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Die Erfindung betrifft eine Lüftervorrichtung zum Wärmeabtransport von einem Gegenstand, wobei der Wärmeabtransport mittels einer erzeugten Luftströmung erfolgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen zu kühlenden Gegenstand.
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Herkömmlicherweise werden Lüftersysteme, wie Ventilatoren, Gebläse und Prozesskühler, eingesetzt, um von einem wärmeerzeugenden und/oder zu kühlenden Gegenstand, wie beispielsweise einem Motor, Mikroprozessoroder Gerätegehäuse, Wärme abzuführen. Des Weiteren sind Ventilatoren zur Klimatisierung von Räumen und Bauwerken sowie zur Be- und Entlüftung von gefährdeten Bereichen, beispielsweise zu Tunnellüftung, bekannt.
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Nachteilig bei bekannten Lüftern und Ventilatoren ist, dass diese nicht nur die gewünschtegerichtete Luftströmung erzeugen, sondern durch mechanische Vibrationen und Strömungsrauschen auch Schallwellen und somit hörbare Geräusche, welche insbesondere in geräuschsensitiven Bereichen, wie beispielsweise einem Tonstudio oder im Wohnbereich, unerwünscht sind. Zudem unterliegen die mechanisch bewegten Bauteile der rotierenden Lüfter und Ventilatoren einem erhöhten Verschleiß und haben somit eine eingeschränkte Zuverlässigkeit und Lebensdauer.
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Aus der
US 8,240,885 B2 ist die sogenannte Synjet-Technologie zur Kühlung von LED-Beleuchtungstechnik bekannt, bei welcher die Rückwand eines Hohlraumes über eine piezoelektrische Membran pulsartig bewegt wird, wodurch an einer gegenüberliegenden Öffnung des Hohlraumes pulsartige gerichtete Druckwellen entstehen und zu einem gerichteten Luftstrom führen. Hierbei werden die anregenden Pulse tieffrequent im Bereich von 50 bis 100 Hz wiederholt. Nachteilig hierbei ist die akustische Wahrnehmbarkeit durch ein tieffrequentes Brummen.
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Die
WO 2013/150071 A2 beschreibt eine Kühlvorrichtung für ein elektronisches Bauteil mit einem thermisch gekoppelten Kühlkörper und einem Sonotrodenelement zur Erzeugung einer auf den Kühlkörper gerichteten stehenden Ultraschallwelle in einen Resonanzrohr, welches zwischen dem Kühlkörper und dem Sonotrodenelement angeordnet ist, wodurch es zu einer erhöhten Luftbewegung kommt. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass diese nicht frei im Hinblick auf einen zu kühlenden Gegenstand positionierbar und ausrichtbar ist.
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Die
US 2011/0175510 A1 offenbart eine Röhrenlampe mit einem röhrenförmigen Abschnitt, der sowohl als Lichtleiter für Energie aus einer Festkörper-Lichtquelle als auch als Behälter für ein Material mit Nanophosphor dient und die Emission von Licht ermöglicht, das vom Phosphor bei Anregung erzeugt wird. Zur aktiven Kühlung wird ein Membran-Kühlelement zum Zirkulieren von Luft vorgeschlagen.
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Die
US 2009/0168343 A1 offenbart eine Kühlvorrichtung unter Verwendung von pulsierendem Fluid zum Kühlen eines Objekts, umfassend einen Wandler, der geeignet ist, Druckwellen mit einer Antriebsfrequenz zu erzeugen, ein Rohr, das ein erstes Ende aufweist, das geeignet ist, die Druckwellen vom Wandler zu empfangen, und ein zweites Ende, das geeignet ist, einen pulsierenden Nettoausgangsstrom zum Objekt zu erzeugen.
