Mit dem EC-Motor der Zeit voraus

V or über einem halben Jahrhundert begann im baden-württembergischen Mulfingen die Erfolgsgeschichte des Ventilatoren- und Motorenherstellers ebm-papst. Seitdem hat die Ventilatorentechnik einen ähnlich umwälzenden Wandel erlebt wie die Automobilindustrie. Während damals der VW Käfer 1200 mit seinen 38 PS stattliche 9 l Benzin auf 100 km schluckte, verbraucht ein moderner Golf mit 90 PS lediglich um die 4 l.

Eine vergleichbare Effizienzsteigerung um den Faktor 6 haben über die vergangenen 50 Jahre auch Ventilatoren hingelegt. Zudem entfernte sich die Branche immer mehr davon, den Ventilator als isoliertes Produkt zu verkaufen. Heute bieten Hersteller komplette Funktions- und Montagemodule an, die sich per Plug & Play ohne großen Aufwand in verschiedenste Kundenanwendungen integrieren lassen. Drei Phasen beschreiben die wichtigsten Veränderungen des letzten halben Jahrhunderts in der Ventilatorentechnik.

Kleine Außenläufer als Initialzündung

ebm-papst übernahm mit seiner Entstehung im Oktober 1963 eine führende Rolle in der Entwicklung der Ventilatorentechnik. Damals gründet Gerhard Sturm das Unternehmen ebm, um kleine Motoren der Baugröße 60 herzustellen. Ein Novum, da es derartige Motoren damals nur in deutlich größeren Ausführungen gab. Aufgrund ihrer Bauweise lassen sich Außenläufer voll in der Laufradnabe versenken – eine kompakte Funktionseinheit entsteht. Auf die kleinen Motoren hatte der Markt gewartet: Sie fanden sich bald nach der Einführung in verschiedensten Anwendungen, in denen der Bauraum knapp ist. Die Einsatzgebiete reichten von Dunstabzugshauben und anderen Haushaltsgeräten bis zur Friseurtrockenhaube von Schwarzkopf.

Doch der Start verläuft nicht reibungslos: Bereits drei Jahre nach Gründung bedrohen die Kinderkrankheiten dieses Motors das Unternehmen massiv. Die Kunden reklamieren Ventilatoren, die bereits nach kurzer Zeit klappern. ebm setzt alles auf eine Karte und bietet auf dem Höhepunkt der Krise einen neu entwickelten Motor als Lösung aller Probleme an – inklusive vierjähriger Garantie!

Der Coup gelingt – und das neue Produkt wird zum absoluten Verkaufsschlager: der 68er Außenläufer-Asynchronmotor. In den folgenden Jahren leitet ebm verschiedene andere Produkte von diesem Grundmotor ab und entwickelt ihn konsequent weiter. Parallel dazu modernisiert und automatisiert das Unternehmen seine Produktion Schritt für Schritt, um so der stetig steigenden Nachfrage aus dem In- und Ausland nachzukommen. Der Mut zur ständigen Weiterentwicklung treibt Firmengründer Gerhard Sturm an. Und dieses Credo schreibt er auch seiner Firma auf die Fahne: Jedes Produkt muss seinen Vorgänger ökologisch und ökonomisch übertreffen.

Auch die Anwendungsgebiete erweitern sich bis zum Anfang der 1970er Jahre stetig: Motoren und Lüfter von ebm-papst drehen sich nun in Computern, Klimageräten, Ölbrennern und Bandmaschinen von Tonstudios und treiben Rührwerke in der Getränkeindustrie an.

Mit dem EC-Motor
der Zeit voraus

Da die Asynchron-Motorentechnologie jedoch gerade bei kleinen Motoren energetische Defizite hat, arbeitet ebm-papst ab Mitte der 1970er Jahre verstärkt an der Entwicklung elektronisch kommutierter, permanentmagneterregter Synchronmotoren, den sogenannten EC-Motoren. In diesen Produkten wird ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, dem der mit Permanentmagneten bestückte Außenläufer folgt. Das gesamte System ist deutlich effizienter und präziser steuerbar.

Seinem Credo folgend hält ebm-papst an der Neuentwicklung fest, obwohl lange Zeit die Preise der benötigen Halbleiter hoch und die Kosten für Strom vergleichsweise niedrig sind – und sich daher das Interesse an dieser energiesparenden Lösung zunächst in Grenzen hält. Doch die Überzeugung, dass sich ökonomischer und ökologischer Fortschritt gegenseitig bedingen, erweist sich als die Richtige: Ende der 1990er Jahre kommt in der Zusammenarbeit mit einem deutschen Anlagenbauer der Durchbruch der EC-Motoren. In seinen Reinraumfabriken kommen sie in großer Anzahl zum Einsatz.

