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Die Erfindung betrifft einen Prozessor-Einschub zur Anordnung in einem Einschubschrank gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es ist bekannt, in Einschubschränken, die aufgrund eines Industriestandards auch als 19-Zoll-Schränke (19”) bezeichnet werden, Prozessor-Baugruppen (Prozessor-Boards) und andere Baugruppen in Form von Einschüben anzuordnen. Der Vorteil solcher Anordnungen liegt in einer modularen Bauweise und einfachen Anpassbarkeit an die jeweiligen Erfordernisse. Die Einschübe können dabei ähnlich wie Schubladen in Schienen in den Schrank eingeführt und darin verrastet oder verschraubt werden.
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Unter den bekannten Prozessor-Einschüben gibt es sog. Bladeserver. Hierbei handelt es sich um eine Anordnung einer Mehrzahl von Prozessor-Baugruppen, die nebeneinander quer zur Einschubrichtung hochkant auf einem Einschub angeordnet sind. Zur Kühlung der Prozessor-Baugruppen ist es üblich, Luft von der Frontseite, z. B. durch eine luftdurchlässige Lochblechtür, in den Einschubschrank hineinzuführen, die Kühlluft über die Prozessor-Baugruppen streichen zu lassen und auf der Rückseite des Einschubschranks über einen zentralen Lüfter abzusaugen und beispielsweise einer Klimaanlage zuzuführen.
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Für Anwendungen mit hoher Rechenleistung ist es erforderlich, möglichst viele Prozessor-Baugruppen in einem Einschubschrank unterzubringen. Eine hohe Packungsdichte stellt aber besondere Anforderungen an die Kühlung der Prozessor-Baugruppen.
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Aus der
US 4,489,363 geht eine Einrichtung zur Kühlung einer eng gruppierten Vielzahl von integrierten Schaltungsbausteinen hervor, bei der eine erzwungene Luftkonvektion vorgeschlagen wird. Aus der
EP 1 343 204 A1 geht eine elektronische Einrichtung mit einer Vielzahl von CPUs hervor, die auf einer Leiterplatte montiert sind und Kühlkörper aufweisen. Die CPUs werden durch einen Kühlluftstrom gekühlt, der durch Lüfter erzeugt wird. Aus der
US 5,077,601 geht ein Kühlungssystem zum Kühlen eines elektronischen Geräts hervor, bei dem ein Kühlfluid in Kontakt mit Wärme erzeugenden Komponenten wie z. B. hochintegrierten Chips gebracht wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Prozessor-Einschub für den Einsatz in einem Schaltschrank mit hoher Packungsdichte der Prozessoren anzugeben, der eine effiziente Kühlung der Prozessoren erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung hat den Vorteil, bei optimierter Platzausnutzung des in einem Einschub zur Verfügung stehenden Raums eine hohe Packungsdichte an Prozessor-Baugruppen bei gleichzeitiger effizienter Kühlung zu ermöglichen. Insbesondere wird gemäß der Erfindung ein Kühlluft-Kanal definiert, der eine zentrale Abfuhr oder Zufuhr von Kühlluft für den jeweiligen Prozessor-Einschub ermöglicht. Erfindungsgemäß wird hierdurch ein wesentlich Anteil der Kühlluft durch den Kühlluft-Kanal geführt. Der erfindungsgemäße Prozessor-Einschub weist somit eine integrierte, eigene Kühlluftführung auf.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäßen Prozessor-Einschübe in Verbindung mit handelsüblichen standardisierten Einschubschränken verwendet werden können. Insbesondere können die bei derartigen Einschubschränken vorgesehenen Anordnungen zur Zufuhr oder Abfuhr der Kühlluft verwendet werden, da die erfindungsgemäßen Prozessor-Einschübe damit kompatibel sind.
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Gemäß der Erfindung weist der Prozessor-Einschub eine im Wesentlichen luftundurchlässige Frontplatte auf. Hierdurch wird eine unerwünschte Luftansaugung oder ein Luftaustritt durch die Frontseite des Prozessor-Einschubs vermieden, so dass eine Luftführung seitlich an der Frontplatte vorbei erzwungen werden kann.
