DE19947016C2 - Kühlvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

In elektrischen Geräten, beispielsweise in PC's (Personal Computer), gibt es viele elektrische Komponenten, die stark Wärme erzeugen und deshalb gekühlt werden müssen. Pro­ zessor- und Speicherbausteine sind solche Komponenten, für die ein hoher Aufwand betrieben wird, damit sie in erlaubten Grenzen kühl bleiben.

Zur Kühlung solcher Bausteine werden Lüfter eingesetzt, die im Gehäuse des elektrischen Geräts Kühl-Luftströme erzeugen. Die Wärme erzeugenden Komponenten erwärmen sich aber nicht alle in gleicher Weise. Einige Komponenten nehmen Temperatur langsam oder schnell mehr und andere nehmen lang­ sam oder schnell weniger Temperatur an. Aus diesem Grund ist es schwierig, alle Wärme erzeugenden Komponenten glei­ chermaßen gut zu kühlen. Um dies zu erreichen, werden im Ge­ häuse an vielen Stellen Lüfter vorgesehen, die für eine je­ weilige Wärme erzeugende Komponente bzw. Komponenten­ gruppe einen Kühl-Luftstrom erzeugen.

Diese Maßnahme ist aufwendig, teuer und kostet Energie. Au­ ßerdem muss innerhalb des Gehäuses Raum für die Lüfter vorge­ sehen sein, der dann für andere Komponenten fehlt, wenn das Gehäuse gleich groß bleiben soll. Durch die vielen Einzel­ luftströme befindet sich im Innenraum des Gehäuses auch keine klaren Luftverhältnisse mehr. Es entstehen Wirbel, die sich gegenseitig behindern oder verstärken, so dass ein optimaler Kühleffekt oft nicht gegeben ist. Schließlich ist durch die Vielzahl der Lüfter die Lärmemission groß.

Eine Kühlvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist zum Beispiel aus der US 3,790,859 A bekannt. Bei dieser Kühlvorrichtung wird über ein Gebläse in eine Abdeckung Kühl­ luft eingeblasen, wobei innerhalb der Abdeckung die Kühlluft über Zwischenwände verteilt und somit ein unterhalb der Ab­ deckung angeordneter integrierter Schaltkreis gleichmäßig ge­ kühlt wird.

Desweiteren ist aus der DE 30 12 067 A1 bekannt, zur Kühlung von mit Wärme abgebenden Bauelementen bestückten, senkrecht in elektrischen oder elektronischen Geräten eingesetzten, Leiterplatten einen zwischen die Bauelemente einsetzbaren und an der Leiterplatte befestigbaren Luftleitkörper zu verwen­ den.

Die DE 30 09 141 A1 offenbart eine Anordnung zur Wärmeablei­ tung von steckbaren Baugruppen für die Nachrichtentechnik. Die steckbaren Baugruppen befinden sich in einem Gehäuse, in dem ein Wärmeaustausch durch Luft erfolgt, die über eine Ge­ häuseöffnung nach außen entweichen kann. Die Kühlung wird durch abgewinkelte Bleche erzeugt, welche die Luft in einen kaminförmigen Schacht führen, der wiederum mit der nach außen tretenden Öffnung im Gehäuse verbunden ist.

Eine weitere Möglichkeit zur Kühlung von Leiterplatten offen­ bart die US 5,103,374. Gegenüber der Leiterplatte ist eine zweite Platte mit darauf angeordneten Vorsprüngen vorgesehen. Durch die Vorsprünge wird die über die Wärme erzeugenden Kom­ ponenten strömende Luft verwirbelt und dadurch der Kühleffekt steigert.

Die DE 34 08 139 C2 offenbart einen Einschub für Geräte­ schränke der Industrieelektronik mit mehreren nebeneinander angeordneten Axiallüftern und einen gemeinsamen die Axiallüf­ ter enthaltendes Lüftergehäuse.

