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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindungen betreffen im Allgemeinen ein thermisches Gerät mit elektrokinetischem
Luftstrom.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die
steigenden Niveaus von Komponentenleistung und Leistungsdichte von
elektronischen Geräten
wie z. B. einer Zentraleinheit (CPU) und eines GMCH (Graphics and
Memory Controller Hub) schaffen in Lösungen für das Temperaturmanagement
einen gesteigerten Bedarf an Luftstrom. Dies resultiert in hohen
Geräuschpegeln
bei Computerplattformen. Es besteht die Notwendigkeit effizienterer
Kühlung mit
niedrigen Geräuschpegel-Signaturen,
um die Wärmeableitleistungshüllkurve
insbesondere für
Unterhaltungselektronikprodukte wie z. B. Set-Top-Boxen und Fernsehgeräte mit hoher
Auflösung
(HDTV) zu erweitern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindungen werden vollständiger
anhand der unten angegebenen ausführlichen Beschreibung und der
beiliegenden Zeichnungen einiger Ausführungsformen der Erfindungen
verständlich,
die jedoch nicht genommen werden sollten, um die Erfindungen auf
die beschriebenen spezifischen Ausführungsformen zu begrenzen,
sondern nur der Erläuterung
und dem Verständnis
dienen.
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1 stellt
ein System gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindungen dar.
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2 stellt
ein System gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindungen dar.
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3 stellt
ein System gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindungen dar.
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4 stellt
ein System gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindungen dar.
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5 stellt
ein System gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindungen dar.
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6 stellt
ein System gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindungen dar.
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7 stellt
ein System gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindungen dar.
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8 stellt
ein System gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindungen dar.
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9 stellt
ein System gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindungen dar.
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10 stellt
ein System gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindungen dar.
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11 stellt
ein System gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindungen dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Einige
Ausführungsformen
der Erfindung betreffen ein thermisches Gerät mit elektrokinetischem Luftstrom.
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In
einigen Ausführungsformen
kühlt ein
thermisches Gerät
wie z. B. eine Wärmesenke
ein elektronisches Gerät.
Ein elektrokinetischen Luftstrom erzeugendes Gerät verwendet eine positiv geladene Quelle
und verwendet auch mindestens einen Abschnitt des thermischen Geräts als eine
negativ geladene oder an Masse gelegte Sonde, um elektrokinetisch
angetriebenen Luftstrom bereitzustellen.
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1 stellt
ein System 100 gemäß einigen Ausführungsformen
dar. In einigen Ausführungsformen
beinhaltet System 100 eine positiv geladene Quelle 102,
eine negativ geladene Platte 104 und ein elektrostatisches
Feld 106. Ein Luftmolekül 108 wird im
elektrostatischen Feld 106 ionisiert. Die positiv geladene
Quelle 102 wandelt das Luftmolekül in ein Luftion um und die
negativ geladene Platte wandelt das Luftion zurück in ein Luftmolekül um. In
einigen Ausführungsformen
ist System 100 ein FANLES-System (Forced-Air Noise-Less
Electrokinetic System, geräuscharmes
elektrokinetisches Zwangsluftsystem). Ein FANLES-System wie z. B.
System 100 ist ausschließlich unter Verwendung von
Festkörperbauteilen
ohne bewegliche Teile implementiert und ist daher praktisch geräuschlos
und sehr zuverlässig.
Mithilfe eines FANLES kann lüfterlose
Luftbewegung durch Luftionisation und Induktion kinetischer Energie
aus dem elektrostatischen Feld 106 in ionisierte Luftmoleküle erzielt
werden. Das schematisch in 1 dargestellte
Phänomen
ist als elektrokinetischer Effekt bekannt.
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Technologie,
welche den elektrokinetischen Effekt nutzt, ist früher in kommerziellen
Geräten
verwendet worden, um Luft zu ionisieren und zu reinigen. Auch ist
sie verwendet worden, um elektronische Geräte und Systeme zu kühlen. Allerdings
ist in einigen Ausführungsformen
eine Wärmesenke
mit einem elektrokinetisch angetriebenen Luftstrom erzeugenden Gerät kombiniert.
