Risiko von Schadstoffausbrüchen im Labor minimieren

In Lab­o­ra­to­rien – und im Beson­deren in Digesto­rien – mit vari­abler bedarf­s­gerechter Abluft muss ein schnell reagieren­des Regel­sys­tem sich­er­stellen, dass keine Schad­stof­faus­brüche entste­hen, die die Mitar­beit­er durch giftige Gase oder Aerosole gefährden. Daher nutzt Trox für ihre Luft­man­age­ment-Sys­teme seit 2002 Super­schnel­l­läufer von Gruner, mit denen eine beson­ders zügige und präzise Absaugung der belasteten Luft möglich ist. Um in Zukun­ft eine noch höhere Regel­ge­nauigkeit zu erzie­len, konzip­ierte der Wehinger Stel­lantrieb­sex­perte zusam­men mit Trox eigens Mod­elle mit dig­i­taler Schnittstelle. Diese neuen High Pre­ci­sion Dri­ve HPD-Antriebe zeich­nen sich nicht nur durch eine Laufzeit von weniger als drei Sekun­den aus, son­dern ver­fü­gen im Ver­gle­ich zur analo­gen Aus­führung über eine fünf­fach höhere Auflö­sung, was eine auf < 0,1 Grad präzise Posi­tion­ierung des Drosse­lele­ments erlaubt. Zudem wird auf Grund des Prinzi­pauf­baus eine Bee­in­flus­sung des Soll­w­erts durch elek­tro­mag­netis­che Störun­gen wirkungsvoll unter­bun­den. Gle­ichzeit­ig bietet der erhöhte Date­naus­tausch über die dig­i­tale Schnittstelle große Poten­ziale hin­sichtlich der präven­tiv­en Wartung.

„Um Labor­per­son­al und Umwelt zu schützen, ist gemäß EN 14175 unter anderem sicherzustellen, dass Gase, Dämpfe oder Stäube aus dem Inneren eines Digesto­ri­ums nicht in gefährlich­er Konzen­tra­tion ins Labor gelan­gen kön­nen“, so Matthias Old­ers, Pro­duk­t­man­ag­er Lab­con­trol bei Trox. Gewährleis­tet wird dies über eine speziell entwick­elte raum­luft­tech­nis­che Regelung: Neben der Ver­sorgung mit aus­re­ichend Frischluft unter Ein­hal­tung der Behaglichkeit­skri­te­rien nach EN 15251 und der Sich­er­stel­lung des Ab- und Zuluftbe­darfs von Labor­ein­rich­tun­gen sowie Geräten nach DIN 1946 Teil 7 müssen auch freige­set­zte Gefahrstoffe im Lab­orabzug und im Labor selb­st verdün­nt sowie abge­führt wer­den. Um diese Auf­gabe zu erfüllen sowie Luftauf­bere­itung und ‑trans­port gle­ichzeit­ig möglichst energieef­fizient zu gestal­ten, wer­den zunehmend intel­li­gente, ver­net­zte Luft­man­age­ment-Lösun­gen wie das Easy­lab-Sys­tem einge­set­zt. Das Sys­tem erfasst alle rel­e­van­ten Dat­en, wertet sie aus und sorgt für die Regelung nach vorgegebe­nen Parametern.

Die Kernkom­po­nente der mod­u­laren Lösung ist der plug-and-play-fähige Regler Easy­lab, der sich über eine einzige steck­bare Daten­leitung zu einem Net­zw­erk verknüpfen und sich genau­so ein­fach an das RLT-Zen­tral­gerät X‑Cube anbinden lässt. „Das Sys­tem wurde eigens für den Ein­satz in hochsen­si­blen Bere­ichen entwick­elt. Es eignet sich auf­grund sein­er Schnel­ligkeit beson­ders gut, um in Lab­orabzü­gen mit vari­abler bedarf­s­gerechter Abluft Schad­stof­faus­brüche zu ver­hin­dern“, erk­lärt Old­ers. „Während bei Stan­dard­reglern die Laufzeit üblicher­weise 120 Sekun­den beträgt, liegt die Aus­regelzeit des Easy­lab-Reglers bei < 3 Sekun­den, die Reak­tion­szeit sog­ar im Mil­lisekun­den­bere­ich.“ Dazu tra­gen ganz wesentlich die in den Geräten ver­baut­en Super­schnel­l­läufer von Gruner bei, die sich durch eine sehr kurze Laufzeit ausze­ich­nen. Seit Novem­ber 2018 wird eine Aus­führung mit dig­i­talem Soll­w­ertein­gang einge­set­zt, die eine höhere Präzi­sion bei der Posi­tion­ierung der Drosselk­lappe erlaubt.

Fünfmal höhere Auflösung

„Wir entwick­eln seit 25 Jahren Sys­teme für die vari­able Vol­u­men­strom­regelung und haben bei allen Luft­man­age­ment-Lösun­gen bis hin zum Easy­lab-Regler auf stetige Stel­lantriebe geset­zt, die über ein analoges Stellsig­nal anges­teuert wur­den. Über die Jahre gab es kon­tinuier­lich Verbesserun­gen hin­sichtlich Halt­barkeit und Stell­ge­nauigkeit“, so Ste­fan Lange, Leit­er Pro­duk­t­man­age­ment Regel­tech­nik bei Trox. Doch diese Tech­nolo­gie stößt langsam an ihre Gren­zen: „Da beson­ders im Labor und Rein­raum­bere­ich die Ansprüche an die Regel­ge­nauigkeit von Vol­u­men­strom und Druck weit­er steigen, muss der analoge Soll­w­ertein­gang mit ein­er besseren Auflö­sung verse­hen wer­den“, erläutert Michael Köh­le, Key Account Man­ag­er Stel­lantriebe bei Gruner. Eine erhöhte Auflö­sung macht die Antriebe jedoch anfäl­liger für Störe­in­flüsse und kann ihre Lebens­dauer drastisch reduzieren. Um diesem Prob­lem zu ent­ge­hen, konzip­ierte Gruner entsprechend der Trox-Anforderun­gen einen Super­schnel­l­läufer mit dig­i­taler Schnittstelle.

