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Power-Lüfter für die Elek­tronik­küh­lung

Die digi­tale Welt entwi­ckelt sich in atem­beraubendem Tempo; die Elek­tronik, die die gewal­tigen Daten­mengen verar­beitet, wird immer leistungs­fähiger. Gleich­zeitig wird die Kühlung zur Heraus­forderung. Einfach leistungs­stärkere Lüfter zu verbauen oder die Anzahl der Lüfter zu erhöhen, ist kaum möglich, da kompakte Lösungen gefragt sind.
Ein neuer Kompakt­lüfter von ebm-papst bietet sich als zukunfts­sichere Alter­na­tive an, da er bis zu 50 % mehr Luft­leistung liefert als herkömm­liche Lösungen.


Die Elek­tronik­küh­lung basiert heute über­wie­gend auf Axial­lüf­tern, vor allem weil diese prin­zip­be­dingt hohe Volu­men­ströme liefern und sich konstruktiv gut inte­grieren lassen. Axial­lüfter stoßen jedoch an Grenzen, wenn beispiels­weise in Tele­kom­mu­ni­ka­ti­ons­an­lagen oder in Data­cen­tern immer leis­tungs­fä­hi­gere Elek­tronik auf glei­chem Raum unter­ge­bracht oder gar noch kompakter aufge­baut werden soll (Bild oben).

Um die Kühl­leis­tung zu erhöhen, werden einfach zwei Axial­lüfter in Reihe geschaltet, was in der Praxis über­wie­gend mit gegen­läufig drehenden Rotoren reali­siert wird. Ein solcher zwei­stu­figer Lüfter­aufbau, ermög­licht dann prin­zi­piell einen höheren Druck­aufbau, aller­dings steigt auch die Geräusch­ent­wick­lung der Anlage deut­lich. Normen und Richt­li­nien zum Lärm­schutz wie von NEBS (Network Equip­ment-Buil­ding System), OSHA (Occup­a­tional Safety and Health Admi­nis­tra­tion), ANSI (American National Stan­dards Insti­tute) oder ETSI (Euro­pean Telecom­mu­ni­ca­tions Stan­dards Insti­tute) lassen sich so nicht erfüllen. Eine zusätz­liche Geräusch­däm­mung kommt meist nicht in Frage, da sie zu viel Platz benö­tigt und die Kosten in die Höhe treibt.

Neuer Entwick­lungs­an­satz für eine über­zeu­gende Lösung

Bild 1: Der neue DiaForce liefert im Vergleich zu herkömm­li­chen Lüfter[-]lösungen bis zu 50 % mehr Luft­leis­tung und erzeugt zudem noch deut­lich weniger Geräusch. (Foto | ebm-papst)

Um einen Lüfter zu entwi­ckeln, der mehr Leis­tung bringt, ohne lauter zu werden, und trotzdem kompakt baut, wählten die Spezia­listen von ebm-papst deshalb einen neuen Ansatz. Die Stand­orte St. Georgen, Mulfingen und Shanghai bündelten dazu ihre Kompe­tenzen. In enger Abstim­mung mit einem bedeu­tenden Elektronik­hersteller entstand der DiaForce (Bild 1) – ein neuer Kompakt­lüfter, der den zukünf­tigen Anfor­de­rungen der Elektronik­kühlung in jeder Hinsicht gewachsen ist und dessen Abmes­sungen denen einer konven­tio­nellen zwei­stu­figen Lösung entspre­chen.

Das Konzept, das hinter der Neuent­wicklung steckt, über­zeugt: Das Geheimnis des DiaForce liegt in der einzig­artigen Geome­trie von Laufrad und Gehäuse. So werden Verwir­be­lungen im Rand­bereich mini­miert, was für eine deut­liche Geräusch­reduzierung sorgt. Außerdem ist die Austritts­öffnung des Lüfter­rads größer als die Ansaug­­öffnung. Dadurch wird der Lüfter sowohl in axialer als auch in radialer Rich­tung durch­strömt, was für einen hohen Druck­aufbau sorgt (Bild 2).

Von der Charak­te­ristik her liegt der DiaForce deshalb zwischen einem Axial- und einem Radial­ventilator, wobei die prin­zi­pi­elle, für den Einbau güns­ti­gere axiale Bauweise erhalten bleibt. Ein beson­derer Vorteil der Aero­dynamik ist zusätz­lich, dass der DiaForce eine Luftleistungs­kennlinie ohne Einsat­te­lung bietet. Gleich­zeitig machen ihn die aero­dynamischen Opti­mie­rungen zum leisesten Venti­lator mit dieser Leis­tungs­dichte (Bild 3).

Bild 2: Der typi­sche Druck­aufbau des DiaForce: Im blau­mar­kierten beispiel­haften Arbeits­punkt kommt der DiaForce auf über 17.000 Umdrehungen/min bei einer Leis­tungs­auf­nahme von 516 W. Damit werden über 1.800 Pa Druck und >500 m³/h Luft­leis­tung erreicht. (ebm-papst)

Der Kompakt­lüfter hat eine bis zu 6 dB(A) gerin­gere Geräusch­emission als ein konven­tio­neller Axial­lüfter und das bei einer bis zu 50 % höheren Luft­leistung. Die höhere Luft­leis­tung wird im Normal­betrieb oft nicht benö­tigt, da Lüfter in der Elektronik­kühlung hier oft im Teillast­betrieb arbeiten. Eine ausrei­chende Leistungs­reserve ist aber entschei­dend, damit die Elek­tronik bei Beding­ungen außer­halb des Normal­betriebs weiterhin ausrei­chend funk­tio­niert. Steigt beispiels­weise bei fehler­hafter Raum­klimatisierung die Umgebungs­temperatur, steht genü­gend Reserve zur Verfü­gung, um den Lüfter auf die benö­tigte Dreh­zahl hoch zu regeln.

