Beschreibung

Elektronisches Gerät mit Ionen-Kühlsystem

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät mit einem

Ionen-Kühlsystem zur Kühlung von Systemkomponenten des Geräts sowie ein Verfahren zur überwachung einer durch ein Ionen- Kühlsystem hervorgerufenen elektrostatischen Aufladung von Komponenten des elektronischen Geräts.

Die Kühlung von Systemkomponenten spielt bei elektronischen Geräten, wie beispielsweise einem Computersystem, eine wichtige Rolle. Durch die Kühlung wird eine überhitzung der Komponenten verhindert und somit die Funktionalität der einzelnen Komponenten und ein unterbrechungsfreier Betrieb des Geräts gewährleistet.

In der Regel erfolgt die Kühlung der Systemkomponenten, wie zum Beispiel einer CPU oder einer Stromversorgungseinheit in einem Computersystem, durch ein Kühlsystem aus einem oder mehreren Lüftungsventilatoren. Durch die Ventilatoren wird ein Luftstrom erzeugt, durch den die Komponenten des Geräts gekühlt werden und die erhitzte Luft aus dem Gerät hinaustransportiert wird.

Ebenso ist eine so genannte Ionenkühlung bei elektronischen Geräten bekannt. Bei der Ionenkühlung ist in der Regel ein Ionen-Kühlsystem in das System integriert, bei dem die herkömmlichen Ventilatoren durch ein Element ersetzt sind, das einen Luftstrom erzeugt.

Das Kühlsystem besteht beispielsweise aus einem oder mehreren Ionen-Kühlern die zwei geerdete Gitter aufweisen, zwischen

denen sich eine Anordnung von Drähten befindet, die unter positiver und negativer Hochspannung stehen. An den Elektroden werden durch die hohe anliegende Spannung umgebende Luftmoleküle ionisiert. Die positiv geladenen Ionen bewegen sich im Spannungsgefälle zu den negativ geladenen Kathoden und kollidieren auf dem Weg dahin mit weiteren Luftmolekülen. Auf diese Weise entsteht ein Ionenstrom. Dieser Ionenstrom erzeugt durch die Kollisionen mit neutralen Luftmolekülen einen Luftstrom auf der Oberfläche der Komponenten des elektronischen Geräts und sorgt dadurch für eine Kühlung der Komponenten. Die geerdeten Gitter sind dazu vorgesehen, die erzeugten Ionen an ihnen möglichst vollständig zu entladen und die Luft dadurch wieder weitgehend von Ionen zu befreien.

Der Nachteil bei der Kühlung eines elektronischen Geräts mittels eines Ionen-Kühlsystems ist, dass - trotz der Entladung der Ionen durch die geerdeten Gitter - der die Komponenten kühlende Luftstrom einen bestimmten Ionisierungsgrad aufweisen kann, wodurch die elektronischen Komponenten aufgeladen und auch beschädigt werden können. Insbesondere bei einer nicht optimal funktionierenden bzw. eingestellten Ionenkühlung kann es teilweise zu einer zu starken Ionisierung des Luftstroms kommen, was sich stark negativ auf einen störungsfreien Betrieb des elektronischen Geräts auswirken kann.

Die Auswirkung des ionisierten Luftstroms auf die Komponenten kann dabei auch von den Umgebungseigenschaften des Geräts abhängen, wie beispielsweise der Luftfeuchtigkeit oder der Staubkonzentration in der Luft innerhalb des Geräts.

Auf Grund der durch die Ionisierung des Luftstroms hervorgerufenen elektrostatischen Aufladung der Komponenten kann es zu kritischen Spannungen kommen, was zum Ausfall einzelner Komponenten bzw. des Geräts selbst führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektronisches Gerät mit einem Ionen-Kühlsystem zu beschreiben, bei dem eine durch die Ionenkühlung erzeugte elektrostatische Aufladung der Komponenten des Geräts kontrolliert werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektronisches Gerät der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens eine Anordnung im Gerät eingebracht ist, durch welche die Ionisierung des Luftstroms bestimmt werden kann.