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JP 2005-256834 A beschreibt eine Strahlströmungserzeugungsvorrichtung, eine elektronische Vorrichtung und ein Strahlströmungserzeugungsverfahren, wobei Amplituden oder Phasen von Schallwellen so gesteuert werden, dass sich die von Kühlmittel erzeugten Schallwellen als pulsierende Strömung gegenseitig schwächen. Selbst wenn die von einem Heizelement erzeugte Wärme zunimmt, kann somit verhindert werden, dass ein Geräusch entsteht, während gleichzeitig die Anzahl der Schwingkörper erhöht oder die Amplituden vergrößert werden, um die erzeugte Wärme effektiv abzugeben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Lüftervorrichtung zum Wärmeabtransport von einem Gegenstand, wobei der Wärmeabtransport mittels einer erzeugten Luftströmung erfolgt, und die Lüftervorrichtung einen Schallgeber und mindestens einen Hohlraumresonator mit einer Öffnung aufweist, wobei der Schallgeber durch ein Abgeben einer Schallwelle den mindestens einen Hohlraumresonator zum Schwingen auf eine Resonanzfrequenz anregt, sodass eine gerichtete Luftströmung an der Öffnung des Hohlraumresonators auftritt, sodass ein Wärmeabtransport durch die gerichtete Luftströmung realisierbar ist.
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Somit wird eine Lüftervorrichtung bereitgestellt, welche frei von mechanisch bewegten Teilen ist und eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer ermöglicht. Es ist besonders vorteilhaft, dass bei der erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung ein Lüfterrauschen nicht auftritt, wie diese bei herkömmlichen rotierenden Lüftersystemen durch Strömungsabriss an Flügeln von Propellern verursacht wird. Zudem werden auch tonale Schallereignisse vermieden, da die erfindungsgemäße Lüftervorrichtung ohne Rotation auskommt.
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Des Weiteren bedarf die Lüftervorrichtung abgesehen von dem Schallgeber keine elektrische Spannungsversorgung und weist nur mechanische Bauteile auf, sodass diese auch unter extremen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise sehr tiefen oder hohen Temperaturen oder bei hoher Feuchtigkeit in Feuchträumen und im Außenbereich einsetzbar ist.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass durch Anregung mittels einer Schallquelle an der Öffnung eines Hohlraumresonators oder mehrerer Hohlraumresonatoren Strömungsvorgänge bewirkt werden, welche zu einer gerichteten Strömung von der Öffnung wegführen und somit zu einem verbesserten Wärmeaustausch zwischen einer zu kühlenden Oberfläche und der Umgebungsluft führt.
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Da es sich bei einem Hohlraumresonator um ein mechanisches Bauteil handelt, kann dieser frei an und/oder in der zu kühlenden Oberfläche eines Gegenstandes angeordnet werden.
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Folgendes Begriffliche sei erläutert:
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Eine „Lüftervorrichtung“ ist insbesondere eine Vorrichtung, welche eine Luftbewegung erzeugt. Insbesondere bewirkt eine Lüftervorrichtung eine gezielte Luftströmung und dadurch einen verbesserten Wärmeaustausch und/oder Luftaustausch mit der Umgebungsluft. Eine Lüftervorrichtung weist insbesondere einen Schallgeber und mindestens einen Hohlraumresonator auf. Eine Lüftervorrichtung ist insbesondere dadurch charakterisiert, dass der Hohlraumresonator als eigentlicher Erzeuger der Luftströmung keine elektrische Spannungsversorgung benötigt.
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Unter „Wärmeabtransport“ wird insbesondere verstanden, dass der Wärmeübergang zwischen einer Oberfläche eines Gegenstandes und der umgebenden Luft mittels einer Luftströmung verbessert und die auf die Luftströmung übergegangene Wärme mit der Luftströmung abtransportiert wird.
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Unter „Luftströmung“ wird insbesondere Luft verstanden, welche sich in eine bestimmte Richtung bewegt. Bei der Luftströmung handelt es sich insbesondere um eine effektive Luftbewegung aufgrund der kinetischen Energie von Luftteilchen beim Verlassen der Öffnung und/oder des Halses des Hohlraumresonators.
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Ein „Schallgeber“ ist insbesondere ein Gerät, welches ein akustisches Signal als Schallwelle und/oder Schallwellen kontinuierlich oder diskontinuierlich an die Umgebung abgibt. Bei einem Schallgeber handelt es sich beispielsweise um einen Schallwandler, welcher ein vorgegebenes elektrisches Signal in ein akustisches Signal als Schallwechseldrücke umwandelt.