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Gemäß der Erfindung ist die Breite der Frontplatte geringer als die Breite eines Einschubschranks, für den der Prozessor-Einschub vorgesehen ist. Hierdurch ist eine frontseitige Lüftungsöffnung nach Einbau des Prozessor-Einschubs in den Einschubschrank vorgesehen. Die Kühlluft kann seitlich an der Frontplatte vorbei strömen und zwischen der Frontplatte und der Seitenwand des Einschubschranks in den Einschubschrank eintreten oder daraus austreten.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Prozessor-Einschub Luftführungsmittel auf, die eine Luftführung im Wesentlichen quer zur Einschubrichtung des Prozessor-Einschubs bewirken. Hierdurch wird im Zusammenhang mit dem zentralen, zwischen den Reihen der Prozessor-Baugruppen vorgesehenen Kanal zur Luftführung eine hohe Kühlungseffizienz erzielt. Der Kanal zur Luftführung bildet zusammen mit den vorerwähnten Luftführungsmitteln ein aufeinander abgestimmtes Luftführungskonzept für eine definierte Luftführung, die die zu kühlenden Prozessor-Baugruppen bezüglich der Wärmeabfuhr besonders günstig mit Kühlluft versorgt und ein hohes Maß an Wärmeabfuhr ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung weist der Prozessor-Einschub ein tunnelförmiges Element auf, das den Kanal zur Luftführung umschließt. Hierdurch wird eine weitere Verbesserung bei der Luftführung dahingehend erreicht, dass die Luftströmungen noch gezielter entlang des Kanals geführt werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das tunnelförmige Element als konstruktiver Bestandteil des Prozessor-Einschubs mit diesem verbunden sein kann und auch mit diesem handelbar ist. Daher kann durch Verwendung des tunnelförmigen Elements die Luftführung in dem Kanal unabhängiger von baulichen Begebenheiten des Einschubschranks oder der Art der Anordnung des Prozessor-Einschubs in dem Einschubschrank ausgebildet werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das tunnelförmige Element lamellenartige Lüftungsöffnungen auf. Die lamellenartigen Lüftungsöffnungen bewirken vorteilhaft eine Umleitung eines eintretenden Luftstroms in eine gewünschte Austrittsrichtung und ermöglichen damit eine weitere Steigerung der Lüftungseffizienz.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 bis 4 vorteilhafte Ausführungsformen des Prozessor-Einschubs und
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5 eine Ausführungsform mit einem tunnelförmigen Element und
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6 Details von Luftführungselementen und
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7 einen Einschubschrank mit eingesetzten Prozessor-Einschüben in Seitenansicht.
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In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet. In den 1 bis 5 ist der Prozessor-Einschub in Draufsicht dargestellt.
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Die 1 zeigt einen Prozessor-Einschub 1, der in einen Einschubschrank eingesetzt ist. Von dem Einschubschrank sind in der 1 senkrecht zur Aufstellfläche des Einschubschranks verlaufende Säulen 4, 5, 6, 7 mit Halteelementen für die Einschübe dargestellt. Ferner sind die äußeren Seitenwände 2 und 3 des Einschubschranks dargestellt. Der Prozessor-Einschub 1 weist eine Frontseite auf, die mit einer im Wesentlichen luftundurchlässigen Frontplatte 10 abgedeckt ist. Auf einer Rückseite des Prozessor-Einschubs 1 ist eine mit einer Öffnung 12 versehene Rückwand 11 vorgesehen. Bei der Montage des Prozessor-Einschubs 1 in dem Einschubschrank wird der Prozessor-Einschub 1 beginnend mit seiner Rückseite in Einschubrichtung eingeschoben, bis die Frontseite bzw. die Frontplatte 1 in etwa mit der Frontseite des Einschubschranks abschließt. Die Einschubrichtung verläuft somit von der Frontseite des Einschubschranks zu dessen Rückseite hin.
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Der Prozessor-Einschub 1 weist eine Mehrzahl von Prozessor-Baugruppen 7 auf, die jeweils wenigstens einen Prozessor 8 enthalten. Die Prozessor-Baugruppen 7 sind in wenigstens zwei sich in Einschubrichtung erstreckenden Reihen hintereinander auf dem Prozessor-Einschub 1 angeordnet. Diese Anordnung erlaubt eine vergleichsweise hohe Packungsdichte an Prozessoren. Zwischen den Reihen der Prozessor-Baugruppen 7 verbleibt ein Freiraum, der einen Kanal 9 zur Führung von Kühlluft bildet.
