casestudy - ebm

10/05
CASESTUDY
Klimatisierung
ebm-papst Lüftungssysteme
für Nutzfahrzeuge
Seit vielen Jahren verbauen namhafte Bushersteller Klimaanlagen mit bürstenlosen
sowie verschleißfreien Radialgebläsen und
Axialventilatoren von ebm-papst. Zunehmend
finden diese Produkte auch bei der Klimatisierung und Lüftung von Fahrerkabinen in
Lkw, Traktoren, Baumaschinen und Bahnen
sowie in Transportkältesystemen bevorzugten
Einsatz.
Bevor bürstenlose Systeme am Markt verfügbar
waren
wurden
in
Nutzfahrzeugen
Bürstenmotoren eingesetzt. Bei Bürstenmotoren übernimmt der sogenannte Kommutator die Aufgabe der Stromverteilung auf die
Spulen. Der Kommutator besteht aus Kupferlamellen, die in Isoliermasse eingebettet sind.
Mechanische Federn drücken die integrierten
Kohlebürsten an den Kommutator. Diese beiden sich reibenden mechanischen Bauteile
sind
der
Schwachpunkt
herkömmlicher
Gleichstrom-Motoren. Nach rund 5.000 Be-
toren und Außenläufermotoren, in den letzten
strömungstechnischen Eigenschaften. Die
triebsstunden sind die Kohlebürsten aufge-
Jahren neue Axial- und Radiallüfterbaureihen
unversperrten Lufteinlassbereiche bewirken
braucht und der Kommutator ist verschlissen.
für den Einsatz in Nutzfahrzeugen (Nfz) ent-
eine
Dadurch muss das komplette Gebläse ausge-
wickelt und damit einen weiteren Wachs-
Komponenten und verringern die Geräusch-
tauscht werden. Eine Drehzahlsteuerung ist
tumsschritt erfolgreich begangen. Im Vorder-
emissionen.
außerdem nur mit externer Elektronik mög-
grund der Entwicklungen standen die bewähr-
lich. In modernem Nutzfahrzeugen reicht
ten Baukasten- und Systemintegrations-
diese Nutzungsdauer durch die heute ständig
gedanken. Dabei werden die elektronischen
steigenden Komfortansprüche nicht mehr aus.
Kommutierungsschaltungen in die Motorgehäuse integriert und an die Gebläse-
Um Wartungs- und Stillstandskosten von
konturen optimal angepasst. Die Vorteile lie-
Nutzfahrzeugen zu reduzieren, hat die Firma
gen in der bestmöglichen Nutzung der
ebm-papst, Marktführer im Segment Ventila-
Bauräume bei gleichzeitiger Optimierung der
gute
Kühlung
der
elektronischen
CASESTUDY
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Klimatisierung
Bild 1
Bild 2
Bild 1 zeigt ein Radialgebläse mit elektro-
Ein weiterer Punkt ist die geringe elektromag-
ebm-papst-Nfz-Gebläse ermöglichen eine
nisch kommutiertem Motor und Bild 2 einen
netische Abstrahlung des bürstenlosen EC-
präzise Regelung der Innenraumtemperatur in
Axialventilator, bei dem der Motor hinter der
Lüfters. Diese ist definiert und konstant und
den Fahrzeugen. Dazu steht eine elektrische
Laufradnabe liegt.
entspricht bezüglich der leitungsgebundenen
Schnittstelle mit mehreren Ein- und Aus-
Störgrößen der höchsten Entstörklasse. Die
gangssignalen zur Verfügung, insbesondere
Die neuen Gebläsebaureihen sind für den
Geräte erfüllen die Europäische Richtlinie
das Diagnoseausgangssignal informiert den
Einsatz in Fahrzeugen mit einem Bordnetz von
72/245/EWG und sind daher mit dem e1-
Anwender
24 bzw. 12 V entwickelt worden und heben
Zeichen ausgestattet. Bei Bürstenmotoren
Betriebszustand des Gebläses.
