Pressemitteilung vom 05.05.1999

Damit Laser und Eisenbahnen einen kühlen Kopf bewahren

Vielleicht nervt es Sie auch manchmal, das leise Surren Ihres Computers. Seinem Hirn, dem Prozessor, wird es vom vielen Denken nämlich ganz schön heiß. Es muß deshalb mit einem kleinen Ventilator gekühlt werden, damit es nicht durchbrennt. Aber nicht nur Computerchips geht es so, praktisch alle elektronischen Bauteile erwärmen sich, wenn sie unter Strom stehen. Das wirkt sich nicht nur auf die Lebensdauer aus: Viele elektronische Bauteile könnten we-sentlich mehr leisten, wenn es gelänge, die Wärme wirkungsvoll abzuführen. Neben Ventila-toren benutzt man dazu großvolumige Kühlkörper und Wärmespreizer. Die nehmen viel Platz weg - die Elektronik-Chips könnten viel kleiner als bisher gebaut werden, wenn man andere Wege der Kühlung finden würde. Gerade bei miniaturisierten Bauteilen ist es nämlich beson-ders schwer, die Wärme abzuleiten, weil sie sich auf einen winzigen Bereich konzentriert.

Die Wärme ist nichts anderes als umgewandelter Strom. Diodenlaser zum Beispiel wandeln bis zu 40 Prozent der elektrischen Energie in Wärme um. Doch gerade bei ihnen ist es wich-tig, die Wärme abzuführen: Schon wenn sie sich um lediglich sieben Grad Celsius erwärmen, halten sie nur halb so lange. Zudem ist es wichtig, die Temperatur bis auf ¼ Grad Celsius konstant zu halten, andernfalls verändert sich die abgestrahlte Wellenlänge, also die Farbe des Lasers. Eine stabile Arbeitstemperatur ist zum Beispiel auch für die leistungsstarke Elektronik der Triebköpfe moderner Hochleistungszüge wichtig. Sie verwenden ebenfalls ein Gutteil des Stroms dazu, sich selbst aufzuheizen, statt Menschen und Güter zu transportieren. Kühlt man sie, halten sie länger und müssen weniger häufig gewartet werden.

Jetzt haben Wissenschaftler um den Chemnitzer Informationstechniker Prof. Dietmar Müller einen speziellen Schaltkreis für die Temperaturregelung neuartiger Mikrokühlsysteme ent-wickelt, der einen bedeutenden Fortschritt gegenüber bisherigen Lösungen darstellt. Der Reglerchip kann in diesen Systemen universell eingesetzt werden und läßt sich leicht an un-terschiedliche Anforderungen, etwa an die gewünschte Genauigkeit, anpassen. An der Ent-wicklung der Mikrokühlsysteme waren außerdem noch elf weitere Firmen und Forschungs-einrichtungen beteiligt, darunter die Fernuni Hagen, der Elektronikriese Siemens, der Loko-motiv-Hersteller AdTranz und der Technologiekonzern Jenoptik.

Die neuartige Regelung ist auf einem nur 5 mal 5 Millimeter großen Bauteil untergebracht, einem sogenannten ASIC (Application Specific Integrated Circuit, anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis). Solche ASICs kann man programmieren und so für bestimmte Auf-gaben maßschneidern. Deshalb lassen sich schon mittlere Stückzahlen wirtschaftlich herstel-len. Das macht sie auch für mittelständische Firmen interessant. Auf dem Chip haben die Chemnitzer Forscher besondere Schnittstellen programmiert, an die sich etwa Temperatur- und Durchflußfühler oder Pumpen und Lüfter anschließen lassen. Um das Regelungsverfahren zu entwickeln, mußten zuvor zahlreiche Kühlkreisläufe aus verschiedenen Gebieten der Elek-tronik genau untersucht werden. Das schließlich gewählte Verfahren ermöglicht es, die Tem-peratur hochgenau sehr schnell einzustellen und äußerst stabil zu halten - so stabil, daß die Temperaturregelung theoretisch sogar in der Medizintechnik eingesetzt werden könnte, wo geringste Schwankungen abgefangen werden müssen.

Um den ASIC zu programmieren benutzten die Chemnitzer Wissenschaftler eine sogenannte Beschreibungssprache. Im Unterschied zu Programmiersprachen, die eine Folge von Anwei-sungen enthalten, beschreibt eine solche Sprache die Struktur, den Aufbau von - in diesem Fall - ASIC-Schaltkreisen. Die in Chemnitz benutzte Beschreibungssprache ähnelt allerdings sehr stark einer höheren Programmiersprache. Deshalb läßt sie sich für unterschiedliche ASIC-Typen verwenden. Die Schaltung ist zudem nach dem Baukastenprinzip aufgebaut. Dadurch läßt sie sich leicht auch an Einsatzgebiete anpassen, die andere oder eine größere Anzahl von Schnittstellen benutzen. Zudem läßt sich die gesamte Temperaturregelung in die elektronische Schaltung, die gekühlt werden soll, einfügen, so daß beide auf einem einzigen Chip Platz finden.

Weitere Informationen: Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, Reichenhainer Str. 70, 09107 Chemnitz, Prof. Dietmar Müller, Tel. 0371/531-3195, Fax 0371/531-3193, E-mail: dietmar.mueller@infotech.tu-chemnitz.de, Dipl.-Ing. Katrin Unger, Tel. 0371/531-3175, E-Mail: katrin.unger@infotech.tu-chemnitz.de oder im Internet unter http://www.tu-chemnitz.de/~katrin/proj/projekt.html