Chips kühlen mit Membranen

Computer, Handys und andere Geräte müssen aktiv gekühlt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden. Meist werden diese Geräte dadurch gekühlt, dass ein Luftstrom gezielt an bestimmte Stellen geleitet wird. Die derzeitig häufig eingesetzten Radial- oder Axial­lüfter sind aber oft zu groß und zu laut. Bei kleinerem Durchmesser können die Lüfter­flügel immer weniger Luft ansaugen und sind deshalb in der Baugröße vom Durchmesser her begrenzt. Der erforderliche Energieverbrauch und das einher­gehende Lüftergeräusch stellen dabei einen entscheidenden Nachteil dar, Diese kann der an der Universität Stuttgart entwickelte Mini-Membranlüfter ausgleichen, der durch ein gezieltes Anströmen bei geringem Energieverbrauch arbeitet.

Der neu entwickelte Mini-Membranlüfter arbeitet leise, energiesparend und kann ohne den Einsatz von umweltschäd-lichen Werkstoffen hergestellt werden. Durch die extrem flache Bauweise einer Erreger­spule eignet sich dieser Lüfter hervorragend zur Kühlung von Leistungshableitern. Mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit von mehr als zweieinhalb Metern pro Sekunde kühlt der Luftstrom auch bei größerem Abstand zum Lüfter. Der Energie­verbrauch liegt bei nur 25 bis 75 Milliwatt.

Eine gezielte Lüftung ist bei solchen Geräten notwendig, die sehr kompakt aufgebaut sind und interne Wärmequellen wie Antriebe oder Leistungs­elektronik enthalten. Die Abkühlung der Geräte funk­tioniert dann über ein gezieltes Anströmen mit Luft über Konvektion und Wärmeleitung. Diese Art der Kühlung kann auch bei der Hotspot-Kühlung in schwer zugänglichen Bereichen eines Gerätes eingesetzt werden.

Der Membranlüfter besteht aus einem Permanent­magnet, zwei elastischen Membranen und zwei gegenüberliegenden Erregerspulen, die auf den Membranen befestigt sind. Wenn die Spulen mit sinusförmigem Strom durch­flossen werden, werden die Membrane abwechselnd nach unten oder nach oben gezogen. Die Membranöffnung öffnet und schließt sich, was zu einer nach vorne gerichteter Luft­strömung führt. Dabei entsteht fast kein Geräusch, so dass das typische Lüftergeräusch wegfällt.

Der Aufbau dieses elektro­dynamischen Systems kann flexibel gestaltet werden. Die Spulen können direkt auf die Membran aufgebracht werden. Dadurch kann der Mini-Lüfter sehr flach verbaut werden. Bestehenden die Membrane aus magnetischen Folien, erhöht sich die Lebensdauer des Lüfters bei Dauerbetrieb. Die Erfindung wurde zum Patent angemeldet (DE 102021110218.9 anhängig, DE 102019004272A1 anhängig, DE 102020128181A1 anhängig). Das Techno­logie-Lizenz-Büro TLB unterstützt die Wissenschaftler und die Universität Stuttgart bei der Patentierung und Vermarktung der aktuellen Entwicklung. TLB ist mit der Verwertung dieser zukunfts­weisenden Technologie beauftragt und bietet Herstellern Möglich­keiten der Lizenzierung oder aber der Projekt-Kooperation.

TLB / JOL