Wisemaker Kühlkonzept für leistungsstarke Industrie-Computer

          Mit der rasanten Entwicklung der Industrie stellen zunehmend komplexe Anwendungsumgebungen höhere Anforderungen an die Leistung von Computern. Wisemaker hat Industrie-Computer mit höherer Leistung und erstklassigen Kühlkonzepten auf den Markt gebracht, um diesen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden! Heutzutage werden Computer in einer Vielzahl komplexer Szenarien eingesetzt, wie z. B. in Werkzeugmaschinenhallen, Waschmittelproduktionslinien, Holzbearbeitungsfabriken, automatisierten Produktionswerkstätten, Verkehrsgeräte-Steuerungen, KI-basierten Bilderkennungsanwendungen und IoT-Edge-Computing-Systemen. Diese Anwendungen erfordern leistungsstärkere CPU-Konfigurationen, was wiederum eine Weiterentwicklung der Computer-Kühlkonzepte notwendig macht. Angesichts staubreicher Umgebungen und der Anforderung geringer Wartungskosten über die Zeit ist die passive Kühlung die optimale Wahl bei der Computerkonstruktion. Daher finden fanlose Kühlkonzepte in Industrie-Computern immer breitere Anwendung.

          Ein passives Kühlkonzept muss drei Schlüsselkomponenten berücksichtigen: Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung. Hochwertige wärmeleitende Materialien übertragen die Wärme der CPU effizient an den Kühlkörper. Erstklassige wärmeableitende Materialien in Kombination mit geeigneten Oberflächenbehandlungen weisen einen hohen Konvektionskoeffizienten und eine hohe Wärmeemissionsrate auf, sodass die Wärme schnell an die umgebende Luft abgegeben wird und eine effiziente Kühlleistung erzielt wird. Um diese drei Schlüsselkomponenten der Kühlung optimal zu nutzen, ist es wichtig, zunächst die charakteristischen Parameter, Verarbeitungsmethoden und Oberflächenbehandlungen gängiger Materialien zu verstehen:

Wärmeleitfähigkeit der Materialien:

Hinweis: Die Wärmeleitung ist ein physikalischer Prozess, bei dem Wärme vom wärmeren zum kälteren Teil eines Körpers oder zwischen direkt kontaktierenden Körpern übertragen wird.

Hinweise: Der Wärmeübergangskoeffizient ist ein Verhältnis zur Berechnung der Wärmemenge, die zwischen einem Fluid und einer festen Oberfläche übertragen wird.

            Bei der Anodisierung entsteht durch eine elektrolytische Reaktion ein Oxidfilm auf der Werkstückoberfläche; dieser Film weist eine poröse Wabenstruktur mit sehr kleinen Poren auf.

            Bei der Pulverbeschichtung entsteht durch elektrostatische Adsorption eine Polyester-Schicht auf der Werkstückoberfläche.

Einfluss der Oberflächenbehandlung auf die Wärmeableitung:

Wärmeemissionskoeffizient:

Hinweis: Die Wärmestrahlung ist ein physikalisches Phänomen, bei dem ein wärmeerzeugender Körper seine Temperaturenergie in Form elektromagnetischer Wellen nach außen abstrahlt.

            Auf Basis der oben genannten Daten werden bei der Erstkonstruktion Messing in Kombination mit Wärmerohren als wärmeleitende Materialien ausgewählt, AL6063 als Material für die extrudierten Kühlrippenprofile und Strahlanodisierung als Oberflächenbehandlung gewählt.

Kühlkonzept mit Wärmerohren + Aluminiumgehäuse:

1. Kühlung durch Kühlrippen: Das extrudierte AL6063-Profil mit den Abmessungen 292 × 210 mm weist längs angeordnete Kühlrippen auf, die die Luftzirkulation fördern und effektiv Wärme abführen. 

2. Wärmeleitung durch Wärmerohren: Wärmerohren in Kombination mit Kupferplatten werden gleichmäßig und symmetrisch auf der Rückseite des rippenförmigen Kühlkörpers angebracht und übertragen die CPU-Wärme effizient auf den Kühlkörper. Dadurch wird eine punktuelle Wärmequelle in eine flächige Wärmequelle umgewandelt, was die Wärmeleitungs-effizienz verbessert. 

