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Aerodynamischer Ventilator aus Biomaterialien: Leise wie ein Eulenflügel

Ziehl-Abegg hat einen Ventilator aus Glasfaser und Bio-Polyamiden und mit einer speziellen Flügelgeometrie entwickelt. Die Komposition mehrerer bionischer Merkmale senkt den Energieverbrauch im laufenden Betrieb.

Peter Fenkl, Ziehl-Abegg, mit Bio-Ventilator Bildquelle: © Ziehl-Abegg

Vorstandsvorsitzender Peter Fenkl präsentiert den neuen bionischen Bio-Ventilator, mit dem Ziehl-Abegg Trendsetter beim Einsatz von Bio-Polyamiden ist.

Biobasierte Materialien haben nicht nur viel Potenzial, sie können heute teilweise schon mehr leisten als erdölbasierte Stoffe. Ausgeschöpft wird dieses Potenzial jedoch noch nicht, was unter anderem an den noch höheren Kosten liegt.  In der verarbeitenden Industrie ist die Akzeptanz noch gering, weil es Informationslücken hinsichtlich Qualität und Vergleichbarkeit gibt, „Time to market“ dominiert.  Biomasse wird auf breiter Front als energetische Alternative diskutiert, weniger als stoffliche:  Noch wird eher verfeuert als verbaut.

Ein Blick auf die Zahlen zeigt jedoch, dass an biobasierten Materialien kein Weg vorbei führt. Denn der heutige Kunststoff-Konsum ist nach Angaben der Universität Hannover 500.000 mal höher als seine Regeneration, in Zukunft wird es schlicht darum gehen, den kostenbaren Stoff verfügbar zu halten.

Somit liegt Ziehl-Abeggs Neuentwicklung im Trend, aus mehreren Gründen. Zum einen: Der neu entwickelte Ventilator besteht z.B. zu mehr als 60% aus dem nachwachsenden Rohstoff Sebazinsäure, der aus dem Öl der Rizinuspflanze gewonnen wird. Das Triglycerid Rizinusöl wird aus den Samen des tropischen Wunderbaums (Ricinus communis), eines Wolfsmilchgewächses, gewonnen.

Das wichtigste Produzentenland für Rizinusöl ist Indien, das mit jährlich 750.000 Tonnen etwa 60 Prozent zur Weltproduktion beisteuert. Weitere wichtige Produzentenländer sind die Volksrepublik China und Brasilien.

Da Rizinusöl durch Anbau auf nährstoffarmen Böden gewonnen wird, steht es hinsichtlich der erforderlichen Anbaufläche auch nicht im Wettbewerb mit der Nahrungsmittel-Produktion. Die Verarbeitung des Biopolyamids ist wie bei herkömmlichen Kunststoffen auf konventionellen Maschinen und angepassten Prozessparametern möglich.

Peter Fenkl, Vorstandsvorsitzender von Ziehl-Abegg: „Durch den Einsatz pflanzlicher Rohstoffe, die der Umwelt in der Wachstumsphase bereits CO2 entzogen haben, ist die CO2-Bilanz des Werkstoffes in Summe deutlich günstiger als bei Polymeren auf Basis fossiler Rohstoffe.“ 

Selbst wenn der gesamte Ventilatorflügel (inklusive Glasfaseranteil von 30 Prozent/GF 30) gesehen wird, beträgt die CO2-Einsparung noch immer 40 Prozent.  Da der nachwachsende Rohstoff mehr als 60 Prozent des Materials liefert, erfüllt das Material die gängige Definition eines Biokunststoffs.

So genannte Biopolymere gehören zu den Leitmarktinitiativen der Europäischen Kommission, wenn folgende Voraussetzungen erfüllt sind: eine ausreichende industrielle Herstellung sowie keine Konkurrenz zu Nahrungsmitteln entstehen. Dies ist beides bei Biopolymeren auf Basis von Rizinusöl gegeben.

Allerdings ist der Preis für Bio-Polyamide derzeit noch höher ist als für herkömmliche Polyamide auf Erdölbasis. Doch was die Geräteleistungsdaten und die Abmessungen im Vergleich mit herkömmlichen Ventilatoren betrifft, gibt es keine technischen Hemmnisse. Jedoch müsse der Markt für dieses Produkt und dessen positive Umwelteigenschaften noch sensibilisiert werden, sagt Vorstandsvorsitzender Peter Fenkl. „Mit diesen Ventilatoren können wir der Umwelt jedes Jahr Tausende von Tonnen CO2 einsparen“.

