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Steigende Anforderungen an Hochleistungs-USV-Systeme

Die Nachfrage nach leistungsstarken USV-Systemen wächst kontinuierlich. Treiber sind rechenintensive Anwendungen sowie der anhaltende Bedarf an hochverfügbaren Stromversorgungslösungen – insbesondere im Zuge des KI-Wachstums und der zunehmenden Edge-Computing-Implementierungen. Mit der Expansion von Märkten und Infrastrukturen rückt die Resilienz von USV-Systemen immer stärker in den Fokus als zentrales Element kritischer digitaler Infrastrukturen.

Da diese Infrastrukturen zunehmend integraler Bestandteil alltäglicher Abläufe sind, kann die Bedeutung zuverlässiger unterbrechungsfreier Stromversorgung nicht hoch genug eingeschätzt werden. „Design for Reliability“ (DFR) bildet hierbei einen entscheidenden Ansatz zur Sicherstellung maximaler Verfügbarkeit. Das Konzept verfolgt einen ganzheitlichen Entwicklungsansatz für resiliente und effiziente USV-Systeme – von der ersten Konzeption bis zum Lebenszyklusmanagement.

Design for Reliability (DFR) verstehen

DFR ist ein ingenieurtechnischer Ansatz, bei dem Zuverlässigkeit in jede Phase der Produktentwicklung integriert wird – von der Konzeptphase über Entwicklung und Fertigung bis hin zu Lifecycle-Management und Obsoleszenzplanung.

DFR umfasst strukturierte Verfahren und Prüfprozesse, die bereits in frühen Planungs- und Designphasen ansetzen. Ziel ist es, Leistungsfähigkeit und Funktionssicherheit eines Systems unter definierten sowie extremen Umgebungsbedingungen über den vorgesehenen Lebenszyklus hinweg zu bewerten und sicherzustellen. Dabei stehen insbesondere folgende Aspekte im Mittelpunkt:

• Systemkohärenz und Integrationsfähigkeit
• Zuverlässigkeit
• Optimierung im Sinne langfristiger Zukunftssicherheit

Aus betriebswirtschaftlicher Sicht ist es deutlich effizienter, Zuverlässigkeit von Beginn an in die Entwicklung zu integrieren, statt sie erst nach Implementierung zu testen. DFR basiert auf „Concurrent Engineering“: Interdisziplinäre Teams arbeiten frühzeitig zusammen, um potenzielle Schwachstellen aus unterschiedlichen Perspektiven zu identifizieren. Dazu zählen unter anderem:

• Leistungsanforderungen
• Montage- und Fertigungsrestriktionen
• Lieferkettenrisiken
• Umwelteinflüsse
• Lastprofile mit potenziell schädigender Wirkung
• Ursachen vorzeitiger Materialalterung

Durch Prototyping, Benchmark-Tests und strukturierte Validierung können Entwicklungs- und Implementierungszeiten reduziert sowie standardisierbare, skalierbare Systeme geschaffen werden.

DFR in USV-Systemen

Bei USV-Systemen bedeutet DFR eine konsequente Analyse, Prüfung und kontinuierliche Rückkopplung zur Minimierung von Ausfallrisiken. Ziel ist es, Geschäftsprozesse und Investitionen zu schützen und eine stabile Performance unter unterschiedlichsten Betriebsbedingungen sicherzustellen.

Indem Zuverlässigkeit von Anfang an priorisiert wird, können USV-Systeme sensible IT-Komponenten auch bei Netzstörungen oder Stromausfällen zuverlässig absichern und eine kontinuierliche Verfügbarkeit gewährleisten.

Produktzuverlässigkeit

Ein zentrales Element von DFR ist die „Design Failure Mode and Effects Analysis“ (DFMEA). Dabei handelt es sich um eine systematische Methode zur Identifikation potenzieller Fehlerquellen und deren Auswirkungen.

Zusätzlich sichern Verifikations- und Validierungstests die Einhaltung definierter Leistungsstandards. Dazu gehören unter anderem:

• Engineering Validation Tests (EVT)
• Design Validation Tests (DVT)
• Seismische Belastungstests
• Highly Accelerated Life Testing (HALT)

Diese Prüfverfahren simulieren reale Betriebsbedingungen und ermöglichen eine fundierte Bewertung von Robustheit und Lebensdauer.

Anwendungszuverlässigkeit

Mit dem Aufkommen KI-basierter Workloads verändern sich die Anforderungen an USV-Systeme deutlich. KI-Anwendungen erzeugen hochdynamische Lastprofile mit schnellen und intensiven Leistungsschwankungen.

USV-Systeme müssen in der Lage sein, diese variablen Lasten stabil zu bewältigen, ohne die Systemintegrität zu gefährden. Lösungen mit hoher Überlastfähigkeit und adaptiven Regelalgorithmen sind hier entscheidend.

Hinzu kommt, dass Rechenzentren weltweit in sehr unterschiedlichen klimatischen Bedingungen betrieben werden. Extreme Hitze, Kälte oder hohe Luftfeuchtigkeit können zusätzliche Belastungen darstellen. USV-Systeme müssen daher auch unter erschwerten Umgebungsbedingungen zuverlässig arbeiten. Hohe Betriebstemperaturtoleranzen und integrierte Feuchtigkeitsmanagementfunktionen tragen dazu bei, Ausfallrisiken zu minimieren.

Prozesszuverlässigkeit

Zuverlässigkeit endet nicht beim Produktdesign, sondern muss auch in der Fertigung konsequent umgesetzt werden. Eingebettete Qualitätsprozesse in allen Produktionsphasen sind essenziell.

Die Einhaltung internationaler Qualitätsmanagementstandards wie ISO 9001 stellt sicher, dass Produkte konsistent hohe Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllen.

Wichtige Kennzahlen wie:

• Field Failure Rate (FFR)
• First Pass Yield (FPY)

helfen, Qualitätsniveaus zu überwachen und kontinuierlich zu verbessern. Auch die Qualität der Lieferkette spielt eine entscheidende Rolle und wird durch regelmäßige Audits und Verbesserungsprogramme abgesichert.

Fazit

Design for Reliability ist weit mehr als ein theoretisches Konstrukt. Es handelt sich um einen strukturierten, praxisorientierten Rahmen zur Analyse, Steuerung und vorausschauenden Absicherung von Zuverlässigkeit über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg.

Angesichts steigender regulatorischer Anforderungen, wachsender Energiedichte und dynamischer technologischer Entwicklungen ist es für Betreiber entscheidend, auf langfristig tragfähige Lösungen zu setzen.

USV-Systeme, die konsequent nach DFR-Prinzipien entwickelt wurden, sind in der Lage, anspruchsvolle Lastprofile – etwa durch KI – ebenso zu bewältigen wie widrige Umgebungsbedingungen.

Damit wird DFR zu einem zentralen Baustein beim Schutz kritischer digitaler Infrastrukturen und bei der Sicherstellung unterbrechungsfreier Geschäftsprozesse.