Gemäß einigen
Ausführungsformen
des Kombinierens einer Wärmesenke mit
elektrokinetisch angetriebenem Luftstroms kann die Leistung elektronischer
Geräte
(beispielsweise die Leistung einer CPU) erheblich verbessert werden,
während
gleichzeitig die Umgebungstemperatur des Systems erheblich verringert
wird.
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Im
Gegensatz zu jedweder früheren
Arbeit auf diesem Gebiet, wobei Lufterzeugung durch Bereitstellen
eines Satzes positiver und negativer (und/oder an Masse gelegter)
Sonden erreicht wurde, die unabhängig
von Kühlgeräten (wie
z. B. Wärmesenken)
sind, kann in einigen Ausführungsformen eine
metallische Wärmesenke
selbst als negative/an Masse gelegte Platte verwendet werden.
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2 stellt
ein System 200 gemäß einigen Ausführungsformen
dar. In 2 ist System 200 auf der
linken Seite der 2 in einer Vorderansicht und auf
der rechten Seite der 2 in einer Querschnittsansicht
gezeigt. In einigen Ausführungsformen
beinhaltet System 200 eine positive Einzelpunktsonde 202,
die nahe einem Ende eines simplen, an Masse gelegten Rundrohres 204 (beispielsweise
eines an Masse gelegten Aluminiumrohres) angeordnet ist. In System 200 kann
durch das Rohr 204 eine beträchtliche Menge an Luftstrom
erzeugt werden.
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In
einigen Ausführungsformen
werden thermische Geräte
(beispielsweise Wärmesenken)
als negative und/oder Massesonde verwendet, während positive Sonden beispielsweise
aus metallischen Drähten
und/oder Punktsonden hergestellt sein können. Es existieren zahlreiche
unterschiedliche Ausführungsformen,
die eine dieser Arten von Sonden verwenden und die eine Kombination
von Punkt- und Drahtsonden verwenden und/oder zahlreiche unterschiedliche
Arten an Geometrien für
thermische Geräte
(beispielsweise Wärmesenken)
verwenden. Einige Ausführungsformen
betreffen SISO-Luftstrom-Konfigurationen
(Side-In-Side-Out, Zu- und Abluft seitlich), und einige Ausführungsformen
betreffen TISO-Luftstrom-Konfigurationen (Top-In-Side-Out, Zuluft
von oben und Abluft seitlich). Einige dieser Ausführungsformen
sind hierin dargestellt und beschrieben.
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3 stellt
ein System 300 gemäß einigen Ausführungsformen
dar. System 300 beinhaltet eine positive Mehrpunktsonde 302 und
eine an Masse gelegte Wärmesenke 304 (beispielsweise
eine Aluminium-Wärmesenke 304)
in einer SISO-Luftstrom-Konfiguration
(Side-In-Side-Out, Zu- und Abluft seitlich).
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4 stellt
ein System 400 gemäß einigen Ausführungsformen
dar. System 400 beinhaltet eine positive Mehrdrahtsonde 402 und
eine an Masse gelegte Wärmesenke 404 (beispielsweise
eine Aluminium-Wärmesenke 304)
in einer SISO-Luftstrom-Konfiguration
(Side-In-Side-Out, Zu- und Abluft seitlich).
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5 stellt
ein System 500 gemäß einigen Ausführungsformen
dar. System 500 beinhaltet eine positive Mehrpunktsonde 502 und
eine an Masse gelegte Tunnel-Wärmesenke 504 (beispielsweise
eine Aluminium-Wärmesenke 504)
in einer SISO-Luftstrom-Konfiguration (Side-In-Side-Out, Zu- und
Abluft seitlich).
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6 stellt
ein System 600 gemäß einigen Ausführungsformen
dar. System 600 beinhaltet positive Mehrpunktsonden 602 und
an Masse gelegte Wärmesenken 604 (beispielsweise
eine Aluminium-Wärmesenke 604)
in einer Vorderansicht, die andere Wärmesenkengeometrien in SISO-Luftstrom-Konfigurationen
(Side-In-Side-Out, Zu- und Abluft seitlich) zeigt.
