DE102006055755B4

DE102006055755B4 - Gehäuse für ein elektrisches Gerät und elektrisches Gerät damit

Info

Publication number: DE102006055755B4
Application number: DE102006055755A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Fischer; Roland Pfeffer
Original assignee: Mpore GmbH; FPE Fischer GmbH; M Pore GmbH
Current assignee: Mpore GmbH; FPE Fischer GmbH; M Pore GmbH
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-11-25
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2026-11-26
Also published as: DE102006055755A1

Abstract

Gehäuse (1) für ein elektrisches Gerät, wobei das Gehäuse mindestens eine Lufteintrittsöffnung und mindestens eine Luftaustrittsöffnung, die jeweils von einem Element (2) aus offenporigem Metallschaum gebildet ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (2) aus offenporigem Metallschaum bezüglich seiner Porengröße graduiert ist, wobei sich die Porengröße von der zur Außenseite des Gehäuses gerichteten Oberfläche des Elements (2) zu der zur Innenseite des Gehäuses gerichteten Oberfläche des Elements (2) stetig verändert, und das Element (2), das die Luftaustrittsöffnung bildet, mit Nanopartikeln beschichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein elektrisches Gerät, insbesondere für einen Computer oder ein Elektronikgerät, mit dem das Eindringen von Staub in das Gerät nachhaltig verringert wird, sowie ein elektrisches Gerät mit dem Gehäuse. Elektronikgeräte mit derartigen Gehäusen sind so konzipiert, dass eine Staubablagerung auf Kühlrippen von Kühlkörpern sowie auf den Flügeln von Lüftern vermieden wird.
Computer und andere Elektronikgeräte dürfen aufgrund elektromagnetischer Emission nur relativ kleine Öffnungen bzw. Perforationen im Gehäuse haben. Da andererseits diese Geräte bekanntlich gekühlt werden müssen, muss die natürliche Wärmeabgabe durch auftretende Konvektion künstlich durch Lüfter unterstützt werden.
Die in ihren Querschnitten limitierten Lufteintritte erhöhen zwangsläufig, entsprechend der zur Wärmeabfuhr benötigten Luftmengen, die Luftgeschwindigkeit. Dies führt dazu, dass größere Mengen von staubangereicherter Luft angesaugt werden. Veränderungen der Querschnitte bei der Luftführung im Geräteinneren verwirbeln die Luft und erhöhen die Luftgeschwindigkeiten, was die Ablagerung des Staubes im Geräteinneren begünstigt. Der Austritt der mit Staub angereicherten erwärmten Luft an nicht mit Lüftern besetzten Fugen und Ritzen des Gehäuses wird aufgrund des entstehenden erhöhten Staudruckes erschwert. Neben der Ablagerung an funktionsunbedeutenden Stellen und Bauelementen lagert sich der Staub jedoch, durch statische Aufladung unterstützt, auf den Kühlrippen von Kühlkörpern sowie auf den Flügeln von Lüftern, die ummittelbar auf Kühlkörpern angebracht sind, ab.
Mit ansteigender Staubschicht reduziert sich die Kühlleistung bis hin zu temperaturbedingten Notabschaltungen von CPU's, GPU's. und anderen aktiven elektronischen Bauelementen, die damit zum Ausfall des Computers bzw. des Elektronikgerätes führen.
In DE 10 2005 032 607 A1 wird deshalb angeregt, in den vollflächigen Wänden von Gehäusen von Computern und Elektronikgeräten Segmente aus offenporigem Me tallschaum, bevorzugt aus Aluminium mit einer Porengröße von 30 ppi, einzubringen. Durch den Einsatz der Segmente aus offenporigem Metallschaum können die Luftgeschwindigkeiten und Verwirbelungen im Gehäuseinneren reduziert werden. Außerdem filtern die Metallschaumsegmente beim Lufteintritt einen Teil des Staubes aus der Luft.
Das Gehäuse hat jedoch den Nachteil, dass sich die Metallschaumsegmente im Laufe der Zeit mit Staub zusetzen und infolgedessen eine ausreichende Belüftung nicht mehr gewährleistet ist. Hinzu kommt, dass nur ein Teil des Staubes aus der Luft gefiltert wird, und sich dieser nach wie vor im Innern des Gehäuses ablagern kann. Betroffen sind hiervon auch kritische Komponenten, wie Kühlkörper und Lüfterflügel. Die Konsequenz ist, dass die oben beschriebenen Notabschaltungen oder Ausfälle zwar hinausgezögert, jedoch nicht vollständig verhindert werden können.
Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik verschiedentlich angeregt, die Ablagerung von Staub in Klimaanlagen, Kühlvorrichtungen und Wärmetauschern durch Beschichtung der luftführenden Teile und Einrichtungen mittels Antihaft-Oberflächenbeschichtungen bzw. Nanopartikeln zu verhindern oder zumindest nachhaltig zu reduzieren.
Aus DE 199 32 080 A1 ist bekannt, dass die Selbstreinigung der Oberflächen von Klimaanlagen und Klimakanälen durch so genannte Lotus-Schichten, deren mikroskopisch feine Oberflächen-Noppenstruktur ein Anhaften von Staub und anderen Schadstoffteilchen sowie Bakterien und Keimen wirksam verhindern soll, angestrebt wird. Hierbei ist vorgesehen, dass die Schicht im einfachsten Fall aus geeigneter Fassadenfarbe erzeugt wird. Wesentlich ist nur, dass die Schichtoberfläche eine große Konzentration von Mikronoppen aufweist, so dass auftretende Luftschadstoffteilchen einschließlich Staub wegen fehlender Kontaktflächen nicht haften bleiben können.
Die Beschichtung der Oberflächen von Kühleinrichtungen mit feinen Partikeln, beispielsweise aus Metall oder Metalloxid, wird auch in DE 100 49 274 A1 vorgeschlagen. Obgleich die Erfindung vordergründig auf die Vergrößerung der Oberfläche zielt, kann angenommen werden, dass die Verringerung der Kühlleistung infolge Staubablagerung gleichfalls weitgehend vermieden wird.
In WO 2005/052489 A2 ist ein Wärmetauscher, insbesondere ein Verdampfer für Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen, beschrieben, auf dessen Wärmeübertragungsflächen aus Metall mehrere, bevorzugt stofflich unterschiedliche Schichten aus Nanopartikeln aufgebracht sind. Dabei weist zumindest eine Schicht korrosionsschützende Eigenschaften und zumindest eine weitere, vorzugsweise darauf angeordnete, Schicht hydrophile Eigenschaften auf. Die hydrophile Ausstattung der Oberfläche führt zur Ausbildung eines dünnen, geschlossenen Flüssigkeitsfilms, der ein Abfließen von Staub- und Schmutzpartikeln bewirkt und somit eine dauerhafte Ansammlung von Staub und Schmutz vermeidet.
Grundsätzlich ähnliche Entwicklungen bei Wärmetauschern sind bereits seit längerem Stand der Technik. So ist beispielsweise ein Aluminium-Wärmetauscher bekannt der mit einer Schicht versehen ist, die u. a. Nanopartikel auf der Basis von makromolekularen Tensiden und vernetzbaren, ungesättigten Monomeren enthält und korrosionsschützende und hydrophile Eigenschaften aufweist. Aus EP 1 154 042 A1 ist zudem ein Wärmetauscher zu entnehmen, dessen Oberfläche mit einer Schicht auf Polymerbasis, die Silicatpartikel mit einem Durchmesser zwischen 5 und 1000 nm enthält, versehen ist.
Beschichtungen mit Nanopartikeln sind in Computern, Elektronikgeräten und auf Elektronikkühlern im Hinblick auf die Vermeidung von Staubablagerungen, namentlich auf Kühlrippen von Kühlkörpern und Flügeln von Lüftern, derzeit nicht bekannt.
Selbstredend kommt in Computern und Elektronikgeräten sowie auf Elektronikkühlern eine hydrophilunterstützte Staubabführung praktisch nicht in Frage. Aber auch die sonstigen Vorschläge, mittels Beschichtungen, die Nanopartikel aufweisen, Staubablagerungen zu verhindern oder zumindest wesentlich zu reduzieren, bieten keinen Ansatz, die in derartigen Geräten auftretende Problematik im notwendigen Maße zu lösen.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Eindringen von Staub in Computern und Elektronikgeräten nachhaltig zu verringern und dessen Ablagerung auf Kühlrippen von Kühlkörpern sowie auf den Flügeln von Lüftern zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gemäß den Patentansprüchen 1 und 6 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen und Verwendungen der Erfindung offenbaren die Ansprüche 2 bis 5 sowie 7 bis 14.
Ausgegangen wird von einem Gehäuse für ein elektrisches Gerät mit mindestens einer Lufteintritts- und einer Luftaustrittsöffnung, die jeweils aus einem (EMV-dichten) Element aus offenporigem Metallschaum gebildet ist.
