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Mouser / Wärmemanagement

Den geeigneten Lüfter finden

20. März 2018, 13:29 Uhr | Mark Patrick, Mouser Electronics

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Verschiedene Lüftertypen für unterschiedliche Anwendungen

Neben der Unterteilung in Gleich- und Wechselstrommodelle lassen sich Lüfter auch danach unterscheiden, auf welchem Weg Luft in das Gerät eintritt und ausgeführt wird. Bei Axiallüftern tritt die Luft auf derselben Ebene ein und aus, da die Luft auf der einen Seite angesaugt und auf der anderen wieder ausgestoßen wird. Radiallüfter (bzw. -gebläse) sind dagegen so konstruiert, dass der Luftstrom umgelenkt und auf einer ganz anderen Ebene wieder ausgegeben wird. Außerdem können Radiallüfter die Luft komprimieren, sodass auch unter veränderten Druckbedingungen ein konstanter Luftstrom gewährleistet ist. Der erforderliche Luftvolumenstrom und der statische Druck des Systems sind entscheidend dafür, ob ein Lüftertyp die jeweiligen Anwendungsanforderungen er-füllt. Axiallüfter eignen sich insbesondere für Systeme, bei denen ein hoher Luftstrom erforderlich und der statische Druck gering ist. Demgegenüber bieten Radiallüfter einen geringeren Luftstrom, halten dafür aber einem höheren statischen Druck stand.

Sowohl hörbare Geräusche als auch elektromagnetische Störaussendungen sollten bedacht werden. Gleichstromlüfter mögen zwar beeindruckende technische Daten aufweisen, verursachen aufgrund dieser Störungen bei einigen Designs aber auch Schwierigkeiten. Allgemein gilt, dass Axiallüfter weniger hörbare Geräusche erzeugen als Radiallüfter. Wie bereits angemerkt sinkt der benötigte Luftstrom, wenn die Systemimpedanz niedriger ausfällt. Dadurch sinken auch die hörbaren Geräusche. Gleichstromlüfter neigen zudem zu Störabstrahlung (EMI). Dafür eignen sich unter anderem Ferritperlen, Abschirmungen oder Filter.

Aufgrund ihres geringen Strombedarfs, verbunden mit Kompaktheit und hohem Luftstrom, sind Axiallüfter bei der Rackmontage recht beliebt. Meist kommen auch noch weitere Komponenten zum Einsatz, um die Drehgeschwindigkeit des Lüfters besser regeln zu können und so die Leistungsparameter sowie die Stromaufnahme zu optimieren. Denn viele Entwickler gehen davon aus, dass der Lüfter dauerhaft im Betrieb ist, auch wenn keine maximale Kühlleistung erforderlich ist. Dies führt zwar nicht zu Ausfällen, ist mit Blick auf das System als Ganzes jedoch relativ ineffizient und verringert die Lebensdauer des Lüfters erheblich.

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Aus diesem Grund ist es mittlerweile gängige Praxis, die Temperatur innerhalb des Gehäuses zu überwachen und den Lüfter nur dann zu aktivieren, wenn dies tatsächlich erforderlich ist. Dies erhöht die Lebensdauer des Lüfters und verringert die hörbaren Geräusche, kann jedoch auch zu Problemen aufgrund von Verzögerungen führen. Außerdem kann es zu Störungen kommen, wenn der Lüfter nicht starten kann, weil er blockiert ist. Aus diesem Grund verfügen moderne DC-Axiallüfter wie die CFM-Serie von CUI über einen Wiederanlaufschutz. Dieser unterbricht automatisch den Antriebsstrom, wenn sich der Lüftermotor nicht drehen kann. Darüber hinaus enthalten die Modelle aus dieser Serie optionale Steuerungsmöglichkeiten wie Tachometer und Rotationsdetektoren. Der Tachometer misst die Rotationsgeschwindigkeit des Lüftermotors und erzeugt ein gepulstes Ausgangssignal, das in der Steuerschaltung verwendet werden kann (Bild 3). Hält der Motor an, hört das Signal auf zu pulsieren und verharrt auf einem High- oder Low-Pegel. Gleichzeitig fungieren die Rotationsdetektoren als Verriegelungssensoren. Hält der Lüftermotor an, wird das Ausgangssignal auf High gezogen, während es im Normalbetrieb auf Low bleibt (Bild 4).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Wärmemanagement angesichts komplexer Halbleiter und immer dichter bestückter Leiterplatten zu einer wachsenden Herausforderung wird. Dabei ist die aktive Lüftung ein effizientes Verfahren, um Verlustwärme von den Platinen wegzubringen.

Ein Lüfter, der den Systemanforderungen entspricht, begünstigt eine lange und störungsfreie Betriebsdauer. Andernfalls ist der Lüfter mit großer Sicherheit die Ursache auftretender Störungen – wenn auch meist nicht direkt, sondern meist durch den Ausfall wärmeempfindlicher Komponenten. Ein Lüfter sollte daher sehr sorgfältig ausgesucht werden, um möglichst schnell einen für das Systemdesign geeigneten, kostengünstigen Lüfter zu finden.