Die FFU-Lüfterfiltereinheit ist eine notwendige Ausrüstung für Reinraumprojekte. Sie ist zudem eine unverzichtbare Luftfiltereinheit für staubfreie Reinräume und wird auch für Reinraumarbeitsplätze und Reinraumkabinen benötigt.
Mit der wirtschaftlichen Entwicklung und dem steigenden Lebensstandard der Bevölkerung steigen auch die Anforderungen an die Produktqualität. FFU definiert die Produktqualität anhand der Produktionstechnologie und des Produktionsumfelds, was die Hersteller dazu anspornt, ihre Produktionstechnologien stetig zu verbessern.
Die Anwendungsbereiche von FFU-Ventilatorfiltereinheiten, insbesondere Elektronik, Pharmazie, Lebensmittelindustrie, Biotechnologie, Medizintechnik und Labortechnik, stellen hohe Anforderungen an die Produktionsumgebung. Diese umfasst die Integration von Technologie, Konstruktion, Ausstattung, Wasserversorgung und -entsorgung, Luftreinigung, HLK-Anlagen, Klimatisierung, Automatisierungstechnik und weiteren Technologien. Zu den wichtigsten technischen Indikatoren für die Qualität der Produktionsumgebung in diesen Branchen zählen Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Reinheit, Luftvolumenstrom und Überdruck im Innenraum.
Die gezielte Steuerung verschiedener technischer Kennzahlen der Produktionsumgebung zur Erfüllung der Anforderungen spezieller Produktionsprozesse hat sich daher zu einem der aktuellen Forschungsschwerpunkte im Reinraumbau entwickelt. Bereits in den 1960er Jahren wurde der weltweit erste Reinraum mit laminarer Strömung entwickelt. Seitdem finden Anwendungen der Fließbandfertigung (FFU) Anwendung.
1. Aktueller Stand der FFU-Kontrollmethoden
Aktuell verwendet FFU im Allgemeinen einphasige, mehrstufige Wechselstrommotoren oder einphasige, mehrstufige Elektromotoren. Für den Motor der FFU-Lüfterfiltereinheit gibt es im Wesentlichen zwei Versorgungsspannungen: 110 V und 220 V.
Die Kontrollmethoden lassen sich hauptsächlich in folgende Kategorien unterteilen:
(1). Mehrstufige Schaltersteuerung
(2). Stufenlose Geschwindigkeitsregelung
(3). Computersteuerung
(4). Fernbedienung
Nachfolgend eine einfache Analyse und ein Vergleich der oben genannten vier Kontrollmethoden:
2. FFU-Mehrgangschaltersteuerung
Das Mehrstufen-Schaltersteuerungssystem besteht lediglich aus einem Drehzahlregler und einem Netzschalter, die mit der FFU (Flexible Fuel Unit) geliefert werden. Da die Steuerungskomponenten von der FFU bereitgestellt und an verschiedenen Stellen an der Reinraumdecke verteilt sind, muss das Personal die FFU über den Schalter vor Ort bedienen, was äußerst umständlich ist. Zudem ist der Einstellbereich der Windgeschwindigkeit der FFU auf wenige Stufen beschränkt. Um die umständliche Bedienung der FFU zu vereinfachen, wurden durch die Gestaltung der elektrischen Schaltungen alle Mehrstufenschalter der FFU zentral in einem Schrank am Boden untergebracht. Dies führt jedoch sowohl optisch als auch funktional zu Einschränkungen. Die Vorteile der Mehrstufen-Schaltersteuerung liegen in der einfachen Bedienung und den geringen Kosten, es gibt jedoch auch zahlreiche Nachteile: hoher Energieverbrauch, unpräzise Drehzahlregelung, fehlendes Rückmeldesignal und eingeschränkte Möglichkeiten zur flexiblen Gruppensteuerung.
3. Stufenlose Geschwindigkeitsregelung
Im Vergleich zur Steuerung mit einem Mehrstufenschalter verfügt die stufenlose Drehzahlregelung über einen zusätzlichen stufenlosen Drehzahlregler, wodurch die Drehzahl des FFU-Lüfters kontinuierlich einstellbar ist. Dies geht jedoch auf Kosten der Motoreffizienz, sodass der Energieverbrauch höher ist als bei der Steuerung mit einem Mehrstufenschalter.
- Computersteuerung
Die computergesteuerte Methode verwendet im Allgemeinen einen EC-Motor. Im Vergleich zu den beiden vorherigen Methoden bietet die computergesteuerte Methode folgende erweiterte Funktionen:
(1) Durch die Verwendung des verteilten Steuerungsmodus kann die zentrale Überwachung und Steuerung der FFU problemlos realisiert werden.
