DE102006055755A1

DE102006055755A1 - Staubgeschützte Computer, Elektronikgeräte und Elektroikkühler

Info

Publication number: DE102006055755A1
Application number: DE102006055755A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Fischer; Roland Pfeffer
Original assignee: Mpore GmbH; FPE Fischer GmbH; M Pore GmbH
Current assignee: Mpore GmbH; FPE Fischer GmbH; M Pore GmbH
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-11-25
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2026-11-26
Also published as: DE102006055755B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein materialisiertes Antiverstaubungskonzept für Computer, Elektronikgeräte und Elektronikkühler; sie ist ein Zusatz zu der Patentanmeldung DE 102005032607.2 "Gehäuse für elektronische Geräte und Systeme". Aufgabe der Erfindung ist es, das Eindringen von Staub in derartige Geräte nachhaltig zu verringern und dessen Ablagerung auf Kühlrippen von Kühlkörpern sowie auf den Flügeln von Lüftern zu vermeiden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Gehäuse von Computern und Elektronikgeräten zumindest im Bereich einer Lufteintrittsöffnung aus offenporigem Metallschaum ausgeführt sind und Kühlkörper sowie auf Kühlkörpern angebrachte Lüfter Nanobeschichtungen aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass allein mit dem Einsatz des Metallschaumes als Filter 70% des als ansonsten eindringenden Staubes außerhalb der Gehäuse zurückgehalten werden kann. Durch den additiven Einsatz der Nanobeschichtung konnte die Staubablagerung auf Kühlkörpern und Lüftern vollständig vermieden werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein materialisiertes Antiverstaubungskonzept für Computer, Elektronikgeräte und Elektronikkühler; sie ist ein Zusatz zu der Patentanmeldung DE 10 2005 032 607.2 „Gehäuse für elektronische Geräte und Systeme".
Computer und andere Elektronikgeräte dürfen auf Grund elektromagnetischer Emission nur relativ kleine Öffnungen bzw. Perforationen im Gehäuse haben. Da andererseits diese Geräte bekanntlich gekühlt werden müssen, muss die natürliche Wärmeabgabe durch auftretende Konvektion künstlich durch Lüfter unterstützt werden.
Die in ihren Querschnitten limitierten Lufteintritte erhöhen zwangsläufig, entsprechend der zur Wärmeabfuhr benötigten Luftmengen, die Luftgeschwindigkeit. Dies führt dazu, dass größere Mengen von staubangereicherter Luft angesaugt werden. Veränderungen der Querschnitte bei der Luftführung im Geräteinneren verwirbeln die Luft und erhöhen die Luftgeschwindigkeiten, was die Ablagerung des Staubes im Geräteinneren begünstigt. Der Austritt der mit Staub angereicherten erwärmten Luft an nicht mit Lüftern besetzten Fugen und Ritzen des Gehäuses wird auf Grund des entstehenden erhöhten Staudruckes erschwert. Neben der Ablagerung an funktionsunbedeutenden Steilen und Bauelementen lagert sich der Staub jedoch, durch statische Aufladung unterstützt, auf den Kühlrippen von Kühlkörpern sowie auf den Flügeln von Lüftern, die ummittelbar auf Kühlkörpern angebracht sind, ab.
Mit ansteigender Staubschicht reduziert sich die Kühlleistung bis hin zu temperaturbedingten Notabschaltungen von CPU's, GPU's und anderen aktiven elektronischen Bauelementen, die damit zum Ausfall des Computers bzw. des Elektronikgerätes führen.
Aus dem Stand der Technik ist verschiedentlich angeregt, die Ablagerung von Staub in Klimaanlagen, Kühlvorrichtungen und Wärmetauschern durch Beschichtung der luftführenden Teile und Einrichtungen mittels Antihaft-Oberflächenbeschichtungen bzw. Nanopartikeln zu verhindern oder zumindest nachhaltig zu reduzieren.
Aus DE 199 32 080 A1 ist bekannt, dass die Selbstreinigung der Oberflächen von Klimaanlagen und Klimakanälen durch so genannte Lotus-Schichten, deren mikroskopisch feine Oberflächen-Noppenstruktur ein Anhaften von Staub und anderen Schadstoffteilchen sowie Bakterien und Keimen wirksam verhindern soll, angestrebt wird. Hierbei ist vorgesehen, dass die Schicht im einfachsten Fall aus geeigneter Fassadenfarbe erzeugt wird. Wesentlich ist nur, dass die Schichtoberfläche eine große Konzentration von Mikronoppen aufweist, so dass auftretende Luftschadstoffteilchen einschließlich Staub wegen fehlender Kontaktflächen nicht haften bleiben können.
Die Beschichtung der Oberflächen von Kühleinrichtungen mit feinen Partikeln, beispielsweise aus Metall oder Metalloxid, wird auch in DE 100 49 274 A1 vorgeschlagen. Obgleich die Erfindung vordergründig auf die Vergrößerung der Oberfläche zielt, kann angenommen werden, dass die Verringerung der Kühlleistung infolge Staubablagerung gleichfalls weitgehend vermieden wird.
In WO 2005/052489 A2 ist ein Wärmetauscher, insbesondere ein Verdampfer für Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen, beschrieben, auf dessen Wärmeübertragungsflächen aus Metall mehrere, bevorzugt stofflich unterschiedliche Schichten aus Nanopartikeln aufgebracht sind. Dabei weist zumindest eine Schicht korrosionsschützende Eigenschaften und zumindest eine weitere, vorzugsweise darauf angeordnete, Schicht hydrophile Eigenschaften auf. Die hydrophile Ausstattung der Oberfläche führt zur Ausbildung eines dünnen, geschlossenen Flüssigkeitsfilms, der ein Abfließen von Staub- und Schmutzpartikeln bewirkt und somit eine dauerhafte Ansammlung von Staub und Schmutz vermeidet.