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Eine „Schallwelle“ stellt die Ausbreitung und/oder die Schwingungen von Druck- und/oder Dichteschwankungen in einem elastischen Medium, insbesondere der Umgebungsluft, dar. Insbesondere ist die Schallwelle eine fortschreitende mechanische Deformation in der Umgebungsluft. Die Schallwelle kann in für einen Menschen hörbaren oder nicht hörbaren Frequenzbereich und/oder Schalldruckpegel liegen.
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Ein „Hohlraumresonator“ ist insbesondere ein akustischer Resonator, welcher einen mit einem Luftvolumen gefüllten Hohlraum aufweist und eine Öffnung. Ein Hohlraumresonator ist insbesondere ein Helmholtz-Resonator, welcher aus einem schwingenden Luftpfropfen und einem angekoppelten Luftvolumen besteht. Hierbei bildet insbesondere die Luft in der Öffnung einen Luftpfropfen und die Luft im weiter darunterliegenden Hohlraum des Hohlraumresonators das angekoppelte Luftvolumen. Der Luftpfropfen weist insbesondere eine akustische Masse auf, welche sich aus seiner Geometrie und der spezifischen Dichte der Luft ergibt. Diese Masse lagert insbesondere auf dem federnden, angekoppelten Luftvolumen des darunterliegenden Hohlraums des Hohlraumresonators, sodass dieser ein FederMasse-System darstellt. Bei Anregung durch eine Schallwelle bilden der Luftpfropfen und das angekoppelte Luftvolumen ein schwingendes System mit einer spezifischen Resonanzfrequenz aus. Bevorzugt weist der Hohlraumresonator an seiner Öffnung einen Hals auf, welcher in den Hohlraumvolumenkörper übergeht. Der Hohlraumresonator und/oder der Hohlraumvolumenkörper kann oder können insbesondere eine beliebige Form annehmen. Bevorzugt weist der Hohlraumresonator und/oder der Hohlraumvolumenkörper eine Kugelform, zylindrische Form, quadratische Form und/oder eine Würfelform auf. Bei einem Hohlraumresonator kann es sich auch um einen beliebig geformtenKörper in Flaschenform handeln. Der Hohlraumresonator weist insbesondere Glas, Metall, wie beispielsweise Messing, Kupfer, Zink oder Stahl, und/oder Keramik auf. Durch das Schwingen des Luftvolumens im Hohlraumresonator und den Strömungsvorgängen an der Öffnung des Hohlraumresonators durch Schwingen des Luftpfropfens in der Öffnung wird eine gerichtete Luftströmung von der Öffnung weg bewirkt, welche scheinbar aus der Öffnung heraustritt. Hierbei tritt durch die Schallwelle eine periodische Druckänderung an der Öffnung und/oder des Halses des Resonators auf, welche einen periodisch wechselnden Luftstrom in der Öffnung und/oder dem Hals des Resonators bewirkt (abwechselndes Rein- und Rausströmen). Erfolgt die Druckänderung mit der Resonanzfrequenz des Helmholtzresonators, erreicht das strömende Luftvolumen durch die Öffnung und/oder den Hals ein Maximum. Wenn der Luftdruck zunimmt, strömt die umgebende Luft ins Innere des Resonators, wobei die Luft quasi aus allen Umgebungsrichtungen herangesaugt wird. Wenn der Luftdruck abnimmt, wie in der zweiten Hälfte einer Schwingungsperiode, kehrt sich die Strömungsrichtung der Luft in der Öffnung und/oder im Hals um. Aufgrund der kinetischen Energie der Luftpartikel erfolgt nun jedoch eine gerichtete Luftströmung. Hierbei kann mit kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Schallwellen gearbeitet werden. Um eine möglichst starke Luftströmung zu erhalten, ist insbesondere ein kontinuierlicher Schall zur Anregung geeignet. Entsprechend der Anregung weist der Hohlraumresonator eine spezifische Resonanzfrequenz auf.
