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Die Erfindung betrifft ein Computersystem aufweisend eine Basiseinheit mit einem Gehäuse zur Aufnahme wenigstens einer Leiterplatte, einen Tragarm und eine an dem Tragarm befestigte Anzeigeeinheit zur Anzeige von Bildschirmausgaben des Computersystems.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Computersysteme bekannt. Unter anderem sind so genannte Desktop-Computersysteme bekannt, bei denen eine Basiseinheit mit einer Hauptplatine umfassend einen Prozessor des Computers sowie gegebenenfalls vorhandenen Erweiterungseinheiten getrennt von einer Anzeigeeinheit in Form eines Monitors aufgestellt wird. Anzeigeeinheit und Basiseinheit sind über ein oder mehrere Leitungen miteinander verbunden, um die von der Basiseinheit erzeugten Anzeigesignale für die Bildschirmausgabe des Computersystems an die Anzeigeeinheit zu übertragen.
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Bekannte Anzeigeeinheiten umfassen im Wesentlichen eine LCD- oder TFT-Anzeige, die in der Regel eine verhältnismäßig geringe und über die Fläche der Anzeige gleichmäßig verteilte Betriebswärme erzeugt. Derartige Anzeigeeinheiten werden daher in der Regel nicht aktiv gekühlt. Die in die Basiseinheit integrierten Komponenten, insbesondere ein Prozessor, erzeugen jedoch eine verhältnismäßig große und lokal konzentrierte Abwärme, die in der Regel über eine Luftkühlung mittels eines Ventilators des Netzteils des Computers oder eines gesonderten Prozessorlüfters abgeführt wird.
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Aus der
DE 20 2007 011 017 U1 ist eine Computer-/Monitorkombination mit höhenverstellbarem Flachbildschirm bekannt, bei der ein TFT-Bildschirm an der Vorderseite – der lüfterabgewandten Seite – eines mit üblicherweise elektronischen Bauelementen bestückten Computergehäuses höhenverstellbar und dabei in gewünschter Position fixierbar angebracht ist.
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Aus der
DE 198 04 813 B4 ist eine Vorrichtung zum Kühlen eines Computers mit einem PC-Einsteckplatz bekannt. Dabei weist die Vorrichtung ein als Hohlkanal ausgebildetes Gehäuse mit einem ersten Abschnitt, einem zweiten Abschnitt und mindestens einer Lüftungsöffnung im zweiten Abschnitt auf, wobei das Gehäuse einen Luftkanal zwischen dem ersten Abschnitt und der Lüftungsöffnung aufweist und das Gehäuse mit dem zweiten Abschnitt in einen PC-Karteneinsteckplatz eines tragbaren Computers einsteckbar ist.
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Aus der
EP 0 767 415 B1 ist eine Wärmeübertragungseinheit für einen tragbaren Computer mit einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU) in Form einer integrierten Schaltung und einem Flüssigkristalldisplay (LCD) bekannt, wobei die Wärmeübertragungseinheit ein Wärme abführendes, Kühlmittel leitendes Element angrenzend an eine Rückseite des LCDs aufweist.
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Nachteilig an den bekannten Desktop-Computersystemen ist unter anderem ihr verhältnismäßig großer Platzbedarf an einem Arbeitsplatz eines Benutzers. Einer möglichen Miniaturisierung der Computersysteme sind aufgrund der oben beschriebenen Abwärmeproblematik der Basiseinheit in der Regel jedoch Grenzen gesetzt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Konzept für ein Computersystem und dessen Kühlung zu beschreiben, das bei gleichbleibendem Platzbedarf des Computersystem dessen Kühlung verbessert oder bei gleichbleibender Kühlleistung den Platzbedarf des Computersystem verringert. Bevorzugt soll sich das beschriebene Konzept für Computersysteme unterschiedlicher Leistungsklassen eignen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Computersystem aufweisend eine Basiseinheit mit einem Gehäuse zur Aufnahme wenigstens einer Leiterplatte und wenigstens einem auf der Leiterplatte angeordneten Prozessor offenbart. Das Computersystem weist einen auf der Basiseinheit angeordneten und mit dem Gehäuse der Basiseinheit verbundenen Tragarm und eine an dem Tragarm befestigte Anzeigeeinheit zur Anzeige von Bildschirmausgaben des Computersystems auf. Das Computersystem weist des Weiteren wenigstens einen Lüfter zum Kühlen wenigstens einer wärmeerzeugenden Komponente der Basiseinheit auf, wobei der wenigstens eine Lüfter zumindest teilweise in dem Tragarm angeordnet ist.
