7-8/2017 Klima-Lüftung

Millionen Wale können sich nicht irren

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Die in Millionen von Jahren strömungstechnisch ­optimierten Brustflossen der Buckelwale waren ­Vorbild für die neue Ventilatorengeneration „ZAbluefin“ von Ziehl-Abegg.
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Bei diesem neuen ­Radialventilator werden bionische Erkenntnisse ­umgesetzt, um Spitzenwirkungsgrade zu ­ermöglichen, und damit wird eine Energieeinsparung bis zu zehn Prozent erreicht. Das Radiallaufrad ZAbluefin wurde speziell für Klimazentralgeräte und ­Industriebelüftung konzipiert.

Die Bionik beschäftigt sich mit dem systematischen Erkennen von Lösungen der belebten Natur. Der Ventilator mit der Walflosse als Vorbild.

von: Manfred Strobl

Bereits Leonardo da Vinci beschäftigte sich in seinem „Kodex über den Vogelflug“ aus dem Jahr 1505 mit Bionik. Er studierte den Körperbau und die Bewegungsabläufe der Tiere, analysierte das Verhältnis von Körpergewicht zu Größe und versuchte die Fähigkeit der Vögel, zu fliegen, auf Fluggeräte zu übertragen.

Prinzipiell beschäftigt sich die Bionik – auch Biomimikry genannt – mit dem Übertragen von natürlichen Gegebenheiten auf die Technik, frei nach dem Motto: Besser eine bewährte Konstruktion kopieren, als Unfug zu erfinden. Zahlreiche Beispiele aus der Natur haben bereits Einzug in unseren Alltag gehalten, wie z. B. der Klettverschluss – als Vorbild dienten die Klettfrüchte – oder der selbstreinigende Lotoseffekt auf Oberflächen – als Vorbild diente hier die geringe Benetzbarkeit der Lotospflanze.

Der Ventilatorenhersteller Ziehl-Abegg bringt bei einer aktuellen Neuentwicklung eines Ventilators erneut Erkenntnisse aus der Natur ein. Für die neueste Generation von Radialventilatoren stand der Buckelwal Pate. Dadurch werden Energieeinsparungen bis zu zehn Prozent ermöglicht. Ziehl-Abegg liegt mit dem Spitzenwirkungsgrad von Radialventilatoren bei mehr als 70 Prozent. Daher muss jeder Ansatz zur Optimierung genutzt werden.

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.

Dr. Walter Angelis, Technischer Leiter bei Ziehl-Abegg: „Große Verwirbelungen sind immer gekennzeichnet von hohen Strömungsverlusten und Geräuschen.“ In der Evolutionsgeschichte hat der Buckelwal seine Flossen optimiert. So weisen die Vorderkanten der Walflossen golfballgroße Beulen auf, sogenannte Tuberkel. Meeresbiologe Dr. Karsten Brensing: „Dadurch kann ein 25 bis 30 Tonnen schweres Tier mit seinen langen Brustflossen sehr schnell und vor allem sehr wendig schwimmen.“ Diese Bauweise wurde von Ziehl-Abegg an der Vorderkante der Ventilatorschaufel nachempfunden und als gewelltes Profil umgesetzt. Auch bei der Hinterflosse des Wales, der sogenannten Fluke, haben die Strömungstechniker genauer hingeschaut. Die V-förmige Kontur des hinteren Flügelabschnitts verzögert mögliche Strömungsabrisse – das macht den Ventilator für viele unterschiedliche Druckbereiche einsatztauglich.

Dr. Karsten Brensing: „Die Evolution hat den Buckelwal im Hinblick auf die Strömungseffizienz so optimiert, dass er trotz seiner enormen 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 Ventilatorengeneration im Radialbereich bei Baugrößen ab 710 mm. Der Produktname „ZAbluefin“ lehnt sich an das englische Wort für Flosse „fin“ an.

Zusätzlich wurde die Ventilatorschaufel noch mit einer Verwindung versehen. Dadurch wird über die gesamte Spannweite ein optimaler Zuströmwinkel geschaffen. Nicht nur die gezackten Hinterkanten machen das Laufrad leiser – auch die Wellung der Schaufelflächen ergibt eine Schallreduzierung. Etwa zwei Jahre haben sich die Experten bei Ziehl-Abegg mit dem neuen Radiallaufrad für Klimazentralgeräte und Industriebelüftung beschäftigt. Eine bionische Profilierung hat sich als sehr effektiv für Effizienz und Schallarmut herausgestellt. Bei der bionisch profilierten Schaufel gibt es – im Vergleich zu derzeit marktüblichen Hohlschaufeln – keine Zwischenräume, in die Schmutz oder Kondenswasser eindringen können. Das würde neben Korrosion auch zur Unwucht führen. Walter Angelis, Ziehl-Abegg: „Der Stahl wird mit einer 600-Tonnen-Presse in Wellenform gebracht, das ergibt letztendlich die bionische Profilierung. Dadurch erhalten wir zusätzliche Festigkeit und können das Gewicht optimieren, denn weniger Gewicht schont die Lager in den Motoren.“


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