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13.03.2019

Bionische Profilierung senkt CO2-Verbrauch

Ziehl-Abegg setzt beim Radialventilator “ZAbluefin” bionische Erkenntnisse von Buckelwalen, Eulen und Bäumen um (Bild: Ziehl-Abegg)

Der Ventilatorenhersteller Ziehl-Abegg nutzt seine Stellung als Bionik-Technologieführer, um den CO2-Verbrauch weiter zu reduzieren: Bei der Neuentwicklung eines Kunststoff-Ventilators stand der Buckelwal Pate. Dazu kommen bionische Aspekte von Eule und Baum. Dies verbessert die CO2-Bilanz gleich zweifach: durch eine signifikante Reduzierung des verwendeten Materials und durch eine Senkung des Energieverbrauchs im laufenden Betrieb in Klimazentralgeräten und bei Industriebelüftungsanlagen.

Ziehl-Abegg liegt mit dem Spitzenwirkungsgrad von Radialventilatoren bereits jetzt bei mehr als 70 %. Daher muss jeder Ansatz zur Optimierung genutzt werden. Das neue Radiallaufrad weist Merkmale von drei völlig unterschiedlich bionischen Ansätzen auf: sowohl von der Aerodynamik (Vogelkunde) als auch von der Hydrodynamik (Meeresbiologie) und der Biomechanik (Bäume). Materialeinsparung und eine verbesserte Aerodynamik halbieren den CO2-Verbrauch beim Materialaufwand bei gleicher Luftleistung. Moderne Spritzgusswerkzeuge, die jeweils mehr als eine halbe Million Euro kosten, ermöglichen die Umsetzung der bionisch optimierten Geometrien.

Die Hinterkanten der Ventilatorschaufeln sind dem Eulenflügel nachempfunden. „Die Eule als leisester Raubvogel ist bei uns schon für mehrere Designs Vorbild gewesen“, sagt Vorstandsvorsitzender Peter Fenkl. Mittlerweile gelten gezackte Hinterkanten von Ventilatoren als ein Markenzeichen von Ziehl-Abegg. Bei dem neuen Ventilator wurden die Zacken allerdings etwas weicher gezeichnet.

Die Evolution hat den Buckelwal im Hinblick auf die Strömungseffizienz so optimiert, dass er trotz seiner Körpergröße als sehr guter und wendiger Schwimmer gilt. Anders wären seine langen Wanderungen durch die Weltmeere ohne Nahrungsaufnahme auch nicht möglich. Von diesen bionischen Erkenntnissen profitiert nun bei Ziehl-Abegg die neueste Ventilatorgeneration.

Inspirieren lassen haben sich die Entwickler bei Ziehl-Abegg auch von Professor Claus Mattheck. Der „Baumflüsterer” oder „Baumpapst”, wie ihn die Medien bezeichnen, schlägt die Brücke zwischen Natur und Technik: Denn der Professor ist Vorreiter der Wissenschaft der Biomechanik. Bäume sind Vorbild für beste Festigkeit bei minimalem Materialeinsatz.

Wie ist dies beim Ventilator “ZAbluefin” umgesetzt? Die fünf Schaufeln des Radialventilators münden sowohl in die Deck- als auch in die Bodenscheibe gerade so, wie Bäumen nach oben wachsen: in einem leichten Radius am Boden. Mit dem bloßen Auge ist dies kaum erkennbar, weil die dem Baum nachempfundenen Rundungen gering sind. Dennoch bieten diese bionischen Ansätze beim Übergang der Schaufeln die gleiche Festigkeit wie schwere Flügel – so kann der Materialeinsatz signifikant reduziert werden. Weniger Materialverbrauch in der Produktion bedeutet auch eine bessere CO2-Bilanz.

Der Luftstrom trifft bei Radialventilatoren je nach Volumenstrom in unterschiedlichen Winkeln auf die Ventilatorschaufeln. Der Wal hat beim Schwimmen im Meer ähnliche Herausforderungen zu meistern: durch die Bewegung der Flossen ändert sich deren Winkelstellung ständig. Würden seine Brustflossen in einem zu steilen Winkel zur Gegenströmung stehen, würde sich das Wasser mit großen Verwirbelungen von den Flossen ablösen. „Große Verwirbelungen sind gekennzeichnet von hohen Strömungsverlusten und Geräusch“, betont Dr. Walter Angelis, Technischer Leiter bei Ziehl-Abegg. In Jahrtausenden hat der Buckelwal seine Flossen optimiert. So weisen die Vorderkanten der Walfischflossen golfballgroße Beulen auf (Fachbegriff: Tuberkel). Dadurch kann ein 25 t bis 30 t schweres Tier mit seinen langen Brustflossen sehr schnell und wendig schwimmen. „Dies haben wir an der Vorderkante der Ventilatorschaufel nachempfunden und als gewelltes Profil umgesetzt“, erläutert Dr. W. Angelis.

Auch bei der Hinterflosse des Wales, der „Fluke“, haben die Strömungstechniker genauer hingeschaut. Die V-förmige Kontur des hinteren Flügelabschnitts verzögert mögliche Strömungsabrisse – was den Ventilator für viele unterschiedliche Druckbereiche einsetzbar macht. Insgesamt hat die Evolution den Buckelwal im Hinblick auf die Strömungseffizienz so optimiert, dass er trotz seiner Körpergröße als sehr guter und wendiger Schwimmer gilt. Anders wären seine langen Wanderungen durch die Weltmeere ohne Nahrungsaufnahme auch nicht möglich. Von diesen bionischen Erkenntnissen profitiert nun bei Ziehl-Abegg die neueste Ventilatorgeneration im Radialbereich bei Baugrößen von 250 mm bis 560 mm. Der Produktname “ZAbluefin” lehnt sich an das englische Wort für Flosse „fin“ an.