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Die
Erfindung betrifft eine Datenverarbeitungsvorrichtung, insbesondere
einen Personal-Computer oder ein sonstiges Multimediagerät, mit einem
Gehäuse,
das zumindest ein Netzteil (11), ein Mainboard (2)
mit einer CPU (3) und, vorzugsweise zumindest, eine Festplatte
umschließt,
wobei das Netzteil (11) ein Netzteilgehäuse (12) aufweist,
welches mit einer PU-Vergussmasse ausgegossen ist.
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Derartige
Datenverarbeitungsvorrichtungen gehören heute zur Standardausstattung
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 zumeist im Dauerbetrieb
eingesetzt. Sie laufen zumeist rund um die Uhr, wobei dies zum Teil
in Wohn- und Schlafräumen
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.
Der Energiebedarf dieser Geräte,
mithin auch von diesen Geräten
abgestrahlte 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 des Geräts, in dem
die infolge des Ausfalls eines Lüfters nicht
mehr hinreichend gekühlten
Bauelemente, also vorzugsweise der Prozessor, irreversibel infolge
der Wärmeeinwirkung
geschädigt
werden.
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In
der
DE 100 33 848
A1 wird zur Lösung
der Lüfterproblematik
angeregt, in den jeweiligen Wärmeableitweg
mindestens einen sogenannten Wärmeleitbehälter einzubringen,
der einen wärmeaufnehmenden
und wärmeabgebenden
Wandabschnitt aufweist. Es handelt sich bei diesem Wärmeleitbehälter vorzugsweise
um einen Ballon mit einer flexiblen Wandung, der mit einer wärmeleitenden
Flüssigkeit
gefüllt
ist. Dieser Wärmeleitkörper kann
dann in Bauteile mit entsprechenden Wärmeerzeugern eingebracht und
die erzeugte Wärme
so zumindest teilweise an ggf. mit Kühlkörpern versehene Gehäusewandungen
abgeführt
werden.
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Aus
der
DE 101 32 311
A1 ist es bekannt, das Wärme erzeugende Leistungselement
eines Computers mit einem Kühlkörper der
Gehäusewandung,
vorzugsweise über
eine sogenannte Heatpipe wärmezukoppeln.
Dieselbe Lösung
wird auch in der
DE
199 44 550 A1 vorgeschlagen, um die ansonsten erforderliche
aktive Kühlung – etwa über einen
oder mehrere Lüfter – entbehrlich
zu machen.
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Darüber hinaus
offenbart die
DE 100
33 848 A1 eine Datenverarbeitungsvorrichtung, insbesondere
einen Personal-Computer
oder ein sonstiges Multimediagerät,
mit einem Gehäuse,
das zumindest ein Netzteil, ein Mainboard mit einer CPU und, vorzugsweise
zumindest, einer Festplatte umschließt, dadurch gekennzeichnet,
dass das Netzteil im Wesentlichen einen Spannungswandler umfasst,
der in ein Netzteilgehäuse
integriert ist, wobei das Netzteilgehäuse als Kühlkörper eine Außenverrippung
aufweist, wobei zumindest ein Teil der Außenverrippung ausgeprägte Kühlrippen
aufweist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine 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 können,
dass das Netzteil in einem Kühlkörpergehäuse integriert
ist. Zusätzlich
ist der in dem Netzteil befindliche Spannungswandler vollständig an
das Kühlgehäuse thermisch
angekoppelt, indem das Kühlkörpergehäuse vollständig mit
PU-Vergussmasse
ausgegossen ist. Das Netzteil wandelt die netzseitig gelieferte
Wechselspannung in eine Gleichspannung um. Die dabei im Spannungswandler
entstehende Wärmeenergie
wird über
die Gussmasse schnell und nahezu vollständig an die Außenwandung
des Netzteils, die als Kühlkörpergehäuse ausgebildet
ist, 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 Das Ausgießen des
Netzteils erfolgt mit einem handelsüblichen Epoxydharz, das auch
im Trafobereich und im Bereich von elektrischen Maschinen zum Vergießen von
elektronischen Bauelementen eingesetzt wird.
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Das
Kühlkörpergehäuse ist
zur Erhöhung der
zur Kühlung
eingesetzten Oberfläche
mit einer Außenverippung
versehen. Darüber
hinaus ist eine besonders ausgeprägte Verrippung durch ausgeprägte Kühlrippen
ermöglicht,
die bei bestimmungsgemäßem Einbau
des Netzteils derart lotrecht angeordnet sind das sich senkrechte
Konvektionskanäle ausbilden.
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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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 passive Kühlelemente
zu verstehen, die es gestatten, die in die Heatpipe eingeführte Wärme mittels
eines Wärme-Transportmediums,
vorzugsweise Wasser oder eine wässrige
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 Eingangswärmetauscher
versehen, um die von der CPU gelieferte Wärme aufzunehmen und an das
in der Heatpipe befindliche Wärme-Transportmedium
abzugeben und schließlich über einen
Ausgangswärmetauscher,
der an das Datenverarbeitungsvorrichtungs-Gehäuse thermisch angekoppelt ist
abzustrahlen.
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Im
Interesse eines möglichst
geringen Wärmeübergangswiderstandes
von dem Ausgangswärmetauscher
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Gehäuse als
Metallgehäuse
ausgestaltet ist. 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 größer dimensioniert
ist. Die zu bevorzugende Bauart der erfindungsgemäßen Datenverarbeitungsvorrichtung
sieht demnach ein Big Tower-Gehäuse
vor. Derartige Big 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 entweder
die Wärmeabgabe
zu erhöhen
oder aber die Oberfläche, über die
die Wärme
abgegeben wird, 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
lotrechte Konvektionskanäle
ergeben durch die die erwärmte
Luft nach oben aufsteigt und sich dabei abkühlt. Auch hier vergrößert die
an den Kühlrippen
vorbei streichende Luft die wünschenswerte
Kühlwirkung
bzw. die Kühlleistung
der Datenverarbeitungsvorrichtung.
