DE10232692A1 - Cooling system for an electronic device has fluid circulated around a cooling loop by a piezo electric oscillated diaphragm pumping unit - Google Patents

Cooling system for an electronic device has fluid circulated around a cooling loop by a piezo electric oscillated diaphragm pumping unit Download PDF

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Oliver Hennig
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Hans Prof.Dr. Meixner
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Abstract

The cooling system has a processor (2) mounted on a conductive block (3) that has a tube connection (6) to a fluid loop. This passes through a chamber in a finned heat sink (8) and is closed by a flexible diaphragm (10). Fluid is displaced and circulated by vibrating the diaphragm with a piezo electric actuator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpvorrichtung zum Pumpen eines Fluids mit einer Einströmöffnung und einer Ausströmöffnung und einem zwischen Einströmöffnung und Ausströmöffnung angeordneten Pumpraum, dessen Pumpvolumen mit Hilfe einer Betätigungsvorrichtung variierbar ist.The invention relates to a pump device for Pumping a fluid with an inlet opening and an outlet opening and one between inlet and Outflow opening arranged pump chamber, whose pump volume can be varied using an actuating device is.

Die Erfindung betrifft ferner eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Betätigungsvorrichtung mit einer von einer Steuerschaltung gesteuerten Endstufe, die die Bestätigungsvorrichtung mit einem Stellsignal beaufschlagt.The invention further relates to a Circuit arrangement for operating an actuating device with a by a control circuit controlled output stage, the confirmation device acted upon with a control signal.

Die Erfindung betrifft schließlich eine Kühlvorrichtung mit einer Wärmequelle und einer Wärmesenke sowie einer Pumpvorrichtung, um ein Kühlfluid von der Wärmequelle zu der Wärmesenke zu befördern.Finally, the invention relates to a cooler with a heat source and a heat sink and a pumping device to deliver a cooling fluid from the heat source to the heat sink to transport.

Geräte, in denen Verlustwärme entsteht, benötigen häufig eine Kühlvorrichtung, um zu verhindern, dass eine Baugruppe des Elektrogeräts überhitzt. Insbesondere benötigen tragbare Computer, sogenannte Notebooks oder Laptops in der Regel eine Kühlvorrichtung für ihren Prozessor. Eine derartige Kühlvorrichtung besteht im Allgemeinen aus einem Lüfter, dessen Drehzahl in Abhängigkeit von der Temperatur des Prozessors geregelt wird. Diese Lüfter brauchen bis zu 1 Watt an Leistung. Demgegenüber benötigt ein auf geringen Stromverbrauch optimierter tragbarer Computer gerade 10 Watt an Leistung. Somit werden rund 10% der gesamten Leistung für die Kühlung des Prozessors aufgewendet.Devices that generate heat loss need frequently a cooling device, to prevent an assembly of the electrical device from overheating. In particular need portable computers, so-called notebooks or laptops usually one cooler for her Processor. Such a cooling device generally consists of a fan, the speed of which depends is regulated by the temperature of the processor. These fans need up to 1 watt of power. In contrast, requires a low power consumption optimized portable computer just 10 watts of power. Consequently around 10% of the total power is used to cool the processor.

Darüber hinaus sind die heute zur Kühlung verwendeten Lüfter für einen Großteil des Betriebsgeräusches der heutigen PCs verantwortlich.In addition, they are today Cooling used Fan for one large part of operating noise of today's PCs.

Weiter von Nachteil ist der große Raumbedarf der zur Kühlung verwendeten Lüfter. Hinzu kommt, dass Lüftungskanäle und Lüftungsschlitze notwendig sind, um die erforderliche Luftzirkulation zu ermöglichen. Das Lüftungssystem nimmt daher einen nicht zu vernachlässigenden Anteil des Volumens innerhalb des Gehäuses in Anspruch. Außerdem ermöglichen die Lüftungsschlitze das Eindringen von Fremdpartikeln und Flüssigkeiten in das Gehäuse.Another disadvantage is the large space requirement the one for cooling used fans. In addition, ventilation ducts and ventilation slots are necessary to allow the necessary air circulation. The ventilation system therefore takes a not negligible part of the volume inside the case claim. Moreover enable the ventilation slots the penetration of foreign particles and liquids into the housing.