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Etwa im Bereich der Rückseite des Prozessor-Einschubs 1 sind Wände 22 vorgesehen, die den Einschubschrank im rückwärtigen Bereich gegen eine Luftströmung abdichten und somit eine Luftführung über die Prozessor-Baugruppen 7 hin zu der Öffnung 12 forcieren.
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Der Fluss der Kühlluft ist in der 1 (sowie den weiteren Figuren) durch Pfeile dargestellt. Ein Zustrom 20 von Kühlluft von der Frontseite des Einschubschranks fließt in links und rechts von dem Prozessor-Einschub 1 vorgesehene Räume und teilt sich dort in eine Mehrzahl von Strömungen auf. Die Strömungen verlaufen sodann im Wesentlichen quer zur Einschubrichtung über die Prozessor-Baugruppen 7 und vereinigen sich in dem Kanal 9 zu einem Luftstrom. Dieser Luftstrom tritt durch die Öffnung 12 als Luftstrom 21 aus. Wie erkennbar ist, wird bei der zuvor erläuterten Art der Luftführung von einer frontseitigen Kühlluftzuführung ausgegangen. Alternativ hierzu ist auch ein entgegengesetzter Strömungsweg nach Art einer frontseitigen Kühlluftabführung vorteilhaft. Hierbei wird die Kühlluft durch die Öffnung 12 in den Kanal 9 hineingeführt, strömt von dort aus über die Prozessor-Baugruppen 7 und tritt sodann auf der Frontseite des Einschubschranks wieder aus.
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In der 1 ist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dargestellt, bei der der Einschubschrank eine größere Breite besitzt, als es für den Einbau des dargestellten Prozessor-Einschubs 1 erforderlich wäre. Beispielsweise kann ein Einschubschrank mit einer Normbreite von 80 cm verwendet werden. Bei Verwendung von Prozessor-Einschüben nach dem 19”-Standard ergeben sich dann links und rechts vom Prozessor-Einschub ca. 15 cm breite Freiräume. Es verbleiben dann an der Frontseite des Einschubschranks ca. 15 cm breite Öffnungen links und rechts des Prozessor-Einschubs 1, durch die der Luftstrom 20 ein- bzw. ausströmen kann.
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Vorteilhaft kann auch ein Teil der Kühlluft durch dafür vorgesehene Öffnungen der Fontplatte 10 geführt werden. Bei dem in der 1 dargestellten Prozessor-Einschub 1 können beispielsweise Lüftungsöffnungen im mittleren Bereich der Fontplatte 10, z. B. links und rechts des Kanals 9, vorgesehen sein. Hierdurch kann die Kühlung der unmittelbar hinter der Fontplatte 10 gelegenen Bereiche der Prozessor-Baugruppen 7 weiter verbessert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Prozessor-Einschub 1 Wandelemente aufweisen, die im Wesentlichen in Einschubrichtung verlaufen. Durch die Wandelemente kann die Kühlluftführung weiter optimiert und zielgerichteter gestaltet werden. Die Wandelemente können entlang der äußeren Längsseiten des Einschubs 1 verlaufen, wie in der 1 anhand der Wandelemente 13 dargestellt. Zusätzlich oder alternativ können auch Wandelemente auf der Innenseite des Einschubs entlang des Kanals 9 vorgesehen sein, wie dies beispielhaft anhand der 2 durch die Wandelemente 19 dargestellt ist. Für die Führung der Kühlluft sind vorteilhaft Durchbrüche in den Wandelementen vorgesehen, die verschiedenartig ausgestaltet sein können, beispielsweise in Form von Löchern, Schlitzen oder Gittern. Die Durchbrüche können z. B. als Öffnungen 14, 15, 16, 17 vorgesehen sein, die im Wesentlichen gleich groß sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Prozessor-Einschub weitere Wandelemente 18 aufweisen, wie in der 2 dargestellt, die im Wesentlichen quer zur Einschubrichtung verlaufen. Die Wandelemente 18 dienen ebenfalls zur Luftführung und bewirken eine stärker ausgeprägte Querströmung der Kühlluft über die Prozessor-Baugruppen 7.