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Die Erfindung geht aus von einer eine Luftleithaube für auf einer Leiterplatte angeordnete elektrische Komponenten, mit zwei Seitenwänden, die eingerichtet sind zum Aufsetzen auf eine Bestückungsseite einer Leiterplatte, und einem die beiden Seitenwände verbindenden Dach, das bei auf der Bestückungsseite aufgesetzter Luftleithaube der Bestückungsseite gegenüberliegt und von dieser beabstandet ist.
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In einem Computer-Serversystem müssen wärmeerzeugende Komponenten, wie zum Beispiel Speichermodule, wegen ihrer relativ hohen Verlustleistung durch eine definierte Luftströmung gekühlt werden. In der Regel wird hierzu eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Luftstromes (zum Beispiel ein Ventilator) in Verbindung mit einer Luftleithaube verwendet. Die Luftleithaube wird zur Steuerung des Luftstromes über die Komponenten gestülpt.
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Häufig werden Komponenten unterschiedlicher Höhe auf der Leiterplatte eingesetzt. Dies bedeutet bei der Verwendung einer Luftleithaube, dass ein Teil der Luft ungenutzt durch einen Spalt zwischen einer relativ niedrigen Komponente und der Luftleithaube hindurchströmen kann, ohne dass diese Luft zur Kühlung der Komponente beiträgt. Das heißt, je unterschiedlicher die Höhe der Komponenten ist, desto weniger effektiv ist die Kühlung der Komponenten. Eine Luftleithaube kann maximal nur so niedrig sein, wie die höchste Komponente, die unter ihr auf der Leiterplatte eingesteckt ist. Deshalb ist ein Spalt zwischen der Luftleithaube und den darunter angeordneten niedrigeren Komponenten kaum zu vermeiden.
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Noch problematischer ist, wenn ein für eine Komponente vorgesehener Einsteckplatz nicht von einer Komponente belegt ist. Die Veränderung der Strömungsverhältnisse bei Teilbestückung vermindert die Kühlwirkung auf die bestückten Komponenten durch die Öffnung eines Bypasses oder Kanals. Dieser Bypass führt bei Servern mit hoher Leistung in der Regel zu erhöhten Lüfterdrehzahlen, bzw. zum Systemausfall in Grenzsituationen.
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Bis jetzt sind einige Lösungen bekannt, die allerdings mit Nachteilen verbunden sind. Es wurden zum Beispiel sogenannte Dummymodule an der Stelle eingesetzt, wo gerade kein Modul eingesteckt ist. Ein Nachteil hierbei ist, dass diese nur ein widerstandsloses Vorbeiströmen der Luft verhindern. Die bekannten Dummymodule sind auf eine bestimmte Höhe abgestimmt, sodass nicht unter allen Bedingungen eine optimale Kühlwirkung gewährleistet ist. Zur Verbesserung der Kühlwirkung müssten Dummymodule unterschiedlicher Höhe verwendet werden, was die Kosten weiter erhöht. Die Dummymodule sind nicht nur kostspielige Zusatzteile, sondern sie fordern zusätzlich eine Lagerhaltung und Logistik, die auch wiederum zusätzliche Kosten verursachen.
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Das Problem der Teilbestückung besteht häufig in der Fertigung von Serversystemen, bei denen optional ein Prozessor oder zwei Prozessoren verwendet werden. In solchen Systemen sind die Plätze für den ersten und den zweiten Prozessor bereits festgelegt. Computer-Prozessoren (auch CPUs genannt) erzeugen viel Wärmeverlust und weisen dadurch einen hohen Bedarf an Kühlung auf. Der erste Prozessor ist immer vorhanden und für seine Kühlung kann bereits bei der Herstellung geplant und gesorgt werden. An dem Platz des optionalen zweiten Prozessors musste bis jetzt eine Dummykomponente eingesetzt werden, wenn der zweite Prozessor nicht eingebaut war.
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Aus der
JP 2004 071 615 A ist eine Luftleithaube bekannt, die im Dach Klappen aufweist. Die Klappen sind weg von der Bestückungsseite der Leiterplatte gebogen und dienen dazu, Luft außerhalb der Luftleithaube in die Luftleithaube zu leiten. Somit werden die unter der Luftleithaube vorhandenen elektrischen Komponenten zusätzlich gekühlt.
