Effizientere Volumenstromregelung im Labor

Abbildung unten: Damit die Volumenstromregelung in Laboratorien, Rein- und Sauberräumen sowie Digestorien möglichst energieeffizient und sicher vonstattengeht, müssen die eingesetzten Drehantriebe hohe Anforderungen erfüllen. Besonders bei den Klappen von Laborabzügen ist eine kurze Verschlusszeit essentiell, damit ungünstige Druckunterschiede in den Räumlichkeiten vermieden und Mitarbeiter nicht durch giftige Dämpfe gefährdet werden [Bildquelle: Gruner AG].

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Damit die Volumenstromregelung in Laboratorien, Rein- und Sauberräumen sowie Digestorien möglichst energieeffizient und sicher vonstattengeht, müssen die eingesetzten Drehantriebe hohe Anforderungen erfüllen. Besonders bei den Klappen von Laborabzügen ist eine kurze Verschlusszeit essentiell, damit ungünstige Druckunterschiede in den Räumlichkeiten vermieden und Mitarbeiter nicht durch giftige Dämpfe gefährdet werden. Um selbst für Laufzeitanforderungen von 3 Sekunden und weniger passende Antriebe zur Verfügung stellen zu können und die Betriebssicherheit in diesem schwierigen Umfeld zu erhöhen, hat die Gruner AG ihr Portfolio überarbeitet und vier neue, unterschiedliche Superschnellläufer entwickelt. Diese zeichnen sich im Vergleich zu bisherigen Antrieben durch ein um 20 Prozent höheres Drehmoment und eine um 20 Prozent schnellere Reaktionszeit aus: Neben einem Modell, das bei 2 Nm 1 s/90° erreicht, sind auch Typen mit 5 Nm bei 2 s/90°, 10 Nm bei 3 s/90° und 15 Nm bei 3 s/90° Laufzeit erhältlich. Sie können sich deutlich besser als herkömmliche Lösungen an geänderte Bedingungen anpassen und regeln auch hohe Luftgeschwindigkeiten zuverlässig.

"Superschnellläufer - Drehantriebe für das Verstellen von Klappen in RLT-Anlagen, die eine sehr kurze Laufzeit von < 3 s haben - können zur variablen Volumenstromregelung eingesetzt werden, um eine Energieeinsparung bei optimaler Sicherheit zu erzielen", erklärt Dr.-Ing. Wolfgang Spreitzer, Vorstand der Gruner AG. "Sie eignen sich auch für verschiedene Regelungen nach DIN EN 14175 für geprüfte Laborabzüge." Schnelle Läufer - Modelle mit Geschwindigkeiten von 5 s - hatte der mittelständische Stellantriebsexperte Gruner bereits seit zwölf Jahren im Programm, darunter bislang allerdings nur zwei Superschnellläufer. "Die Marktanforderungen haben sich jedoch geändert. Gerade in Rein- und Sauberräumen oder Laboratorien besteht Bedarf an Typen, die höhere Drehmomente bei kürzeren Laufzeiten sowie mittlere Drehmomente bei sehr kurzen Laufzeiten umsetzen", so Spreitzer weiter.

Diese Modelle sind eine wesentliche Komponente, um sowohl Zu- und Abluft, aber auch die Absaugung von Digestorien sicher und präzise zu steuern. Auf diese Weise sorgen die Antriebe dafür, dass zu keinem Zeitpunkt ungünstige Druckunterschiede entstehen - eine wichtige Voraussetzung, um die Arbeitssicherheit an Laborabzügen zu gewährleisten und die Mitarbeiter nicht durch zusätzliche giftige Dämpfe zu gefährden. Zudem ist besonders in der Medikamentenfertigung ein schnelles und hochpräzises Ausregeln des Luftvolumens beziehungsweise -druckes erforderlich, da sonst in kaskadierten Bereichen die Gefahr besteht, Arzneimittel zu kontaminieren.

Abbildung oben: Ein Superschnellläufer [Bildquelle: Gruner AG].

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Hohe Luftgeschwindigkeiten sicher regeln

Im Extremfall müssen Antriebe für Luftabzüge im Laborumfeld Laufzeiten von mindestens 3 s oder weniger aufweisen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, hat Gruner vier unterschiedliche Superschnellläufer entwickelt: Zwei Modelle erreichen bei einer Laufzeit von 3 s/90° ein Drehmoment von 10 beziehungsweise 15 Nm, während zwei weitere mit 2 s/90° bei 5 Nm und 1 s/90° bei 2 Nm über besonders kurze Reaktionszeiten verfügen. "In manchen Fällen sind sogar noch kürzere Laufzeiten angefragt, die bis dato durch pneumatische Antriebe realisiert wurden", erläutert Spreitzer. "Speziell hier kann der Superschnellläufer mit 1 s/90° Laufzeit eingesetzt werden. Dadurch ergibt sich eine günstigere Anlagenkonstruktion bei gleichzeitiger Betriebssicherheit."

