Hohe Leistung aus kleinem Bauraum bietet mehrfachen Nutzen: Zum einen bekommt der Anwender mehr Nutzleistung, zum anderen schont die Miniaturisierung die Ressourcen und die Umwelt. Das gilt für Rechner und Steuerelektronik genauso, wie für Leistungsbauteile in Frequenzumrichtern, Schweißgeräten oder Invertern. Zusammen mit Leistungssteigerung und Miniaturisierung steigen aber auch die Verluste. Deshalb sind neue Kühlkonzepte gefragt. Der Lüfterspezialist EBM-Papst hat einen auf die Anforderungen der modernen Hochleistungselektronik abgestimmten Lüfter entwickelt: Kompakte Abmessungen, sehr hohe Luftförderleistung und Druckerhöhung standen im Pflichtenheft, um die Kühlung auch bei dicht gepackten Bauteilen sicherzustellen. Gleichzeitig sollte der Lüfter neue Maßstäbe bei Effizienz und Variabilität setzen. Eine spezielle Ansteuerelektronik und ein Anschluss für externe Kommunikation erlauben dem Anwender eine bedarfsgerechte Luftmengenregelung.
Kleinlüfter mit Know-how
Soll ein bestimmter Luftstrom pro Zeiteinheit gefördert werden, so ist naturgemäß die Strömungsgeschwindigkeit bei kleinem Querschnitt deutlich höher als bei einem größeren. Um Gasmoleküle zu bewegen, muss ihnen zudem Energie zugeführt werden. Dazu dienen die Flügel der Lüfterrotoren. Ähnlich wie beim Flugzeug ein großer Propeller fördert ein großes Lüfterrad bei mäßiger Drehzahl 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- und Auslassgeometrie notwendig. Ein kleiner, exakt abgestimmter Rotor ersetzt daher bei hoher Drehzahl und hoher Strahlgeschwindigkeit der geförderten Luft einen großen Lüfterrotor in Bezug auf die Luftleistung. Das Problem liegt aber im bestmöglichen Zusammenspiel aller Komponenten. Bei den Kompaktlüftern mit einem Fördervolumina von knapp 40m³/h waren daher zwei Dinge zu beachten: eine aerodynamisch gute 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. Der leistungsstarke Außenläufermotor des Lüfters konnte in mehreren Schritten auf die optimierten aerodynamischen Komponenten abgestimmt werden. Dies gelang so gut, dass der neue Lüfter, auf das marktübliche Maß von 40x40x28mm ausgelegt, nun nahezu die doppelte Leistung des Vorgängermodells erreicht.
Luftförderung On Demand
Der Antrieb und damit die Luftmenge muss sich auch intelligent regeln lassen. Daher wird der elektronisch kommutierte Motor über eine komplexe Steuerungselektronik geregelt. Das ermöglicht nicht nur einen stromsparenden Betrieb, sondern erlaubt auch die gezielte Luftförderung: Läuft zum Beispiel ein Umrichter im Leerlauf, wird die Fördermenge reduziert. Steigt die abzuführende Wärmemenge unter Last an, wird entsprechend mehr Kühlluft gefördert. Das bringt neben geringerem Leistungsbedarf und Lärm weitere Vorteile wie höhere Standzeiten für vorgeschaltete Filter. In der Summe reduziert die integrierte Intelligenz die Betriebskosten für die Kühlung deutlich. Sonderfunktionen wie Tachosignal, Go/NoGo-Alarm, ein externer Temperatursensor, ein PWM-Steuereingang oder ein Feuchte- und sogar Salznebelschutz erweitern das Einsatzspektrum auch über den Schaltschrank hinaus direkt in die raue Industrieumgebung.
In der Praxis
Die Lüfter der 420J-Serie sind nach den hauseigenen GreenTech-Anforderungen von EBM-Papst umweltschonend konstruiert und gefertigt. Zur Verfügung stehen zwei Varianten mit 12 oder 24VDC Nennspannung. Je nach Modell liegt der Volumenstrom zwischen 24 und 38m³/h und die Druckerhöhung bei bis zu 500Pa mit einer Leistungsaufnahme von 2,5 bzw. 6,9W. Der Schallleistungspegel verringerte sich je nach Betriebspunkt um 2 bis 5dB(A) gegenüber der alten Ausführung. Der kleine Lüfter wiegt nur 45g, da Gehäuse und Lüfterrad aus leichtem, schwingungsdämpfenden Glasfaserkunststoff sind. Die Einsatztemperatur liegt zwischen -20 bis +70°C. Unter Volllast verringerte sich die Leistungsaufnahme gegenüber dem Vorgängermodell um rund 70 Prozent. Der gegenüber dem Vorgängermodell verbesserte Motorwirkungsgrad wirkt sich positiv auf die Lagererwärmung aus. So kann die Nenndrehzahl von bis zu 17.200U/min problemlos jahrelang verkraftet werden. Die Lebensdauerwerte nach dem hauseigenen Standard liegen sehr hoch: für die M-Ausführung des Lüfters bei 40 bzw. 70°C bei 75.000 bzw. 32.500 Stunden. Nach der sonst üblichen Berechnung beträgt die Lebenserwartung bei 40°C rund 127.500 Stunden. Die robusten Kunststoffe widerstehen auch widrigen Umgebungsbedingungen. Um dem Anwender einen breiteren Einsatzbereich gerade auch für Industriegeräte oder mobile Anwendungen zu ermöglichen, gibt es die Lüfter auch in einer extra robusten Ausführung. Dabei wird unter anderem die Elektronikplatine mit Polyurethan vergossen und der Stator durch eine Lackierung geschützt. So besteht der Lüfter auch den Salznebeltest. Dem Lüftereinsatz in Umrichtern oder Diodenschweißanlage in rauer Umgebung steht daher nun nichts mehr im Wege.