Die neue Schnittstelle ermöglicht eine fünf­mal höhere Auflö­sung des Soll­w­ertes als bei den analo­gen Mod­ellen, was die Posi­tion­ierung der Drosselk­lappe mit ein­er deut­lich verbesserten Präzi­sion von < 0,1 Grad erlaubt. „Wir kön­nen die Vol­u­men­ströme nun wesentlich fein­er aus­regeln, wom­it der Ein­satz des Sys­tems in sehr dicht­en, druck­geregel­ten Räu­men möglich wird“, erk­lärt Old­ers. „Mit Analogtech­nik wäre das nicht prak­tik­a­bel gewe­sen.“ Da die dig­i­tale Verbindung wesentlich weniger anfäl­lig für äußere Ein­flüsse ist, kön­nen sich Störun­gen, die beispiel­sweise durch Fre­quen­zum­richter oder Labore­quip­ment verur­sacht wer­den, nicht mehr auf den Soll­w­ert auswirken. „Durch die Ans­teuerung über die dig­i­tale Schnittstelle kann die Regelkom­po­nente anhand der ermit­tel­ten Dat­en fest­stellen, ob der Inhalt auf dem Weg vom Regler zum Antrieb durch Störun­gen mod­i­fiziert wurde“, so Köh­le. „Auf dieser Basis kann eine Kor­rek­tur vorgenom­men werden.“

Bidirektionale Kommunikation zu Diagnosezwecken

Neben der höheren Posi­tion­ier­ge­nauigkeit und der sta­bil­eren Daten­verbindung legte Trox großen Wert auf eine bidi­rek­tionale Kom­mu­nika­tion, die deut­lich über die Soll­w­ertvor­gabe zwis­chen Easy­lab-Regler und Stel­lantrieb hin­aus­ge­ht: „Nicht nur die sehr genaue Aus­regelung der Vol­u­men­ströme ist wichtig, vielmehr geht es in der Branche mit­tler­weile darum, die Gesamt-Energieef­fizienz zu opti­mieren beziehungsweise die Lüf­tung ganzheitlich zu betra­cht­en. Hier­bei ist beispiel­sweise hil­fre­ich, dass Dat­en über die Stel­lk­lap­pen­po­si­tio­nen weit­ergemeldet wer­den, was etwa den Betrieb von Ven­ti­la­toren gemäß der Anla­genkennlin­ie erle­ichtert“, erläutert Old­ers. Um einen ersten Schritt in diese Rich­tung zu machen, war es ein weit­eres Ziel von Trox, dass sich rel­e­vante Infor­ma­tio­nen aus dem Antrieb ausle­sen lassen. Zunächst sollte dies vor allem zu Diag­nosezweck­en erfolgen.

Drehantriebe mit Laufzeit < 3 Sekunden

Die Pro­jek­tver­ant­wortlichen bei Trox sind mit dem neuen, dig­i­tal­en Super­schnel­l­läufer sehr zufrieden: „Die Entwick­ler bei Gruner haben es ver­standen, durch große Inno­va­tions­bere­itschaft und schnelle Anpas­sun­gen zu überzeu­gen, zum Beispiel durch den Über­gang hin zu Brush­less-Motoren“, so Old­ers. Die dig­i­tal­en Super­schnel­l­läufer Trox High Pre­ci­sion Dri­ve HPD für das Easy­lab-Sys­tem zeich­nen sich nun durch spezielle Motoren mit neu kon­stru­iertem Getriebe, einen bürsten­losen Innen­läufer sowie aus­gek­lügelte Ans­teuerungsal­go­rith­men aus, die zusam­men für eine beson­ders hohe Lebens­dauer sor­gen. Durch die Ver­wen­dung des bürsten­losen Innen­läufers wird eine sehr hohe Drehmo­ment­dichte bei großer Drehfreudigkeit erzielt. „Höhere Drehmo­mente wer­den für große Drosse­lele­ment­flächen benötigt und um auch bei großen Luft­geschwindigkeit­en das Drosse­lele­ment sich­er zu bewe­gen“, so Köh­le. „Die vor­beiströ­mende Luft erzeugt einen Auftrieb, der über die Lagerung der Klappe in eine Drehbe­we­gung umge­wan­delt wird und damit ein Drehmo­ment ent­ge­gen der Öff­nungsrich­tung bewirkt.“ So erre­ichen die neu entwick­el­ten Antriebe etwa 20 Prozent mehr Drehmo­ment als ver­gle­ich­bare Lösungen.

Gle­ichzeit­ig ergibt sich auch eine um 20 Prozent schnellere Laufzeit: Bei einem Drehmo­ment von zehn beziehungsweise 15 Nm beläuft sich diese auf 3 Sekunden/90 Grad. Dies hat den Vorteil, dass verän­derte Anforderun­gen an das Lüf­tungssys­tem beson­ders zügig aus­geregelt wer­den kön­nen und die notwendi­ge Betrieb­ssicher­heit kon­tinuier­lich gewährleis­tet ist. Die kurzen Reak­tion­szeit­en wer­den durch eine genaue Abstim­mung zwis­chen mech­a­nis­ch­er Getriebe­un­ter­set­zung, dem Innen­läufer und den Steuerungsal­go­rith­men erzielt. Die dig­i­tal­en Gruner-Antriebe sind seit Novem­ber 2018 in Sys­te­men im Einsatz.