DE19544085A1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer konstanten Kälteatmosphäre, um optimale Betriebsbedingungen für elektronische Baugruppen und Systeme zu erreichen - Google Patents

Vorrichtung zur Erzeugung einer konstanten Kälteatmosphäre, um optimale Betriebsbedingungen für elektronische Baugruppen und Systeme zu erreichen

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Hans-Joachim Risto
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    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20345—Sprayers; Atomizers
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Description

Zuverlässigkeit steht bei Computern und elektronischen Bauelementen an erster Stelle. Nach der neuesten Umfrage einer namhaften PC-Zeitschrift (PC- Welt, 5/95) steht keineswegs der Preis oder die Ausstattung eines PCs als wesentliches Kaufkriterium im Vordergrund. Immer wichtiger sind für potentielle PC-Käufer die Zuverlässigkeit und Robustheit eines PC-Systems.
Bei allen Computerherstellern vom Discounter bis zum Markenhersteller liegt jedoch eine grundsätzliche Konstruktion vor: mehr oder weniger hochwertige elektronische Teile, die unter Reinraumbedingungen hergestellt wurden, werden in einem schlecht belüfteten Gehäuse untergebracht.
Neben der korrosiven Wirkung des Luftsauerstoffs und der Luftfeuchtigkeit altern die Bauteile sehr schnell unter hohen thermischen Spannungen (verursacht durch ihre Verlustleistung) und elektromagnetischer Strahlung (EMV-Smog) durch das dicht daneben montierte und mangelhaft abgeschirmte Netzteil des Computers. Nicht reproduzierbare Fehler in Soft- und Hardware, die jedem Computeranwender leidlich bekannt sind, sind typische Zeichen für die hohe Belastung der Computerteile.
Zwar rückt man dieser Tatsache mit Hilfe von Lüftern und Peltier-Elementen auf den Leib, man erreicht dadurch nur, daß die entsprechenden Bauteile (meist nur die CPU) geradeso innerhalb dem vom Hersteller vorgesehenen Temperaturbereich betrieben werden können. Staub, Feuchtigkeit und die elektromagnetischen Einflüsse reduzieren jedoch nach wie vor die Zuverlässigkeit eines Computers auf ein unbefriedigendes Niveau. Wird im professionellen Bereich von den gleichen Bauteilen eine hohe Zuverlässigkeit gefordert, treten gerade bei komplexer Hard- und Software schon von Anfang an Belastungen auf, die zu Überlastung einzelner Komponenten führen. Gerade im Netzwerkbereich für professionelle PC- und Workstationbenutzer, sowie beim Elektronikeinsatz in grafischen und medizinischen Bereichen, wo eine hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit, aber auch konstant hohe Leistung gefordert werden, fehlen moderne Konzepte zur Bereitstellung anforderungsgerechter Systeme.
Das Problem der Wärmeentwicklung und damit auch gleichzeitig der Wär­ meabfuhr wird durch den Trend der laufend zunehmenden Miniaturisierung und durch die gleichzeitig stattfindenden Leistungssteigerungen der Prozesso­ ren in der Zukunft noch wesentlich verschärft werden, da die Entwicklung von Wärme absolut, aber speziell die Wärmeentwicklung pro Flächeneinheit, signifikant erhöht wird.
Ohne entsprechende Maßnahmen werden die Risiken der Zuverlässigkeit und der permanenten Belastbarkeit eines Systems deutlich zunehmen.
Hier setzt die Erfindung an:
  • - Einbau herkömmlicher Elektronik- oder Computerteile in ein hermetisch abgeschlossenes Gehäuse.
  • - Kontrollierter Einsatz von Gasen zur Vermeidung der Korrosion durch Luftsauerstoff und Feuchtigkeit.
  • - Kontrollierter Einsatz von Gasen zur Verbesserung der Wärmeabfuhr aller elektronischen Teile
  • - Leistungsgewinn und Reduzierung thermischer Spannungen durch Kühlen des Gesamtsystems.
  • - Vermeidung von EMV-Einflüssen durch abgeschirmte Gehäusewan­ dungen und externer Installation der Stromversorgungen.
Die Vorrichtung arbeitet in einer hermetisch abgeschirmten Box unter kontrollierter Kälteatmosphäre.
Die Box besteht aus einem isolierten, luftdichten Gehäuse (1), in das die CPU mit den Peripheriekomponenten (2) eingebaut sind. Der Innenraum wird durch das Kälteaggregat (3) auf eine konstante Arbeitstemperatur, welche frei wählbar ist, z. B. -20°C, geregelt.
Die elektronischen Bauteile verfügen durch die tiefe Betriebstemperatur über eine Performancesteigerung und können überflüssige Wärme sofort abführen. Durch Gas (4) wird die Wärmeabfuhr zusätzlich verbessert, Feuchte verdrängt und Oxidation durch den dadurch fehlenden Luftsauerstoff verhindert. Kalte Trockenatmosphäre kann auch durch Begasung mit Inertgas nur während der Einkühl- und Erwärmungsphase erzeugt werden. Wärme- und EMV-unempfindliche Geräte (5) sind oberhalb der Box installiert. Innerhalb liegen so nur Versorgungsgleichspannungen vor, wodurch elektrische Störfelder ausgegrenzt sind. Die Box kann mit Metallen (6) verkleidet werden, so daß EMV-Störsignale sowohl von außen nach innen, als auch von innen nach außen, unterdrückt werden. Die CPU arbeitet so unter konstanten, optimalen Bedingungen mit erhöhter Leistung und Zuverlässigkeit, sowie mit verminderter elektromagnetischer Störanfäl­ ligkeit und Abstrahlung.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer konstanten Kälteatmosphäre, um optimale Betriebsbedingungen für elektronische Baugruppen und Systeme zu erreichen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse luftdicht abgeschlossen ist. Siehe Abb. 1.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mittels eines Kühlaggregates gekühlt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mittels Metall oder Bleimantel elektromagnetische Strahlung abhält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit einem kontrolliertem Gasgemisch gespült wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch eine der folgenden kontrollierten Inhaltsstoffe hat:
  • 1. Stickstoff
  • 2. Wasserstoff
  • 3. Stickstoff/Wasserstoff-Gemische
  • 4. Helium
  • 5. Trockenluft.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelreinheit im Gehäuse durch den kontrollierten Zustrom von reinem- und partikelfreiem Gas gesteuert werden kann.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß tempe­ raturunempfindliche Bauteile, wie z. B. Netzteil und Signalführungen, mittels einer elektromagnetisch verträglichen Kabelführung nach außen gelegt werden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Temperatur- und Feuchtigkeitseinflüsse kontrolliert werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine eindeutige Trennung und Abschirmung von Stromversorgung und anderen EMV-emittierenden Baugruppen zur Signalverarbeitung gegeben ist.
11. Jeder Einzelanspruch kann zur Systemverbesserung führen und muß deshalb nicht kumulativ für alle Ansprüche verstanden werden.
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