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Weitere Luftleithauben beziehungsweise luftleitende Vorrichtungen für elektrische Komponenten sind aus der
DE 10 2005 063 024 A1 ,
DE 101 48 520 A1 ,
JP 10 065 372 A und
US 2010/0 165 568 A1 bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Luftleithaube zu beschreiben, die kostengünstig den Luftstrom über nicht belegte Einsteckplätze oder niedrige Komponenten auf einer Leiterplatte regulieren kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Dach zumindest eine Klappe, die durch Biegen eines teilweise abgetrennten Abschnitts des Daches entlang einer Biegekante in Richtung der vorgesehenen Bestückungsseite entstanden ist, und eine durch das Biegen der Klappe (5) entstandene Öffnung aufweist. Die Klappe wurde entlang einer Biegekante von dem Luftleithaubendach geschwenkt. Die geschwenkte Klappe steht vorzugsweise nahezu senkrecht oder mit einem spitzen Winkel zur vorgesehenen Bestückungsseite der Leiterplatte und verschließt den freien Kanal, der ansonsten durch eine Komponente verschlossen wäre.
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Im Folgenden wird die der Leiterplatte gegenüberliegende Seite der Luftleithaube Luftleithaubendach genannt. Die zwei Seiten der Luftleithaube, die nahezu senkrecht zu dem Luftleithaubendach angeordnet sind, werden als Luftleithauben-Seitenwände bezeichnet.
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Die zugrundeliegende Aufgabe wird ebenso durch ein Verfahren zur Herstellung einer Luftleithaube gelöst, bei dem die Klappe durch Stanzen teilweise von der Luftleithaube abgetrennt wird und die teilweise abgetrennte Klappe in die Richtung der vorgesehenen Leiterplatte geschwenkt wird. Durch das Stanzen weisen die Klappe und die Öffnung nahezu die gleiche Form auf. Die Luftleithaube und die Klappe sind bevorzugt einstückig.
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Da das Stanzen und Biegen der Klappe während der Herstellung der Luftleithaube stattfinden kann, kann die Luftleithaube mit der Klappe sehr zeiteffizient und kostengünstig hergestellt werden. Das Stanzen und das Biegen sind sehr kostengünstige Verfahrensschritte. Ferner sind keine zusätzlichen Materialien oder Zusatzteile benötigt.
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Um ein bestimmtes Luftströmungsverhältnis zu erzielen, kann die Klappe mit Klappenöffnungen ausgestattet werden, die dem notwendigen Strömungswiderstand entsprechen. Durch diese definierte, nach Wunsch geformte Klappenöffnungen kann der Strömungswiderstand des Systems beliebig optimiert werden. Die Klappenöffnungen können entweder gleichzeitig mit dem Stanzen der Klappe oder zusätzlich unabhängig ausgestanzt werden.
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Die Klappe ist bevorzugt flexibel und/oder beweglich ausgebildet. So kann die Luftleithaube über einem nicht bestückten Einsteckplatz auf die Leiterplatte eingesetzt werden, aber auch weiter verwendet werden, wenn dieser Einsteckplatz doch nachträglich bestückt wird. In diesem Fall wird die flexible beziehungsweise bewegliche Klappe einfach durch die eingesteckte Komponente weg von der Leiterplatte gedrückt. Die untere Kante der Klappe liegt direkt auf dieser Komponente auf. Ein genauer und definierter Montage- beziehungsweise Toleranzabstand ist nicht nötig.
