Darauf ist zu achten
Die Lebensdauer von Lüftern richtig einschätzen
Qualitativ hochwertige Lüfter sind besser als ihr Ruf. Obwohl es sich um aktiv bewegte Komponenten handelt, ist Verschleiß heute kaum noch ein Problem. Was aber beeinflusst die Lebensdauer tatsächlich?
Von Robert Cap, Geschäftsführer von Sepa Europe
Es gibt kaum ein elektromechanisches Produkt, das in den vergangenen Jahren so viele positive Veränderungen erfahren hat wie der Lüfter zur Elektronikkühlung: Durch den Einsatz von beispielsweise »High Grade«-Kugellagern oder verbesserten Gleitlagersystemen ist es den Entwicklern gelungen, die Lebensdauer deutlich nach oben zu schrauben. Doch wie lange hält ein Lüfter?
Die Herstellerangaben zur Lebensdauer von Lüftern sind oft nicht einfach zu interpretieren, zumal es unterschiedliche Angaben gibt, die einen Vergleich erschweren. Im Wesentlichen haben sich zwei Begriffe durchgesetzt, die nicht verwechselt werden dürfen: »L10« sowie »MTBF«.
Was sagen L10 und MTBF aus?
Beides sind statistische Werte, die bei großen Mengen gelten.
- Die als Lebensdauer bezeichnete Größe L10 gibt den Zeitraum in Stunden an, in dem zehn Prozent der Lüfter ausgefallen sind. Wird also die Lebensdauer eines Lüfters mit L10 = 100.000 Stunden bezeichnet, dann bedeutet dies, dass 90 Prozent der Lüfter eine Lebensdauer von 100.000 Stunden erreichen.
- Der meist als »Zuverlässigkeit« bezeichnete Wert MTBF bzw. »Mean Time between Failures« bezeichnet dagegen die theoretische Betriebszeit zwischen zwei Fehlerereignissen. Dieser Wert ist eher für ein reparables Gesamtsystem anwendbar. Für den Lüfter ist die Angabe zwar häufig gefragt, aber schlecht greifbar.
Weil ein moderner Lüfter eine Lebensdauer von mehr als zehn Jahren erreichen kann, ist eine tatsächliche Messung über diesen Zeitraum weder möglich noch sinnvoll. Daher wird über eine wesentlich kürzere Dauer unter verschärften Bedingungen getestet und hochgerechnet.
Einflussfaktoren wie Feuchtigkeit, Schmutz, Staub, Chemikalien und mechanische Kräfte können die Lebensdauer des Lüfters verkürzen. Abhilfe schaffen Modelle, die speziell für extreme Anforderungen ausgelegt sind: Um das Eindringen von Staub und das Abwandern von Schmierstoff bei Kugellagern zu verhindern, sind diese mit beidseitigen Deckscheiben ausgestattet. Außerdem verfügen sie über polierte Laufflächen und werden von einem Weitbereichsfett geschmiert. Im Falle von kondensierender Feuchte gibt es die Möglichkeit, die Leiterplatte mit einem entsprechenden Feuchteschutz zu versehen. Es gibt also zahlreiche Möglichkeiten, um einen Funktionsabfall vorzubeugen.
Blick ins Datenblatt
Normalerweise beziehen sich die Angaben zur Lebensdauer eines Lüfters in den Datenblättern auf eine Temperatur von 40 °C. Manche Hersteller veröffentlichen jedoch Werte, die auf einer Raumtemperatur von 20 °C basieren. Diesbezüglich ist Vorsicht geboten, denn diese Vorgehensweise führt zu einer Angabe, die in vielen Fällen nicht praxisgerecht ist!
Lüfter-Drehzahl verringern, Leben verlängern?