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Die „Resonanzfrequenz“ ist insbesondere die Frequenz, bei welcher die Amplitude eines schwingfähigen Systems größer ist als bei Anregung durch benachbarte Frequenzen. Bei der Resonanzfrequenz kann es sich auch um die Eigenfrequenz eines schwingfähigen Systems ohne oder bei nur schwacher Dämpfung handeln, welches die Frequenz ist, mit welcher das System nach einmaliger Anregung als Eigenform schwingen kann. Wenn dem System insbesondere von außen Schwingungen aufgezwungen oder durch Anregung aufgeprägt werden, deren Frequenz mit der Eigenfrequenz des Systems übereinstimmt, reagiert das System bei schwacher Dämpfung mit besonders großen Amplituden (Resonanz). Die akustische Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators hängt insbesondere von der Geometrie des Hohlraums und der Form der Öffnung ab. Die Geometrie kann so verändert werden, dass die Resonanzfrequenz in einem bestimmten Frequenzbereich, beispielsweise in den Ultraschallbereich, verschoben wird. Die Resonanzfrequenz stimmt insbesondere mit der Anregungsfrequenz über.
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Eine „Öffnung“ ist insbesondere ein Durchbruch durch die Wand eines Hohlraumresonators, sodass das Luftvolumen im inneren Hohlraum des Hohlraumresonators mit der Umgebungsluft über die Öffnung in Kontakt steht.
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In einer weiteren Ausführungsform der Lüftervorrichtung weist die Lüftervorrichtung einen zweiten Hohlraumresonator, einen dritten Hohlraumresonator, einen vierten Hohlraumresonator, einen fünften Hohlraumresonator und/oder weitere Hohlraumresonatoren auf.
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Somit kann gezielt über die Anzahl der verwendeten Hohlraumresonatoren in der Lüftervorrichtung die Luftströmung und somit der Wärmeabtransport erhöht werden. Hierbei können die Hohlraumresonatoren beliebig zueinander sowie flächig und/oder räumlich zu einem zu kühlenden Gegenstand angeordnet werden.
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Ein „zweiter, dritter, vierter, fünfter und/oder weiterer Hohlraumresonator“ entspricht in seiner Ausführung und Funktion dem oben definierten Hohlraumresonator.
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Um die Resonanzfrequenz in einen gewünschten Frequenzbereich zu verschieben, ist eine Abmessung des Hohlraumresonators oder der Hohlraumresonatoren kleiner als eine Wellenlänge der abgegebenen Schallwelle.
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Folglich ist über die Wahl der geometrischen Dimensionen und/oder Abmessungen der Hohlraumresonatoren die Frequenz oder der Frequenzbereich der Resonanzfrequenz einstellbar, sodass diese wie auch die gewählte Frequenz der abgegebenen Schallwelle in einem Frequenzbereich liegen, welcher nicht für Menschen hörbar ist. Folglich findet beim Betrieb der Lüftervorrichtung keine Geräuschbelastung für Menschen statt.
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Bevorzugt ist eine Abmessung des Resonators kleiner als 1/4 bis 1/5 der Wellenlänge der Resonanzfrequenz. Beispielsweise weist der Hohlraumresonator bei einer Anregungsfrequenz von 4 kHz der abgegebenen Schallwelle eine geometrische Abmessung von <20 mm, bei einer Anregungsfrequenz von 20 kHz von <5 mm und bei einer Anregungsfrequenz von 40 kHz von <3 mm auf.
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Somit kann die Abmessung des Hohlraumresonators und/oder der Hohlraumresonatoren auch spezifisch auf den jeweiligen Anwendungsfall eines zu kühlenden Gegenstandes angepasst werden. Neben einer beliebigen flächigen oder räumlichen Anordnung der Hohlraumresonatoren, können diese in ihrer Abmessung auch so gewählt werden, dass diese an die jeweilige Raumsituation innerhalb eines Gerätes angepasst werden.
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Unter „Abmessung“ werden insbesondere die relevanten, kennzeichnenden Längenmaße eines Gegenstandes verstanden. Bei einer Abmessung handelt es sich insbesondere um die Länge, Breite und/oder Tiefe eines jeden Hohlraumresonators.