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Durch die zumindest teilweise Anordnung eines Lüfters in einem Tragarm eines Computersystems mit einer integrierten Anzeigeeinheit kann eine ausreichende Belüftung der Basiseinheit bei Verkleinerung dessen Gehäusevolumens sichergestellt werden. Umgekehrt kann in ein gegebenes Gehäuse ein größerer und damit leistungsfähigerer oder langsam laufender Lüfter integriert werden.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem wenigstens einen Lüfter um einen Axiallüfter. Axiallüfter weisen gegenüber anderen Lüfterarten, insbesondere Radiallüftern wie sie von Laptops her bekannt sind, bei gleicher Baugröße einen verbesserten Luftdurchsatz und eine verminderte Geräuschentwicklung auf. Zudem sind Axiallüfter einfacher aufgebaut und somit günstiger in der Herstellung als Radiallüfter und weisen zudem eine größere Lebensdauer auf.
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Gemäß unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfindung ist der Lüfter derart angeordnet, dass er einen im Wesentlichen vertikalen oder alternativ horizontalen Abluftstrom erzeugt. Dabei wird der horizontale beziehungsweise vertikale Abluftstrom über eine entsprechende Luftaustrittsöffnung des Tragarms abgeführt. In den unterschiedlichen Ausgestaltungen werden Teile oder der gesamte Tragarm zur Kühlluftführung, beispielsweise als Lufthutze oder als Abluftkanal verwendet.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den angehängten Patentansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen offenbart.
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Die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die angehängten Figuren näher erläutert. Dabei sind gleiche oder gleich wirkende Elemente unterschiedlicher Ausführungsbeispiele mit denselben Bezugszeichen versehen. In den Figuren zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Computersystems gemäß einer ersten Ausgestaltung,
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2 einen Querschnitt durch das Computersystem gemäß der ersten Ausgestaltung,
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3 eine perspektivische Ansicht eines Computersystems gemäß einer zweiten Ausgestaltung und
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4 einen Querschnitt durch das Computersystem gemäß der zweiten Ausgestaltung.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Computersystems 1 mit integrierter Anzeigeeinheit 2.
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Das Computersystem 1 gemäß 1 eignet sich insbesondere als so genannter Arbeitsplatzcomputer mit verhältnismäßig geringer Rechenleistung. Insbesondere eignet sich das Computersystem 1 zur Ausführung von üblichen Büroanwendungen oder zum Zugriff auf Anwendungen, die auf anderen Rechnern, insbesondere entfernt angeordneten Serverrechnern, ausgeführt werden. Derartige Computersysteme werden bisweilen auch als so genannte ”Thin Clients” bzw. ”Zero Clients” bezeichnet. Das nachfolgend beschriebene Kühlkonzept eignet sich aber auch für andere Computersysteme, insbesondere so genannte ”Fat Clients” mit höherer Prozessorleistung.
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Das Computersystem 1 weist eine als Standfuß ausgeführte Basiseinheit 3, einen im Wesentlichen senkrecht auf der Basiseinheit 3 angeordneten Tragarm 4 sowie die an dem Tragarm 4 befestigte Anzeigeeinheit 2 auf. Die Anzeigeeinheit 2 umfasst im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen ein sogenanntes Displaypanel, während zumindest ein Teil der zugehörigen Ansteuerelektronik und eine Stromversorgungseinheit in der Basiseinheit 3 untergebracht sind.
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Die Anzeigeeinheit 2, die Basiseinheit 3 und der Tragarm 4 können als getrennte Einheiten hergestellt werden, die jedoch vor Inbetriebnahme des Computersystem 1 fest über Rast-, Schraub- oder sonstige mechanische Verbindungen miteinander verbunden werden. Das Gehäuse der Basiseinheit 3 ist bevorzugt aus einem leitenden Metallblech hergestellt, um eine elektromagnetische Abschirmung für das Computersystem 1 herzustellen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Basiseinheit 3 ein Kunststoffgehäuse und ein innerhalb des Kunststoffgehäuses angeordnetes Abschirmblech aufweist. Auch der Tragarm 4 und/oder die Anzeigeeinheit 2 weisen bevorzugt eine elektromagnetische Abschirmung auf.