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbindung der Erfindung sind Öffnungen 14, 15, 16, 17 vorgesehen, deren Größe sich entlang der Einschubrichtung ändert. Vorteilhaft ist es, wie in der 2 dargestellt, wenn Öffnungen 14, 15, 16, 17 vorgesehen sind, die von der Frontplatte 10 ausgehend größer werden. Dies ist insbesondere in solchen Anwendungen vorteilhaft einsetzbar, bei denen der Prozessor-Einschub Mittel zur Erzeugung einer ausgeprägten Querströmung der Luft quer zur Einschubrichtung aufweist, z. B. in Verbindung mit den im Wesentlichen quer verlaufenden Wandelementen 18 und/oder den noch zu erläuternden Lüftern 21. In diesen Fällen erfolgt im Wesentlichen kein Luftaustausch zwischen den hintereinander liegenden Prozessor-Baugruppen 7. Dies hat zur Folge, dass am Lufteintrittspunkt, d. h. bei der in 2 dargestellten Strömungsrichtung somit an der Frontseite, zunächst der gesamte Luftstrom 20 zur Verfügung steht, dieser sich aufgrund der Aufteilung in einzelne Luftströme von der Frontseite weg verringert, so dass bei den hinten liegenden Prozessor-Baugruppen ein geringerer Luftstrom bzw. eine geringere Luftdichte zur Verfügung steht. Vorteilhaft kann durch größere Öffnungen im hinteren Bereich daher dieser Effekt kompensiert werden und eine vergleichbare Wärmeabfuhr wie bei weiter vorne liegenden Prozessor-Baugruppen 7 ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können im Bereich des Kanals 9 Lüfter angeordnet sein, die ebenfalls die Luftführung beeinflussen. In einer in der 3 dargestellten Ausführungsform sind in dem Kanal 9 als Radiallüfter ausgebildete Lüfter 21 angeordnet. Die Radiallüfter 21 saugen die Luft aus der Umgebung an und geben sie definiert in Richtung der Öffnung 12 des Kanals 9 ab. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, auch ohne Wandelemente 13, 18, 19 bzw. einer geringen Teilmenge solcher Wandelemente eine zur effizienten Kühlung der Prozessor-Baugruppen geeignete Luftströmung zu bewirken, insbesondere mit einer ausgeprägten Querkomponente quer zur Einschubrichtung. Die Lüfter 21 können prinzipiell als beliebige Arten von Lüftern ausgeführt sein, beispielsweise auch als Axiallüfter.
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Wie ebenfalls in der 3 dargestellt, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Öffnungen 14, 15, 16, 17 unterschiedliche Größen haben, die von der Frontplatte 10 ausgehend kleiner werden. Diese Ausführungsform steht nicht etwa im Widerspruch zu der anhand der 2 erläuterten Ausführungsform der sich von der Frontplatte ausgehend vergrößernden Öffnungen, sondern kann alternativ oder ergänzend, d. h. in Kombination mit dieser, angewandt werden. Hierdurch kann eine relativ gleichmäßige Luftverteilung von den vorderen zu den hinteren Prozessor-Baugruppen 7 gewährleistet werden. Die über die relativ kleinen Öffnungen 14 bei den vorderen Prozessor-Baugruppen 7 einströmende Luft überstreicht neben den vorneliegenden Prozessor-Baugruppen 7 auch zumindest teilweise weitere dahinterliegende Prozessor-Baugruppen. Die über die hinteren Öffnungen, beispielsweise die Öffnung 17, einströmende Luft überstreicht dagegen nur die hinteren Prozessor-Baugruppen, so dass zur Erreichung einer vergleichbaren Wärmeabfuhr wie bei den vorderen Prozessor-Baugruppen 7 eine größere Öffnung 17 vorteilhaft ist. Eine solche Ausführung der Öffnungen 14, 15, 16, 17 ist insbesondere vorteilhaft einsetzbar, wenn der Prozessor-Einschub eine nur schwach ausgeprägte Querströmung der Luft quer zur Einschubrichtung aufweist, z. B. wenn die im Wesentlichen quer verlaufenden Wandelemente 18 und/oder die Lüfter 21 fehlen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der 4 dargestellt. Die zuvor bereits erwähnten, für eine Luftführung in dem Einschubschrank vorgesehenen Wände 22 sind gemäß 4 etwa im mittleren Bereich des Einschubschranks, bezogen auf die Einschubrichtung, angeordnet. Die Rückwand 11 des Einschubs 1 ist in der Ausführungsform gemäß 4 im Wesentlichen luftundurchlässig ausgebildet, also z. B. als geschlossene Rückwand ausgebildet. Statt der in den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 3 vorgesehenen zentralen Öffnung sind hier seitliche Öffnungen 12 für die Luftführung links und rechts des Prozessor-Einschubs 1 vorgesehen.
