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Die
Erfindung betrifft ein Detektormodul, umfassend zumindest ein Detektionselement
mit einem Wandlerelement zur Wandlung von Strahlung, insbesondere
Röntgen-
oder Gammastrahlung, in elektrische Signale. Die Erfindung betrifft
ferner einen zumindest ein Detektormodul umfassenden Strahlungsdetektor
sowie ein den Strahlungsdetektor umfassendes Tomografiegerät.
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Es
sind Detektormodule bekannt, bei welchen Strahlung, insbesondere
Röntgenstrahlung oder
Gammastrahlung, unmittelbar in elektrische Signale gewandelt werden.
Derartige Detektormodule sind auch als direkt konvertierende Detektormodule bekannt
und finden beispielsweise bei Röntgen-Computertomografiegeräten Anwendung.
Bekannte direkt konvertierende Detektormodule weisen eine aus einem
Halbleitermaterial hergestellte Wandlerschicht auf. Durch Wechselwirkung
der Strahlung mit der Wandlerschicht, d. h. Quantenabsorptionsereignisse,
werden in der Wandlerschicht Ladungen, hier Elektron-Loch-Paare,
erzeugt, welche die Grundlage für
die elektrischen Signale bilden.
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Auf
einer ersten Oberfläche
der Wandlerschicht ist ein Rückseitenkontakt
und auf einer der ersten Oberfläche
gegenüberliegenden
zweiten Oberfläche
ist eine Vielzahl von Pixelelektroden angebracht. Mittels einer
zwischen dem Rückseitenkontakt
und den Pixelelektroden anliegenden Spannung werden elektrische
Felder ausgebildet, wodurch – nebenbei
bemerkt – Detektorpixel
definiert werden.
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Durch
die elektrischen Felder werden die Ladungen beschleunigt und wandern,
je nach Ladungsart, zur Deckelektrode bzw. den Einzelelektroden
und können
als elektrische Signale erfasst werden. Zur effektiven Erfassung
der Ladungen und Weiterverarbeitung der elektronischen Signale ist
es von besonderem Vorteil, wenn mit den Einzelelektroden, bzw. Detektor- Pixeln, kontaktierte
Signal verarbeitende elektronische Bauelemente, wie z. B. sog. Anwenderspezifische
Integrierte Schaltkreise, kurz, ASICs, unmittelbar auf der Seite
der zweiten Oberfläche
angebracht sind.
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Durch
die Quantenabsorptionsereignisse und den Betrieb der elektronischen
Bauelemente wird eine nicht unerhebliche Wärme erzeugt. Diese Wärme gilt
es besonders effektiv abzuführen,
da bei einer Erwärmung
des Detektormoduls dessen Wandlungseffizienz und Signal- bzw. Datenintegrität beeinträchtigt werden.
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Aus
der
US 2006/0241386
A1 ist es bekannt, den Wärmefluss zwischen Verarbeitungselektronik und
Detektorelementen durch bauliche Maßnahmen, die zu einer räumlichen
Trennung führen,
zu verhindern.
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Ausgehend
davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Detektormodul der Eingangs
genannten Art bereit zu stellen, welches eine besonders effektive
Abführung
der Wärme
vom Detektionselement bei gleichzeitig einfachem Aufbau ermöglicht. Ein
weiteres Ziel ist es, einen Strahlungsdetektor und ein Tomografiegerät bereitzustellen,
mit welchen diese Aufgabe implizit gelöst wird.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der Ansprüche
1, 24 und 25. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
Ansprüchen
2 bis 23.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Detektormodul zur Erfassung
von Strahlung, bei welcher es sich insbesondere um Röntgen- oder
Gammastrahlung handeln kann. Das Detektormodul umfasst zumindest
ein Detektionselement mit einem Wandlerelement zur Wandlung der
Strahlung in elektrische Signale. Bei dem Detektionselement kann
es sich um ein einzelnes Detektorpixel oder um mehrere zu einer
Gruppe zusammengefasste Detektorpixel, z. B. um eine Pixelmatrix,
handeln.
