Vom 18.-20.Juni 2024 ist das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) in Berlin erneut Gastgeber der internationalen Konferenz ‚Electronics Goes Green'. Dies nimmt der Autor zum Anlass, einen kleinen Blick darauf zu werfen, welch unterschiedliche Rolle Umweltaspekte bzw. Green Design in der Öffentlichkeitsarbeit von Elektronikherstellern spielen.
Die Fortschritte in der Halbleitertechnik, speziell bei Prozessoren, haben zu einer rasanten Vorwärtsentwicklung der Arbeitsgeschwindigkeit von PCs geführt – und diese wächst weiter. Das brachte enorm wachsende Möglichkeiten beispielsweise des Gaming und des computergestützten Designs (CAD) durch immer leistungsfähigere GPUs (Graphic Processor Unit) mit sich. Eine wichtige Voraussetzung dafür war, dass die elektrische und konstruktive Gestaltung der Stromversorgung dieser Geräte mit dem Entwicklungstempo der PC-Technik Schritt hielt. Weil GPUs auch eine zentrale Rolle im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI) und des Deep Learning spielen, führt die Einführung letzterer zu noch höheren Anforderungen an die Stabilität und Leistungsfähigkeit der Stromversorgung. Das ist die eine Seite der Medaille. Die andere ist, dass es immer wichtiger wird, Umweltaspekten Vorrang einzuräumen und umweltfreundliche Prozesse und Produkte in der gesamten Wertschöpfungskette der Branche zu fördern.
Grundanmerkungen
Bei Computern wird die Stromversorgung im Wesentlichen durch autonome Netzteilmodule gesichert, die von OEM als Massenware produziert und als mehr oder weniger standardisierte Handelsware im Angebot sind. Beim PC sind sie im Gehäuse des Computers eingebaut, Laptops und einige Miniatur-PCs haben externe Netzteile mit ähnlichen Eigenschaften. Der Netz-Wechselstrom wird darin in die im Computer benötigten niedrigeren Gleichspannungen transformiert, gleichgerichtet, gesiebt und geregelt. Es ist als Schaltnetzteil ausgeführt.
PC-Netzteile sind versiegelt. Sie unterliegen verschiedenen Normen, wie dem CE-Zeichen und der damit verbundenen DIN EN 60950-1 (VDE 0805-1):2014-08 bzw. der in ihr enthaltenen EN 60950, der europäischen Version der IEC 950, und der EN 55022.
DieEinbaunetzteile enthalten meist auchLüfter, die neben der Eigenkühlung ganz oder teilweise der Kühlung der imPC-Gehäuseeingebauten Komponenten dienen. Daneben gibt es Netzteile mit ‚passiver Kühlung' (ohne Lüfter) bzw. als Abwandlung semi-passive Netzteile, die über einen Lüfter verfügen, der nur bei Bedarf eingeschaltet wird. Die Hersteller der Stromversorgungen reagieren auf die schärfer werdenden Anforderungen an die Netzteilmodule, indem sie diese ständig entsprechend den wachsenden elektrischen als auch konstruktiven Forderungen der PC-Produzenten, aber ebenfalls unter Beachtung der zunehmenden Umweltgesetzgebung (Green Electronics) weiterentwickeln. Beispiele dafür werden in diesem Beitrag nachfolgend gegeben. Zu den grundlegenden Kenngrößen eines PC-Netzteils gehören die Nennleistung und die maximale Belastbarkeit der zu den einzelnen Verbrauchern im Computer führenden Spannungsschienen mit unterschiedlichen Gleichspannungen. Als generelle Qualitätsmerkmale gelten ein niedriger Geräuschpegel des Lüfters und hoher Wirkungsgrad, sowie eine ausfall- und schwankungsfreie Stromversorgung auch bei asymmetrischen Lasten auf den verschiedenen Spannungsausgängen. Zusatzausstattungen sind etwa das Nachlaufen des Lüfters nach Abschaltung zur Abführung der Restwärme, abnehmbare Kabel, temperaturgeregelte Lüfter oder ein bestimmtes Design. Die Spannungsstabilität ist von den Bauteilqualitäten abhängig und lässt sich nur über aufwendige Labortests ermitteln. Die 80PLUS-Zertifizierung bezeichnet die Energieeffizienz eines Netzteils, wobei die Stufen von Standard bis Titan die Wirkungsgrade angeben. Für die Funktionssicherheit werden Garantiezeiträumen von bis zu zehn Jahren gegeben. Manche Hersteller von Netzteilmodulen weisen in der Beschreibung ihrer Produkte darauf hin, dass die hohe elektrische Qualität ihrer Module durch besondere konstruktive Maßnahmen, zum Beispiel durch die Auswahl höherwertiger Komponenten wie Elektrolytkondensatoren bzw. Halbleiter oder besondere Lüfterqualitäten und -anordnungen erreicht wurde. Abbildung 2 zeigt das elektrische Schema eines typischen Netzteils. Man kann aus ihm ersehen, dass Netzteilproduzenten über die Schaltungsgestaltung und Komponentenauswahl zahlreiche Möglichkeiten haben, auf die Qualität ihrer Produkte Einfluss zu nehmen, dieses auch aus Sicht des Green Design.