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Wie sich aus der 1 ergibt, sind an einer Vorderseite 5 der Basiseinheit 3 für den Benutzer zugängliche Bedienelemente angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Vorderseite 5 ein Einschubschlitz 6 eines Speicherkartenlaufwerks angeordnet. Darüber hinaus sind an der Vorderseite 5 Anschlüsse zum Anschluss von Peripheriegeräten, wie insbesondere USB-Anschlüsse 7 für eine Tastatur und eine Computermaus sowie Audio-Anschlüsse 8 für Kopfhörer und ein Mikrofon vorgesehen. An einer Oberseite 9 der Basiseinheit 3 sind weitere Bedienelemente des Computersystems 1 angeordnet. Insbesondere sind ein kombinierter Ein-/Ausschalter 10 sowie ein Fingerabdruckleser 11 im vorderen Bereich der Oberseite 9 angeordnet. An einer Rückseite der Basiseinheit 3 sind weitere Anschlüsse vorgesehen, die in der 1 jedoch nicht zu erkennen sind. Bei den rückseitigen Anschlüssen handelt es sich beispielsweise um einen Netzleitungsanschluss zum Anschluss der Basiseinheit 3 an eine Stromversorgungsleitung, einen Datennetzanschluss zum Anschluss der Basiseinheit 3 an ein Datennetzwerk sowie weitere Anschlüsse zum Anschließen von Peripherieeinheiten wie insbesondere eines Druckers oder Scanners.
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Das Volumen der Basiseinheit 3 ist verhältnismäßig gering. Es entspricht im Wesentlichen den Abmessungen der darin integrierten Komponenten, insbesondere eines darin angeordneten Mainboard gemäß dem Mini-, Nano- oder Pico-ITX Standard und einem Speicherlaufwerk, wie beispielsweise einem Festplattenlaufwerk im 2,5 oder 1,8 Zoll Format. Um insbesondere die Bauhöhe der Basiseinheit 3 möglichst gering zu halten, ist ein zur Belüftung des Computersystems 1 vorgesehener interner Lüfter 12 zumindest teilweise in dem Tragarm 4 des Computersystems 1 angeordnet. Der Lüfter 12 ist in der 1 gestrichelt dargestellt.
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Das beschriebene Computersystem 1 stellt eine besonders kompakte, so genannte All-in-One-Bauform eines Computers dar. Durch die Integration von Komponenten des Computersystems 1 in die Basiseinheit 3, die zugleich einen Standfuß der Anzeigeeinheit 2 bildet, kann der Platzbedarf des Computersystem 1 insgesamt erheblich reduziert werden. Durch die feste Verbindung zwischen der Anzeigeeinheit 2 und der Basiseinheit 3 kann zudem auf die Vorsehung externer Anschlusskabel zur Ansteuerung der Anzeigeeinheit 2 verzichtet werden. Durch den in den Tragarm 4 integrierten Lüfter 12 wird eine einfache und effektive Kühlung von Komponenten der Basiseinheit 3 besonders einfach, platzsparend und kostengünstig ermöglicht.
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2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch das Computersystem 1 gemäß 1. Der Querschnitt verläuft parallel zu einer linken und rechten Seitenwand der Basiseinheit 3 im Bereich des Tragarms 4. In dem Querschnitt gemäß 2 ist der innere Aufbau des Computersystem 1 sowie dessen Kühlluftführung zu erkennen.
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Die Basiseinheit 3 umfasst ein Gehäuse 15 in dem eine Leiterplatte 16 angeordnet ist. Bei der Leiterplatte 16 handelt es sich insbesondere um ein so genanntes Mainboard des Computersystems 1. Auf der Leiterplatte 16 ist ein Prozessor 17 angeordnet. Der Prozessor 17 ist im Ausführungsbeispiel in einen mit der Leiterplatte 16 verlöteten Sockel 18 eingesetzt. Selbstverständlich kann der Prozessor 17 auch unmittelbar mit der Leiterplatte 16 verlötet sein. Der Prozessor 17 besitzt beispielsweise eine maximale elektrische Leistung von 35 Watt und erzeugt im Betrieb eine entsprechend große Abwärme. Auf einer Oberfläche des Prozessors 17 ist daher ein Kühlkörper 19 angeordnet. Der Kühlkörper 19 weist im Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von parallelen Kühlrippen auf, die in der 2 parallel zu der dargestellten Schnittrichtung verlaufen.
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Wie sich aus dem Querschnitt gemäß 2 ergibt, bildet ein unterer Teil des Tragarms 4 eine Lufthutze über dem Kühlkörper 19 des Prozessors 17. Der Kühlkörper 19 ragt im Ausführungsbeispiel teilweise in den Tragarm 4 hinein, sodass die Oberfläche des Kühlkörpers 19 größer ausfallen kann, als bei einem vollständig in die Basiseinheit 3 integrierten Kühlkörper. Alternativ kann der Kühlkörper 19 auch vollständig im Bereich der Basiseinheit 3 angeordnet werden.
