Kompakte Lüfter
So bewahrt anspruchsvolle Elektronik einen kühlen Kopf
Steigende Packungsdichte und wachsender Leistungsdurchsatz machen das Kühlen von Elektronik zur Herausforderung. Mehr oder stärkere Lüfter zu verbauen ist nicht sinnvoll, wenn minimaler Platzbedarf und ein niedriger Geräuschpegel wichtig sind. Ein Ausweg: aerodynamisch optimierte Diagonallüfter.
Die Elektronikkühlung basiert heute überwiegend auf Axiallüftern, vor allem weil diese prinzipbedingt hohe Volumenströme liefern und sich konstruktiv gut integrieren lassen. Axiallüfter stoßen jedoch an Grenzen, wenn beispielsweise in Telekommunikations-anlagen oder in Rechenzentren immer leistungsfähigere Elektronik auf gleichem Raum untergebracht oder gar noch kompakter aufgebaut werden soll (Bild 1).
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Um die Kühlleistung zu erhöhen, werden dann zwei Axiallüfter in Reihe geschaltet, was in der Praxis überwiegend mit gegenläufig drehenden Rotoren realisiert wird. Ein solcher zweistufiger Lüfteraufbau ermöglicht dann prinzipiell einen höheren Druckaufbau, allerdings steigt auch die Geräuschentwicklung der Anlage deutlich. Normen und Richtlinien zum Lärmschutz wie von NEBS (Network Equipment-Building System), OSHA (Occupational Safety and Health Administration), ANSI (American National Standards Institute) oder ETSI (European Telecommunications Standards Institute) lassen sich so nicht erfüllen. Eine zusätzliche Geräuschdämmung kommt meist nicht infrage, da sie zu viel Platz benötigt und die Kosten in die Höhe treibt.
Leistungsstark, leise und kompakt
Für eine neue Lüfterbaureihe, die mehr Leistung bringt, ohne lauter zu werden, und trotzdem kompakt gebaut ist, ging ebm-papst einen neuen Weg. In enger Abstimmung mit einem namhaften Elektronikhersteller entstand die Reihe DiaForce (Bild 2) – neue Kompaktlüfter, die die künftigen Anforderungen der Elektronikkühlung berücksichtigt und deren Maße denen einer konventionellen zweistufigen Lösung entsprechen.
Die Besonderheit von DiaForce liegt in der speziellen Geometrie von Laufrad und Gehäuse. So werden Verwirbelungen im Randbereich minimiert, was Geräusche deutlich reduziert. Zudem ist die Austrittsöffnung des Lüfterrads größer als die Ansaugöffnung. Dadurch wird der Lüfter sowohl in axialer als auch in radialer Richtung durchströmt.
Von der Charakteristik her liegt der DiaForce deshalb zwischen einem Axial- und einem Radialventilator und bietet als Diagonallüfter die Vorteile beider Bauformen: Die für den Einbau meist günstigere axiale Bauweise bleibt erhalten und die radiale Komponente sorgt für einen hohen Druckaufbau (Bild 3).
Ein besonderer Vorteil der Aerodynamik ist zusätzlich, dass der DiaForce eine Luftleistungskennlinie ohne Einsattelung bietet. Gleichzeitig machen ihn die ausgeklügelten aerodynamischen Details zu einem sehr leisen Ventilator bei dieser Leistungsdichte (Bild 4).
Die hohe maximale Luftleistung wird im Normalbetrieb oft nicht benötigt, da Lüfter in der Elektronikkühlung meist im Teillastbetrieb arbeiten. Eine ausreichende Leistungsreserve ist aber wichtig, damit die Elektronik bei Bedingungen außerhalb des Normalbetriebs weiterhin ausreichend funktioniert. Steigt beispielsweise bei fehlerhafter Raumklimatisierung die Umgebungstemperatur, steht genügend Reserve zur Verfügung, um den Lüfter auf die benötigte Drehzahl hochzuregeln.
Die hohe maximale Luftleistung wird im Normalbetrieb oft nicht benötigt, da Lüfter in der Elektronikkühlung meist im Teillastbetrieb arbeiten. Eine ausreichende Leistungsreserve ist aber wichtig, damit die Elektronik bei Bedingungen außerhalb des Normalbetriebs weiterhin ausreichend funktioniert. Steigt beispielsweise bei fehlerhafter Raumklimatisierung die Umgebungstemperatur, steht genügend Reserve zur Verfügung, um den Lüfter auf die benötigte Drehzahl hochzuregeln.
