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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Temperierung von Bauteilen, insbesondere von elektrischen Bauteilen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und des Patentanspruches 12.
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Viele Eigenschaften elektronischer Bauteile sind stark temperaturabhängig. Für die Durchführung von Tests an diesen Bauteilen ist daher eine exakte Temperierung unerlässlich.
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In verschiedenen Bereichen, wie zum Beispiel der Laser- oder LED-Technik, werden die Bauteile immer leistungsfähiger, meist verbunden mit einer höheren thermischen Verlustleistung. Die Erweiterung der Einsatzbereiche solcher Bauteile, insbesondere in Luftfahrzeugen und Automobilen erfordert Tests bei den vorgeschriebenen Grenztemperaturen (zum Beispiel Automobil-Temperaturbereich –40°C–+125°C). Zur Abkürzung von Alterungs- und Degradationstests sind noch höhere Temperaturen erforderlich. Zur Erzielung aussagefähiger Testergebnisse sind die Tests in der Regel an einer größeren Anzahl von Bauteilen durchzuführen, was in der Summe zu erheblichen Verlustleistungen führt.
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Die Testeinrichtungen müssen somit in der Lage sein, in erheblichem Umfang den Prüflingen Wärme zuzuführen bzw. von diesen abzuführen.
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Bisher wurden dazu vielfach TECs (= Peltierelemente) eingesetzt, die sowohl kühlen als auch heizen können. Doch weder der durch TECs abdeckbare Temperaturbereich noch die mit den TECs erreichbare Energiedichte genügt den erweiterten Anforderungen.
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Aus der Druckschrift
WO 2005/101040 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, in der eine Heizeinrichtung über einer Halbleitereinrichtung angeordnet ist und diese mit Wärme beaufschlagt. Die Wärmebeaufschlagung kann durch Verfahren der Heizeinrichtung in Richtung der Halbleitereinrichtung verändert werden.
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Aus der Druckschrift
US 5 775 416 A ist eine Einrichtung zum Bearbeiten von Wafern bekannt. Die aus dieser Druckschrift bekannte Vorrichtung weist eine Vakuumkammer auf, in der ein Waferelement über einer Heizeinrichtung angeordnet ist, die wiederum oberhalb einer Kühleinrichtung vorgesehen ist. Zwischen der Heizeinrichtung und dem Waferelement sowie zwischen der Heizeinrichtung und dem Kühlsegment sind Hohlräume zum Einbringen von Fluiden vorgesehen. Die Fluide dienen hierbei zur Wärmeübertragung und sind, sollte eine Wärmeübertragung nicht gewünscht werden, aus diesem Bereich abpumpbar.
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Die besten technischen Ergebnisse werden zurzeit mit Thermostaten erzielt. Diese Anordnung birgt aber einige gravierende Nachteile. Zunächst ist sie relativ kostenaufwendig, insbesondere wenn gleichzeitig mehrere Tests bei unterschiedlichen Temperaturen durchzuführen sind, da für jede Temperatur ein eigener Thermostat erforderlich ist. Andererseits sind Thermostaten bei Temperaturänderung sehr langsam. Das ist besonders hinderlich bei Temperaturwechseltests (temperature cycle tests) oder im Fall von Zwischenmessungen bei unterschiedlichen Temperaturen, wie sie zum Beispiel zur Bestimmung des thermischen Widerstandes der Bauteile durchgeführt werden. Auch aus Sicht der Energieeinsparung bieten Thermostate keine optimale Lösung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Oberflächentemperierung bereitzustellen, wodurch eine hohe Energiedichte, ein breit abdeckbarer Temperaturbereich und hohe Kosteneffizienz ermöglicht werden. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Temperierungsvorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 12 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung definierter Oberflächentemperaturen zur Temperierung von Bauteilen und insbesondere von elektrischen Bauteilen weist hierbei mindestens eine Temperierungsfläche zur Temperierung des Prüflings bzw. des elektrischen Bauteils auf. Weiterhin ist mindestens ein erster Bereich bzw. Körper der Vorrichtung in einer ersten vorgegebenen Weise temperierbar und die Temperierungsfläche mindestens durch den ersten Bereich von einem zweiten Bereich bzw. Körper beabstandet angeordnet, wobei der erste und der zweite Bereich thermisch koppelbar sind und die thermische Kopplung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich veränderbar ist.
