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Die Erfindung betrifft eine Datenverarbeitungsvorrichtung,
insbesondere einen Personal-Datenverarbeitungsvorrichtung oder ein
sonstiges Multimediagerät
mit einem Gehäuse,
das zumindest ein Netzteil, eine CPU und vorzugsweise wenigstens eine
Festplatte umschließt.
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Derartige Datenverarbeitungsvorrichtungen gehören heute
zur Standartausstattung eines jeden Büros und finden sich darüber hinaus
innerhalb der meisten Privathaushalte. Insbesondere im Zusammenhang
mit der Entwicklung des Internets, aber auch mit der Ausgestaltung
derartiger Datenverarbeitungsvorrichtungen zu Multimedia-Geräten sind
derartige Datenverarbeitungsvorrichtungen häufig im Dauerbetrieb eingesetzt.
Sie laufen zumeist rund um die Uhr, wobei dies zum Teil in lärmsensibler
Umgebung, wie etwa Wohn-, Schlaf-, Büruo- und Schulungsräumen oder
Praxen und Kanzleien stattfindet.
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Im Zusammenhang mit den bereits erwähnten Leistungszuwächsen der
heutigen Computergeneration sind auch die einzelnen Bauteile, insbesondere
der Prozessor bzw. die CPU deutlich leistungsfähiger ausgestaltet.
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Der Energiebedarf dieser Geräte mithin
auch von diesen Geräten
abgegebene Wärme
hat deutlich zugenommen. Die von den Rechnern jeweils benötigte Kühlleistung
ist daher ebenfalls beträchtlich
gestiegen. Üblicherweise
wird dieses Problem dadurch gelöst,
dass in einem Rechner eine zunehmende Anzahl von möglichst
leistungsstarken Lüftern
angeordnet ist. Aus Kosten- und Platzgründen werden dabei üblicherweise
kleine und sehr schnell drehende Lüfter eingesetzt. Derartige
Lüfter
sind im Wesentlichen für
die mit dem Betrieb eines Datenverarbeitungsvorrichtung verbundene
Lärmbelastung
des Benutzers verantwortlich. Die mit der Datenverarbeitungsvorrichtung
verbundene Lärmbelastung
der Benutzer stellt ein wichtiges Qualitätskriterium für die Beurteilung
der Qualität
einer derartigen Anlage dar, das sehr oft als kaufentscheidend angesehen
wird.
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Schließlich haben sich in der Praxis
derartige Lüfter
als häufige
Fehlerursache für
solche Anlagen herausgestellt. Der Ausfall eines Lüfters führt meistens
unweigerlich zu einer weiteren Schädigung oder Betriebsstörung des
Geräts,
in dem die infolge des Ausfalls eines Lüfters nicht mehr hinreichend
gekühlten
Bauelemente, also vorzugsweise der Prozessor und/oder das Netzteil,
irreversibel infolge der Wärmeeinwirkung
geschädigt
werden oder zumindest nicht mehr stabil arbeiten. Außerdem nehmen
durch Verschleiß an
den Lagern die Lüftergeräusche zu.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, einen möglichst
geräuscharme
Datenverarbeitungsvorrichtung zu schaffen.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt
zunächst dadurch,
dass in Verbindung mit dem Netzteil des Rechners übliche Lüfter vollständig dadurch
erspart werden kann, dass der in dem Netzteil befindliche Spannungswandler
vollständig
an das Netzteilgehäuse
thermisch angekoppelt ist, indem ein Wärmekontakt zwischen Spannungswandler
und Kühlkörpergehäuse durch
Verguss hergestellt ist.
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Das Netzteil wandelt die netzseitig
gelieferte Wechselspannung in eine Gleichspannung um. Die dabei
im Spannungswandler entstehende Wärmeenergie wird über die
Gussmasse, die als Wärmeleiter wirkt,
an die Aussenwandung des Netzteils abgeführt. Dabei hat sich der hierdurch
erreichte Kühleffekt
auch für
größere Netzteile
als hinreichend erwiesen.
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Das Netzteil kann im Rahmen der vorliegenden
Erfindung selbstredend auch in Alleinstellung und/oder in Verbindung
mit beliebigen anderweitigen Stromverbrauchern vertrieben, hergestellt
und/oder eingesetzt werden
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Das Ausgießen des Netzteils erfolgt mit
einer handelsüblichen
PU- (Polyurethan) -Vergussmasse, die auch im Trafobereich und im
Bereich von elektrischen Maschinen zum Vergießen von elektrotechnischen
Bauelementen eingesetzt wird.
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Das Netzteilgehäuse ist zur Erhöhung der zur
Kühlung
eingesetzten Oberfläche
mit einer Außenverippung
versehen und somit als Kühlkörpergehäuse gestaltet.
