-
TECHNISCHES GEBIET
-
Ausführungen,
die hierin beschrieben sind, betreffen das Wärmemanagement und genauer das Wärmemanagement
mittels einer Antriebsmembran.
-
HINTERGRUND
-
Wärmemanagement
kann in vielen Anwendungen entscheidend sein. Übermäßige Wärme kann Schaden verursachen
oder die Leistung von mechanischen, chemischen, elektrischen und
anders gearteten Vorrichtungen verschlechtern. Wärmemanagement wird noch wichtiger,
wenn die Technik fortschreitet und neuere Vorrichtungen weiterhin
kleiner und komplexer werden, und im Ergebnis wärmer werden.
-
Moderne
elektronische Schaltkreise erzeugen, wegen ihrer hohen Dichte und
geringen Größe, oft
ein beträchtliches
Maß an
Wärme.
Komplexe integrierte Schaltkreise (ICs), insbesondere Mikroprozessoren,
erzeugen so viel Wärme,
daß sie
oft unfähig
sind, ohne irgendeine Art von Kühlsystem
zu arbeiten. Weiter kann, selbst wenn ein IC arbeiten kann, überflüssige Hitze
die Leistung eines ICs verschlechtern und kann mit der Zeit seine
Zuverlässigkeit
negativ beeinflussen. Ungenügende
Kühlung kann
Probleme bei den Hauptprozessoreinheiten (CPUs) verursachen, die
in Personalcomputern (PCs) verwendet werden, was zu Systemabstürzen, Aushängen, unerwarteten
Neustarts und anderen Fehlern führen
kann. Das Risiko solcher Probleme kann sich in den engen Begrenzungen,
die man in Laptopcomputern und anderen tragbaren Computer- und Elektronik-Vorrichtungen findet,
besonders zuspitzen.
-
Bisherige
Verfahren, mit solchen Kühlungsproblemen
umzugehen, haben die Verwendung von Kühlkörpern, Ventilatoren und Kombinationen
von Kühlkörpern und
Ventilatoren, welche an ICs und anderen Schaltungen zum Zweck ihrer
Kühlung
angebracht werden, umfaßt.
In vielen Anwendungen jedoch, einschließlich tragbaren Computern und
Handheld-Computern, Computern mit leistungsfähigen Prozessoren und anderen
Vorrichtungen, die klein sind oder begrenzten Raum zur Verfügung haben, können diese
Verfahren unzulängliche
Kühlung
bereitstellen.
-
Insbesondere
stellen Kühlvorrichtungen,
die auf der Unterseite einer Hauptplatine angebracht sind, ein schwierigeres
Problem dar. Gewöhnlich
gibt es weniger Raum zwischen der Unterseite der Hauptplatine und
der unteren Hülle
eines tragbaren Computers (d. h. eines Notebookcomputers). Als ein
Ergebnis wird es schwierig, eine Vorrichtung an der Unterseite der
Hauptplatine anzuordnen, um die Temperatur der wärmeerzeugenden Vorrichtungen,
welche an der Unterseite der Hauptplatine angebracht sind, zu verringern.
Darüber
hinaus erzeugt das Anbringen von wärmeerzeugenden Vorrichtungen
an der Unterseite der Hauptplatine auch den unerwünschten
Effekt, zeitweise einen Wärmepunkt
an der unteren Hülle
des Notebookcomputers zu erzeugen, was einen zusätzlichen Bedarf erzeugt, die
Temperatur der wärmeerzeugenden
Vorrichtungen, die an der Unterseite einer Hauptplatine angebracht
sind, zu verringern. Wärmepunkte
auf der Unterseite eines Notebookcomputers werden heute immer häufiger,
da die Hülle
der Notebooks immer dünner
wird.
-
Eine
mögliche
Lösung
zur Verringerung der Temperatur der wärmeerzeugenden Vorrichtungen, die
auf der Unterseite einer Hauptplatine angebracht sind, wird in 1 dargestellt.
Wie in 1 dargestellt ist, kann ein Ventilator 102 an
einer Seite der Hauptplatine 104 angeordnet werden, um
einen Luftstrom über
eine Oberseite und Unterseite der Hauptplatine zu erzeugen, um die
Komponenten 106, die auf beiden Seiten der Hauptplatine
angebracht sind, zu kühlen.
Eine solche thermische Lösung
verschlechtert jedoch die Leistungsfähigkeit, auf der Oberseite
angebrachte wärmeerzeugende
Vorrichtungen zu kühlen,
welche vergleichsweise größere Wärmemengen
erzeugen (z. B. die Hauptprozessoreinheiten). Des weiteren erzeugt
die Verwendung von Ventilatoren auch unerwünschte Geräusche.
-
US 6 252 769 B1 offenbart
eine Vorrichtung zur Vergrößerung der
Wärmeübertragung
von einem Objekt, welches mindestens eine schwingende Membran zur
Erzeugung einer Luftbewegung in der Umgebung des Objekts aufweist.
Die schwingende Membran umfaßt
eine Düse,
welche einen Luftstrom erzeugt, der auf eine Bodenplatte gerichtet
ist, und luftkühlende
Flansche, welche an der wärmeerzeugenden
Elektronik angebracht sind.