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Erfindungsgemäß weisen der erste und/oder der zweite Bereich zumindest abschnittsweise zumindest einen Kanal auf, durch den bevorzugt ein erstes Fluid fließt. Das Fluid kann hierbei gasförmig oder flüssig sein. Dabei ist es auch möglich, dass der Kanal zwischen den beiden Bereichen bzw. Körpern ausgebildet ist.
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Thermisch entkoppelt soll als im Wesentlichen thermisch isoliert und thermisch gekoppelt als im Wesentlichen einen Wärmetransport ermöglichenden Zustand verstanden werden. Über eine später noch näher beschriebene Regelungseinheit kann der Grad der thermischen Kopplung eingestellt werden. Dies dient dazu, möglichst fließende Termperierungscharakteristika bzw. Verläufe zu generieren. Je nach Anwendungsbereich können jedoch auch abrupte Wechsel zwischen entkoppeltem und gekoppeltem Zustand oder gekoppeltem und entkoppeltem Zustand durchgeführt werden.
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Die Oberfläche der Vorrichtung dient zur Aufnahme von Prüflingen, insbesondere in Form von elektronischen Bauteilen bzw. zur Aufnahme von weiteren Vorrichtungen auf denen Prüflinge angeordnet sind. Hierbei ist vorgesehen, dass die Prüflinge zumindest abschnittsweise an der Oberfläche der Vorrichtung anliegen. Dies bedeutet, dass die Prüflinge an wenigstens einer Seite von der Oberfläche umgeben sind bzw. der Oberfläche gegenüber angeordnet sind. Es wäre jedoch auch möglich, dass die Prüflinge in einem vorbestimmten Abstand an der Oberfläche angeordnet sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Prüflinge völlig von dem ersten Bereich umschlossen, als Oberfläche ist hierbei jeweils der Anteil des ersten Bereiches zu verstehen, der gegenüber eines jeweiligen Abschnittes des Prüflings angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung können die Prüflinge auf mehr als einer Seite der Wärmequelle ausgesetzt werden, wodurch es ermöglicht wird, dass die Wärme aus verschiedenen Richtungen auf den Körper bzw. Prüfling einwirkt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung findet der Wärmetransport mittels Wärmestrahlung statt. Das Abkühlen des Prüflings kann mit Hilfe einer weiteren Kühlvorrichtung erfolgen, wodurch gleichmäßig von allen Seiten dem Prüfling Wärme entzogen wird. Es ist ferner möglich, dass die Kühlung, wie bereits in der zuvor genannten Anordnung, mittels einer Reduzierung der Wärme im ersten Bereich erfolgt, da dies indirekt eine Reduzierung der Wärmestrahlung und somit eine Abkühlung des Prüflings bedeutet.
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Die Oberfläche kann hierbei insbesondere glatt, wellig, nutenförmig, sattelförmig, linsenförmig, halbkugelförmig, halbkegelförmig, halbzylinderförmig und in jeder weiteren Form ausgebildet sein, in der auch die Prüflinge ausgebildet sind. Ferner ist die Oberfläche derart gestaltet, dass darauf angeordnete Prüflinge durch Punktberührung (in einem Punkt, in zwei Punkten, in drei Punkten), durch Linienberührung (gerade Linien, gebogene Linien) durch Flächenberührung (ebene Fläche, Zylinderfläche, Kugelfläche, Kegelfläche, Keil-Drehfläche, Keil-Schraubfläche) oder durch die Kombination der zuvor genannten Kontaktvarianten angeordnet werden können.