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Zum
Abführen
der im Betrieb des Detektormoduls entstehenden Wärme ist ein Kühlelement vorgesehen,
welches, zur thermischen Kopplung, mittels Federkraft mit einer
Wärmeaustauschfläche an das
Detektionselement gedrückt
wird. Mit anderen Worten wird eine thermische Kontakt-Kopplung des Kühlelements und
des Detektionselements dadurch bewirkt, dass eine Wärmeaustauschfläche des
Kühlelements
und eine korrespondierende Fläche
des Detektionselements durch Einwirkung einer Federkraft aneinander
gedrückt
werden.
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Dadurch
ist es einerseits möglich,
den durch die Einwirkung der Federkraft hervorgerufenen Kontaktdruck,
oder die Andruckkraft, entsprechend jeweiliger Randbedingungen einzustellen.
Etwaige Randbedingungen können
u. a. durch eine beschränkte
mechanische Stabilität
des Detektionselements und/oder Komponenten desselben, wie z. B. elektronische
Bauelemente, aktive Kühlelemente usw.,
gegeben sein.
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Andererseits
kann erreicht werden, dass der Kontaktdruck über die gesamte Wärmeaustauschfläche im Wesentlichen
gleich ist. Das bedeutet, dass das Kühlelement auf der ganzen Wärmeaustauschfläche gleichmäßig an das
Detektionselement gedrückt
werden kann, so dass die thermische Kopplung über die ganze Wärmeaustauschfläche im Wesentlichen
gleich ist.
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Zur
Verbesserung der thermischen Kontakt-Kopplung zwischen Wärmeaustauschfläche und Detektionselement,
bzw. einer zu kühlenden
Komponente des Detektionselements, kann eine thermisch leitende
Zwischenschicht vorgesehen sein. Bei der Zwischenschicht kann es
sich z. B. um eine Wärmeleitfolie,
Wärmeleitpaste
und dgl. handeln.
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Bei
dem Wandlerelement kann es sich um ein direkt konvertierendes Wandlerelement
handeln. Direkt konvertierend soll bedeuten, dass die Strahlung
durch einen einstufigen Wechselwirkungsprozess in elektrische Signale
gewandelt wird. Es ist auch möglich,
dass das Wandlerelement derart ausgebildet ist, das die Strahlung
in einem zweistufigen Wechselwirkungsprozess in elektrische Ladungen gewandelt
wird. Hierfür
sei beispielhaft eine Szintillator-Photodioden-Wandlung genant,
bei welcher die Strahlung mittels eines Szintillators in einem ersten Wechselwirkungsprozess
in Licht, und das Licht in ei nem zweiten Wechselwirkungsprozess
mit einer Photodiode in elektrische Signale gewandelt werden.
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Das
Detektionselement kann ein elektronisches Bauelement zur elektrischen
Signalverarbeitung der elektrischen Signale umfassen. Das elektronische
Bauelement erzeugt bei dessen Betrieb in der Regel Verlustwärme. Zur
Abführung
der Verlustwärme
und besonders effektiven Kühlung
kann die Wärmeaustauschfläche mit
dem Bauelement thermisch gekoppelt sein. Das bedeutet, dass das
Kühlelement mittels
der Federkraft mit der Wärmeaustauschfläche an das
Bauelement gedrückt
wird, und wodurch eine thermische Kontakt-Kopplung zwischen der
Wärmeaustauschfläche und
dem Bauelement hergestellt wird. Dabei kann eine Teilfläche der
Wärmeaustauschfläche mit
dem Bauelement und eine andere Teilfläche kann z. B. mit der Wandlerschicht
gekoppelt sein.
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Insbesondere
zur mechanischen Stabilisierung oder zur Vereinfachung der Montage
kann das Detektionselement einen zwischen der Wärmeaustauschfläche und
der Wandlerschicht vorgesehenen Träger umfassen. Bei dem Träger kann
es sich z. B. um ein Substrat handeln, auf welchem die Wandlerschicht
und/oder das Bauelement angebracht sind/ist. Zumindest das Wandlerelement
kann auf einer ersten Seite des Trägers angeordnet sein. Das Kühlelement
kann auf einer der ersten Seite gegenüber liegenden zweiten Seite
angeordnet und mit der Wärmeaustauschfläche an die
zweite Seite thermisch gekoppelt sein. Das bedeutet, dass die Wärmeaustauschfläche an den
Träger
gedrückt
wird, wobei eine Kühlung
durch den Träger
hindurch erfolgt. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Wandlerelement
und das Bauelement übereinander liegen
und eine Einheit ausbilden. Dabei ist vorzugsweise das in der Regel
sich stärker
erwärmende
Bauelement an der ersten Seite des Trägers, gegenüberliegend zur Wärmeaustauschfläche angebracht.
