Die Rennmaschine

Jeder Kubikzentimeter Raum, den ein Lüfter in einem Serverschrank oder einer Telekom-Basisstation besetzt, ist ein verlorener. Eine neue Generation Hochleistungslüfter gibt Gas – um Platz zu machen.

Fünf Millisekunden braucht der Flügel für eine Runde. Mit 210 Kilometern pro Stunde schneidet die Spitze durch die Luft. Der Hochleistungslüfter heißt S-Force und rennt fast doppelt so schnell wie andere in seiner Größe. Und er rennt hinter etwas her, das als Moores Gesetz bekannt wurde. Damit gewinnt er etwas sehr Wertvolles zurück: Bauraum. Spätestens alle zwei Jahre verdoppelt sich die Leistungsfähigkeit von Rechen- und Speicher-Chips. So hat Intel-Mitgründer Gordon Moore es vorhergesagt. Das war 1965. Chips ließen sich fast noch durch Handauflegen kühlen, die Großrechner füllten Ballsäle und das Zimmerchen für die Klimaanlage spielte keine Rolle. Bislang hat Moore recht behalten. Die Chiphersteller packen die Ballsäle heute auf ein paar Quadratzentimeter Silizium, die ungekühlt die Temperatur einer Herdplatte auf Stufe zehn erreichen. Um das zu verhindern, werden die Kühlsysteme im Verhältnis immer aufwendiger. Die Basisstation beispielsweise, die zu jedem Antennenmast im Mobilfunknetz gehört, ist oft nicht größer als der Rollcontainer unter einem Büroschreibtisch. In ihrem Inneren stecken dicht auf dicht auswechselbare IT-Module. Zwischen zehn und 20 Prozent des Raums sind jedoch reserviert: für Lüftungssystem und Luftzirkulation. Wie viel genau, hängt vor allem von dessen Leistungsfähigkeit ab.

Mit S-Force folgen die Ingenieure von ebm-papst deshalb Moores Gedanken: Packe mehr Leistung in den gleichen Raum. In diesem Fall bedeutet es „Erhöhe die Drehzahl – massiv“. Das geht allerdings nur mit einem besonderen Lüfter. Die Aerodynamik eines Lüfters ist auf einen festgelegten Drehzahlbereich abgestimmt. Ab einem bestimmten Punkt beginnt er die Luft nur noch zu verwirbeln. Die Laufleistung verwandelt sich nicht in Volumendurchsatz, der Lüfter japst sozusagen. Zudem steigen Energiehunger und mechanische Belastungen überproportional. Das Material ermüdet, die Lager überhitzen. Ein Gerät, das einfach nur höher dreht, wird nicht alt. Der S-Force-Lüfter in der mittleren von fünf Baugrößen erreicht jedoch 11.000 Umdrehungen pro Minute. Dabei drückt er pro Stunde 570 Kubikmeter Frischluft durch sein Gehäuse – also ungefähr den Inhalt einer Vierzimmerwohnung, Altbau mit hohen Decken. Damit leistet er so viel wie drei normale Lüfter dieser Größe. Dennoch hält er diesen sogenannten Volumenstrom gute 60.000 Betriebsstunden lang durch, in denen er 34 Millionen Kubikmeter Luft bewegt.

Damit er das verkraftet, haben ihn seine Väter von Anfang an für Höchstleistungen konstruiert. Er hat einen dreiphasigen statt des üblichen einphasigen Motors bekommen, Seltenerden-Magneten in Kunststoffbindung, einen zwölf- statt vierpolig magnetisierten Rotor und ein robustes Rotorlager mit Kugellagern und speziellen Schmierstoffen. Gegenüber vergleichbaren Motorgrößen erreicht er so einen Leistungssprung von 500 Prozent. Die Motor­elektronik des regelbaren, sensorlosen EC-Motors bekam neue integrierte Schaltkreise, die zusammen mit allen anderen Maßnahmen den Motorwirkungsgrad auf 85 Prozent schrauben. Üblich sind 65–70 Prozent. Die sichelförmigen Flügel erhielten sogenannte Winglets an den Spitzen, um die Wirbelbildung zu vermindern – diese erzeugt ja nicht nur Lärm, sondern bremst auch das Lüfterrad. Ebenfalls als Sicherung gegen Vibrationen versteifen acht statt der üblichen drei Stege das Gehäuse. Diese verstärken nicht nur die Konstruktion: Sie senken den Geräuschpegel und erhöhen die Förderleistung sogar noch. Damit der Dauerrenner sich bei seinem Tempo nicht selbst überhitzt, feilten die Entwickler auch an der Luftführung durch den Motor. Diese hält Lager und Motor bei vollem Tempo auf lebensdauerfreundlichen Temperaturen. So ausgerüstet kann der Beispiel-Lüfter mehr als 39 Milliarden Runden rennen, ehe er den Stab weitergibt. Aber eigentlich interessiert den Besitzer des Telekom-Containers ja etwas ganz anderes: Wie viel Raum gewinnt er damit? Die Antwort: bei gegebener Leistung etwa die Hälfte des Raums, den die Kühlung mit Standardlüftern beansprucht. Bei gegebenem Raum die Sicherheit, auch den nächsten Moore-Zyklus mitmachen zu können, wenn noch heißere Chips einziehen.