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7 stellt
ein System 700 gemäß einigen Ausführungsformen
dar. System 700 beinhaltet eine positive Mehrpunktsonde 702 und
eine an Masse gelegte Radial-Wärmesenke 704 (beispielsweise
eine Aluminium-Wärmesenke 704)
in einer TISO-Luftstrom-Konfiguration (Top-In-Side-Out, Zuluft von oben
und Abluft seitlich).
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8 stellt
ein System 800 gemäß einigen Ausführungsformen
dar. System 800 beinhaltet eine positive Mehrdrahtsonde 802 und
eine an Masse gelegte plane Wärmesenke 804 (beispielsweise
eine Aluminium-Wärmesenke 804)
in einer TISO-Luft strom-Konfiguration (Top-In-Side-Out, Zuluft von oben
und Abluft seitlich).
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9 stellt
ein System 900 gemäß einigen Ausführungsformen
dar. System 900 beinhaltet eine positive Mehrpunktsonde 902 und
eine an Masse gelegte Stiftkontur-Wärmesenke 904 (beispielsweise eine
Aluminium-Wärmesenke 904)
in einer TISO-Luftstrom-Konfiguration
(Top-In-Side-Out, Zuluft von oben und Abluft seitlich).
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Es
ist zu beachten, dass hierin mehrere unterschiedliche Beispiele
von Sonden und Wärmesenken
und Luftstrom-Konfigurationen dargestellt und beschrieben sind,
um dabei zu helfen, Ausführungsformen
der Erfindung zu erläutern.
Jedoch gibt es zahlreiche andere Ausführungsformen des Einbettens
von FANLES-Technologie in ein thermisches Gerät (wie z. B. eine Wärmesenke),
während
das thermische Gerät
als negative/Masseplatte verwendet wird. Es existieren verschiedene
Modifikationen, die von den einzelnen Anforderungen und Anwendungen
in einem gegebenen Szenarium abhängen. Derartige
Varianten können
beispielsweise eine Modifikation der positiven Sonden für höhere Leistung sowie
für bessere
Formfaktor-Wirkungsgrade beinhalten.
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10 stellt
ein System 1000 gemäß einigen
Ausführungsformen
dar. In einigen Ausführungsformen
stellt System 1000 eine positive Mehrring-Mehrpunkt-Quelle 1002 (auf
der linken Seite der 10) und eine positive Punktsonde 1012 mit
einem einzelnen Entladepunkt (rechts oben in 10) sowie
eine positive Punktsonde 1022 mit Mehrfach-Entladepunkten
(rechts unten in 10) dar.
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In
einigen Ausführungsformen
können
hohle Aluminiumrohre unterschiedlicher Durchmesser und unterschiedlicher
Längen
zusammen mit einer Wärmesenke
aus blankem Aluminium und/oder einer eloxierten Wärmesenke
verwendet sein. Es wurde empirisch gezeigt, dass eine beträchtliche
Menge an Luftstrom erzeugt wird, und die Menge an Luftstrom kann
durch Einstellen der Größe und Länge des
Rohres, des Abstandes zwischen der positiven Entladung und der Wärmesenke
und des Betrages der elektrischen Entladung optimiert werden.
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11 stellt
ein System 1100 gemäß einigen Ausführungsformen
dar. In einigen Ausführungsformen
beinhaltet System 1100 eine positive Quelle 1102 und
ein Aluminiumrohr 1104. Luftstromgeschwindigkeiten 1112 (Geschwindigkeitsprofil
am Austritt), 1114 (Mittengeschwindigkeit im Rohr 1104) und
1116 (Maximalgeschwindigkeit) können
gemessen werden. In einigen Ausführungsformen
wurde die Mittengeschwindigkeit 1114 mit näherungsweise 260
lfm (Linear Feet per Minute, Fuß pro
Minute) gemessen, und die Maximalgeschwindigkeit 1116 wurde
mit 460–480
lfm gemessen. Die Geschwindigkeitsbeträge sind in einigen Ausführungsformen
gegenüber
dem Durchmesser des Rohres 1104 praktisch unempfindlich,
was darauf hinweist, dass der Luftstrom im Wesentlichen zur offen
liegenden Oberfläche
des an Masse gelegten Rohres 1104 angetrieben wird. Im
Gegensatz zu einem Luftstrom durch ein Rohr, der durch externe Zwangsluft
(also lüftergetriebenen
Luftstrom) angetrieben wird, liegt in einigen Ausführungsformen
die Luftstromgeschwindigkeit mit ihrem Maximum eher näher an der
Innenfläche
des Rohres 1104 als entlang der Mittellinie des Rohres 1104.