Darüber
hinaus ist eine besonders ausgeprägte Verrippung durch ausgeprägte Kühlrippen
ermöglicht,
die bei bestimmungsgemäßem Einbau
des Netzteils in Strömungsrichtung
der durch Konvektion erwärmten
Umgebungsluft angeordnet sind. Die infolge der Wärmeeinwirkung aufsteigende Luft
kann durch diese Kühlkanäle abströmen, wobei durch
die an den Kühlrippen
vorbei strömende
Luft in an sich bekannterweise eine zusätzliche Kühlung des Kühlkörpergehäuses bewirkt wird.
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In alternativer Ausgestaltung kann
das Netzteilgehäuse
auch mit einem separaten Kühlkörper und/oder
einem Wasserkühler
verbunden sein.
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Ein weiterer ansonsten unerlässlicher
Lüfter der
Datenverarbeitungsvorrichtung kann dadurch eingespart werden, dass
die CPU der Datenverarbeitungsvorrichtung, die üblicherweise auf dem Mainboard
des Datenverarbeitungsvorrichtung angeordnet ist, über eine
sogenannte Heatpipe an das Gehäuse
der Datenverarbeitungsvorrichtung thermisch angekoppelt wird. Unter
einer Heatpipe sind Wärmeleitelemente
zu verstehen, die es gestatten, die in die Heatpipe eingeführte Wärme mittels
eines Wärme-Transportmediums,
vorzugsweise Wasser oder einer wässrigen
Lösung,
abzuführen
und an einem definierten Ort wieder austreten zu lassen.
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In konkreter Ausgestaltung ist die
Heatpipe im Bereich der CPU mit einem Wärmeeinkoppelelement versehen,
um die von der CPU gelieferte Wärme
aufzunehmen und an das in der Heatpipe befindliche Wärme-Transportmedium
abzugeben und schließlich über einen
Wärmeauskoppelelemt,
der an das Datenverarbeitungsvorrichtungs-Gehäuse thermisch angekoppelt ist
abzugeben.
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Im Interesse eines möglichst
geringen Wärmeübergangswiderstandes
zur Umgebungsluft hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das
Gehäuse als
Metallgehäuse
ausgestaltet ist.
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Derartige Metallgehäuse bieten
darüber
hinaus den Vorteil einer besonderen Robustheit gegenüber äußeren Einwirkungen.
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Um auch ohne zusätzlichen Lüfter für die CPU eine hinreichende
Kühlleistung
bereitzustellen, hat es sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn
das fragliche Gehäuse
entsprechend der abzugebenden Wärme
dimensioniert ist. Die zu bevorzugende Bauart der erfindungsgemäßen Datenverarbeitungsvorrichtung
sieht demnach ein Tower-Gehäuse
vor. Derartige Tower-Gehäuse
erlauben auch die Nachrüstung
weiterer Steckkarten oder sonstiger Zusatzgeräte.
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Selbstverständlich kann die Wärmeabführung durch
das Gehäuse
dadurch verbessert werden, dass auch dieses Gehäuse mit zusätzlichen Kühlkörpern versehen ist, um die
Wärmeabgabe durch
Vergrößerung der
Oberfläche
und damit Verstärkung
der Konvektion zu erhöhen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist
zumindest eine Wandung des Gehäuses
mit einer ausgeprägten Außenverippung
versehen, dass sich auch hierbei bestimmungsgemäßer Aufstellung des Gehäuses im Wesentlichen
durch Konvektion in Richtung der Längserstreckung der Kühlrippen
die Wärme
an die aufsteigende Luft abgegeben wird.
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In vorteilhafter Ausgestaltung kann
der erfindungsgemäße Datenverarbeitungsvorrichtung
somit vollständig
lüfterfrei
aufgebaut sein.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
eines in der Zeichnung nur schematisch dargestellten Darstellungsbeispiels
näher erläutert.
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Es zeigen;
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1:
den Grundaufbau eines Datenverarbeitungsvorrichtung als Blockschaltbild,
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2:
ein Netzteil der Datenverarbeitungsvorrichtung in einer Draufsicht,
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3:
einen Ausschnitt der Datenverarbeitungsvorrichtung in einer Detailansicht
und
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4:
eine Heatpipe in einer Funktionsskizze.
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Die in 1 in
einer Prinzipskizze dargestellte Datenverarbeitungsvorrichtung 1 besteht
im Wesentlichen aus einem auf dem Mainboard 2 angeordneten
Mikroprozessor, der im Weiteren als CPU 3 bezeichnet wird.