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Eine „Wellenlänge“ einer periodischen Welle ist insbesondere der kleinste Abstand zweier Punkte gleicher Phase. Die Wellenlänge ist insbesondere der Quotient aus Phasengeschwindigkeit und der Frequenz der Welle, wobei die Phasengeschwindigkeit vom Ausbreitungsmedium, beispielsweise Luft, abhängt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Lüftervorrichtung weist oder weisen der Hohlraumresonator oder die Hohlraumresonatoren jeweils einen Hals mit der Öffnung und einen Hohlraumvolumenkörper auf.
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Somit kann in Abhängigkeit der Geometrie des Halses mit der Öffnung und des Hohlraumvolumenkörpers gezielt das Masse-Feder-System und die akustische Resonanzfrequenz eingestellt werden. Folglich kann eine bestimmte Geometrie und/oder Form des Halses und des Hohlraumvolumenkörpers gewählt werden, um eine optimale Resonanzfrequenz im nicht hörbaren Bereich zu erzielen.
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Ein „Hals“ ist insbesondere der engere, kürzere obere Teil eines Hohlraumresonators, welcher die Öffnung aufweist.
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Der „Hohlraumvolumenkörper“ entspricht dem Körperteil des Hohlraumresonators, welcher das bereits oben beschriebene angekoppelte Luftvolumen aufnimmt.
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Um mittels des schwingenden Hohlraumresonators eine optimale, gerichtete Luftströmung zu erzielen, weist eine Länge des Halses oder der Hälse 2% bis 25%, einer maximalen Länge des jeweiligen Hohlraumresonators auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Lüftervorrichtung weist eine Breite des Halses oder der Hälse 5% bis 60%, insbesondere 10% bis 50%, bevorzugt 25% bis 40% einer maximalen Breite des jeweiligen Hohlraumresonators auf.
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Um auch einen Luftstrom zwischen den Hohlraumresonatoren und von unterhalb der Hohlraumresonatoren und somit eine großflächige Kühlung eines Gegenstandes zu realisieren, ist zwischen zwei Hohlraumresonatoren jeweils ein Durchgang angeordnet, sodass durch jeden Durchgang eine gerichtete Luftströmung führbar ist.
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Durch Durchgänge zwischen nebeneinander angeordneten Hohlraumresonatoren wird aufgrund der an den Öffnungen der Hohlraumresonatoren induzierten Luftströmung auch ein jeweiliger Luftstrom von der Unterseite der Hohlraumresonatoren durch die jeweils zwischen den Hohlraumresonatoren angeordneten Durchgänge in Richtung zur Oberseite mit den Öffnungen bewirkt.
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Ein „Durchgang“ ist insbesondere ein freier Raum und/oder eine lang gezogene Öffnung zwischen jeweils zwei Hohlraumresonatoren.
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In einer weiteren Ausführungsform der Lüftervorrichtung weist die Schallwelle des Schallgebers eine Frequenz von größer 10 kHz, insbesondere größer 20 kHz, bevorzugt zwischen 25 kHz und 60 kHz auf.
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Somit liegt die abgegebene Schallwelle in einem für den Menschen nicht hörbaren Frequenzbereich, insbesondere im nicht hörbaren Ultraschallbereich, und/oder unterhalb der Hörschwelle. Folglich liegt ebenfalls die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators entsprechend im nicht hörbaren Bereich.
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Als „Ultraschallbereich“ wird insbesondere Schall mit Frequenzen oberhalb des Hörfrequenzbereiches des Menschen verstanden. Der Ultraschallbereich umfasst insbesondere Frequenzen ab 20 kHz.
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Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die nichthörbare Frequenz individuell bei Menschen unterschiedlich ist und die Hörschwelle abhängig von der Frequenz und dem Schalldruckpegel ist.
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Um effektiv einen gerichteten, starken Luftstrom zu erzeugen, weisen die Hohlraumresonatoren im Wesentlichen die gleiche Resonanzfrequenz auf.
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Somit weisen die Hohlraumresonatoren ebenfalls im Wesentlichen eine identische oder sehr ähnliche geometrische Form auf. Jedoch können auch Hohlraumresonatoren mit unterschiedlichen geometrischen Formen zusammen in einer Lüftervorrichtung verwendet werden, um beispielsweise spezifisch an bestimmten Stellen eine stärkere und/oder schwächere Luftströmung zu erzeugen.
