Aktive Magnetlager (AMB=active magnetic bearing) sind Lager, die rotierende Systeme durch elektromagnetische Kräfte radial und axial positionieren. Diese Lager sorgen in Turbogebläsen für einen reibungsfreien, vibrationsarmen Betrieb und gewährleisten eine höhere Effizienz und Zuverlässigkeit. Aktive Magnetlager bestehen aus einer Reihe von elektromagnetischen Aktuatoren, Positionssensoren und einer elektronischen Regelung, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird, das den Rotor stützt und die mechanische Reibung eliminiert. Die Komponenten des aktiven Magnetlagersystems sind so aufeinander abgestimmt, dass sie das Magnetfeld innerhalb von Millisekunden kontinuierlich angleichen, um sicherzustellen, dass der Rotor auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten und hoher Last in der richtigen Position gehalten wird. Dadurch kann das Turbogebläse effizienter und zuverlässiger arbeiten, was zu einer Verbesserung der Gesamtleistung des Gebläses führt.
Turbogebläse sind in der Industrie weit verbreitet. Sie dienen zum Fördern von Luft oder anderen Gasen für den Produktionsprozess. Daneben kann das Gebläse auch zur Erzeugung eines Vakuums verwendet werden. Das Grundprinzip besteht in der Verwendung eines Motors und eines Laufrads. Der Motor bringt das Laufrad in Rotation, und das Laufrad fördert die Luft oder ein anderes Gas. So steigt der Druck des Gases zwar leicht an, aber der Druckanstieg ist moderat und geringer als beim Kompressor. Die Differenzierung zwischen Turbogebläse und Kompressor in Bezug auf den Gasdruck und den damit verbundenen Gasvolumenstrom ist nicht eindeutig. Das Gebläse dient jedoch eher der Förderung großer Gasmengen, während der Turbokompressor in erster Linie der Anhebung des Gasdrucks dient. Turbogebläse können zum Beispiel in den folgenden Prozessen eingesetzt werden:
- Belüftung
- Trocknung
- Pneumatische Fördertechnik
Abb. 1. Beispiel für ein Turbogebläse
Turbogebläse Anwendungen
In folgenden Branchen und Anwendungen werden die genannten Verfahren eingesetzt:
- Abwasserbehandlung
– Belüftungssysteme für die oxidierende Reinigung des biologischen Klärprozesses
- Chemieindustrie
–Pneumatische Förderung von Pulvern und Rohstoffen mittels trockener, ölfreier Druckluft
- Pharmazeutische Industrie
– Reinigung und Trocknung von Maschinen, Produktionsräumen, Verpackungen und Flaschen mittels sauberer Luft
- Papier- und Zellstoffindustrie
– Vakuum für die Entwässerung von Zellstoff und Papier
- Nahrungsmittel-und Getränkeindustrie
– Pneumatische Förderung von Zutaten, Trocknen und Sortieren von Geräten und Produkten
- Luftfahrtindustrie
– Saubere Luft für die Herstellung von Geräten für die Luft- und Raumfahrt, Vakuumabfallsysteme
- Automobilindustrie
– Saubere Luft für Lackierarbeiten, Vakuumgreifer für bewegliche Teile, Windschutzscheiben und Karosseriebleche
Hochgeschwindigkeitslaufrad
Das Wort „Turbo“ ist intuitiv gleichbedeutend mit hohem Tempo. Im Allgemeinen lässt sich dies leicht mit Turboladern in Kraftfahrzeugen in Verbindung bringen, die als gute Referenz für die Turbotechnologie dienen. Hohe Drehzahlen in Verbindung mit Turbogebläsen sind vor allem auf das rotieren des Laufrades zurückzuführen. Hohe Rotationsgeschwindigkeiten können mit einem konventionellen Elektromotor mit niedriger oder mittlerer Drehzahl und einem massiven Getriebe erreicht werden. Alternativ kann auch die Direktantriebstechnik eingesetzt werden, bei der das Laufrad direkt mit dem Hochgeschwindigkeits-Elektromotor verbunden ist. Der Unterschied zwischen diesen beiden Antriebsarten wird in dem Video von The Switch, einem finnischen Elektromotorenhersteller, erläutert.
Turbogebläse mit Direktantrieb
Direktangetriebene Turbogebläse sind die ideale Lösung für Anwendungen, bei denen der Platzbedarf begrenzt ist oder die Anforderungen an die Betriebsleistung am höchsten sind. Direkt angetriebene Turbogebläse arbeiten bei hohen Drehzahlen und auch unter rauen Umgebungsbedingungen.
Wenn der Wartungsbedarf der Turbogebläse auf ein Minimum beschränkt sein soll, kommen aktive Magnetlager ins Spiel. Um reibungs- und wartungsfreie Turbogebläse zu bauen, benötigen die Hersteller von Turbogebläsen besonders zuverlässige aktive Magnetlager.
Aktive Magnetlager bringen den rotierenden Teil des Elektromotors durch elektromagnetische Kräfte zum Schweben. Durch das Schweben des Rotors gibt es keinen mechanischen Kontakt und somit keinen Verschleiß zwischen den rotierenden und den feststehenden Komponenten. Dies erhöht die Energie-Effizienz und minimiert die Wartungskosten. Der Betrieb ist völlig ölfrei und sehr unanfällig gegenüber Prozessstörungen oder verschleißenden oder verschmutzten Laufrädern.
Reduzierte Betriebskosten mit Magnetlagern
Kläranlagen und Wasseraufbereitungsanlagen sind gute Beispiele für Anwendungen, bei denen Turbogebläse häufig zum Einsatz kommen. Auf diese Turbogebläse entfallen bis zu 80 % der jährlichen Betriebskosten. Durch die Einführung von reibungsfreien aktiven Magnetlagern können die Betriebskosten um 30 % gesenkt werden. Daher werden aktive Magnetlager häufig in Turbogebläsen für die Abwasser- und Wasseraufbereitung eingesetzt.
Bei einer mittelgroßen Wasseraufbereitungsanlage können die Einsparungen erheblich sein.
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