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Um die Beweglichkeit beziehungsweise federnde Wirkung der Klappe zu verstärken oder genauer einzustellen, kann die Biegekante mit Kantenöffnungen versehen werden. Diese Kantenöffnungen können entweder gleichzeitig mit dem Stanzen der Klappe und/oder eventuellen Klappenöffnungen oder zusätzlich herausgestanzt werden. Je nach Größe, Form und Anzahl der Kantenöffnungen, kann die Federkraft der Biegekante beliebig eingestellt werden.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Klappe streifenförmig ausgebildet, sodass die freien Enden der Streifen zur Leiterplatte hin gewandt sind. So kann die Klappe besser dem bestückten beziehungsweise nichtbestückten Zustand der Leiterplatte oder der Höhe der eingesteckten Komponenten anpassen. Jeder Streifen kann den Strömungswiderstand einer Komponente nachbilden, die nicht vorhanden ist. Bei einer vorhandenen Komponente wird der entsprechende Streifen nach oben gedrückt (das heißt weg von der Leiterplatte). Dadurch dass die Klappe flexibel beziehungsweise beweglich ausgebildet ist, liegt der Streifen einfach oben auf der eingesteckten Komponente drauf. Ein zusätzlicher Vorteil der Streifen ist, dass der Spalt zwischen einer eingesteckten Komponente und der Luftleithaubendach dadurch verschlossen wird.
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Die einzelnen Streifen sind bevorzugt durch einen Schlitz untereinander getrennt und unabhängig voneinander beweglich. Die Luftströmung kann beliebig reguliert werden, indem die folgenden Parameter entsprechend ausgewählt werden: Breite der Schlitze, Breite der Streifen, Länge der Streifen, Winkel der Streifen. Zum Beispiel wenn mehr Luft zwischen den Komponenten vorbeiströmen soll, kann die Breite der Schlitze verringert werden, sodass weniger Luft oberhalb der Komponenten oder oberhalb eines nicht bestückten Steckplatzes vorbeiströmt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können zur Fixierung der Klappe im gebogenen Zustand seitliche Nasen in der Stanzkontur vorgesehen werden. Diese seitlichen Nasen werden durch entsprechende in die Luftleithauben-Seitenwände gestanzte und gebogene Laschen in Position gehalten.
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Die Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen anhand vier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
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1A und 1B jeweils eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung und eine frontale Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung auf einer Leiterplatte mit Komponentensockel,
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2 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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3A bis 3C zwei perspektivische Ansichten eines dritten Ausführungsbeispiels und eine frontale Ansicht des dritten Ausführungsbeispiels auf einer Leiterplatte und
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4 eine perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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1A zeigt eine Luftleithaube 1 nach der Erfindung mit einem Luftleithaubendach 2 und zwei Luftleithauben-Seitenwände 3, die ungefähr senkrecht zur Leiterplatte (in 1A nicht dargestellt), beziehungsweise zum Luftleithaubendach 2 im montierten Zustand stehen. Die Kontur von drei Seiten eines Vierecks wurde aus dem Luftleithaubendach 2 ausgestanzt. Das Viereck wurde entlang der vierten Seite (in 1A mit einer gepunkteten Linie gezeigt und im Folgenden Biegekante 4 genannt) in die Richtung der Leiterplatte (in 1A mit einem Pfeil dargestellt) gebogen. Durch das Biegen des teilweise abgetrennten Teils der Luftleithaube 1 entsteht eine Klappe 5 und eine Öffnung 6 in dem Luftleithaubendach 2. Der Winkel zwischen dem Luftleithaubendach 2 und der Klappe 5 kann bis zu 90° sein.
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1B zeigt die Luftleithaube 1 von 1A bereits über einer Leiterplatte 7 montiert bzw. positioniert. Die Leiterplatte 7 weist hier drei Komponentensockel beziehungsweise Steckplätze 8a, 8b auf. Der größere Steckplatz 8a ist in diesem Beispiel für einen optionalen CPU-Kühlkörper 9 und die zwei kleineren Steckplätze 8b für optionale Komponenten 10 wie Memorymodule 10 vorgesehen. In dieser Darstellung ist die Klappe im Einsatz, um den freien Kanal über den nichtbestückten Steckplätzen 8a, 8b zumindest teilweise zu schließen. Die optionalen Komponenten 10 und der optionale CPU-Kühlkörper 9 sind hier mit gestrichelten Linien gezeichnet, um zu zeigen, wo sie im bestückten Fall angeordnet wären. Das heißt, die 1B zeigt die Steckplätze 8b, 8a unbestückt.