Dies ist für
einige Ausführungsformen
ein großer
Vorteil, da, weil an der Oberfläche
ein viel größerer Geschwindigkeitsgradient
bereitgestellt ist, in einigen Ausführungsformen bessere konvektive
Wärmeableitfähigkeit
vorliegt als verglichen mit einem extern angetriebenen Luftstromsystem äquivalenter fluiddynamischer
Leistung. Das heißt,
dass, verglichen mit einem Lüftersystem,
das denselben volumetrischen Luftstrom liefert (beispielsweise denselben
cfm-Wert – Cubic
Feet per Minute, Kubikfuß pro Minute),
ein FANLES-System mit einer eingebetteten Wärmesenke an seiner negativen
und/oder an Masse gelegten Sonde gemäß einigen Ausführungsformen
viel bessere thermische Leistung über einen steileren Geschwindigkeitsgradienten
an der Oberfläche
der thermischen Geräts,
wie beispielsweise ein Wärmesenkenrohr,
bereitstellen wird. Ferner wird im Gegensatz zu einem herkömmlichen
Zwangsluftstrom durch eine Wärmesenke
eine längere
Wärmesenke
gemäß einigen
Ausführungsformen
eine größere Luftstromgeschwindigkeit
erzeugen (solang die ionisierte Luft nicht vollständig verbraucht
ist, bevor sie aus der Wärmesenke
austritt). In einigen Ausführungsformen
erzeugt eine eingebettete Wärmesenke mit
einer größeren Strömungsquerschnittsfläche (also
ein Aluminiumrohr mit größerem Durchmesser)
einen größeren Betrag
an volumetrischer Gesamtdurchflussmenge, wie in cfm gemessen.
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In
einigen Ausführungsformen
ist die Strömungsgeschwindigkeit,
die die Wärmesenke
durch einen Satz Rippen/einen Rippenkanal verlässt, der auf einer positiven
Emissionsquelle zentriert ist, höher,
während
benachbarte Kanäle
kleinere (aber dennoch erhebliche) Luftstromgeschwindigkeiten aufweisen.
Daher ist es in einigen Ausführungsformen,
nicht notwendig, eine Punktemissionsquelle für jeden Rippenkanal zu haben.
In einigen Ausführungsformen
hat das Eloxieren einer Wärmesenke keinerlei
Einfluss auf die Luftstromgeschwindigkeit (beispielsweise eine Rippenkanal-Mittengeschwindigkeit).
In einigen Ausführungsformen
ist eine Wärmesenke über eine
Montagebohrung an Masse gelegt, sodass das Kernmetall einen Pfad
nach Masse aufweist.
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In
einigen Ausführungsformen
wird elektrokinetischer Luftantrieb angewendet, um Elektronik mithilfe
eines thermischen Geräts
wie z. B. einer Wärmesenke
als Massesonde zu kühlen.
Frühere
Arbeiten am elektrokinetischen Luftantrieb zur Elektronikkühlung konzentrierten
sich auf die Verwendung eines separaten und unabhängigen Elektrokinetikmoduls,
um Luftstrom für
die Kühlung
zu liefern. Im Gegensatz dazu werden in einigen Ausführungsformen die
separaten negativen/Masseplatten durch eine metallische Wärmesenke
ersetzt, um einen kleineren, kompakten Formfaktor und niedrigere
Kosten bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen können Wärmesenken
jedweder integrierten Schaltung wie z. B. einer CPU und/oder eines
Chipsatzes verwendet werden. Dies ist besonders bei Verwendung in
Anwendungen zwingend, in denen eine niedrige Geräuschpegel-Signatur bei hoher
Zuverlässigkeit wünschenswert
ist, wie z. B. in typischen Unterhaltungselektronik-Geräten wie
z. B. Set-Top-Boxen und digitalen Fernsehgeräten.
