WO2013007537A2 - Production of an air flow by means of vibrations - Google Patents
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- WO2013007537A2 WO2013007537A2 PCT/EP2012/062704 EP2012062704W WO2013007537A2 WO 2013007537 A2 WO2013007537 A2 WO 2013007537A2 EP 2012062704 W EP2012062704 W EP 2012062704W WO 2013007537 A2 WO2013007537 A2 WO 2013007537A2
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- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
Definitions
- the invention relates to a turbomachine with a
- a vibration excitable air flow generating unit wherein the air flow generating unit comprises a Chladni resonator having at least one resonant excitable plate.
- the invention further relates to a lighting device, comprising at least one such flow machine for cooling
- the invention also relates to a method for generating an air flow, in particular
- Air flow generating unit to vibrations The invention is particularly advantageously applicable for cooling of LED lamps and / or lamps that can be equipped with them.
- DE 10 2008 038 549 A1 discloses a method for generating an air flow by means of ultrasound, specifically for the cooling of small electronic circuits, for example electronic ballasts. Described is a device for generating an air flow with a
- Oscillating element of the excitation element to vibrations can be excited and the vibrations lead to an air flow.
- the connecting element may be formed frusto-conical and be completed at its lid and bottom surface of the vibrating element and the excitation element. Specifically, it is proposed that a
- piezoelectric actuator with a front mounted
- Vibration minima which e.g. can be made visible by sprinkling the plate with sand (creation of Chladnic sound figures).
- a resonantly oscillating or intrinsically vibrating plate may also be referred to as a Chladni resonator.
- the object is achieved by a turbomachine with an airflow generating unit that can be excited to oscillate, wherein the airflow generating unit has a Chladni resonator with at least one resonantly excitable plate.
- Machine takes place in an open space through a flow according to the laws of fluid dynamics via the detour of kinetic energy.
- This turbomachine has the advantage that its air flow generating unit is particularly flat ausgestaltbar. Also like the air flow generating unit without special
- this turbomachine can be simple and inexpensive
- Air flow generating unit, etc. have.
- the turbomachine can bring or promote another gaseous medium than air to the flow.
- the description of this invention is not limited to "air,” and a reference to air may include, in particular, any gaseous medium.
- the plate can be excited by means of at least one volumetric actuator.
- any actuator that can change its material volume by means of an external control signal can be understood as a volumetric actuator.
- a volumetric actuator may include an electrostrictive actuator or a magnetostrictive actuator. Due to its robustness, compact design, its comparatively inexpensive
- a piezoelectric actuator or piezoelectric actuator is particularly preferred.
- the actuator can in particular be glued to the plate.
- the plate can be excited by means of a matrix-like array of actuators.
- vibration amplitudes can be achieved across the plate.
- the actuators may be individually or in groups controllable to produce a predetermined resonance pattern.
- the plate may also be e.g. be stimulated by a, in particular central, actuator to natural oscillations or to resonance.
- the at least one volumetric actuator is configured as a piezoactuator plate. So can a particularly flat and
- At least about 100 kHz, in particular of at least about 200 kHz, can be excited.
- a strong air flow can be generated at an (ultrasonic) frequency that is no longer audible for humans and most animals.
- Metal plate is.
- a metal plate is particularly easy excitable to natural vibrations with high amplitudes, inexpensive available and simply variable in their properties
- Plastic plate is, which can be particularly light, durable and inexpensive. It is a development that the plastic plate is connected to a piezoelectric plastic film.
- the piezoelectric plastic film serves as an actuator or actuator field and can in particular with the
- the piezoelectric plastic film may consist in particular of polyvinylidene fluoride (abbreviation PVDF).
- Ceramic plate is.
- the ceramic used may in particular be a ceramic with a low acoustic attenuation. If the at least one actuator, in particular piezoelectric actuator, is a ceramic actuator, the at least one actuator can be sintered to the plate to form a piece.
- the webs can hold or fasten the plate to a frame.
- the frame and the plate can off be worked out a full-surface layer or (semi-finished or output) plate, in particular by introducing corresponding recesses, for example by means of a
- Laser ablation in particular laser cutting.
- the air flow generating unit may have a plurality of resonant excitable plates. It is an advantageous for a little disturbing suspension
- the plate is a polygonal plate at the corners attach the webs.
- the plate may be e.g. also be a round or oval plate, etc., in which case the webs can then in particular be equidistant.
- a Matter beatlement is present, which mechanically connects this area with a vibration unit, so that the vibration unit can be excited from this area to vibrations. So the transformer element may vibrate particularly strong, thus causing a particularly strong vibration of the vibration unit and thus a particularly strong flow of cooling air.
- a transformer element is present, which mechanically connects this area with a vibration unit, so that the vibration unit from this area to vibrations
- the air flow generating unit can be adapted to a high quality factor, which can also cause a particularly strong vibration of the vibration unit and thus a particularly strong flow of cooling air.
- the air flow generating unit can also be at a high
- the positions of the vibration minima and vibration maxima forming on the plate during operation need not coincide with a position of the at least one actuator. It is a preferred development for a particularly durable connection between the at least one actuator, in particular adhered actuator, and the plate, that the actuator is arranged in the region of a vibration minimum.
- the transformer element has a conical basic shape, which tapers from the plate to the vibration unit. This can be a
- At least the transformer element has a plurality of layers or is composed of such layers (ie is a layered body).
- An advantage consists in the production of at least the transformer element by simple layering, in particular by means of pre-structured layers or
- the transformer element makes use of the fact that an outer contour which is favorable for the function does not necessarily have to be smooth, since in the case of typical, sufficiently large wavelengths generated by the plate of the Chladni resonator, the Suggestions about the existing in this structure stages away.
- the vibration unit is thus also constructed of one or more layers. It is also an embodiment that the plate as
- a lighting device comprising at least one turbomachine for cooling at least one light source, wherein the at least one
- Turbomachine a turbomachine as described above.
- the lighting device may be a lamp, a module, a
- the lighting device may be a luminaire, e.g. a ceiling light, which has a reflector.
- the reflector (or a reflector of another lighting device) can be used as the
- Semiconductor light source at least one light emitting diode.
- a color may be monochrome (e.g., red, green, blue, etc.) or multichrome (e.g., white). This can also be done by the at least one
- LED emitted light is an infrared light (IR LED) or an ultraviolet light (UV LED).
- IR LED infrared light
- UV LED ultraviolet light
- Several Light emitting diodes can produce a mixed light; eg a white mixed light.
- the at least one light-emitting diode may contain at least one wavelength-converting phosphor
- the phosphor may alternatively or additionally be arranged away from the light-emitting diode
- the at least one light-emitting diode can be in the form of at least one individually housed light-emitting diode or in the form of at least one LED chip. Several LED chips can be mounted on a common substrate (“submount").
- the at least one light emitting diode may be equipped with at least one own and / or common optics for beam guidance, e.g. at least one Fresnel lens,
- OLEDs organic LEDs
- the at least one semiconductor light source may be e.g. have at least one diode laser.
- Stimulating a plate of a Chladni resonator comprises. This method allows the same advantages as the
- Lighting device and can be configured analog.
- Fig.l shows in a view obliquely from above one
- Air flow generating unit in plan view; 4 shows a top view of a section of a
- Air flow generating unit according to a second
- FIG. 5 shows a lighting device with a
- Air flow generating unit according to the first or the second embodiment.
