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Die Erfindung betrifft das Thermomanagement von Computersystemen.
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Im Stand der Technik sind kompakte Computersysteme für die Entwicklung elektronischer Steuersysteme im Feldeinsatz bekannt. Insbesondere im Zuge der fortschreitenden Automatisierung von Fahrzeugen steigen in jüngerer Zeit die Anforderungen an die Rechenleistung derartiger Computersysteme, weil sie in Echtzeit große Mengen an Sensordaten verarbeiten müssen. Dementsprechend gehen Hersteller vermehrt dazu über, besagte Computersysteme mit leistungsstarken Prozessoren und Grafikprozessoren auszustatten. Beispiele sind die Drive AGX Platform von NVIDIA und die MicroAutoBox III der dSPACE GmbH.
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Ein häufiges Problem beim Entwurf derartiger Computersysteme ist deren hinreichende Kühlung. Weil sie häufig unter beengten Verhältnissen zum Einsatz kommen, beispielsweise in einem mit elektronischen Testgeräten aufgefüllten Kofferraum eines Autos, wird grundsätzlich eine kompakte, platzsparende Bauweise angestrebt, für die eine passive Kühlung vorteilhaft ist. Andererseits muss die Kühlung angesichts der hohen Rechenleistung leistungsstark sein, was mit einer passiven Kühlung nur schwer umsetzbar ist, zumal Einsätze besagter Computersysteme, siehe wiederum das Beispiel mit dem Kofferraum, mitunter bei hoher Temperatur der Umgebungsluft erfolgen.
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Die bislang bekannten Ansätze für kompakte Hochleistungs-Computersysteme sind dementsprechend Kompromisslösungen, die ein bestenfalls pareto-optimales und nicht änderbares Verhältnis zwischen Kompaktheit und hinreichender, eine hohe Rechenleistung ermöglichender Kühlung bieten. Entscheidet sich ein Hersteller eines Computersystems beispielsweise im Interesse einer möglichst kompakten Bauform für den Verbau eines relativ schwachen Kühlsystems, setzt er damit eine obere Grenze für die Rechenleistung des Computersystems. Selbst wenn die verbauten Rechenkerne eine Überschreitung dieser Grenze grundsätzlich erlauben würden, würde eine solche Überschreitung zu einer Überhitzung des Computersystems führen.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Anpassbarkeit eines kompakten Hochleistungscomputersystems an unterschiedliche Einsatzbedingungen zu verbessern.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine an ein Computersystem ansetzbare Kühlereinheit vorgeschlagen, die zumindest einen Rotor zur Erzeugung eines Luftstroms umfasst, weiterhin ein Luftkanalsystem zur Leitung des Luftstroms zu Kühlrippen des Computersystems, um durch Anströmung der Kühlrippen Abwärme des Computersystems von den Kühlrippen fortzuleiten.
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Die Kühlereinheit umfasst außerdem einen zur Erkennung eines elektrischen Stroms ausgestalteten Stromsensor, beispielsweise einen Hall-Sensor oder einen Reed-Schalter, der eingerichtet ist, einen in dem Computersystem fließenden Betriebsstrom zu detektieren, und eine Schaltereinheit, die eingerichtet ist, den mindestens einen Rotor einzuschalten, wenn der Stromsensor einen Betriebsstrom detektiert, und den mindestens einen Rotor auszuschalten, wenn der Stromsensor keinen Betriebsstrom detektiert.
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Unter einem Betriebsstrom des Computersystems ist ein elektrischer Strom zu verstehen, der als Indikator für einen Regelbetrieb des Computersystems geeignet ist, was insbesondere bedeutet, dass der Betriebsstrom in einer Stromleitung fließt, die für die Leitung eines Stromes im Regelbetrieb des Computersystems vorgesehen ist, und dass der Betriebsstrom eine für den Regelbetrieb des Computersystems vorgesehene Stromstärke nicht unterschreitet. Dementsprechend ist vorteilhaft anhand der Anordnung und Empfindlichkeit des Stromsensors oder anhand einer Konfiguration des Schaltelements sichergestellt, dass das Schaltelement keine anderen Ströme wie Kriechströme oder Entladungen aus Restspannungen als Betriebsströme fehlinterpretiert.
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Aus der
DE 10 2008 015 592 A1 ist bereits eine Kühlereinheit bekannt, die auf ein Computersystem aufsetzbar und zur Wartung oder Reinigung von dem Computersystem trennbar ist.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kühlereinheit besteht darin, dass sie optional auf das Computersystem aufsetzbar ist und sich nach ordnungsgemäßer Aufsetzung im Wesentlichen wie ein herkömmliches, untrennbar in einem Computersystem verbautes aktives Kühlsystem verhält. Dieses Merkmal äußert sich insbesondere in der Ansteuerung des Rotors anhand des Stromsensors, die die Belüftung erst dann einschaltet, wenn das Computersystem in Betrieb genommen ist und die Belüftung ausschaltet, wenn das Computersystem außer Betrieb genommen ist. Selbstverständlich sind Ausbaustufen der Erfindung möglich, in denen mittels weiterer Sensorik das Verhalten der Kühlereinheit noch mehr dem Verhalten eines internen Kühlungssystems angepasst ist. Beispielsweise kann die Kühlereinheit einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Umgebungsluft oder eines Bauteils des Computersystems umfassen, und die Schaltereinheit kann eingerichtet sein, den mindestens einen Rotor erst dann einzuschalten, wenn die vom Temperatursensor gemessene Temperatur einen Schwellwert überschreitet, und den Rotor auszuschalten, wenn die vom Temperatursensor gemessene Temperatur den Schwellwert unterschreitet.