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Eine Vielzahl von Tests, wie zum Beispiel Burn-in, beschleunigte Alterungs- und Degradationstests, werden bei Temperaturen von 25°C durchgeführt. In solchen Fällen kann die Kühlung mit Prozesswasser (zum Beispiel gefiltertes Grundwasser, mit oder ohne zwischengeschalteten Wärmetauscher) betrieben werden. Dies stellt eine äußerst effiziente Energienutzung dar. Insbesondere gilt dies für umfangreichere Testanlagen, in denen die erforderliche Kühlleistung mehrere Kilowatt betragen kann. Für Tests unterhalb von 25°C kann die Kühlflüssigkeit in einem Umwälzkühler aufbereitet werden. Für Anwendungen unter dem Gefrierpunkt kann dem Prozesswasser ein Additiv hinzugefügt werden, um das Gefrieren der Flüssigkeit zu vermeiden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Strömungsquerschnitt mindestens eines Kanals veränderbar. Dies bedeutet, dass verschiedene statische Querschnitte in verschiedenen Abschnitten des Kanals vorgesehen sein können und/oder der Strömungsquerschnitt dynamisch in Abhängigkeit von der Form der elastischen Membran veränderbar ist. Auch wäre es möglich, dass der Strömungsquerschnitt des gesamten Kanals oder mindestens desjenigen Bereichs, an dem ersten Bereich bzw. Körper anliegt, veränderbar ist. Weiterhin kann sich der Kanal senkrecht zur der im späteren gezeigten Figurenfläche erstrecken, d. h. der Kanal kann innerhalb der Vorrichtung flächig ausgebildet sein.
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Bei der Erfindung ist der Kanal durch eine flexible Membran abgegrenzt. Dies hat den Vorteil, dass innerhalb der Vorrichtung und zumindest abschnittsweise auf beiden Seiten der Membran jeweils ein Fluid einbringbar ist. Durch Bewegung dieser Membran kann der Strömungsquerschnitt verändert werden.
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Für die Kühlung sorgt bevorzugt ein unterhalb einer Montageplatte (erster Bereich bzw. Körper) angebrachter Flüssigkeitskühler (zweiter Bereich), der durch einen variablen thermischen Widerstand bei Bedarf teilweise oder gänzlich zugeschaltet wird. Der variable thermische Widerstand ist hierbei die zuvor genannte flexible Membran, die aus einer Metall- oder Kunststofffolie besteht. Die hier verwendeten Metallfolien weisen wenigstens ein Metall oder eine Legierung auf. Metalle die hierzu verwendet werden können sind beispielsweise: Stahl, Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Zink, Gold, Silber, d. h. Metalle mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Demnach besteht die Membran aus einer wärmeleitenden Folie. Vorteile hiervon sind, dass der thermische Widerstand variabel ausgestaltet werden kann und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Hierbei liegen zumindest der erste und der zweite Bereich abschnittsweise bzw. zeitweise an dem thermischen Widerstand an. Die dabei am ersten Bereich anliegenden Abschnitte des thermischen Widerstandes liegen zumindest teilweise gegenüber den Abschnitten des thermischen Widerstandes, die am zweiten Bereich anliegen.
