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S-Force: 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.

Viel­fache Leis­tung bei unver­än­dertem Bauraum, das war das Ziel von Thomas Brodbek, Leitung Vertrieb und Marke­ting

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.

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