Um den Energieverbrauch und die Geräuschentwicklung der Kühlvorrichtung gering zu halten, werden die für die Kühlvorrichtung verwendeten Lüfter nur bei Bedarf eingeschaltet. Dies führt allerdings dazu, dass die Temperatur des zu kühlenden Bauelements schwankt.About energy consumption and noise the cooling device to keep it low, for the cooling device used fans only switched on when required. However, this means that the Temperature of the item to be cooled Component fluctuates.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine energiesparende und möglichst geräuscharme Vorrichtung zum Pumpen eines Fluids zu schaffen sowie eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der Vorrichtung anzugeben. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kühlvorrichtung zu schaffen.Based on this state of the art the invention has for its object an energy-saving and possible noise To create a device for pumping a fluid and a circuit arrangement specify to control the device. The invention also lies the task of creating an improved cooling device.

Diese Aufgaben werden durch die Pump- und Kühlvorrichtung sowie die Schaltungsanordnung mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.These tasks are handled by the pumping and cooler as well as the circuit arrangement with those specified in the independent claims Features resolved. Dependent on it claims advantageous refinements and developments are given.

Bei der Pumpvorrichtung zum Pumpen eines Fluids wird die zur Variation des Pumpvolumens erforderliche Bewegung von der Betätigungsvorrichtung mit Hilfe von Material erzeugt, das beim Anlegen eines elektromagnetischen Felds einen Striktionseffekt zeigt. Diese Materialien können beispielsweise elektrostriktive Materialien, insbesondere piezoelektrische Materialien, oder magnetostriktive Materialien sein. Diesen Materialien ist gemeinsam, dass sie in der Lage sind, große Druckkräfte auszuüben, was zum Betätigen, insbesondere beim Verkleinern eines Pumpraums von Vorteil ist. Darüber hinaus können diese Materialien mit hohen Frequenzen angesteuert werden. Demnach können die geringen Stellwege durch große Frequenzen kompensiert werden, so dass sich im Ergebnis ausreichende Pumpleistungen ergeben.With the pump device for pumping of a fluid becomes the one required to vary the pump volume Movement from the actuator with the help of material generated when applying an electromagnetic Felds shows a striction effect. These materials can be electrostrictive, for example Materials, especially piezoelectric materials, or magnetostrictive Materials. Common to these materials is that they are used in the Are great compressive forces exercise, what to press is particularly advantageous when reducing the size of a pump room. Furthermore can this Materials with high frequencies can be controlled. Accordingly, the short travel ranges due to large Frequencies are compensated so that the result is sufficient Pump performance results.

Eine bevorzugte Ausführung der Pumpvorrichtung zum Pumpen eines Fluids weist einen Pumpraum auf, der durch eine Membran abgeschlossen ist, an der ein piezoelektrischer Aktor anliegt.A preferred embodiment of the Pump device for pumping a fluid has a pump chamber, which is closed by a membrane on which a piezoelectric Actuator is present.

Piezoelektrische Bauelemente sind allgemein verfügbar und lassen sich durch Anlegen einer äußeren Hochspannung steuern. Außerdem arbeiten die piezoelektrischen Aktoren nahezu geräuschlos, so dass sich eine geräuscharme Pumpvorrichtung zum Pumpen von Fluiden ergibt. Eine genaue Abschätzung des Energiebedarfs einer derartigen Pumpvorrichtung zeigt ferner, dass die Leistungsaufnahme der Pumpvorrichtung unterhalb von etwa 0,2 Watt liegt. Bei gleicher Kühlleistung ergibt sich somit ein wesentlich geringerer Energiebedarf als bei den im Stand der Technik verwendeten Lüftern.Piezoelectric components are generally available and can be controlled by applying an external high voltage. Moreover the piezoelectric actuators work almost noiselessly, so that there is a low noise Pump device for pumping fluids results. A precise estimate of the Energy requirements of such a pump device also shows that the power consumption of the pump device below about 0.2 watts lies. With the same cooling capacity this results in a significantly lower energy requirement than with the fans used in the prior art.

Bei der Schaltungsanordnung zum Betrieb der Betätigungsvorrichtung ist die Betätigungsvorrichtung, die eine kapazitive Last darstellt, mit einer weiteren Hilfskapazität und einer Induktivität in Reihe geschaltet. Die Betätigungsvorrichtung bildet zusammen mit der Hilfskapazität und der Induktivität einen Serienschwingkreis, der an einem Ende mit dem Stellsignal beaufschlagt ist und einem anderen Ende mit einem Referenzpotential verbunden ist. Parallel zu der Betätigungsvorrichtung und der Hilfskapazität sind jeweils Dioden geschaltet, die untereinander entgegengesetzt gepolt sind.In the circuit arrangement for operating the actuator is the actuator, which represents a capacitive load, with another auxiliary capacity and one inductance connected in series. The actuator forms a series resonant circuit together with the auxiliary capacitance and the inductance, which is acted upon at one end by the control signal and one other end is connected to a reference potential. Parallel to the actuator and the auxiliary capacity each connected to diodes, the opposite polarity to each other are.

