Ventilation ist seit Jahrhunderten ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Zivilisation. Ursprünglich wurde sie für den persönlichen Komfort zur Erzeugung von Luftbewegung – entsprechend der lateinischen Wortherkunft von Ventilator (zu: „ventus“, Wind) – und Kühlung erfunden. Früheste Hilfsmittel waren manuell zu bedienen und bestanden aus natürlichen Materialien wie Federn oder Blätter – und oft aus festen Fächern.
Bewetterung steht am Anfang
Im 8. Jahrhundert wurden in China hydraulische Antriebe für Fächer entwickelt. In Europa begann die mechanische Lüftung mit dem Aufstieg des Berg- und Hüttenwesens ab dem 17. Jahrhundert als Teil der Bewetterung zur Versorgung der Schächte mit frischer Luft. Die industrielle Revolution brachte dann im 18. Jahrhundert den ersten mechanischen, mithilfe von Dampfkraft angetriebenen Ventilator hervor.
Mit der Einführung der Elektrizität im 19. Jahrhundert wurden Ventilatoren effizienter und weit verbreitet in Haushalten und der Industrie eingesetzt. Seither haben sich die Einsatzfelder erheblich ausdifferenziert. Insbesondere in industriellen und technischen Bereichen werden Ventilatoren heute für eine breite Palette von Anwendungen genutzt.
Arbeitsmaschine und Strömungsmaschine
Technisch ausgedrückt sind Ventilatoren Arbeitsmaschinen, das heißt angetriebene Maschinen, die Energie aufnehmen, um mechanische Arbeit zu leisten. Das macht sie zu Gegenstücken von Antrieben oder Motoren, die mechanische Energie abgeben.
Wo wir gerade bei Gegensätzen sind: Als Strömungsmaschinen unterscheiden sich Ventilatoren über das Druckverhältnis zwischen Ansaug- und Druckseite (bei ihnen liegt es zwischen 1 und 1,3) von Verdichtern (> 1,3), die wiederum eingesetzt werden, um Gase zu Komprimieren, also den Druck und die Dichte zu erhöhen.
Spezifische Einsatzbereiche von Ventilatoren
Der hauptsächliche Zweck von Ventilatoren, meist bestehend aus einem Gehäuse mit einem darin befindlichen durchströmten und rotierenden Laufrad, ist die Förderung von Luft. Typische Einsatzbereiche sind daher Lufttechnik und Lüftung. In der Industrie spielen Ventilatoren eine kritische Rolle bei der Kühlung von (Produktions-)Anlagen oder Kraftwerken.
Gleichfalls kommt Ventilatoren bei der elektronischen Kühlung eine Schlüsselrolle zu, indem sie Wärme abführen und Maschinen und Geräte vor kritischer Überhitzung schützen.
Die Belüftung ist ein weiterer Einsatzbereich von Ventilatoren, den jeder aus dem Alltag kennt. Die Frischluftzufuhr und der Abzug von verbrauchter Luft in Gebäuden oder Tunneln gehört dazu.
Reinigung, Filterung und Transport
Eng hiermit verwandt ist die Luftreinigung und -filterung. Sie ist besonders wichtig in Bereichen, in denen es auf Luftqualität ankommt. Die chemische Verarbeitung, Lebensmittelproduktion oder auch Reinräume sind nur drei Beispiele. Ventilatoren werden hier zusammen mit Filtern eingesetzt, um Schadstoffe aus der Luft zu entfernen.
Ein weiterer zentraler Anwendungsfall ist die pneumatische Förderung mittels Ventilatoren beispielsweise in der Agrarindustrie und in Getreidesilos. Hier wird Schüttgut wie Getreide von Ventilatoren bewegt.
Typen/Bauformen von Ventilatoren
Die wesentlichen Kategorien zur Einteilung von Ventilatoren sind Axialventilator, Diagonalventilator, Radialventilator oder Zentrifugalventilator sowie Tangentialventilator oder Querstromventilator. Nachfolgend ein Überblick über die unterschiedlichen Prinzipien und Einsatzzwecke.
