Bild 1: Elek­tronik­küh­lung mit Filter­lüf­tern: Die einge­bla­sene Luft nimmt die Wärme im Gehäu­se­inneren auf, steigt auf und gelangt durch ein Austritts­gitter nach außen oder wird mit einem weiteren Lüfter abge­saugt.

Damit Elek­tronik zuver­lässig funk­tio­niert, muss die im Betrieb entste­hende Abwärme best­mög­lich abge­führt werden. Dazu wird übli­cher­weise in der Gehäu­setür ein Filter­lüfter plat­ziert, der kalte Luft gezielt nach innen bläst. Die Luft nimmt die Wärme im Gehäu­se­inneren auf, steigt hoch und gelangt durch ein Austritts­gitter nach außen oder wird mit einem weiteren Lüfter abge­saugt (Bild 1). Im prak­ti­schen Einsatz merkt man aber oft, dass es bei den einge­setzten Filter­lüf­tern Leis­tungs­un­ter­schiede gibt. Insbe­son­dere bei hohem Gegen­druck, z. B. durch große Bauteil­dichte oder zuneh­mende Verschmut­zung der Filter­matten, stoßen die oft verwen­deten Axial­ven­ti­la­toren häufig an ihre Grenzen. Der Grund dafür liegt im Funk­ti­ons­prinzip.

Wenn Axial­ven­ti­la­toren nicht mehr ausrei­chen

Bild 2: Das Laufrad der Diagonal-Kompakt­mo­dule vereint die posi­tiven Eigen­schaften einer axialen und radialen Strö­mungs­ma­schine.

Da bei Axial­lüf­tern der Luft­strom parallel (bzw. axial) zur Dreh­achse des Lauf­rads verläuft, liefern sie zwar große Luft­mengen, aller­dings nur bei nied­rigem stati­schem Druck. Das heißt, sie eignen sich am besten für frei blasende Anwen­dungen. Außer­halb des passenden Arbeits­be­rei­ches, d. h. bei zuneh­mendem Druck­an­stieg über den Sattel­punkt hinaus, steigt bei Axial­ven­ti­la­toren der Geräusch­pegel deut­lich an, da die Strö­mung am Laufrad abreißt und Turbu­lenzen bildet. Gleich­zeitig sinkt der Wirkungs­grad des Venti­la­tors. Ein häufiger Grund für einen solchen Druck­an­stieg ist eine verschmutzte Filter­matte. Verlangen Anwen­dungen eine größere Druck­sta­bi­lität, sind deshalb meist Radi­al­ven­ti­la­toren die rich­tige Wahl. Hier wird das Lüfterrad in radialer Rich­tung zur Dreh­achse durch­strömt. Weil die gesamte Strö­mung das Laufrad am Außen­durch­messer verlässt und die dort höhere Umfangs­ge­schwin­dig­keit zur Ener­gie­zu­fuhr genutzt wird, erzeugt das Radi­alrad eine größere Druck­erhö­hung, die Luft­menge insge­samt ist aller­dings nied­riger.

Die Vorteile dieser beiden unter­schied­li­chen Venti­la­toren-Konzepte hat der Motoren- und Venti­la­to­ren­spe­zia­list ebm-papst in einem neuen Diagonal-Kompakt­modul vereint (Bild 2). Aktuell gibt es das Modul in der Baugröße 200 mit iden­ti­schen Abmes­sungen wahl­weise mit Antrieben in AC-Technik und auch mit den beson­ders ener­gie­ef­fi­zi­enten Green­Tech EC-Motoren. Beide Vari­anten sind speziell für den Einsatz in Filter­lüf­tern abge­stimmt. Weitere Baugrößen befinden sich aktuell in der Planungs­phase und werden bei entspre­chenden Markt­be­darfen umge­setzt.

Axial plus radial ergibt diagonal

Bild 3: Konstante Kühl­leis­tung auch bei zuneh­mender Filter­ver­schmut­zung

Bei Diago­nal­ven­ti­la­toren fördert der Venti­la­tor­flügel bei axialer Zuströ­mung sowohl axial als auch radial. Vorteil einer solchen Anord­nung ist ein dem Axial­ven­ti­lator weit­ge­hend entspre­chender Luft­strom bei gleich­zeitig stär­kerem Druck­aufbau. Die Kenn­linie verläuft steiler und der Sattel­punkt liegt bei einem höheren Gegen­druck. Im einge­bauten Zustand unter Betriebs­be­din­gungen ergibt sich so eine konstan­tere Luft­leis­tung über einen weiten Bereich (Bild 3).