Der Arbeitsspeicher der Datenverarbeitungsvorrichtung 1,
der sogenannte interne Speicher, besteht aus einem RAM 4 und
einem ROM 5, die beide über
ein Bussystem 6 mit der CPU 3 in Datenverbindung
stehen. An diesen Bus 6 sind darüber hinaus Eingabegeräte 7,
wie etwa eine Tastatur, eine Maus, ein Joystick und sonstige Geräte angeschlossen. Über den
gleichen Bus werden auch die Ausgabegeräte 8, wie etwa ein
Bildschirm oder ein Drucker bedient. Darüber hinaus weist die Datenverarbeitungsvorrichtung 1 neben
den internen Speicherelementen 4 und 5 üblicherweise
externe Speicher 10, wie etwa ein Diskettenlaufwerk, ein
Festplattenlaufwerk, ein CD-ROM Laufwerk oder ein Magnetband auf.
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Zur Energieversorgung der CPU 3 aber
auch der sonstigen stromverbrauchenden Bauteile weist die Datenverarbeitungsvorrichtung 1 ein
Netzteil 11 auf, das einen Spannungswand ler enthält in dem
die netzseitig gelieferte Wechselspannung in die von den einzelnen
Bauteilen benötigte,
vorzugsweise ca. 3, 5 und 12 Volt u.a., Gleichspannung umgesetzt
wird. Im Unterschied zu herkömmlichen
Datenverarbeitungsvorrichtungen sind in dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel
weder der CPU 3 noch dem Netzteil 11 Lüftereinheiten
zugeordnet. Vielmehr ist die komplette Datenverarbeitungsvorrichtung 1 vollständig lüfterfrei
aufgebaut.
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Dieser Aufbau wird durch folgende
spezielle Ausgestaltungen des Datenverarbeitungsvorrichtung 1 ermöglicht:
Gemäß 2 ist ein Gehäuse 12 des
Netzteils 11 mit einer Außenverrippung 13 versehen.
Die Außenverrippung 13 dient
dazu die Oberfläche
des Netzteilgehäuses 12 im
Sinne einer besseren Wärmeabgabe zu
vergrößern. Das
Netzteilgehäuse 12 ist
somit als Kühlkörper ausgestaltet.
Im Bereich wenigstens einer Wandung sind ausgeprägte Kühlrippen 14 vorgesehen,
die parallel vorzugsweise äquidistant
zumindest an einer Wandung des Netzteilgehäuses 12 angeordnet
sind. Die ausgeprägten
Kühlrippen 14 bestimmen
und begrenzen Konvektionskanäle 15.
Infolge der Wärmeabgabe
durch das Netzteilgehäuse 12 erwärmte Luft
aufsteigt und dabei an der Wandung des Kühlkörpergehäuses 12 entlang streicht.
Hierdurch wird eine Kühlwirkung
erzielt.
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Bestimmungsgemäß wird das Netzteil 11 derart
eingebaut, dass die ausgeprägten
Kühlrippen 14 ihrer
Längserstreckung
nach zumindest im wesentlichen in Strömungsrichtung der infolge der
Konverktion aufsteigenden Luft aufgebaut sind und somit Konvektionskanäle 15 ebenfalls
entsprechend der Strömungsrichtung
der erwärmten
Luft bilden.
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Bei dem Netzteil handelt es sich
um ein leistungsstarkes 360-Watt Netzteil, wie es in Verbindung mit üblichen
Multimedia-PC's
eingesetzt wird. Hierdurch sind entsprechende Leistungsreserven
für Erweiterungen
der Datenverarbeitungsvorrichtung oder Belastungsspitzen gegeben.
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Das Netzteil 11 verfügt über einen
netzseitigen Wechselstromanschluss 16 und versorgt auf
der Sekundärseite
die Bauteile des PC's
mit der nötigen Betriebsspannung.
Hierzu ist ein Bündel
von Versorgungsleitungen 17 mit dem Netzteil 11 verbunden. Um
die im Rahmen der Spannungswandlung entstehende Umsetzungs- bzw.
Verlustwärme
an das Netzteilgehäuse 12 möglichst
flächig
abführen
zu können, ist
der in dem Netzteil 11 und hier nicht weiter dargestellte
Spannungswandler an das Gehäuse
des Netzteils 12 thermisch angekoppelt, indem das Netzteilgehäuse 12 mit
einer PU-Vergussmasse
ausgegossen ist. Durch die vergossene Ausführung des Netzteils 11 kann
auch ein Netzteil 11 der vorstehend beschriebenen Leistungsstärke lüfterlos
betrieben werden.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass das
vorstehend erläuterte
Netzteil 11 selbstredend auch in Verbindung mit anderen
Stromverbrauchern im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden kann.