Abb. 2: Elektrisches Schema eines typischen Netzteils
Hoher Standardisierungsgrad mit Freiheiten
Um das jeweilige Netzteil für möglichst viele entsprechende Computer passend zu machen, wurde in den 1980er Jahren begonnen, Grundanforderungen an die Netzteilmodule in sogenannten ‚Formaten' festzulegen, von denen es inzwischen ja, nach den unterschiedlichen Anforderungen an die Stromversorgungsmodule, eine ganze Reihe gibt. Diese wurden durch unterschiedliche Buchstabenfolgen gekennzeichnet (AT, ATX, BTX usw.). Die Formate beschreiben die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der verschiedenartigen Modultypen, die eingehalten werden müssen, damit die ‚Blackbox' Netzteil ohne Probleme in den PC montiert und mit der elektrischen Schaltung des PC harmonieren kann. Weitere Informationen zum Beispiel zur Belegung der Anschlusskontakte der Module sind in [2] zu finden.
Die Spezifikationen der Formate umfassen grundlegende Einsatzparameter der Module:
- Außenabmessungen
- Befestigungsmöglichkeiten wie Positionen der Schrauben
- Luftstrom zur Kühlung des gesamten Computers
- Steckerabmessungen
- Steckerbelegungen
- Mindestanzahl von Steckern
- Kabellängen
- Ausgangsspannungen
- Strom je Ausgangsspannung
- Wirkungsgrade
Zwar sind die Maße und Befestigungsmöglichkeiten in den Gehäusenormen festgelegt, doch definieren sie vor allem zwingend nur die Breite und Höhe des Moduls, nicht unbedingt jedoch seine Tiefe, auch nicht das Gehäusematerial. Daraus ergeben sich konstruktive Variationsmöglichkeiten durch die Netzteilhersteller, z. B. um Volumen- sowie Gewichtsreduzierung sowohl des Netzteils als auch des PCs zu ermöglichen, verbunden mit Kostensenkung durch Materialökonomie. Die mit Abstand größte Gestaltungsfreiheit von Netzteilmodulen ergibt sich gemäß Abbildung 2 für die Hersteller aber im ‚elektrischen Innenleben' der Blackbox.
Beginnend mit den AT-Netzteilen (Advanced Technology), deren Spezifikation IBM im Jahr 1984 eingeführt hat, kamen in den Folgejahren weitere Spezifikationen hinzu wie ATX, BTX, SFX:
- ATX steht für Advanced Technology Extended und existiert seit 1995. Es ist eine Normung für Gehäuse, Netzteile, Hauptplatinen und Steckkarten von Computern. Das ATX-Format ist trotz Versuchen, das BTX-Format als Standard zu etablieren, immer noch das dominierende Format bei PCs und Desk-Top-Computern. Es hat die Grundmaße (B x H) 305 × 244 mm
- BTX steht für Balanced Technology Extended, ein aufwendiges Format, welches der thermisch sehr anspruchsvolleProzessor Pentium wegen seines besonderen Luftströmungsregimes im Gehäuseinneren erforderte, um ausreichend gekühlt zu werden
- SFX wurde 1997 von Intel eingeführt, um noch kleinere Computer bauen zu können. Die Abmessungen sind (B × H × T) 125× 63,5 × 100mm.
