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Elektronikkühlung

Fortschritte in der Lüftertechnik


Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Weitere Verbesserungen

  • Elektrische Verbesserungen

Jeder DC-Lüfter benötigt eine elektronische Kommutierung. Diese besteht im Wesentlichen aus einem magentischen Sensor (Hall-Element), einem Verstärker und mind. 2 Schalttransistoren zum wechselseitigen Einschalten der Spulen. Darüber hinaus werden ergänzende Beschaltungen notwendig, zum Schutz gegen Falschpolung, Überlastung beim Blockieren des Rotors, sowie Alarm- oder Tachoausgang. Viele Lüfter haben außerdem die Möglichkeit einer Drehzahlsteuerung über einen PWM-Signaleingang.

Die ersten Steuerelektroniken wurden wegen der Größe der Bauelemente nicht in der Lüfternabe, sondern seitlich am Gehäuse untergebracht. Die Miniaturisierung der elektronischen Komponenten ließen die Elektroniken bald so klein werden, dass sie in der Lüfternabe Platz fanden und die Außenabmessungen der Lüfter nicht zusätzlich veränderten. In den heute eingesetzten Steuer-ICs sind fast alle Komponenten untergebracht, so dass die Anzahl der extern nötigen Bauteile sehr klein ist. Dadurch ist die Ausfallwahrscheinlichkeit der Elektronik im Lüfter fast vernachlässigbar. Ohne Mehr-aufwand sind außerdem viele der o. e. Zusatzfunktionen mit integriert. Laufende Ver-besserungen der Ansteuerelektroniken führten auch zu einer deutlichen Verringerung der Leistungsaufnahme. Ein kleiner, aber durch die enorm hohe Anzahl der eingesetzten Lüfter doch ein wichtiger Beitrag zur Verringerung des CO2-Ausstoßes.

  • Verbesserungen bei AC-Lüftern

AC-Lüfter werden schon seit vielen Jahrzehnten für verschiedene Kühlungsaufgaben überall dort eingesetzt wo keine Gleichspannungsquelle zur Verfügung steht. Die ersten, für die Elektronikkühlung verwendeten Lüfter waren mit einfachen Kurzschluss-Außenläufermotoren ausgerüstet. Innenliegende feststehende Statorspulen wurden von einem Rotor in Topfform umschlossen. Dieser Topf war magnetischer Rückschluss und bildete gleichzeitig die Kurzschlusswicklung. Diese sehr simple Konstruktion hatte den Nachteil eines enorm schlechten Wirkungsgrades. Die nächste Generation, bis heute noch Stand der Technik, hat fest stehenden Startorspulen außen und eine aus Blechlamellen gebildeten Rotor der mit Aluminium, welches die Kurzschlusswicklung bildet, umgossen wird. Robustheit und gegenüber der ersten Generation günstigeren Leistungsaufnahme zeichnen diese Lüfter aus. Lüfter größerer Außenabmessungen sind wegen der noch immer unakzeptabel hohen Leistungsaufnahme der Kurzschlussläufermotoren mit Kondensatormotoren oder Dreiphasenmotoren ausgerüstet.

  • AC-Lüfter mit EC-Motoren

Durch die neuen EU-Vorschriften zur Verringerung der Leistungsaufnahme elektrischer Geräte werden neue Anforderungen an AC-Lüfter gestellt. Da der Wirkungsgrad der AC-Lüfter der zweiten und dritten Generation nicht mehr wesentlich verbesserungsfähig ist, war ein neues Motorkonzept gefragt.

Gleichstrommotoren in Lüftern nehmen bei gleichem Volumenstrom nur ca. 25% der Leistung von Wechselstrommotoren auf. Die heute zur Verfügung stehenden elektronischen Komponenten gestatten die Entwicklung von DC-Motoren, die am AC-Niederspannungsnetz betrieben werden können. Diese Elektroniken bestehen aus einer herkömmlichen Kommutierungselektronik in Kombination mit einem AC-DC-Wandler. Die Technik erlaubt außerdem eine einfache Anpassung der Lüfterdrehzahl, Diese revolutionierende Idee ist in der letzten Generation der KAKU EC-Lüfter realisiert. Die neuen Lüfter sind mechanisch austauschbar in den Standardabmessungen 80x80mm bis 150x170mm erhältlich. Der Preis der Lüfter ist höher als der Preis bisheriger AC-Lüfter. Für den Anwender ist der Einsatz der EC-Lüfter trotzdem wirtschaftlich, da die Mehrkosten selbst bei nur 12 Betriebsstunden pro Tag bereits nach wenigen Monaten durch die niedrigeren Betriebskosten eingespart werden.

Lüfter sind heute ein technisch anspruchsvolles und hochwertiges Bauteil. Viele Jahr-zehnte an Erfahrung haben die Hersteller in die Lage versetzt, ausgereifte und zuverlässige Produkte anzubieten. Es besteht keine Veranlassung den Einsatz von Lüftern durch gewagte und risikoreiche Konstruktionen zu vermeiden, vielmehr kann durch den gezielten Einsatz der aktiven Kühlung die Gesamtlebensdauer vieler Geräte verlängert werden, sie können viel kleiner, leichter und billiger werden. Da Auswahl und optimaler Einbau den Anlagen- oder Geräteentwickler oft überfordert ist eine technische Zusammenarbeit mit dem Lüfterlieferanten bereits im Frühstadium dringend zu empfehlen.

Heinrich Cap ist Gründer und technischer Geschäftsführer der Sepa Europe GmbH in Eschbach bei Freiburg.


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