- Fig.l shows in a view obliquely from above one
- Air flow generating unit 1 is composed of a plurality of layered plates 3 to 7.
- Chladni plate is a full-surface plate.
- the Chladni plate 3 has thirty-five at its bottom
- the piezo actuators 9 are here in an mxn matrix pattern with, for example, m equal to seven and n equal to five
- the piezo actuators 9 can via electrical
- Subareas 4a to 7a are arranged analogously to the piezo actuators 9 in a congruent 7x5 matrix pattern.
- the portions 4a to 7a are arranged in particular in the same pattern on the plates 4 to 7, that superposed portions 4a to 7a and a
- piezoelectric actuator 9 arranged underneath piezoelectric actuator 9 are arranged concentrically with each other.
- the subregions 4a to 7a are integrally connected to a remaining layer frame 4b to 7b via in each case three webs 8.
- the webs 8 are the
- Subareas 4a to 7a capable of oscillation in the respective
- Vibration properties of the subregions 4a to 7a are then also determined by the properties of the webs 8, e.g. their number, dimensions and / or material determined.
- the number of lands 8 per subregion 4a to 7a can be variably selected, e.g. in terms of a desired strength.
- Partial separation may e.g. by means of an etching process, a stamping process or a laser structuring,
- sections 4a, 5a, 6a have the same circular basic shape, but with increasing distance from the
- Chladni plate 3 smaller in area (here: in diameter).
- the shape of the transformer element 4a, 5a, 6a is thus stepped frustoconical.
- Vibration plate 7 may consist of a different material.
- the plates 4 to 7 may be made of metal, plastic and / or ceramic.
- the plates 3 to 7 are connected to a solid layer stack.
- Fig. 2 shows a sectional side view of a section of the air flow generating unit 1 in the region of a transformer element 4a to 6a.
- an electrical signal in particular an alternating voltage
- this stimulates mechanical oscillations (in particular acoustic vibrations, in particular ultrasonic vibrations of at least 100 kHz).
- the vibrations are transmitted to the Chladni plate 3, which thereby
- Natural oscillations is stimulated.
- the natural oscillations of the Chladni plate 3 are further transmitted to the transformer element 4a, 5a, 6a, and from there on to the
- the transformer element 4a, 5a, 6a reinforces a due to its tapered shape
- the oscillation unit 7a in turn generates a desired air flow.
- the material and / or the thickness of the partial regions 4a to 6a and / or the partial region 7a can be designed for a low vibration damping and / or for a strong excitation of the partial region 7a.
- the Chladni plate 3 has a rectangular shape and is connected at its corners via webs 12 with a frame 13. By means of the webs 12 remains the edge of the Chladni plate. 3
- Regions 14 of the Chladni plate 3 are dashed
- Transmitter elements 4a, 5a, 6a and vibration units 7a in a frame 4b to 7b it can at a large lateral expansion with many transformer elements 4a, 5a, 6a and vibration units 7a happen that a
- Air supply to the vibration units 7a is not uniform, since at the edge of the air flow generating unit 1 located vibration units 7a are better supplied with air than internally arranged vibration units 7a. However, this may decrease the efficiency of the airstream generation and hence the cooling performance from outside to inside. To add an air supply or air forward to the vibration units 7a
- Airflow generating unit 15 shown in Figure 4, laterally of the occupied by the piezo actuators 9 areas 14 of the Chladni plate 3 air ducts 16 may be present in the air flow generating unit 15.
- the air channels pass through the stacked layer frames 4b to 7b. Thereby, air from a rear side of the air flow generating unit 15 to the
- Front side which has the vibration units 7a, sucked or tracked.
- a contour of the air ducts 16 can, as shown in Figure 4, for a good utilization of space substantially the shape of the
- the contour of the air channels may be shaped, in particular, by simple geometric shapes, e.g. a circular shape, oriented to simplify manufacture.
- the airflow generating unit 15 may be formed in particular like the airflow generating unit 1.
- FIG. 5 shows a lighting device R with a
- Turbomachine H which has an air flow generating unit 1 or 15.
- the lighting device R furthermore has two semiconductor light sources, in particular LEDs, L, which are cooled by means of a cooling air flow K generated by the air flow generation unit 1 or 15.
- a turbomachine H having the air flow generating unit 1 can be used in addition to the
- Airflow generating unit 1 e.g. also electric
- Vibration units 7a also laterally offset to the
- Piezo actuators 9 may be arranged.
- the transformer elements 4a, 5a, 6a may rest on areas of the Chladni plate 3, which are not covered by (also on the other side) piezoactuators 9.
- a particularly high oscillation amplitude of the Chladni plate 3 can be exploited if the regions 14 regions of low oscillation amplitude (including a
- exemplary embodiments may include transformer elements 4a, 5a, 6a arranged in a 6 ⁇ 4 matrix field between the free points present in the 7 ⁇ 5 matrix field
- the transformer elements 4a, 5a, 6a may overlap with the areas 14 covered by piezoactuators 9 or even rest thereon, as shown above. Although the regions 14 may have a comparatively low oscillation amplitude, but the transformer elements 4a, 5a, 6a resting thereon may cause a particularly high quality factor.
- transformer elements 4a, 5a, 6a and the vibration units 7a on areas of the Chladni plate 3 which correspond to areas with oscillation maxima, areas with oscillation minima or areas between them.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
Abstract
Description
Beschreibung description
Erzeugung eines Luftstroms mittels Schwingungen Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einer zuGeneration of an air stream by means of oscillations The invention relates to a turbomachine with a
Schwingungen anregbaren Luftstromerzeugungseinheit, wobei die LuftStromerzeugungseinheit einen Chladni -Resonator mit mindestens einer resonant anregbaren Platte aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens eine solche Strömungsmaschine zum Kühlen A vibration excitable air flow generating unit, wherein the air flow generating unit comprises a Chladni resonator having at least one resonant excitable plate. The invention further relates to a lighting device, comprising at least one such flow machine for cooling
mindestens einer Lichtquelle. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen eines Luftstroms, insbesondere at least one light source. The invention also relates to a method for generating an air flow, in particular
Kühlluftstroms, durch Anregen einer Cooling air flow, by stimulating a
Luftstromerzeugungseinheit zu Schwingungen. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar zur Kühlung von LED-Lampen und/oder damit bestückbaren Leuchten. Air flow generating unit to vibrations. The invention is particularly advantageously applicable for cooling of LED lamps and / or lamps that can be equipped with them.