Für flache Gehäuse (SFF = Small Form Factor) – überwiegend bei Desktops zu finden – wurde beispielsweise noch der TFX-Standard (Thin Format Factor) im Jahre 2002 von Intel entwickelt. Die Abmessungen sind (B × H × T) 85× 65 × 175mm. Bei der Beschreibung ihrer Produkte nehmen die Netzteilhersteller immer darauf Bezug, welches dieser genannten Formate (oder Abwandlungen von ihnen, sogenannte ‚Unterformate') der Entwicklung des Moduls zugrunde liegen. Für das ATX-Format sind es zum Beispiel folgende Unterformate:
- Micro-ATX (µATX, mATX, M-ATX): 244 × 244 mm
- Mini-ATX: 284 × 208 mm
- E-ATX (Extended ATX): 305 × 330 mm
- XL-ATX: 345 × 262 mm.
Kleiner, leiser, leistungsfähiger, noch zuverlässiger
Mit diesen vier Begriffen lässt sich der Trend beschreiben, der, wie oft in der Elektronikindustrie, auch mehr oder weniger bei vielen Herstellern von Stromversorgungsmodulen für die Computer- und Gaming-Industrie Einzug hält. Es geht um die stetige Verbesserung der Produkte aus konstruktiver, elektrischer als auch Nutzungssicht. Man kann diesen Prozess auch als Teil der Bewegung ‚Electronics Goes Green' einordnen, obwohl letzterer umfassender verstanden wird, gekennzeichnet durch die 4R: Reduce, Reuse, Recycle, Repair. Die nachfolgenden Beispiele lassen erkennen, dass viele Hersteller zwar stetig an der Verbesserung ihrer Produkte arbeiten, dieses sich aber vor allem auf die Verbesserung der elektrischen Parameter der Stromversorgungsmodule sowie der Lärmreduzierung (Lüftergeräusch) bezieht und nur in kleinerem Maße auf die Optimierung der konstruktiven Parameter, etwa in Richtung Materialeinsparung.
Die nachfolgend behandelten Beispiele belegen auch die unterschiedliche Herangehensweise der Modulproduzenten in der Unternehmenskommunikation und der Öffentlichkeitsarbeit bezüglich ihrer Umweltpolitik: Die einen legen ihre Bestrebungen, umweltgerechtere Produkte auf den Markt zu bringen, in den Pressemitteilungen und auf ihren Internetseiten offen, die anderen tun es nur teilweise oder gar nicht – obwohl aus den Fortschritten bei der Entwicklung ihrer neuen Produkte erkennbar ist, dass sie beispielsweise nach höherer elektrischer Effizienz oder Zuverlässigkeit streben.
Revolution D.F. 12, das kleinste ATX-3.1-Netzteil der Welt von Enermax
Abb. 3a: Basisangaben zu Revolution D.F. 12 von EnermaxDie Enermax Technology Corporation, ein 1990 in Taiwan gegründeter Hersteller von PC-Netzteilen, Gehäusen, Lüftern, Tastaturen und anderen Peripheriegeräten, informierte im März 2024 mit diesem Titel über sein neues Produkt (Abb. 3b). Die Art der Formulierung lässt schon erkennen, dass es im Netzteilmarkt ein hartes Ringen um Führungspositionen gibt. Enermax sieht sich als weltweiten Branchenführer. Die Firma produziert aber auch Hochleistungs-Computerhardware und komplexe Kühllösungen. Ihre neueste Netzteilserie auf dem Markt, die Revolution D.F. 12, wird als das weltweit kleinste ATX 3.1-Netzteil mit nur 122 mm Tiefe proklamiert. Das Design maximiert den Platz für den Luftstrom in PC-Gehäusen und liefert gleichzeitig eine robuste Leistung gemäß den ATX 3.1-Spezifikationen, einschließlich einer Leistungsauslenkung von bis zu 235 %. Ausgestattet mit einem 600 W 12V-2x6 Kabel sorgt das Revolution D.F. 12 für hohe Leistung für High-End-Grafikkarten und hochmodernes KI-Computing. Das 850W-Netzteil fügt sich auch nahtlos in Micro-ATX-Gehäuse ein und bietet so ausreichend Platz für ein effizientes Kabelmanagement [2].