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Obgleich
einige Ausführungsformen
hierin dahin gehend beschrieben worden sind, dass sie unter Verwendung
von Wärmesenken
implementiert seien, können
gemäß einigen
Ausführungsformen diese
bestimmten Implementationen nicht erforderlich sein, und es können andere
thermische Geräte als
Wärmesenken
verwendet werden.
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Obgleich
einige Ausführungsformen
unter Bezug auf bestimmte Implementierungen beschrieben worden sind,
sind gemäß einigen
Ausführungsformen
andere Implementierungen möglich.
Darüber hinaus
brauchen die Anordnung und/oder die Reihenfolge von Schaltungselementen
oder anderen Merkmalen, die in den Zeichnungen dargestellt und/oder
hierin beschrieben sind, nicht in der bestimmten Weise angeordnet
sein, die dargestellt und beschrieben ist. Gemäß einigen Ausführungsformen sind
viele andere Anordnungen möglich.
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In
jedem System, das in einer Figur gezeigt ist, können die Elemente in manchen
Fällen
ein jedes dasselbe Bezugszeichen oder ein unterschiedliches Bezugszeichen
aufweisen, um nahezulegen, dass die dargestellten Elemente unterschiedlich
und/oder ähnlich
sein könnten.
Jedoch kann ein Element flexibel genug sein, um unterschiedliche
Implementierungen aufzuweisen und mit einigen oder allen Systemen
zu arbeiten, die hierin gezeigt oder beschrieben sind. Die verschiedenen
Elemente, die in den Figuren gezeigt sind, können dieselben oder unterschiedlich sein.
Welches als ein erstes Element bezeichnet ist und was ein zweites
Element genannt wird, ist willkürlich.
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In
der Beschreibung und den Ansprüchen können die
Begriffe „gekoppelt” und „verbunden” zusammen
mit ihren Ableitungen verwendet werden. Es sollte sich verstehen,
dass diese Begriffe nicht als Synonyme füreinander gedacht sind. Vielmehr
kann in bestimmten Ausführungsformen „verbunden” verwendet
werden, um anzuzeigen, dass zwei oder mehr Elemente in direktem
physikalischen oder elektrischen Kontakt miteinander sind. „Gekoppelt” kann bedeuten,
dass zwei oder mehr Elemente in direktem physikalischen oder elektrischen
Kontakt sind. Jedoch kann „gekoppelt” auch bedeuten,
dass zwei oder mehr Elemente nicht in direktem Kontakt miteinander
sind, aber dennoch miteinander kooperieren oder interagieren.
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Ein
Algorithmus wird hier und im Allgemeinen als selbstkonsistente Abfolge
von Vorgängen oder
Operationen angesehen, die zu einem gewünschten Ergebnis führt. Diese
beinhalten physikalische Manipulationen physikalischer Größen. Üblicherweise,
obgleich nicht notwendigerweise, nehmen diese Größen die Form elektrischer oder
magnetischer Signale an, die in der Lage sind, gespeichert, übertragen,
kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert zu werden. Es
hat sich hin und wieder als zweckdienlich erwiesen, vornehmlich
aus Gründen
der üblichen
Verwendung, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole Zeichen,
Terme, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen. Es sollte sich jedoch
verstehen, dass all diese und ähnliche Begriffe
den entsprechenden physikalischen Größen zuzuordnen sind und hauptsächlich praktische
Bezeichnungen sind, die auf diese Größen angewendet werden.
