Elektronisch kommutierte (EC) Radialventilatoren haben sich aufgrund ihrer Energieeffizienz, präzisen Drehzahlregelung und kompakten Bauweise als bevorzugte Wahl für HLK-Systeme, Rechenzentren, Lüftungsanlagen und Reinräume etabliert. Obwohl diese Ventilatoren bereits einen leiseren Betrieb als viele Alternativen bieten, bleibt die Geräuschreduzierung eine wichtige technische Priorität – insbesondere in Anwendungen, bei denen Komfort, Produktivität oder die Einhaltung von Lärmschutzbestimmungen entscheidend sind.

Lüftergeräusche können den Komfort beeinträchtigen, empfindliche Geräte stören und in anspruchsvollen Industrieumgebungen sogar zu langfristigen Gehörschäden führen. Daher ist die Integration von Geräuschreduzierungstechnologien in die Konstruktion von EC-Radialventilatoren nicht nur eine Leistungssteigerung, sondern eine Notwendigkeit.

Geräuschquellen in EC-Radialventilatoren

Vor dem Einsatz von Lärmschutzmaßnahmen ist es unerlässlich, zunächst die Lärmquellen der Lüfter zu ermitteln. Bei EC-Radiallüftern wird der Lärm typischerweise in aerodynamische, mechanische und elektrische Quellen unterteilt.

Aerodynamischer Lärm

• Klingenpassierfrequenz (BPF): Verursacht durch das Durchschneiden der Luft mit den Klingen, wodurch Druckschwankungen entstehen.
• Turbulenzen: Entstehen durch Strömungsablösung, Wirbelablösung und Wechselwirkungen mit Nachlaufströmungen.
• Störungen am Ein- und Auslass: Eine mangelhafte Kanalkonstruktion kann zu zusätzlichen Turbulenzen und Geräuschen führen.

Mechanisches Geräusch

• Lagergeräusche: Reibung und Unregelmäßigkeiten in Lagern erzeugen Vibrationen und tonale Geräusche.
• Strukturresonanz: Lüftergehäuse und -halterungen können mechanische Schwingungen verstärken.

Elektrisches Rauschen

• Motorkommutierung: Obwohl EC-Motoren eine elektronische Kommutierung nutzen, können Schaltvorgänge hochfrequente tonale Geräusche erzeugen.
• Elektromagnetische Vibration: Die Wechselwirkung zwischen Magnetfeldern und Rotor-/Statorkomponenten kann ein hörbares Brummen verursachen.

Wichtige Parameter, die den Geräuschpegel von EC-Lüftern beeinflussen

Das Verständnis der Parameter, die die Geräuscherzeugung beeinflussen, hilft bei der Auswahl der richtigen Strategien zur Geräuschreduzierung:

Parameter	Einfluss auf das Rauschen
Klingendesign	Formt den Luftstrom, beeinflusst Turbulenzen und Klangkomponenten
Spitzenabstand	Auswirkungen auf die Wirbelbildung und hochfrequentes Rauschen
Lüftergeschwindigkeit	Höhere Geschwindigkeiten erhöhen sowohl das tonale als auch das Breitbandrauschen.
Gehäusegeometrie	Mangelhaftes Design erhöht Strömungsablösung und Turbulenzen.
Motorsteuerungsmethode	Die Schaltfrequenz beeinflusst das tonale elektrische Rauschen

Technologien zur aerodynamischen Geräuschreduzierung

Optimierte Schaufelprofile

Die Verwendung von tragflächenprofilierten Schaufeln reduziert Turbulenzen und erhöht die aerodynamische Effizienz. Moderne CFD-Technologie ermöglicht es Ingenieuren:
Minimieren Sie Stillstandspunkte.

Strömungsablösung verringern.

Gleichmäßige Druckgradienten über die gesamte Schaufel.

Beispiel: Einige EC-Radialventilatoren verwenden rückwärts gekrümmte Schaufeln mit optimierter Krümmung, um die Wirbelablösung zu reduzieren.

Klingenanzahl und Abstandseinstellungen

Durch die Änderung der Klingenanzahl ändert sich die Klingenpassagefrequenz, wodurch sich möglicherweise Tonspitzen aus empfindlichen Frequenzbereichen verschieben.