Axialventilator
Axialventilatoren bewegen Luft entlang der Achse des Ventilators. Die Luft tritt parallel zur Achse in den Ventilator ein und wird in derselben Richtung ausgestoßen. Diese Art von Ventilator wird oft für Raumkühler, Lüftungssysteme und Klimaanlagen eingesetzt. Axialventilatoren sind für ihre Effizienz in Anwendungen bekannt, wo wenig Widerstand gegen den Luftstrom besteht.
Diagonalventilator
Diagonalventilatoren sind eine Art Kompromiss zwischen Axial- und Radialventilatoren. Sie bewegen die Luft diagonal zu ihrer Achse. Dies ermöglicht das Erzeugen höherer Drücke als bei Axialventilatoren, während sich bei gleicher Größe gleichzeitig ein gegenüber Radialventilatoren besserer Luftdurchsatz darstellen lässt.
Radial-/Zentrifugalventilator
Radial- oder Zentrifugalventilatoren saugen Luft axial ein und stoßen sie radial aus. Der Luftstrom ändert dabei seine Richtung um 90 Grad. Ventilatoren dieser Bauart erzeugen einen höheren Druck für ein gegebenes Luftvolumen und sind folglich besonders gut geeignet für Anwendungen, bei denen die Luft durch Filter, Rohre oder lange Schläuche bewegt werden muss. Häufig kommen Radialventilatoren beziehungsweise Zentrifugalventilatoren in Saugern oder Trocknern zum Einsatz.
Tangential- oder Querstromventilatoren
Tangential- oder Querstromventilatoren nutzen eine lange, schmale Bauform. Bei dieser wird die Luft über die Länge des Rotors aufgenommen und dann quer zur Eintrittsrichtung ausgestoßen. Dieser Ventilatortyp erzeugt einen gleichmäßigen Luftstrom über eine breite Fläche und wird oft in Heizgeräten, Trocknungssystemen und einigen Arten von Klimaanlagen eingesetzt. Tangentialventilatoren oder Querstromventilatoren sind bekannt für ihre Fähigkeit, einen hohen Luftdurchsatz bei relativ niedrigem Geräuschniveau zu liefern.
Zusammenfassung und Ausblick
Die Eignung der grundlegenden Ventilatortypen variiert zusammenfassend gesagt je nach spezifischem Einsatzfeld hinsichtlich des erforderlichen Luftdurchsatzes, Drucks, der Geräuschentwicklung und des Platzbedarfs. Axial- und Diagonalventilatoren taugen besser für Anwendungen, die einen hohen Luftdurchsatz mit weniger Druck benötigen, während Radial- und Tangentialventilatoren dort eingesetzt werden, wo höhere Drücke und/oder ein gleichmäßiger Luftstrom über eine große Fläche gewünscht sind.
Man darf nicht erwarten, dass hier das letzte Wort gesprochen ist. Anders als die physikalischen Gesetzmäßigkeiten ändert sich das technisch Mögliche ständig. Ein nicht zu unterschätzender Treiber des Fortschritts ist der zunehmende Bedarf an effizienten, energiesparenden und somit umweltfreundlichen Lösungen.
Um einen Überblick über den technischen Stand und neueste Entwicklungen zu erhalten, empfiehlt sich der Besuch des HDT-Seminars „Ventilatoren – Konstruktion, Auswahl und Einsatz in der Praxis“. Die Weiterbildung macht Teilnehmende mit der „Turbomaschine Ventilator“ vertraut und erläutert verschiedene Konstruktionen, darunter Saugkästen, Diffusoren, Schalldämpfer u. v. a. m. Prinzipielle Betriebseigenschaften von verschiedenen Arten von Ventilatoren werden ebenso vermittelt wie die Geräuschproblematik und die aerodynamische und akustische Messtechnik.
Bildhinweis:
Unser Titelbild entstand unter Zuhilfenahme von künstlicher Intelligenz.