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Einige
Ausführungsformen
können
als eines von oder eine Kombination aus Hardware, Firmware und Software
implementiert sein. Einige Ausführungsformen
können
auch als Be fehle implementiert sein, die auf einem maschinenlesbaren
Medium gespeichert sind, die durch eine EDV-Plattform gelesen und
ausgeführt
werden können,
um die hierin beschriebenen Operationen durchzuführen. Ein maschinenlesbares
Medium kann jedweden Mechanismus zum Speichern oder Übertragen
von Informationen in einer Form beinhalten, die durch eine Maschine
(z. B. einen Computer) lesbar ist. Beispielsweise kann ein maschinenlesbares
Medium Nur-Lese-Speicher
(Read Only Memory, ROM); Direktzugriffsspeicher (RAM); Magnetplatten-Speichermedien;
optische Speichermedien; Flash-Speicher-Geräte; elektrische, optische,
akustische oder eine andere Form sich ausbreitender Signale (z.
B., Trägerwellen, Infrarotsignale,
Digitalsignale, die Schnittstellen, die Signale senden und/oder
empfangen usw.) und andere beinhalten.
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Eine
Ausführungsform
ist eine Implementierung oder ein Beispiel der Erfindungen. Ein
Verweis in der Spezifikation auf „eine Ausführungsform” (englisch: „an” oder „one”), „einige
Ausführungsformen” oder „andere
Ausführungsformen” bedeutet,
dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder eine bestimmte Charakteristik,
das/die in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben ist,
in mindestens einigen Ausführungsformen,
aber nicht notwendigerweise allen Ausführungsformen der Erfindungen
beinhaltet ist. Die verschiedenen Vorkommen „eine Ausführungsform” (englisch: „an” oder „one”) oder „einige
Ausführungsformen” nehmen
nicht notwendigerweise alle auf dieselben Ausführungsformen Bezug.
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Nicht
alle hierin dargestellten Komponenten, Merkmale Strukturen, Charakteristika
usw. müssen in
einer bestimmten Ausführungsform
oder Ausführungsformen
beinhaltet sein. Wenn beispielsweise die Spezifikation darlegt,
dass eine Komponente, ein Merkmal, eine Struktur oder eine Charakteristik
beinhaltet sein „kann” oder „könnte” (englisch: „may” oder „might” bzw. „can” oder „could”), ist
es nicht erforderlich, dass jene(s) bestimmte Komponente, Merkmal, Struktur
oder Charakteristik beinhaltet ist. Wenn sich die Spezifikation
oder der Anspruch auf ein (englisch: „a” oder „an”) Element bezieht, bedeutet
dies nicht, dass es nur eines von dem Element gibt. Wenn sich die
Spezifikation oder die Ansprüche
auf „ein
zusätzliches” Element
beziehen, schließt
dies nicht aus, dass es mehr als eines von dem zusätzlichen
Element gibt.
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Obgleich
Flussdiagramme und/oder Zustandsdiagramme hierin verwendet worden
sein können,
um Ausführungsformen
zu beschreiben, sind die Erfindungen nicht auf jene Diagramme oder
auf entsprechende Beschreibungen hierin begrenzt. Beispielsweise
braucht der Fluss nicht durch jeden dargestellten Kasten oder Zustand
oder in exakt derselben Reihenfolge wie hierin dargestellt und beschrieben
verlaufen.
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Die
Erfindungen sind nicht auf die hierin aufgeführten bestimmten Details beschränkt. Tatsächlich wird
der Fachmann auf dem Gebiet, der Nutzen aus dieser Beschreibung
zieht, verstehen, dass innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindungen viele
andere Varianten aus der vorangehenden Beschreibung und den Zeichnungen
hergestellt werden können.
Dementsprechend sind es die folgenden Ansprüche einschließlich jedweder
Ergänzungen
derselben, die den Umfang der Erfindungen definieren.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In
einigen Ausführungsformen
kühlt ein
thermisches Gerät
wie z. B. eine Wärmesenke
ein elektronisches Gerät.
Ein elektrokinetischen Luftstrom erzeugendes Gerät verwendet eine positiv geladene Quelle
und verwendet auch mindestens einen Abschnitt des thermischen Geräts als eine
negativ geladene oder an Masse gelegte Sonde, um elektrokinetisch
angetriebenen Luftstrom bereitzustellen. Andere Ausführungsformen
werden beschrieben und beansprucht.