Nach Maßgabe der Erfindung ist das Element aus offenporigem Metallschaum bezüglich seiner Porengröße derart graduiert, dass sich die Porengröße von der zur Außenseite des Gehäuses gerichteten Oberfläche des Elements zu der zur Innenseite des Gehäuses gerichteten Oberfläche des Elements stetig verändert. Außerdem ist das Element, das die Luftaustrittsöffnung bildet, mit Nanopartikeln beschichtet.
Beim Metallschaum, der sich im Bereich der Lufteintrittsöffnung befindet, ist es vorteilhaft, wenn die Porengröße von außen nach innen abnimmt. Beim Durchtreten von staubhaltiger Luft, werden in diesem Fall zuerst die großen Staubpartikel im Bereich der großen Poren/großen Rauigkeit ausgefiltert, im weiteren Verlauf dann die Kleineren. Infolgedessen hat das Metallschaumsegment eine verbesserte Filterwirkung und es wird verhindert, dass sich die feinen, innen liegenden Poren schnell mit großen Staubpartikeln zusetzen.
Durch das Aufbringen von Nanopartikeln auf den Metallschaum, der sich im Bereich der Luftaustrittsöffnung befindet, wird erreicht, dass sich die in der Abluft enthaltenen Staubpartikel nicht an diesem ablagern, sondern ungehindert aus dem Gehäuse abgeführt werden können.
Es ist vorgesehen, dass mindestens ein Element entweder als vollständig lösbare Gehäusewand ausgebildet oder von mindestens einem Segment gebildet ist, das entnehmbar in eine flächige Gehäusewand integriert ist. Es ist also bei beiden Varianten möglich, den Metallschaum bei sichtbarer Verstaubung vom Gehäuse abzu nehmen und anschließend bequem von Hand, in einer Geschirrspühlmaschine, in einem Ultraschallbad oder mit sonstigen geeigneten Verfahren zu reinigen.
Der Eintrag von Staub in elektrische Geräte wird durch das erfindungsgemäße Gehäuse bereits nachhaltig verringert. Bei Geräten, wie z. B. Computern oder anderen elektronischen Geräten, in denen viel Wärme erzeugt wird, und die deshalb über innerhalb im Gehäuse angeordnete Kühlvorrichtungen, wie Lüfter oder Kühlkörper, verfügen, lässt sich eine Ablagerung von Staub auf den Kühlvorrichtungen allein durch den Einsatz des Gehäuses noch nicht vollständig vermeiden.
Dem Wesen der Erfindung folgend sind deshalb auch diese Kühlvorrichtungen oder Teile von diesen mit Nanopartikeln beschichtet. Dabei ist es vorgesehen, zumindest die Kühlkörper und Lüfterflügel zu beschichten.
Da der für die Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen verwendete Metallschaum bei einer Dichte von vorzugsweise 20 ppi (pores per inch) und einer bevorzugten Schaumdicke von 5–20 mm lediglich einen Luftdurchlassverlust von 10% verursacht, kann ohne Weiteres ein langsam drehender Lüfter mit vergleichsweise großen Flügeln verwendet werden, sodass auch bei großer umzuwälzender Luftmenge mit sehr geringen Luftströmungsgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann. Aufgrund der geringeren Geschwindigkeiten führt die Luft weniger Staub mit sich; außerdem lagert sich der Staub vor allem außen am Metallschaum ab.
Es wurde festgestellt, dass allein mit dem Einsatz des Metallschaumes als Filter 70% des ansonsten eindringenden Staubs außerhalb eines Computergehäuses zurückgehalten werden kann. Des Weiteren verteilt sich der Staub im Inneren der Computer/Geräte gleichmäßiger; er lagert sich also nicht wie bislang üblich konzentriert auf Lüftern und Kühlkörpern ab. Durch den additiven Einsatz der Beschichtung von Kühlkörpern und Lüftern mit Nanopartikeln konnte hier die Staubablagerung vollständig vermieden werden.
Es wurde also überraschenderweise gefunden, dass der Einsatz von Metallschaum als Gehäuse bzw. Gehäusesegmente von Computern und Elektronikgeräten, gepaart mit der Verwendung von mit Nanopartikeln beschichteten Kühlern und Lüftern, zu einer nachhaltig geringeren Staubablagerung führt. Dabei steht fest, dass hierzu auch die infolge des Schaumeinsatzes gleichmäßigeren und möglichen geringeren Strömungsgeschwindigkeiten beitragen.
Die Beschichtung der Lüfter und die mögliche geringere Strömungsgeschwindigkeit führt zudem auch zu geringeren Luftströmungsgeräuschen.

