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1. (WO2017050570) COOLING ARRANGEMENT FOR AN ELECTRONIC COMPONENT
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Beschreibung

Kühlanordnung für eine elektronische Komponente

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für eine elektronische Komponente, die einen Kühlkörper mit einer Kontaktfläche als Interface für die elektronische Komponente aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung eine elektronische Baugruppe mit einer solchen Kühlanordnung.

Es ist hinlänglich bekannt, dass elektronische Komponenten mit vorzugsweise passiven Kühlelementen versehen werden, um die Verlustwärme, die während des Betriebs der elektronischen Komponente entsteht, abzuführen. Die fortschreitende Erhöhung der durch elektronische Komponenten umgesetztem Leistungen bei gleichzeitiger Miniaturisierung der zum Einsatz kommenden Bauelemente führt dazu, dass pro zur Verfügung stehender Flächeneinheit der elektronischen Komponente immer größere Wärmemengen transportiert werden müssen. Dabei sind es die immer kleiner werdenden Kontaktflächen zwischen den elektronischen Komponenten als Wärmequelle und den zum Einsatz kommenden Kühlkörpern oder Medien, die eine effektive Entwärmung der elektronischen Komponenten erschweren. Andererseits ist eine zuverlässige Entwärmung Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion der mit den elektronischen Komponenten realisierten Schaltungen .

Bei konventionellen Kühlkörpertechnologien kommen Kühlkörper beispielsweise aus Aluminium zum Einsatz, die eine Montage-seite zur Verfügung stellen, mit der sie auf eine Grenzfläche der elektronischen Komponente aufgesetzt werden können. Die zum Einsatz kommenden Kühlkörper haben häufig Rippen zur Vergrößerung der Oberfläche zur Wärmeabgabe und lassen sich beispielsweise in Aluminium kostengünstig als Strangpressprofil herstellen. Die mögliche Wärmeabgabe solcher passiven Kühler ist jedoch an physikalische Grenzen gebunden, so dass konventionelle Kühlelemente bei der Entwärmung an ihre Leistungsgrenzen stoßen. Statt Aluminium kann auch ein besser wärme- leitfähiges Metall wie Kupfer ausgewählt werden. Allerdings sind derartige Kühlkörper aufgrund von höheren Material- und Fertigungskosten unwirtschaftlich .

Eine andere Möglichkeit besteht in einer aktiven Kühlung durch eine erzwungene Konvektion eines Kühlmittels, beispielsweise von Luft, die mittels eines Lüfters bewegt wird oder einer Flüssigkeit, die beispielsweise in sogenannten Heat-Pipes zum Einsatz kommen kann. Auch derartige

Entwärmungslösungen sind teurer als eine passive Kühlung und zudem von einer Energiequelle abhängig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kühlanordnung für eine elektronische Komponente oder eine elektronische Baugruppe, bei der eine solche Kühlanordnung zum Einsatz kommt, anzugeben, mit der eine zuverlässige Kühlung mit einer vergleichsweise großen Kühlleistung mit wirtschaftlichen technischen Mitteln möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit der eingangs angegebenen Kühlanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kühlanordnung einen Wandler zur Wandlung von thermischer Energie in eine Nutzenergie aufweist. Die thermische Energie wird hierbei durch die zu kühlende elektronische Komponente zur Verfügung gestellt, mit der der Kühlkörper in thermisch leitender Weise verbunden ist. Die durch den Wandler erzeugte Nutzenergie kann beispielsweise elektrisch oder mechanisch sein und wird erfindungsgemäß in ein Funktionselement eingespeist, welches als Teil der Kühlanordnung ausgebildet ist.