Bei dieser Schaltungsanordnung werden die im Inneren des Serienschwingkreises auftretenden Spannungsspitzen dazu verwendet, die Betätigungsvorrichtung mit großen Spannungen zu beaufschlagen. Um zu verhindern, dass die Betätigungsvorrich tung mit Spannungen beaufschlagt wird, die für die Betätigungsvorrichtung schädlich sind, ist die Hilfskapazität vorgesehen, durch die die Energie der für die Betätigungsvorrichtung schädlichen Halbwellen aufgenommen wird. Durch die Dioden wird dafür gesorgt, dass eine für die Betätigungsvorrichtung unschädliche Halbwelle an der Betätigungsvorrichtung anliegt und dass eine für die Betätigungsvorrichtung schädliche Halbwelle an der Hilfskapazität anliegt, wo die Energie einer derartigen Halbwelle gespeichert wird.In this circuit arrangement, the voltage peaks occurring in the interior of the series resonant circuit are used to apply large voltages to the actuating device. In order to prevent the actuating device from being subjected to voltages which are necessary for the Actuator are harmful, the auxiliary capacity is provided through which the energy of the half-waves harmful to the actuator is absorbed. The diodes ensure that a half-wave that is harmless to the actuating device is applied to the actuating device and that a half-wave that is harmful to the actuating device is applied to the auxiliary capacitance, where the energy of such a half-wave is stored.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung zum Betrieb der Betätigungsvorrichtung ist eine Gegentaktendstufe vorgesehen, die von einem Komparator gesteuert ist, der mit einem Oszillatorsignal aus einem externen Oszillator und einem Rückkopplungssignal beaufschlagt ist, das von dem an der Betätigungsvorrichtung anliegenden Stellsignal abgeleitet ist.In a preferred embodiment the circuit arrangement for operating the actuating device is a Push-pull output stage provided, controlled by a comparator is that with an oscillator signal from an external oscillator and a feedback signal is acted upon by the applied to the actuator Control signal is derived.

Mit dieser Schaltung wird die an der Betätigungsvorrichtung anliegende Spannung phasenstarr mit dem Oszillatorsignal gekoppelt. Gegebenenfalls kann die Auslenkung der Betätigungsvorrichtung so geregelt werden, dass die Leistung der Vorrichtung zum Pumpen eines Fluids der jeweils erforderlichen Kühlleistung angepasst wird. Außerdem wird durch die Gegentaktendstufe der Serienschwingkreis mit der notwendigen Energie versorgt, was schon allein deshalb notwendig ist, weil die Betätigungsvorrichtung aufgrund der zu erbringenden Pumpleistung stark gedämpft ist.With this circuit, the on the actuator applied voltage is phase locked to the oscillator signal. If necessary, the deflection of the actuating device can be regulated in this way be that the performance of the device for pumping a fluid the cooling capacity required in each case is adjusted. Moreover is the series resonant circuit with the supplies the necessary energy, which is necessary for this alone is because the actuator is strongly damped due to the pumping power to be provided.

Die zum Betrieb in Computern geeignete Kühlvorrichtung ist schließlich mit der Pumpvorrichtung ausgestattet, deren Pumpvolumen durch die Betätigungsvorrichtung variiert wird, die die erforderlichen Stellwege mit Hilfe eines Materials bringt, das beim Anlegen eines äußeren elektromagnetischen Feldes einen Striktionseffekt zeigt.The cooling device suitable for use in computers is finally equipped with the pump device, the pump volume by the actuator is varied, the required travel using a Brings material that when applying an external electromagnetic field shows a restriction effect.

Zweckmäßigerweise wird die Betätigungsvorrichtung, bei der es sich vorzugsweise um einen Piezoaktor handelt, mit Hilfe der bereits beschriebenen Schaltungsanordnung betrieben. Dadurch gibt sich insgesamt eine platz- und energiesparende Kühlvorrichtung, die sich zum Einsatz in tragbaren Computern eignet.The actuating device is expediently which is preferably a piezo actuator, with the help operated the circuit arrangement already described. Thereby overall there is a space and energy-saving cooling device, which is suitable for use in portable computers.

