Die Umwelt im Blick

Energieeffizienz

Axialventilatoren – Studie vom Materialeffizienz-Netzwerk Menzel bestätigt: Lange bevor sie in Betrieb gehen – schon bei der Herstellung – reduzieren Hyblade-Axialventilatoren erheblich den Energieaufwand.

15. Oktober 2010

Eine komplette Baureihe von Hyblade-Axialventilatoren in EC- und AC-Technik hat in den letzten beiden Jahren der Motoren- und Ventilatorenspezialist EBM-Papst Mulfingen entwickelt. Bei den Hyblade-Ventilatoren bestehen die Flügel aus einem mit GFK umspritzten Aluminium-Inlet, das Schaufeldesign vereinigt somit die mechanische Stabilität von Al mit der Gestaltungsfreiheit von Kunststoff. Al und Kunststoff sind durch Formschluss verbunden – Klebstoffe erübrigen sich. Laut Aussage der Entwickler sind die Neuprodukte bereits erfolgreich im Markt etabliert.

Die neue Werkstoffkombination erlaubt Schaufelgeometrien, die den aerodynamischen Wirkungsgrad des Ventilators verbessern, das Gewicht reduzieren und zugleich der Geräuschoptimierung dienen. Eine Studie im Rahmen des Materialeffizienz-Netzwerks Menzel ergibt, dass die Werkstoffkombination schon im Herstellungsprozess deutliche Vorteile in der Umweltbilanz gegenüber bisherigen Al-Konstruktionen bietet.

Herstellung im Vergleich

Die Studie erfasst und bewertet die Umweltwirkungen beider Konstruktionsprinzipien über den gesamten Herstellungsprozess – von der Bauxit-Gewinnung bis ins Produktionswerk von EBM-Papst Mulfingen. Maßgebend sind neben dem reinen Energieaufwand für die Produktion auch die Entstehung von Treibhausgasen (Leitwert CO2) und die zur Versauerung führende Umweltbelastung mit Luftschadstoffen (z.B. SO 2). Die Vergleichsbewertung beschreibt zunächst verfahrenstechnisch den gesamten Fertigungsablauf beider Bauvarianten. Für das Druckgießen der konventionellen Al-Schaufel ist eine Form aus hochfestem Werkzeugstahl erforderlich. Die Aluminiumhütte erzeugt mit hohem Energieaufwand zuerst Barren aus Primäraluminium; die später wieder aufgeschmolzen und in Form gebracht werden. Erstarrt und abgekühlt wird das Gussteil schließlich stanzentgratet. Zur Herstellung der Hyblade-Schaufeln wird das Inlet aus Aluminium-Bandmaterial in einem Folgeverbundwerkzeug dreidimensional geformt und anschließend in einer Spritzmaschine mit Hochleistungskunststoff ummantelt. Für das Stanzen und Spritzen sind Werkzeuge nötig, die sehr hohe Standzeiten haben. Zur Ermittlung und Bewertung der Umweltauswirkungen entstammen die Daten für die Gewinnung der für beide Schaufeltypen notwendigen Ausgangsstoffe Al und–im Fall der Hyblade-Schaufeln – Kunststoff dem GEMIS-Datensatz (Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme). Die Prozessdaten zum Stanzen und Spritzen der Hyblade-Schaufeln wurden direkt in der Fertigung ermittelt. Die Prozessdaten für den Al-Druckguss und das Kunststoffspritzverfahren sind weitgehend Statistiken und bereits vorhandenen Datenbanken entnommen.

Hyblade-Technik überzeugt

Das Ergebnis spricht eindeutig für die Hyblade-Variante. Bei fast allen untersuchten umweltrelevanten Parametern weisen sie eine geringere Umweltbelastung als Al-Schaufeln auf. Meist sind die Werte der Hyblade-Schaufeln um den Faktor zwei niedriger. Besonders markant sind bei der letzteren Variante die Energieeinsparung beim Herstellprozess. Den Energieaufwand stellt der Summenparameter KEV (kumulierter Energieverbrauch) dar. Der KEV bestätigt insgesamt den Vorteil der Hyblade-Schaufel mit 15 zu 33 kWh je Schaufel – das entspricht einer Halbierung des Energieaufwands. Dieser Wert umfasst alle Tätigkeiten von der Al-Gewinnung und der Kunststoff-Herstellung bis zur Schaufel (Anteil an Sekundär-Al bei der Hyblade-Schaufel: 30, bei der Al-Schaufel: 70 Prozent).

Weniger CO2-Emission

Was diese Energieeinsparung konkret für die Umwelt bedeutet, zeigen zwei Beispielrechnungen: Für die Produktion von 100.000 Ventilatoren mit Hyblade-Ausstattung, je fünf Schaufeln pro Ventilator, beträgt die Energieeinsparung gegenüber der Herstellung mit Al-Schaufeln ausgestatteter Ventilatoren circa 9.000 MWh. Ein Zweipersonenhaushalt verbraucht pro Jahr im Schnitt rund 2.800 kWh. Die Einsparung entspricht etwa dem Stromverbrauch von gut 3.000 Haushalten oder anders ausgedrückt durch die Hyblade-Technik wird der Stromverbrauch einer kleineren Stadt eingespart. Interessante Erkenntnisse liefert zudem die Betrachtung der um rund 50 Prozent reduzierten Treibhausgase: Hyblade-Ausstattung reduzieren beim Bau von 100.000 Ventilatoren die CO 2-Emissionen um 2.300 Tonnen pro Jahr. Somit erweist sich die Hyblade-Konstruktion nicht nur im Betrieb, sondern auch in der Herstellung als die ökologisch bessere Alternative. Unter dem Strich lässt sich damit als Fazit feststellen: Bei der Verwendung von modernen Ventilatoren in Hyblade-Technik wird nicht nur im Betrieb durch die strömungstechnisch optimierte Flügelkonstruktion Energie eingespart, sondern auch, wie hier aufgezeigt, durch ein ressourcenschonendes Herstellungsverfahren der Komponenten. Ein Umweltaspekt, den Konstrukteure ebenso wie die technischen Anforderungen des zu entwickelnden Produktes immer in Betracht ziehen sollten.

G. Streng, EBM-Papst Mulfingen/mm

Fakten

- Die EBM-Papst Gruppe ist ein weltweit führender Hersteller im Bereich von Ventilatoren und Motoren .

- EBM-Papst beschäftigt an 17 Produktionsstätten und 57 Vertriebsstandorten weltweit über 10.000 Mitarbeiter.

- Die Produkte von EBM-Papst sind in vielen Branchen zu finden, u.a. in der Lüftungs-, Klima- und Kältetechnik, bei Haushaltsgeräten und in IT- und Telekommunikationsanwendungen.

Erschienen in Ausgabe: Sonderheft Green/2010