Als Funktionselemente kommen erfindungsgemäß Kühlvorrichtungen für den Kühlkörper zum Einsatz. Als Kühlvorrichtung kann beispielsweise ein sogenannter Piezofächer Verwendung finden, bei dem der Fächer durch ein Piezoelement angetrieben wird und auf diese Weise für eine Luftbewegung sorgt. Alternativ kann selbstverständlich auch ein motorisch betriebener Lüfter zum Einsatz kommen. Zuletzt kann ein weiteres Peltierelement verwendet werden, welches mit elektrischer Energie versorgt wird und damit als Wärmepumpe zum Einsatz kommt. Die Kühlvorrichtung kann zur Kühlung des Kühlkörpers oder auch zur direkten Kühlung der zu kühlenden elektronischen Komponente eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Bereitstellung eines Wandlers bewirkt vorteilhaft, dass Wärme von der elektronischen Komponente abgeleitet wird, so dass der Wandler den Kühlkörper bei der Kühlung der elektronischen Komponente unterstützt, wodurch die Kühlleistung vorteilhaft verbessert wird. Der hierdurch entstandene Mehraufwand ermöglicht vorteilhaft die Nutzung der erzeugten Nutzenergie, die einer weiteren Funktionalität der elektronischen Baugruppe, zu der die elektronische Komponente gehört, genutzt werden kann. Hiermit sind vorteilhaft Kosteneinsparungen verbunden, die durch eine Einsparung einer Energiequelle bzw. Verwendung einer Energiequelle mit reduzierter Leistungsaufnahme entstehen und hierdurch den Mehraufwand für die Kühlanordnung kompensieren.

Der Wandler kann z. B. durch eine Vorrichtung aus Bimetall oder aus einer Formgedächtnislegierung wie Nickel-Titan bestehen. Hierbei handelt es sich um einen Wandler, der thermische Energie in eine mechanische Nutzenergie umwandelt. Mit dieser mechanischen Nutzenergie kann beispielsweise eine Kühlvorrichtung wie ein Fächer angetrieben werden.

Der Wandler kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auch durch einen thermoelektrischen Generator ausgebildet sein. Als Nutzenergie wird bei einem solchen Genera-tor elektrische Energie erzeugt. Ein solcher thermoelektri-scher Generator kann beispielsweise durch ein Peltierelement realisiert werden. Vorteilhaft kann elektrische Energie für eine Vielzahl von Funktionselementen zum Einsatz kommen.

Wenn das Funktionselement eine andere Art von Nutzenergie benötigt, als durch den Wandler zur Verfügung gestellt wird, so muss das Funktionselement mit einem weiteren Wandler ausge- stattet sein, welcher die vom Wandler zur Verfügung gestellte Nutzenergie in die von dem Funktionselement benötigte Nutzenergie umwandelt. Wenn beispielsweise ein thermoelektrischer Generator als Wandler zum Einsatz kommt, bildet der Motor ei-nes Lüfters bzw. der Piezoaktor eines Piezofächers den weiteren Wandler im Funktionselement, um die elektrische Energie in mechanische Energie zu wandeln. Der Vorteil von elektrischer Nutzenergie liegt darin, dass eine Vielzahl von kostengünstigen und zuverlässig arbeitenden Wandlern zur Verfügung steht, die als weiterer Wandler eingesetzt werden können.

Ein weiterer Vorteil von elektrischer Nutzenergie besteht darin, dass der thermoelektrische Generator und das Funktionselement jeweils mit einem Energiespeicher für die elektrische Energie verbunden werden können. Die gespeicherte elektrische Energie kann infolgedessen auch dann zum Betrieb des Funktionselements herangezogen werden, wenn die elektronische Komponente gerade keine Wärmeenergie zur Verfügung stellt. Hierdurch wird es möglich, auch Funktionalitäten mit elektrischer Energie zu versorgen, deren Betrieb auch außerhalb des Betriebs der elektronischen Komponente erforderlich ist. Zu bemerken ist, dass auch ohne Einsatz eines elektrischen Energiespeichers vorteilhaft die Möglichkeit besteht, dass nach Beendigung des Betriebs der elektronischen Komponente noch Strom erzeugt werden kann, während die elektronische Komponente abkühlt. Hierdurch kann beispielsweise ohne den Einsatz fremder Energiequellen ein Abkühlen mittels einer Kühlvorrichtung unterstützt werden oder eine andere Funktionalität am Laufen gehalten werden.