Durch die Bestimmung der Ionisierung des Luftstroms wird zum einen der Ionisierungsgrad des kühlenden Luftstroms und seine Auswirkungen auf die sich im Luftstrom befindlichen Komponenten des Geräts - also deren elektrostatische Aufladung - kontrolliert zum anderen aber auch die Funktionsweise des kompletten Ionen-Kühlsystems geprüft, ohne dass das elektronische Gerät abgeschaltet bzw. geöffnet werden muss oder gar ein Ausbau des Kühlsystems erforderlich ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zur Bestimmung der Ionisierung des Luftstroms eine Messung der durch die Ionisierung auf wenigstens eine Elektrode übertragenen Ladung vorgesehen.

Eine weitere Ausführung der Erfindung sieht zur Bestimmung der Ionisierung eine Messung des von der wenigstens einen Elektrode abfließenden Stroms vor.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die wenigstens eine Elektrode ein Kühlkörper einer Systemkomponente des Geräts ist.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Elektrode eine leitende Fläche einer sich im ionisierten Luftstrom befindenden Systemkomponente des elektronischen Geräts ist.

In einer ebenso bevorzugten Ausgestaltung ist die wenigstens eine Elektrode ein in das Gerät eingebrachtes Dummy-Bauteil, das sich im ionisierten Luftstrom befindet.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Anordnung zur Bestimmung der Ionisierung des Luftstroms eine Vorrichtung aufweist, mit welcher der von der wenigstens einen Elektrode abfließende Strom ermittelt werden kann sowie dass die wenigstens eine Anordnung die wenigstens eine Elektrode mit einem Massepotential verbindet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist die wenigstens eine Anordnung zur Bestimmung der Ionisierung zusätzlich ein Schaltelement auf, mit dem die Verbindung zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem Massepotential hergestellt bzw. unterbrochen werden kann. Dadurch kann auch eine sich über einen längeren Zeitraum aufbauende elektrostatische

Aufladung der wenigstens einen Elektrode, beispielsweise zu Testzwecken, erreicht werden. Ebenso ist es dadurch möglich

trotz einer nur geringen Ionisierung des Luftstroms ein nachweisbares Signal zu erzeugen.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen :

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Computersystems mit einem Netzteil, einer CPU, Laufwerken, einer Festplatte, einem Ionen-Kühlsystem und sich im Luftstrom der Ionenkühlung befindenden im Inneren vorgesehenen Systemkomponenten sowie Anordnungen zur Messung der Ionisierung des Luftstroms,

Figur 2 eine schematische Darstellung des Computersystems aus Figur 1 mit einem Ionen-Kühlsystem nach dem Stand der Technik,

Figur 3 ein Ablaufdiagram für ein Verfahren zur überwachung der elektrostatischen Aufladung einer sich im ionisierten Luftstrom befindenden Komponente eines elektronischen Geräts.

Figur 2 zeigt eine Anordnung aus einem Computersystem 1, welches ein Netzteil 2, eine CPU 3, zwei Laufwerke 4 und eine Festplatte 5 aufweist. Weiterhin beinhaltet das

Computersystem 1 eine Systemkomponente 6 sowie ein Ionen- Kühlsystem 7 zur Kühlung von Komponenten des Computersystems 1 durch Ionenkühlung nach dem Stand der Technik, wie es in

einem Computersystem 1, beispielsweise einem Desktop Personalcomputer (PC), einem Notebook oder auch einem Server, in der Regel realisiert ist. Durch die Ionenkühlung wird ein Luftstrom 8 erzeugt, durch den die Komponenten des Computersystems 1, die sich innerhalb des Luftstroms 8 befinden, wie in diesem Ausführungsbeispiel die CPU 3 und die Systemkomponente 6, an der Oberfläche gekühlt werden.

Eine Fehlfunktion des Kühlsystems 7 kann (zusätzlich zu der unvermeidlichen Restionisierung des Luftstroms 8) zu einer zu starken Ionisierung des Luftstroms 8 führen. Das hat zur Folge, dass sich die im Luftstrom 8 befindenden Komponenten, in diesem Fall die CPU 3 bzw. die Komponente 6, durch den ionisierten Luftstrom 8 unbemerkt auf einen für das Computersystem 1 kritischen Wert aufladen, was zu einem

Ausfall der CPU 3 bzw. der Komponente 6 und als Konsequenz dessen zu einer Unterbrechung des Betriebs des Computersystems 1 führen kann.

