Im vorherigen Artikel haben wir die Entwicklung der internen Architektur von Industrie-PCs hin zu Basisplatinen mit Erweiterungskarten und deren Vorteile vorgestellt. In diesem Artikel werde ich die Designphilosophie eines gut konzipierten Industrie-PCs detailliert erläutern. Statistiken zeigen, dass Staub, Wärmeableitung und statische Elektrizität die drei Hauptfaktoren für Computerinstabilität sind. Kommerzielle PCs orientieren sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Einsatzumgebungen jedoch hinsichtlich der Wärmeableitung ausschließlich an den Architekturen AT, ATX und selbst den neuesten BTX-Architekturen. Staub und statische Elektrizität spielen in normalen Einsatzumgebungen eine untergeordnete Rolle, weshalb sie bei kommerziellen PCs selten berücksichtigt werden. Industrie-PCs hingegen arbeiten in speziellen Umgebungen, oft unter hohen Temperaturen, in staubiger Umgebung und mit unzureichender Stromversorgung, und sind meist rund um die Uhr im Einsatz. Aufgrund der unterschiedlichen Architektur lässt sich die Gehäusedesignphilosophie kommerzieller PCs nicht direkt auf Industrie-PCs übertragen. Daher benötigen Industrie-PCs eine eigene Designphilosophie in Bezug auf Wärmeableitung und Staubschutz. Die Qualität der Wärmeableitung beeinflusst die Stabilität des Industrie-PCs maßgeblich. Im Folgenden konzentrieren wir uns auf die Eigenschaften von Industrie-PCs hinsichtlich Wärmeableitung und Staubschutz. Frühere CPUs hatten keine nennenswerten Probleme mit dem Stromverbrauch, daher war die Wärmeableitung kein primäres Designkriterium für Industrie-PCs. Mit steigenden Anforderungen an die CPU-Leistung erhöhte sich jedoch auch der Stromverbrauch der Prozessoren. Die neuesten Intel P4-Prozessoren mit LGA775-Architektur weisen eine maximale Leistungsaufnahme von über 100 W auf. Das Problem der Wärmeableitung in Industrie-PCs hat sich dadurch deutlich verschärft. Advantech hat seine Produkte kontinuierlich verbessert, um diesem Problem zu begegnen. Im Folgenden analysieren wir Advantechs klassisches 4U-Rackmount-Gehäuse der 610er-Serie im Detail: Die erste Generation der IPC-610-Serie, insbesondere das Gehäuse der Version F, ist das High-End-Produkt der ersten Generation, der IPC-610BP-F. Da der Stromverbrauch der CPU bei diesem Gehäusedesign keine entscheidende Rolle spielte, kommt lediglich eine zusätzliche Lüfterkühlung zum Einsatz. Des Weiteren ist zu erkennen, dass vor dem Lüfter ein Filter angebracht ist, um den komplexen und vielfältigen Einsatzbedingungen von Industrie-PCs gerecht zu werden. Da in manchen anspruchsvollen Umgebungen Filter und Lüfter regelmäßig gereinigt werden müssen, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten, sind sie bei diesem Gehäuse für einen einfachen Austausch konzipiert. Die Wartungsfreundlichkeit ist seit jeher ein zentrales Gestaltungsprinzip bei Industrie-PC-Gehäusen. Insbesondere bei High-End-Industrie-PCs ist die Systemwartung ein wesentlicher Bestandteil des Designs. Mit dem Markteintritt des P4-Prozessors und seiner hohen Wärmeentwicklung gerieten die Hersteller von Industrie-PCs in den Fokus der Wärmeableitung. Advantech reagierte darauf mit der zweiten Generation der IPC-610-Serie und verbesserte die Kühlung entsprechend. So verfügt beispielsweise das meistverkaufte Modell IPC-610H, das sich an den mittleren bis gehobenen Markt richtet, über ein