DE 10 2008 038 549 AI offenbart eine Methode zur Erzeugung eines Luftstroms mittels Ultraschall, und zwar zur Kühlung von kleinen elektronischen Schaltungen, beispielsweise elektronischen Vorschaltgeräten . Beschrieben ist dazu eine Einrichtung zur Erzeugung eines Luftstroms mit einem DE 10 2008 038 549 A1 discloses a method for generating an air flow by means of ultrasound, specifically for the cooling of small electronic circuits, for example electronic ballasts. Described is a device for generating an air flow with a
Anregungselement und einem Schwingelement, wobei das Excitation element and a vibrating element, wherein the
Schwingelement von dem Anregungselement zu Schwingungen an- regbar ist und die Schwingungen zu einer Luftströmung führen. Insbesondere kann ein Verbindungselement zwischen dem Oscillating element of the excitation element to vibrations can be excited and the vibrations lead to an air flow. In particular, a connecting element between the
Anregungselement und dem Schwingelement vorgesehen und mit beiden mechanisch verbunden sein. Das Verbindungselement kann kegelstumpfförmig ausgebildet sein und an seiner Deckel- und Bodenfläche von dem Schwingelement und dem Anregungselement abgeschlossen sein. Konkret wird vorgeschlagen, einen Provided excitation element and the vibrating element and be mechanically connected to both. The connecting element may be formed frusto-conical and be completed at its lid and bottom surface of the vibrating element and the excitation element. Specifically, it is proposed that a
piezoelektrischen Aktor mit einer davor montierten piezoelectric actuator with a front mounted
Schwingmembran mit Ultraschallfrequenzen anzuregen und zu betreiben. Die Schwingungen der Schwingmembran erzeugen einen Luftstrom, der die Schaltung kühlt. Stimulate and operate vibration diaphragm with ultrasonic frequencies. The vibrations of the vibrating diaphragm create an air flow which cools the circuit.
Ferner sind Eigenschwingungen von Platten bekannt. Dabei bilden sich an der Platte für feste Randbedingungen feste Positionen für resonante Schwingungsmaxima und Furthermore, natural vibrations of plates are known. This solid forms on the plate for solid boundary conditions Positions for resonant oscillation maxima and
Schwingungsminima aus, welche z.B. durch ein Bestreuen der Platte mit Sand sichtbar gemacht werden können (Erzeugung von Chladnischen Klangfiguren) . Eine resonant schwingende oder eigenschwingende Platte kann auch als ein Chladni -Resonator bezeichnet werden. Vibration minima, which e.g. can be made visible by sprinkling the plate with sand (creation of Chladnic sound figures). A resonantly oscillating or intrinsically vibrating plate may also be referred to as a Chladni resonator.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders einfache und kompakte Möglichkeit zur Erzeugung eines It is the object of the present invention to provide a particularly simple and compact way of generating a
Luftstroms mittels mechanischer Schwingungen bereitzustellen. To provide air flow by means of mechanical vibrations.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen This object is achieved according to the characteristics of the independent
Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Claims solved. Preferred embodiments are
insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. in particular the dependent claims.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Strömungsmaschine mit einer zu Schwingungen anregbaren Luftstromerzeugungseinheit, wobei die LuftStromerzeugungseinheit einen Chladni -Resonator mit mindestens einer resonant anregbaren Platte aufweist. The object is achieved by a turbomachine with an airflow generating unit that can be excited to oscillate, wherein the airflow generating unit has a Chladni resonator with at least one resonantly excitable plate.
Unter einer Strömungsmaschine kann insbesondere eine Under a turbomachine can in particular a
Gasenergiemaschine verstanden werden, bei der eine Gas engine to be understood in the one
Energieübertragung zwischen Gas (insbesondere Luft) und Energy transfer between gas (especially air) and
Maschine in einem offenen Raum durch eine Strömung nach den Gesetzen der Fluiddynamik über den Umweg der kinetischen Energie erfolgt . Machine takes place in an open space through a flow according to the laws of fluid dynamics via the detour of kinetic energy.
Diese Strömungsmaschine weist den Vorteil auf, dass ihre Luftstromerzeugungseinheit besonders flach ausgestaltbar ist. Auch mag die LuftStromerzeugungseinheit ohne besondere This turbomachine has the advantage that its air flow generating unit is particularly flat ausgestaltbar. Also like the air flow generating unit without special
Anstrengungen großflächig ausgestaltet sein. Darüber hinaus kann diese Strömungsmaschine einfach und preiswert Extensive efforts be made. In addition, this turbomachine can be simple and inexpensive
hergestellt werden. Die Strömungsmaschine kann zusätzlich zu der mindestens einen Luftstromerzeugungseinheit z.B. auch elektrische Anschlüsse, eine Halterung, Luftleiteinrichtungen und/oder einen Treiber zum elektrischen Betrieb der getting produced. The turbomachine may be in addition to the at least one air flow generating unit, e.g. also electrical connections, a holder, air guiding devices and / or a driver for the electrical operation of
Luftstromerzeugungseinheit usw. aufweisen. Die Strömungsmaschine kann selbstverständlich auch ein anderes gasförmiges Medium als Luft zur Strömung bringen oder fördern. Die Beschreibung dieser Erfindung ist also nicht auf "Luft" beschränkt, und ein Verweis auf Luft kann insbesondere auch jedes gasförmige Medium umfassen. Air flow generating unit, etc. have. Of course, the turbomachine can bring or promote another gaseous medium than air to the flow. Thus, the description of this invention is not limited to "air," and a reference to air may include, in particular, any gaseous medium.
Es ist eine zur Ermöglichung einer besonders kompakten und präzise anregbaren Strömungsmaschine bevorzugte It is a preferred for enabling a particularly compact and precisely energizable turbomachine
Ausgestaltung, dass die Platte mittels mindestens eines volumetrischen Aktors anregbar ist. Unter einem Embodiment, that the plate can be excited by means of at least one volumetric actuator. Under a
volumetrischen Aktor kann insbesondere jeglicher Aktor verstanden werden, welcher sein Materialvolumen definiert mittels eines externen Steuersignals (z.B. einer Spannung, eines Magnetfelds) ändern kann. Ein volumetrischer Aktor kann beispielsweise einen elektrostriktiven Aktor oder einen magentostriktiven Aktor umfassen. Aufgrund seiner Robustheit, kompakten Bauweise, seiner vergleichsweise preiswerten In particular, any actuator that can change its material volume by means of an external control signal (e.g., a voltage, a magnetic field) can be understood as a volumetric actuator. For example, a volumetric actuator may include an electrostrictive actuator or a magnetostrictive actuator. Due to its robustness, compact design, its comparatively inexpensive
Herstellung und seiner einfachen Aktivierung ist jedoch ein piezoelektrischer Aktor oder Piezoaktor besonders bevorzugt. Der Aktor kann insbesondere an die Platte angeklebt sein. However, production and its easy activation, a piezoelectric actuator or piezoelectric actuator is particularly preferred. The actuator can in particular be glued to the plate.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Platte mittels einer matrixartig angeordneten Gruppe von Aktoren anregbar ist. So können besonders gleichmäßige oder gezielt ungleichmäßige Schwingungsamplituden über die Platte erreicht werden. It is still an embodiment that the plate can be excited by means of a matrix-like array of actuators. Thus, particularly uniform or deliberately uneven vibration amplitudes can be achieved across the plate.
