Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/0112/17446.html    Veröffentlicht: 14.12.2001 11:05    Kurz-URL: https://glm.io/17446

Kleine Fächer auf Chips sollen Hitze vertreiben

Motorlose Fächer sollen stromsparend für leise Luftbewegung sorgen

Forscher an der US-amerikanischen Purdue University, darunter ein Student, der mittlerweile zur TU-Dresden gewechselt ist, entwickeln derzeit winzige Lüfter, die in Form von winzigen wackelnden Fächern künftige Notebooks und andere mobile Geräte kühlen sollen.

Die Lüfter sollen Hitze durch eine kleine aus Metall oder Mylar bestehende Schaufel wegfächeln, die vor und zurück schwingt. Die Schaufeln werden durch piezoelektronische Keramikelemente angetrieben, die sich abhängig von der elektrischen Spannung abwechselnd ausdehnen und zusammenziehen.

Dabei sind piezoelektronische Lüfter nichts Neues, sie wurden bereits 1970 entwickelt und als Einzelstücke gefertigt, galten jedoch als recht lautstark. Die Purdue-Forscher versprechen jedoch, dass ihre Minifächer nahezu lautlos arbeiten.

Da die Minifächer ohne magnetischen Motor und aufwendige Mechanik auskommen, sollen sie nicht nur weniger elektromagnetische Störungen verursachen, sondern darüber hinaus nur einen Bruchteil der Energie verbrauchen, die ein herkömmlicher Rotationslüfter benötigt. Die Forscher nennen eindrucksvolle Zahlen: Ihre Fächer benötigen lediglich 2 Milliwatt, anstelle von 300 Milliwatt bei konventionellen Lüftern.

Die Fächer sollen jedoch herkömmliche Lüfter und insbesondere Kühlkörper nicht ersetzen, sondern ergänzen. Da sie kleiner als ihre rotierenden Kollegen sind, sollen sie auch dort für Luftzirkulation sorgen, wo sonst Windstille herrscht. In Experimenten konnten die zusätzlich platzierten Fächer die Temperatur innerhalb eines Notebooks um bis zu 8 Grad Celsius gesenkt werden, so Suresh Garimella, außerordentlicher Professor für Maschinenbau an der Purdue University.

Allerdings müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, um eine optimale Kühlleistung zu erreichen. So sollen sich sowohl die Platzierung, die Größe, die Wackelfrequenz als auch das Verhältnis von Keramikelement und Schaufel auswirken. Sie bestimmen, wie weit sich die Schaufel bewegt, wie groß der erzeugte Luftstrom ist und welche komplizierten Strömungsmuster erzeugt werden.

Ein Designfehler kann laut den Forschern sogar die kühlende Wirkung aufheben und zu Hitzestaus führen, wenn beispielsweise die erzeugte Hitze zurück auf das eigentlich zu kühlende Bauteil gefächelt wird. Um dies zu berechnen, haben die Forscher mathematische Modelle entwickelt, welche diese Faktoren beim Lüfterdesign für spezielle Anwendungsgebiete berücksichtigen und als Basis für Konstruktions-Richtlinien für Hardwareentwickler schaffen.

"Was wir auf den Tisch legen ist das Wissen für die Modellierung dieser Lüfter: Wie man das Design analysiert, wie man herausfindet, wie groß ein [Keramikstück] für eine bestimmte Schaufellänge und wie dick das [Keramikstück] sein muss und was passiert, wenn man alle diese Größen ändert", betont Garimella.

Derzeit arbeiten die Forscher daran, die Minifächer weiter zu schrumpfen, um sie so direkt auf den Schaltkreisen von Chips unterbringen zu können. Ihre Schaufeln müssten dazu auf eine Länge von etwa 100 Mikron verkleinert werden, was grob gesagt der Breite eines menschlichen Haars entspricht. Weitere Forschungen sollen zudem genauere Aufschlüsse darüber geben, welche komplexen Luftströmungen von den Fächern erzeugt werden. Die Forscher erwarten, dass in etwa zwei Jahren die ersten Minifächerlüfter in kommerziellen Produkten zu finden sein könnten.

Die Forschungsergebnisse sollen am 15. Januar 2002 auf der Konferenz "Thermal Challenges in Next Generation Electronic Systems: THERMES 2002" in Santa Fe von Suresh Garimella und Arvind Ramen, Assistant Professor für Maschinenbau, vorgestellt werden. Das entsprechende Dokument dazu wurde vom ehemaligen Purdue Graduate Student Philip Bürmann verfasst, der mittlerweile an der Technischen Universität in Dresden studiert. Garimella leitet das "Compact High-Performance Cooling Technologies Research Consortium", das der Industrie bei der Entwicklung von Miniiaturkühlungs-Techniken helfen soll und unter deren neun unternehmerischen Mitgliedern auch Apple, das Nokia Research Center und General Electric zu finden sind.  (ck)


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