DE9205991U1 - Computer mit Gebläsekühlung - Google Patents
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Description
Computer mit Gebläsekühlung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Computer mit Gebläsekühlung, insbesondere PC, Tower oder dergleichen,
bestehend unter anderem aus einer elektronischen Baueinheit und einem Kühlgebläse, die
parallel geschaltet am Netzgerät angeschlossen sind.
Computer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 gibt es in unterschiedlichsten Ausführungsvarianten, die
in ihrem grundsätzlichen Aufbau jeweils bestehen aus einem Netzteil, das der Stromversorgung dient,
einem Mainbord oder Motherbord, einer Festplatte, Laufwerken und einem Kühlgebläse, das insbesondere
die elektronischen Bauelemente vor einer Überhitzung schützt. Eine Überhitzung derselben würde dazu
führen, daß ein sicheres Arbeiten der Elektronik nicht gewährleistet wäre oder die elektronischen
Bauelemente sogar zerstört werden würden. Das spannungsstabilisierte Netzgerät liefert unabhängig
von der entnommenen elektrischen Leistung eine nahezu konstante Ausgangsspannung, die sowohl
an der Elektronik des Computers als auch an seinem Kühlgebläse anliegt, das demgemäß nach Einschalten
des Rechners eine konstante Drehzahl und damit eine gleichbleibend starke Luftströmung zum Zwecke der
Gerätekühlung erzeugt. Diese ist so dimensioniert, daß auch bei höchster Leistungsaufnahme und damit
maximaler Wärmeentwicklung an der Elektronik und
gleichzeitig der höchsten im Arbeitsbereich des Computers zu erwartenden Temperatur, d.h. insbesondere
der höchsten Temperatur der Kühlluft, eine ausreichende Kühlleistung mit Sicherheit gewährleistet
ist.
Die Kühlleistung des Gebläses hängt außer von der Temperaturdifferenz der durchströmenden Luft und
den zu kühlenden Bauteilen, sowie dem Wärmeumsatz in der Elektronik, auch von den Strömungsverhältnissen
innerhalb des Gerätes, die von der Anordnung und der Form der Bauteile und der Gestaltung der
Zu- und Abluftöffnung des Computergehäuses vorgegeben ist. Die Drehzahl des Gebläses, die aufgrund
der konstant anliegenden Spannung immer gleich bleibt, ist folglich so bemessen, daß auch bei Aufeinandertreffen
extremer Bedingungen, d. h. maximale Leistungsaufnahme der Elektronik und hohe Umgebungstemperatur
am Computerstandort, eine ausreichende Kühlleistung zur Verfügung steht.
Unabhängig von der momentan benötigten Kühlleistung setzt das Gebläse ein Luftvolumen in Bewegung, das
sich an der maximalen Kühlleistung orientiert. Folglich wird vom Gebläse unter Einsatz einer entsprechend
hohen elektrischen Energie, die der Gebläsemotor aufnimmt, eine Kühlleistung zur Verfügung
gestellt, die den Bedarf während des Betriebs des Computers in der meisten Zeit bei weitem übersteigt.
Zum einen bedeutet das, einen im Einzelfall erhebliehen überflüssigen Energieaufwand, d.h. eine Energieverschwendung, die hohe Kosten verursacht, zum anderen ist mit der relativ hohen Drehzahl des Gebläses eine nicht vermeidbare Geräuschentwicklung
Zum einen bedeutet das, einen im Einzelfall erhebliehen überflüssigen Energieaufwand, d.h. eine Energieverschwendung, die hohe Kosten verursacht, zum anderen ist mit der relativ hohen Drehzahl des Gebläses eine nicht vermeidbare Geräuschentwicklung
gegeben, die für die am Gerät oder im Bereich des Gerätes arbeitenden Personen eine erhebliche Belästigung
darstellt, mitunter die Arbeitsleistung erheblich beeinträchtigt oder sogar gesundheitsschädigend
wirkt.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, derartige Computer dahingehend weiterzuentwickeln, die
Drehzahl des Kühlgebläses und damit die Geschwindigkeit der Luftströmung dem momentanen Kühlbedarf
anzupassen.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß dem Kühlgebläse ein Steuergerät für die
Drehzahl des Kühlgebläses vorgeschaltet ist, das mit mindestens einem Temperatursensor und/oder einem
elektrischen Leistungsmesser, der sich im Stromzweig der elektronischen Baueinheit befindet,
verbunden ist.
