Optimierungs-Special: Boliden fit gemacht für den Hochlast-Dauerbetrieb

09.03.2005 (khp)




Ausgangssituation

Großes Kino und Musik bei hohen Pegeln ohne Reue genießen, ist mit echten AV-Boliden eigentlich ein echtes Vergnügen. Allerdings können bei kinoähnlicher Lautstärke auch frustrierende Momenten auftreten, nämlich dann, wenn die Schutzschaltung den Verstärker ohne Vorwarnung abschaltet. Dabei verfügen die meisten Boliden prinzipiell über mehr als genügend Leistungsreserven  - wenn nur die übermäßig hohe Erwärmung, besonders in Verbindung mit niederohmigen (4 Ohm) Schallwandlern, nicht wäre. Will man beispielsweise den Herrn der Ringe – Die Rückkehr des Königs „erleben“, sind Pegel im Bereich –5dB oder höher nicht ungewöhnlich. Dabei erwärmt sich selbst der Gehäusedeckel vieler Geräte derart stark, dass man ihn tunlichst nicht mehr anfassen sollte. Im Inneren des Gerätes ist die Temperatur noch weitaus höher. Bei einer Dauerbelastung in akustischen Extremsituationen (Schlacht auf dem Pelenor) kann sich der Bolide so stark aufheizen, dass die Schutzschaltung ausgelöst wird.

Lösungsansatz: Zusätzliche externe Kühlung für Boliden am Beispiel Yamaha DSP-Z9

Abhilfe ist hier allerdings relativ einfach möglich. Es gilt lediglich, den problematischen Hitzestau im Gerät zu vermeiden. Da die integrierten Ventilatoren erst bei einer Innentemperatur von ca. 80°C aktiv werden, muss von außen für den kühlenden Luftstrom gesorgt werden.

Um den Unterschied zwischen Standardkühlung und zusätzlicher Belüftung besser zu verdeutlichen, haben wir Temperaturmessungen am Gehäusedeckel eines DSP-Z9 durchgeführt. Für die notwendige Auslastung der Endstufen sorgte das Kapitel 15 ‚Schlacht von Karthago’ aus dem Historiendrama Gladiator. Die Lautstärke wurde dabei auf -12dB eingestellt. Ein Hinweis zu den folgenden Abbildungen. Die auf dem Display angezeigte Spannung in mV entspricht der gemessenen Temperatur in °C.

Temperaturmessungen:




Ausgangstemperatur am Gehäuse des DSP-Z9 nach dem Einschalten

Temperatur mit externer Kühlung



Temperatur ohne zusätzliche Belüftung

Eine zusätzliche Belüftung kann auch für diejenigen interessant sein, die ihren DSP-Z9 nicht bis in den Auslösebereich der Schutzschaltung hinein belasten, denn eine gute Kühlung ist in jedem Fall einer längeren Lebensdauer des Gerätes zuträglich. Es wird der Alterung der Elektrolytkondensatoren durch Austrocknung, speziell in der Netzteilsektion, vorgebeugt. Außerdem werden durch eine gute Kühlung die Auswirkungen der Elektromigration (= Wanderung einiger Moleküle durch den Stromfluss in einem elektrischen Leiter, besonders bei den winzigen Strukturen der Leiterbahnen in Halbleiterchips) reduziert und so die Langzeitstabilität gesichert.

Die Materialzusammenstellung und Montage

Im folgenden Beispiel soll dem technisch versierten Homecineasten eine Bauanleitung für ein externes Kühlsystem an die Hand gegeben werden. 
Hauptbestandteil sind zwei (oder mehr) Lüfter aus dem Computer-Bereich. Es sollten möglichst große, dafür langsam drehende Lüfter verwendet werden, damit nicht ein Übel durch das andere – sprich unangenehme Geräuschentwicklung – abgelöst wird.

In unserem Beispiel verwenden wir zwei 12cm Lüfter mit einer maximalen Drehzahl von 1000rpm. Die Geräuschentwicklung sollte dabei laut Hersteller 21dB(A) nicht überschreiten. 