sich durch den Einsatz elektronisch kommu-
liegt die elektromagnetische Abstrahlung
tierter Motoren mit deutlichen Vorteilen von
wesentlich höher und verändert sich in
Die Elektronik erlaubt ebenfalls die Dreh-
Produkten mit Kommutatormotoren ab. Da
Abhängigkeit vom momentanen Zustand des
zahlsteuerung mit mehreren im Nfz-Bereich
kein
Bürstendrucks.
benutzten Eingangssignalen. Es können
verschleißbehaftetes
Kommutator-
Bürstensystem mehr vorhanden ist, liegt die
zu
jeder
Zeit
über
den
Analogsignale von 0 bis 10 V, 24 bis 0 V und
Lebensdauer der elektronisch kommutierten
Im Nutzfahrzeugbereich ist es zudem wichtig,
digitale pulsweitenmodulierte Signale von 10
Motoren mit über 25.000 h deutlich höher. Die
dass Ventilatoren den ständig wechselnden
bis 30 kHz verarbeitet werden. Außerdem
elektronische Ansteuerschaltung ermöglicht
Umwelteinflüssen standhalten. Standard-
steht ein digitaler Eingang zur Absenkung der
eine einfache Beeinflussung der Kommu-
produkte würden hier nur unbefriedigende
Drehzahl auf die Hälfte der Maximaldrehzahl
tierungszeitpunkte um bei höherer Drehzahl
Ergebnisse liefern. Aus diesem Grund sind
zur Verfügung. Damit können alle heute in den
mehr Drehmoment zu bekommen. Dies würde
Automotive-Produkte von ebm-papst zusätz-
Bussen vorhandenen Steuersignale verarbei-
bei einem Bürstenmotor einer räumlichen
lich gegen "Load dump", Verpolung, Schock
tet werden.
Verschiebung der Bürsten am Umfang ent-
und Vibration sowie Schädigung durch
sprechen, was bekanntlich bei Kleinmotoren
Feuchtigkeit und Schmutz in einem weiten
Die Elektronik ist gegen falsche Polung und
aufgrund der festen Lage der Bürsten nicht
Temperaturbereich zuverlässig geschützt.
gegen Überspannungen beim Lastabwurf
nutzbar
Dies
besondere
geschützt. Sie schaltet beim Verlassen der
momentverhalten lässt sich die Luftleistung
Anstrengung in Bezug auf Materialauswahl
Betriebsspannungsgrenzen von 16 bis 32 V
der Gebläse in einem weiten Bereich beein-
und Erprobung der Produkte. Mit Hilfe von
den Motor aus und startet danach wieder
flussen. Ein verbesserter Gesamtwirkungs-
praxisnahen Extremtests, wie z.B. Salznebel-,
automatisch. Der Hochlauf erfolgt stets lang-
grad vermindert den Energieverbrauch und
Schwingungs-, und Temperaturwechseltests,
sam innerhalb einer Dauer von 5 s. Dadurch
reduziert die Umweltbelastung. Dies macht
stellen
wird einerseits der Einschaltstrom stark redu-
sich besonders beim Einsatz von durch-
Ventilatoren sicher.
ist.
Durch
geändertes
Dreh-
erfordert
wir
die
auch
eine
Leistungsfähigkeit
der
ziert
und
andererseits
die
Geräusch-
schnittlich 10 Ventilatoren in einer Bus-
belästigung beim plötzlichen Starten aller
Dachaufbauklimaanlage positiv bemerkbar.
Gebläse vermieden.