-
US 6 430 042 B1 offenbart
ein Mittel zum Kühlen
von Halbleiterelementen in einem Gehäuse eines tragbaren Computers.
Ein Ventilator saugt einen Luftstrom durch eine eingeschlossene
Rohrleitung, welche sich durch das Gehäuse des tragbaren Computers
erstreckt. Die CPU und andere wärmeerzeugende
Elemente innerhalb des Gehäuses
sind in thermischen Kontakt mit dem Äußeren der Rohrleitung.
-
US 5 861 703 offenbart eine
piezoelektrische Ventilatoranordnung. Ein piezoelektrisches Element läßt ein einzelnes
Ventilatorblatt vibrieren. Das Ventilatorblatt erzeugt einen Luftstrom
durch das Gehäuse der
Anordnung. Die Ventilatoranordnung kann verwendet werden, um elektronische
Komponenten zu kühlen.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, wie sie in Anspruch
1 definiert ist.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine perspektivische Darstellung einer thermischen Lösung vom
Stand der Technik;
-
2 ist
eine Querschnittsdarstellung eines Systems, welches eine Antriebsmembran-Einheit nach
einer Ausführung
einschließt;
-
3 ist
eine Darstellung einer Antriebsmembran-Einheit nach einer Ausführung; und
-
4 ist
eine Darstellung eines Beispiels zur Verwendung einer Antriebsmembran-Einheit
für einen
Kartenschlitz eines Systems.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Ausführungen
einer Antriebsmembran zum Erzeugen von Luftbewegung in Richtung
einer wärmeerzeugenden
Vorrichtung werden offenbart, um eine Temperatur der Vorrichtung
zu verringern und/oder eine Umgebungstemperatur der wärmeerzeugenden
Vorrichtung zu verringern. In der folgenden Beschreibung werden
viele spezifische Details angegeben. Es versteht sich jedoch, daß Ausführungen
ohne diese spezifischen Details angewendet werden können. In
anderen Fällen
wurden bekannte Schaltungen, Strukturen und Techniken nicht im Detail
dargestellt, um das Verständnis
dieser Beschreibung nicht zu verdunkeln.
-
Eine
Bezugnahme in der ganzen Beschreibung auf „eine erste Ausführung" oder „eine Ausführung" zeigt an, daß ein besonderes
Merkmal, eine besondere Struktur oder Charakteristik, das oder die
in Zusammenhang mit der Ausführung
beschrieben werden, in mindestens einer Ausführung umfaßt ist. Daher bezieht sich
das Auftreten der Ausdrücke „in einer
ersten Ausführung" oder „in einer
Ausführung" an verschiedenen
Stellen in dieser Patentschrift nicht notwendigerweise alle auf
dieselbe Ausführung.
Darüber
hinaus können
die besonderen Merkmale, Strukturen oder Charakteristika in jeder
geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungen kombiniert werden.
In einer Ausführung
umfaßt,
wie in 2 dargestellt ist, ein tragbares Computersystem 202 (wie
etwa ein Notebookcomputer, Tablet-PC, Laptopcomputer usw.) eine
Hauptplatine 204, an der Einheiten angebracht sind. Die
Hauptplatine umfaßt eine
Oberseite 204a und eine Unterseite 204b. In einer
Ausführung
ist der Raum zwischen der Oberseite 204a der Hauptplatine
und der Innenseite des Computerchassis (andernorts als „Hülle" bezeichnet) größer als
der Raum zwischen der Unterseite 204b der Hauptplatine
und der Innenseite des Computerchassis.
-
Beispielsweise
beträgt,
wie in der Ausführung
von 2 dargestellt ist, der Raum zwischen der Oberseite 204a der
Hauptplatine und der Innenseite des Computerchassis 8,2 mm, und
der Raum zwischen der Unterseite 204b der Hauptplatine
und der Innenseite des Computerchassis beträgt nur 5,5 mm. Der Abstand
zwischen der Oberseite 204a und der Unterseite 204b der
Hauptplatine und dem Computerchassis kann in alternativen Ausführungen
variieren.
-
Elektronische
Komponenten können
auf der Oberseite 204a und der Unterseite 204b angebracht werden,
wie dargestellt ist. Insbesondere wird, wie in 1 dargestellt
ist, eine Speichereinheit 206 an der Unterseite 204b der
Hauptplatine angebracht. Alternativ können andere wärmeerzeugende
Vorrichtungen an der Unterseite der Hauptplatine angebracht werden,
wie etwa eine CPU, ein Chipsatz, ein Graphikcontroller (Grfx) oder
eine Miniatur-Drahtloskarte.