Claims

Gehäuse (1) für ein elektrisches Gerät, wobei das Gehäuse mindestens eine Lufteintrittsöffnung und mindestens eine Luftaustrittsöffnung, die jeweils von einem Element (2) aus offenporigem Metallschaum gebildet ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (2) aus offenporigem Metallschaum bezüglich seiner Porengröße graduiert ist, wobei sich die Porengröße von der zur Außenseite des Gehäuses gerichteten Oberfläche des Elements (2) zu der zur Innenseite des Gehäuses gerichteten Oberfläche des Elements (2) stetig verändert, und das Element (2), das die Luftaustrittsöffnung bildet, mit Nanopartikeln beschichtet ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (2) als vollständig lösbare Gehäusewand ausgebildet ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (2) von zumindest einem Segment gebildet ist, wobei das zumindest eine Segment entnehmbar in eine flächige Gehäusewand integriert ist.
Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Segmente in einer Gehäusewand angeordnet sind.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Element (2), das die Lufteintrittsöffnung bildet, die Porengröße von der zur Außenseite des Gehäuses gerichteten Oberfläche des Elements (2) zu der zur Innenseite des Gehäuses gerichteten Oberfläche des Elements (2) abnimmt.
Elektrisches Gerät mit einem Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ein elektronisches Gerät ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Computer ist, insbesondere ein staubgeschützter Computer.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es eine im Gehäuse angeordnete Kühlvorrichtung aufweist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung mit Nanopartikeln beschichtet ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung zumindest ein Lüfter ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lüfter vergleichsweise große Lüfterflügel aufweist, die bei geringen Luftströmungsgeschwindigkeiten ein Umwälzen großer Luftmengen ermöglichen.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung zumindest ein Kühlkörper ist.
Verwendung des elektrischen Gerätes nach einem der Ansprüche 6 bis 13 in einer Umgebung bei der die umgebende Luft mit Staub angereichert ist.