Ungleichmäßige Rotorblattabstände können die Geräuschenergie auf mehrere Frequenzen verteilen, wodurch sie weniger wahrnehmbar wird.

Diffusor und Leitschaufeln

Leitschaufeln begradigen den Luftstrom nach dem Laufrad und reduzieren so Verwirbelungen und Turbulenzen am Auslass. Dies minimiert Breitbandgeräusche und verbessert die statische Druckrückgewinnung.

Verbesserungen am Ein- und Auslassdesign

Glockenförmige Lufteinlässe glätten den Lufteintritt und reduzieren so Turbulenzen an der Vorderkante.

Aufgeweitete oder aerodynamische Auslässe tragen zur Aufrechterhaltung einer laminaren Strömung bei und reduzieren so die Geräuschentwicklung durch plötzliche Erweiterung.

Technologien zur Reduzierung mechanischer Geräusche

Hochpräzisionslager

Geräuscharme, hochwertige Kugel- oder Gleitlager mit optimierter Schmierung reduzieren reibungsbedingte Geräusche. Einige Hersteller von EC-Lüftern verwenden Keramik-Hybridlager für geringere Vibrationen.

Schwingungsisolierungshalterungen

Gummi-, Silikon- oder Federlager reduzieren die Übertragung von Körperschwingungen.

Besonders effektiv, wenn die Ventilatoren in starren HLK-Rahmen montiert sind.

Strukturelle Dämpfung

Durch das Aufbringen von Dämpfungsmaterialien (z. B. Dämpfungsfolien mit eingeschränkter Schichtdicke) auf das Lüftergehäuse wird die Resonanzverstärkung verringert.

Technologien zur Reduzierung elektrischer Störungen

Hochfrequenz-Antriebe

Durch Erhöhung der PWM-Schaltfrequenz (Pulsweitenmodulation) über den menschlichen Hörbereich (>20 kHz) hinaus werden tonale Schaltgeräusche eliminiert.

Sinusförmige Kommutierung

Durch den Ersatz der herkömmlichen trapezförmigen Kommutierung durch eine sinusförmige Steuerung wird das Drehmomentwelligkeit verringert, wodurch sowohl mechanische Vibrationen als auch hörbare elektrische Brummgeräusche reduziert werden.

Abschirmung und Filterung

Elektromagnetische Abschirmung und ordnungsgemäße Erdung reduzieren abgestrahlte elektrische Störungen, die von anderen Bauteilen akustisch aufgenommen werden können.

Akustische Behandlungstechnologien

Schallabsorbierende Materialien

Akustikschaumstoffe im Inneren des Lüftergehäuses absorbieren hochfrequente Geräusche.

Glasfaser- oder Mineralwollauskleidungen in Lüftungskanälen reduzieren Breitbandgeräusche.

Schalldämpfer und Dämpfungsglieder

Reaktive Schalldämpfer zielen mithilfe von Resonatoren auf tonale Geräusche ab.

Dissipative Schalldämpfer reduzieren Breitbandgeräusche durch Absorption.

Gehäuse und Schallschutzwände

Durch die Platzierung von Ventilatoren in einem schalldämmenden Gehäuse mit schalldämmenden Materialien lässt sich der abgestrahlte Lärm drastisch reduzieren, allerdings muss dies mit den Kühlanforderungen in Einklang gebracht werden.

Aktive Geräuschunterdrückung (ANC) in EC-Lüftern

ANC-Systeme nutzen Mikrofone, Lautsprecher und digitale Prozessoren, um gegenphasige Schallwellen zu erzeugen, die unerwünschte Geräusche auslöschen. Obwohl ANC häufiger in Lüftungsanlagen als in einzelnen Ventilatoren eingesetzt wird, kann es Folgendes leisten:

• Gezielte Tonfrequenzen anvisieren (z. B. die Passierfrequenz der Klinge).
• Reduziert niederfrequente Geräusche, die passive Materialien nur schwer absorbieren können.