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Alternativ kann anstelle des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches einer oder beide Bereiche durch mindestens ein weiteres Element von der Membran beabstandet angeordnet sein. Das Element kann hierbei aus Kunststoff, Verbundstoff, Metall oder aus einer Kombination der Werkstoffe bestehen. Vorteile eines solchen Elementes ergeben sich durch den Ausgleich thermisch bedingter Verformungen, einer möglichen Gewichtsanpassung, Erstellen einer thermischen Isolierung zwischen dem zweiten Bereich und dem ersten Bereich und/oder einer vereinfachten modularen Montage.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Durchfluss durch den Kanal mittels der flexiblen Membran veränderbar. Da der variable thermische Widerstand aus einer Membran besteht, die den Flüssigkeitskühler auf der der Montageplatte zugewandten Seite abschließt und durch den Betriebsdruck der Kühlflüssigkeit gegen die Montageplatte gepresst wird, findet eine Kühlung der Montageplatte konvektiv über die Kühlflüssigkeit und konduktiv durch die Membran statt. Zur Reduzierung bzw. Abschaltung der Kühlung kann die Membran mittels Druckluft ganz oder teilweise von der Montageplatte abgehoben werden. Die Kühlleistung kann so über den Druck der Druckluft und den davon abhängigen thermischen Widerstand zwischen der Kühlflüssigkeit und der Montageplatte gesteuert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die flexible Membran durch das erste Fluid und/oder ein zweites Fluid auslenkbar. Hierbei ist es möglich, dass das erste Fluid und das zweite Fluid jeweils gasförmig oder flüssig sind. Besonders bevorzugt ist das erste Fluid jedoch flüssig und das zweite Fluid gasförmig. Ein Vorteil bei der Verwendung eines gasförmigen und eines flüssigen Fluides besteht darin, dass das gasförmige Fluid aufgrund seiner niedrigen Wärmeleitfähigkeit zum Entkoppeln der thermischen Verbindung verwendet werden kann und dass das flüssige Fluid aufgrund hoher thermischer Leitfähigkeit mittels Konvektion sehr effizient Temperatur aus dem ersten Bereich und somit der Vorrichtung abführt.
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Hierbei ist vorgesehen, dass das erste und das zweite Fluid in die Vorrichtung einströmen, jedoch nur das erste Fluid an einer von der Eintrittsstelle verschiedenen Stelle wieder austritt. Ferner ist in dem thermisch entkoppelten Zustand der Druck auf das variable thermische Widerstandselement (die Membran) auf der zum ersten Bereich hin orientierten Seite höher als der Druck auf der zum zweiten Bereich hin orientierten Seite. Demgegenüber ist im thermisch gekoppelten Zustand der Druck auf das variable thermische Widerstandselement auf der zum zweiten Bereich hin orientierten Seite höher als der Druck auf der zum ersten Bereich hin orientierten Seite. Das Gas wird daher aus der Vorrichtung herausgedrückt bzw. in der Vorrichtung komprimiert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das zweite Fluid ein Gas. Das Gas wird hierbei dazu verwendet, die Kontaktfläche zwischen der Montageplatte und der Membran mit steigendem Druck zunehmend zu verringern, so dass der thermische Widerstand mit steigendem Druck kontinuierlich zunimmt. Das komprimierte Gas wird hierbei jedoch nur zum Entkoppeln der thermischen Verbindung verwendet und nicht zum Heizen bzw. Kühlen. Ferner ist das zweite Fluid zumindest abschnittsweise innerhalb des ersten Bereiches führbar. So kann ein Kanal für das zweite Fluid vorgesehen sein, der mindestens abschnittsweise durch den ersten Bereich d. h. die Montageplatte verläuft.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Temperierung des ersten Bereiches mittels eines ersten physikalischen Prinzips durchführbar und das Temperieren des ersten Bereiches ist auch mittels eines zweiten von dem ersten physikalischen Prinzip verschiedenen physikalischen Prinzips durchführbar. Dies ist vorteilhaft, da für die jeweilige Temperierungsphase das jeweils am besten geeignete physikalische Prinzip Einsatz findet. D. h. die elektrische Erhitzung der Oberfläche, bei der Wärmetransport mittels Wärmeleitung stattfindet, charakterisiert eine erste Möglichkeit zum Erhitzen der Oberfläche. Das Kühlen der Oberfläche kann jedoch auch mittels eines die Vorrichtung durchströmenden Fluides, wodurch die Wärme mittels Konvektion abgeführt wird, erfolgen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Bereich elektrisch beheizbar. Die Beheizung erfolgt hierbei durch eine elektrische Widerstandsheizung – z. B. durch mindestens eine in die Montageplatten eingelassene Heizpatrone. Die Heizleistung wird hierbei durch eine entsprechende Bestromung der Heizelemente der Montageplatte reguliert. Vorteile sind hierbei durch die einfache und präzise Einbringung der Wärme gegeben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Temperierungsfläche des ersten Bereiches derart gestaltet, dass an der Oberfläche elektrische Bauteile anordbar sind. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da keine weiteren externen Haltevorrichtungen zur Anordnung der elektrischen Bauteile auf der Oberfläche benötigt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste Bereich und der zweite Bereich lösbar oder unlösbar aneinander angeordnet. Eine lösbare Verbindung hat hierbei die Vorteile, dass einzelne Segmente der Vorrichtung gezielt recycelt werden können und auch Wartungsarbeiten bzw. Einstellarbeiten aufwandsarm erfolgen können. Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Abstand zwischen dem ersten Bereich und dem weiteren Bereich veränderbar. Auch auf diese Weise ist eine Änderung der thermischen Kopplung möglich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Steuereinrichtung zum Ansteuern von zufälligen oder definierten Temperaturverläufen vorgesehen. Die Steuereinheit umfasst daher eine Sensoreinheit, eine automatische/manuelle Regeleinheit, ein Ausgabemodul und ein Eingabemodul. Temperaturdaten erhält die Steuereinheit beispielsweise über den bzw. die in der Montageplatte eingebauten Temperatursensoren, die das Eingangssignal für eine automatische Temperaturregelung bereitstellen. Die automatische Regeleinheit kann auch außerhalb der Steuereinheit angeordnet sein und dient zum Steuern definiert vorgegebener Temperierungsverläufe.
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Das Aus- und Eingabemodul können direkt in der Steuereinrichtung angeordnet sein, jedoch auch über eine Kabelverbindung oder eine Funkverbindung mit der Steuereinrichtung verbunden sein. Über das Ausgabemodul können der Person, welche die Anlage bedient, Prozessinformationen wie Erhitzungsgeschwindigkeit, Temperatur, Prozesszeit (Dauer) und weitere Informationen ausgegeben werden. Über das Eingabemodul können von der die Maschine bedienenden Person manuell Steuerungsbefehle eingeben werden, um die automatische Regelung zu modifizieren oder um eine manuelle Regelung durchzuführen. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Steuerung bzw. Überwachung des Temperierungsprozesses außerhalb der direkten Umgebung der Vorrichtung erfolgen kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Ventileinrichtung zur Veränderung der thermischen Kopplung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich vorgesehen. Mit Hilfe der Ventileinrichtung lässt sich einerseits der Druck des gasförmigen Mediums steuern und andererseits die Durchflussrate des flüssigen Fluides regeln. Ein Vorteil hiervon ist, dass durch die Verbindung mit der Steuereinheit sehr präzise Temperaturverläufe erreichbar sind.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Bereitstellen definierter Oberflächentemperaturen zur Temperierung von Bauteilen, insbesondere elektrischen Bauteilen. Hierbei wird mindestens eine Temperierungsfläche zur Temperierung der Bauteile vorgesehen und mindestens ein erster Bereich der Vorrichtung wird in einer ersten vorgegebenen Weise temperiert. Erfindungsgemäß wird die Temperierungsfläche durch den ersten Bereich von einem zweiten Bereich, der wiederum zur Temperierung des elektrischen Bauteils vorgesehen wird, beabstandet angeordnet. Der erste und der zweite Bereich werden hierdurch thermisch gekoppelt und die thermische Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich wird zum Temperieren der Bauteile verändert. Dies bedeutet, dass die Temperierung von elektrischen Bauteilen bzw. Prüflingen durch eine Montageplatte, die elektrisch beheizt wird, oder durch einen über einen variablen thermischen Widerstand teilweise gänzlich zuschaltbaren Flüssigkeitskühler gekühlt wird, wobei der variable thermische Widerstand bevorzugt durch eine druckluftbeaufschlagte Membran erzielt wird. Die Steuerung erfolgt hierbei über eine Signale austauschende Steuereinrichtung mit Sensoren und Aktoren.