Figur 1 zeigt das in Figur 2 dargestellte Computersystem 1 mit den oben beschrieben Systemkomponenten (2-6) sowie dem Ionen-Kühlsystem 7 und dem durch die Ionenkühlung erzeugten Luftstrom 8.

Das Computersystem 1 enthält des Weiteren zwei Anordnungen 9. Die Anordnung 9 verbindet eine Elektrode mit einem Massepotential 11 und weist beispielsweise eine Vorrichtung 12 zur Messung der an einem Widerstand 13 abfallenden Spannung auf, welche proportional zu dem von der Elektrode abfließenden Strom ist.

Zur Ermittlung des Stromflusses aus der durch die Vorrichtung 12 gemessenen Spannung kann beispielsweise eine Vergleichs-

Auswerteschaltung in der Anordnung 9 enthalten sein. über die Vergleichs-Auswerteschaltung könnten die Spannungswerte eingelesen, in Stromwerte umgerechnet und zur Weiterverarbeitung durch Software des Computersystems 1 an ein Mainboard weitergeleitet werden.

Das Computersystem 1 kann neben dem Ionen-Kühlsystem 7 noch eine redundante konventionelle Ventilatorkühlung durch Lüfter aufweisen. Auch zusätzliche für die weiteren Systemkomponenten (2, 4, 5) vorgesehene Ionen-Kühler, können noch in das Computersystem 1 integriert sein. Insbesondere kann dabei ein Ionen-Kühler für das Netzteil 2 des Computersystems 1 vorgesehen sein, wobei der Ionen-Kühler in das Netzteil 2 integriert sein kann.

Die Anordnung 9 ist zur Messung der durch den ionisierten Luftstrom 8 übertragenen Ladung auf wenigstens eine Elektrode und damit zur Bestimmung der Ionisierung des Luftstroms 8 eingerichtet. Sie ist dazu an sich im Luftstrom 8 befindenden Elektroden angebracht.

In diesem Beispiel dienen als Elektroden eine auf der Systemkomponente 6 - beispielsweise eine Graphikkarte oder eine Soundkarte - angebrachte leitende Fläche (zum Beispiel ein Kühlkörper der Systemkomponente 6) sowie eine zusätzliche im Luftstrom 8 eingebrachte Komponente 10. Auch ist der Einsatz von einer am bzw. im Netzteil 2 angebrachten leitenden Fläche als Elektrode zur überwachung der Aufladung des Netzteils 2 bei dessen Ionenkühlung vorstellbar.

Der Kühlkörper besteht üblicherweise aus einem wärmeleitfähigen Metall, wie Aluminium oder Kupfer, und dient

zur Verbesserung der Wärmeabfuhr von Wärme erzeugenden Komponenten, wie in diesem Fall der Systemkomponente 6. Der Kühlkörper kann dabei mit Hilfe von Schrauben oder Klemmen an der Systemkomponente 6 befestigt sein, oder aber auch an der Systemkomponente 6 aufgeklebt sein.

Die Komponente 10 kann beispielsweise eine leitende, nicht geerdete Fläche sein. Diese Fläche kann in ihrer Form wie eine weitere Systemkomponente gestaltet sein (Dummy-Bauteil) , was Messungen der elektrostatischen Aufladung dieser Elektrode für eine Bewertung der Aufladung der Systemkomponenten des Computersystems 1 realistischer macht. Dieses Dummy-Bauteil ist für die Wirkungsweise von Computersystem 1 nicht von Bedeutung, liefert aber aussagekräftige Messungen der Ionisierung des Luftstroms 8 und der Größe der erzeugten elektrostatischen Aufladung. Als Elektrode kann weiterhin jeder weitere Kühlkörper von Systemkomponenten des Computersystems 1 dienen, insbesondere können die CPU-Kühlkörper genutzt werden.

