DE202004003310U1

DE202004003310U1 - Cluster-Gehäuse

Info

Publication number: DE202004003310U1
Application number: DE200420003310
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2014-03-02

Abstract

Anordnung mit einem oben, unten, an den Seiten und nach hinten geschlossenen Gehäuses, in dem elektronische Bauteile untergebracht, sowie an dessen Rückwand ein zentraler Ventilator angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Perforation an der Frontseite des Gehäuses in Abstimmung mit der geometrischen Anordnung der zu kühlenden Bauteile im Innern des Gehäuses selbst geometrisch in einer Art angeordnet ist, daß die Stömungsgeschwindigkeit der Kaltluft an unterschiedlichen Stellen im Innern des Gehäuses unterschiedlich groß ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die effiziente und redundante Kühlung von modernen Computersystemen, die mehr und mehr als Compute-Cluster zum Einsatz kommen, wobei solche Compute-Cluster, unter Wahrung einer möglichst kompakten Bauform einerseits, eine effiziente und ausfallsichere Kühlung andererseits benötigen und aus einer Vielzahl von baugleichen oder gar identischen elektronischen Baugruppen bestehen. Deutlich verbessert wird die Kühlwirkung durch eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft. Als neue Herausforderung kommt hinzu, daß sich auf modernen Motherboards heute in der Regel mehrere parallel arbeitende Prozessoren befinden, die unter Umständen auch versetzt oder direkt hintereinander angeordnet sind. Um also jeden Bereich auf einem Motherboard mit der notwendigen Kühlleistung versorgen zu können, muß bereits beim Eintritt der Luft in das Gehäuse eine sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit erzeugt werden, die mit Hilfe einer gezielten Führung der strömenden Luft am Ort der zu kühlenden Prozessoreinheit dafür Sorge trägt, daß diese noch ausreichende Kühlung erfährt.
Stand der Technik
Moderne Computersysteme werden heute in der Regel mit Luft gekühlt. Die Kühlung erfolgt mit Hilfe von Ventilatoren, die die Bauteile, die sich am meisten erhitzen, punktuell kühlen. Zu diesem Zweck werden auf den Prozessoren Kühlkörper angebracht, über die mit Hilfe eines lokalen Kühlventilators die im Prozessor erzeute Wärme vom Prozessor wegleitet, aber nicht notwendigerweise sofort aus dem Computergehäuse entfernt wird. Computer-Motherboards sind in Gehäusen untergebracht, wobei die sich im Gehäuse ansammelnde Warmluft mit Hilfe von weiteren zentralen Ventilatoren an die Umgebungsluft abführt wird. Der Nachteil ist eine Vielzahl von kleinen und größeren Lüftern, die die Ausfallrate eines gesamten Computersystems erhöhen. Der Ausfall auch nur eines kleinen Lüfters kann die Beschädigung und den Ausfall des gesamten Computersystems zur Folge haben. Die notwendigen hohen Srömungsgeschwindigkeiten für eine effizente Kühlung werden derzeit jedoch bevorzugt mit dedizierten lokal angebrachten Ventilatoren erzeugt.
Darstellung der Erfindung
Aus dem oben letzgenannten Grund schlägt die Erfindung einen Weg vor, die gesamte für die Kühlung benötigte Luft bereits beim Eintritt in das Gehäuse so zu beschleunigen und zu führen, daß wenige zentrale Ventilatoren oder gegebenenfalls nur ein oder zwei baugleiche große Lüfter ausreichen, um alle Bauteile auch ohne großen mechanischen Aufwand mit ausreichend schnell strömender Kühlluft zu versorgen, ohne den Lüfter lokal anzuwenden, sondern an einer vom zu kühlenden Bauteil entfernten Stelle. Sofern ein Lüfter ausreicht, kann ein zweiter Lüfter eine komplett redundante Kühlleistung sicherstellen. Große Ventilatoren haben darüber hinaus eine größere Lebensdauer als kleine.
Ziel der Erfindung ist es die kühlende Luft so gezielt mit einer ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeit an denjenigen Ort im Computergehäuse einzuleiten, an dem sich ein zu kühlendes Bauteil befindet, welches von der Kaltluft mit der für eine effiziente Kühlung notwendigen Geschwindigkeit umströmt werden muß. Zu diesem Zweck wird das Computergehäuse, im folgenden "Nest" genannt, so gebaut, daß an der Frontseite des Nestes die zuzuführende Kaltluft an den verschiedenen Stellen dieser Frontseite mehr oder weniger stark eingesaugt wird, je nachdem an welcher Stelle hinter der Frontseite sich mehr oder weniger zu kühlende Bauteile befinden. Dies geschieht dadurch, dass eine die Frontseite des Nestes verschliessende Platte perforiert ist, wobei die Perforation je nach Kühlbedarf geometrisch so angeordnet wird, daß die Stärke der Perforation an verschiedenen Stellen im Gehäuse eine mehr oder weniger starke Luftströmung zur Folge hat. Die Perforation der Frontplatte ist geometrisch so gestaltet, daß die Kühlung der kühlungsintensivsten Bauteile sichergestellt ist. Der für die Kühlung der Bauteile benötigte Luftstrom wird durch einen oder ggfls. mehrere redundant ausgelegte Ventilatoren erzeugt, die an der Rückseite des Nestes angebracht sind. Die Seitenwände und die Rückwand, sowie der Boden und der Deckel schliessen den Innenraum des Nestes luftdicht ab.