Bild 4: Deut­lich gerin­gerer Ener­gie­ver­brauch im Vergleich zum AC-Axial­ven­ti­lator

Bei Gegen­druck bieten die regel­baren, mit Green­Tech EC-Motoren ausge­stat­teten Module einen bis zu 50 % höheren Volu­men­strom gegen­über klas­si­schen Axial­aus­füh­rungen (bei glei­cher Baugröße und in glei­chem Betriebs­punkt), weiterhin ein besseres Geräusch­ver­halten und eine um bis zu 49 % gerin­gere Leis­tungs­auf­nahme bei glei­chem Volu­men­strom, was über die Zeit die Ener­gie­kosten für die Schalt­schrank- oder Gehäu­se­küh­lung deut­lich senkt (Bild 4) und den CO₂-Ausstoß verrin­gert.

Längere Wartungs­in­ter­valle für die Filter­matten und leiser Betrieb

Bei zuneh­mender Filter­ver­schmut­zung bietet das Diagonal-Kompakt­modul die für die Wärme­ab­fuhr erfor­der­liche Luft­leis­tung. Dadurch ist die Verlust­leis­tung im Schalt­schrank mini­miert, was die Kühlung erheb­lich verbes­sert. Die druck­sta­bile Kenn­linie des Diagonal-Kompakt­mo­duls ermög­licht eine längere Gebrauchs­dauer der Filter­matten und verlän­gert so auch die Wartungs­in­ter­valle (Bild 5). Durch die Dreh­zahl­re­ge­lung der EC-Motoren über die 1-10 V-Schnitt­stelle bleibt auch bei Verschmut­zung die Luft­leis­tung konstant; die Kühl­leis­tung passt sich dem jewei­ligen Bedarf an und Abwärme kann immer in glei­chem Maße abtrans­por­tiert werden, so dass die Leis­tungs­elek­tronik zuver­lässig gekühlt wird. Glei­ches gilt auch, wenn die Ansaug­tem­pe­ratur der Kühl­luft durch z. B. Tages- oder Jahres­zeiten schwankt.

Bild 5: Die druck­sta­bile Kenn­linie ermög­licht eine längere Gebrauchs­dauer der Filter­matten und verlän­gert so auch die Wartungs­in­ter­valle.

Gleich­zeitig arbeiten die Diagonal-Kompakt­mo­dule bis zu 7 dB leiser als konven­tio­nelle Axial­lö­sungen. Diese Geräusch­re­du­zie­rung macht sich deut­lich bemerkbar, vor allem wenn es viele Schalt­schränke oder Elek­tronik­ge­häuse zu kühlen gilt. Der mit über 70 % ausge­spro­chen hohe Wirkungs­grad der EC-Motoren redu­ziert zudem die Eigen-Abwärme des Venti­la­tors. Und Wärme, die nicht entsteht, muss auch nicht abtrans­por­tiert werden. Gerade in Kühl­an­wen­dungen ist das ein sehr begrü­ßens­werter Effekt.

Einfach Umrüsten

Aber auch darüber hinaus haben die Diagonal-Kompakt­mo­dule einiges zu bieten: Sie lassen sich einfach auf dem Filter­rahmen montieren und sind mecha­nisch zum bishe­rigen Markt­stan­dard leicht austauschbar, weil die Außen­ab­mes­sungen ähnlich sind wie bei der bekannten Axial­aus­füh­rung.

Außerdem ist der druck- oder saug­sei­tige Einbau möglich. Wer die Filter­lüfter unter­schied­lich verbaut, muss sich also nicht mehrere Vari­anten auf Lager legen. Steck­ver­binder verein­fa­chen den elek­tri­schen Anschluss. Dabei kann das Diagonal-Kompakt­modul um

4 x 90° gedreht montiert werden, je nach erfor­der­li­cher Stecker­po­si­tion. Optio­nale Schutz­gitter für die druck- oder saug­sei­tige Montage runden die Vorteile des Diagonal-Kompakt­mo­duls ab. Die Schutz­gitter sind nach strö­mungs­tech­ni­schen Krite­rien opti­miert und lassen sich ohne Werk­zeug einfach anklipsen. Für Filter­lüfter zur Elek­tronik­küh­lung steht damit eine monta­ge­freund­liche, praxis­ge­rechte und ener­gie­ef­fi­zi­ente Kühl­lö­sung für Elek­tronik­ge­häuse und Schalt­schränke zur Verfü­gung.