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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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