Um die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu maximieren, wird das einzelne Perforationsloch in der Frontplatte als Trichter ausgeführt, der eine Düsenwirkung zur Folge hat.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Ein oder gegebenenfalls mehrere Computer-Motherboards inklusive deren Festplatten, Netzteile, sowie UO-und Netzwerk-Controllern können in einem Nest gemeinsam gezielt durch einen oder mehrere zentral angebrachte Ventilatoren gekühlt werden, ohne daß eine Vielzahl dezentraler dedizierter Ventilatoren gebraucht werden, die die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems in Frage stellen. Die Luftzirkulation wird dabei durch einen oder ggfls. zwei oder mehrere gemeinsam genutzte Lüfter erzwungen, die an der Rückwand des Innenraumes des Nestes an zentraler Stelle angebracht sind und redundant ausgelegt werden können. Dies ermöglicht es das System weiterzubetreiben, auch wenn ein Ventilator ausfällt. Diese Möglichkeit bieten kleine, dezentral angebrachte Lüfter nicht. Die trichterförmige Ausführung der Perforantionslöcher in der Frontplatte des Nestes dienen dazu die von der Frontplatte entfernten Teile mit der notwendigen Strömungsgeschwindigkeit der Kaltluft zu versorgen. Die Vorteilahfte Wirkung ist weiterhin, daß die Kaltluft gezielt ausschliesslich in bzw. über die zu kühlenden elektronischen Geräte eingeführt wird, was eine deutlich effizientere Nutzung der Kaltluft ermöglich und mit deutlich weniger elektrischem und mechanischem Kühlaufwand verbunden ist. Die Kühlluft strömt nur da, wo sie auch gebraucht wird, was eine deutliche Reibungsverlustminderung bedeutet. Des weiteren werden mit dieser Methode Wärmestaus im Computergehäuse vermieden, die punktuell zum Defekt von immer den gleichen Teilen an immer derselben Stelle auf einem Motherboard oder in einem geschlossenen Computergehäuse führen können. In unserem Fall wird durch einen oder mehrere zentrale Lüfter sichergestellt, daß die gesamte Luft in einem Computergehäuse ständig abgeführt wird und an keiner Stelle stehen bleiben kann. Erreicht wird das mit Hilfe eines Unterdrucks im Innenraum des Gehäuses, der mit Hilfe der Wechselwirkung einiger stark ausgelegter Ventilatoren und einer trichterfömig perforierten Frontplatte eine hohe Strömungsgeschwindigkeit im Gehäuse erzielt. Der Unterdruck sorgt mit Hilfe der an den richtigen Stellen angebrachten Performation und dem durch entsprechend trichterförmige Bohrung erzielten Düseneffekt, daß an den notwendigen Stellen im Gehäuse eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit herrscht, die für eine effiziente Luft-Kühlung elektronischer Bauteile vorteilhaft ist. Dies gilt insbesondere für die Stellen, an denen Prozessoren auf dem Motherboard angebacht sind, Notwendigkeiten gibt es jedoch bereits schon für moderne I/O-Controller, die mit immer höheren Datentransferraten eine Wärme produzieren, die bezüglich der notwendigen Strömungsgeschwindigkeiten nicht mehr vernachlässigt werden kann. Ein wesentlicher Vorteil kommt für moderne Motherboards zum Tragen, auf denen mittlerweile mehr als zwei Prozessoren zum Einsatz kommen. Dies macht es nötig die Kühlung immer gezielter durchzuführen und bei immer dichter werdender Bestückung der Platinen mit wärmeerzeugenden Bauteilen die Strömungsgeschwindigkeit drastisch zu erhöhen. Eine Vielzahl von dediziert lokal angebrachten Lüftern erhöht jedoch die Ausfallrate von solchen Boards, was dazu führt, daß die Gesamtfunktionalität eines gesamten Motherboards von einem einzigen kleinen Lüfter abhängt. Eine zentrale Kühlung begegnet diesem Problem nachhaltig, impliziert aber auch, daß die Kühlluft mit der notwendigen Strömungsgeschwindigkeit an den Zielort gelangen muß. Dies kann nur mit einer extrem erhöhten Strömungsgeschwindigkeit sichergestellt werden, was zum Kern der Erfindung wird.
Beschreibung eines Weges zur Ausführung der Erfindung
Eine mögliche Ausführung der Erfindung wird in Zeichnung 1 / 5 bis 5 / 5 dargestellt. In einem quaderförmigen Rechnergehäuse (1), welches an der Frontseite (2) hinreichend kleine und gezielt angeordnete Lufteinlassöffnungen (3) besitzt, wird die Kühlluft dort in das Gehäuse eingesaugt, wo sich die besonders temperatur-gefährdeten Bauteile, z.B. Prozessoren (4) samt deren Kühlkörper (5) und Speichermodule (4a) befinden. Das Gehäuse (1) ist oben und unten durch entsprechende Abdeckplatten (6) sowie an den Seiten durch die Seitenwände (7) luftdicht geschlossen. An der Rückwand (8) des Gehäuses (1) befinden sich zentrale Ventilatoren (9), die relativ gleichmässig die sich in dem Rechnergehäuse befindliche Luft nach außen blasen.
Der dadurch im Gehäuse entstehende Unterdruck saugt die Kaltluft durch die Öffnungen (3) an der Frontplatte des Gehäuses und erzeugt einen Luftstrom, der gezielt die zu kühlenden Bauteile (4) und (4a) anströmt. Um die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu maximieren, werden die Öffnungen in Form einer Düse (10) geformt, also trichterförmig aufgebohrt, wie in 2 in Zeichnung 1 gezeigt. Um die Luft zu führen werden Leitblenden (11) angebracht.