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Ein Anwender hat durch die erfindungsgemäße Kühlereinheit die Wahl, das Computersystem zugunsten der Kompaktheit des Computersystems ohne die angesetzte Kühlereinheit zu betreiben oder das Computersystem mit angesetzter Kühlereinheit zu betreiben, um unter Inkaufnahme eines höheren Platzbedarfs des Computersystems das Computersystem bei höherer Umgebungstemperatur und/oder mit höherer Rechenleistung zu betreiben. Auf diese Weise erhöht die Erfindung die Flexibilität des Computersystems, weil dessen Breite an Einsatzmöglichkeiten unter unterschiedlichen Bedingungen in Hinsicht auf Platz, Umgebungstemperatur und benötigter Rechenleistung gegenüber dem Stand der Technik erhöht ist.
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Das Computersystem ist vorteilhaft bei üblicher Raumtemperatur ohne angesetzte Kühlereinheit im Regelbetrieb betreibbar und für eine passgenaue Ansetzung der Kühlereinheit ausgestaltet und umfasst weiterhin vorteilhaft Befestigungsmittel, insbesondere leicht lösbare Befestigungsmittel, zur stabilen Ansetzung der Kühlereinheit.
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Die Kühlereinheit umfasst vorteilhaft einen elektrischen Ein-Ausgang, mittels dessen die Kühlereinheit derart mit dem Computersystem elektrisch verbindbar ist, dass der Betriebsstrom zumindest anteilig durch die Kühlereinheit geleitet ist. Der Stromsensor kann in dieser Ausführung angeordnet und eingerichtet sein, den Betriebsstrom innerhalb der Kühlereinheit anhand des durch die Kühlereinheit geleiteten Anteils des Betriebsstroms zu detektieren. Die Kühlereinheit und das Computersystem umfassen vorteilhaft elektrische Anschlüsse zur Einrichtung der elektrischen Verbindung, beispielsweise in Form von Steckverbindungen zur Verlegung einer Kabelverbindung oder in Form kabelloser Kontaktverbindungen, die bei Ansetzung der Kühlereinheit an das Computersystem automatisch eine elektrische Verbindung herstellen. Grundsätzlich ist es möglich, den durch die Kühlereinheit geleiteten Anteil des Betriebsstroms des Computersystems auch zur Energieversorgung von Komponenten der Kühlereinheit zu verwenden, insbesondere des mindestens einen Rotors.
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Besonders vorteilhaft ist der elektrische Ein-Ausgang der Kühlereinheit nicht nur für die Leitung eines Anteils des Betriebsstroms durch die Kühlereinheit, sondern zusätzlich auch zur Anlegung einer Eingangsspannung an das Computersystem zur Versorgung des Computersystems mit elektrischer Energie eingerichtet. In dieser Ausführung erfolgt also die Energieversorgung des Computersystems, wenn es in Kombination mit der Kühlereinheit betrieben wird, vollständig durch die Kühlereinheit.
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Das Computersystem umfasst in der letztgenannten Ausführung also einen regulären Stromanschluss zur Anlegung einer Eingangsspannung, der, wenn das Computersystem ohne Kühlereinheit betrieben werden soll, direkt mit einer Energiequelle verbunden wird, beispielsweise einer Netzspannung oder einer Batteriespannung. Zum Betrieb des Computersystems mit Kühlereinheit wird dahingegen der Stromanschluss des Computersystems mit dem elektrischen Ein-Ausgang der Kühlereinheit verbunden, und die Energiequelle wird anstatt mit dem Computersystem mit einem Stromanschluss der Kühlereinheit verbunden. Die Kühlereinheit ist ausgestaltet, einen Teil des von der Energiequelle bezogenen elektrischen Stroms zur Energieversorgung ihrer eigenen Komponenten zu nutzen und einen Teil als Betriebsstrom über ihren elektrischen Ein-Ausgang an das Computersystem weiterzuleiten.
