elelctronilc - SEPA Europe GmbH
www.elektroпik-informationen.de
Ausgabe 1 2016 ј 48. Jahrgang 12,60 Euro
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elelctronilc
Informationen
effizienter entwickeln
ELEKTROMECHANIK
Balsam für die Ohren:
Wie Sie einen wirklich leisen
Lüfter finden 48
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Gleichbleibend genau - Präzisionsstromwandler für einen
weiten Temperaturbereich 62
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SPEZIAL: STROMVERSORGUNG
Kalt erwischt? Thermische
Aspekte bei der EntwicklunB
von Schaltnetzteilen 3D
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LED-TECHNIK
Leuchtdioden in Matrizen einzeln
schalten und dimmen 16
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teef Erweitertes
EDATool-Angebot
zur Beschleunigung
Ihres Designprozesses
ELEКTROMECHANII( LÜFTER
Balsam für die Ohren
Lüftergeräusche optimieren. Lärmbelastung ist ein ernstzunehmendes Problem.
Während man im vergangenen Jahrzehnt die elektromagnetischen Emissionen
elektronischer Geräte sehr stark verringert hat, ist die Geräuschentwicklung erst
jüngst zum Thema geworden. Denn Lärm schränkt die Belastbarkeit und Konzentration der Menschen ein und ist bei andauernder Einwirkung gesundheitsschädlich.
gestrahlten Luftschall noch erheblich verstärken.
Körperschall sind niederfrequente•Vibrationen, die im Lüftër erzeugt werden:
• Kommutierungsgeräusche aufgrund
des An- und- Abschalten der
Motorwicklungen,
• Geräusche der Kugellager (Rollgeräusche, Vibrieren der Kugelkäfige),
• Klappergeräusche bei Gleitlagerlüftern der älteren Generation wegen
fehlender Axialpositionierung der
Welle.
Tatsächliche Wahrnehmung
und Messungen differieren
arum machen Lüfter Lärm? Um
diese Frage zu beantworten,
muss man zunächst zwischen
Luft- und Körperschall unterscheiden.
Beide Schallereignisse machen sich in unterschiedlicher Gewichtung bemerkbar;
sie müssen getrennt optimiert werden.
Geräusche, die ein Lüfter direkt über
die Luft aussendet, nennt man Luftschall:
• Rauschen,das durch die Luftverwirbelung an den Propellerflügeln
erzeugt wird,
• Vibrationen, die der Propeller und das
Gehäuse an die Luft abstrahlen,
• Lagergeräusche, wie das Rollgeräusch
von Kugellagern oder das Klappern
einer Welle im Gleitlager,
W
• Luftschwingungen,erzeugt von
Propellerflügel, die sich zu nahe an
Stegen oder Schutzgittern vorbei
bewegen (Sireneneffekt).
Angaben in den Datenblättern der Lüfter
tragen die Maßeinheit dB(A). Es wurde
also eine dem menschlichen Ohr angepasste Frequenzbewertung (A-Kurve) vorgenommen. Sie beziehen sich ausschließlich
auf den Luftschall, wobei der Lüfter — im
sehr schallarmen Raum an Gummiseilen
aufgehängt — gemessen wird.
Allerdings eignet sich diese Angabe
allein kaum, um die Geräuschentwicklung in einem Gerät richtig abzuschätzen.
So können Hohiraurnresonanzen bei ungünstigen Gehäuseabmessungen den ab-
Der Lüfter leitet Vibrationen über seinen
Rahmen weiter, etwa an eine Gehäusewand. Diese strahlt die Vibrationen wie
ein Lautsprecher als Luftschall ab, wobei
die Abstrahlenergie —je nach Fläche,Dichte, Material und Steifigkeit — in sehr weiten Grenzen schwanken kann. Resonanzen körnen Körperschallfrequenzen besonders anregen oder auch dämpfen.
Somit kann ein Lüfter mit guten Geräuschdaten im Gerät lauter sein als ein
anderer Lüfter mit schlechteren Daten und
umgekehrt. Die tatsächlich wahrgenommenen Geräusche setzen sich aus Luftschall und Körperschall zusammen. Moderne Lüfter der letzten Generation sind
deutlich leiser (Bild 1). Verbessërungen
der Schaufelgeometrie konnten die Luftleistung stark steigern; somit ist es mög-
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1(ONTAKТ
SEPA Europe GmbH,
Hartheimer Straße 6,
79427 Eschbach,
Tel. 07634 59459-0,
Fax 07634 59459-199,
E-Mail info@sepa-europe.com,
www.sepa-europe.com
elektronikinformationen 112016
LÜFTER
Autospecпum(Noise) - Mark
Working : 1FВ400-121 2 Input FFT Analyzer
(dВ/20.Ои Ра]
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Autospectrum(Nоtse) - Mark 1
Working 1F8401-121А 1 : Input FFT Analyzer
Ld6/20.Ои Ра)
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Alt und neu: Lüfter älterer (links) und heutiger Konstruktion (rechts) im Geräuschvergleich
lich,auch bei niederer Drehzahl einen ausreichenden Volumenstrom zu erzeugen.
Was bei der Lüfterwahl
zu beachten ist
Bei der Entwicklung eines elektronischen
Geräts muss die Kühlung von Anfang an
eingeplant werden. Es ist besser, eine
überdimensionierte Kühlung nach dem
Vorliegen endgültiger Messungen zu verkleinern als eine unterdimensionierte
immer den ungünstigsten Bedingungen entsprechen.Im Normalbetrieb
wird sie kaum benötigt, und der
Lüfter kann langsamer drehen. Viele
Lüftermodelle können mit integrierter
Drehzahlregelung geliefert werden.