Eine gängige Überlegung in der Praxis ist es, die Drehzahl eines Lüfters zu reduzieren, um dadurch die Lebensdauer zu erhöhen. Allerdings hat die Drehzahl tatsächlich nur geringen Einfluss auf die Lebensdauer. Weil die Lagerbelastung sehr gering ist, tritt fast kein Verschleiß auf. Die Lebensdauer wird überwiegend von anderen Fakturen, wie Verunreinigungen, bestimmt. Zu berücksichtigen ist jedoch, dass ein geringes Maß an Verschleiß bei jedem Start auftreten kann, weshalb man Lüfter nur für längere Betriebspausen abschalten sollte.
Der Hauptnutzen einer Drehzahlanpassung liegt also nicht darin, die Lebensdauer zu verlängern, sondern den Geräuschpegel zu senken. Je langsamer ein Lüfter dreht, desto leiser wird er. Und natürlich dient eine geringere Drehzahl auch dazu, Energie einzusparen, weil sich mit Verringerung der Spannung die Leistungsaufnahme signifikant reduziert. Beim Betrieb mehrerer Lüfter lässt sich dadurch eine nennenswerte Kostenersparnis erzielen.
Der Einfluss von Nässe und Staub
Auch in puncto Widerstandsfähigkeit sind Lüfter oft besser als ihr Ruf. Bei Anwendungen in schwierigen Umgebungsbedingungen lassen sich die Komponenten so auslegen, dass das Eindringen von Nässe und Fremdkörper in den Motor zuverlässig verhindert werden kann. Der Lüfterrahmen und das Gehäuse sind absolut wasserfest. Auch eine selten auftretende, vorübergehende Kondenswasserbildung stellt kein großes Problem dar, weil sie die Betriebseigenschaften des Lüfters nicht nachhaltig beeinflusst.
Soll ein Lüfter in schwierigen Umgebungsbedingungen zum Einsatz kommen, lässt er sich zusätzlich gegen Tropfwasser, Sprühwasser, Spritzwasser und Strahlwasser schützen. Die Hersteller bieten entsprechende Varianten mit IP-Schutzarten an. Der Unterschied zwischen IP-geschützten Lüftern und Lüftern ohne besonderen Schutzmaßnahmen besteht in der Ummantelung von Elektronik und Motorwicklung.
Eine einfache und kostengünstige Methode, um den Lüfter zu schützen, ist die Beschichtung der Leiterplatte. Hierzu wird diese, komplett bestückt, mit Anschlusslitzen ausgestattet und danach mit Schutzlack besprüht. Aufwendiger ist der Vollverguss, der Schutzarten bis zur Klassifizierung IP 65 und IP 68 gewährleistet. Dazu wird die gesamte Motornabe mit dem Vergussmaterial ausgefüllt.
Die IP-geschützten Lüfter haben den Vorteil, dass sie in Anwendungen wie LED-Beleuchtungen, Kältetechnik, Automobilelektronik und Solar-Wechselrichtern zum Einsatz kommen können. Der IP-Schutz vor dem Eindringen vor Feuchtigkeit betrifft den Motor und die Motorelektronik von Lüftern. Ein Berührungsschutz ist durch extern anzubringende Schutzgitter und -filter möglich.
Beispiel für einen robusten Lüfter von Sepa Europe:
Langlebig und ab Lager lieferbar!
- Für Anwendungen der Industrieautomation bietet Sepa einen neuen und ab Lager lieferbaren Axiallüfter in 24-V-Ausführung an. Der Gehäuselüfter des Typs „PLB60A“ mit einer Größe von 60 x 60 x 25 mm hat eine Lebensdauer von 70.000 h (L10) bei einer Umgebungstemperatur von 40 °C. Dank robustem Kugellagersystem eignet er sich für die ausfallsichere Kühlung auch in harschen Umgebungen. Der Axiallüfter hat einen max. Volumenstrom von 611 l/min bzw. 55,6 Pa und entwickelt dabei ein typisches Geräusch von 36 dB(A). Um das Wärmemanagement weiter zu verbessern, lässt sich der Axiallüfter mit unterschiedlichen Kühlkörpern kombinieren.
