Für den Ausgleich von Installationsabweichungen, Vibrationen und thermische Ausdehnung Blind-Mate-Verbindungsmechanismus für flüssigkeitsgekühlte Rechenzentren

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Southco Manufacturing Ltd.

Rittal GmbH & Co. KG

Stäubli TEC-Systems GmbH Connectors

Schneider Electric GmbH

Die einst als Randtechnologie geltende Flüssigkeitskühlung, deren thermische Effizienz die der Luftkühlung deutlich übertrifft, wird zunehmend zu einem zentralen Bestandteil der Datacenter-Infrastruktur.Für den großflächigen Einsatz ist allerdings die Zuverlässigkeit der Verbindungsschnittstellen entscheidend. Southco entwickelt dafür hochtolerante Technik.

Weltweite Nachhaltigkeitsziele und der steigende Bedarf an leistungsfähigen, Energie-effizienten Infrastrukturen treiben den Wandel zur Kühlung mit Flüssigkeiten voran. So müssen neue und alte große Rechenzentren ihre Zielwerte für die Energie-Effizienz (PUE) erreichen was den Übergang Übergang der Branche zur Flüssigkühlung im großen Maßstab zudem beschleunigt.

Doch Probleme mit der Zuverlässigkeit, die auf unzureichende mechanische Toleranzen an den Verbindungspunkten von Flüssigkeitskühlsystemen zurückgehen, werden zunehmend zu einem kritischen Engpass für Effizienz und stabilen Betrieb. Das Unternehmen Southco hat die Tragweite dieser Herausforderung erkannt.

Kleine Abweichungen, hohe Kosten

Nach Angaben in den „Rack-Mounted Manifold Requirements and Verification Guidelines“ des Open Compute Project (OCP) kann bereits eine mechanische Abweichung von nur 1 Millimeter (MM) an den Schnittstellen der Flüssigkeitskühlung den Strömungswiderstand im System um 15 Prozent erhöhen und den Energieverbrauch der Pumpe um 7 Prozent steigern. Das ist keine geringe Menge: In einem HyperscaleRechenzentrum mit Tausenden Schnittstellen summiert sich dies jährlich auf Millionen Kilowattstunden zusätzlichen Energieverbrauch und erhebliche Betriebskosten.

Besonders problematisch ist, dass traditionelle, starre Verbindungslösungen meist nur ±0,5 mm statische Toleranz erlauben; in komplexen realen Umgebungen wie dieser ist das unzureichend. Kumulierung mehrdimensionaler Installationsabweichungen: In gemischten Einsatzszenarien aus EIA-310-D-Standard-Racks und ORV3-Open-Architekturen können sich die Installationstoleranzen der Racks auf bis zu ±3,2 mm summieren und damit die Grenzen herkömmlicher Lösungen deutlich überschreiten.

• Auswirkungen dynamischer Vibrationen: Bei ISTA 3‑E‑Vibrationstests, die reale Transport- und Betriebsbedingungen simulieren, überschreiten die Schnittstellenverschiebungen häufig 2,8 mm, wodurch das Risiko für Leckagen und Verbindungsfehler steigt.

• Thermische Materialausdehnung: Bei einer typischen Temperaturänderung von 55 Grad dehnen sich Kupferlegierungs-Sammler um etwa 1,2 mm pro Meter aus, wodurch die festen Schnittstellen kontinuierlich belastet werden.

Diese dynamischen, multidimensionalen Abweichungen zeigen deutlich, wie dringend eine intelligente und zuverlässige Lösung für Dichtungsverbindungen benötigt wird, um den langfristigen, effizienten und sicheren Betrieb von Flüssigkeitskühlsystemen zu gewährleisten.

Blindsteckverbindung mit Schnelltrennfunktion

Mit über hundert Jahren Erfahrung in der Präzisionstechnik geht Southco diese Herausforderung an und präsentiert eine neue Blindsteckverbindung mit Floating-Mechanismus für die Flüssigkeitskühlung. Nach Angaben des Herstellers handelt es sich dabei um mehr als nur ein neues Produkt. Es sein eine Innovation.