Durch die Messung der Spannung und des dadurch bestimmten (von der Elektrode abgehenden) Stromflusses kann auf die elektrostatische Aufladung der Elektrode geschlossen und dadurch die ionisierende Wirkung des Luftstroms 8 abgeleitet werden. Ebenso kann auch direkt eine Messung der auf die Elektrode übertragenen Ladung durchgeführt werden, um die Ionisierung des Luftstroms 8 zu bestimmen. Dies kann beispielsweise durch eine Anordnung geschehen, die einen Kondensator beinhaltet. Durch Transferieren der Ladung der Elektrode auf den Kondensator und anschließender Messung der am Kondensator abfallenden Spannung kann dabei - bei bekannter Kapazität des Kondensators - die Ladung direkt bestimmt werden.

Durch Bestimmung des integrierten Sromflusses innerhalb einer vorbestimmten Zeit und dessen Vergleich mit einem Referenzwert bzw. durch einen Vergleich mit vorher durchgeführten Messungen des integrierten Sromflusses kann auf die Ionisierung des Luftstroms 8 geschlossen werden und damit die Funktionalität des Ionen-Kühlsystems 7 und die Kühlfunktion für das Computersystem 1 getestet werden. Dadurch kann frühzeitig auf Fehlfunktionen, die sich durch zu starke (oder auch eine zu schwache) Ionisierung des

Luftstroms 8 und damit durch steigende (bzw. fallende) Werte für den integrierten Stromfluss bemerkbar machen, geschlossen werden. Einem Ausfall der CPU 3 durch überladung bzw., als Konsequenz dessen, einem Ausfall des Computersystems 1 kann somit rechtzeitig entgegengewirkt werden.

Die Anordnung 9 kann beispielsweise, wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt - auch ein Schaltelement enthalten, durch das die Verbindung der Komponente 10 mit dem Massepotential hergestellt bzw. unterbrochen werden kann.

Das Schaltelement in Anordnung 9 kann dabei Transistoren oder auch eine Thyristoranordnung beinhalten. Auch eine Schaltung mittels eines Relais ist vorstellbar.

Das Schaltelement wird - wie in Figur 1 schematisch dargestellt - in diesem Ausführungsbeispiel von der CPU 3 des Computersystems 1 gesteuert, vorstellbar ist jedoch auch, dass das Schaltelement von einem zusätzlich in der Anordnung 9 enthaltenen Timer intern gesteuert wird.

Durch das Schaltelement kann auch bei einer geringfügigen Ionisierung des Luftstroms 8 und damit kleiner Aufladung der Elektroden durch einen Aufbau der elektrostatischen Aufladung

über einen längeren Zeitraum ein nachweisbares Signal erzeugt werden und damit die Ionisierung des Luftstroms 8 überwacht werden .

Dieser Zeitraum kann durch eine vorbestimmte Zeit festgelegt sein, die der Wirkungsweise des Kühlsystems 7 und dem Ionisierungsgrad des Luftstroms 8 angepasst sein sollte. Dafür kann ein in Anordnung 9 zusätzlich enthaltener Timer verwendet werden, nach dessen Ablauf beispielsweise das Schaltelement geschalten, somit die Verbindung der Elektrode mit dem Massepotential 11 hergestellt und daraufhin die Messung der am Widerstand 13 abfallenden Spannung durchgeführt wird. Nach erneutem Unterbrechen der Verbindung wird der Timer wieder zurückgesetzt und neu gestartet. Dadurch ist die überprüfung der Ionisierung in regelmäßigen, vorgegebenen Abständen möglich.

Durch einen Vergleich der gemessenen Spannungswerte und des daraus bestimmten Stromflusses, der von der Elektrode abgeht, kann auf die Funktionalität des Kühlsystems rückgeschlossen und eine kontinuierliche überwachung der Ionenkühlung erreicht werden. Damit wird ein störungsfreier Betrieb des Computersystems 1 gesichert.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagram für ein Verfahren zur

überwachung der elektrostatischen Aufladung von einer sich in einem ionisierten Luftstrom 8 befindenden Komponente eines elektronischen Geräts.