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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.
Die CPU 3 umfasst das sogenannte Steuerwerk und damit die
Kommandozentrale des Prozessors, die den gesamten Ablauf der Datenverwaltung
steuert und die Parameter zur Durchführung der Befehle an die restlichen
Bauteile der CPU 3 verteilt. Ferner umfasst die CPU das
sogenannte Rechenwerk bzw. die Arithmetic Logical Unit (ALU), die für die Durchführung der
mathematischen Operationen erforderlich ist. Schließlich umfasst
die CPU ein Register, das die Datenverarbeitung außerhalb
des sogenannten langsamen Arbeitsspeichers (RAM) ermöglicht.
Der Arbeitsspeicher der Datenverarbeitungsvorrichtung, der sogenannte
interne Speicher, besteht aus einem RAM 4 und 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 Spannungswandler enthält in dem
die netzseitig gelieferte Wechselspannung in die von den einzelnen
Bauteilen benötigte,
vorzugsweise 12 Volt, 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 Kühlgehäuse 12 des
Netzteils 11 mit einer Außenverrippung 13 versehen.
Die Außenverrippung 13 dient
dazu die Oberfläche
des Netzteils 11 im Sinne einer besseren Wärmeabgabe zu
verbessern. Das Gehäuse
ist somit als sogenanntes Kühlkörpergehäuse 12 ausgestaltet.
Im Bereich wenigstens einer Wandung sind ausgeprägte Kühlrippen 14 vorgesehen,
die parallel vorzugsweise äquidistant
zumindest an einer Wandung des Kühlkörpergehäuses 12 angeordnet
sind. Die ausgeprägten
Kühlrippen 14 bestimmen
und begrenzen Konvektionskanäle 15.
Infolge der Wärmeabgabe
durch das Kühlkörpergehäuse 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 im
Wesentlichen lotrecht aufgebaut sind und somit die Konvektionskanäle 15 ebenfalls
lotrecht von unten nach oben entsprechend der Aufstiegsrichtung der
erwärmten
Luft ausgestaltet sind.
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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. Die sekundärseitige
Leistungsaufnahme liegt bei 45 bis 85 Watt und somit unterhalb der
max. Belastbarkeit des Netzteils. 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 einer 12 Volt Gleichspannung. Hierzu ist ein Bündel von
Versorgungsleitungen 17 mit dem Netzteil 11 verbunden. Um
die im Rahmen der Spannungswandlung entstehende Umsetzungs- bzw.
Verlustwärme
an das Kühlkörpergehäuse 12 möglichst
flächig
abführen
zu können,
ist der in dem Netzteil 11 und hier nicht weiter dargestellte
Spannungswandler an das Kühlkörpergehäuse 12 thermisch
angekoppelt, indem das Kühlkörpergehäuse 12 mit
einem Epoxidharz vollständig ausgegossen
ist. Durch die vollständig
vergossene Ausführung
des Netzteils 11 kann auch ein Netzteil 11 der
vorstehend beschriebenen Leistungsstärke lüfterlos ausgebildet 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 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. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 1 ist
als Big 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 senkrecht nach oben
und führt
dabei die zugeführte
Wärme ab.
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Selbstverständlich können auch
sämtliche 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 Big Tower-Gehäuse eingesetzt.
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Unter
einer Heatpipe 20 ist ein passives Kühlelement zu verstehen, das
im Wesentlichen ein Rohr darstellt, dass mit einem Wärme-Transportmedium
gefüllt
ist. Bei dem Wärme-Transportmedium handelt
es sich üblicherweise
um ein extrem wärmeleitfähiges Gas,
das von einem Eingangswärmetauscher 23 zu
einem Ausgangswärmetauscher 24 strömt. Der
Eingangswärmetauscher
ist üblicherweise
mit der CPU 3 und der Ausgangswärmetauscher mit der Gehäusewandung 21 verbunden.
Die zugeführte
bzw. abgestrahlte Wärme
ist durch entsprechende Konvektionspfeile dargestellt. Das Innere
der Heatpipe 20, ein Gasraum 26, ist von einer
als Docht 25 bezeichneten Vließschicht konzentrisch umschlossen.
In dieser Vließschicht
strömt
eine Flüssigkeit
als aufgrund der Kapillarwirkung des Vliesses 25 von dem
Ausgangswärmetauscher 24 in
Richtung des Eingangswärmetauschers 23.
Im Bereicht des Eingangswärmetauschers
bildet sich eine sogenannte Verdampferzone 26 aus, in der
die Flüssigkeit
verdampft und aus dem Docht 25 austritt und dann in Richtung
des Ausgangswärmetauschers 24 abströmt. Um so
weiter sich dieses flüssige
Wärme-Transportmedium
bzw. das in der Heatpipe geführte
Gas von dem Eingangswärmetauscher 23 entfernt,
um so stärker
kondensiert das Gas und gelangt in der sogenannten Kondensatzone
im Bereich des Ausgangswärmetauschers 24 infolge
der Schwerkraftwirkung wieder in das den zentrischen Gasraum 26 konzentrisch
umschließende
Vließ,
den Docht 25. 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 Datenverarbeitungsvorrichtungaufbau 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