Umrechnung von Luftdurchsatz und Luftdruck    

Lüfter-Lexikon:
DC-Lüfter von A bis Z

Fachaufsatz "Simulation als effizientes Problemlöser-Tool"

Die Automobilindustrie ist ein seit Jahren aktiver und schnell wachsender Markt. War das Auto früher eher nur ein Fortbewegungsmittel, so entwickelt es sich heute mehr und mehr zu einem rollenden Informations- und Entertainment-Center. Im Hinblick auf die immer kürzeren Entwicklungszyklen sowie die schnell anwachsenden Applikationen, rückt die Elektronik- und Komponentenkühlung stärker in den Vordergrund. Die Hersteller solcher neuen komplexen Systeme bekommen immer anspruchsvollere Vorgaben von den Fahrzeugproduzenten in Bezug auf Kompaktheit und Realisierungszeiten.

Software-Tool zur Simulation zeigt Lösungsansätze und Varianten

Bei der Entwicklung einer "Headunit" für den Fahrzeugeinsatz, in der verschiedene Applikationen realisiert werden sollen, hat man es mit großer Packungsdichte und einer sehr hohen Verlustleistung zu tun. Erschwerend kommt hinzu, dass mit sehr hohen Umgebungstemperaturen (bis zu +100°C) gerechnet werden muss. Aufgabenstellung war, eine optimale Kühllösung zu entwickeln, die einerseits geringe Baumaße hat, aber trotzdem ein Höchstmaß an Kühlleistung bietet. Weiterhin ist eine Forderung im Pkw-Bereich, den Geräuschpegel einer Kühllösung so gering wie möglich zu halten.

Mit Hilfe der Software wird ein Abbild des gesamten Gerätes geschaffen, inklusive aller Hitzequellen. Hierfür werden zunächst die 3D-Daten (Abmessungen) des Gerätes in die Simulations-Software eingegeben. Ebenso werden Umgebungsparameter wie Verlustleistung, Position der wesentlichen Wärmequellen, maximale Umgebungstemperatur sowie der zur Verfügung stehende Raum für das zukünftige Kühlmodul definiert. Dabei ist eine enge Abstimmung zwischen dem Gerätekonstrukteur und dem Kühlmodulhersteller erforderlich. Denn gerade Komponenten wie Leiterplatten, Bauteile-Komponenten oder z. B. CD-Drives usw. können zu Verwirbelungen führen, die sich dann wiederum als Geräusche bemerkbar machen. Weiterhin müssen bei der Festlegung des Luftstroms auch evtl. Staubablagerungen im zukünftigen Feldeinsatz und deren Einfluss auf die Kühlleistung berücksichtigt werden.

Nach Eingabe obiger Daten erfolgt ein erster Simulationslauf. Durch sukzessives Verändern der Kühlmodulparameter wird das Optimum ermittelt. Der wesentliche Vorteil: der teure und zeitaufwendige Bau mehrerer Prototypen wird minimiert. Im hier beschriebenen Fall konzentriert man sich auf das Zusammenspiel von Kühlleistung und Geräuschentwicklung, also auf die Optimierung eines Lüfterrades in Bezug auf die bestmögliche Kühlleistung. Dies erfordert wiederum eine enge Zusammenarbeit zwischen Gerätekonstrukteur und "Cooling-Solution-Provider", da das Gehäuse ebenfalls einen wesentlichen Anteil an der realisierbaren Kühlperformance darstellt. Eine effektive Maßnahme der Kühlkörperoptimierung ist u. a. die Erhöhung der Oberfläche durch Sandstrahlen des Alu-Körpers. Zu beachten ist, dass nicht nur die Höhe des Geräusches (dBA) optimiert wird, sondern auch die Lautheit (Qualität des Schallpegels -  "sone"). Gerade die Geräuschqualität ist sehr wichtig, da diese in vielen Fällen wesentlich störender für das menschliche Gehör ist. Die Lautheit ist die Empfindungsgröße des menschlichen Lautstärkeempfindens. Mit Hilfe dieser Größe wird das menschliche Empfinden der Lautstärke von akustischen Signalen auf einer linearen Skala abgebildet. Die Einheit der Lautheit ist  "sone" (von "sonare", lat.: klingen). Ein Sinuston der Frequenz 1 kHz mit einem Pegel von 40 dB hat per Definition eine Lautheit von 1 sone. Die Bestimmung der Lautheit von stationären Signalen ist in der DIN 45631 bzw. der ISO-Norm 532 B festgelegt.

Die Software liefert den Vergleich der verschiedenen Lüfterkennlinien. Aus dieser Information ist sofort die optimale Bauform ersichtlich. Siehe Abbildung "Simulation Results". Die Visualisierung der Ergebnisse geschieht in einem Bericht, der als weitere Diskussions- und Entscheidungsgrundlage dient. Die Realisierung, basierend auf der Simulation, erfolgt dann über Soft-Toolings. Die Erstellung eines kostenintensiven Hartwerkzeuges kann somit sehr zeitnah vor Serienstart erfolgen, da bereits eine optimierte Lösung vorliegt. Diese Vorgehensweise erhöht ganz wesentlich die Flexibilität in der Entwicklungsphase und reduziert den Kostenaufwand.