3. Oberflächenbehandlung: Nach der Bearbeitung des Profils wird die Kühlkörperoberfläche zunächst gestrahlt und anschließend anodisiert. Diese Behandlung verbessert das Aussehen und die Verschleißfestigkeit, bietet Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit sowie eine verbesserte Wärmestrahlungs- und Wärmeableitungsleistung des Kühlkörpers.

Über Wärmesimulationen die Wärmeleitung simulieren – dabei ist deutlich zu erkennen, dass die Temperaturdifferenz im gesamten Kühlkörperbereich minimal ist;

Wärmeverteilungskarte:

            Bei den Simulationsbedingungen wird angenommen, dass es windstill ist und der Kühlkörper durch natürliche Konvektion mit der Luft Wärme austauscht. Aufgrund der Schwerkraft steigt die an der Kühlkörperoberfläche erwärmte Luft nach oben, während kältere Luft von unten und der Seite längs der Kühlrippen nachströmt, wodurch ein nach oben gerichteter Luftstrom entsteht. Die Wärmesimulation dieses Konvektionsprozesses zeigt deutlich die Temperaturänderungen der Luft beim Durchströmen des Kühlkörpers.

Diagramm der Konvektionskühlung:

           Um die Effektivität des Kühlkonzepts weiter zu verifizieren, wurde der Kühlkörper gemäß dem Konstruktionsschema hergestellt und ein Prototyp zusammengestellt, um physische Tests durchzuführen.

Mittels eines professionellen Wärmebildtesters lässt sich visuell bestätigen, dass die reale Kühlwirkung mit den simulierten Kühlergebnissen übereinstimmt.

         Vergleichende Alterungstests ergaben, dass die Kühlkörpertemperatur um 15% sank, die CPU-Temperatur um 13% abnahm und die Leistung um 15% zulegte. Es lässt sich eindeutig feststellen, dass bei fanlosen Kühlkonzepten für Industrie-Computer die großflächige Anordnung von Wärmerohren zur Wärmeleitung eine punktuelle Wärmequelle in eine flächige Wärmequelle umwandelt und die Wärme effizient auf den Kühlkörper überträgt. Durch die Anodisierung der Oberfläche hochwertiger extrudierter AL6063-Kühlrippen wird die Wärmestrahlungseffizienz deutlich verbessert, was zu einer insgesamt besseren Kühlleistung führt. Die insgesamt niedrigere Temperatur des Industrie-Computers ermöglicht es der CPU, mit hoher Leistung zu arbeiten und gewährleistet gleichzeitig den stabilen Betrieb und die lange Lebensdauer des gesamten Systems.

       Fazit: Spezielle Wärmesimulationen und spezielles Kühlkonzept dienen der schnellen Wärmeableitung und Betriebsstabilität unter rauen Umgebungsbedingungen.

Fortgeschrittenes fanloses Kühlkonzept Die leistungsstarken Industrie-Panel-PCs von Wisemaker nutzen ein fortschrittliches fanloses Kühlkonzept, das auf der Wärmeleitung durch Wärmerohren und einem Kühlkörper mit großflächigen extrudierten Rippen basiert. Dieses innovative Kühlkonzept nutzt die Wärmerohre, um die CPU-Wärme effektiv an das Systemäußere abzuführen, und die Aluminiumkühlkörper, um die Wärme durch verstärkte Wärmestrahlung an die umgebende Luft abzugeben.

Die extrudierten Kühlrippen weisen eine strahlanodisierte Oberfläche auf, die nicht nur die Wärmeableitung verbessert, sondern auch eine hohe Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist – dadurch erhält das Produkt eine stabile und lange Lebensdauer. Dank des robusten fanlosen Designs und der effektiven Wärmeableitung entsteht kein Betriebsgeräusch, was die Stabilität, Haltbarkeit und Betriebseffizienz des Panel-PCs unter den rauen Bedingungen der Industrie maßgeblich gewährleistet.

Unsere Industrie-Panel-PCs sind perfekt für komplexe Anwendungen wie Automatisierung, KI-Bildverarbeitung und IoT-Edge-Computing geeignet und wurden entwickelt, um Ihnen die von der heutigen Industrie geforderte neue Leistungsstufe zu bieten.