Keine der bekannten Kühlvorrichtungen ist jedoch dafür geeig­ net, Wärme erzeugende elektrische Komponenten in einem Gehäu­ se, die sich unterschiedlich stark erhitzen, gleichermaßen gut zu kühlen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Kühlvor­ richtung anzugeben, durch die auf eine Vielzahl von Einzel­ lüfter verzichtet und leicht vorgesehen werden kann und die preiswert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Danach ist ein haubenartig ausgebildetes Teil vorgesehen, das Wärme erzeugende Komponenten abdeckt und für diese Kom­ ponenten, die auch Komponentengruppen sein können, einen Luftkanal bereitstellt. Ein Luftstrom wird dadurch gebündelt und zielgerichtet wirksam. Er wirkt genau dort, wo er ge­ braucht wird. Durch die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung kann der Luftstrom auch gelenkt werden. Der selbe Luftstrom kann daher seine Wirkung in verschiedenen Richtungen entfalten. Es bedarf hierfür nicht mehr mehrerer Lüfter für jeweils eine Kühlrichtung. Vielfach genügt ein einziger Lüfter in Geräten, in denen sonst eine Vielzahl von Lüftern notwendig waren. Die Lärmemission ist dadurch verringert. Die Kosten sind und der Energieverbrauch sind dadurch ebenfalls verringert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Danach weist wenigstens ein haubenartig ausgebildetes Teil abgeschlossene massive oder mit Hohlräumen versehene, insge­ samt raumfüllende Bereiche auf. Diese Bereiche verdrängen Luft in Bereichen des Gehäuse-Innenraums, in denen die Luft nicht gebraucht wird. Daher wird der Luftstrom in anderen Be­ reichen, in denen die Luft zum Kühlen gebraucht wird ver­ stärkt. Außerdem haben diese Bereiche lärmschluckende Wir­ kung. Die Lärmemission, hervorgerufen durch verwendete Lüf­ ter, ist verringert. Hohlräume verringern das Gewicht.

Weist das haubenartig ausgebildete Teil Stützflächen auf, mit denen automatisch spätestens beim Verschließen des Gehäuses ein Einspreizeffekt im Innenraum des Gehäuses hergestellt ist, sind zusätzliche Befestigungsmittel nicht mehr nötig. Eine Demontage dieser Teile ist daher ebenfalls leicht mög­ lich.

Ist ein haubenartig ausgebildetes Teil mit einem EMV-tech­ nisch günstigen Material gefertigt, hat dies eine positive Wirkung auf die EMV-technische Funktion des Gehäuses. Ist das Material ein Material, das UL-gelistet ist, ist es auch schwer entflammbar. UL-gelistete Materialien sind Materia­ lien, die nach einer US-amerikanischen Norm gefertigt sind.

Ein haubenartig ausgebildetes Teil läßt sich problemlos mit einem aushärtbaren Schaummaterial fertigen. Schaummaterial ist leicht im Gewicht und kostengünstig.

Das haubenartig ausgebildete Teil kann einstückig ausgebildet sein oder aus entsprechenden Scheiben bestehen, die zusammen­ gesetzt sind. Das scheibenweise Zusammensetzen erleichtert das Anfertigen von passenden haubenartig ausgebildeten Tei­ len. Für die Fertigung ist die einteilige Bauweise günstiger.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 ein Kühlkonzept gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein haubenartig ausgebildetes Teil gemäß der Erfin­ dung in dreidimensionaler Darstellung,

Fig. 3 ein haubenartig ausgebildetes Teil gemäß der Fig. 2 in Scheiben zerlegt, und

Fig. 4 ein Kühlkonzept mit haubenartig ausgebildeten Tei­ len gemäß der Fig. 2 oder 3 in schematischer Dar­ stellung.

Fig. 1 zeigt ein Gehäuse 1 eines Personal Computers mit ge­ öffnetem Deckel. In einem Bereich 2 können Geräteeinschübe platziert werden. In einem Bereich 3 sind Festplattenlauf­ werke installiert. In einem Bereich 4 sind Prozessorkarten angeordnet. In einem Bereich 5 sind Speicherkarten angeord­ net. Ein Bereich 6 ist für den Einbau von Steckkarten vorge­ sehen.

Für den Bereich 6 sind einseitig dreimal zwei Lüfter 7 vorge­ sehen. Für den Bereich 5 sind zweiseitig weitere Lüfter 7 vorgesehen mit je Seite zwei Einzellüftern. Für den Bereich 4 sind ebenfalls zweiseitig Lüfter 7 vorgesehen mit je Seite zwei Einzellüftern. Ansonsten sind zwei allgemeine Lüfter 7 an einem Gehäuserand vorgesehen. Insgesamt sind damit für das in der Fig. 1 gezeigte Gerät 16 Lüfter 7 verwendet.