Schritt Sl bezeichnet hierbei die durch den ionisierten Luftstrom 8 verursachte elektrostatische Aufladung der Komponente des Geräts. Die Komponente kann dabei beispielsweise eine nachträglich in das Gerät eingebrachte

Elektrode sein, die wie ein elektronisches Bauteil des Geräts ausgeführt ist. Auch eine leitende Fläche (wie beispielsweise ein Kühlkörper) jeder weiteren im Gerät vorhandenen und sich im Luftstrom 8 befindenden Systemkomponente ist als Elektrode vorstellbar.

Die Komponente ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Anordnung 9 verbunden, die ein Schaltelement enthält, so dass eine Verbindung zwischen der Komponente des Geräts und einem Massepotential 11 unterbrochen bzw. hergestellt werden kann. Bei nur geringer Ionisierung des Luftstroms 8 wird die Verbindung durch das Schaltelement unterbrochen, und damit eine messbare elektrostatische Aufladung herbeigeführt, die in einem nächsten Schritt bestimmt werden kann.

In Schritt S2 wird die Verbindung zwischen der Komponente und dem Massepotential 11 durch das Schaltelement in Anordnung 9 hergestellt. Die Verbindung kann dabei in vorgegebenen Abständen - beispielsweise durch einen in Anordnung 9 enthaltenen Timer - abhängig von der Stärke der Ionisierung des Luftstroms 8 hergestellt werden, um einerseits eine überladung der Komponente auszuschließen, andererseits jedoch ein messbares Signal durch eine sich über einen bestimmten Zeitraum aufbauende elektrostatische Aufladung der Komponente zu erzeugen.

In Schritt S3 wird eine Messung der elektrostatischen Aufladung der Komponente durchgeführt. Dies kann durch Bestimmung des von der Komponente abfließenden Stroms mittels einer in einer Anordnung 9 enthaltenen Vorrichtung 12 zur

Messung der an einem Widerstand 13 abfallenden Spannung, die proportional zum abfließenden Strom ist, geschehen.

In Schritt S4 wird der ermittelte Wert mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen, der für die Komponenten bzw. das Gerät unkritisch sein sollte.

Schritt S5 beinhaltet eine Abfrage ob der in Schritt S3 ermittelte Wert kleiner als der Referenzwert ist. Falls ja, dann wird die Verbindung zwischen der Komponente und dem Massepotential 11 daraufhin wieder unterbrochen (Schritt S6) und eine erneute Aufladung der Komponente durch den ionisierten Luftstrom 8 findet statt (Schritt Sl) .

Ist der in Schritt S3 ermittelte Wert für die elektrostatische Aufladung der Komponente größer als der Referenzwert, wird in Schritt S7a ein Warnsignal ausgegeben.

Weiterhin wird in diesem Ausführungsbeispiel, wie in Schritt S7b beschrieben, die Ionenkühlung des Geräts abgestellt und daraufhin in Schritt S7c eine weitere im Gerät redundant vorhandene konventionelle Kühlung durch Ventilatoren angeschaltet. Das Umschalten muss dabei so schnell geschehen, dass keine überhitzung der Komponenten des Geräts durch Unterbrechung der Kühlung auftreten kann.

Möglich ist aber auch das alleinige Ausgeben eines Warnsignals (Schritt S7a) ohne dass zusätzlich ein Abschalten des Ionen-Kühlsystems 7 (Schritt S7b) bzw. ein Umschalten auf konventionellen Kühlungsbetrieb (Schritt S7c) durchgeführt werden muss. Auch ein komplettes Abschalten des Geräts bei überschreiten des Referenzwertes ist vorstellbar.

Durch das Verfahren kann die Ionisierung des Luftstroms 8 (auch im Falle einer nur geringen Ionisierung) kontinuierlich überwacht und damit eine überladung der Komponenten des

Geräts verhindert werden. Dadurch ist ein unterbrechungsfreier Betrieb von Komponenten und Gerät gewährleistet .

Be zugs zeichenl i ste

1 ComputerSystem

2 Netzteil

3 CPU

4 Laufwerke

5 Festplatte

6 Systemkomponente

7 Ionen-KühlSystem

8 Ionisierter Luftstrom

9 Komponente

10 Dummy-Bauteil

11 Massepotential

12 Vorrichtung

13 Widerstand