Insbesondere mögen die Aktoren individuell oder in Gruppen ansteuerbar sein, um ein vorbestimmtes Resonanzmuster zu erzeugen . Alternativ mag die Platte jedoch auch z.B. durch einen, insbesondere zentralen, Aktor zu Eigenschwingungen bzw. zur Resonanz angeregt werden. In particular, the actuators may be individually or in groups controllable to produce a predetermined resonance pattern. Alternatively, however, the plate may also be e.g. be stimulated by a, in particular central, actuator to natural oscillations or to resonance.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der mindestens eine volumetrische Aktor als ein piezoaktorisches Plättchen ausgestaltet ist. So kann eine besonders flache und It is yet a further embodiment that the at least one volumetric actuator is configured as a piezoactuator plate. So can a particularly flat and
preiswerte Luftstromerzeugungseinheit bereitgestellt werden. Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Platte mit einer Frequenz von mindestens ca. 50 kHz, insbesondere von inexpensive air flow generating unit can be provided. It is also an embodiment that the plate with a frequency of at least about 50 kHz, in particular of
mindestens ca. 100 kHz, insbesondere von mindestens ca. 200 kHz, anregbar ist. So lässt sich eine starke Luftströmung bei einer für den Menschen und die meisten Tiere nicht mehr hörbaren (Ultraschall -) Frequenz erzeugen. at least about 100 kHz, in particular of at least about 200 kHz, can be excited. Thus, a strong air flow can be generated at an (ultrasonic) frequency that is no longer audible for humans and most animals.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Platte eine It is also an embodiment that the plate has a
Metallplatte ist. Eine Metallplatte ist besonders einfach zu Eigenschwingungen mit hohen Amplituden anregbar, preiswert verfügbar und einfach in ihren Eigenschaften variabel Metal plate is. A metal plate is particularly easy excitable to natural vibrations with high amplitudes, inexpensive available and simply variable in their properties
herstellbar . producible.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Platte eine It is still an embodiment that the plate a
Kunststoffplatte ist, welche besonders leicht, langlebig und preiswert sein kann. Es ist eine Weiterbildung, dass die Kunststoffplatte mit einer piezoelektrischen Kunststofffolie verbunden ist. Die piezoelektrische Kunststofffolie dient als Aktor oder Aktorfeld und kann insbesondere mit der Plastic plate is, which can be particularly light, durable and inexpensive. It is a development that the plastic plate is connected to a piezoelectric plastic film. The piezoelectric plastic film serves as an actuator or actuator field and can in particular with the
Kunststoffplatte als ein großflächiger Schichtverbund Plastic plate as a large-scale layer composite
verbunden sein. So wird eine besonders flache und robuste Luftstromerzeugungseinheit ermöglicht. Die piezoelektrische Kunststofffolie mag insbesondere aus Polyvinylidenfluorid (Kurzzeichen PVDF) bestehen. be connected. This enables a particularly flat and robust air flow generating unit. The piezoelectric plastic film may consist in particular of polyvinylidene fluoride (abbreviation PVDF).
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Platte eine It is still an embodiment that the plate a
Keramikplatte ist. Die verwendete Keramik kann insbesondere eine Keramik mit einer niedrigen akustischen Dämpfung sein. Falls der mindestens eine Aktor, insbesondere Piezoaktor, ein keramischer Aktor ist, kann der mindestens eine Aktor mit der Platte zu einem Stück gesintert sein. Ceramic plate is. The ceramic used may in particular be a ceramic with a low acoustic attenuation. If the at least one actuator, in particular piezoelectric actuator, is a ceramic actuator, the at least one actuator can be sintered to the plate to form a piece.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Platte It is also an embodiment that the plate
schwingfähig an Stegen aufgehängt ist. So lässt sich eine einfache Aufhängung und Ausrichtung der Platte ohne eine wesentliche Beschränkung ihrer Schwingfähigkeit erreichen. Die Stege können die Platte an einem Rahmen halten oder befestigen. Insbesondere können der Rahmen und die Platte aus einer vollflächigen Schicht oder (Halbzeug- oder Ausgangs- ) Platte herausgearbeitet sein, insbesondere durch Einbringung von entsprechenden Aussparungen, z.B. mittels einer is swingably suspended on webs. Thus, a simple suspension and alignment of the plate can be achieved without a substantial restriction of its ability to vibrate. The webs can hold or fasten the plate to a frame. In particular, the frame and the plate can off be worked out a full-surface layer or (semi-finished or output) plate, in particular by introducing corresponding recesses, for example by means of a
mechanischen Materialabtragung oder mittels einer mechanical material removal or by means of a
Laserablation, insbesondere eines Laserschneidens. Laser ablation, in particular laser cutting.
Insbesondere bei dieser Ausgestaltung, aber auch ganz allgemein, kann die Luftstromerzeugungseinheit mehrere resonant anregbare Platten aufweisen. Es ist eine für eine wenig störende Aufhängung vorteilhafte In particular, in this embodiment, but also quite generally, the air flow generating unit may have a plurality of resonant excitable plates. It is an advantageous for a little disturbing suspension
Ausgestaltung, dass die Platte eine mehreckige Platte ist, an deren Ecken die Stege ansetzen. Jedoch mag die Platte z.B. auch eine runde oder ovale Platte usw. sein, wobei die Stege dann insbesondere gleichbeabstandet sein können. Embodiment that the plate is a polygonal plate at the corners attach the webs. However, the plate may be e.g. also be a round or oval plate, etc., in which case the webs can then in particular be equidistant.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass an mindestens einem Bereich der Platte, welcher ein Schwingungsmaximum ausbildet, ein Übertragerelement vorhanden ist, welches diesen Bereich mit einer Schwingungseinheit mechanisch verbindet, so dass die Schwingungseinheit von diesem Bereich zu Schwingungen anregbar ist. So mag das Übertragerelement besonders stark schwingen, folglich eine besonders starke Schwingung der Schwingungseinheit bewirken und damit eine besonders starke Kühlluftströmung. It is yet another embodiment that at least one region of the plate, which forms a maximum vibration, a Übertragerelement is present, which mechanically connects this area with a vibration unit, so that the vibration unit can be excited from this area to vibrations. So the transformer element may vibrate particularly strong, thus causing a particularly strong vibration of the vibration unit and thus a particularly strong flow of cooling air.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass an mindestens einem Bereich der Platte, welcher sich zwischen einem It is still another embodiment that at least a portion of the plate, which is located between a
Schwingungsmaximum und einem Schwingungsminimum befindet, ein Übertragerelement vorhanden ist, welches diesen Bereich mit einer Schwingungseinheit mechanisch verbindet, so dass die Schwingungseinheit von diesem Bereich zu Schwingungen Vibration maximum and a vibration minimum is present, a transformer element is present, which mechanically connects this area with a vibration unit, so that the vibration unit from this area to vibrations
anregbar ist. So kann die Luftstromerzeugungseinheit auf einen hohen Gütefaktor hin angepasst werden, was ebenfalls eine besonders starke Schwingung der Schwingungseinheit und damit eine besonders starke Kühlluftströmung bewirken kann. is excitable. Thus, the air flow generating unit can be adapted to a high quality factor, which can also cause a particularly strong vibration of the vibration unit and thus a particularly strong flow of cooling air.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass an mindestens einem Bereich der Platte, an welchem sich auch ein Schwingungsminimum befindet, ein Übertragerelement vorhanden ist, welches diesen Bereich mit einer Schwingungseinheit mechanisch verbindet, so dass die Schwingungseinheit von diesem Bereich zu Schwingungen anregbar ist. So kann die Luftstromerzeugungseinheit ebenfalls auf einen hohen It is still a further embodiment that at least one region of the plate, which is also a Minimum vibration is located, a Übertragerelement is present, which mechanically connects this area with a vibration unit, so that the vibration unit of this area to vibrations can be excited. Thus, the air flow generating unit can also be at a high
Gütefaktor hin angepasst werden. Quality factor to be adjusted.