Andere Funktionalitäten können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch realisiert werden, dass das Funktionselement durch eine Überwachungsvorrichtung und/oder Anzeigevorrichtung und/oder Datenübertragungsvorrichtung gebildet ist. Als Anzeigevorrichtungen kommen beispielsweise LEDs in Frage, die beispielsweise eine Überhitzung der elektronischen Komponente anzeigen. Als Überwachungsvorrichtung können beispielsweise Sensoren zum Einsatz kommen, die die Komponente bei Überhitzung automatisch abschalten. Außerdem können auch Funktionselemente betrieben werden, welche nicht direkt an dem Kühlvorgang der Kühlanordnung beteiligt. Beispielsweise können Daten der elektronischen Baugruppe über eine Daten-Übertragungsvorrichtung an externe Geräte weitergegeben werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um übergeordnete Steuerungsanlagen handeln, die einen Verbund von elektronischen Baugruppen gemeinsam steuern, wie dies beispielsweise in industriellen Fertigungsanlagen der Fall ist. Die Datenü-bertragungsvorrichtung kann beispielsweise durch eine mechanische Schnittstelle (Steckverbindung) oder eine drahtlose Schnittstelle (Funkverbindung, Infrarotverbindung oder ähnliches) realisiert sein. Der Energiebedarf der genannten Funktionalitäten kann über die bereits erwähnte Speicherung von elektrischer Energie auch außerhalb des Betriebs der elektronischen Komponente sichergestellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wandler mit einem Zusatzkühlkörper kontak-tiert ist. Der Zusatzkühlkörper leitet vorteilhaft Wärme aus dem Wandler ab, wodurch zwischen der elektronischen Komponente und dem Zusatzkühlkörper ein größeres Temperaturgefälle in dem Wandler erzeugt wird. Dies ermöglicht vorteilhaft die Erzeugung (Wandlung) eines größeren Betrags an Nutzenergie, welche dem Funktionselement zur Verfügung gestellt wird. Der Zusatzkühlkörper kann dabei vorteilhaft in einem anderen Temperaturbereich betrieben werden, als der Kühlkörper, welcher für die elektronische Komponente zur Verfügung gestellt wird.

Vorteilhaft bildet die Kühlanordnung eine Baueinheit aus.

Dies bedeutet, dass alle Elemente, die gemeinsam die Kühlanordnung bilden, in einer Baueinheit zusammengefasst sind. Bei den Elementen handelt es sich um den Kühlkörper, den Wandler, das Funktionselement, den weiteren Wandler und den Zusatz-kühlkörper, wobei nicht alle Elemente in der Baueinheit enthalten sein müssen. Der Vorteil einer Zusammenfassung zumindest eines Teils der Elemente zu einer Baueinheit liegt darin, dass diese einfacher verbaut werden kann, wodurch vor- teilhaft Montagekosten bei der Endmontage eingespart sowie größere Stückzahlen mit entsprechenden Kostenvorteilen (Losgrößenersparnisse) für mehrere Produkte gefertigt werden. Die Montage der erfindungsgemäßen Kühlanordnung wird dadurch wirtschaftlicher. Insbesondere die Kontaktierung des Wandlers mit dem Kühlkörper ist vorteilhaft, um die Kühlleistung des Kühlkörpers zu unterstützen.

Besonders vorteilhaft kann der Kühlkörper Rippen aufweisen und der Wandler zwischen benachbarten Rippen angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Wandler auch mit den Rippen kontaktiert. Die Unterbringung des Wandlers zwischen den Rippen hat den Vorteil, dass dieser dort vor Beschädigungen geschützt ist und keinen zusätzlichen Bauraum außerhalb des Kühlkörpers erfordert. Außerdem ist es möglich, den Wandler zwischen den Rippen auch mit einer Kühlvorrichtung auszustatten. Die Kühlvorrichtung ist dann vorteilhaft ebenfalls geschützt zwischen den Rippen untergebracht. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn empfindliche mechanische Bauteile wie Fächer zum Einsatz kommen. Außerdem kann der Kühlungseffekt vorteilhaft dann direkt zwischen den Rippen ausgelöst werden, wodurch der Effekt der Oberflächenvergrößerung an den Rippen besser ausgenutzt werden kann.

Für das Funktionselement und/oder den thermoelektrischen Generator kann zusätzlich ein Steuermodul zum Einsatz kommen, das die durch den thermoelektrischen Generator erzeugte Energie verteilt. Bei dem Steuermodul handelt es sich insoweit ebenfalls um ein Funktionselement. Mit Hilfe des Steuermoduls lassen sich vorteilhaft betriebsabhängige Funktionsabläufe der Kühlanordnung kontrollieren, so dass diese betriebsabhängig in verschiedenen Modi betrieben werden kann. Hierbei können auch die bereits erwähnten Sensoren zum Einsatz kommen, welche weitere Funktionselemente ausbilden.

Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch die eingangs angegebene elektronische Baugruppe, bei der die Kühlanordnung aus mehreren Modulen besteht, die gemeinsam mit der elektroni- sehen Komponente auf einem Schaltungsträger montiert sind. Für einen elektrischen Anschluss der verschiedenen Module können Leiterbahnen verwendet werden, die auf dem Schaltungsträger vorgesehen werden. Die Module sind auf diese Weise vorteilhaft in die elektronische Baugruppe integriert. Insbesondere der Wandler kann als einzelnes Modul vorteilhaft optimal an der Stelle angeordnet werden, wo eine Wandlung von thermischer Energie in Nutzenergie am effizientesten durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann gemäß einer vorteil-haften Ausgestaltung der Erfindung der Wandler auf einer

Rückseite des Schaltungsträgers, also auf der der zu kühlenden elektronischen Komponente gegenüber liegenden Seite montiert werden. Hier können Durchkontaktierungen im Schaltungsträger vorgesehen sein, deren thermische Leitfähigkeit eine Übertragung der von der elektronischen Komponente produzierten Wärme auf den Wandler gewährleistet.

Als elektrischer Schaltungsträger kann beispielsweise eine Leiterplatte Verwendung finden. Allerdings sind auch andere Bauformen des Schaltungsträgers denkbar. Beispielsweise kann die elektronische Baugruppe in einem Gehäuse vorgesehen werden wobei dieses beispielsweise als sogenanntes Moulded

Interconnect Device (MID) hergestellt werden kann. Auch die Verwendung von folienförmigen Schaltungsträgern ist denkbar.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wandler direkt mit der elektronischen Komponente der elektronischen Baugruppe oder mit einem von der elektronischen Komponente ausgehenden Wärmeleitpfad kontaktiert ist. Der Wärmeleitpfad kann, wie bereits beschrieben, aus

Durchkontaktierungen bestehen, um die Wärme auf die Rückseite des Schaltungsträgers abzuführen. Allerdings ist es auch denkbar, dass der Wärmeleitpfad auf derjenigen Seite des Schaltungsträgers vorgesehen wird, auf der auch die zu küh-lende elektronische Komponente angeordnet ist (Vorderseite) . Dies ermöglicht die Montage des Wandlers in der Umgebung der elektronischen Komponente. Die Verwendung von Wärmeleitpfaden hat somit den Vorteil, dass hinsichtlich der Anordnung der Komponenten der Kühlanordnung ein größerer konstruktiver Gestaltungsspielraum entsteht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen :

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlanordnung als Blockschaltbild,

Figur 2 ein Diagramm, welches den Wärmefluss verschiedener

Wärmemengen Q des Ausführungsbeispiels gemäß Figur

1 darstellt, und

Figur 3 verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe bzw. der erfindungs- gemäßen Kühlanordnung, teilweise aufgeschnitten, wobei Figur 7 einen Schnitt VII-VII gemäß Figur 6 darstellt .

Gemäß Figur 1 sind die einzelnen Elemente der erfindungsgemä-ßen elektronischen Baugruppe als Blockschaltbild dargestellt. Eine elektronische Komponente 11 weist eine Temperatur zwischen 50 und 150°C auf. Diese Wärme wird über ein thermisches Interface 12 an einen Kühlkörper 13 abgegeben. Zusätzlich zu dem Kühlkörper 13, über den der Hauptteil der Wärmemenge Qp (vgl. Figur 2) transportiert wird, ist außerdem ein Wandler 14 vorgesehen, der mit einer Wärmemenge Qg beaufschlagt wird. Dieser gibt überschüssige Wärme überdies an einen Zusatzkühlkörper 15 ab. Der Zusatzkühlkörper 15 wird allerdings in einem anderen Temperaturbereich betrieben, als der Kühlkörper 13. In Figur 1 ist zu erkennen, dass der Kühlkörper 13 in diesem Ausführungsbeispiel an seiner kühlsten Stelle eine Temperatur von 40 bis 60°C aufweist, während der Zusatzkühlkörper 15 am kühlsten Punkt bei einer Temperatur von 20 bis 40 °C liegt. Der Wärmefluss zwischen den genannten Komponenten ist in Figur 1 durch breite Pfeile 16 dargestellt, wobei deren Breite keine Aussagen über den Betrag der fließenden Wärmemenge enthalten.