Abb. 3b: Symbolisierung der Volumenverringerung von Revolution D.F. 12 , dem angeblich kleinsten ATX-3.1-Netzteil der Welt von EnermaxEnermax hat sich nach eigenen Angaben dem nachhaltigen Computing verschrieben und bietet eine hochtechnische Stromversorgungslösung, die darauf abzielt, die Effizienz der Energieumwandlung zu verbessern und damit die Kohlenstoffemissionen indirekt zu verringern. Das Netzteil reduziert die Kohlenstoffemissionen nicht nur durch die hohe Effizienz in der Stromumwandlung, sondern auch durch den kleineren Materialeinsatz (Volumenreduzierung des Gehäuses auf 150 x 122 x 86 mm) und beim Verpackungsmaterial um bis zu 28,7 % gegenüber herkömmlichen ATX Goldnetzteilen mit 150 x 140 x 80 mm [3]. D.F. 12 eignet sich sehr gut sowohl für Next-Gen-AI-PCs als auch für kompakte Micro-ATX -und Cube-Builds. Besonders wird auf den Einsatz japanischer Kondensatoren im Netzteil verwiesen (Abb. 3a, 3b). Dieses Engagement für Nachhaltigkeit zeigt sich auch in den Versand- und Verpackungsinnovationen des Produktes. Das Netzteil verfügt über einen innovativen 115-mm-Lüfter mit zwei Kugellagern und der patentierten Dust-free Rotation (D.F.R.) Technologie von Enermax, der eine Selbstreinigungsfunktion und einen aktivierten Schaltknopf bietet, um die Langlebigkeit des Systems zu erhöhen, indem die Staubansammlung im Netzteil minimiert wird. Das Netzteil arbeitet unter 50 % Last im lüfterlosen Modus und sorgt so für völlige Geräuschlosigkeit bei geringer und mittlerer Auslastung. Darüber hinaus können Benutzer die D.F.R.-Funktion manuell über die D.F.R.-Schaltertaste aktivieren, die auch als Einschaltanzeige dienen kann. Die Revolution D.F. 12-Serie ist sowohl in Schwarz- als auch in Weißversion erhältlich und bietet PC-Enthusiasten verschiedene Auswahlmöglichkeiten, die zu ihrer Systemästhetik passen. Sie enthält hochwertige Mesh-Sleeved-Kabel, die für eine mühelose Verlegung flexibel sind, und wird mit einem Kabelkamm-Kit geliefert, um einen aufgeräumten Aufbau zu gewährleisten. Die weiße Version zeichnet sich durch ihr schlankes, komplett weißes Design aus, vom Gehäuse über den Lüfter bis hin zu den Kabelanschlüssen und Kabelkämmen. Von Fachleuten ist dieser Übergang auf beispielsweise weiße Kabel in Blogs sehr gelobt worden, jedoch wird die Aussage „kleinstes ATX-3.1-Netzteil der Welt“ angezweifelt. Auf seinen eigenen Internetseiten relativiert Enermax diese Aussage in „eines der kleinsten auf dem Markt erhältlichen Netzteile“ [3]. Interessenten finden unter [4] eine sehr ausführliche Review des Netzteils mit zahlreichen Bildern und Tabellen samt einer Einschätzung der konstruktiven Designlösungen des Innenlebens des Moduls (Abb. 1 zu Beginn des Artikels). Ebendort wird D.F. 12 mit den Produkten von 15 anderen Anbietern verglichen und landet dabei in der Gesamteinschätzung aber nur auf Platz 10 in der Variante AC 115V Input und auf Platz 11 in der Variante AC 230V Input, noch nach Be Quiet Pure Power 12 M 850W (Platz 8, AC Input 115 bzw. 230V). Weiter hinten wird in diesem Beitrag auch kurz auf diese Firma eingegangen. Obwohl die Unterschiede der 16 untersuchten Netzmodule nicht sehr gravierend sind in der Gesamtbewertung, liegt folgendes Produkt an der Spitze: Leadex VII XG 850W ATX 3.0 von der taiwanesischen Firma Super Flower, herausgebracht im Dezember 2023. Allerdings gehört dieses Netzteil mit Abmessungen von 150 x 150 x 86 mm nicht zu den Miniaturisierungs-Spitzenreitern, jedoch wird mehrfach auf das Eco-Design des Produktes hingewiesen, z. B. Pb-frei nach RoHS, intelligentes Auto- und Eco-Lüftermanagementsystem, hochzuverlässige japa-nische Kondensatoren bis 105 °C u. a. [5].