Es ist jedoch auch möglich,
dass das Bauelement auf der zweiten Seite angebracht und mittels
Bonddrähten
und dgl. mit Kontakten der Wandlerschicht verbunden ist. In diesem
Fall kann das Kühlelement
mit der Wärmeaustauschfläche an das
Bauelement ge drückt
und mit diesem thermisch gekoppelt werden. Dabei ist es möglich, dass
lediglich eine Teilfläche der
Wärmeaustauschfläche an das
Bauelement gedrückt
wird. Die restliche Wärmeaustauschfläche kann
thermisch an den Träger
gekoppelt sein.
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Damit
die Wärmeaustauschfläche an den Träger und/oder
an das Bauelement gedrückt
wird, kann vorgesehen sein, dass die Federkraft zwischen dem Träger und
dem Kühlelement
wirkt.
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Eine
effektive Kühlung
kann bei der einen Träger
umfassenden Ausgestaltung dadurch erreicht werden, dass der Träger aus
einem hoch wärmeleitenden
Material, wie z. B. einem Keramikmaterial, hergestellt ist. Bei
dem Keramikmaterial kann es sich z. B. um ein HTCC-(High Temperature
Cofired Ceramic) oder ein LTCC-(Low Temperature Cofired Ceramic)Material
handeln, welche besonders vorteilhafte Wärmeleitungseigenschaften aufweisen.
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Der
Träger
und/oder das Kühlelement
können/kann
mittels eines Modulträgers
gehalten werden. Dabei kann die Federkraft zwischen dem Modulträger und
dem Kühlelement
wirken. Zur Befestigung des Trägers
am Modulträger
kommen mechanische Verbindungen, wie z. B. Klebe-, Schraub, Rast- und/oder
Steckverbindungen in Betracht, welche vorzugsweise eine genaue Ausrichtung
des Trägers, und
damit des Detektionselements, ermöglichen. Zur präzisen Ausrichtung
können
Ausrichtungselemente, wie z. B. Anschläge, Nut-Feder-Verbindungen,
Ausnehmungen, Positionierstifte und dgl. vorgesehen sein.
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Das
Kühlelement
kann ein passives Kühlelement
umfassen. Passiv soll dabei bedeuten, dass eine Wärmeabfuhr
durch Wärmeleitung,
Wärmeabstrahlung,
Wärmeübergang
auf ein Kühlmedium,
wie z. B. einen Kühlluftstrom,
usw. erfolgt. Des Weitern kann das Kühlelement ein aktives Kühlelement
umfassen. Aktiv soll dabei bedeuten, dass unter Aufwendung von Energie
Kälte erzeugt
wird. Vorteilhafter Weise ist das aktive Kühlelement zwischen dem passiven
Kühlelement
und dem Detektionselement angeordnet. Beispielsweise kann das aktive
Kühlelement
zwischen der Wandlerschicht, dem Träger oder dem Bauelement einerseits
und dem passiven Kühlelement
andererseits angeordnet sein. Dabei kann eine Oberfläche des
aktiven Kühlelements
zumindest einen Abschnitt der Wärmeaustauschfläche ausbilden.
Durch das aktive Kühlelement
kann eine effektive Kühlung
erreicht werden. Insbesondere kann mittels des aktiven Kühlelements
eine Temperaturregelung erfolgen, so dass die Temperatur zumindest
der zu kühlenden
Komponente im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Beispielhaft
seien für
das passive Kühlelement
ein Kühlkörper, welcher
vorzugsweise eine Vielzahl an Kühlrippen
aufweist, und für
das aktive Kühlelement
ein Peltier-Element erwähnt.