Grundsätzlich ähnliche Entwicklungen bei Wärmetauschern sind bereits seit längerem Stand der Technik. So ist beispielsweise in CN 13242732 ein Aluminium-Wärmetauscher offenbart, der mit einer Schicht versehen ist, die u. a. Nanopartikel auf der Basis von makromolekularen Tensiden und vernetzbaren, ungesättigten Monomeren enthält und korrosionsschützende und hydrophile Eigenschaften aufweist. Aus EP 1 154 042 A1 ist zudem ein Wärmetauscher zu entnehmen, dessen Oberflächen mit einer Schicht auf Polymerbasis, die Silicatpartikel mit einem Durchmesser zwischen 5 und 1000 nm enthält, versehen ist.
Nanobeschichtungen in Computern, Elektronikgeräten und auf Elektronikkühlern sind im Hinblick auf die Vermeidung von Staubablagerungen, namentlich auf Kühlrippen von Kühlkörpern und Flügeln von Lüftern, derzeit nicht bekannt.
Selbstredend kommt in Computern und Elektronikgeräten sowie auf Elektronikkühlern eine hydrophilunterstützte Staubabführung praktisch nicht in Frage. Aber auch die sonstigen Vorschläge, mittels Nano-Beschichtungen Staubablagerungen zu verhindern oder zumindest wesentlich zu reduzieren, bieten keinen Ansatz, die in derartigen Geräten auftretende Problematik im notwendigen Maße zu lösen.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Eindringen von Staub in Computern und Elektronikgeräten nachhaltig zu verringern und dessen Ablagerung auf Kühlrippen von Kühlkörpern sowie auf den Flügeln von Lüftern zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gemäß Patentanspruch 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Ansprüche 2 bis 7.
Nach Maßgabe der Erfindung werden die Verstaubungsprobleme dadurch gelöst, dass die Gehäuse von Computern und Elektronikgeräten zumindest im Bereich einer Lufteintrittsöffnung aus offenporigem Metallschaum ausgeführt sind und Kühlkörper sowie auf Kühlkörpern angebrachte Lüfter Nano-Beschichtungen aufweisen.
Der als Filter wirkende Metallschaum ist erfindungsgemäß als vollständige, lösbare Gehäusewand oder vorzugsweise als partielles, in einer flächigen Gehäusewand integriertes und daraus entnehmbares Gehäusesegment ausgeformt. Die Gehäusewand kann mehrere Schaumsegmente aufweisen.
Der Metallschaum ist EMV-dicht und hat bei einer Dichte von vorzugsweise 20 ppi (pores per inch) und einer bevorzugten Schaumdicke von 5–20 mm einen Luftdurchlassverlust von nur 10%. Demzufolge kann ohne Weiteres ein größerer, langsam drehender Lüfter verwendet werden, sodass auch bei großer umzuwälzender Luftmenge mit sehr geringen Luftströmungsgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann. Auf Grund der geringeren Geschwindigkeiten führt die Luft weniger Staub mit sich. Außerdem lagert sich der Staub außen am Metallschaum ab.
In jeder Ausführung kann der Metallschaum bei sichtbarer Verstaubung von Hand, in einer Geschirrspühlmaschine, in einem Ultraschallbad oder mit sonstigen geeigneten Verfahren gereinigt werden. Ist der Metallschaum in vorteilhafter Weise mit einer Antistatikbeschichtung versehen, fällt der Staub nach Abschalten bzw. bei Erschütterung des Gerätes ab.
Es wurde festgestellt, dass allein mit dem Einsatz des Metallschaumes als Filter 70% des ansonsten eindringenden Staubs außerhalb eines Computergehäuses zurückgehalten werden kann. Des Weiteren verteilt sich der Staub im Inneren der Computer/Geräte gleichmäßiger; er lagert sich also nicht wie bislang üblich konzentriert auf Lüftern und Kühlkörpern ab. Durch den additiven Einsatz der Nanobeschichtung auf Kühlkörpern und Lüftern konnte hier die Staubablagerung vollständig vermieden werden.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass der Metallschaum graduiert ist, d. h. die Poren werden von außen (äußere Gehäusewandfläche bzw. außen liegende Segmentfläche) nach innen (innere Gehäusewandfläche bzw. innen liegende Segmentfläche) stetig größer oder stetig kleiner. Zudem weist zumindest die Außenseite des Metallschaumes, wenn er als Lufteintrittsöffnung verwendet ist, eine im Vergleich zur Innenseite höhere Rauhigkeit auf. Dem Wesen der Erfindung folgend, ist auch vorgesehen, dass der Metallschaum, wenn er an Luftaustrittsöffnungen eingesetzt ist, wie die Kühlkörper und Lüfter nanobeschichtet ist.
Es wurde also überraschenderweise gefunden, dass der Einsatz von Metallschaum als Gehäuse bzw. Gehäusesegmente von Computern und Elektronikgeräten, gepaart mit der Verwendung von Nanobeschichtungen auf Kühlern und Lüftern, zu einer nachhaltig geringeren Staubablagerung führt. Dabei steht fest, dass hierzu auch die infolge des Schaumeinsatzes gleichmäßigeren und möglichen geringeren Strömungsgeschwindigkeiten beitragen.
Die Beschichtung der Lüfter und die mögliche geringere Strömungsgeschwindigkeit führt zudem auch zu geringeren Luftströmungsgeräuschen.