-
In
der Ausführung,
die in 2 dargestellt ist, wird eine Antriebsmembran 208 bereitgestellt,
um Luftströme
in Richtung der Speichereinheit oder einer oder mehrerer anderer
wärmeerzeugender
Vorrichtungen zu erzeugen. Durch das Erzeugen von Luftströmen in Richtung
der einen oder mehreren wärmeerzeugenden
Vorrichtungen können
die Umgebungstemperatur der wärmeerzeugenden
Vorrichtung, die Temperatur der wärmeerzeugenden Vorrichtung
und/oder die Temperatur des Inneren oder Äußeren der lokalen Fläche des
Computerchassis verringert werden. In alternativen Ausführungen
kann eine Antriebsmembran auf der Oberseite 204a der Hauptplatine
angeordnet werden und ausgerichtet werden, um einen Luftstrom in
Richtung von wärmeerzeugenden
Vorrichtungen, die auf der Oberseite 204a der Hauptplatine
angebracht sind, zu erzeugen.
-
In
einer Ausführung,
welche in 3 dargestellt ist, umfaßt die Antriebsmembran-Einheit 302 eine
piezoelektrische oder elektromagnetische Membran 304, welche
nach innen und außen
oszilliert, um Luft in die Einheit zu ziehen bzw. Luft aus der Einheit zu
pressen, um einen Strahlstrom von Luft zu erzeugen. Genauer wird,
wie in 3 gezeigt ist, wenn die Membran 304 nach
außen
weg von der Einheit 302 oszilliert, Luft in die Einheit
durch die relativ kleine Öffnung 308 gezogen.
Wenn die Membran nach innen oszilliert, wird die Luft aus der Öffnung 308 der Einheit 302 gepreßt, um einen
Strahlstrom von Luft zu erzeugen.
-
In
einer Ausführung
liegt die Oszillation der Antriebsmembran-Einheit 302 im
Bereich von 20–200
Hz. In alternativen Ausführungen
sind höhere und
niedrigere Bereiche von Oszillation vorgesehen. Darüber hinaus
weisen in einer Ausführung
die Abmessungen der Antriebsmembran-Einheit eine Höhe von 5,5
mm oder weniger, eine Länge
von 40 mm oder weniger und eine Breite von 40 mm oder weniger auf.
In alternativen Ausführungen
können
die Abmessungen der Antriebsmembran-Einheit variieren.
-
In
einer Ausführung
umfaßt,
wie weiter in 2 dargestellt ist, das System
einen Eintritt 210, um externe Luft in das System zuzulassen,
und kann weiter einen System-Austritt 212 umfassen, um
die wärmere
innere Luft auszulassen, welche durch die Strahlströme, die
von der Antriebsmembran-Einheit 302 erzeugt
werden, heraus gepreßt
wird.
-
Die 4 stellt
ein Beispiel dar, welches hilfreich für das Verständnis der Erfindung ist. Wie
in 4 dargestellt ist, ist eine Antriebsmembran 408 vorgesehen,
um Luftströme
in Richtung des Kartenschlitzes 414 zu erzeugen. Durch
das Erzeugen von Luftströmen
in Richtung der Kartenschlitze 414 können die Umgebungstemperatur
des Schlitzes, die Temperatur einer Karte, welche in den Schlitz
eingeführt
ist, und/oder die Temperatur der Innenseite und Außenseite
der lokalen Fläche
des Computerchassis alle verringert werden. In einer Ausführung wird
die Antriebsmembran auf einen Außenumfang des Schlitzes 414 angeordnet,
oder alternativ außerhalb des
Außenumfangs
des Kartenschlitzes, um einen Luftstrom durch den Schlitz zu erzeugen,
der dabei durch einen äußeren Zugang
des Schlitzes austritt.
-
In
einer Ausführung
kann der Kartenschlitz so dimensioniert sein, daß er herausnehmbare Module
von Kreditkartengröße akzeptiert,
die verwendet werden können,
um Modems, Netzwerkadapter, Soundkarten Radio-Transceiver, Solid-State-Disks und
Festplatten an einen tragbaren Computer anzuschließen. Der
Kartenschlitz kann für
eine PC-Karte, eine PCMCIA-Karte, eine CardBus-Karte oder andere
Karten konfiguriert werden. In einer Ausführung kann der Kartenschlitz
konfiguriert werden, um eine Karte von 85,6 mm Länge mal 54 mm Breite (3,37'' x 2,126'')
zu empfangen. Die Höhe
des Kartenschlitzes kann schwanken, um unterschiedliche Kartentypen aufzunehmen,
wie etwa eine Dicke von 3,3 mm für eine
Karte vom Typ I, eine Dicke von 5,0 mm für eine Karte vom Typ II, eine
Dicke von 10,5 mm für
eine Karte vom Typ III und eine Dicke von 16 mm für eine Karte
vom Typ IV. In alternativen Ausführungen
können
die Abmessungen des Kartenschlitzes variieren, um Karten anderer
Abmessungen und Formate aufzunehmen.
-
Diese
Ausführungen
wurden mit Bezug auf spezifische beispielhafte Ausführungen
von ihnen beschrieben. Es wird jedoch Personen mit dem Vorteil zu
dieser Offenbarung offensichtlich sein, daß verschiedene Modifikationen
und Änderungen
an diesen Ausführungen
gemacht werden können,
ohne von dem weiteren Geist und Schutzumfang der hierin beschriebenen
Ausführungen
abzuweichen. Die Patentschrift und die Zeichnungen sind demnach
in einem erläuternden
anstatt einem einschränkenden Sinn
zu betrachten.