Neues SFX-Netzteil von CE-Link, das alles verändert: Kleine Größe, große Leistung
Abb. 4: SFX-1000W-Netzteil von CE-LinkDas in Dongguan ansässige, 2004 gegründete chinesische Unternehmen CE-Link hat Anfang April 2024 unter dieser Überschrift innerhalb der ToughPower Series ebenfalls ein neues SFX-Netzteil mit einer maximalen Leistung von 1000W vorgestellt, welches laut Presseinformation so wie auch das Modul von Enermax neue Maßstäbe in Bezug auf Leistung und Kompaktheit setzt [6].Es wird sogar von neuen revolutionären Maßstäben gesprochen und als das kompakteste SFX-Netzteil seiner Kategorie angesehen. Außerdem ist es auch ATX 3.1-kompatibel. Tatsächlich betragen seine Abmessungen nur 125 x 100 x 63,5 mm, was bei maximal 1000W noch deutlich weniger ist als bei Revolution D.F. 12 von Enermax. Abbildung 4 zeigt das neue SFX-Netzteil. Das Netzteil ist so konzipiert, dass es sich nahtlos in jedes Setup einfügt, egal ob es sich um ein ATX- oder ITX-Gaming-Gehäuse handelt. Zusätzlich sind Versionen mit 850W und 750W Leistung erhältlich für unterschiedliche Leistungsanforderungen. Das Produkt trägt ein 80 PLUS Platinum-Zertifikat und hat einen Wirkungsgrad von bis zu 92 % bei typischer Belastung. Darüber hinaus sind die Spannungsschwankungen mit weniger als ±2 % außergewöhnlich gering, was den von Intel festgelegten Industriestandard von weniger als ±5 % übertrifft. Dies gewährleistet, dass sich die Nutzer auf eine gleichbleibende und zuverlässige Leistungsabgabe verlassen können. Außerdem erfüllt das Netzteil die neuesten Intel ATX 3.0- und PCI-e Gen 5.0-Standards und bietet dreifache GPU- und doppelte Gesamtleistung für Gamer und professionelle Nutzer gleichermaßen. Es verfügt über ein fortschrittliches Schaltungsdesign, das Halbbrücken-LLC, synchrone Gleichrichtung (SR) und DC/DC-Wandlungstechniken umfasst. Dieser ausgeklügelte Ansatz verbessert sowohl die Effizienz als auch die Stabilität der Stromversorgung. Gleichzeitig sorgen die intelligente Temperaturregelung und
die geräuscharme Kühlung für einen leisen Betrieb. Der geniale temperaturgesteuerte Start-Stopp-Mechanismus des Lüfters in Verbindung mit einem 92-mm-FDB-Lüfter (Fluid Dynamic Bearing) verbessert die Wärmeleistung erheblich. Er stellt sicher, dass die Hauptausgänge (+12 V, +5V, +3,3V) unter allen Bedingungen einen Ripple-Noise-Pegel von unter 30mV aufweisen und damit die Intel-Standards für Stromversorgungsrauschen übertreffen. Dank des vollständig modularen, flachen Kabeldesigns ist die Installation einfach und fördert ein sauberes und effizientes Kabelmanagement im Gaming-Host. Sowohl der Pressemitteilung als auch den Internetseiten der Firma selbst sind keine weiteren Informationen, weder zu ihrer Umweltpolitik noch zum ‚Green Design', entnehmbar. Unter [7] ist in Youtube ein längeres Werbevideo aufrufbar, welches einen eindrucksvollen Überblick über die 7000-Mitarbeiter-Firma mit ihren modernen riesigen Entwicklungs- und Produktionsstätten gibt, aber Begriffe wie Umweltpolitik und Green Electronics kommen dort nicht vor – abgesehen vom Hinweis auf ISO 14001. Die taiwanesische Firma Enermax verhält sich da deutlich anders, indem sie ihre Produktparameter öffentlichkeitswirksam mit ihrer Umweltpolitik verknüpft.
