Ebm-Papst den Entwicklungsablauf nochmals deutlich optimieren“, so Reichert.Dr. Erik Reichert, Gruppenleiter Entwicklung Strömungstechnik bei der Ebm-Papst Mulfingen GmbH & Co. KG: „Der neue Prüfstand für Ventilatoren ermöglicht die gleichzeitige Messung von Luftleistungen bis 100000 m3/h bei 3000 Pa sowie Schallleistungen ab 30 dB unter Beachtung der relevanten Normanforderungen.“Bilder: Ebm-Papst