DC-Standardlüfter können mit einer
kleinen,billigen Zusatzelektronik
nachgerüstet werden.
• Müssen mehrere Lüfter parallel
betrieben werden,darf deren
Ein Lüfter mit guten Geräuschdaten kann im
Gerät mehr Lärm verursachen als ein auf dem
Papier lauteres Modell.
Kühlung nachträglich mit erheblichen
Schwierigkeiten zu verstärken. EinigeRegeln für die Lüfterauswahl:
• Stets den mechanisch größtmöglichen
Lüfter wählen.je größer der Lüfter,
umso niedriger kann seine Drehzahl
sein, die zur Erzeugung des erforderlichen Luftstromes benötigt wird. Das
Lüftergeräusch ist stark drehzahlabhängig• eine Halbierung der Drehzahl
senkt das Geräusch um 15dВ(А).
• Die Lüfterdrehzahl entsprechend der
tatsächlich benötigten Kiihileistung
regeln (Bild 2). Die maximale
Luftleistung eines Lüfters muss
Drehzahl nicht gleich sein. Entweder
wählt man Lüfter unterschiedlicher
Drehzahl,oder man sieht unterschiedliche Versorgungsspannungen
(wenigstens ±5% Differenz) vor, um
Resonanz zu vermeiden. Tipp: Einem
der beiden Lüfter eine Diode in
Durchlassrichtung vorschalten.
• Gleitlagerlüfter sind bei sehr
niederer Drehzahl leiser. Sie können
aber nach relativ kurzer Zeit durch
Lagerverschleiß ausfallen. Moderne
Gleitlager.sind zwar auch relativ
langlebig, aber dem Kugellagersystem,besonders im Grenztemperatur-
2 Elektronik: Viele Lüftermodelle gibt es mit integrierter Drehzahlregelung; sie kann auch
kostengünstig nachgerüstet werden
elektronik informationen 1 1 2016
bereich, an Zuverlässigkeit unterlegen.
Lüfter im Gerät
Die Vorauswahl der akustisch am besten
geeigneten Modele kann mit den unter
anderen Gesichtspunkten, wie Zuverlässigkeit, elektrische oder aerodynamische
Parameter, gewählten Favoriten kollidieren. Konstruktive Maßnahmen können
die Geräuschentwicklung im Gerät verbessern:
• Die den Lüfter tragende Wand immer
so dick,steif und mit so geringer
Fläche wie möglich wählen.
• Körperschallankopplung durch
elastische Zwischenelemente optimieren.
• Gerätevolumen mit Schaumstoffeinlagen verkleinern(dämpfen).
• Schutzgitter nie direkt vor dem Lüfter
anbringen(Abstand >10% des
Lüfterdurchmessers).
■
WISSENSWERT
Engineering mit Widersprüchen.
Dem verbesserten Wirkungsgrad
der elektronischen Komponenten
stehen immer höhere Leistungsanforderungen - Taktfrequenz der
CPU, Speichervolumen, Abgabeleistung von Stromversorgungen
oder Steuerungen - sowie immer
kompaktere Bauweisen entgegen.
Demzufolge wird die geräuschoptimierte aktive Kühlung immer
wichtiger. Geräteseitig wirkt das
Bestreben nach einer Verkleinerung jedoch der Geräuschoptimierung entgegen: je kleiner die Lüfter
werden, umso höhere Drehzahlen
brauchen sie, um den geforderten
Luftstrom zu erreichen. Und eine
hohe Drehzahl wiederum verstärkt
das Lüftergeräusch.
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ELEI(TROMECHANII( LÜFTER
Э 1 Dämpfende Montagehilfen: Die günstigen, konstruktiv optimierten Teile können sogar Luftkanäle enthalten
• Lüfter an der vorn Gerätebediener
abgewandten Seite anbringen.
• Luftstrom im Gerät nicht blockieren;
der Geräuschpegel steigt bei zu
hohem Druck stark an.
Mechanisch und akustisch hervorragend
und relativ günstig sind dämpfende Mon-
tagehilfen, beispielsweise mit kundenspezifisch gefertigten Schaumstoffteilen
(Bild 3). Diese konstruktiv optimierten
Teile können sogar Luftkanäle enthalten
und so gezielt den Luftstrom auf die
kritischen Bauteile leiten. Die Montage
des Formteils und des Lüfters erfolgt
FAZIT
Früh starten und Experten fragen. Die Auswahl des optimal angepassten Lüfters und
des notwendigen Zubehörs fur eine bestimmte Applikation ist schwierig und erfordert
umfangreiches Fachwissen. Denn typische Entwicklungsziele, wie viel Leistung auf
engstem Raum, wirken der Geräuschoptimierung entgegen. Auch weicht die Geräuschwahrnehmung in der Praxis häufig von den Erkenntnissen der Theorie ab - hier kann nur
die Applikationserfahrung eines Experten helfen. Generell ist es ratsam, das gesamte
einfach durch montage- und demontagefreundliches Stecken.
Elastische Lüftermanschetten in Standardabmessungen für Lüfter ab einer
Grundfläche von 40 x 40mm2 oder andere
elastische Montageteile sind eine weitere
preiswerte Montagehilfe für kleinere und
mittlere Mengen.Injedem Fall können sie
die Кörperschalldämpfung sehr effektiv
verbessern.
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Autor
Heinrich Cap ist Gründer und Senior-Geschäftsführer von Sepa Europe in Eschbach.
Online-Service
Weitere Tipps für den Einsatz von Lüftern
Kühlkonzept schon in der Anfangsphase einer Konstruktion gemeinsam mit einem
Kühlungsspezialisten zu entwickeln.
www.elel<tronil<-informationen.de/28048
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