Die Positionen der sich an der Platte im Betrieb ausbildenden Schwingungsminima und Schwingungsmaxima brauchen nicht mit einer Position des mindestens einen Aktors übereinzustimmen. Es ist eine für eine besonders langlebige Verbindung zwischen dem mindestens einen Aktor, insbesondere angeklebten Aktor, und der Platte bevorzugte Weiterbildung, dass der Aktor im Bereich eines Schwingungsminimums angeordnet ist. The positions of the vibration minima and vibration maxima forming on the plate during operation need not coincide with a position of the at least one actuator. It is a preferred development for a particularly durable connection between the at least one actuator, in particular adhered actuator, and the plate, that the actuator is arranged in the region of a vibration minimum.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Übertragerelement eine kegelartige Grundform aufweist, welche sich von der Platte zu der Schwingungseinheit verjüngt. Dadurch kann eine It is a development that the transformer element has a conical basic shape, which tapers from the plate to the vibration unit. This can be a
Schwingungsamplitude an der Schwingungseinheit verstärkt werden. Amplification amplitude at the vibration unit to be amplified.
Die Schwingungseinheit ragt für eine besonders effektive Erzeugung einer Luftströmung insbesondere seitlich über seine Kontaktfläche mit dem Übertragerelement heraus. The oscillation unit protrudes laterally beyond its contact surface with the transmitter element for particularly effective generation of an air flow.
Es ist eine für eine einfache und preiswerte Herstellung des Übertragerelements besonders bevorzugte Weiterbildung, dass zumindest das Übertragerelement mehrere Schichten aufweist bzw. aus solchen Schichten zusammengesetzt ist (also ein Schichtkörper ist) . Ein Vorteil besteht in der Herstellung zumindest des Übertragerelements durch einfache Schichtung, insbesondere mittels vorstrukturierter Schichten oder It is a development which is particularly preferred for a simple and inexpensive production of the transformer element that at least the transformer element has a plurality of layers or is composed of such layers (ie is a layered body). An advantage consists in the production of at least the transformer element by simple layering, in particular by means of pre-structured layers or
Platten, anstatt durch eine aufwendige spanende Bearbeitung aus einem Vollmaterial. Das Übertragerelement macht sich dabei unter anderem die Tatsache zu Nutze, dass eine für die Funktion günstige Außenkontur nicht notwendigerweise glatt zu sein braucht, da im Falle typischer, genügend großer von der Platte des Chladni -Resonators erzeugter Wellenlängen die Anregung über die bei diesem Aufbau vorhandenen Stufen hinwegmitteln . Plates, instead of a complex machining of a solid material. Among other things, the transformer element makes use of the fact that an outer contour which is favorable for the function does not necessarily have to be smooth, since in the case of typical, sufficiently large wavelengths generated by the plate of the Chladni resonator, the Suggestions about the existing in this structure stages away.
Es ist eine für eine einfache und kompakte Herstellung bevorzugte Ausgestaltung, dass das Übertragerelement und die Schwingungseinheit als ein gemeinsamer Schichtkörper It is a preferred embodiment for simple and compact production that the transformer element and the vibration unit as a common laminated body
vorliegen, die Schwingungseinheit also auch aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut ist. Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Platte als be present, the vibration unit is thus also constructed of one or more layers. It is also an embodiment that the plate as
Luftkanäle dienende Aussparungen aufweist. Dadurch wird eine vergleichmäßigte Luftzufuhr über die Platte verbessert, was wiederum eine Erzeugung gleichmäßigerer Luftströme über die Fläche der Platte ermöglicht. Having air channels serving recesses. This improves a uniform air supply across the plate, which in turn enables more uniform airflows across the surface of the plate.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens eine Strömungsmaschine zum Kühlen mindestens einer Lichtquelle, wobei die mindestens eine The object is also achieved by a lighting device, comprising at least one turbomachine for cooling at least one light source, wherein the at least one
Strömungsmaschine eine Strömungsmaschine wie oben beschrieben ist. Turbomachine a turbomachine as described above.
Die Leuchtvorrichtung kann eine Lampe, ein Modul, eine The lighting device may be a lamp, a module, a
Leuchte oder ein Leuchtsystem sein. Beispielsweise mag die Leuchtvorrichtung eine Leuchte sein, z.B. eine Deckenleuchte, welche einen Reflektor aufweist. Der Reflektor (oder ein Reflektor einer anderen Leuchtvorrichtung) kann als die Be a light or a lighting system. For example, the lighting device may be a luminaire, e.g. a ceiling light, which has a reflector. The reflector (or a reflector of another lighting device) can be used as the
Platte des Chladni -Resonators dienen und folglich sowohl eine Reflexionsfunktion als auch eine Kühlfunktion übernehmen. Die Lichtquelle kann insbesondere eine Halbleiterlichtquelle sein. Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Serving plate of the Chladni resonator and thus assume both a reflection function and a cooling function. The light source may in particular be a semiconductor light source. Preferably, the at least one
Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Semiconductor light source at least one light emitting diode. at
Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen If several LEDs are present, they can be lit in the same color or in different colors. A color may be monochrome (e.g., red, green, blue, etc.) or multichrome (e.g., white). This can also be done by the at least one
Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z.B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten LED emitted light is an infrared light (IR LED) or an ultraviolet light (UV LED). Several Light emitting diodes can produce a mixed light; eg a white mixed light. The at least one light-emitting diode may contain at least one wavelength-converting phosphor
(Konversions-LED) . Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein (Conversion LED). The phosphor may alternatively or additionally be arranged away from the light-emitting diode
("Remote Phosphor") . Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel -Linse , ("Remote Phosphor"). The at least one light-emitting diode can be in the form of at least one individually housed light-emitting diode or in the form of at least one LED chip. Several LED chips can be mounted on a common substrate ("submount"). The at least one light emitting diode may be equipped with at least one own and / or common optics for beam guidance, e.g. at least one Fresnel lens,
Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen . Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Collimator, and so on. Instead of or in addition to inorganic light emitting diodes, e.g. based on InGaN or AlInGaP, organic LEDs (OLEDs, for example polymer OLEDs) can generally also be used. Alternatively, the at least one semiconductor light source may be e.g. have at least one diode laser. The object is further achieved by a method for
Erzeugen eines Kühlluftstroms, wobei das Verfahren ein Generating a cooling air flow, the method a
Anregen einer Platte eines Chladni -Resonators umfasst. Dieses Verfahren ermöglicht die gleichen Vorteile wie die Stimulating a plate of a Chladni resonator comprises. This method allows the same advantages as the
Leuchtvorrichtung und kann analog ausgestaltet werden. Lighting device and can be configured analog.
Beispielsweise kann es eine Ausgestaltung sein, dass eine Bewegung der angeregten Platte des Chladni -Resonators mittels eines Übertragerelements auf eine Schwingungseinheit For example, it may be an embodiment that movement of the excited plate of the Chladni resonator by means of a Übertragerelements on a vibration unit
übertragen wird, wobei die sich bewegende Schwingungseinheit den Kühlluftstrom erzeugt. is transmitted, wherein the moving vibration unit generates the cooling air flow.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im The above-described characteristics, features and advantages of this invention as well as the manner in which they are achieved will become clearer and more clearly understood
Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den In connection with the following schematic description of exemplary embodiments that are associated with the
Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein. Drawings are explained in more detail. It can to Clarity identical or equivalent elements must be provided with the same reference numerals.
