Hohe Leistung auf kleinem Bauraum bietet gleich mehrfachen Nutzen: Zum einen bekommt der Anwender mehr Nutzleistung, zum anderen schont die Miniaturisierung die Ressourcen und die Umwelt. Das gilt sowohl für Rechner und Steuerelektronik als auch für Leistungsbauteile wie beispielsweise Transistoren, Thyristoren oder Dioden in Frequenzumrichtern, Schweissgeräten oder Invertern. Zusammen mit der Leistungssteigerung bzw. Miniaturisierung steigen leider auch die Verluste je Bauteil an. Hier sind neue Kühlkonzepte gefragt. Die Lüfterspezialisten von ebm-papst entwickelten daher für die Anforderungen der modernen Hochleistungselektronik einen passenden Lüfter: Kompakte Abmessungen, sehr hohe Luftförderleistung und Druckerhöhung standen im Pflichtenheft, um die Kühlluft auch bei dicht gepack- ten Bauteilen in ausreichender Menge be-reitzustellen. Gleichzeitig sollte der Lüfter neue Massstäbe bei der Effizienz und Variabilität setzen. Eine spezielle Steuerelek-tronik mit optimierter Ansteuertechnik und Anschluss für externe Kommunikation erlaubt daher eine bedarfsgerechte Luftmengenregelung.
Optimales Zusammenspiel aller Komponenten
Soll ein bestimmter Luftstrom pro Zeiteinheit gefördert werden, so ist die Strömungsgeschwindigkeit bei kleinem Querschnitt deutlich höher als bei einem grösseren. Um Gasmoleküle zu bewegen, muss man ihnen zudem Energie zuführen; dazu dienen die Flügel der Lüfterrotoren. Ähnlich wie beim Flugzeug ein grosser Propeller fördert ein grosses Lüfterrad bei mässiger Dreh- zahl und Luftgeschwindigkeit ein grosses Volumen. Um dagegen bei einem kleinen Lüfter die gleiche Luftmenge pro Zeiteinheit zu fördern, ist eine höhere Drehzahl der Schaufeln und eine optimierte Ein-/Auslassgeometrie notwendig. Ein kleiner, exakt abgestimmter Rotor ersetzt daher bei hoher Drehzahl und hoher Strahlgeschwindigkeit der geförderten Luft den grossen Lüfterrotor in Bezug auf die Luftleistung. Die Herausforderung liegt dabei im optimalen Zusammenspiel aller eingesetzten Komponenten.
Kleinlüfter mit Know-how
Bei den Kompaktlüftern mit einer Kantenlänge von 40×40 mm und Fördervolumina von knapp 40 m³/h waren daher zwei Dinge zu beachten: eine aerodynamisch optimale Auslegung von Rotor und Gehäuse sowie ein ausreichend leistungsstarker Antrieb. Idealerweise ergänzen sich hierbei die Forderungen nach hoher Drehzahl aus der Aerodynamik mit denen des Elektroantriebs: Kleinere Elektromotoren schöpfen ihre Leistung aus hoher Drehzahl bei eher moderatem Drehmoment. Die Spezialisten haben den leistungsstarken Aussenläufermotor des Lüfters in mehreren Schritten optimal auf die aerodynamischen Komponenten abgestimmt. Dies gelang so gut, dass der Lüfter nahezu die doppelte Leistung des Vorgängermodells erreicht.
Luftförderung «on demand»
Der Antrieb und damit die Luftmenge müssen sich auch intelligent regeln lassen. Daher regelt eine komplexe Steuerungselektronik den elektronisch kommutierten Motor. Das erlaubt nicht nur einen stromsparenden Betrieb, sondern auch die gezielte Luftförderung: Läuft beispielsweise eine CPU oder ein Diodenlaser im Leerlauf, wird die Fördermenge reduziert; steigt unter Last die abzuführende Wärmemenge an, wird entsprechend mehr Kühlluft gefördert.
Das bringt neben geringerem Leistungsbedarf und Lärm weitere Vorteile wie etwa höhere Standzeiten für vorgeschaltete Filter. In Summe reduziert so die integrierte Intelligenz die Betriebskosten für die Kühlung. Sonderfunktionen wie Tachosignal, Go-/NoGo-Alarm, ein externer Temperatursensor, ein PWM-Steuereingang oder ein Feuchte- und sogar Salznebelschutz erweitern das Einsatzspektrum auch über den Bereich in Schaltschrank oder Rechenzentrum hinaus direkt in die raue Industrieumgebung.
Langlebig in der Praxis
Die Lüfter der 420J-Serie sind umweltschonend konstruiert und gefertigt. Zur Verfügung stehen zwei Varianten mit 12 oder 24 VDC Nennspannung. Je nach Modell liegt der Volumenstrom zwischen 24 und 38 m³/h und die Druckerhöhung bei bis zu 500 Pa mit einer Leistungsaufnahme von 2,5 bzw. 6,9 W. Der Schallleistungspegel verringerte sich je nach Betriebspunkt um 2 bis 5 dB(A) gegenüber der alten Ausführung. Der kleine Lüfter wiegt nur 45 g, da Gehäuse und Lüfterrad aus leichtem, schwingungsdämpfenden Glasfaserkunststoff wie PBT bzw. PA gefertigt sind. Die Einsatztemperatur liegt im weiten Bereich von –20 bis +70 °C. Unter Volllast verringerte sich die Leistungsaufnahme gegenüber dem Vorgängermodell um rund 70 %. Der verbesserte Motorwirkungsgrad wirkt sich auch positiv auf die Lagererwärmung aus. So verkraftet der Lüfter die Nenndrehzahl von bis zu 17 200 min–1 jahrelang. Die Lebensdauer- werte nach dem hauseigenen Standard liegen sehr hoch: für die M-Ausführung des Lüfters bei 40 bzw. 70 °C bei 75 000 bzw. 32 500 h. Nach der sonst üblichen L10IPC-Methode beträgt die Lebenserwartung bei 40 °C rund 127 500 h für eine M-Auslegung.
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