Die genannten Elemente 11, 12, 13, 14, 15 bilden ein thermisches System 17 aus, dessen Systemgrenzen strichpunktiert eingezeichnet sind. Der Wandler 14 ist als thermoelektrischer Generator (beispielsweise als Peltierelement ) ausgebildet und erzeugt aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Interface 12 und dem Zusatzkühlkörper 15 elektrische Energie. Diese wird an ein Steuermodul 18 abgegeben, wobei das Steuermodul 18 das Energiemanagement für eine Kühlanordnung 19 übernimmt, deren Systemgrenzen ebenfalls durch eine strichpunk-tierte Linie angegeben sind. Der Wandler 14 gehört dieser

Kühlanordnung 19 an und bildet gleichzeitig ein Element des thermischen Systems 17 und ist damit das das verbindende Element beider Systeme zu verstehen.

Abhängig vom Betriebszustand der Kühlanordnung 19 ermöglicht das Steuermodul 18 folgende Betriebszustände . Wird die durch den Wandler 14 erzeugte elektrische Energie nicht oder nur teilweise benötigt, wird mit dem Steuermodul ein Energiespeicher 20 in Form einer aufladbaren Batterie gespeist. Umge-kehrt kann die gespeicherte elektrische Energie aus dem Energiespeicher 20 dem Steuermodul 18 zur Verfügung gestellt werden, wenn der Wandler 14 nicht genügend elektrische Energie erzeugt .

Die elektrische Energie kann für unterschiedliche Funktionselemente 21, 22, 23 verwendet werden. Diese Funktionselemente können durch das Steuermodul 18 angesteuert werden oder ihre Funktion autark ausüben. Im letzteren Fall wird durch das Steuermodul 18 lediglich die Energieversorgung geregelt. Ein Beispiel für ein Funktionselement ist eine Kühlvorrichtung 21. Diese Kühlvorrichtung 21 wird dazu verwendet, um einen zusätzlichen Kühlungseffekt für die elektrische Komponente 11 herbeizuführen. Zu diesem Zweck wirkt die Kühlvorrichtung 21 entsprechend des gestrichelten Pfeils 22 auf den Kühlkörper 13, der dadurch eine höhere Kühlleistung für die elektrische Komponente 11 erbringen kann (vgl. Figur 2 du zugehörige Beschreibung) . Bei der Kühlvorrichtung 21 kann es sich bei-spielsweise um einen Piezofächer 23 gemäß Figur 3 handeln.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, als Funktionselement eine Überwachungsvorrichtung 24 für die elektronische Komponente 11 vorzusehen. Hierdurch kann beispielsweise ein Über-hitzungsschutz realisiert werden, indem die Überwachungsvorrichtung 24 entsprechend des angedeuteten gestrichelten

Pfeils 25 die elektronische Komponente 11 zum Schutz vor Überhitzung abschaltet. In einem solchen Betriebszustand liefert der Wandler 14 den hierfür notwendigen Strom, so dass die Funktion der Überwachungsvorrichtung 24 gewährleistet ist. Die Überwachungsvorrichtung 24 kann das Vorliegen eines Überlastfalls auch an eine Anzeigevorrichtung 26, z. B. eine LED, ausgeben. Außerdem kann auch eine Datenübertragungsvorrichtung 27 vorgesehen werden, so dass ein Überwachungsergeb-nis (so z. B. auch die aktuelle Temperatur der elektronischen Komponente 11) kabelgebunden oder kabellos zwecks externer Datenverarbeitung an einen nicht dargestellten Rechner weitergegeben werden kann. Auf diesem Weg lässt sich eine über mehrere (nicht dargestellte) elektronische Komponenten über-greifende Überwachung und Steuerung verwirklichen, wobei die hierfür erforderlichen Daten energieautark ermittelt und versendet werden können, da die Energieerzeugung durch die Abwärme der elektrischen Komponente 11 ermöglicht wird. Hierdurch steigt vorteilhaft die Zuverlässigkeit des Überwa-chungssystems , wobei gleichzeitig die Kühlleistung für die elektronische Komponente 11 erhöht wird.

Der Energiefluss an elektrischer Energie zwischen den Elementen 14, 18, 20, 21, 24, 26 und 27 sind durch schmale Pfeile 28 angedeutet. Diese geben lediglich den Fluss an elektrischer Energie zur Energieversorgung dieser Elemente an. Signalflüsse zwischen den einzelnen Elementen sind in Figur 1 nicht dargestellt. Wie aus Figur 1 deutlich wird, muss die Energieversorgung der Elemente (beispielsweise 26, 27) nicht unbedingt direkt durch das Steuermodul 18 erfolgen. Die Überwachungsvorrichtung 24 versorgt ihrerseits die Anzeigevorrichtung 26 und die Datenübertragungsvorrichtung 27 mit elektrischem Strom, welchen sie selbst von dem Steuermodul 18 bezieht .