Be Quiet – wo ist der deutliche Hinweis auf ‚Green Design'?
Aus Platzgründen soll zu dieser Firma nur kurz etwas gesagt werden. In Glinde ansässig, im Jahr 2001 gegründet, bezeichnet sich das deutsche Unternehmen Listan GmbH, welches sich hinter der Marke Be Quiet verbirgt, als Premium-Markenhersteller für Hardware-Komponenten für Gaming, Workstations und Desktop-PCs, darunter Netzteile und Gehäuse. Entwickelt wird in Deutschland, produziert in Asien. Ziel sind Produkte höchster Qualität, die nicht nur leise, sondern auch extrem leistungsfähig sind. Ebenso wie Enermax verkauft man die Komponenten auch in Weiß [8]. Auf den sehr gut gestalteten Internetseiten von Be Quiet werden die Produkte den Kunden, darunter insbesondere den Gamern, sehr gut erläutert und es ist von zahlreichen Auszeichnungen durch renommierte Fachmagazine und Onlineportale die Rede. Es wird geschrieben: „Wir arbeiten kontinuierlich daran, innovative Lösungen zu entwickeln, die eine perfekte Balance aus Leistung und Stille bieten. Unsere Gaming-Produkte erfüllen die Ansprüche der Spieler von heute und morgen und ermöglichen ihnen ein unvergleichliches Spielerlebnis und maximale Performance.“
Dass die Firma einen achtungsvollen Platz unter den weltweiten Herstellern von PC/Gaming-Netzteilen einnimmt, ist in [4] belegt. Obwohl die Umweltproblematik in Zukunft noch deutlich zunehmen und folglich umweltgerechtes Design ein immer wichtiger werdender, entscheidender Faktor für den Marktauftritt sein wird, ist auf den Internetseiten oder in den Produktmitteilungen der Listan GmbH zum Ecodesign bzw. zu Green Electronics nichts Explizites zu finden. Sollte das Unternehmen seine Kunden, darunter die Gamer, nicht auch durch eine klar dargestellte Umweltpolitik für sich einnehmen?
Referenzen
[1] https://de.wikipedia.org/wiki/PC-Netzteil#Eigenschaften (Abruf: 21.5.2024).
[2] www.techpowerup.com/320367/enermax-launches-revolution-d-f-12-the-worlds-smallest-atx-3-1-power-supply#comments (Abruf: 21.5.2024).
[3] www.enermax.com/de/products/revolution-d.f.-12-850w (Abruf: 21.5.2024).
[4] https://hwbusters.com/psus/enermax-revolution-d-f-12-850w-psu-review/3/ (Abruf: 21.5.2024).
[5] www.super-flower.com.tw/ (Abruf: 21.5.2024).
[6] www.prnewswire.com/news-releases/ce-link-stellt-das-sfx-netzteil-vor-das-alles-verandert-kleine-groWe-groWe-leistung-302106180.html (Abruf: 21.5.2024).
[7] www.youtube.com/channel/UCxWtSdy0GfAPMvseihIZE7Q (Abruf: 21.5.2024).
[8] www.listan.com bzw. www.bequiet.com (Abruf: 21.5.2024).