Fig.l zeigt in einer Ansicht von schräg oben eine Fig.l shows in a view obliquely from above one
Explosionszeichnung einer Luftstromerzeugungseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; Exploded view of an air flow generating unit according to a first embodiment;
Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen2 shows a sectional side view of a
Ausschnitt aus der Luftstromerzeugungseinheit im Bereich eines Übertragerelements; Section of the air flow generating unit in the region of a transformer element;
Fig.3 zeigt eine Chladni-Platte der 3 shows a Chladni plate the
Luftstromerzeugungseinheit in Draufsicht; Fig.4 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt aus einer Air flow generating unit in plan view; 4 shows a top view of a section of a
Luftstromerzeugungseinheit gemäß einem zweiten Air flow generating unit according to a second
Ausführungsbeispiel ; Embodiment;
Fig.5 zeigt eine Leuchtvorrichtung mit einer 5 shows a lighting device with a
Luftstromerzeugungseinheit gemäß dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel . Air flow generating unit according to the first or the second embodiment.
Fig.l zeigt in einer Ansicht von schräg oben eine Fig.l shows in a view obliquely from above one
Explosionszeichnung einer Luftstromerzeugungseinheit 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Exploded view of an air flow generating unit 1 according to a first embodiment. The
Luftstromerzeugungseinheit 1 ist aus mehreren schichtförmigen Platten 3 bis 7 aufgebaut. Air flow generating unit 1 is composed of a plurality of layered plates 3 to 7.
Eine in dieser Ansicht unterste, metallische Platte 3 A bottom in this view, metallic plate 3
("Chladni-Platte") ist eine vollflächige Platte. Die Chladni- Platte 3 weist an ihrer Unterseite fünfunddreißig ("Chladni plate") is a full-surface plate. The Chladni plate 3 has thirty-five at its bottom
kreisscheibenförmige (plättchenförmige) Piezoaktoren 9 auf, die z.B. an die Chladni-Platte 3 angeklebt sein können. Die Chladni-Platte 3 und die Piezoaktoren 9 bilden einen Chladni- Resonator 3, 9, wobei die Piezoaktoren 9 die Chladni-Platte 3 zu Eigenschwingungen anregen können. Die Piezoaktoren 9 sind dabei in einem mxn-Matrixmuster mit hier beispielhaft m gleich sieben und n gleich fünf circular disk-shaped (plate-shaped) piezoelectric actuators 9, which may be glued to the Chladni plate 3, for example. The Chladni plate 3 and the piezo actuators 9 form a Chladni resonator 3, 9, wherein the piezo actuators 9 can excite the Chladni plate 3 to natural oscillations. The piezo actuators 9 are here in an mxn matrix pattern with, for example, m equal to seven and n equal to five
angeordnet. Die Piezoaktoren 9 können über elektrische arranged. The piezo actuators 9 can via electrical
Signale aktiviert werden, wobei hier zur besseren Übersicht keine Elektroden, elektrischen Isolierungen, elektrischenSignals are activated, with no electrodes, electrical insulation, electrical
Anschlüsse usw. gezeigt sind, auch wenn diese vorhanden sein können . Connections, etc. are shown, even if they may be present.
Auf der Chladni-Platte 3 sind vier weitere Platten 4 bis 7 gestapelt aufgebracht. Jede der Platten 4 bis 7 ist On the Chladni plate 3 four more plates 4 to 7 are stacked applied. Each of the plates 4 to 7 is
dahingehend strukturiert, dass mehrere teilseparierte, kreisförmige Teilbereiche 4a bis 7a vorhanden sind. Die structured such that a plurality of partially separated, circular portions 4a to 7a are present. The
Teilbereiche 4a bis 7a sind analog zu den Piezoaktoren 9 in einem dazu deckungsgleichen 7x5 -Matrixmuster angeordnet. Die Teilbereiche 4a bis 7a sind insbesondere dergestalt in dem gleichen Muster auf den Platten 4 bis 7 angeordnet, dass übereinanderliegende Teilbereiche 4a bis 7a sowie ein Subareas 4a to 7a are arranged analogously to the piezo actuators 9 in a congruent 7x5 matrix pattern. The portions 4a to 7a are arranged in particular in the same pattern on the plates 4 to 7, that superposed portions 4a to 7a and a
darunter angeordneter Piezoaktor 9 konzentrisch zueinander angeordnet sind. arranged underneath piezoelectric actuator 9 are arranged concentrically with each other.
Die Teilbereiche 4a bis 7a sind mit einem übrigbleibenden Schichtrahmen 4b bis 7b über jeweils hier drei Stege 8 einstückig verbunden. Durch die Stege 8 werden die The subregions 4a to 7a are integrally connected to a remaining layer frame 4b to 7b via in each case three webs 8. By the webs 8 are the
Teilbereiche 4a bis 7a schwingfähig in dem jeweiligen Subareas 4a to 7a capable of oscillation in the respective
Schichtrahmen 4b bis 7b gehalten. Die Layer frame 4b to 7b held. The
Schwingungseigenschaften der Teilbereiche 4a bis 7a werden dann auch durch die Eigenschaften der Stege 8, z.B. deren Zahl, Maße und/oder Material, bestimmt. Beispielsweise kann die Zahl der Stege 8 pro Teilbereich 4a bis 7a variabel gewählt werden, z.B. in Bezug auf eine gewünschte Festigkeit. Vibration properties of the subregions 4a to 7a are then also determined by the properties of the webs 8, e.g. their number, dimensions and / or material determined. For example, the number of lands 8 per subregion 4a to 7a can be variably selected, e.g. in terms of a desired strength.
Die Teilseparierung der Teilbereiche 4a bis 7a kann The partial separation of the subregions 4a to 7a can
beispielsweise durch ein Einbringen dreier ringsektorförmiger Aussparungen 11 pro Teilbereich 4a bis 7a in eine For example, by introducing three annular sector-shaped recesses 11 per portion 4a to 7a in one
vollflächige Platte 4 bis 7 durchgeführt werden. Die full-surface plate 4 to 7 are performed. The
Teilseparierung kann z.B. mittels eines Ätzverfahrens, eines Stanzverfahrens oder eines Laserstrukturierungs- , Partial separation may e.g. by means of an etching process, a stamping process or a laser structuring,
insbesondere Laserschneid-, Verfahrens aus der vollflächigen Platte 4 bis 7 erreicht werden. Alternativ mag zumindest eine der Platten 4 bis 7 bereits in der die teilseparierten especially laser cutting, process from the full-surface Plate 4 to 7 can be achieved. Alternatively, at least one of the plates 4 to 7 may already be in the partially separated
Teilbereiche 4a bis 7a aufweisenden Form hergestellt worden sein . Parts 4a to 7a having been produced.