Nachfolgend wird die Erfindung im Einzelnen anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen:The invention is described below in Individual using the attached Drawing explained. Show it:

1 den Aufbau einer platz- und energiesparenden Kühlvorrichtung; 1 the construction of a space and energy-saving cooling device;

2 eine Schaltungsanordnung zum Betrieb der Kühlvorrichtung aus 1; und 2 a circuit arrangement for operating the cooling device 1 ; and

3A und B Diagramme, in denen der zeitliche Verlauf eines Steuersignals und eines Stellsignals dargestellt sind. 3A and B Diagrams showing the time course of a control signal and an actuating signal.

Die Kühlvorrichtung 1 dient dazu, ein Bauelement 2 mit großer Verlustleistung zu kühlen. Zu diesem Zweck ist auf das Bauelement 2 ein Wärmetauscher 3 aufgesetzt, der im Inneren einen Hohlraum 4 zur Aufnahme eines Kühlfluids 5 aufweist. Bei dem Kühlfluid 5 handelt es sich vorzugsweise um Wasser. Ferner sind am Wärmetausche 3 Anschlüsse 6 vorgesehen, an denen Leitungen 7 anschließbar sind, die zu einem Kühlkörper 8 führen. Im Kühlkörper 8 ist ein Pumpraum 9 ausgebildet, der von einer Membran 10 abgeschlossen ist. Außerdem verfügt der Kühlkörper 8 über eine Einströmöffnung 11 und eine Ausströmöffnung 12. Die Einströmöffnung 11 ist durch ein Einlassventil 13 und die Ausströmöffnung 12 durch ein Auslassventil 14 abgeschlossen. Die Membran 10 schließlich, die den Pumpraum 9 abschließt, wird von einem Piezoaktor 15 betätigt.The cooler 1 serves a component 2 to cool with great power loss. For this purpose is on the component 2 a heat exchanger 3 put on the inside of a cavity 4 to hold a cooling fluid 5 having. With the cooling fluid 5 it is preferably water. Are also on the heat exchange 3 connections 6 provided where lines 7 are connectable to a heat sink 8th to lead. In the heat sink 8th is a pump room 9 trained by a membrane 10 is completed. It also has a heat sink 8th via an inflow opening 11 and an outflow opening 12 , The inflow opening 11 is through an inlet valve 13 and the outflow opening 12 through an exhaust valve 14 completed. The membrane 10 finally, the pump room 9 completes, is by a piezo actuator 15 actuated.

In der Kühlvorrichtung 1 wird das Kühlfluid 5 durch den Wärmetauscher 3 gefördert und dabei Wärme vom Wärmetauscher 3 zum Kühlkörper 8 transportiert, wo die Wärmeenergie in die Umgebung abgegeben werden kann.In the cooler 1 becomes the cooling fluid 5 through the heat exchanger 3 promoted and heat from the heat exchanger 3 to the heat sink 8th transported where the thermal energy can be released into the environment.

Die in 1 dargestellte Kühlvorrichtung 1 weist einen geschlossenen Kühlkreislauf auf. Grundsätzlich ist jedoch auch ein offener Aufbau denkbar, bei der beispielsweise das Kühlfluid an einem Ende angesaugt und an einem entgegengesetzten Ende ausgestoßen wird. Wesentlich Bestandteil der Kühlvorrichtungen mit offenen und geschlossenen Kühlkreislauf ist die piezoelektrischen Membranpumpe, die mit Hilfe der Membran 10 und des Piezoaktors 15 bewerkstelligt ist.In the 1 shown cooling device 1 has a closed cooling circuit. In principle, however, an open structure is also conceivable, in which, for example, the cooling fluid is sucked in at one end and expelled at an opposite end. An essential part of the cooling devices with open and closed cooling circuits is the piezoelectric diaphragm pump, which works with the help of the diaphragm 10 and the piezo actuator 15 is accomplished.

