Noctua NF-F12 PWM - Technologien

Erstellt am: 12.07.2012 um 12:00 Uhr von Marco Schaarschmidt.

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Technologien

Dieses Kapitel beschreibt die im Noctua NF-F12 PWM eingesetzten Technologien und beinhaltet weitergehende Information speziell für interessierte Leser. Inwiefern sich die vorgestellten Verbesserungen positiv in der Praxis auswirken, können wir ohne Laborausrüstung und gleichwertige Exemplare ohne die jeweiligen Optimierungen natürlich nicht nachweisen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wird dieses Kapitel nicht in die abschließende Bewertung des NF-F12 PWM einbezogen und kann aufgrund dessen auch übersprungen werden. Höchste Priorität haben nach wie vor die gezeigten Leistungen des Produkts im Kapitel "Praxistest: Ergebnisse".

Der Noctua NF-F12 PWM verwendet einen ganzen Schwung an interessanten technologischen Ansätzen, die zu Teil das "Focused Flow System" definieren. Neben dem  "Focused Flow System" wird im weiteren Verlauf dieses Abschnitts auch das eingesetzte "Stepped Inlet Design", die "Inner Surface Microstructures", das SSO2 Öldruck-Gleitlager sowie der als "NE-FD1" betitelte PWM-IC zur Regulierung des Leistungsverhaltens erläutert.

Focused Flow System
Unter dem "Focused Flow System" versteht Noctua die Kombination diverser entwickelter Optimierungen der Statorleitschaufeln, durch die der vom sich bewegenden Rotor aufgebaute Luftstrom gebündelt und fokussiert wird. Daraus resultiert ein höherer statischer Druck, der ansonsten nur bei höheren Umdrehungszahlen erreichbar wäre.


(Quelle: Noctua.at)

Durch den gerichteten Luftstrom agieren die Gehäuselüfter bei Hot-Spots - wie sie bei CPU-Kühlern und ggf. auch bei Wasserkühlungs-Radiatoren anzutreffen sind - effizienter.


(Quelle: Noctua.at)

Um eine Bündelung des Luftstroms erreichen zu können, wurden die elf Statorleitschaufeln mit sogenannten "Vortex-Control Notches" ausgestattet, wie sie erstmals beim Noctua NF-P12 - dort jedoch an den Flügelblättern des Rotors - eingesetzt wurden. Diese sorgen für eine gleichmäßigere Vereinigung der Luftströme an der Saug- und Druckseite jeder Statorleitschaufel, was zu einer Reduzierung der Turbulenzen führt. Durch den Einsatz der Technologie soll demnach die Effizienz bei abnehmender Geräuschemission gesteigert werden.


(Quelle: Noctua.at)

Neben den aerodynamischen Verbesserungen soll das "Focused Flow System" als zweite wichtige Eigenschaft auch das Laufgeräusch des Gehäuselüfters verringern. Die eben erwähnten "Vortex-Control Notches" tragen ihren Teil dazu bei. Die Einkerbungen teilen die Luftverwirbelungen in kleinere Partikularströme auf, die nach Ergebnissen aus Labormessungen von Noctua jeweils eine unterschiedliche tonale Charakteristik aufweisen. Die Geräuschemission wird demnach nicht abgesenkt, sondern Frequenzspitzen vermieden und das allgemeine Laufgeräusch auf ein breitbandigeres Frequenzspektrum aufgeteilt, wodurch das neu entstandene Lärmprofil als weniger störend für das menschliche Ohr wahrgenommen werden soll.


(Quelle: Noctua.at)

Der als "Varying Angular Distance" betitelte variierende Abstand der elf Statorleitschaufel ist eine technologische Entwicklung, die selbigen physikalischen Effekt ausnutzt. In diesem Fall sind die elf Statorleitschaufeln nicht im gleichen Abstand wie bei herkömmlichen Gehäuselüftern angeordnet, sondern versetzt mit Winkelabständen zwischen 31° und 37°. Passiert ein Lüfterblatt während der Rotation eine Statorschaufel, so entstehen Druckimpulse, die wesentlich zum Laufgeräusch des Gehäuselüfters beitragen. Bei einer gleichmäßigen Verteilung entsteht bei jeder Bewegung eines Lüfterblattes über eine Statorschaufel die identische, relative geometrische Konstellation zwischen den beiden Komponenten, was gleiche Druckimpulse zur Folge hat und zu höheren und damit leichter bemerkbaren Frequenzspitzen führt. Durch die Anordnung in unterschiedlichen Winkelabständen entstehen bei jeder Begegnung andere aerodynamische Druckimpulse. Diese sorgen für die bereits angesprochene Verteilung des Laufgeräusches auf einen breiteren Frequenzbereich und die gleichzeitigen Eliminierung von Frequenzspitzen.


(Quelle: Noctua.at)

Stepped Inlet Design
Das  „Stepped Inlet Design“ beschreibt eine stufenweise Absenkung des inneren Lüfterrahmens an den vier Einlaufbereichen in der Nähe der Montagepunkte.
Durch die abgestufte Konstruktion wird wie die Abbildung zeigt der Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung erleichtert und ein besseres Anheften der Strömung an dem umströmten Rahmen erreicht (Flow Attachment). Das Resultat der Optimierung ist eine höhere Förderleistung des Gehäuselüfters durch die anliegende turbulente Strömung und somit die Möglichkeit, mehr Luft ansaugen zu können.


(Quelle: Noctua.at)

Durch die neu geformte Strömung der Luft werden im Gegensatz zum laminaren Zulauf Geräusche tonaler Art reduziert und wie auch bei den bisher vorgestellten Technologien ein breitbandigeres Geräuschprofil erzeugt, welches sich erneut positiv auf das Laufgeräusch auswirken soll.