Dual-Lüfter-Design zur Verbesserung der Kühlleistung und Erhöhung des Luftstroms im Gehäuse. Die beiden Lüfter sind modular aufgebaut und an einer einzigen herausziehbaren Abdeckung befestigt, was den Austausch erleichtert. Da die Doppellüfterkonstruktion die Filterfläche vergrößerte, war die ursprüngliche Methode des seitlichen Filterwechsels nicht mehr geeignet. Daher entschieden sich die Ingenieure für eine Filteröffnung an der Vorderseite, um den Filterwechsel zu vereinfachen. Auch das IPC-610L, das sich an den Markt im unteren bis mittleren Preissegment richtet, zeichnet sich durch ein einzigartiges Designkonzept für Lüfter und Filter aus. Es verfügt über einen einzelnen Lüfter mit Frontöffnung, der den Zugriff von vorne und die einfache Entnahme des Filters ermöglicht. Nachdem wir das Kühlkonzept des 4U-Gehäuses betrachtet haben, wenden wir uns nun den internen Kühlkonzepten der 1U- und 2U-Gehäuse zu. Aufgrund der Größenbeschränkungen verwenden diese Geräte typischerweise eine schmetterlingsförmige Rückplatte und bieten ein modulares Design für eine einfache Wartung. Da der Luftdurchsatz (CFM) der kleinen Lüfter jedoch relativ gering ist, werden mehrere Lüfter eingesetzt, um den Luftstrom zu erhöhen. Im Folgenden betrachten wir das Kühlkonzept des 1U-Gehäuses. Das 2U-Gehäuse von Advantech und das ACP1000 verfolgen ein ähnliches Designkonzept, daher gehen wir hier nicht weiter darauf ein. Betrachten wir nun das Kühlkonzept von Wandgehäusen: Diese Gehäuse erfordern ein kompaktes Design, um den vielfältigen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Jeder Zentimeter Platz im Gehäuseinneren ist wertvoll und muss effizient genutzt werden. Aufgrund der Größenbeschränkungen darf die Lüfterleistung in kleinen Gehäusen jedoch nicht zu hoch sein. Daher stellt die Kühlung kleiner Gehäuse die Designkompetenz eines Unternehmens vor besondere Herausforderungen. Generell sind die beiden wichtigsten zu kühlenden Komponenten in einem kleinen Gehäuse die CPU und die Festplatte. Sehen wir uns das Wärmekonzept des Wandgehäuses IPC-6806 und seiner verbesserten Versionen IPC-6806WH und IPC-6806W genauer an. In diesem kleinen Gehäuse beeinflussen unterschiedliche passive Backplanes und die Anzahl der internen Erweiterungskarten die Wärmeableitung unterschiedlich. Generell sollten die eingesetzten Erweiterungskarten möglichst weit vom Netzteilmodul und der CPU-Erweiterungskarte entfernt platziert werden, um ausreichend Platz für die internen Erweiterungskarten zu gewährleisten. Dieses Jahr brachte Advantech das kompakte Wand-/Desktop-Gehäuse IPC-7120 mit ATX-Mainboard auf den Markt. Das Hauptverkaufsargument dieses Gehäuses ist sein Frontpanel, das die Integration und Wartung in bestehende Systeme vereinfacht. Daher erregte es bei seiner Veröffentlichung großes Aufsehen. Aufgrund seiner geringen Größe, der Möglichkeit des Einsatzes in Geräten mit schlechter Wärmeableitung und der Notwendigkeit, Intels neueste Hochleistungsprozessoren zu unterstützen, sind die Anforderungen an die Wärmeableitung jedoch noch höher. Genug der Theorie, schauen wir uns die Bilder des IPC-7120 an. Oben haben wir Advantechs Konzepte für das Wärmemanagement von Rack- und Wandgehäusen analysiert. Im nächsten Artikel werden wir die Designüberlegungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) in industriellen Steuerungsrechnern erörtern.