In Figur 2 ist der Wärmefluss, welcher durch die in der elektrischen Komponente 11 entstehende Wärme ausgelöst wird, schematisch dargestellt. Je größer dieser Wärmefluss ausfällt, desto größer ist der Kühleffekt, der durch Kühlungsmaßnahmen für die elektronische Komponente 11 erreicht wird. Zunächst wird, wie gemäß dem Stand der Technik bekannt, durch eine passive Kühlung des Kühlers 13 (Wärmeleitung) die Wärme-menge Qp aus der elektronischen Komponente 11 abgeleitet. Der Wandler 14, der als thermoelektrischer Generator ausgelegt ist, führt ebenfalls durch Wärmeleitung eine zweite Wärmemenge Qg ab. Diese Wärmemenge Qg vergrößert damit den Kühlungseffekt für elektrische Komponente 11, so dass erfindungsgemäß die Wärmemenge Qi abgeleitet wird. Der Wandler 14 erzeugt dann die elektrische Energiemenge E, wodurch der Wärmefluss Qg verringert wird.

Wird, wie gemäß Figur 1 vorgeschlagen, eine zusätzliche akti-ve Kühlvorrichtung 21 betrieben, so vergrößert diese aktive

Kühlung den Kühleffekt des Kühlkörpers 13. Hierdurch wird zusätzlich aufgrund der aktiven Kühlung die Wärmemenge Qa aus der elektrischen Komponente 11 abgeführt, wodurch erfindungsgemäß die insgesamt abgeführte Wärmemenge auf Q2 ansteigt. Der Kühlkörper 13 selbst muss dabei nicht modifiziert werden, so dass an der elektrischen Komponente 11 kein höherer Platzbedarf entsteht.

In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Kühlanordnung zu erkennen. Die elektrische Komponente 11 ist auf einem Schaltungsträger 29 in Form einer Leiterplatte montiert. Auf der Oberseite der elektrischen Komponente 11 ist der Kühlkörper 13 montiert. Da dieser teilweise aufgeschnitten dargestellt ist, ist zu erkennen, dass dieser Rippen 30 aufweist. Mit der Montageseite ist die elektrische Komponente 11 auf einen thermischen Leitpfad 31 montiert, der als metallische Schicht auf der Vorderseite 32 des Schaltungsträgers 29 aufgebracht ist. Der thermische Leitpfad 31 wird komplettiert durch thermische Durchkontaktierungen 33, die eine metallische Schicht 34 auf der Rückseite 35 des Schaltungsträgers 29 kontaktieren. Auf der Schicht 34 sowie auf dem thermischen Leitpfad 31 sind jeweils ein Wandler 14 in Form von Peltierelementen an-gebracht, deren jeweils gegenüberliegende Seite mit jeweils einem Zusatzkühlkörper 15 versehen ist. Diese Zusatzkühlkörper 15 weisen ebenfalls Rippen 30 auf. Durch gestrichelte Linien 36 sind Leitungen angedeutet, welche die beiden Wandler 14 mit dem Steuermodul 18 verbinden. Dieses steuert außerdem einen als Piezoaktor 37 ausgebildeten zweiten Wandler an, der einen Teil der Kühlvorrichtung 23 bildet. Der Piezoaktor 37 treibt einen Fächer 38 an, der entlang des Doppelpfeils 39 schwingt, um Luft entlang der Rippen 30 des Kühlkörpers 13 und des auf der Vorderseite 32 montierten Zusatzkühlkörpers 15 zu bewegen. Hierdurch wird der Kühleffekt dieser beiden Kühlkörper vergrößert.

In Figur 4 ist eine Variante für die Kühlanordnung dargestellt, bei der diese als Baueinheit ausgebildet ist. Als Träger für die einzelnen Elemente dient der Kühlkörper 13, wobei dieser an der Seite mit einem Steuermodul 18 versehen ist, welches einen Wandler 14 ansteuert, wobei dieser auf dem Steuermodul 18 befestigt ist. Auf der anderen Seite des Wandlers 14 ist der Zusatzkühlkörper 15 angebracht.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Modul, wie ebenfalls dargestellt, zwischen zwei Rippen 30 des Kühlkörpers 13 unterzubringen. In diesem Fall ist der Kühlkörper 15 mit einer Geometrie ausgestattet, die im Wesentlichen derjenigen der Kühlrippen 30 entspricht, so dass der Zusatzkühlkörper 15 eine dieser Rippen ersetzt. Der Zusatzkühlkörper 15 gabelt sich an dessen Fußpunkt und stellt zwischen der Gabelung einen Einbauraum für das Steuermodul 18, den Piezoaktor 37 und den Fächer 38. Der Fächer 38 kann daher in einer nicht dargestellten Öffnung arbeiten und bewirkt einen Luftaustausch zwischen den benachbarten Zwischenräumen 40, die durch die Rippen 13 und dem Zusatzkühlkörper 15 gebildet werden.