Die aufgrund der Erfindung gegebene Anpassung der Kühlgebläsedrehzahl an den momentanen Kühlbedarf
hat zum einen den Vorteil, den Energieaufwand für den Antrieb des Kühlgebläses auf ein vom Bedarf der
Kühlleistung vorgegebenes Mindestmaß zu reduzieren, da dieser in der Regel gegenüber dem Leistungsmaximum
des Kühlsystems erheblich unterschritten wird und demgemäß eine erhebliche Energieeinsparung mit
sich bringt.
Zum anderen ist eine erhebliche Einschränkung der nicht vermeidbaren und durch das Kühlgebläse be-
dingten Geräuschentwicklung gegeben, die insbesondere bei Arbeiten, die eine hohe Konzentration erfordern,
eine erhebliche Leistungsminderung zur Folge haben können.
Gleichzeitig erzielt man mit der bedarfsgerechten Kühlung der Anlage, daß diese im optimalen Temperaturbereich arbeitet, d.h. innerhalb des Computers eine Temperatur eingehalten wird, die die Arbeitspunkte der elektronischen Bauelemente nicht oder nur geringfügig beeinflußt, so daß die Funktionsfähigkeit über eine vergleichsweise lange Lebensdauer sichergestellt ist.
Gleichzeitig erzielt man mit der bedarfsgerechten Kühlung der Anlage, daß diese im optimalen Temperaturbereich arbeitet, d.h. innerhalb des Computers eine Temperatur eingehalten wird, die die Arbeitspunkte der elektronischen Bauelemente nicht oder nur geringfügig beeinflußt, so daß die Funktionsfähigkeit über eine vergleichsweise lange Lebensdauer sichergestellt ist.
Die in der Regel deutlich geringere Drehzahl des Gebläses gegenüber herkömmlichen ungesteuerten Anlagen,
zumindest im überwiegenden Teil der Betriebszeit des Gerätes führt darüber hinaus zu einer
erheblichen Reduktion der Staubaufwirbelung bzw. der Staubumwälzung in der Raumluft.Dieser Umstand
hat neben allgemein gesundheitlichen Einschränkungen, insbesondere für Personen mit hoher
Allergieanfälligkeit, große Bedeutung.
Um einen Hitzestau innerhalb des Gerätes mit Sicherheit zu vermeiden wird vorgeschlagen, eine Mindestkühlung
zu gewährleisten. Dies ist dadurch zu erreichen, daß bei eingeschaltetem Computer das
Kühlgebläse mit einer Mindestdrehzahl rotiert.
Wegen des hohen Leistungsumsatzes und der damit verbundenen starken Erwärmung des Netzgerätes wird
vorgeschlagen, den Temperatursensor im Netzgerät unterzubringen.
Um Meßfehler zu vermeiden, wird vorgeschlagen, den Temperatursensor im Netzgerät im Abstand zum Kühlblech
anzuordnen.
Weiter steht es im Rahmen der Erfindung frei, den Temperatursensor außerhalb des Computers anzubringen.
Dies ermöglicht die Erfassung der Temperatur der angesaugten Kühlluft. Je wärmer diese ist, desto
höher muß die Drehzahl des Gebläses sein, um die gleiche Kühlung zu erzielen wie mit kälterer
Luft, da die Kühlleistung, d.h. die Wärmeabgabe durch die kühlungsbedürftigen Bauteile vom Temperaturunterschied
abhängig ist.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Anbringung des Temperatursensors im Strömungsfeld der aus dem Computer austretenden Kühlluft,
deren Temperatur ein Maß für den erforderlichen Luftdurchsatz der elektrischen Anlage darstellt.