Alle neuen Gruner-Modelle zeichnen sich durch spezielle Motoren mit neu konstruiertem Getriebe, einen bürstenlosen Innenläufer sowie ausgeklügelte Ansteuerungsalgorithmen aus, die zusammen für eine besonders hohe Lebensdauer von 100.000 Vollzyklen beziehungsweise 1.500.000 Teilzyklen sorgen.

Durch die Verwendung des bürstenlosen Innenläufers wird eine sehr hohe Drehmomentdichte bei großer Drehfreudigkeit erzielt. "Höhere Drehmomente werden benötigt, um auch bei großen Luftgeschwindigkeiten das Klappenblatt sicher zu bewegen. Dabei kann man sich das Klappenblatt wie einen Flugzeugflügel vorstellen", so Spreitzer. "Die vorbeiströmende Luft erzeugt dabei einen Auftrieb, der über die Lagerung der Klappe in eine Drehbewegung umgewandelt wird und damit ein Drehmoment entgegen der Öffnungsrichtung bewirkt."

Sicheres, stabiles System selbst bei hohen Drehmomenten

Der Drehmomentbedarf ist abhängig von verschiedenen Faktoren wie Klappenkonstrukion, -lager und Dichtungen. So benötigt beispielsweise eine besonders große Jalousieklappe mit 100 x 120 cm und Leckluftstrom bei geschlossener Klappe (nach EN 1751 Prüfdruck bis 2000 Pa in Klasse 4) ein Losreißmoment von mindestens 20 Nm. Dies wird durch den Typ 227CS-024-15B - dem Modell mit 15 Nm bei einer Laufzeit von 3 s/90° - erfüllt, da Gruner-Superschnellläufer typischerweise ein Losreißmoment von 35 Prozent über dem Nennmoment haben.

"Die größte Herausforderung bei der Entwicklung der Superschnellläufer bestand darin, diese Komponente als Bestandteil eines Regelsystems so aufzubauen, dass das Gesamtsystem eine hohe Stabilität aufweist", erläutert Spreitzer. "Außerdem mussten wir speziell bei den sehr hohen Drehmomenten die Schaltung so anpassen, dass die notwendige Energie für die Motorbewegung zur Verfügung gestellt werden kann."

Die neu entwickelten Antriebe erreichen jedoch nicht nur 20 Prozent mehr Drehmoment als vergleichbare Lösungen, sondern auch eine um 20 Prozent schnellere Laufzeit. Dies hat den Vorteil, dass veränderte Anforderungen an das Lüftungssystem besonders zügig ausgeregelt und die notwendige Betriebssicherheit kontinuierlich gewährleistet werden kann. Die kurzen Reaktionszeiten werden durch eine genaue Abstimmung zwischen mechanischer Getriebeuntersetzung, dem Innenläufer und den Steuerungsalgorithmen erzielt.

Statischer Sensor bei verschmutzten, aggressiven Medien

Da in manchen Anwendungen unterschiedliche Drehwinkel benötigt werden, zeichnen sich die Superschnellläufer auch durch skalierbare Regelgenauigkeiten aus: Als Standard werden Gruner-Antriebe generell mit einem 90°-Drehwinkel ausgeliefert, der jedoch stets reduziert werden kann. Damit die zur Verfügung stehende Auflösung von 10 V dabei weiterhin bestehen bleibt, lässt sie sich an diesen veränderten Winkel anpassen. Zusätzlich wurde ein Sicherheitsschalter integriert, der gewährleistet, dass das Getriebe bei einer manuellen Ausrückung keinen Schaden nimmt. Der Schalter stellt dabei den Motor ab, solange die Ausrücktaste gedrückt ist.

Bei Applikationen, in denen das Medium im Lüftungskanal stark verschmutzt beziehungsweise mit aggressiven Medien angereichert ist, sollte der Superschnelläufer in Kombination mit einem GUAC (Gruner Universal Actuator Controller) sowie mit einem statischen Sensor eingesetzt werden. Das Sensorelement wird nicht vom Medium durchströmt und kann somit auch nicht von diesem geschädigt werden. Die Komponente bietet jedoch noch weitere Vorteile: Zum einen ist sie lageunabhängig, so dass die Lüftungsklappe nicht auf die Einbaulage kalibriert werden muss. Auf diese Weise wird eine potentielle Fehlerquelle ausgeschaltet. "Zum anderen weist sie eine hohe Langzeitstabilität auf, das heißt es ist kein zyklisches Kalibrieren notwendig", so Spreitzer. "Besonders in Reinräumen, beispielsweise in der Medikamenten- oder Chipfertigung, gestaltet sich das schwierig, da der Vorgang nicht im laufenden Betrieb erfolgen kann."

Weitere Informationen über die Superschnellläufer und ihre Einsatzgebiete unter: www.gruner.de.

Kategorie: Produkte für Labor und Technikum

Aktualisiert am 28. Januar 2019.

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