(2) Die Steuerung einzelner Einheiten, mehrerer Einheiten und Partitionen der FFU kann problemlos realisiert werden.
(3) Das intelligente Steuerungssystem verfügt über Energiesparfunktionen.
(4) Optional kann eine Fernbedienung zur Überwachung und Steuerung verwendet werden.
(5) Das Steuerungssystem verfügt über eine reservierte Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit dem Host-Computer oder Netzwerk für Fernkommunikations- und Verwaltungsfunktionen. Die herausragenden Vorteile der Steuerung von EC-Motoren sind: einfache Bedienung und großer Drehzahlbereich. Diese Steuerungsmethode weist jedoch auch einige gravierende Nachteile auf:
(6) Da FFU-Motoren in Reinräumen keine Bürsten aufweisen dürfen, verwenden alle FFU-Motoren bürstenlose EC-Motoren. Das Kommutierungsproblem wird durch elektronische Kommutatoren gelöst. Die kurze Lebensdauer der elektronischen Kommutatoren reduziert die Lebensdauer des gesamten Steuerungssystems erheblich.
(7) Das gesamte System ist teuer.
(8) Die späteren Wartungskosten sind hoch.
5. Fernsteuerungsmethode
Als Ergänzung zur Computersteuerungsmethode kann die Fernsteuerungsmethode zur Steuerung jeder FFU verwendet werden, was die Computersteuerungsmethode ergänzt.
Zusammenfassend lässt sich sagen: Die ersten beiden Steuerungsmethoden weisen einen hohen Energieverbrauch und eine umständliche Bedienung auf; die beiden letztgenannten Methoden haben eine kurze Lebensdauer und hohe Kosten. Gibt es eine Steuerungsmethode, die einen geringen Energieverbrauch, eine komfortable Bedienung, eine garantierte Lebensdauer und niedrige Kosten vereint? Ja, die computergesteuerte Methode mit Wechselstrommotor.
Im Vergleich zu EC-Motoren bieten Wechselstrommotoren eine Reihe von Vorteilen wie einfache Bauweise, geringe Größe, bequeme Fertigung, zuverlässigen Betrieb und niedrigen Preis. Da sie keine Kommutierungsprobleme aufweisen, ist ihre Lebensdauer deutlich länger als die von EC-Motoren. Lange Zeit wurde die Drehzahlregelung aufgrund der unzureichenden Regelgenauigkeit von EC-Motoren dominiert. Mit dem Aufkommen und der Weiterentwicklung neuer Leistungselektronikbauteile und hochintegrierter Schaltungen sowie der kontinuierlichen Entwicklung und Anwendung neuer Regelungstheorien haben sich jedoch die Regelungsverfahren für Wechselstrommotoren weiterentwickelt und werden die Drehzahlregelungssysteme von EC-Motoren zukünftig ablösen.
Bei der FFU-Wechselstromsteuerung werden im Wesentlichen zwei Steuerungsmethoden unterschieden: die Spannungsregelung und die Frequenzumrichtersteuerung. Bei der Spannungsregelung wird die Motordrehzahl durch direkte Änderung der Statorspannung angepasst. Zu den Nachteilen dieser Methode zählen der geringe Wirkungsgrad bei der Drehzahlregelung, die starke Erwärmung des Motors bei niedrigen Drehzahlen und der enge Drehzahlregelbereich. Diese Nachteile sind jedoch für die Lüfterlast von FFU-Anlagen weniger ausgeprägt, und unter den gegebenen Bedingungen ergeben sich sogar einige Vorteile:
(1) Das Drehzahlregelungssystem ist ausgereift und stabil, wodurch ein störungsfreier Dauerbetrieb über einen langen Zeitraum gewährleistet werden kann.
(2) Einfache Bedienung und niedrige Kosten des Steuerungssystems.
(3) Da die Last des FFU-Lüfters sehr gering ist, ist die Motorwärme bei niedriger Drehzahl nicht sehr besorgniserregend.
(4) Die Spannungsregelung eignet sich besonders für Lüfterlasten. Da die Kennlinie des FFU-Lüfters eine einzigartige Dämpfungskurve aufweist, ist der Drehzahlregelungsbereich sehr groß. Daher wird die Spannungsregelung zukünftig auch eine wichtige Methode zur Drehzahlregelung darstellen.
Veröffentlichungsdatum: 18. Dezember 2023