Das Modell Diaforce 120 mit den Abmessungen 120 mm x 120 mm x 86 mm und mit einer maximalen Leistungaufnahme von 500 W ist bereits seit einiger Zeit aus der Serienfertigung verfügbar. Zwei kleinere Baugrößen kommen nun neu in das Programm hinzu: Der DiaForce80 mit Abmessungen 80 mm x 80 mm x 80 mm und der DiaForce40 mit 40 mm x 40 mm x 56 mm.
Effizienter und starker DC-Motor
Treibende Kraft der Kompaktlüfter sind leistungsstarke und energieeffiziente DC-Motoren, deren Design sehr kompakt ist und die mit hohem Wirkungsgrad arbeiten. Das Herzstück der intelligenten Motorregelung ist ein Mikrocontroller, der in allen Lastbereichen ein höchstmögliches Drehmoment ermöglicht und den Wirkungsgrad wie auch den Körperschall optimiert. Ein integrierter Blockierschutz sorgt für Sicherheit.
Als Schnittstellen stehen ein konfigurierbarer Steuereingang und verschiedene optionale Ausgangssignale zur Verfügung. Zu den praxisgerechten Optionen zählen zum Beispiel drehzahlproportionales Signal, Go-/No-Go-Alarm, Alarm mit Grenzdrehzahl sowie ein interner oder externer Temperatursensor.
Mit Intelligenz und Kommunikationsoptionen
Bei der Frage nach dem passenden Antrieb oder Lüfter sind nicht mehr nur die Produkteigenschaften wie Energieeffizienz und Leistungswerte entscheidend, sondern auch implementierte Intelligenz und Kommunikationsmöglichkeiten. Beispiele sind die Datenerfassung durch interne und externe Sensorik, eine Aufbereitung der Daten, intelligentes Regeln der leistungsstarken Motorsteuerung sowie Einbindungsmöglichkeit in Netzwerke.
Dank Condition Monitoring können Anwender Betriebsparameter ihrer Anlage jederzeit im Blick behalten und durch dokumentierten Betriebsverlauf eine bessere Fehleranalyse und Optimierung durchführen. Ein bedarfsorientierter und vorausschauender Betrieb erlaubt eine längere Betriebsdauer, einen geringen Energieverbrauch, wenig Geräuschentwicklung sowie eine selbstständige Nachregelung auf unterschiedliche Betriebszustände. Durch Predictive Maintenance, beispielsweise mit der Funktion FanCheck, lassen sich bedarfsorientierte Serviceeinsätze planen, was in längeren Serviceintervallen und einer hohen Verfügbarkeit durch geringe Stillstandzeiten resultiert.
Clever warten mit FanCheck
Mit der optionalen Funktion FanCheck lassen sich zudem intelligente Wartungskonzepte realisieren: Meist werden Lüfter ungeplant ausgetauscht, nachdem sie ausgefallen sind. Kühlen die Lüfter Elektroniken mit hohen Verfügbarkeitsanforderungen, wie in Rechenzentren oder Basisstationen für den Mobilfunk, muss der Austausch recht schnell erfolgen. Manche Servicekonzepte sehen zusätzlich vor, dass bei dieser Gelegenheit gleich alle Lüfter der Anlage getauscht werden. Oft entsteht dabei durch Fahrten von Servicetechnikern zu den Anlagenstandorten und Materialkosten ein beachtlicher Aufwand.
Die Funktion FanCheck löst das Dilemma und berechnet im Betrieb fortlaufend die statistische Lebensdauer auf der Grundlage der tatsächlichen Betriebsbedingungen. Damit können der Austausch kostenoptimiert geplant und die Austauschkosten gesenkt werden. Zusätzlich wird die Verfügbarkeit der Geräte erhöht. Der Anwender kann individuell auswählen, zu welchem Zeitpunkt und auf welchem Weg der Lüfter Statusmeldungen oder Warnungen ausgeben soll.
Möglich ist eine genaue Beobachtung der verbleibenden Lebenszeit oder ein einfacher Alarm, sobald die Restlebensdauer unter einen vorher eingestellten Wert fällt. Dadurch lässt sich FanCheck gut in bereits existierende Kontrollsysteme integrieren.
Der Autor
Helmut Sebisch ist Global Product Manager Compact bei ebm-papst in St. Georgen.
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