Die Teilbereiche 4a, 5a, 6a der ersten drei Platten The sections 4a, 5a, 6a of the first three plates
("Übertragerplatten") 4 bis 6 oberhalb der Chladni-Platte 3 bilden jeweils ein Übertragerelement 4a, 5a, 6a. Die ("Übertragerplatten") 4 to 6 above the Chladni plate 3 each form a transformer element 4a, 5a, 6a. The
Teilbereiche 4a, 5a, 6a weisen zwar die gleiche kreisförmige Grundform auf, aber werden mit steigendem Abstand von derAlthough sections 4a, 5a, 6a have the same circular basic shape, but with increasing distance from the
Chladni-Platte 3 in ihrer Fläche (hier: in ihrem Durchmesser) kleiner. Die Form des Übertragerelements 4a, 5a, 6a ist also gestuft kegelstumpfförmig . Die Teilbereiche 7a der obersten Platte 7 Chladni plate 3 smaller in area (here: in diameter). The shape of the transformer element 4a, 5a, 6a is thus stepped frustoconical. The subregions 7 a of the top plate 7
("Schwingungsplatte") weisen einen größeren Durchmesser auf als die Teilbereiche 6a der direkt darunterliegenden ("Vibration plate") have a larger diameter than the portions 6a of the directly underlying
Verbindungsplatte 6. Die Teilbereiche 7a bilden eine Connecting plate 6. The sections 7a form a
jeweilige Schwingungseinheit. respective vibration unit.
Die Platten 3 bis 7, insbesondere 4 bis 7, können aus einem gleichen Material bestehen, oder die Verbindungsplatten 4 bis 6 können aus einem gleichen Material bestehen und die The plates 3 to 7, in particular 4 to 7, may be made of a same material, or the connecting plates 4 to 6 may consist of a same material and the
Schwingungsplatte 7 kann aus einem dazu unterschiedlichen Material bestehen. Die Platten 4 bis 7 können aus Metall, Kunststoff und/oder Keramik bestehen. Vibration plate 7 may consist of a different material. The plates 4 to 7 may be made of metal, plastic and / or ceramic.
Zur Herstellung der Luftstromerzeugungseinheit 1 werden die Platten 3 bis 7 zu einem festen Schichtstapel verbunden. To produce the air flow generating unit 1, the plates 3 to 7 are connected to a solid layer stack.
Dieses Verbinden kann beispielsweise durch ein Verkleben, z.B. mittels Epoxydharz, erreicht werden. Metallische Platten 3 bis 7 können auch miteinander verlötet werden, keramische Platten 3 bis 7 miteinander gesintert werden. Fig . 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt aus der Luftstromerzeugungseinheit 1 im Bereich eines Übertragerelements 4a bis 6a. Im Betrieb wird durch Anlegen eines elektrischen Signals, insbesondere einer Wechsel Spannung, an das Piezoelement 9 dieses zu mechanischen Schwingungen (insbesondere akustischen Schwingungen, insbesondere Ultraschallschwingungen von mindestens 100 kHz) angeregt. Die Schwingungen werden auf die Chladni-Platte 3 übertragen, welche dadurch zu This bonding can be achieved for example by gluing, for example by means of epoxy resin. Metallic plates 3 to 7 can also be soldered together, ceramic plates 3 to 7 are sintered together. Fig. 2 shows a sectional side view of a section of the air flow generating unit 1 in the region of a transformer element 4a to 6a. In operation, by applying an electrical signal, in particular an alternating voltage, to the piezoelectric element 9, this stimulates mechanical oscillations (in particular acoustic vibrations, in particular ultrasonic vibrations of at least 100 kHz). The vibrations are transmitted to the Chladni plate 3, which thereby
Eigenschwingungen angeregt wird. Die Eigenschwingungen der Chladni-Platte 3 werden weiter auf das Übertragerelement 4a, 5a, 6a übertragen, und von dort aus weiter auf die Natural oscillations is stimulated. The natural oscillations of the Chladni plate 3 are further transmitted to the transformer element 4a, 5a, 6a, and from there on to the
Schwingungseinheit 7a. Das Übertragerelement 4a, 5a, 6a verstärkt aufgrund seiner sich verjüngenden Form eine Oscillation unit 7a. The transformer element 4a, 5a, 6a reinforces a due to its tapered shape
Schwingungsamplitude an dem Teilbereich bzw. der Vibration amplitude at the subregion or the
Schwingungseinheit 7a. Die Schwingungseinheit 7a wiederum erzeugt einen gewünschten Luftström. Oscillation unit 7a. The oscillation unit 7a in turn generates a desired air flow.
Insbesondere das Material und/oder die Dicke der Teilbereiche 4a bis 6a und/oder des Teilbereichs 7a kann auf eine geringe Schwingungsdämpfung und/oder auf eine starke Anregung des Teilbereichs 7a hin ausgelegt sein. In particular, the material and / or the thickness of the partial regions 4a to 6a and / or the partial region 7a can be designed for a low vibration damping and / or for a strong excitation of the partial region 7a.
Dass die Außenkontur des Übertragerelements 4a, 5a, 6a stufig ausgebildet ist, stellt keinen Nachteil dar, weil deren Dicke typischerweise klein gegen eine Wellenlänge einer von der Chladni-Platte 3 erzeugten Eigenschwingung ist und somit von der mechanischen Welle nicht aufgelöst wird. That the outer contour of the Übertragerelements 4a, 5a, 6a is formed in stages, is not a disadvantage, because the thickness is typically small compared to a wavelength of a natural vibration generated by the Chladni plate 3 and thus is not resolved by the mechanical shaft.
Fig.3 zeigt die Chladni-Platte 3 der 3 shows the Chladni plate 3 of
Luftstromerzeugungseinheit 1 in Draufsicht. Die Chladni- Platte 3 weist eine rechteckige Form auf und ist an ihren Ecken über Stege 12 mit einem Rahmen 13 verbunden. Mittels der Stege 12 bleibt der Rand der Chladni-Platte 3 Air flow generation unit 1 in plan view. The Chladni plate 3 has a rectangular shape and is connected at its corners via webs 12 with a frame 13. By means of the webs 12 remains the edge of the Chladni plate. 3
schwingfähig. Die durch die Piezoaktoren 9 abgedeckten capable of vibrating. The covered by the piezo actuators 9
Bereiche 14 der Chladni-Platte 3 sind gestrichelt Regions 14 of the Chladni plate 3 are dashed
eingezeichnet drawn
Bei der Luftstromerzeugungseinheit 1, die mehrere In the air flow generation unit 1, the more
Übertragerelemente 4a, 5a, 6a und Schwingungseinheiten 7a in einem Rahmen 4b bis 7b aufweist, kann es bei einer großen seitlichen Ausdehnung mit vielen Übertragerelementen 4a, 5a, 6a und Schwingungseinheiten 7a vorkommen, dass eine Transmitter elements 4a, 5a, 6a and vibration units 7a in a frame 4b to 7b, it can at a large lateral expansion with many transformer elements 4a, 5a, 6a and vibration units 7a happen that a
Luftnachfuhr zu den Schwingungseinheiten 7a nicht gleichmäßig ist, da am Rand der Luftstromerzeugungseinheit 1 befindliche Schwingungseinheiten 7a besser mit Luft versorgt werden als innen angeordnete Schwingungseinheiten 7a. Dadurch mag aber eine Effizienz der LuftStromerzeugung und folglich einer Kühlleistung von Außen nach Innen abnehmen. Um eine Luftzufuhr oder Luftnachfuhr zu den Air supply to the vibration units 7a is not uniform, since at the edge of the air flow generating unit 1 located vibration units 7a are better supplied with air than internally arranged vibration units 7a. However, this may decrease the efficiency of the airstream generation and hence the cooling performance from outside to inside. To add an air supply or air forward to the
Schwingungseinheiten 7a zu verbessern, insbesondere zu vergleichmäßigen, können, wie anhand der To improve vibration units 7a, in particular to uniform, can, as the basis of
Luftstromerzeugungseinheit 15 in Fig.4 gezeigt, seitlich von den von den Piezoaktoren 9 belegten Bereichen 14 der Chladni- Platte 3 Luftkanäle 16 in der Luftstromerzeugungseinheit 15 vorhanden sein. Die Luftkanäle laufen durch die gestapelten Schichtrahmen 4b bis 7b hindurch. Dadurch kann Luft von einer Rückseite der Luftstromerzeugungseinheit 15 zu deren Airflow generating unit 15 shown in Figure 4, laterally of the occupied by the piezo actuators 9 areas 14 of the Chladni plate 3 air ducts 16 may be present in the air flow generating unit 15. The air channels pass through the stacked layer frames 4b to 7b. Thereby, air from a rear side of the air flow generating unit 15 to the
Vorderseite, welche die Schwingungseinheiten 7a aufweist, angesaugt oder nachgeführt werden. Front side, which has the vibration units 7a, sucked or tracked.