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Klimatisierung
Mit Hilfe modernster Elektronik und dem
Einsatz eines speziell designten ASICs hat
ebm-papst
neuste
Erkenntnisse
und
Anforderungen aus Automotive-Anwendungen
in bürstenlosen Gleichstrommotoren umgesetzt. Eine hohe Integrationsdichte und
dadurch sichtlich weniger Bauteile und
Bauteiltoleranzen, sowie eine geringere
Anzahl
von
Lötstellen
erhöhen
die
Zuverlässigkeit weiter und sichern dem
Kunden einen noch längeren störungsfreien
Betrieb
zu. Die ebenfalls mit dem ASIC
umsetzbare intelligentere Ansteuerung des
Motors gewährleistet in jeder Situation einen
zuverlässigen Anlauf, selbst bei Gegendruck
bzw.
rückwärts
drehenden
Gebläse-
Laufrädern. Ein neuer Microcontroller gestattet es die Drehzahlsteuerung des Motors programmtechnisch auf die vom Anwender zur
Verfügung gestellten Steuersignale zu justieren.
und
zum frühzeitigen Eingreifen in alle Bereiche
Ein Leistungs-Derating ermöglicht es, dass
petenzen
Strömungstechnik ist der Grundstein für die
Motortechnik,
Elektronik
der Produkt- und Verfahrensentwicklung.
der Motor Abhängigkeit der vom Kunden
Beherrschung der komplexen Zusammen-
angelegten Betriebsspannung immer seine
hänge
einzelnen
ebm-papst ist spezialisiert auf eine kunden-
maximale Leistungsfähigkeit entwickelt, ohne
Bauteile. Durch die frühzeitige Einbindung der
nahe Entwicklungsunterstützung, bietet eine
überlastet zu werden.
Kunden konnte eine standardisierte Schnitt-
große Palette abgeleiteter Produktvarianten
und Abstimmung
der
stelle definiert werden.
und
Axialventilatoren stehen mit Laufraddurch-
Die systematische Anwendung vorbeugender
Anforderungsprofile. Die systematische Vor-
messern 280 und 300 mm zur Verfügung. Das
Maßnahmen zur Fehlervermeidung wie FMEA
gehensweise ist dabei eine der Voraus-
Laufrad ist durch einen umlaufenden Ring mit
- im eigenen Haus in spezieller Form als
setzungen für die Umsetzung der gesetzten
Einlaufradius besonders robust und strö-
Matrix-FMEA
Entwicklungsziele.
mungstechnisch günstig gestaltet. Durch die
Systemebenen ist heute selbstverständlich;
Verwendung spezieller Laufradmaterialien
erkannte kritische Merkmale fließen dabei
Für ebm-papst zeigte sich der Einstieg in die-
sind inzwischen sehr hohe Drehzahlen reali-
automatisch in die Teilezeichnungen und
ses Marktsegment als neuer, innovativer
sierbar.
Prozesslenkungspläne ein.
Wachstumsschritt. Weltweit können die neuen
durchgeführt
-
in
allen
reagiert
schnell
auf
geänderte
Produkte in bestehende und neue Fahrzeuge
Radialgebläse mit unterschiedlichen Flansch-
Zur Erreichung der gesetzten Ziele kommen in
eingebaut werden. Die Austauschbarkeit war
maßen gibt es bei ebm-papst Mulfingen in
der Entwicklungsphase die heute gängigen
eine der vorgegebenen Kundenforderungen. In
verschiedenen Varianten.
Simulations- und Berechnungsmethoden zum
Landmaschinen und Baumaschinen, Krane,
Einsatz. Das Ziel aller Simulationen ist nach
Schlepper, Stadt- und Reisebusse und Bahnen
Kundenorientiert mit Unterstützung neue-
wie vor eine bestmögliche Voraussage der
werden die Produkte zur zuverlässigen und
ster Entwicklungsmethoden
angestrebten Eigenschaften, die Vermeidung
langlebigen Klimatisierung der Fahrerhaus-
zeitaufwendiger und kostenintensiver Itera-
und Fahrgastkabinen genutzt.
Die Kombination der ebm-papst Kernkom-
tionsschritte und allgemein die Möglichkeit