Optimierung der Steuerungsstrategie

Da EC-Motoren eine präzise Drehzahlregelung ermöglichen, kann ein intelligentes Lüfterdrehzahlmanagement eine Strategie zur Geräuschreduzierung sein:

• Betrieb mit variabler Drehzahl: Durch die Reduzierung der Lüfterdrehzahl bei geringer Last werden aerodynamische und mechanische Geräusche verringert.
• Sanftes Anfahren/Anhalten: Durch allmähliches Beschleunigen und Abbremsen werden kurzzeitige Geräuschspitzen reduziert.
• Lastanpassung: Durch Vermeidung des Betriebs in der Nähe von Resonanzfrequenzen wird die Gesamtgeräuschleistung verbessert.

Messung und Validierung

Lärmminderungsstrategien müssen durch akustische Tests verifiziert werden:

Testart	Zweck
Schallleistungspegel (SWL)	Bestimmt die gesamte akustische Energieabgabe
Schalldruckpegel (SPL)	Misst die wahrgenommene Lautstärke an bestimmten Orten
Frequenzspektrumanalyse	Identifiziert Tonspitzen und Breitbandrauschen
Schwingungsanalyse	Erkennt mechanische Resonanzquellen

Die Prüfungen sollten gemäß ISO 3744 (Freifeldmessung über einer reflektierenden Ebene) oder ISO 5136 (Geräuschmessung von Mantelventilatoren) durchgeführt werden.

Anwendungsbeispiele aus der Praxis

Fallstudie 1: Kühlung von Rechenzentren

Ein großes Rechenzentrum reduzierte die Lüftergeräusche durch:

• Umstellung von Wechselstrom- auf Elektro-Radialventilatoren mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln.
• Hinzufügen von Einlasstrichtern und Kanalschalldämpfern.
• Erhöhung der PWM-Frequenz auf 25 kHz.

Ergebnis: Geräuschreduzierung um 7 dB(A) und verbesserte Kühlleistung.

Fallstudie 2: Krankenhaus-HLK

Eine integrierte Krankenhaus-Lüftungsanlage:

• Akustikauskleidungen in Kanälen.
• Drehzahlvariable EC-Ventilatoren mit sinusförmiger Kommutierung.
• Schwingungsisolierungslager.

Ergebnis: Der Geräuschpegel in den Patientenzimmern sank unter 35 dB(A).

Vergleichende Wirksamkeit von Lärmminderungsmethoden

Geräuschquelle	Angewandte Technologie	Typische Reduzierung (dB)
Aerodynamik	Optimiertes Schaufelprofil	2–5
Aerodynamik	Einlasstrichter + Diffusor	3–6
Mechanisch	Hochpräzisionslager + Isolierung	2–4
Elektrische	Hochfrequente Pulsweitenmodulation (PWM) + sinusförmige Steuerung	1–3
Akustik	Schalldämpfer und Kanalauskleidungen	5–10
Aktiv	ANC (gezielte Tonfrequenzen)	5–15

Zukünftige Trends bei der Geräuschreduzierung von EC-Lüftern

KI-basierte akustische Optimierung

Mithilfe von Modellen des maschinellen Lernens lassen sich Echtzeit-Geräuschspektren analysieren und die Lüfterdrehzahl, die Blattneigung (bei Lüftern mit variabler Blattneigung) oder die ANC-Parameter dynamisch anpassen.

Additive Fertigung für die Schaufelkonstruktion

Der 3D-Druck ermöglicht hochkomplexe Schaufelgeometrien, die die Aerodynamik verbessern und Turbulenzen reduzieren.

Integrierte akustische Sensoren

Die nächste Generation von EC-Lüftern könnte über eingebaute Mikrofone verfügen, um die Geräuschentwicklung zu überwachen und kontinuierlich Wartungsalarme auszulösen.

Die Geräuschreduzierung bei EC-Radialventilatoren wird durch eine Kombination aus aerodynamischer Optimierung, mechanischer Entkopplung, verbesserter elektronischer Steuerung und akustischer Behandlung erreicht. Jede Technologie bietet zwar ihre eigenen Vorteile, die effektivsten Lösungen kombinieren jedoch mehrere, auf die jeweilige Anwendung zugeschnittene Strategien.

Durch die frühzeitige Integration der Geräuschdämpfung in die Konstruktionsphase – und die Validierung durch standardisierte akustische Tests – können Hersteller und Systemintegratoren sicherstellen, dass EC-Radialventilatoren nicht nur Energieeffizienz und Zuverlässigkeit bieten, sondern auch eine leisere und komfortablere Betriebsumgebung schaffen.