Hier die benötigten Bauteile im Überblick:

• 2 x Lüfter (120x120x25 mm)
• 1 x Kunststoffschiene abgewinkelt (Breite: mm, Höhe: mm Gesamtlänge ca. 800mm)
• 1 x Steckernetzteil umschaltbar zwischen 6V und 9V (alternativ auch mit feinerer Abstufung der Ausgangsspannung)
• 1 x Anschlussbuchse für die Spannungsversorgung
• 8 x Schrauben M4x35mm
• 8 x Mutter M4
• 8 x Federring 4,3mm
• 16 x Unterlegscheiben 4,3mm

Das erforderliche Material für den Aufbau einer passiven Kühlung

Der Schraubensatz im Detail


Bauanleitung:



1. Beginnen wir mit dem Zuschneiden der Halterungen. In unserem Beispiel haben wir eine Länge von 32cm gewählt. In Abhängigkeit der verwendeten Lüfter kann die Länge auch variieren. Bei den Kunststoffschienen handelt es sich um Winkelabschlussleisten. Diese sind in jedem gut sortierten Heimwerkermarkt erhältlich.



2. Als nächstes folgt der schwierigsten Teil, die Bohrungen für die Schrauben. Wichtig ist, dass die Abstände sehr sorgfältig gesetzt werden und nur wenige Zehntelmillimeter Toleranz aufweisen um die Montage der Lüfter nicht unnötig zu erschweren.


3. Da es sich um Lüfter aus dem PC-Bereich handelt, müssen die Stecker entfernt und durch eine geeignete Anschlussbuchse für die Standard Steckernetzteile ersetzt werden. In der Regel verfügen diese Netzteile über eine Klinkensteckerverbindung. Um Kurzschlüssen beim Herstellen bzw. Trennen der Stromversorgung zu vermeiden, empfehlen wir folgende Verbindungsvariante:


Beim Anlöten der neuen Stecker bitte UNBEDINGT die auf die Polarität achten. Normalerweise ist die rote Leitung am Lüfter der Pluspol und die schwarze die Masseleitung. Die dritte Anschlussleitung (Sensorleitung für die Drehzahlregelung) wird in unserem Beispiel nicht benötigt. Die Polung des Netzteils ist üblicherweise auf selbigen abgebildet:



4. Die so vorbereiteten Lüfter können nun auf den Halterungen moniert werden:

ACHTUNG! Die Kühlung funktioniert nur dann, wenn die erhitzte Luft nach oben aus dem Verstärker abgesaugt wird. Daher ist bei der Montage der Ventilatoren auf die Strömungsrichtung zu achten. Ein Pfeil auf dem Lüfter zeigt Strömungs- und Laufrichtung an (siehe Bild unten): Ist der Verstärker in einem HiFi-Rack aufgestellt, muss zudem für ausreichend Abstand, sowohl am Boden, zur Seite, nach hinten und an der Oberseite zur nächsten Bodenplatte des Racks gesorgt werden, damit genügend Frischluft in den Verstärker gelangen und die abgesaugte Luft ungehindert entweichen kann.


Abschließende Hinweise:

Die meisten Steckernetzteile besitzen keine aufwändige Spannungsstabilisierung. Daher liegt die Ausgangsspannung im unbelasteten Zustand meist über dem angegebenen Wert. Ein 12V Lüfter lässt sich normalerweise mit einer maximalen Versorgungsspannung von 9V problemlos betreiben.

Wer keine Kosten und Mühen scheut, kann die Lüfterphalanx auch um eine aktive Temperatursteuerung erweitern. Eine Auswahl passender Bausätze bzw. Fertiggeräte gibt es z.B. beim Elektronikspezialisten Conrad (www.conrad.de). Außerdem sind der Phantasie für eine „Veredelung“ der Lüfterhalterung (beispielsweise aus Aluminium) keine Grenzen gesetzt. 

Nun kann es losgehen - so gut von zirkulierender Luft umgeben, wird aus dem DSP-Z9 ein echter Pegelkönner

09. März 2005
Autor: Karl-Heinz Pöppl