Durch das Anlegen einer Hochspannung an den Piezoaktor 15 kann die Länge des Piezoaktors 15 verändert werden. Durch die Ausdehnung des Piezoaktors 15 wird die Membran 10 eingedrückt, so dass sich das Pumpvolumen des Pumpraums 9 verringert. Dadurch wird das im Pumpraum 9 vorhandene Fluid durch die Ausströmöffnung 12 hindurch in die Leitungen 7 zum Wärmetauscher 3 befördert. Im weiteren Verlauf sinkt die am Piezoaktor 15 anliegende Spannung auf kleine Werte ab und der Piezoaktor 15 zieht sich zusammen. Die Membran 10 folgt dann der Bewegung des Piezoaktors 5, wobei sie unter Umständen durch eine in 1 nicht dargestellte Feder unterstützt wird. Durch die Ausdehnung der Membran 10 vergrößert sich das im Pumpraum 9 vorhandene Pumpvolumen und das Pumpfluid wird an der Einströmöffnung 11 aus der Leitung 7 angesaugt.By applying a high voltage to the piezo actuator 15 can be the length of the piezo actuator 15 to be changed. Due to the expansion of the piezo actuator 15 becomes the membrane 10 indented so that the pumping volume of the pumping chamber 9 reduced. This will make it in the pump room 9 existing fluid through the outflow opening 12 through into the lines 7 to the heat exchanger 3 promoted. As the process progresses, that at the piezo actuator drops 15 applied voltage down to small values and the piezo actuator 15 contracts. The membrane 10 then follows the movement of the piezo actuator 5 , which may be marked by an in 1 not shown spring is supported. Due to the expansion of the membrane 10 this increases in the pump room 9 existing pump volume and the pump fluid is at the inflow opening 11 from the line 7 sucked.

In der Kühlvorrichtung 1 weist der Pumpraum 9 Längenabmessungen von wenigen Zentimetern auf. Betrachtet sei beispielsweise ein Pumpraum 9 mit einem Pumpvolumen von 5 cm × 2 cm × 0,2 cm und ein mittlerer Hub der Membran 10 von 1 μm. Pro Schwingungsperiode des Piezoaktors 15 ergibt sich ein gefördertes Fluidvolumen von 0, 05 m × 0, 02 m × 10–6 m = 10–9 m3 pro Periode.In the cooler 1 points the pump room 9 Length dimensions of a few centimeters. For example, consider a pump room 9 with a pump volume of 5 cm × 2 cm × 0.2 cm and a medium stroke of the membrane 10 of 1 μm. Per oscillation period of the piezo actuator 15 the fluid volume delivered is 0.05 m × 0.02 m × 10 -6 m = 10 -9 m 3 per period.

Bei einer Schwingungsfrequenz des Piezoaktors 15 von 200 Hz und bei der Verwendung von Wasser als Kühlmittel mit einer Dichte von ρH2O im Bereich von 1 g/cm3 und einer Wärmekapazität von Q = 4187 J/kgK ergibt sich bei einem Temperaturanstieg von ΔT = 10 K eine maximal transportierte Wärmemenge von 8,37 J/s. Somit ist es mit der Kühlvorrichtung 1 durchaus möglich, eine Kühlleistung im Bereich von 10 W zu erbringen.At an oscillation frequency of the piezo actuator 15 of 200 Hz and when using water as a coolant with a density of ρ H2O in the range of 1 g / cm 3 and a heat capacity of Q = 4187 J / kgK, a maximum transported heat results with a temperature increase of ΔT = 10 K. memenge of 8.37 J / s. So it is with the cooling device 1 quite possible to achieve a cooling capacity in the range of 10 W.

In 2 ist eine Schaltungsanordnung 16 dargestellt, mit der der Piezoaktor 15 gesteuert werden kann. In der Schaltungsanordnung 16 bildet der Piezoaktor 15 zusammen mit einer Induktivität 17 einen Serienschwingkreis, der eine charakteristische Eigenfrequenz besitzt, mit der der Piezoaktor 15 von der Kühlvorrichtung 1 betrieben wird. Typischerweise liegt die Eigenfrequenz des vom Piezoaktor 15 und der Induktivität 17 gebildeten Serienschwingkreises im Bereich von einige 100 Hz.In 2 is a circuit arrangement 16 shown with which the piezo actuator 15 can be controlled. In the circuit arrangement 16 forms the piezo actuator 15 together with an inductor 17 a series resonant circuit that has a characteristic natural frequency with which the piezo actuator 15 from the cooler 1 is operated. The natural frequency of the piezo actuator is typically 15 and inductance 17 Series resonant circuit formed in the range of some 100 Hz.