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Zur
Verbesserung und Optimierung der Wärmekopplung kann zwischen dem
Kühlelement
und dem Detektionselement eine, insbesondere folienartige, Wärmeleitschicht
angeordnet sein. Des Weiteren kann zwischen dem aktiven und dem
passiven Kühlelement
und/oder zwischen dem aktiven Kühlelement
und dem Detektionselement eine, insbesondere folienartige, Wärmeleitschicht
angeordnet sein. Die Wärmeleitschicht
kann z. B. eine Wärmeleitfolie oder
eine Wärmeleitpaste
und dgl. umfassen.
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Nach
einer Weiterbildung des Kühlelements kann
dieses, insbesondere das passive Kühlelement, eine Vertiefung
aufweisen, in welcher die Wärmeleitschicht
und/oder das aktive Kühlelement
zumindest teilweise aufgenommen sind. Damit können einerseits eine Fixierung
der Wärmeleitschicht
bzw. des aktiven Kühlelements,
und andererseits eine verbesserte Wärmekopplung erreicht werden.
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Das
passive Kühlelement
kann zumindest einen sich entlang des Modulträgers erstreckenden Schenkel
und einen an den Schenkel angrenzenden Wärmekopplungsabschnitt zur wärmeleitenden Kopplung
an das Detektionselement und/oder das aktive Kühlelement umfassen. Ein derartiger
Schenkel kann in einfacher Weise mit dem Modulträger thermisch gekoppelt werden.
Bei Verwendung eines gut wärmeleitenden
Modulträgers,
z. B. eines Modulträ gers
aus Metall, kann die Wärmeableitung
weiter verbessert werden. Abgesehen davon kann der Schenkel dazu
verwendet werden, das Kühlelement am
Modulträger
zu halten oder führen,
wodurch die mechanische Stabilität,
insbesondere bei Einwirkung äußerer Kräfte, wie
z. B. Zentripetalkräfte
bei einem Röntgen-Computertomografiegerät, verbessert
werden kann.
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Der
Kühlkörper kann
auch U-förmig,
mit zwei sich beiderseits des Modulträgers erstreckenden Schenkeln
ausgebildet sein. Damit können
sowohl Kühlleistung
als auch mechanische Stabilität
weiter verbessert werden. Bei der U-förmigen Ausgestaltung kann der
Wärmekopplungsabschnitt
zwischen den Schenkeln, jeweils daran anschließend angeordnet sein.
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Das
Kühlelement
kann mittels zumindest einer Führung
schwimmend gelagert sein. Als Führung kommen
z. B. eine Führungsschiene
am Modulträger und/oder
Träger
in Betracht. Die Führung
kann auch zumindest eine am Modulträger ausgebildete Ausnehmung
zum schwimmenden Lagern des Kühlkörpers umfassen.
Dabei kann die Ausnehmung eine zu den Schenkeln des Kühlkörpers korrespondierende Breite
aufweisen, so dass zumindest ein Schenkel in dessen Längsrichtung
schwimmend gelagert ist. Durch eine optimale schwimmende Lagerung
kann ein Verkanten und Verklemmen des Kühlkörpers vermieden und die Wärmeaustauschfläche und
das Detektionselement können
durch die Federkraft optimal und gleichmäßig aneinander gedrückt werden.
Als Führungen
kommen auch Führungsstifte
oder Führungsbolzen
mit dazu korrespondierenden Führungslöchern in
Betracht.
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Zur
Erzeugung der Federkraft kann zumindest eine Spiralfeder vorgesehen
sein, wobei jedoch auch beliebige andere zur Erzeugung der Federkraft erzeugende
Elemente in Frage kommen. Ferner kann eine Anpressschraubverbindung
vorgesehen sein, welche derart ausgebildet ist, dass die Federkraft
durch zusammenwirken der Anpressschraubverbindung mit einem die
Federkraft erzeugenden Element einstellbar ist. Durch die Möglichkeit
zur Einstellung der Federkraft können
eine Vielzahl unterschiedlicher Randbedingungen erfüllt werden,
ohne dass Änderungen
des die Federkraft betreffenden Aufbaus des Detektormoduls erforderlich
sind.