Insbesondere ist der Einsatz des Netzteils in HIFI-Anlagen, Fernsehen
oder anderen Multimedia-Geräten;
meß- und Steuergeräten oder
sonstig computerbasierten Einrichtungen denkbar.
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Gemäß 3 ist die CPU 3 auf dem Mainboard 2 angeordnet
und über
eine sogenannte Heatpipe 20 mit einer Wandung 21 des
Gehäuses
der Vorrichtung thermisch verbunden.
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Die Datenverarbeitungsvorrichtung 1 ist
als Tower mit einem Metallgehäuse
versehen, wobei zumindest eine Wandung mit Kühlrippen 22 versehen ist,
die vorzugsweise an einer Breitseite des Datenverarbeitungsvorrichtung 1 unter
Ausbildung von Konvektionskanälen
analog zu der im Zusammenhang mit dem Netzteil vorgestellten Lösung beitragen.
Durch die Konvektionskanäle
zwischen den Kühlrippen 22 strömt die infolge
der Wärmeabführung an
das Metallgehäuse
der Datenverarbeitungsvorrichtung 1 erwärmte Luft nach oben und führt dabei
die zugeführte
Wärme ab.
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Selbstverständlich können auch sämtliche oder mehrere Wandungen
oder nur Wandungsbereiche der Datenverarbeitungsvorrichtung 1 mit
entsprechenden Kühlrippen 22 versehen
sein. Die Anzahl und Größe der Kühlrippen 22 hängt von
der Leistungsaufnahme der CPU 3 bzw. deren Wärmeabgabe
ab. Die Anzahl und Größe der Kühlrippen 22 ist
ferner von der Größe des Datenverarbeitungsvorrichtungsgehäuses abhängig. Idealerweise
wird die vorstehende Lösung
in Verbindung mit einem sogenannten Tower-Gehäuse eingesetzt.
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Unter einer Heatpipe 20 ist
ein Wämeleitelement
zu verstehen, das im Wesentlichen ein evakuiertes Rohr darstellt,
dass mit einem Wärme-Transportmedium
gefüllt
ist. Bei dem Wärme-Transportmedium
handelt es sich üblicherweise
um Wasser, das als Dampf von einem Wärmeeinkoppelbereich zum Wärmeauskoppelbereich
strömt.
Dabei ist ein Wämeeinkoppelelemt 23 üblicherweise
mit der CPU 3 und ein Wärmeauskoppelelement
mit der Gehäusewandung 21 des
thermisch verbunden. Die zugeführte
bzw. abgegebene Wärme
ist durch entsprechende Richtungspfeile dargestellt.
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Das Innere der Heatpipe 20,
ein Gasraum 26, ist von einer als Docht 25 bezeichneten
kapillaren Gewebe konzentrisch umschlossen. In diesem Gewebe strömt eine
Flüssigkeit
aufgrund der Kapillarwirkung von einer Kondensationszone im Bereich des
Wärmeauskoppelelements
zu eiener Verdanmpungszonbe Wärmeeinkoppelelements 23.
Im Bereich des Wärmeeinkoppelelemts 23 bildet
sich eine sogenannte Verdampfungszone 26 aus, in der die
Flüssigkeit
verdampft und aus dem Docht 25 austritt und dann in Richtung
des Wärmeauskoppelements 24 zu
einer Kondensationszone abströmt.
In dem gekühlten
Bereich der Heatpipe 20 bildet sich diese Kondensationszone
aus, in der das Gas an der Wandung kondensiert und anschließend im
Docht 25 durch Kapillarwirkung zurückgeleitet wird.
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Eine solche Heatpipe 20 ermöglicht es
also, die Wärme
der CPU 3 wirksam über
das Gehäuse der
Datenverarbeitungsvorrichtung 1 abzuführen.
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Vorstehend ist somit ein neuartiger
Datenverarbeiitungsvorrichtungs-Aufbau beschrieben, der es erlaubt,
einen Rechner vollständig
lüfterlos
auszubilden.
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- 1
- Datenverarbeitungsvorrichtung
- 2
- Mainboard
- 3
- CPU
- 4
- RAM
- 5
- ROM
- 6
- Bus
- 7
- Eingabegeräte
- 8
- Ausgabegeräte
- 10
- Externer
Speicher
- 11
- Netzteil
- 12
- Netzteilgehäuse
- 13
- Außenverrippung
- 14
- ausgeprägte Kühlrippen
- 15
- Konvektionskanäle
- 16
- Netzanschluss
- 17
- Versorgungsleitungen
- 20
- Heatpipe
- 21
- Gehäusewandung
- 22
- Kühlrippe
- 23
- Wärmeeinkoppelelemt
- 24
- Wärmeauskoppelelemt
- 25
- Docht
- 26
- Verdampfungszone