Leis­tungs­starker und intel­li­genter DC-Motor

Auch im Hinblick auf die Moto­ri­sie­rung ist den Entwick­lern ein wich­tiger Schritt gelungen. Trei­bende Kraft des Kompakt­lüfters ist ein dreisträn­giger, energie­effizienter DC-Motor mit einer Motor­leistung von 500 W. Das Motor­design baut sehr kompakt und arbeitet mit hohem Wirkungs­grad. Die neu entwi­ckelte 500-W-Elek­tronik hat einiges zu bieten: Das Herz­stück der intel­li­genten Motor­regelung ist ein leistungs­fähiger Mikro­controller. Dieser ermög­licht in allen Last­bereichen ein höchst­mögliches Dreh­moment und opti­miert den Wirkungs­grad wie auch den Körper­schall. Der inte­grierte Blockier­schutz sorgt für Sicher­heit. Als Schnitt­stellen stehen ein konfigurier­barer Steuer­eingang und verschie­dene optio­nale Ausgangs­signale zur Verfü­gung. Zu den praxis­gerechten Optionen zählen z. B. drehzahl­proportionales Signal, Go-/No-Go-Alarm, Alarm mit Grenz­drehzahl sowie ein interner oder externer Temperatur­sensor. Ab sofort ist der DiaForce in der Baugröße 120 x 120 x 86 mm verfügbar.

Bild 3: Direkter Vergleich zwischen einem einstu­figen Axial­lüfter (a), einem zwei­stu­figem Axial­lüfter (b) und dem neuen Diago­nal­lüfter DiaForce (c). (Foto | ebm-papst)

Intel­li­gente Wartungs­kon­zepte mit FanCheck

Mit der optio­nalen Funk­tion FanCheck lassen sich zudem intel­li­gente Wartungs­konzepte reali­sieren: Meist werden Lüfter unge­plant ausge­tauscht, nachdem sie ausge­fallen sind. Kühlen die Lüfter Elek­tro­niken mit hohen Verfügbarkeits­anforderungen, wie z. B. in Rechen­zentren oder Basis­stationen für den Mobil­funk, muss der Austausch recht schnell erfolgen. Manche Service­konzepte sehen zusätz­lich vor, dass bei dieser Gele­gen­heit gleich alle Lüfter der Anlage getauscht werden. Oft entsteht dabei durch Fahrten von Service­technikern zu den Anlagen­standorten und Material­kosten ein beacht­li­cher Aufwand. Die ebm-papst Funk­tion FanCheck löst das Dilemma.

FanCheck berechnet fort­lau­fend die statis­ti­sche Lebens­dauer auf der Grund­lage der tatsäch­li­chen Betriebs­be­din­gungen.

Damit können der Austausch kosten­optimiert geplant und die Austausch­kosten gesenkt werden. Zusätz­lich wird die Verfüg­bar­keit der Geräte erhöht. Der Anwender kann indi­vi­duell auswählen, zu welchem Zeit­punkt und auf welchem Weg der Lüfter Status­meldungen oder Warnungen ausgeben soll. Möglich ist eine genaue Beob­ach­tung der verblei­benden Lebens­zeit oder ein einfa­cher Alarm, sobald die Rest­lebensdauer unter einen vorher einge­stellten Wert fällt. Dadurch lässt sich der FanCheck gut in bereits exis­tie­rende Kontroll­systeme inte­grieren. Einer „intel­li­genten“ und leistungs­fähigen Elektronik­kühlung im Sinne der Green­Intelligence für die Infor­ma­tions- und Kommunikations­technik der Zukunft steht damit nichts mehr im Weg.

GreenIn­tel­li­gence

Bei der Frage nach dem passenden Antrieb oder Lüfter sind nicht mehr nur die Produkt­eigenschaften wie Energie­effizienz und Leistungs­werte entschei­dend, sondern auch imple­men­tierte Intel­li­genz und Kommunikations­möglichkeiten. Beispiele für Green­Intelligence Lösungen für die Luft- und Antriebs­technik sind z. B. die Daten­erfassung durch interne und externe Sensorik, eine Aufbe­rei­tung der Daten, intel­li­gentes Regeln der leistungs­starken Motor­steuerung sowie Einbindungs­möglichkeit in Netz­werke.

Dank Condi­tion Moni­to­ring können Anwender Betriebs­parameter ihrer Anlage jeder­zeit im Blick behalten und durch doku­men­tierten Betriebs­verlauf eine bessere Fehler­analyse und Opti­mie­rung durch­führen. Ein bedarfs­orientierter und voraus­schauender Betrieb erlaubt eine längere Betriebs­dauer, eine Mini­mie­rung von Energie­verbrauch und Geräusch­entwicklung sowie eine selbst­ständige Nach­regelung auf unter­schied­liche Betriebs­zustände. Durch Predic­tive Main­ten­ance können bedarfs­orientierte Service­einsätze geplant, damit längere Service­intervalle und außerdem eine hohe Verfüg­barkeit durch geringe Stillstand­zeiten erreicht werden.  

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