Die austretende Kühlluft ist somit ein hervorragender Indikator für die thermische Situation innerhalb
des Gerätes.
Auch steht es frei, den Temperatursensor innerhalb des Gehäuses des Computers an oder in der Nähe einer
elektronischen Baueinheit anzubringen und so punktuell die Temperatur eines Bauteiles zu erfassen.
Dabei ist es vorteilhaft, die Temperatur des elektronischen Bauelementes zu erfassen, das die
stärkste Erwärmung aufweist bzw. bei dem bei Überhitzung die Gefahr der Funktionsunfähigkeit oder
der Zerstörung am ehesten besteht.
Diese Art der Temperaturmessung ist allerdings nur in Geräten anwendbar, in denen ein entsprechender
Temperaturgradient vorliegt.
Eine erhebliche Verbesserung des Schutzes vor Überhitzung der Anlage ist durch die Anwendung mehrerer
Temperatursensoren, die an verschiedenen Stellen des Computers angebracht sind, zur Regelung der Gebläsedrehzahl
herangezogen werden. Dabei besteht die Möglichkeit, die Temperaturwerte bzw. deren
analoge Signale integrativ zu verarbeiten und zu Steuerungszwecken heranzuziehen oder mittels einer
Vorrangschaltung den Temperatursensor, der die höchste Temperatur meldet, für die Steuerung des
Gebläses heranzuziehen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Aus-0 führungsbeispiele, die in Zeichnungem dargestellt
sind, näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 das Schaltbild eines Computers mit last- und außentemperaturgesteuertem
Kühlgebläse
Figur 2 das Schaltbild eines Computers mit
Kühlgebläsesteuerung durch Temperaturerfassung inner- und außerhalb des
Computergehäuses
In Figur 1 ist ein Computergehäuse (1) dargestellt, in dem sich das Netzgerät (2), das von der Zuführung
(3, 4) mit elektrischer Energie versorgt wird, die elektronischen Baueinheit (5), der Leistungsmesser
(6) , das Steuergerät (7) und das Kühlgebläse (8) befinden und an dem außerhalb des Gehäuses ein
Temperatursensor (9) angebracht ist.
Das Netzgerät (2) liefert eine nahezu konstante Spannung UQ und stellt die Stromversorgung für die
elektronische Baueinheit (5) und das Steuergerät (7) mit dem Kühlgebläse (8) dar. Die Regelung der
Drehzahl des Kühlgebläses (8) erfolgt einerseits abhängig von der durch die elektronischen Baueinheit
(5) aufgenommenen elektrischen Leistung, andererseits durch einen außerhalb des Computergehäuses
(1) angebrachten Temperatursensor (9), der so positioniert ist, daß er die Temperatur des aus dem
Computergehäuse (1) ausströmenden Luft erfaßt.
Diese wurde innerhalb des Gehäuses, abhängig vom Wärmeumsatz der Bauteile des Computers erwärmt. Die
Wärmeabgabe erfolgt nach Einschalten frühestens dann, wenn ein Temperaturgradient zwischen der
Kühlluft und den Computerkomponenten auftritt. Unmittelbar nach Einschalten des Gerätes ist somit
eine Kühlung des Gerätes im allgemeinen nicht zwingend erforderlich, insbesondere dann, wenn das Gerät
lange Zeit vorher nicht eingeschaltet war.
Um aber dennoch einen Hitzestau von vorneherein auszuschließen, ist die Steuerung (7) so konzi-
piert, daß bei Einschalten des Gerätes das Kühlgebläse (8) mit einer Mindestdrehzahl rotiert.
Das Steuergerät (7), dem die Meßsignale des Leistungsmessers (6) und/oder des Temperatursensors
(9) zugeführt werden, vergleicht diese mit den aus der Erfahrung gewonnenen Sollwerten. Die Veränderung
der Drehzahl des Kühlgebläses (8) erfolgt durch die Veränderung der Spannung UG am Ausgang
der Steuerung (7).