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Ein
zweiter Aspekt betrifft einen Strahlungsdetektor mit zumindest einem
erfindungsgemäßen Detektormodul.
Ein dritter Aspekt betrifft ein Tomografiegerät, insbesondere ein Röntgen-Computertomografiegerät mit dem
Strahlungsdetektor nach dem zweiten Aspekt. Vorteile und vorteilhafte
Wirkungen des Strahlungsdetektors und des Tomografiegeräts ergeben
sich aus den Ausführungen
zum ersten Aspekt der Erfindung.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Röntgen-Computertomografiegerät nach dem
dritten Aspekt der Erfindung; und
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Detektormoduls nach
dem ersten Aspekt der Erfindung;
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In
den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente durchwegs
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Darstellungen in den
Figuren sind nicht maßstabsgetreu
und Maßstäbe zwischen
den Figuren können
variieren. Auf das Röntgen-Computertomografiegerät und das
Detektormodul wird im Folgenden nur insoweit eingegangen als es
zum Verständnis
der Erfindung erforderlich ist.
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1 zeigt
ein Röntgen-Computertomografiegerät 1 nach
dem dritten Aspekt der Erfindung. Das Röntgen-Computertomografiegerät 1 umfasst einen
Patientenlagerungstisch 2 zur Lagerung eines zu untersuchenden
Patienten 3. Der Röntgen-Computertomograf 1 umfasst
ferner eine Gantry 4, in deren Gehäuse ein um eine Systemachse 5 drehbar
gelagertes Röhren-Detektor-System
aufgenommen ist. Das Röhren-Detektor-System umfasst eine
Röntgenröhre 6 und
einen dieser gegenüber
liegend angeordneten Röntgendetektor 7.
Im Betrieb geht von der Röntgenröhre 6 Röntgenstrahlung 8 in
Richtung des Röntgendetektors 7 aus,
welche mittels des Röntgendetektors 7 erfasst
werden kann. Der Röntgendetektor 7 weist
mehrere Detektormodule 7a nach dem ersten Aspekt der Erfindung
auf. Bei den Detektormodulen 7a kann es sich um Direktwandlermodule, Szintillator-Photodioden-Module,
oder auf anderen Wandlerprinzipien beruhende Detektormodule handeln.
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Im
Folgenden werden, ohne Einschränkung der
Allgemeinheit, Ausführungsbeispiele
mit Direktwandlermodulen behandelt. Es versteht sich, dass diesbezügliche Aussagen
entsprechend auf andere Detektorarten übertragen werden können.
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In 2 ist
eine Explosionsdarstellung eines einzelnen Detektormoduls 7a dargestellt.
Das Detektormodul 7a umfasst als Hauptkomponenten einen Modulträger 9,
ein passives Kühlelement 10,
ein aktives Kühlelement 11,
einen Träger 12,
ein Detektionselement mit einer pixelierten Wandlerschicht 13 mit
daran angebrachten elektronischen Bauelementen 14 und einen
Streustrahlungskollimator 15.
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Der
nicht weiter beschriebene Streustrahlungskollimator 15 ist
mittels Schrauben 15a am Träger 12 entsprechend
einer vorgegebenen Ausrichtung über
der Wandlerschicht 13 befestigt.
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Die
Wandlerschicht 13 weist eine Vielzahl an nicht explizit
dargestellten, matrixartig angeordneten Detektorpixeln auf. Die
Detektorpixel werden – vereinfacht
ausgedrückt – durch
eine korrespondierende Vielzahl an Pixelelektroden gebildet. Die
Pixelelektroden sind auf der vom Streustrahlungskollimator abgewandten
Unterseite der Wandlerschicht angebracht. Auf der dem Streustrahlungskollimator
zugewandten Oberseite der Wandlerschicht ist ein gemeinsamer Rückseitenkontakt
angebracht. Mittels einer zwischen den Pixelelektroden und dem Rückseitenkontakt
angelegten Spannung können
durch ein Quantenabsorptionsereignis erzeugte Ladungen gesammelt
und in elektrische Signale umgewandelt werden.