Mit den Außenflanken stellt der Zusatzkühlkörper 15 Montageflächen für Wandler 14 in Form von Peltierelementen zur Verfügung, die mit ihrer jeweils anderen Seite mit den Rippen 30 des Kühlkörpers 13 verbunden sind und damit die modulartige Baueinheit zwischen den Rippen 30 fixieren. Der Zusatzkühlkörper 15 berührt den Kühlkörper 13 an keiner Stelle direkt, so dass dieser in einem anderen Temperaturbereich betrieben werden kann.

In Figur 5 ist ebenfalls eine Baueinheit dargestellt. Der Wandler 14 besteht in diesem Fall jedoch aus einem thermome-chanischen Aktor, der beispielsweise durch einen

Bimetallstreifen oder ein Element aus einer Formgedächtnislegierung gebildet sein kann. Dieser ist einseitig in einer Einspannung 41 gehalten. Mit dem freien Ende bildet er ein Gelenkt 42, das außerdem mit einem um eine Drehachse 43 gelagerten Fächer 38 verbunden ist. Temperaturabhängig verformt sich der Wandler 14 entsprechend des Doppelpfeils 44, wodurch über das Gelenk 42 der Fächer 38 zu einem Fächeln angeregt wird .

Mit dem Gelenk 42 ist außerdem ein Speicherblock 45 für Wärme z. B. aus Kupfer verbunden. Durch die Bewegung des Wandlers 14 stößt dieser Speicherblock abwechselnd gegen den heißeren Kühlkörper 13 und den kühleren Zusatzkühlkörper 15. Dies bewirkt ein abwechselndes Aufheizen und Abkühlen des Speicherblocks, der seinerseits den Wandler abwechselnd aufheizt und abkühlt. Hierdurch wird die Bewegung des Wandlers 14 (Wandlung von thermischer in mechanische Energie) hervorgerufen.

Figur 6 zeigt die Möglichkeit, den Piezofächer 23 als Baueinheit mit dem Kühlkörper 13 auszuführen. Dieser ist kammartig aufgebaut, so dass die Fächer 38 jeweils in die Zwischenräume 40 zwischen den Rippen 30 hineinragen. Wie Figur 7 zu entnehmen ist, sind die Fächer 38 zu diesem Zweck von einem gemeinsamen Basisstreifen 46 abgewinkelt. Dieser Basisstreifen 46 stützt sich an der Außenseite des Kühlkörpers 13 ab und liegt ansonsten auf Piezoaktoren 37 auf. Hierdurch entsteht bei Aktivierung der Piezoaktoren 37 eine fächelnde Bewegung der Fächer 38 gemäß dem Doppelpfeil 39.

Die Piezoaktoren 37 werden durch Wandler 14 in Form von

Peltierelementen angetrieben, die im unteren Bereich des

Kühlkörpers 13 angeordnet sind. Der Kühlkörper ist rechteckig ausgeführt, wobei an jeweils gegenüberliegenden Außenseiten die Wandler 14 angebracht sind und um 90° verdreht an den beiden gegenüberliegenden Außenseiten jeweils die Piezofächer 23 angeordnet sind. Die Peltierelemente weisen jeweils an der vom Kühlkörper 13 abgewandten Seite einen Zusatzkühlkörper 15 auf. Der Aufbau der zum Einsatz kommenden Peltierelemente ist ebenfalls angedeutet und an sich allgemein bekannt. Dieser besteht aus Kontaktblöcken aus p-dotierten Halbleitern 47 und n-dotierten Halbleitern 48, die jeweils über Kontaktstücke 49 zu einem Stromkreis verbunden sind. Der Wandler 14 ist auf einer elektrischen Isolationsschicht 50 angebracht, die eine elektrische Isolation zum Kühlkörper 13 gewährleistet.