Inner Surface Microstructures

Ebenfalls erstmals in der NF-F12 Lüfterserie zum Einsatz kommend sind die sogenannten "Inner Surface Microstructures". Dabei handelt es sich um unterschiedlich große Einkerbungen an den Innenbereichen des Lüfterrahmens in Form einer Mikrostruktur. Die Einkerbungen erzeugen beim Vorbeifahren der einzelnen Rotorblätter eine turbulente Grenzschicht. Bewegen sich die Blattspitzen der einzelnen Rotorblätter durch diese Grenzschicht, entstehen Wirbelablösungen an der Saugseite der Rotorblätter, welche deutlich geringer ausfallen als bei Produkten ohne diese Mikrostruktur-Technologie. Saugseitige Wirbelablösungen tragen nicht unerheblich zur Geräuschkulisse eines Gehäuselüfters bei und sorgen zudem noch für eine Reduktion des vom Rotor erzeugten Luftdrucks und -stroms. Im Umkehrschluss sollen die "Inner Surface Microstructures" für eine niedrigere Lärmemission und höhere Leistung durch eine Reduzierung von Turbulenzen sorgen.


(Quelle: Noctua.at)

SSO2 Öldruck-Gleitlager
Das selbststabilisierende Öldrucklager (Self-Stabilising Oil-Pressure, kurz SSO2-Bearing) in der zweiten Generation kombiniert die bewährte Konstruktion ölbasierter hydrodynamischer Lager mit einem rückseitigen Magneten.


(Quelle: Noctua.at)

Eines der Kernelemente des Öldruck-Gleitlagers ist das eingeschlossene Spezialöl, das bei einer Rotationsbewegung der Achse ein dynamisches Druckfeld erzeugt und so die Achse innerhalb der Lagerschale stabilisieren und zentrieren soll. Das Problem bei Druckfeldern ist jedoch, dass sie sich nicht schlagartig oder exponentiell aufbauen, sondern logarithmisch. Aufgrund dessen entsteht direkt nach dem Start der sogenannte Kreisel-Effekt, eine leicht ovalähnliche Kreiselbewegung. Bis ein ausreichend großer Druck aufgebaut ist, um die Rotorachse zu stabilisieren, kommt es bei Flüssigkeitslagern bedingt durch den Kreisel-Effekt zu einer erhöhten Abnutzung des Lagers, was unter Umständen zu Defekten führen kann oder sich durch eine mitunter deutliche Zunahme der Geräuschentwicklung bemerkbar macht. Jedoch sollte der Aufbau des Druckfeldes in diesem Zusammenhang nicht überbewertet werden. Die Stabilisierung hängt auch mit der Drehzahl zusammen. Ist die Umdrehungszahl eines Objektes groß genug, stabilisiert sich dieses selbständig.
Der Kreisel-Effekt soll durch den Festkörpermagneten, dem zweiten Kernelement, unterbunden werden. Magnetfelder sind im Gegensatz zu Druckfeldern bei Elektromagneten oder um Leitungen schon kurz nach dem Anlegen einer Spannung aufgebaut oder sind bei Festkörpermagneten beispielsweise dauerhaft vorhanden. Das durch den im NF-F12 PWM verwendeten Festkörpermagneten erzeugte Magnetfeld soll die Selbststabilisierung der Rotorachse während der Anlaufphase unterstützen und so für eine Reduzierung des Lagerwiderstands und Verschleißes sorgen, was zu einer höheren Langzeitstabilität und Laufruhe des Lagers führt.


(Quelle: Noctua.at)

Im Gegensatz zur ersten Generation setzt das SS02-Lager Lagerschalen aus Messing und Spritzgusstechniken ein, wodurch zahlreiche Optimierungen möglich waren. Verändert wurde beispielsweise die Position des an der Rückseite befestigten Magnets, welcher nun näher an der Achse des Rotors platziert wurde. Durch den geringeren Abstand wirkt eine stärkere magnetische Kraft auf die Rotorachse, was für noch bessere Stabilisierung und Langlebigkeit sorgt.

NE-FD1 PWM IC
Der von Noctua entworfene PWM-Steuerungschip NE-FD1 integriert die bereits bekannte Smooth Commutation Drive (SCD) Technologie und Sicherheitsfunktionen wie beispielsweise Verpolungs- oder Blockierungsschutz und soll einen niedrigen Stromverbrauch ermöglichen.


(Quelle: Noctua.at)

Wie die Abbildung zeigt, sorgt die SCD-Technologie für eine geringe Abflachung der Signalflanken, welche beim Motor weniger abrupte Drehimpulse erzeugen. Durch den Einsatz dieser Technologie werden die unter Verwendung von gängigen PWM-ICs erzeugten Rechtecksignale entschärft, die unter Umständen zu minimalen Verformungen der Lüfterstruktur - verursacht durch den Motor und dessen Drehbewegung -  führen können. Mit einhergehend sind hörbare Klickgeräusche, die sich gerade bei niedrigeren Umdrehungen bemerkbar machen.

Der NE-FD1 wurde zusätzlich auf einen geringen Stromverbrauch optimiert. Die PWM-Ausführungen der hauseigenen Produkte (NF-R8, NF-B9 und NF-P12) verbrauchen unter Verwendung des NE-FD1 25-40% weniger Strom als dem jeweiligen Pendant in 3-Pin-Ausführung. Mit nur 0.6 W ist Noctua dieser Schritt beim NF-F12 für das erste auch gut gelungen.

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