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In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Gegenstand, welcher eine zuvor beschriebene Lüftervorrichtung aufweist.
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Dadurch, dass die Lüftervorrichtung gezielt über die Geometrie, Form und/oder Anordnung der Hohlraumresonatoren sowie der gewählten Frequenz der abgegebenen Schallwelle auf die Kühl- und/oder Belüftungsanforderungen des Gegenstands modular anpassbar ist, ist der Gegenstand ohne Einschränkungen in seinem Betrieb optimal kühlbar. Somit ist die Lüftervorrichtung gezielt auf die Geometrie und räumliche Anordnung des Gegenstandes sowie die Menge der abzutransportierenden Wärme anpassbar.
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Ein „Gegenstand“ ist insbesondere ein materielles Gebilde, welches eine bestimmte physische Ausdehnung und eine bestimmte Form aufweist. Bei einem Gegenstand handelt es sich insbesondere um einen zu kühlenden und/oder zu belüftenden Gegenstand. Ein Gegenstand ist beispielsweise ein zu kühlendes Gerät, Gerätegehäuse oder ein einzelnes elektronisches oder mechanisches Bauteil, wie ein Netzteil oder ein Mikroprozessor. Bei einem Gegenstand kann es sich auch um einen aktiven oder passiven Kühlkörper handeln, wobei im Falle eines aktiven Kühlkörpers die Lüftervorrichtung die Luftströmung entlang des Kühlkörpers führt.
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Um eine gerichtete Überströmung entlang einer Oberfläche des Gegenstandes mit Luft zu erzielen, ist oder sind eine Längsachse des Hohlraumresonators oder die Längsachsen der Hohlraumresonatoren abweichend von einer Senkrechten oder Horizontalen des Gegenstandes geneigt.
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Durch eine Neigung der Öffnungen der Hohlraumresonatoren in Bezug zu dem Gegenstand kann gezielt ein Überströmen der Oberfläche des Gegenstandes mit der Luftströmung erreicht und somit ein verbesserter Wärmeübergang erzielt werden.
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Die „Längsachse“ ist insbesondere eine gedachte Achse, die parallel zur Länge jedes Hohlraumresonators verläuft.
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Entsprechend der Neigung der Längsachse der Hohlraumresonatoren in Bezug zu einer Senkrechten oder Horizontalen des Gegenstandes ist der Schallgeber gegebenenfalls ebenfalls geneigt, sodass die Schallwelle im optimalen Winkel und/oder mit einem optimalen Schalldruck auf die Öffnungen der Hohlraumresonatoren auftrifft.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine stark schematische Schnittdarstellung eines Lüfters mit einem Ultraschallgeber und Ultraschall-Resonatoren an einem Metallkörper,
- 2 eine stark schematische Schnittdarstellung einer Alternative des Lüfters mit geneigten Ultraschall-Resonatoren an einem Metallkörper, und
- 3 eine stark schematische Schnittdarstellung einer weiteren Alternative des Lüfters mit Durchgangsöffnungen zwischen den Ultraschall-Resonatoren an einem Metallkörper.
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Ein Lüfter 101 weist einen Ultraschallgeber 103 und sechs Ultraschall-Resonatoren 107 mit jeweils einer Mündung 109 auf. Die Ultraschall-Resonatoren 107 sind an einer Oberfläche eines Metallkörpers 117 angeordnet und weisen eine im Wesentlichen identische Form auf. Die Form der Ultraschall-Resonatoren 107 ist derart gewählt, dass die Ultraschall-Resonatoren 107 bei einer Frequenz von 40 kHz als Helmholtz-Resonator in akustische Eigenresonanz gelangen und schwingen.
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Beim Betrieb des Lüfters 101 wird mittels des Ultraschallgebers 103 eine Ultraschallwelle 105 mit einer Frequenz von 40 kHz erzeugt und abgegeben, wobei die Ultraschallwelle 105 über die Mündungen 109 der Ultraschall-Resonatoren 107 geleitet wird. Aufgrund eines Anregens der Ultraschall-Resonatoren 107 durch die Ultraschallwelle 105 und deren induziertes Schwingen bildet sich an den Mündungen 109 der Ultraschall-Resonatoren 107 jeweils eine gerichtete Luftströmung 111 aus, welche zu einem erhöhten Wärmeübergang zwischen der Oberfläche des Metallkörpers 117 und der Umgebungsluft führt, wodurch der Metallkörper 117 gekühlt wird.