Die Blindsteckverbindung mit Floating-Mechanismus verbindet Geräte, ohne dass eine präzise visuelle Positionierung erforderlich ist. Sie stellt eine zentrale Schnittstellenlösung für die schnelle Installation und effiziente Wartung von Flüssigkeitskühlsystemen dar, insbesondere bei Kaltplatten-Systemen. Für den Hersteller ist klar, wohin die Reise gehen muss:

• Höhere Toleranzkapazität: Die Fähigkeit, sich an komplexere Rack-Umgebungen und dynamische Veränderungen anzupassen, ist entscheidend.

• Höhere Zuverlässigkeit: Keine Leckagen, lange Lebensdauer und stabile Leistung auch unter extremen Bedingungen.

• Intelligente Integration: Sensoren für Durchfluss, Temperatur, Druck und mehr ermöglichen die Echtzeitüberwachung und vorausschauende Wartung.

• Standardisierung und Kompatibilität: Dank Unterstützung von OCP ORV3 und weiteren offenen Standards wird die reibungslose Integration unterschiedlicher Plattformen und Hersteller gewährleistet.

• Leichtes und kompaktes Design - für hochdichte Installationen optimiert.

Daraus ergeben sich Vorteile der Blindsteckverbindung mit Floating-Mechanismus von Southco gegenüber herkömmlichen Lösungen. Im Vergleich zu traditionellen festen oder einfachen gleitenden Wärmeübertragungsverbindungen bietet sie einen deutlichen Qualitätssprung.

• 1. Dreidimensionale dynamische Toleranzkontrolle: Das Southco-Design nutzt einen dreidimensionalen dynamischen Kompensationsmechanismus: ±4 mm Toleranz in X-/Y-Richtung (2 Grad Neigungskompensation) sowie eine Verlagerungsaufnahme von 6 mm in Z-Richtung. Dies übertrifft die in der Branche üblichen statischen Toleranzen bei Weitem und gleicht effektiv alle zuvor genannten Montage-Abweichungen, Vibrationsverschiebungen und thermischen Ausdehnungen aus.

• 2. Selbstzentrierender Mechanismus: Eine integrierte selbstzentrierende Struktur korrigiert automatisch kleine Ausrichtungsfehler beim Einsetzen und sorgt stets für eine präzise und zuverlässige Abdichtung. Damit werden die hohen Toleranzanforderungen des OCP ORV3-Standards optimal erfüllt.

• 3. Dichtungsleistung für den Langzeitbetrieb: Alle Southco-Produkte durchlaufen ASME B31.3-Prüfungen mit 300 psig Berstdruck (psig = Pound-force per square inch gauge).So kann das Unternehmen eine Lebensdauer von über zehn Jahren garantieren und zu einer langfristigen Stabilität von Rechenzentren beitragen.

• 4. Wartung und Kostenersparnis: Die „Universal Quick Disconnect Blind“-Schnittstelle (UQDB) ermöglicht echte Blindarbeiten, so dass Serverwartungen ohne präzises Ausrichten oder spezielle Werkzeuge ausgeführt werden können. Die Schnelltrennfunktion macht Serverwechsel und Upgrades so komfortabel wie „Hot-Plugging“ und reduziert Ausfallzeiten sowie damit verbundene Verluste lut Southco um über 90 Prozent.

Kontinuierliche Weiterentwicklung

Das OCP-Whitepaper „Open Rack V3“ wird der Anteil der Flüssigkeitskühlung in Hyperscale-Rechenzentren bis 2025 voraussichtlich über 40 Prozent liegen. Southco investiert nach eigenen Angaben weiterhin in Forschung und Entwicklung, um die Floating-Mechanismus-Technik kontinuierlich zu verbessern. Dazu gehören:

• die Erforschung leichter Hochleistungsmaterialien wie PPSU-Thermoplast, um das Gewicht zu reduzieren, ohne Festigkeit zu verlieren

• die Förderung der intelligenten Sensorintegration zur Echtzeitüberwachung wichtiger Parameter wie Durchfluss und Temperatur, um Daten für vorausschauende Wartung und die Optimierung der Energie-Effizienz bereitzustellen

• die Intensivierung der Zusammenarbeit und Standardisierung im Ökosystem, um Schnittstellen für Flüssigkeitskühlung bei höherer Dichte, niedrigeren Gesamtbetriebskosten und breiteren Anwendungsmöglichkeiten zu fördern.

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