DE9205991U1

DE9205991U1 - Computer mit Gebläsekühlung

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Publication number: DE9205991U1
Application number: DE9205991U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-02
Filing date: 1992-05-02
Publication date: 1992-07-16
Anticipated expiration: 2002-05-03

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

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.

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 U_Q 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 U_G 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 U_s, ist unter der Voraussetzung, daß sie bei maximaler Leistungsaufnahme im Vergleich zur stabilisierten Netzspannung U_Q 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 U_s wird dem Regler des Steuergerätes (7) zugeführt, der proportional zu dieser eine am Gebläsemotor (8) anliegende Spannung U_a 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

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 U_G und damit die Drehzahl des Kühlgebläses (8) festlegt.

Claims

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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.