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Weitere Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:
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Darin zeigen:
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1 Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bereitstellung definierter Oberflächentemperaturen;
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2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem ersten Betriebszustand; und
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3 die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem zweiten Betriebszustand.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Diese Vorrichtung 1 weist einen ersten Bereich bzw. Körper 2 und einen zweiten Bereich bzw. Körper 4 auf. Der erste Bereich 2 ist hierbei als Montageplatte ausgeführt und der zweite Bereich 4 als Flüssigkeitskühler. Der erste Bereich 2 weist eine Temperierungsfläche 5 auf und zwischen dem ersten Bereich 2 und dem zweiten Bereich 4 ist ein Kanal 6 angeordnet. Es wäre jedoch auch möglich, den Kanal 6 als den zweiten Bereich 4 aufzufassen. Dieser Kanal 6 wird durch den ersten Bereich 2 und den zweiten Bereich 4 begrenzt bzw. durch den Körper in den der Kanal 6 zumindest teilweise eingeformt ist. Der Kanal 6 wird weiter durch eine flexible Membran 8 gegenüber dem ersten Bereich 2 abgegrenzt. Aufgrund der flexiblen Membran 8 ist eine aktive Veränderung des Strömungsquerschnittes möglich. Innerhalb des Kanals 6 ist ein erstes Fluid 9 angeordnet. Das erste Fluid 9 wird mittels einer Pumpe (nicht gezeigt) in eine Strömung versetzt und durchströmt daher die Vorrichtung 1. Mittels eines zweiten Fluides 10, das zwischen der Membran 8 und dem ersten Bereich 2 über eine Druckleitung 28 einbringbar ist, ist der Strömungsquerschnitt innerhalb der Vorrichtung 1 veränderbar.
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Mittels der Ventileinrichtung die als Druckregelungsventils 14 ausgebildet ist, ist der Druck des zweiten Fluides 10 und somit die Auslenkung der Membran 8 steuerbar. Die Steuerung des Druckregelungsventils 14 erfolgt über eine Steuerungseinheit 20. Die Steuerungseinheit 20 ermittelt mittels Temperatursensoren 18 die Temperatur im ersten Bereich 2 der Vorrichtung 1. Das Aufheizen der Temperierungsfläche 5 erfolgt über die Ansteuerung der mindestens einen Widerstandsheizung 16 durch die Steuerungseinheit 20. Während eines Aufheizvorganges wird mittels der Steuerungseinheit 20 das Druckregelungsventil 14 derart betätigt, dass Luft in die Vorrichtung 1 über die Druckleitung 28 einströmt und die Membran 8 derart auslenkt, dass sich der Abstand zwischen der Membran 8 und dem ersten Bereich 2 vergrößert. Dies hat zur Folge, dass durch die Membranverschiebung nur ein Bruchteil des kühlenden ersten Fluides 9 durch die Vorrichtung 1 geführt wird. Die dadurch resultierende thermische Entkopplung ist dann maximal, wenn durch die Membran 8 der Flüssigkeitsstrom, der durch die Vorrichtung fließt, unterbrochen wird. Weiterhin wird die thermische Entkopplung auch durch ein Abheben der Membran von dem ersten Bereich 2 erreicht.
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Die Temperierungsfläche 5 ist derart gestaltet, dass Prüflinge 30a, 30b, 30c darauf angeordnet werden können. Der Wärmetransport vom ersten Bereich 2 zu den Prüflingen 30a, 30b, 30c erfolgt hierbei über Wärmeleitung, während eine Kühlung des ersten Bereiches 2 mittels Konvektion erfolgt.
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Zur Vermeidung unerwünschten Flüssigkeits- bzw. Gasaustrittes sind beidseitig der Membran 8 die Dichtungen 11 und 12 angeordnet.