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Hinter dem Kühlkörper 19, im Querschnitt gemäß 2 rechts, ist der Lüfter 12 angeordnet. Bei dem Lüfter 12 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Axiallüfter, der teilweise in dem Tragarm 4 und teilweise in dem Gehäuse 15 der Basiseinheit 3 angeordnet ist. Der Lüfter 12 erzeugt einen in der 2 nach rechts gerichteten Abluftstrom, der das Computersystem 1 über eine erste Luftaustrittsöffnung 13 an eine Rückseite der Basiseinheit 3 und eine zweite Luftaustrittsöffnung 14 im unteren Bereich des Tragarms 4 verlässt. Alternativ kann der Lüfter auch vollständig in dem Tragarm 4 angeordnet werden.
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Im in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel tritt zur Kühlung verwendete Luft durch Gehäuseöffnungen 23 an einer Unterseite 24 des Gehäuses 15 ein. Die Gehäuseöffnungen 23 sind durch Lamellen voneinander getrennt. Um die Unterseite 24 der Basiseinheit 3 von einer Stellfläche des Computersystem 1 zu beabstanden und so einen Lufteintritt von frischer Umgebungsluft durch die Gehäuseöffnungen 23 zu ermöglichen, sind an der Unterseite 24 Stellfüße 25 angeordnet.
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Die Kühlluftströmung fließt von den Gehäuseöffnungen 23 auf der Unterseite 24 des Gehäuses 15 um die Leiterplatte 16 herum und bewirkt neben einer Kühlung des Prozessors 17 auch eine Kühlung auf der Leiterplatte 16 angeordneter Komponenten. Auch andere Komponenten der Basiseinheit 3, wie beispielsweise ein in den Figuren nicht dargestelltes, internes Netzteil sowie ein Speicherlaufwerk der Basiseinheit 3, werden durch die Luftströmung gekühlt.
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Die Ausführungsform gemäß den 1 und 2 ermöglicht die Verwendung eines verhältnismäßig großen Axiallüfters zur Belüftung der Basiseinheit 3. Dabei kann insbesondere ein Lüfter 12 gewählt werden, dessen Durchmesser größer ist als die Bauhöhe des Gehäuses 15 der Basiseinheit 3 selbst. Der untere Teil des Tragarms 4 dient dabei gleichzeitig zur Bereitstellung eines vergrößerten Volumens zum Einbau des Lüfters 12 und als Lufthutze für den Kühlkörper 19.
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3 zeigt eine Basiseinheit 3 mit aufgesetztem Tragarm 4 eines Computersystems 1 gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Anzeigeeinheit 2 in der 3 nicht dargestellt. Die Basiseinheit 3 gemäß 3 entspricht weitgehend der Basiseinheit 3 gemäß 1 und weist vergleichbare Anschlüsse und Bedienelemente 6 bis 8 sowie 10 und 11 auf.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist wiederum ein Lüfter 12 in dem Tragarm 4 angeordnet. Anders als in der Ausgestaltung gemäß 1 ist der Lüfter 12 gemäß 3 derart ausgerichtet, dass er einen nach oben gerichteten Abluftstrom erzeugt.
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4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch das Computersystem 1 gemäß 3. Der Querschnitt verläuft wiederum parallel zu den Seitenwänden der Basiseinheit 3 im Bereich des Tragarms 4. In dem Querschnitt gemäß 4 ist der innere Aufbau des Computersystem 1 gemäß 3 sowie dessen Kühlluftführung zu erkennen.
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In der 4 ist zu erkennen, dass oberhalb eines Prozessors 17 und eines darauf angeordneten Kühlkörpers 19 eine Luftdurchtrittsöffnung 20 in der Oberseite 9 des Gehäuses 15 angeordnet ist. Die Luftdurchtrittsöffnung 20 wird im Ausführungsbeispiel durch eine Mehrzahl von Gehäuseperforationen gebildet. Die Gehäuseperforationen in der Oberseite 9 stellen unter anderem eine elektromagnetische Abschirmung des Gehäuses 15 sicher. In dem Tragarm 4 ist oberhalb der Luftdurchtrittsöffnung 20 der Lüfter 12 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Lüfter 12 um einen Axiallüfter, der eine nach oben gerichtete Luftströmung erzeugt. Durch Anordnung des Lüfters 12 in dem Tragarm 4 kann sich der Kühlkörper 19 fast bis an die Oberseite 9 des Gehäuses 15 erstrecken.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel tritt Kühlluft in einem Hohlraum unterhalb einer Leiterplatte 16 in das Gehäuse 15 ein und fließt dann seitlich um die Leiterplatte 16 herum bevor sie durch die Kühlrippen des Kühlkörpers 19 strömt, dort erwärmt wird, und von dort im Wesentlichen senkrecht nach oben aufsteigt. Am oberen Ende des Tragarms 4 sind eine Mehrzahl von Lamellen 21 mit dazwischen liegenden Gehäuseöffnungen 22 angeordnet, die zusammen eine Luftaustrittsöffnung 14 bilden. Die Lamellen 21 verhindern einen Eintritt von Fremdkörpern in den Tragarm 4, behindern den Austritt von erwärmter Luft jedoch nur geringfügig. Ist der Lüfter 12 eingeschaltet, erzeugt er einen Sog durch das Gehäuse 15 für eine aktive Kühlung der Basiseinheit 3. Bei dem Lüfter 12 handelt es sich um einen Axiallüfter mit verhältnismäßig großen Zwischenräumen zwischen den einzelnen Rotorblättern. Somit behindert der Lüfter 12 auch im abgeschalteten Zustand das Aufsteigen von Warmluft über dem Kühlkörper 19 nur wenig. Der hohle Tragarm 4 wirkt dabei als Kamin und beschleunigt die entstandene Warmluftströmung zur passiven Kühlung der Basiseinheit durch natürliche Konvektion.