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In einer Alternative des Lüfters 101 sind sechs Ultraschall-Resonatoren 107 jeweils mit einer Mündung 109 an einer Oberfläche eines Metallkörpers 117 eingebracht, wobei die Ultraschall-Resonatoren 107 derart geneigt sind, dass deren Mündungen 109 in eine von der Senkrechten des Metallkörpers 117 abweichenden Ausrichtung in eine gemeinsame Richtung zeigen. Hierbei ist jede Längsachse 119 des jeweiligen Ultraschall-Resonators 107 um 45° nach rechts von der Senkrechten des Metallköpers 117 geneigt.
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Die im Wesentlichen identische Form der Ultraschall-Resonatoren 107 ist hier ebenfalls so gewählt, dass die Ultraschall-Resonatoren 107 bei einer Anregungsfrequenz von 40 kHz als Helmholtz-Resonator ins Schwingen gelangen.
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Mittels eines Ultraschallgebers 103 wird eine Ultraschallwelle 105 von schräg oben auf die Mündungen 109 der Ultraschall-Resonatoren 107 gerichtet, welche eine Frequenz von 40 kHz aufweist. Dadurch werden Luftströmungen an den Mündungen 109 der Ultraschall-Resonatoren 107 erzeugt, welche zu einem effektiv gerichteten Luftstrom 113 entlang der Oberfläche des Metallkörpers 117 führen, wodurch ein erhöhter Wärmeübergang und Wärmeaustausch zwischen der Oberfläche des Metallkörpers 117 und der Umgebungsluft aufgrund des gerichteten Luftstroms 113 erfolgt.
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In einer weiteren Alternative des Lüfters 101 weist der Metallkörper 117 eine flache Form auf, an deren Oberfläche sechs Ultraschall-Resonatoren 107 mit im Wesentlichen gleicher Form und jeweils einer Mündung 109 eingebracht sind. Diese Form ist so gewählt, dass die Ultraschall-Resonatoren 107 bei einer Anregungsfrequenz von 60 kHz als Helmholtz-Resonator in akustische Eigenresonanz gelangen und schwingen. Zwischen den Ultraschall-Resonatoren 107 sind in Längsausrichtung der Ultraschall-Resonatoren 107 jeweils Durchgangsöffnungen 115 eingebracht.
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Ein Ultraschallgeber 103 erzeugt eine Schallwelle 105 mit einer Frequenz von 60 kHz, welche parallel zu einer Oberseite des Metallkörpers 117 über die Mündungen 109 der Ultraschall-Resonatoren 107 geleitet wird. Die durch eine Anregung mittels der Schallwelle 105 induzierten Luftströmungen an den Mündungen 109 der Ultraschall-Resonatoren 107 führen zu einem effektiv gerichteten Luftstrom 111 von einer Unterseite des flachen Metallkörpers 117 durch die Durchgangsöffnungen 115 zu seiner Oberseite und in gleicher Richtung weg von dieser Oberseite. Dieser Luftstrom 111 führt zu einem erhöhten Wärmeübergang und Wärmeaustausch zwischen dem Metallkörper117 und der Umgebungsluft.
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Mithin wird ein Lüfter bereitgestellt, welcher ohne rotierende und mechanisch bewegte Teile einen effizienten Luftstrom und Wärmeabtransport gewährleistet, ohne dass für Menschen störende Geräusche dabei auftreten.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Lüfter
- 103
- Ultraschallgeber
- 105
- Ultraschallwelle
- 107
- Ultraschall-Resonator
- 109
- Mündung
- 111
- gerichteter Luftstrom
- 113
- resultierender Luftstrom an Oberfläche des Körpers
- 115
- Durchgangsöffnung
- 117
- Metallkörper
- 119
- Längsachse des Ultraschall-Resonators
