Interaktive Gehäuse-Lüfter-Datenbank – Messmethoden und Equipment

Unsere Lüfter-Messkammer und Anspruch

Da es aktuell keine Quelle gibt, die realitätsnahe und verwertbare Daten auch im direkten Vergleich bietet, haben wir Einiges an Zeit sowie Geld investiert und unter Beratung eines großen deutschen Kühl- und Klimageräteherstellers einfach eine eigene Lüfter-Messtation entwickelt und dann auch dort vor Ort im Labor kalibriert. Hier hat der Kollege Pascal Mouchel ganze Arbeit geleistet und das Ergebnis kann sich mittlerweile durchaus sehen lassen. Der schwere und massive Korpus mit zwei Kammern aus dicken MDF-Platten wurde in Zusammenarbeit dem Engineering des Herstellers berechnet, in der Umsetzung geplant und zweckführend natürlich auch schalldämmend ausgekleidet.

Das, was wir ab jetzt messen können, genügt natürlich keiner ISO-Norm, allerdings liegen die Unterschiede zur Millionen-teuren Original-Kammer des unterstützenden Herstellers in einem Bereich, wo auch schon die Fertigungstoleranzen der Lüfter einsetzen. Damit kann man sich dem Ideal recht gut annähern, zumal die verbauten Messgeräte einzeln aus einer größeren Menge ausgewählt und anschließend auch aufwändig professionell kalibriert wurden. Damit wird so eine Investition einschließlich Hard- und Software fast schon fünfstellig, aber man muss keine sechsstelligen Beträge ausgeben, um am Ende einen Lüfter objektiv bewerten zu können. Denn wir messen insgesamt 4 Einbauszenarien in 100-RPM-Schritten, erstellen dann jeweils eine hochwertige Langzeit-Audioaufnahme über das gesamte Drehzahlband und bieten eine Frequenzanalyse. Dazu kommen alle DC- und PWM-geregelten Ergebnisse bis hin zur jeweiligen Leistungsaufnahme.

Da im Aufbau sehr viel Know-How, Zeitaufwand und auch Geld steckt, werden wir an dieser Stelle nur die Dinge beschreiben, die zum Verständnis der Tests wirklich notwendig sind. Ein Blaupause zum Nachbau ist dies damit nicht. Eine stark vereinfachte Version mit einem langen Rohr anstelle der Kammer wäre zwar deutlich preiswerter gewesen, ist aber bauartbedingt derart ungenau, dass man die Werte nur als grobe Schätzung mit vielen Fehlern betrachten kann. Der Druckabfall ist immens und eine seriöse Schallpegelmessung ist aufgrund des so entstandenen Resonanzkörpers schlicht unmöglich. Werte unterhalb von ca. 30 CFM sind zudem kaum noch sinnvoll auszuwerten. Es gab auch solche Röhren schon als Promo-Aktion verschiedener Lüfterhersteller zum Nachmessen, aber mehr als nette Spielzeuge sind dies alles nicht.

Tests als Gehäuselüfter und auf Radiatoren

Aktuell stellt sich immer die Frage, welche Charakteristik ein 120- oder 140-mm-Lüfter wirklich besitzt. Nicht jedes Modell eignet sich auf allen Radiatorstärken und so mancher vermeintliche Kraftprotz büßt auf Radiatoren so viel an Druck ein, dass er kaum noch als geeignet zu bezeichnen ist. Die Angaben zu Volumenstrom („Durchsatz“) und statischem Druck in den Datenblättern helfen da dann auch nicht weiter, wenn etwas auf einem Slim-Radiator noch gut funktioniert und bei einem 45-mm-Radiator bereits komplett versagt. Zum Einsatz kommen jeweils für 120 mm und 140 mm ein dünner ST30 von Alphacool, der von den Charakteristika den üblichen 25-mm-Radiatoren der AiO-Wasserkühlungen, vor allem von den Messdaten her, sehr gut entspricht, ein XT45 für die mitteldicken Radiatoren mit sehr engen Lamellen und ein dicker UT60 für die schweren Modelle.

Die Lüfter werden speziell entkoppelt und richtig fest verschraubt. Denn der Stator (also der äußere Rahmen), darf sich nicht bewegen. Nomen est omen. Manche Labore messen Lüfter mit sogenannten Drahtspinnen und einer Feder-Spannung in der Aufhängung. Das ist fachlich falsch, weil sich ein mögliches Humming so nicht messen lässt, da die Resonanzen durch die Federn kompensiert werden. Wir haben diesen Beweis schon einmal erbracht, wo ein im Labor komplett unauffälliger Lüfter dann bereits auf dem glatten Tisch liegend bei bestimmten Drehzahlen anfing zu vibrieren. Diesen sehr einfachen Vorabtest machen wir übrigens auch, um dann beim Testen auf solche Drehzahlen besonders zu achten. Glasplatten eignen sich dafür besonders gut. Jede der Kammern ist zudem zweckmäßig mit Noppen-Schaumstoff ausgekleidet und materialtechnisch so ausgelegt, dass es kaum noch störende Einflüsse gibt.

Auf dem Bild unten sehen wir die mittlere Trennwand zwischen den beiden Kammern, die den Lüfter und auch den Radiator trägt. Entkopplung wird natürlich auch hier wieder groß geschrieben und bei der Berechnung des Volumens für die Kammern und die Positionierung hatten wir dankenswerter Weise fachmännische Hilfe.  Die hinter dem Lüfter liegende „Bienenwabe“ wurde uns übrigens von Black Noise und unserem Industrie-Partner empfohlen und versieht ihren Dienst perfekt. Auch hier wurden Form, Waben-Durchmesser und -Tiefe vorab in einer Simulation optimiert und das Ganze dann im 3D-Drucker ausgedruckt.