Das Gehäuse 1 hat auf einer seiner Seiten mehrere Luftein­ trittsöffnungen 8 und auf einer gegenüberliegenden Seite meh­ rere Luftaustrittsöffnungen 9. Durch die Lüfter 7 wird Kühl­ luft von der Seite mit den Lufteintrittsöffnungen 8 ange­ saugt, gerade durch das Gerät und insbesondere durch die Be­ reiche 2 bis 6 mit Wärme erzeugenden Komponenten gebla­ sen. Schließlich tritt die von den Wärme erzeugenden Komponenten erwärmte Luft an den Luftaustrittsöffnungen 9 wieder aus dem Gehäuse 1 aus.

Fig. 2 zeigt ein haubenartig ausgebildetes Teil 11, dass auf Wärme erzeugende Komponenten gesetzt werden kann. Die äußere Form ist den räumlichen Gegebenheiten eines Innenraums eines Geräts, das in einem entsprechenden Gehäuse eingebaut ist, angepasst. Das Teil 11 weist mindestens einen kanalarti­ gen Freiraum 12 mit eingangs- und ausgangsseitig angeordneten Lufteintritts- bzw. -austrittsöffnungen auf. Das haubenartig ausgebildete Teil 11 kann in der Weise auf Wärme erzeugende Komponenten aufgesetzt werden, dass diese Komponenten innerhalb eines kanalartig ausgebilde­ ten Freiraums 12 zu liegen kommen. Die Richtung und der Ka­ nalquerschnitt des kanalartig ausgebildeten Freiraums 12 sind in der Weise angelegt, dass ein von wenigstens einem Lüfter erzeugter Luftstrom konzentriert und gezielt an der im Innen­ raum des kanalartig ausgebildeten Freiraums liegenden Kompo­ nenten vorbeigelenkt wird.

Der kanalartige Freiraum 12 kann auch durch mehrere Einzelka­ näle 13 gebildet sein, wie in der Fig. 3 gezeigt. Die Ein­ zelkanäle 13 können an sich schon einzeln ausgebildet sein oder sich aus anderen Kanälen herausbilden. Eine Zusammenfüh­ rung von Kanälen ist ebenfalls möglich. Weiter sind Verengun­ gen und Erweiterungen möglich und es sind auch Richtungsände­ rungen möglich.

In der Fig. 2 ist das haubenartig ausgebildete Teil 11 aus einzelnen Scheiben 14 zusammengesetzt. Die einzelnen Scheiben 14 sind in der Fig. 3 nebeneinander gelegt gezeigt.

In der Fig. 4 ist ein Gehäuse 15 zu sehen mit Komponenten, die gegenüber der Fig. 1 unterschiedlich aufgebaut sind.

Bei dem in der Fig. 4 gezeigten Personal Computer sind in einem Bereich 16 Geräteeinschübe angeordnet. In einem Bereich 17 sind Festplattenlaufwerke angeordnet. In einem Bereich 18 sind Steckplatzkarten angeordnet. Ein Bereich 19 ist für Pro­ zessor- und Speicherbaugruppen vorgesehen, die die kritischs­ ten Wärme erzeugenden Komponenten aufweisen. Eine Strom­ versorgung ist in einem Bereich 20 platziert.

Im gesamten Gehäuse 15 ist ein einziger Lüfter 21 zwischen den Bereichen 19 und 20 einmal für die Prozessor- und Spei­ cherbaugruppen und einmal für die Stromversorgung angeordnet. Außerdem sind an verschiedenen Stellen innerhalb des Gehäuses 15 Temperatursensoren 22 vorhanden.

Das Gehäuse 15 steht auf einer Bodenfläche 23. Der Blick in das Gehäuse 15 erfolgt bei einer abgenommenen Seitenwand. In einer doppelwandigen Frontseite 24 sind im Bereich der Boden­ fläche Lufteintrittsöffnungen 25. Von den Lufteintrittsöffnungen 25 geht ein durch die doppelwandige Frontseite 24 ge­ bildeter Luftkanal 26 in einen oberen Bereich der Frontseite 24. Hier befinden sich Lufteintrittsöffnungen ins Innere des Gehäuses 15. Im Bereich 20 befinden sich außer der Stromver­ sorgung auch Luftaustrittsöffnungen im Gehäuse 15.