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Diese Ausführung ist vorteilhaft, weil sie den regulären Stromanschluss des Computersystems zur Leitung des Betriebsstroms durch die Kühlereinheit nutzt und demnach ohne einen dedizierten, zu diesem Zweck vorgesehenen elektrischen Anschluss am Computersystem auskommt. Außerdem bietet sie einen Komfortvorteil, weil nur ein Stromkabel zur Energieversorgung des Gesamtsystems aus Computersystem und Kühlereinheit nötig ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen und deren nachfolgende Beschreibungen stellen eine vorteilhafte, aber beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung dar. Es zeigen
- 1 eine Gesamtansicht eines Computersystems mit einer angesetzten Kühlereinheit;
- 2 eine isometrische Ansicht einer vom Computersystem getrennten Kühlereinheit und der in ihr verbauten Komponenten; und
- 3 eine schematische Darstellung der Elektrik der Kühlereinheit.
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Die Abbildung der 1 zeigt ein kompaktes Computersystem 2 mit einer passgenau an das Computersystem 2 angesetzten, von dem Computersystem 2 trennbaren Kühlereinheit 4. Das Computersystem 2 ist ohne angesetzte Kühlereinheit 4 im Regelbetrieb betreibbar und als geschlossenes Computersystem ausgestaltet. Das heißt, eine Öffnung des Computersystems 4 oder eine Änderung seiner Hardwareausstattung durch einen Endanwender ist nicht vorgesehen. Das Computersystem 2 umfasst Kühlrippen 6 zur passiven Kühlung des Computersystems 2 und einen ersten Stromanschluss 8 zur Energieversorgung des Computersystems 2.
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Die Kühlereinheit 4 umfasst einen zweiten Stromanschluss 10 zur Energieversorgung der Kühlereinheit 4. Der erste Stromanschluss 8 und der zweite Stromanschluss 10 sind jeweils als Buchse für ein steckbares Stromkabel ausgestaltet. Die Buchsentypen des ersten Stromanschlusses 8 und des zweiten Stromanschlusses 10 sind identisch, sodass ein und dasselbe Stromkabel wahlweise in den ersten Stromanschluss 8 oder in den zweiten Stromanschluss 10 einsteckbar ist. Die Kühlereinheit 4 umfasst weiterhin einen elektrischen Ein-Ausgang 12 zur Einrichtung einer elektrischen Kabelverbindung 26 zwischen dem elektrischen Ein-Ausgang 12 und dem ersten Stromanschluss 8. Für einen Betrieb des Computersystem 2 ohne die Kühlereinheit 4 wird ein Stromkabel in den ersten Stromanschluss 8 eingesteckt. Für einen Betrieb des Computersystems 2 mit angesetzter Kühlereinheit 4 wird das Stromkabel in den zweiten Stromanschluss 10 eingesteckt und eine elektrische Kabelverbindung 26 zwischen dem elektrischen Ein-Ausgang 12 und dem ersten Stromanschluss 8 eingerichtet, sodass der elektrische Ein-Ausgang 12 das Computersystem 2 mit Energie versorgt.
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Die Kühlereinheit 4 umfasst weiterhin Ansaugöffnungen 16 und ein aus Leitblechen 14 gebildetes Luftkanalsystem zur Anströmung der Kühlrippen 6 mit durch die Ansaugöffnungen 16 angesaugter Umgebungsluft. Die Abbildung der 2 zeigt die vom Computersystem 2 getrennte Kühlereinheit 4. Die Kühlereinheit 4 umfasst in ihrem Inneren vier Radiallüfter 18 mit jeweils einem Rotor, die angeordnet sind, die durch die Ansaugöffnungen 16 angesaugte Luft in die Leitbleche 14 zu leiten. In der Kühlereinheit 4 ist außerdem eine Elektronik 20 verbaut. Die Elektronik 20 umfasst als Stromsensor einen Hall-Sensor 22, der angeordnet ist, um einen durch den elektrischen Ein-Ausgang 12 fließenden Betriebsstrom des Computersystems 12 zu detektieren, und eine Schaltereinheit 24 zur Überwachung des Hall-Sensors 22 und Ansteuerung der Radiallüfter 18.
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Die Abbildung der 3 skizziert in vereinfachter Form die Elektrik der Kühlereinheit 4. Eine elektrische Kabelverbindung 26 verbindet den elektrischen Ein-Ausgang 12 der Kühlereinheit 4 mit dem ersten Stromanschluss 8 des Computersystems 2. Die am zweiten Stromanschluss 10 der Kühlereinheit 4 anliegende Eingangsspannung ist gleichzeitig die Eingangsspannung des Computersystems 2, und das Computersystem 2 und die Elektrik der Kühlereinheit 4 mit der Schaltereinheit 24 und den Radiallüftern 18 sind in der Kühlereinheit 4 parallelgeschaltet. Der Hall-Sensor 22 ist angeordnet, um den durch den elektrischen Ein-Ausgang 12 bzw. die elektrische Kabelverbindung 26 fließenden Betriebsstrom des Computersystems 2 zu detektieren. Die Schaltereinheit 24 ist eingerichtet, um den Hall-Sensor 22 zu überwachen, die Radiallüfter 18 einzuschalten, wenn der Hall-Sensor 22 einen Betriebsstrom detektiert und die Radiallüfter 18 auszuschalten, wenn der Hall-Sensor 22 keinen Betriebsstrom detektiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008015592 A1 [0009]