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Bei Verwendung besonders energieeffizienter Prozessoren, wie sie beispielsweise in verhältnismäßig leistungsschwachen Desktop-Computern wie etwa ”Zero Clients” oder ”Thin Clients” Verwendung finden, reicht die durch Konvektion verursachte Kühlwirkung zur passiven Kühlung des Prozessors 17 sowie weiterer in die Basiseinheit 3 aufgenommener Komponenten aus. Somit ergeben sich als weitere Vorteile eine Einsparung der Energie zum Betrieb eines Lüfters sowie ein Wegfall eines damit verbundenen Betriebsgeräusches.
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Die allein durch Konvektion erzeugte Kühlluftströmung reicht aus, um einen typischen Arbeitsplatzcomputer in einem Bereitschaftszustand oder in einem Zustand geringer Auslastung dauerhaft zu kühlen. Reicht die Kühlung in einem leistungsfähigeren ”Fat Client” System oder einem Zustand großer Auslastung nicht aus, um den Prozessor 17 zu kühlen, sorgt in der Ausgestaltung gemäß den 3 und 4 der Lüfter 12 für die erforderliche Kühlung durch Vergrößerung des Kühlluftstroms.
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Zur Steuerung des Lüfters 12 weist das Computersystem 1 eine Steuerlogik auf. Durch sie wird der Lüfter 12 beim Überschreiten einer vorgegebenen, maximalen Betriebstemperatur des Prozessors 17 eingeschaltet und in Abhängigkeit einer aktuellen Prozessortemperatur geregelt. Beim Erreichen eines ersten, unteren Schwellwertes wird der Lüfter 12 zunächst mit einer minimalen Drehzahl, beispielsweise mit einer Drehzahl von 1000 Umdrehungen je Minute eingeschaltet. Mit zunehmender Prozessortemperatur wird der Lüfter 12 dann auf eine größere Drehzahl geregelt, bis eine maximale Drehzahl des Lüfters 12, beispielsweise eine Drehzahl von 6000 Umdrehungen je Minute erreicht ist. Steigt die Temperatur des Prozessors 17 auch über diesen oberen Temperaturgrenzwert an, wird zusätzlich eine Drosselung oder eine vorübergehende Abschaltung des Prozessors 17 vorgenommen, um ein weiteres Ansteigen dessen Betriebstemperatur zu vermeiden.
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Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 wurden unterschiedliche Ausgestaltungen platzsparender Computersysteme 1 mit einer verbesserten Kühlung beschrieben. Selbstverständlich lassen sich die unterschiedlichen Maßnahmen der verschiedenen Ausgestaltungen in vielfacher Weise miteinander kombinieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Computersystem
- 2
- Anzeigeeinheit
- 3
- Basiseinheit
- 4
- Tragarm
- 5
- Vorderseite
- 6
- Einschubschlitz
- 7
- USB-Anschluss
- 8
- Audio-Anschluss
- 9
- Oberseite
- 10
- Ein-/Ausschalter
- 11
- Fingerabdrucksensor
- 12
- Lüfter
- 13
- Luftaustrittsöffnung
- 14
- Luftaustrittsöffnung
- 15
- Gehäuse
- 16
- Leiterplatte
- 17
- Prozessor
- 18
- Sockel
- 19
- Kühlkörper
- 20
- Luftdurchtrittsöffnung
- 21
- Lamelle
- 22
- Gehäuseöffnung
- 23
- Gehäuseöffnung
- 24
- Unterseite
- 25
- Stellfuß