Der Lüfter 21 saugt Luft von den Lufteintrittsöffnungen 25 über den Luftkanal 26 ins Innere des Gehäuses 15. In einer Situation, in der keine haubenartig ausgebildeten Teile 11 (Fig. 2) eingesetzt sind, die über wenigstens eine Wärme erzeugende Komponente gestülpt ist, wird die Luft im In­ neren des Gehäuses 15 von allen Seiten in den Lüfter 21 ge­ saugt, durch die Stromversorgung gedrückt und anschließend aus dem Gehäuse 15 ausgeblasen. Die Luft an den Prozessor- und Speicherbausteinen zum Beispiel streicht, da von vielen Seiten her kommend, nur mit relativ geringer Effizienz an den Temperatur-kritischen Wärme erzeugenden Komponenten vorbei.

In einer Situation, in der beispielsweise über die Prozessor- und Speicherbaugruppen ein haubenartig ausgebildetes Teil 11 gemäß der Fig. 2 gestülpt ist, kann Luft nur noch durch die im Teil 11 ausgebildeten kanalartigen Freiräume, in den sich die kritischen Wärme erzeugenden Komponenten befinden, gesaugt werden. Die Luft wird daher für die Prozessor- und Speicherkomponenten konzentriert und gezielt vorbeigeführt. Die Kühleffizienz ist somit wesentlich gesteigert. Je nach Ausbildung des Teils 11, das heißt insbesondere der Richtung und des Querschnitts des kanalartig ausgebildeten Freiraums 12; 13 kann der Luftstrom zusätzlich auch noch an anderen Wärme erzeugenden Komponenten vorbeigeführt werden. Da die Luft im Inneren des Gehäuses 15 nicht mehr frei zirku­ liert sondern gezielt an den betreffenden Komponenten vor­ beigeführt wird, reicht ein einziger Lüfter aus, das ganze Gerät zu kühlen.

Hat das Teil 11 beispielsweise äußere Abmessungen, die es er­ lauben, dass das Teil 11 mit einigen Auflageflächen an den Gehäusewänden gerade zwischen die Wände des Gehäuses 15 passt, sind für die Befestigung des Teils 11 keine besonderen Mittel notwendig. Das Teil 11 spreizt sich quasi zwischen den Gehäusewänden ab. Ein Abstützen an anderen Teilen des Gehäu­ ses ist aber auch denkbar.

Claims (6)

1. Kühlvorrichtung für Temperatur annehmende und dadurch Wärme erzeugende elektrische Komponenten in einem Gehäuse (1; 15) mit wenigstens einem einen Luftstrom im Gehäuse (1; 15) erzeugenden Lüfter (7; 21) zur Kühlung der im Gehäuse (1; 15) Wärme erzeugenden Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes haubenartig ausgebildetes Teil (11) auf wenigstens eines der im Gehäuse (1; 15) Wärme erzeugenden Komponenten gesetzt ist, dass das haubenartig ausgebildete Teil (11) wenigstens einen kanalartig ausgebildeten Freiraum (12; 13) mit eingangs- und aus­ gangsseitig angeordneten Lufteintritts- bzw. -aus­ trittsöffnungen hat, dass das haubenartig ausgebildete Teil (11) in der Weise auf die Kompo­ nenten aufgesetzt ist, dass die Wärme erzeugenden Komponenten innerhalb eines kanalartig ausgebildeten Freiraums (12; 13) angeordnet sind, und dass die Richtung und der Kanalquerschnitt eines kanalartig ausgebildeten Freiraums in der Weise angelegt ist, dass ein von dem we­ nigstens einen Lüfter (7; 21) erzeugter Luftstrom konzen­ triert und gezielt an einer jeweiligen Wärme erzeugenden Komponente innerhalb des kanalartig ausgebildeten Freiraums (12; 13) vorbeigelenkt ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass wenigstens ein haubenartig ausgebilde­ tes Teil (11) abgeschlossene massive oder mit Hohlräumen versehene, insgesamt raumfüllende Bereiche hat.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass wenigstens ein haubenartig ausge­ bildetes Teil (11) Stützflächen hat, mit denen automa­ tisch ein Einspreizeffekt im Innenraum des Gehäuses her­ gestellt ist.

4. Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass ein haubenartig ausge­ bildetes Teil (11) mit einem EMV-technisch günstigen und/oder UL-gelisteten Material gefertigt ist.

5. Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass ein haubenartig ausge­ bildetes Teil (11) mit einem aushärtbaren Schaummaterial gefertigt ist.

6. Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Aufbau eines hau­ benartig ausgebildeten Teils (11) scheibenweise bewerk­ stelligt ist.