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Die
zur Verarbeitung der elektrischen Signale vorgesehenen Bauelemente 14 sind
an der Unterseite der Wandlerschicht 13 angebracht. Die
aus Wandlerschicht 13 und Bauelementen 14 ausgebildete
Wandlereinheit ist auf einer, hier oben gelegenen, ersten Seite 12a des
Trägers 12 angebracht, wobei
die Bauelemente 14 dem Träger zugewandt sind. Seitlich
ragt der Träger 12 an
zwei gegenüberliegenden – hier links
und rechts – gelegenen
Stirnseiten über
die Wandlereinheit hinaus. Im Bereich überstehender Abschnitte 12b sind
an der Unterseite des Trägers
mit Ausgängen
der Bauelemente 14 verbundene elektrische Kontaktelemente 12c,
z. B. Stecker mit Kontaktpins, sowie jeweils ein Zwischenträger 12d vorgesehen.
Der Zwischenträger 12d weist an
einem Ende einen umgekehrt u-förmigen Sattel 12e auf,
welcher formschlüssig
auf den Modulträger 9 aufgesetzt
werden kann. Der Zwischenträger 12d dient
u. a. als Abstandselement zur Beabstandung des Trägers 12 vom
Modulträger 9.
Der Zwischenträger 12d,
und damit indirekt der Träger 12,
ist mittels einer Klebeverbindung 9a auf einem brückenartigen Steg 9b des
Modulträgers 9 befestigt.
Neben oder an Stelle der Klebeverbindung 9a kommen auch
beliebige andere Verbindungsarten in Betracht, wie z. B. Rast-,
Steck-, Schraubverbindungen und dgl.
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Zwischen
den beiden Zwischenträgern 12d ist
ein Kühlelement
angeordnet, welches das aktive 11 und das passive Kühlelement 10 umfasst.
Das aktive Kühlelement 11,
bei welchem es sich z. B. um ein Peltier-Element handeln kann, ist
in einer Vertiefung 10a des passiven Kühlelements 11 teilweise
aufgenommen und ist dadurch relativ zum passiven Kühlelement 10 lagerichtig
positioniert. Zum aktiven Kühlelement
hin- bzw. wegführende
Leitungen 11a sind lediglich andeutungsweise gezeigt.
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Eine
Wärmeaustauschfläche des
aktiven Kühlelements 11,
welche gleichzeitig eine Wärmeaustauschfläche des
Kühlelements
zur Kühlung
der Wandlereinheit ausbildet ist, mit dem Bezugszeichen 11b bezeichnet.
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Das
passive Kühlelement 10 ist
in der gezeigten Darstellung umgekehrt u-förmig und weist zwei Schenkel 10b auf.
Die Schenkel 10b gehen in einen Wärmekopplungsabschnitt 10c über, in
welchem die Vertiefung 10a vorgesehen ist.
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Das
passive Kühlelement 10 ist
auf den brückenartigen
Steg 9b aufgesetzt, wobei sich beiderseits des Modulträgers 9 jeweils
ein Schenkel 10b befindet. Der Steg 9b weist Ausnehmungen 9c auf, welche
eine zu den Schenkeln 10b korrespondierende Breite B aufweisen
und zum Zwecke der Führung bzw.
schwimmenden Lagerung des passiven Kühlelements 10 vorgesehen
sind.
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Auf
der dem passiven Kühlelement 10 zugewandten
Stirnseite des Stegs 9b sind zwei Durchgangsbohrungen 9d vorgesehen,
in welche jeweils eine Spiralfeder 9e zumindest teilweise
eingebracht ist. Von der dem passiven Kühlelement 10 abgewandten
Stirnseite des Stegs sind Schrauben 9f in die Durchgangsbohrungen 9d eingeschraubt.