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Bei der in der 4 dargestellten Luftführung, bei der von der Frontseite her ein Luftstrom 20 zugeführt wird, wird der Luftstrom durch die Wände 22 sowie weitere auf dem Prozessor-Einschub vorgesehene Wände 18 umgelenkt und in Richtung auf den Kanal 9 geführt, wo sich die Luftströme vereinigen. Es entsteht somit eine Querströmung von außen nach innen über die vorderen Prozessor-Baugruppen 7. Auf den hinteren Prozessor-Baugruppen 7 teilt sich der Luftstrom in dem Kanal 9 wiederum auf, streicht in Querrichtung von innen nach außen über die dortigen Prozessor-Baugruppen 7 und verlässt über die Öffnungen 12 als Luftstrom 21 den Einschubschrank. Ersichtlich ist auch bei dieser Ausführungsform eine umgekehrte Luftführung vorteilhaft anwendbar, bei der an der Frontseite die Luft abgesaugt wird und von der Rückseite her die Luft zugeführt wird.
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In der 5 ist der anhand der 1 bis 4 erläuterte Prozessor-Einschub 1 ausschnittsweise und ohne die Frontplatte 10 dargestellt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist im Bereich des Kanals 9 ein tunnelförmiges Element 40 vorgesehen, das den Kanal 9 umschließt. Das tunnelförmige Element 40 bildet eine Art Mitteltunnel auf dem Prozessoreinschub, mit dem eine verbesserte, definierte Luftführung erzielt werden kann, insbesondere wenn die Prozessor-Einschübe 1 in dem Einschubschrank angeordnet sind. Zum Durchlass von Kühlluft sind in den Seitenwänden 42 des tunnelförmigen Elements 40 lamellenartige Lüftungsöffnungen 41 zur Luftführung vorgesehen. Die lamellenartigen Lüftungsöffnungen 41 können vorteilhaft direkt nebeneinander nach Art einer Jalousie angeordnet sein. Eine vorteilhafte Anordnung und Ausführung der lamellenartigen Lüftungsöffnungen 41 ist in der 6 dargestellt. Wie erkennbar ist, weisen die Lüftungsöffnungen 41 z. B. auf der Innenseite des tunnelförmigen Elements 40 Schrägen auf, die in bestimmten, definierten Winkeln angeordnet ist. Hierdurch bewirken die lamellenartigen Lüftungsöffnungen eine erwünschte Ablenkung der quer zur Einschubrichtung einströmenden Luft 43 zu einer in Richtung der Auslassöffnung 12 gerichteten Luftströmung 44. Das tunnelförmige Element 40 kann beispielsweise aus einem U-Profil hergestellt werden. Die lamellenartigen Lüftungsöffnungen 41 können auf einfache Weise durch Einkanten des Materials des tunnelförmigen Elements 40 in einen bestimmten Winkel erzeugt werden.
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Die 7 zeigt einen handelsüblichen Einschubschrank 30, in dem vier der erfindungsgemäßen Prozessor-Einschübe 1 beispielhaft dargestellt sind. Es ist selbstverständlich möglich, den Einschubschrank 30 vollständig mit Prozessor-Einschüben 1 zu versehen. Wie erkennbar ist, wird ein Luftstrom 20 von der Frontseite in den Einschubschrank 30 geführt, streicht in der zuvor beschriebenen Weise über die erfindungsgemäßen Prozessor-Einschübe 1 und wird durch ein an der Rückseite des Einschubschranks 30 vorgesehenes Gebläse 32 über einen gemeinsamen Abluftkanal 31 abgesaugt. Der Abluftstrom 34 wird über ein Abluftrohr 33 fortgeführt, beispielsweise in die Umgebung oder zu einer Klimaanlage.