Zum Jahrtausendwechsel schaffen die EC-Motoren ihren endgültigen Durchbruch in die Breite: Politik und Gesellschaft kommen zu der Erkenntnis, dass sich das Klima u.a. durch einen deutlich reduzierten Energieverbrauch schützen lässt. In der Folge entwickelt ebm-papst auch für andere und größere Produkte EC-Varianten – die stärkste leistet heute 12 kW. Nach und nach gelingt es, die Wirkungsgrade der EC-Motoren auf teilweise über 90 % zu steigern, die Leistungsdichte deutlich zu erhöhen und dadurch ressourcenschonender zu sein. Beispielhaft dafür sind Anfang des neuen Jahrtausends zwei wegweisende Projekte in der Klimatechnik: Eine Firma setzte in ihrer neuen Klimagerätegeneration flächendeckend auf den neuen Energiesparmotor und in einem deutschlandweit aktiven Discounter kommen die sogenannten „EC-Riesen“ – EC-Axialventilatoren mit integrierter Elektronik und Durchmessern von 800 bis 990 mm – zum Einsatz. So sparen Kunden in Klimaanlagen, Rechenzentren oder Hausgeräten nicht nur eine Menge Energie, sondern auch bares Geld.

Effizienter und leiser

Die wichtigsten Entwicklungen in den vergangenen 15 Jahren finden auf dem Gebiet der Aerodynamik und Aeroakustik statt. So hatten Laufräder mittlerer Größe noch vor zehn Jahren Wirkungsgrade zwischen 25 und 45 %, inzwischen liegen diese im Bereich von 60 %. Gleichzeitig arbeitet ebm-papst kontinuierlich daran, den Geräuschpegel von Ventilatoren deutlich zu senken, da diese oft in geräuschsensiblen Umgebungen wie Hotelzimmern oder der Wohnraumbelüftung zum Einsatz kommen. Für den letztgenannten Bereich hat das Unternehmen mit dem 2017 entwickelten Radialventilator „RadiCal“ im Spiralgehäuse eine flüsterleise Lösung vorgestellt. Dessen strömungstechnisch optimiertes Gehäuse reduziert den Geräuschpegel im Vergleich zu einem Trommelläufer um 3,5 dB(A). Bei Bedarf lässt sich der „RadiCal“ mit dem auf der Saugseite montierten Vorleitgitter „FlowGrid“ kombinieren. Dieses reduziert die durch Einbauten im Gerät verursachten Turbulenzen und minimiert so zusätzlich vor allem störende niederfrequente Töne.

Immer besser werden

Produkte, Unternehmensprozesse und Produktion unter dem Gesichtspunkt der Umweltverträglichkeit ständig zu optimieren, findet 2010 in der „GreenTech“-Philosophie ihr nach außen sichtbares Zeichen. Vorausschauende Entwicklung, umweltfreundliche Produktion und höchste Energieeffizienz verbinden sich darin mit größtmöglichem Kundennutzen. Bei der Energieeffizienz ist das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht. Auch bei Wirkungsgraden der Motoren von 90 % lassen sich, z.B. bei der Aerodynamik, weitere Verbesserungen erreichen. Gleichzeitig arbeitet ebm-papst daran, die Fertigung seiner Produkte immer energie- und ressourceneffizienter zu machen.

Aus physikalischer und technischer Sicht ist auch hier genügend Raum für Inno­va­tio­nen gegeben. Ein Trend, den sich auch die Ventilatoren zunutze machen, ist die zunehmende Vernetzung unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“. So sind Ventilatoren bereits heute über Bus-Schnittstellen komplett in Anlagenkonzepte integrierbar. Dadurch wird nicht nur die gewünschte Drehzahl an den Ventilator übermittelt, sondern der Ventilator kommuniziert selbstständig. Er meldet nicht nur Störungen zurück, sondern auch weitere Detailparameter, mit der beispielsweise ein Gebäudeleitrechner eine gesamte Klimaanlage effizienter steuern kann.

Für die vernetzte Welt der Dinge konnte ebm-papst so bereits früh Lösungen anbieten, die auf die ohnehin im EC-Ventilator vorhandene Elektronik zugreifen.

Das Unternehmen treibt die Weiterentwicklung digitaler Lösungen auch weiterhin intensiv voran: vernetzbare Luft- und Antriebslösungen, die neben Bedarfsorientierung beispielsweise einfache Fernüberwachung und vorausschauende Wartung ermöglichen. Dahinter stecken „intelligente“ Lösungen, die Daten erfassen und übertragen können, sowie Software, die diese Daten auswertet. Damit allein ist es jedoch nicht getan: Auch neue Geschäftsmodelle sind gefragt. Um hier der Zukunft der Ventilatorentechnik auch weiterhin entscheidende Impulse zu geben, gründete das Unternehmen 2017 in Dortmund das Start-up ebm-papst neo, das an digitalen Lösungen der nächsten Generation arbeitet. Inzwischen hat ebm-papst seinen Nachhaltigkeitsgedanken mit der Digitalisierung vereint: „GreenIntelligence“. Dieses Zeichen ist der aktuellste Ausdruck der kontinuierlichen Arbeit an Innovationen. Und die ist für ebm-papst nach wie vor die beste Strategie, um auch in Zukunft erfolgreich die Entwicklungen der Ventilatorentechnik mitprägen zu können.