Daneben hat Ziehl-Abegg durch den Einsatz von Bio-PA im Material-Mix die Belastbarkeit des Ventilators verbessert, die Temperatur- und die Langzeitbeständigkeit sowie die mechanischen Eigenschaften. In die Flügelgeometrie sind Erkenntnisse aus der Bionik eingeflossen, dadurch ist der Ventilator  leiser und effizienter – was im laufenden Betrieb Stromkosten und Geräuschemissionen reduziert.

Eingesetzt wird die Neuentwicklung beispielsweise in der Kältetechnik, in Heizungen, Wärmepumpen und zur Elektronikkühlung. Obwohl der CO2-Fußabdruck deutlich minimiert wird, gibt es Vorteile für Geräteplaner: Der Ventilator hat eine höhere chemische Beständigkeit, weist eine bessere Kälteschlagzähigkeit auf und ist heißwasser- sowie dampfbeständiger.

Technisch birgt der bionische Bio-Ventilator neben dem Nutzen für die Umwelt mehrere Vorteile: wie etwa im Gegensatz zu Erdölprodukten eine sehr geringe Wasseraufnahme und eine deutlich längere Lebensdauer sowie eine verbesserte Chemikalienbeständigkeit.

Für die spezielle Flügelgeometrie nahmen sich die Entwickler von Ziehl-Abegg  zahlreiche Tiere zum Vorbild, deren Körper für Wasser- oder Luftströmung optimiert sind. Fündig geworden sind die Ingenieure beim leisesten Raubvogel – der Eule. Eine Schleiereule wiegt in etwa so viel wie eine Taube. Ihre Flügel  sind allerdings um einiges größer und stärker gewölbt. Das bringt dem Raubvogel sehr viel mehr Auftrieb bei niedrigeren Geschwindigkeiten.

Durch die fedrigen Fransen am Ende der Eulenflügel treffen die Luftströmungen der Flügelober- und Unterseiten an der Hinterkante der Flügel sanfter – und somit leiser –  aufeinander. Daher ist die Hinterkante von Ziehl-Abeggs Ventilatorflügel gezackt.

Doch nicht nur bei der Eule haben die Entwickler von Ziehl-Abegg genau hingeschaut: Geier, Adler und Störche stellen einzelne Federn auf – dadurch lösen sich an jeder Federspitze kleine Randwirbel ab, was den Widerstand des Flügels reduziert. Zu sehen ist dies auch bei Flugzeugen, bei denen die Tragflächen neuerdings einen kleinen Knick (Winglet) am Ende haben – bei Ziehl-Abegg sind die Eulen-Ventilatorenflügel seit Jahren mit einem Knick am Rand ausgestattet.

Der Bio-Ventilator ist im Vergleich zu einem Produkt auf fossiler Basis um 6 Prozent leichter. Einmal resultiert dies aus einer 5-prozentigen Dichte-Ersparnis und zum anderen aus einer um ein Prozent niedrigeren Feuchtigkeitsaufnahme (PA 6 GF 30: Dichte 1,36 u. Feuchteaufnahme 2,1-2,3 % dagegen Bio-Material mit GF30: Dichte 1,31 u. Feuchteaufnahme 1,2 %.)

„Für die Kunden bringt das neue Material zahlreiche Vorteile mit sich, d.h. die Einsatzmöglichkeiten für diesen Ventilator vergrößern sich“, so Fenkl.  Da ist zum einen die höhere chemische Beständigkeit in Form einer Spannungsrissbeständigkeit unter Einfluss aggressiver Chemikalien.

Auch ist BIO-PA heißwasser- u. dampfbeständiger als herkömmliches PA, das heißt, der Ventilator nimmt 50% weniger Feuchtigkeit auf, ist dimensionsstabiler, mit besserer Kälteschlagzähigkeit und  gutem Verschleißverhalten.

Holz hält Ziehl-Abegg zur Substitution von fossilen Materialien nicht geeignet, da sich dies finanziell direkt auf Haus- und Wohnungsbesitzer auswirke, die mit Holz oder Pellets heizen.