Aktive Systemkühlung mit Lüfterprodukten

(PresseBox) - Die Kühlung spielt in der heutigen Elektronikproduktsparte eine bedeutende Rolle, da die Lebenserwartung der Komponenten stark davon abhängt, wie die aufkommende Wärme als Verlustleistung an die Umgebung abgeführt wird. Teilweise reicht dazu ein Kühlkörper (passive Kühlung), in anderen Fällen ist der Einsatz von Lüftern notwendig (aktive Kühlung). Der heutige Miniaturisierungstrend führt dazu, dass das Gehäuse von Applikationen nicht unnötig vergrößert werden darf. Zugleich ist die Anforderung an Haltbarkeit und Lebensdauer an die gesamte Applikation (Gerät, Maschine) stetig wachsend.

Das Wort „Kühlung“ bedeutet generell, dass die überschüssige Wärmeenergie z.B. durch die Verlustleistung von elektronischen Bauteilen, an die umgebende Luft (gasförmig) oder an das Kühlmedium (flüssig, fest) abgeführt bzw. davonbewegt wird. Eine Strömung kann durch einen Temperaturunterschied (positiv nach negativ) natürlich erzeugt werden. Sie ist erzwungen, wenn der Luftstrom von motorischer Unterstützung aktiv erzeugt wird. Dies kann z.B. durch verschiedene Arten und Charakteristiken von Lüfterprodukten umgesetzt werden.

Die richtige Produktauswahl hängt zum einen von der richtigen Bestimmung des erforderlichen Luftvolumenstroms ab. Ebenso spielen die gegebenen Bedingungen der vorliegenden Applikation wie verfügbarer Raum und Einbaulage, sowie dessen Umwelt wie z.B. dessen Umgebungstemperatur, eine bedeutende Rolle. So ist es das finale Ziel einen größeren Luftfluss – ob absaugend oder einblasend – in Einheit in der gesamten Applikation zu generieren, dass der thermische Widerstand der Applikation keinen Temperaturanstieg größer der Wärmeabführung im Gesamtsystem erzeugen kann.

Gleichstromlüfter (DC- und EC-Produkte) sind in der heutigen Zeit beliebter als Wechselstromlüfter (AC-Lüfter = Alternating Current Fan).

DC-Lüfter = Direct Current Fan

EC-Lüfter = Electronically Commutated Fan



Dabei ist ein EC-Produkt nichts anderes als ein DC Produkt, welches zwecks höherer Netzspannungen wie z.B. bekannte Netz-Spannungen von 115V oder 240V, stärker ausgelegt und anschlussseitig, ob als Terminal-Anschluss oder in der Leitungsausführung, angepasst wird.

Neben den vorteilhaften kommerziellen Gründen aufgrund geringerer Produktionskosten bringen DC- und EC-Produkte dem Endverbraucher weitere Vorteile dem Endverbraucher anstelle eines AC-Produkte. Da sie in der Regel weniger Strom verbrauchen und damit effizienter arbeiten bzw. eine geringere Motor-Kerntemperatur besitzen, hat dies in Summe eine längere Lebensdauer zur Folge.

Je niedriger die Drehzahl ist, desto leiser und weniger strom-lastig ist der Betrieb des Lüfterproduktes. Schafft man es zusätzlich nun einen Betrieb mit geringer Stromaufnahme – sei es z.B. durch höhere Betriebsspannungen umzusetzen – umso geringer bleibt die Temperatur im Lüftermotor. Dies hat zur positiven Folge, dass der Verschleiß der verbauten Lager geringer ist und dadurch die Lebensdauer erhöht wird.

Generell ist die Drehzahl von Gleichstrom-Produkten proportional zur Versorgungsspannung, so dass eine Drehzahlregelung viel leichter als auch höhere Drehzahlkennwerte im Vergleich zu AC-Lüftern umsetzbar ist. Außerdem erzeugen diese Produkte weniger EMI-Emissionen (Electromagnetic Interference). Diese Art von elektromagnetischer Störquelle beeinflusst wiederum negativ andere elektronische Bauteile in der gesamten Applikation. Dies kann dann zu Fehlfunktionen oder gar Ausfällen in der Arbeitsweise führen.

Beim Einsatz von Lüftern steigt bei einer Erhöhung der Drehzahl zugleich der Luftstrom. Gleichzeitig kommt es zu einem quadratischen Anstieg des Drucks und einer deutlichen Geräuschzunahme. Dadurch erhöht sich die Motorerwärmung und es ergibt sich eine größere Lagerbelastung Dadurch verringert sich die Lebensdauer des verbauten Lagers im Lüfterprodukt. Eine dauerhafte Temperaturerhöhung des Lüftermotors verursacht eine Verkürzung dessen Lebensdauer. Es lohnt sich, bei der Auswahl von Kühllösungen für ein bestimmtes System eine Reserve für den erforderlichen Luftstrom zu bilden und einen Kühllüfter mit der größtmöglichen physischen Größe zu verwenden, der mit einer noch niedrigeren Drehzahl als der Nenndrehzahl läuft, wenn die Konstruktion des Systems dies zulässt.

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Datum: 07.02.2023 - 09:24 Uhr
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