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2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung definierter Oberflächentemperaturen. Wie aus der 2 hervorgeht, steht der erste Bereich 2 mit einem Kunststoffelement 26 derart in Kontakt, dass die Position des ersten Bereiches 2 durch das Kunststoffelement 26 vorgegeben wird. Wie ferner aus der 2 ersichtlich wird, befindet sich die Membran 8 in einer ausgelenkten Position, wobei die Membran 8 in Richtung des ersten Bereiches 2 ausgelenkt ist. Dies bedeutet, dass der Luftdruck zwischen der Membran 8 und dem ersten Bereich 2 bzw. dem ersten Bereich 2 und dem Kunststoffelement 26 geringer ist als der Druck, der durch die Strömung des ersten Fluides 9 erzeugt wird. Demnach kann das erste Fluid 1 durch die Zulauföffnung 22 ungehindert in den Kanal 6 einfließen, diesen durchfließen und an der Ablauföffnung 24 wieder aus der Vorrichtung 1 herausfließen. Es liegt daher eine thermische Ankopplung des ersten und zweiten Bereichs vor.
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In dem in 2 gezeigten Zustand liegt die Membran 8 an dem ersten Bereich 2 an, wodurch eine thermische Kopplung zwischen dem ersten Bereich 2 und dem zweiten Bereich 4 hergestellt ist, hieraus resultiert, dass die Temperatur des ersten Fluides 9 durch die Membran 8 auf den ersten Bereich 2 übertragen wird bzw. Energie von dem ersten Fluid 9 in Form von Wärme aufgenommen wird.
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Durch die Anordnung von Schrägen oder Rundungen innerhalb der Vorrichtung 1 im Bereich des Kanals 6 kann die Lebensdauer der Membran 8, durch die Reduzierung mechanischer Belastungen, verbessert werden. Das Kunststoffelement 26 dient ferner dazu thermisch bedingte Größenänderungen der in der Vorrichtung verwendeten Komponenten auszugleichen und um eine gute thermische Isolation vom ersten Bereich 2 bzw. der Montageplatte und der Membran zu erzielen. Wie auch in der ersten dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz von Mitteln zum Abdichten der Vorrichtung 1 vorgesehen (nicht gezeigt).
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In der 3 ist ein zweiter Zustand der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Durch die Einleitung komprimierter Luft über die Druckleitung 28 in den Raum zwischen der Membran 8 und dem ersten Bereich 2 findet ein Auslenken der Membran 8 statt, da der Druck des zweiten Fluides 10 höher ist als der Druck des ersten Fluides 9. Die in der 3 gezeigte Auslenkung bewirkt eine Reduzierung des Grades der thermischen Kopplung zwischen dem ersten Bereich 2 und dem Kanal 6, der ein Bestandteil des zweiten Bereiches 4 ist. In der gezeigten maximal möglichen Reduzierung der Kopplung werden zusätzlich die Zulauföffnung 22 und die Ablauföffnung 24 durch die Membran 8 innerhalb der Vorrichtung verschlossen. Aus der wesentlich geringeren Wärmeleitfähigkeit des zweiten Fluides 10 bzw. des höheren thermischen Widerstandes gegenüber dem ersten Fluid 9 resultiert die thermische Entkopplung bzw. die Reduzierung der thermischen Kopplung. Dies führt dazu, dass in dem entkoppelten Zustand die Kühlung des ersten Bereiches 2 im Wesentlichen unterbunden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- erster Bereich
- 4
- zweiter Bereich
- 5
- Temperierungsfläche
- 6
- Kanal
- 8
- Membran
- 9
- erstes Fluid
- 10
- zweites Fluid
- 11
- erste Dichtung
- 12
- zweite Dichtung
- 14
- Druckregelungsventil
- 16
- Widerstandsheizung
- 18
- Temperatursensoren
- 20
- Steuerungseinheit
- 22
- Zulauföffnung
- 24
- Ablauföffnung
- 26
- Kunststoffelement
- 28
- Druckleitung
- 30a, 30b, 30c
- elektrische Bauteile bzw. Prüflinge