 Dadurch sind alle Kühler gleich gut eingebunden, da jeder über einen anderen Austrittswinkel verfügt und genau dieses Problem hiermit kompensiert werden kann. Durch die Bienenwabe verringert man die Probleme mit den Abrisskanten und der Luftstrom ist direkt zum Auslass gerichtet. Man misst also wirklich das, was auch durch den Lüfter an Luft befördert wird.

Volumenstrom

Den Volumenstrom messen wir am Ausgang der zweiten Kammer, wo die Luft ausgeblasen wird. Dieser Bereich ist durch Vergleichsmessung im Messaufbau des Kühlgerätepartners relativ genau abgedeckt, so dass unser Messgerät durchaus verlässliche Resultate an die elektronische Messdatenerfassung liefert, die sich mit den Referenzdaten der professionellen Messung recht gut decken. Wichtig ist hier nicht der Preis des Equipments, sondern es sind die zweckmäßige Positionierung und die genaue Kalibrierung mit unzähligen Reihen an Vergleichsmessungen.

Die Steuerung erfolgt über eine durch uns gekaufte Aquaero von Aqua Computer, so dass wir die Lüfter sowohl per Spannung (DC) oder auch per PWM regeln und testen können. Gebraucht wird beides, denn viele Lüfter, das wissen Einige nicht, lassen sich bei reiner Spannungsreglung gar nicht an die Unter- und Obergrenzen des Drehzahlbandes bringen und zeigen auch sonst noch Anomalien, über die wir an passender Stelle in den Einzeltest auch schreiben werden.

Statischer Druck

Die Messung des statischen Drucks erfolgt wie üblich als Differenzdruckmessung. Dazu wird der spezielle „Napf“ so aufgeklemmt, dass er luftdicht abschließt. Auch hier wurde natürlich mit geliehenem, professionellem Equipment nachgemessen und zeitaufwändig kalibriert. Für diese Messung nutzen wir ebenfalls ein selbst erworbenes Gerät und sammeln die Daten zudem drahtlos ein. Da viele mittlerweile versuchen zu kopieren, sind die Winkel geheim, denn ohne Kenntnis der genauen Maße des Trichters ist ein Nachbau geradezu sinnlos und es funktioniert auch nur in einem recht kleinen Toleranzbereich wirklich ganz genau. Auch dafür haben wir noch einmal vergleichende Messreihen gemacht. In der Praxis sieht das Ganze dann so aus wie auf dem Bild.

Der Einbau ist problemlos und die selbst gedruckten Druckaufnahme-Behälter (siehe Bild oben) schließen jetzt auch Dank einer speziellen ultra-soften Dichtung perfekt ab. Der Rest ist lediglich eine Frage der Kalibrierung, die wir ebenfalls vornehmen mussten. Viel genauer wird man es mit solchen semi-professionellen Methoden wohl kaum hinbekommen. Doch gerade beim Messen des Drucks sind schnell Fehler möglich, die man vor allem nicht sofort erkennt. Auch wenn die Abweichungen klein sind, mussten wir anfangs alles noch einmal messen.

Geräuschemission („Lautstärke“)

Die Messung des Geräuschpegels ist etwas tricky, funktioniert aber in den Abendstunden am Messort in der isolierten und temperierten Kammer ganz gut. Wir haben uns bewusst für dBA entschieden, weil Werte unterhalb von einem Sone mit noch bezahlbaren und kalibrierten Equipment kaum verlässlich erfasst werden können und die Software-Umrechnung diverser Softwareprogramme in diesem niedrigen Bereich eher verwirren und ungenau werden. Dann doch lieber dBA, zumal die meisten etwas damit anfangen können. Der Messabstand beträgt 50 cm zur Mittelachse des Lüftereingangs.

Zu unseren eigenen Anschaffungen gehört auch ein kalibriertes Messmikrofon mit XLR-Anschluss und rauscharmen USB-Interface. Auch hier mussten mehrere Exemplare gegeneinander getestet werden, um das Mikrofon mit dem besten Rauschabstand zu finden. Die Messungen erfolgen in den Abend- und Nachtstunden im ländlichen Raum mit einem harten Low-Cut bei 50 Hz, so dass man mit einem Grundpegel von unter 25 dB(A) bereits recht zufrieden sein kann. Da alles beim Messaufbau mit 50 cm Abstand sowieso darüber liegen wird, sollte das also kein Problem sein. Das Rauschen, das in den normalisierten Audioaufnahmen zu hören sein kann, ist gering genug, um die Messungen nicht zu verfälschen.

Wir haben auch das Feedback der Community aufgenommen und für jede Messung das Frequenzband ausgewertet, so dass man nicht nur die SPL-Werte (Schalldruck) in dB(A) erhält, sondern auch noch eine schöne Frequenzanalyse, die den Klangcharakter perfekt zu beschreiben hilft. Lager- oder Motorgeräusche, Vibrationen oder die Abrissgeräusche am Rotor – alles wird damit gnadenlos sichtbar.

Auf bestimmte Details und Lösungsansätze werden wir an dieser Stelle allerdings nicht näher eingehen, denn es steckt durchaus auch noch etwas fremdes Knowhow in diesem Aufbau und so manches würde für den Normalverbraucher wohl auch zu weit führen. Wer sich dafür interessiert und so etwas nachbauen möchte, kann sich natürlich gern bei uns melden. Das gilt auch für alle, die noch Anregungen und Hinweise einbringen möchten, denn wir stehen noch ganz am Anfang und können auch noch korrigieren oder erweitern.