Eine Kontur der Luftkanäle 16 kann, wie in Fig.4 gezeigt, für eine gute Raumausnutzung im Wesentlichen der Form der A contour of the air ducts 16 can, as shown in Figure 4, for a good utilization of space substantially the shape of the
benachbarten Bereiche 14 der Chladni-Platte 3 entsprechen. Alternativ mag sich die Kontur der Luftkanäle insbesondere an einfachen geometrischen Formen, z.B. einer Kreisform, orientieren, um eine Herstellung zu vereinfachen. adjacent areas 14 of the Chladni plate 3 correspond. Alternatively, the contour of the air channels may be shaped, in particular, by simple geometric shapes, e.g. a circular shape, oriented to simplify manufacture.
Die Luftstromerzeugungseinheit 15 kann ansonsten insbesondere wie die Luftstromerzeugungseinheit 1 ausgebildet sein. Otherwise, the airflow generating unit 15 may be formed in particular like the airflow generating unit 1.
Fig.5 zeigt eine Leuchtvorrichtung R mit einer 5 shows a lighting device R with a
Strömungsmaschine H, welche eine Luftstromerzeugungseinheit 1 oder 15 aufweist. Die Leuchtvorrichtung R weist ferner zwei Halbleiterlichtquellen, insbesondere LEDs, L auf, die mittels eines von der Luftstromerzeugungseinheit 1 oder 15 erzeugten Kühlluftstroms K gekühlt werden. Eine die Luftstromerzeugungseinheit 1 aufweisende Strömungsmaschine H kann zusätzlich zu der Turbomachine H, which has an air flow generating unit 1 or 15. The lighting device R furthermore has two semiconductor light sources, in particular LEDs, L, which are cooled by means of a cooling air flow K generated by the air flow generation unit 1 or 15. A turbomachine H having the air flow generating unit 1 can be used in addition to the
Luftstromerzeugungseinheit 1 z.B. auch elektrische Airflow generating unit 1 e.g. also electric
Anschlüsse, Luftleiteinrichtungen, eine Halterung und/oder einen Treiber zum elektrischen Betrieb der Piezoaktoren 9 usw. (o.Abb.) aufweisen. Connections, louvers, a holder and / or a driver for electrical operation of the piezoelectric actuators 9, etc. (o.Fig.) Have.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Although the invention is shown in detail by the
Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Embodiments have been further illustrated and described, the invention is not limited thereto and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
So mögen die Übertragerelemente 4a, 5a, 6a und die So like the transformer elements 4a, 5a, 6a and the
Schwingungseinheiten 7a auch seitlich versetzt zu den Vibration units 7a also laterally offset to the
Piezoaktoren 9 angeordnet sein. Piezo actuators 9 may be arranged.
Insbesondere mögen die Übertragerelemente 4a, 5a, 6a auf Bereichen der Chladni-Platte 3 aufsetzen, welche nicht auch (von der anderen Seite) von Piezoaktoren 9 bedeckt sind. So kann eine besonders hohe Schwingungsamplitude der Chladni- Platte 3 ausgenutzt werden, falls die Bereiche 14 Bereichen geringer Schwingungsamplitude (einschließlich eines In particular, the transformer elements 4a, 5a, 6a may rest on areas of the Chladni plate 3, which are not covered by (also on the other side) piezoactuators 9. Thus, a particularly high oscillation amplitude of the Chladni plate 3 can be exploited if the regions 14 regions of low oscillation amplitude (including a
Schwingungsminimums) entsprechen. Bei den gezeigten Vibration minimums). At the shown
Ausführungsbeispielen mögen dazu beispielsweise in einem 6x4- Matrixfeld angeordnete Übertragerelemente 4a, 5a, 6a zwischen den in dem 7x5 -Matrixfeld vorhandenen freien Stellen For example, exemplary embodiments may include transformer elements 4a, 5a, 6a arranged in a 6 × 4 matrix field between the free points present in the 7 × 5 matrix field
angeordnet sein. Jedoch mögen die Übertragerelemente 4a, 5a, 6a sich mit den von Piezoaktoren 9 bedeckten Bereichen 14 überschneiden oder, wie oben gezeigt, sogar darauf aufliegen. Die Bereiche 14 mögen zwar eine vergleichsweise geringe Schwingungsamplitude aufweisen, aber darauf aufliegende Übertragerelemente 4a, 5a, 6a mögen einen besonders hohen Gütefaktor bewirken. be arranged. However, the transformer elements 4a, 5a, 6a may overlap with the areas 14 covered by piezoactuators 9 or even rest thereon, as shown above. Although the regions 14 may have a comparatively low oscillation amplitude, but the transformer elements 4a, 5a, 6a resting thereon may cause a particularly high quality factor.
Ganz allgemein können die Übertragerelemente 4a, 5a, 6a und die Schwingungseinheiten 7a auf Bereichen der Chladni-Platte 3 angeordnet sein, welche Bereichen mit Schwingungsmaxima, Bereichen mit Schwingungsminima oder Bereichen dazwischen entsprechen . In general, the transformer elements 4a, 5a, 6a and the vibration units 7a on areas of the Chladni plate 3, which correspond to areas with oscillation maxima, areas with oscillation minima or areas between them.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Luftstromerzeugungseinheit1 air flow generation unit
3 Chladni-Platte 3 Chladni plate
4 Platte 4 plate
4a Teilbereich 4a subarea
4b Schichtrahmen 4b layer frame
5 Platte 5 plate
5a Teilbereich 5a subarea
5b Schichtrahmen 5b layer frame
6 Platte 6 plate
6a Teilbereich 6a subarea
6b Schichtrahmen 6b layer frame
7 Platte 7 plate
7a Teilbereich 7a subarea
7b Schichtrahmen 7b layer frame
8 Steg 8 footbridge
9 Piezoaktor 9 piezoelectric actuator
11 Aussparung 11 recess
12 Steg 12 footbridge
13 Rahmen 13 frames
14 abgedeckter Bereich 14 covered area
15 Luftstromerzeugungseinheit 15 air flow generation unit
16 Luftkanal 16 air duct
R Leuchtvorrichtung R lighting device
H Strömungsmaschine H turbomachine
L LED L LED
K Kühlluftstrom K cooling air flow
Claims
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| DE102011078853.0A DE102011078853B4 (en) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | Generation of an air flow by means of vibrations |
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