RadOnFan: Ventilatoren und Elektrowärme – Einfluss von Heizregistern auf die Auslegung von Ventilatoren
Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF), 1. Dezember 2025 – 31. Mai 2028
Projektbeschreibung
In vielen modernen Industrieöfen sorgt ein Umluftventilator dafür, dass heiße Gase mit hoher Geschwindigkeit über das Produkt strömen und so Wärme überwiegend per Konvektion übertragen. Bei einer Umrüstung von Gasbrennern auf elektrische Heizregister müssen diese aus Platzgründen sehr nahe am Ventilator eingebaut werden. Die Oberflächentemperaturen der elektrischen Heizdrähte liegen dabei häufig 300–400 °C über der Gastemperatur und erreichen typischerweise etwa 1.100–1.150 °C.
Dadurch findet ein starker Strahlungsaustausch zwischen Heizregister und Ventilatorlaufrad statt, der die tatsächliche Laufradtemperatur deutlich über die Temperatur des umgebenden Fluids anheben kann. Voruntersuchungen zeigen, dass die Temperaturdifferenz zwischen Fluid und Laufrad je nach Abstand und Betriebstemperaturen um über hundert Kelvin ansteigen kann. Dies reduziert die Standzeit des Ventilators, erhöht das Ausfallrisiko und erfordert bislang eine sehr konservative, kostenintensive Auslegung.
Projektziele
RadOnFan verfolgt das Ziel, den Strahlungsaustausch zwischen elektrischen Heizregistern und Ventilatorlaufrädern systematisch zu untersuchen und in der Auslegung von Ventilatoren für elektrisch beheizte Thermoprozessanlagen nutzbar zu machen.
Konkret sollen
- die zusätzlichen thermischen Belastungen von Ventilatoren durch Heizregister quantifiziert werden,
- optimale Anordnungen von Heizregistern und Ventilatoren mit möglichst geringer Laufradtemperatur identifiziert werden,
- die Auswirkungen erhöhter Temperaturen auf die Lebensdauer der Laufräder bewertet werden,
- praxisnahe Auslegungsregeln und vereinfachte Rechenansätze für Unternehmen, insbesondere KMU, bereitgestellt werden.
Damit schafft das Projekt die Grundlage für eine sichere und wirtschaftliche Elektrifizierung konvektionsdominierter Industrieöfen.
Der Forschungsansatz kombiniert experimentelle Untersuchungen an einem Heißgas-Versuchsstand, in dem der Einfluss unterschiedlicher Heizregister-Positionen und Betriebsparameter auf Strömung und Laufradtemperatur systematisch vermessen wird. Parallel dazu wird ein 3D-CFD- und FEM-Modell aufgebaut und mit den Messdaten validiert, um Temperaturverteilungen, Wärmeströme und die daraus resultierende mechanische Belastung sowie Lebensdauer der Ventilatoren zu berechnen.
Kontakt
Julius Wilker, M.Sc.
+49 241 80–25965
Nico Rademacher, M.Sc.
+49 241 80–25939
Förderung
Das Forschungsvorhaben RadOnFan (Vorhaben-Nr. 01IF24638N) wurde mit Unterstützung der Forschungsgemeinschaft Industrieofenbau e.V. (FOGI) über das Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. (FKM) eingereicht. Es wird über den Projektträger Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und ‑entwicklung (IGF) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages finanziell gefördert.