Claims

Anordnung mit einem oben, unten, an den Seiten und nach hinten geschlossenen Gehäuses, in dem elektronische Bauteile untergebracht, sowie an dessen Rückwand ein zentraler Ventilator angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Perforation an der Frontseite des Gehäuses in Abstimmung mit der geometrischen Anordnung der zu kühlenden Bauteile im Innern des Gehäuses selbst geometrisch in einer Art angeordnet ist, daß die Stömungsgeschwindigkeit der Kaltluft an unterschiedlichen Stellen im Innern des Gehäuses unterschiedlich groß ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontplatte des Gehäuses hinreichend dick ist, so daß die Perforation an den Stellen, an denen besonders intensiv gekühlt werden soll, in Form von trichterförmigen Löchern ausgeführt wird, die eine düsenartige Beschleunigung der Luft beim Eintritt in das Gehäuse bewirken.
Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Gehäuses Leitblenden angebracht sind, die den Luftstrom zusätzlich gezielt zu den besonders zu kühlenden Stellen leiten.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu Redundanzzwecken mehr als ein zentraler Lüfter an der Rückwand des Gehäuses angebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse mehr als ein baugleiches oder bauähnliches Bauteil untergebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in dem Fall, daß mehrere baugleiche oder bauähnliche Bauteile gekühlt werden sollen, die Frontplatte aus mehreren baugleichen Teilfrontplatten besteht.