Claims

Staubgeschützte Computer, Elektronikgeräte und Elektronikkühler, dadurch gekennzeichnet, dass deren Gehäuse zumindest im Bereich einer Lufteintrittsöffnung aus offenporigem Metallschaum ausgeführt sind und Kühlkörper sowie auf Kühlkörpern angebrachte Lüfter Nanobeschichtungen aufweisen.
Staubgeschützte Computer, Elektronikgeräte und Elektronikkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum als vollständige, lösbare Gehäusewand ausgeformt ist.
Staubgeschützte Computer, Elektronikgeräte und Elektronikkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum als partielles, in einer flächigen Gehäusewand integriertes und daraus entnehmbares Gehäusesegment ausgeformt ist.
Staubgeschützte Computer, Elektronikgeräte und Elektronikkühler nach Anspruch 1 und 3, dass die Gehäusewand mehrere Schaumsegmente aufweist.
Staubgeschützte Computer, Elektronikgeräte und Elektronikkühler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum mit einer Antistatikbeschichtung versehen ist.
Staubgeschützte Computer, Elektronikgeräte und Elektronikkühler nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum derart graduiert ist, dass die Poren von außen (äußere Gehäusewandfläche bzw. außen liegende Segmentfläche) nach innen (innere Gehäusewandfläche bzw. innen liegende Segmentfläche) stetig größer oder stetig kleiner werden.
Staubgeschützte Computer, Elektronikgeräte und Elektronikkühler nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite des Metallschaumes eine größere Rauhigkeit als die Innenseite aufweist.