Die der elektronischen Baueinheit (10) zugeführte elektrische Leistung erfaßt im einfachsten Fall ein
Leistungsmesser (6), der als Ohmscher Widerstand ausgeführt ist. Die an diesem, abhängig von der von
der Elektronik (10) aufgenommenen Stromstärke, abfallende Spannung Us, ist unter der Voraussetzung,
daß sie bei maximaler Leistungsaufnahme im Vergleich zur stabilisierten Netzspannung UQ sehr
klein ist, in sehr guter Näherung ein Maß für die von der Elektronik (10) aufgenommene Leistung.
Der Ohmsche Widerstand ist so bemessen, daß bei maximaler Stromstärke, d. h. maximaler Leistungsaufnahme
der Elektronik (10), die Spannung zwischen den Punkten A und B einen Betrag aufweist, der
nicht größer als die zulässige Spannungsschwankung der elektronischen Bauelemente (10) ist.
Die Spannung Us wird dem Regler des Steuergerätes
(7) zugeführt, der proportional zu dieser eine am Gebläsemotor (8) anliegende Spannung Ua in der Höhe
abgibt, aus der eine Gebläsedrehzahl resultiert, die die erforderliche Kühlleistung erbringt.
Figur 2 zeigt einen Computer, dessen Gebläsedrehzahl von den Signalen der Temperatursensoren (9)
und (10) gesteuert wird. Eine lastabhängige Regelung der Gebläsedrehzahl, d.h. eine von der der
und (10) gesteuert wird. Eine lastabhängige Regelung der Gebläsedrehzahl, d.h. eine von der der
Elektronik zugeführten elektrischen Energie, findet nicht statt. Der Temperatursensor (9) befindet sich
aus den bereits oben erläuterten Gründen im Austrittsbereich der aus dem Computergehäuse ausströmenden
Kühlluft. Ein Temperatursensor (10) erfaßt die Temperatur eines elektronischen Bauteiles innerhalb
des Gehäuses. Die Messung erfolgt vorteilhafterweise am teinperaturempfindlichsten Elektronikbauteil.
Im Steuergerät (7) werden die Signale der Temperatursensoren (9) und (10) zu einer Gesamtgröße addiert,
die dann die Ausgangsspannung UG und damit
die Drehzahl des Kühlgebläses (8) festlegt.
Claims (8)
1. Computer mit Gebläsekühlung, insbesondere PC, Tower oder dergleichen, bestehend unter anderem aus
einer elektronischen Baueinheit und einem Kühlgebläse, die parallel geschaltet am Netzgerät angeschlossen
sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kühlgebläse (8) ein Steuergerät (7) für die Drehzahl
des Kühlgebläses (8) vorgeschaltet ist, das mit mindestens einem Temperatursensor (9, 10)
und/oder einem elektrischen Leistungsmesser (6), der sich im Stromzweig der elektronischen Baueinheit
(10) befindet, verbunden ist.
2. Computer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß bei eingeschaltetem Computer das Kühlgeblase
(8) eine vorgegebene Mindestdrehzahl aufweist.
3. Computer nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekenn-
zeichnet, daß die Unterbringung des Temperatursensors (2) im Netzgerät erfolgt.
4. Computer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn-
0 zeichnet, daß der Temperatursensor im Netzgerät (2) im Abstand zum Kühlblech angeordnet ist.
5. Computer nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekenn zeichnet, daß sich der Temperatursensor (9) außerhalb
des Computers befindet.
6. Computer nach Anspruch 1 bis 2 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Unterbringung des Temperatursensors (9) im Strömungsfeld der aus dem Computer
austretenden Kühlluft erfolgt.
7. Computer nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekenn zeichnet, daß sich der Temperatursensor innerhalb
des Gehäuses der elektronischen Baueinheit (10) befindet.
8. Computer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß mehrere Temperatursensoren (9) zum
Steuergerät (7) führen.
Steuergerät (7) führen.
Priority Applications (1)
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