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Im Falle, dass die Steckplätze 8a, 8b bestückt sind, wird die Klappe 5 beim Aufsetzen der Luftleithaube 1 auf die Leiterplatte 7 weg von der Leiterplatte 7 (das heißt in die Richtung des Luftleithaubendachs 2) gedrückt. Die untere Kante der Klappe 5 liegt dann im montierten Zustand auf den Komponenten 10 und dem CPU-Kühlkörper 9 auf.
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2 zeigt eine Luftleithaube 1 nach der Erfindung mit Kantenöffnungen 11 entlang der Biegekante 4. Durch entsprechende Auswahl der Anzahl, Größe und Form der Kantenöffnungen 11 kann die Federkraft der Klappe 5 bestimmt werden. Zum Beispiel durch eine Mehrzahl von Kantenöffnungen 11 wird die Klappe 5 leichter beweglich.
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In 3A wird ein Zwischenstadium des Biegens der Klappe 5 einer Luftleithaube 1 gezeigt, um die neuen Eigenschaften dieses Ausführungsbeispiels deutlicher zu sehen. Die Luftleithaube 1 von der 1A ist hier mit mehreren Klappenöffnungen 12 in der Klappe 5 versehen und mit zwei seitlichen Klappennasen 13 und zwei Laschen 14 in den Luftleithauben-Seitenwänden 3 ausgestattet. Die Klappennasen 13 wirken mit den Laschen 14 zusammen, um die Klappe 5 an der Stelle der Laschen 14 in der Luftleithauben-Seitenwand 3 zu fixieren (siehe 3B).
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Die Luftleithaube 1, die Klappe 5, die Klappennasen 13 und die Laschen 14 sind hier einstückig ausgebildet. Die Klappennasen 13 entstehen durch Auswahl einer entsprechenden Kontur der Klappe 5 zum Ausstanzen. Zur Herstellung der Laschen 14 werden ähnlich wie bei der Klappe 5 drei Seiten eines Vierecks in jeder Luftleithauben-Seitenwand 3 ausgestanzt und nach innen gebogen. Dadurch entsteht in jeder Luftleithauben-Seitenwand 3 eine viereckige Laschenöffnung 15 in der jeweiligen Luftleithauben-Seitenwand 3. Die Laschen 14 stehen nahezu senkrecht zur Luftleithauben-Seitenwand 3 und stellen ein Hindernis für die Klappennasen 13 dar, sodass die Klappe 5 verhindert wird, zurück zur Öffnung 5 zu schwenken. In 3C ist es deutlicher zu sehen, dass die Klappennasen und die Laschen teilweise überlappen, um die Klappe 5 zu arretieren.
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Die Klappenöffnungen 12 sind hier rund ausgebildet und erlauben einen Teil der Luft diese zu durchdringen (siehe 3C). Durch entsprechende Auswahl der Form, Anzahl und Größe der Klappenöffnungen 12 kann der notwendige Strömungswiderstand der Klappe 5 beliebig definiert werden. Dadurch kann der Strömungswiderstand des Systems beliebig optimiert nachgebildet werden.
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4 zeigt die erfindungsgemäße Luftleithaube 1 aus der 1A mit einer streifenförmigen Klappe 5. Die Klappenstreifen 16 sind unabhängig voneinander beweglich. Für den Fall, dass eine Reihe von Steckplätzen nur teilweise bestückt ist, würden die Klappenstreifen 16, die oberhalb der bestückten Steckplätze angeordnet sind, nach oben gedrückt werden. Die nicht bestückten Steckplätze wären dann mit den jeweiligen Klappenstreifen 16 verschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftleithaube
- 2
- Luftleithaubendach
- 3
- Luftleithauben-Seitenwand
- 4
- Biegekante
- 5
- Klappe
- 6
- Öffnung
- 7
- Leiterplatte
- 8a, 8b
- Steckplatz
- 9
- CPU-Kühlkörper
- 10
- Komponente
- 11
- Kantenöffnung
- 12
- Klappenöffnung
- 13
- Klappennase
- 14
- Lasche
- 15
- Laschenöffnung
- 16
- Klappenstreifen
