Wärmemanagement
Leise Lüfter
Lüfter und Ventilatoren sind für die Kühlung empfindlicher Elektronikbauteile unverzichtbar - doch frei nach Wilhelm Busch gilt: Lüftung, wenn mit Geräusch verbunden, wird als störend oft empfunden. Es gibt jedoch verschiedene Methoden, um dem Lüfterlärm beizukommen.
Generell sind große, langsam drehende Lüfter leiser als kleine Schnelldreher. Auch lassen sich Maßnahmen ergreifen, um die Vibrationen des Ventilators vom Systemgehäuse zu entkoppeln - einfache Gummiringe sind kostengünstig und effektiv. Das Problem kann auch bei der Wurzel gepackt werden, indem der Lüfterhersteller die aerodynamischen Eigenschaften des Rotors optimiert, außerdem erlauben elektronische, lastabhängige Eingriffe in die Drehzahl weitere Verbesserungen.
Mit letzteren beiden Methoden hat sich die Entwicklungsabteilung bei ebm-Papst ausführlich beschäftigt. Veränderungen an der Bauform sind natürlich sehr anwendungsabhängig, da stellen sich beispielsweise Fragen nach dem Gegendruck, den allgemeinen Strömungsverhältnissen und dem Bauraum.
Grundsätzlich lässt sich feststellen, dass Axialventilatoren zur Förderung großer Luftmengen bei geringem Gegendruck prädestiniert sind, während Radialventilatoren für Anwendungen sinnvoll sind, die hohen Druck bei geringerem Volumenstrom fordern. Diagonallüfter hingegen vereinen die Eigenschaften von Axial- und Radiallüfter.So können die Eigenschaften der axialen oder radialen Bauart überwiegen. Eine spezielle Gestaltung erlaubt eine nahezu konstante Drehzahl des Motors über den gesamten Betriebsbereich. Das bedeutet, dass sich Diagonallüfter für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Luftleistung bei höherem Gegendruck und geringem Einbauplatz anbieten.
Ungehörte Betriebsgeräusche
Amüsanterweise sieht ebm-Papst Anwendungsbereiche für seinen aktuellen Diagonallüfter mit wenig Betriebsgeräusch besonders in Umgebungen, in denen Lärm kaum eine Rolle spielt, nämlich solche mit hoher Dauerbelastung. Dazu zählen etwa Motor-Frequenzumrichter, Druckmaschinen oder Wärmetauscher, aber auch Wechselrichter für Windkraftanlagen.
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Immerhin gehört auch die Schaltschrankkühlung dazu wie auch die eher wechselnden Kühlluftanforderungen von IT/Telekom-Applikationen, etwa Basisstationen und Server.
Die Lüfter der Serie »DV 6300« (Bild 1) haben einen Durchmesser von 172 mm und bieten mit elektronisch geregeltem »S-Force«-Motor Zusatzfunktionen wie Temperaturregelung, aktive Motorkühlung und Filtermonitoring mit Signalausgabe für den Filterwechsel. Bei S-Force handelt es sich um dreiphasige Multipol-Motoren mit 6- bis 12-polig magnetisierten Rotoreinheiten im neunnutigen Statorpaket. Wichtig dabei ist die Eigenkühlung durch optimierte Motorinnendurchströmung. In der Regel sind S-Force-Lüfter mit einem digitalen Motormanager mit mikroprozessorgesteuerter Elektronik ausgerüstet, die vollständig in den Lüfter integriert ist.
Auf der Druckseite benötigt das aerodynamisch angepasste Design 190 mm Durchmesser bei 51 mm Bautiefe. Der Volumenstrom (frei blasend) liegt bei bis zu 1100 m3/h, der ausgeprägte Drucksattel bei bis zu 750 Pa. Das Betriebsgeräusch ist mit 83,5 dB(A) im hohen Druckbereich um rund 8 dB(A) im selben Arbeitspunkt leiser als ähnliche Ausführungen des Herstellers. Dafür ist unter anderem der Flansch mit seinen geräuschoptimierten Stegen verantwortlich. Der 350-W-Motor hat 85% Wirkungsgrad.
Konstruktion und Elektronik
Einen Kombinationsansatz verwendet ebm-Papst bei seinem DC-Axiallüfter »8450 H4« (Bild 2). Hier kommen ein verstärktes Lager-system mit Kugellager, glasfaserverstärkter Kunststoff und ein unter strukturmechanischen Gesichtspunkten optimiertes Gehäuse zum Einsatz, sodass zum Beispiel die Steganbindungen dazu beitragen, die Ausbreitung von Körperschall zu reduzieren.
Die Elektronik für Kommutierung und Ansteuerung per PWM-Signal mit bis zu 30 kHz sowie ein Tachoausgang sind vollständig integriert. Die Elektronik erlaubt durch positionsgenaue Kommutierung einen angepassten Motorbetrieb und verbessert so Leistung wie Wirkungsgrad. Schutz gegen Verpolung und blockierten Rotor sind miteingeschlossen.
Optionale Software-Varianten erweitern das Einsatzspektrum durch kundenspezifische Drehzahlprofile. Dadurch läuft der 8450 H4 auch bei geringer Drehzahl und niedrigem Stromverbrauch ruhig und stellt im Falle von Abwärmespitzen durch Nachregelung auf höhere Drehzahlen trotzdem die Kühlung sicher. Der hohe Druckaufbau sorgt selbst bei größerem Gegendruck, beispielsweise durch dicht gedrängte Elektronikeinschübe, für ausreichenden Kühlluftdurchsatz. Da Laufgeräusche durch Turbulenzen und Körperschall entstehen, überarbeiteten die Entwickler sowohl den Motor als auch das Lüfterrad.
Beim Rad sorgen Winglets an den Flügelspitzen und eine verbesserte Geometrie trotz hoher Drehzahl für wenig Turbulenz; der Motor mit höherer Leistung wurde hinsichtlich Rastmoment optimiert, was sich zusammen mit einem speziellen Kommutierungsverfahren positiv auf das gesamte Antriebsverhalten auswirkt. Besonders leise und langlebige Kugellager reduzieren ebenfalls den Schall und kommen gleichzeitig der Lebensdauer der Lüfter zugute. Bei der Konstruktion wurde optional eine Umspritzung von Stator und Leiterplatte vorgesehen - das Verfahren verbessert die Resistenz gegen Feuchtigkeit, Spritzwasser und Staub.
Der 80 mm hohe, 80 mm breite und 25 mm tiefe Lüfter erweitert die Baureihe »8450G« hin zu hohen Werten für Förderdruck und Volumenstrom. Die Leistungssteigerung wird im Wesentlichen über die Erhöhung der Drehzahl auf 6200 min-1 erreicht. Im Ergebnis erreicht der Lüfter so eine maximale Luftleistung von 117 m3/h. Für diesen Axiallüfter mit einer drucksteifen Kennlinie ist ein Arbeitsbereich zwischen 15 Pa und 50 Pa sowie einem Volumenstrom von 80 m3/h bis 110 m3/h empfohlen. Die Lüfter stehen in Ausführungen für 12 V und 24 V zur Verfügung.
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