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Mit
dem oben beschriebenen Aufbau kann eine thermische Kopplung zwischen
dem Kühlelement
und dem Träger 12,
und damit dem Wandlerelement, d. h. dem Bauelement 14 und
der Wandlerschicht 13, wie folgt erfolgen:
Durch Einschrauben
der Schrauben 9f in die Durchgangsbohrungen 9d werden
die Spiralfedern 9e an die Unterseite des Wärmekopplungsabschnitts 10c gedrückt. Weil
der Träger 12 am
Modulträger 9 befestigt
ist, wird dadurch die Wärmeaustauschfläche 11b des
aktiven Kühlelements 11 gegen
den Träger 12 gedrückt. Durch
Einschrauben der Schrauben 9f werden die Spiralfedern also
komprimiert. Eine dadurch erzeugte Federkraft bewirkt, dass die
Wärmeaustauschfläche 11b des
Kühlelements
und der Träger 12 aneinander
gedrückt
werden. Dadurch wird eine thermische Kontakt-Kopplung hergestellt,
welche eine Kühlung
der Wandlereinheit, d. h. des Bauelements 14 und der Wandlerschicht 13,
ermöglicht. Zur
Verbesserung der thermischen Kontakt-Kopplung können Wärmeleitfolien und dgl. zwischen
dem Träger 12 und
dem aktiven Kühlelement 11 und
dem aktiven Kühlelement 11 und
dem passiven Kühlelement 10 vorgesehen
sein.
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Indem
das passive Kühlelement 10 schwimmend
gelagert ist, kann erreicht werden, dass das aktive Kühlelement 11 mit
der gesamten Wärmeaustauschfläche 11b gleichmäßig an den
Träger 12 gedrückt wird.
Des Weiteren kann mittels der Schrauben die Stärke der Kompression der Spiralfedern 9e und
damit die Andrückkraft
derart eingestellt werden, dass eine bestmögliche thermische Kopplung
erreicht wird. Da aktive Kühlelemente 11,
wie z. B. Peltier-Elemente, in der Regel bruchempfindlich sind, kann
durch geeignete Einstellung der Kompression der Spiralfedern eine
Beschädigung
der aktiven Kühlelementen
vermieden werden. Gleiches gilt für das Bauelement 14,
wenn dieses – abweichend
von in 2 – auf
einer der Oberseite 12a gegenüber liegenden Unterseite des
Trägers 12 angebracht
ist, und die Wärmeaustauschfläche 11b an
das Bauelement 14 gedrückt
wird.
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Ein
weiterer Vorteil der Verwendung der Kontakt-Kopplung mittels Federkraft
besteht darin, dass das passive Kühlelement 10 oder
weitere Komponenten des Detektormoduls 7a in einfacher
Weise ausgetauscht werden können.
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Zur
weiteren Verbesserung der Kühlleistung des
Kühlelements,
können
die Schenkel 10b des passiven Kühlelements 10 mit
dem Modulträger 9 thermisch
gekoppelt werden. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der
Modulträger 9 aus
einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, wie z. B. Metall,
und/oder einem Material mit hoher Wärmekapazität hergestellt ist.
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Eine
weitere Verbesserung der Kühlleistung kann
dadurch erreicht werden, dass Kühlrippen
auf den Schenkeln 10b vorgesehen sind. Zumindest das passive
Kühlelement 10 kann
durch vorbeileiten eines Kühlmediums,
vorzugsweise eines Kühlluftstroms,
gekühlt
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Träger 12 aus
einem hoch wärmeleitenden
Material, d. h. einem Material mit geringem Wärmewiderstand hergestellt ist.
In Frage kommen dafür
z. B. Keramiken, insbesondere HTC- oder LTC-Keramiken.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt
die Federkraft zwischen dem Modulträger 9 und dem passiven
Kühlelement 10.
Durch andersartige Ausgestaltung des Kühlelements und Trägers 12 kann
auch erreicht werden, dass die Federkraft zwischen dem Träger 12 und
dem Kühlelement
wirkt. Dazu können
z. B. die Spiralfedern 9e zwischen dem passiven Kühlelement 10 und
dem Träger 12 angeordnet
werden, wobei zur Kompression der Spiralfedern 9f den Träger 12 durchgreifende
Schrauben von oben in das passive Kühlelement 10 geschraubt
werden.
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Insgesamt
wird deutlich, dass die erfindungsgemäße Lösung eine effektive thermische Kopplung
bei gleichzeitig einfachem Aufbau ermöglicht. Ferner kann eine einfache
Montage und ein einfacher Austausch von Defekten Komponenten sichergestellt
werden.