Um zu verhindern, dass der Piezoaktor 15 mit negativen Spannungen beaufschlagt wird, ist eine zwischen Induktivität 17 und Piezoaktor 15 angeordnete Diode 18 vorgesehen, an der ein Großteil der Spannung abfällt, wenn an einem Ausgang 19 der Induktivität 17 eine gegenüber einem Referenzpotential 20 negative Spannung anliegt. Zusätzlich ist eine parallel zum Piezoaktor 15 geschaltete Diode 21 vorgesehen, die so gepolt ist, das am Piezoaktor 15 keine großen negativen Spannungen auftreten können, denn durch negative Spannungen würde der Piezoaktor 15 zerstört werden. Durch die Diode 21 kann darüber hinaus während der negativen Halbwelle ein Strom zu einem Kondensator 22 fließen, der die Energie der Halbwelle aufnimmt, deren Spannungswerte gegenüber dem Referenzpotential 20 negative Werte aufweist.To prevent the piezo actuator 15 Negative voltages are applied between inductors 17 and piezo actuator 15 arranged diode 18 provided at which much of the voltage drops when at an output 19 of inductance 17 one versus a reference potential 20 negative voltage is present. In addition, there is one parallel to the piezo actuator 15 switched diode 21 provided that is poled so that on the piezo actuator 15 no large negative voltages can occur because negative voltages would cause the piezo actuator 15 be destroyed. Through the diode 21 can also conduct current to a capacitor during the negative half wave 22 flow, which absorbs the energy of the half-wave, its voltage values compared to the reference potential 20 has negative values.

Der von der Induktivität 17 und dem Piezoaktor 15 sowie dem Hilfskondensator 22 gebildeten Serienschwingkreis wird mit Hilfe des über den Piezoaktor 15 fließenden Stroms geregelt. Gemessen wird der Strom, indem die über einen Messwiderstand 23 abfallende Spannung gemessen wird. Die am Messwiderstand 23 abfallende Spannung wird über einen Eingangswiderstand 24 einem Eingang 25 eines Komparators 26 zugeführt. Ein zweiter Eingang 27 des Komparators 26 ist über einen Eingangswiderstand 28 an einen externen Oszillator angeschlossen, der in 2 nicht dargestellt ist. Ein Ausgang 29 des Komparators 26 ist schließlich über einen Rückkopplungswiderstand 30 auf den Eingang 27 zurückgekoppelt. Der Komparator 26 arbeitet daher als Schmitt-Trigger. Der Ausgang 29 des Komparators 26 beaufschlagt ferner eine Gegentaktendstufe 31, die von den Widerständen 32, 33, 34 und 35 sowie den Transistoren 36, 37, 38 und 39 gebildet ist.The inductor 17 and the piezo actuator 15 and the auxiliary capacitor 22 Series resonant circuit is formed with the help of the piezo actuator 15 flowing current regulated. The current is measured by using a measuring resistor 23 falling voltage is measured. The at the measuring resistor 23 falling voltage is via an input resistor 24 an entrance 25 a comparator 26 fed. A second entrance 27 of the comparator 26 is via an input resistor 28 connected to an external oscillator, which in 2 is not shown. An exit 29 of the comparator 26 is finally through a feedback resistor 30 to the entrance 27 fed back. The comparator 26 therefore works as a Schmitt trigger. The exit 29 of the comparator 26 also applies a push-pull output stage 31 by the resistors 32 . 33 . 34 and 35 as well as the transistors 36 . 37 . 38 and 39 is formed.

Angeregt wird der von der Induktivität 17 sowie dem Piezoaktor 15 und dem Hilfskondensator 22 gebildeten Serienschwingkreis durch die Transistoren 37 und 38, die den Serienschwingkreis abwechselnd in Reihe mit einer Batterie 40 oder gegen das Referenzpotential 20 schalten. Die Amplitude der Spannung des Serienschwingkreis wird durch eine Pulsweitenmodulation der Transistoren 37 und 38 geregelt. Die Amplitude des Schwingkreises ist über die Amplitude des am Eingang 27 des Komparators 26 anliegenden Oszillatorsignals eingestellt, dessen Frequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises liegt. Der Komparator 26 vergleicht das am Eingang 27 anliegende Oszillatorsignal mit dem am Eingang 25 anliegenden Messsignal und erzeugt an seinem Ausgang 29 aufgrund der Rückkopplung über den Rückkopplungswiderstand 30 ein schwingungsfreies, pulsweitenmoduliertes Steuersignal für die Gegentaktendstufe 31. Durch die Gegentaktendstufe wird das Steuersignal in ein Stellsignal für den Serienschwingkreis umgewandelt, das an einem Eingang 41 der Induktivität 17 anliegt.It is stimulated by the inductance 17 and the piezo actuator 15 and the auxiliary capacitor 22 Series resonant circuit formed by the transistors 37 and 38 that alternate the series resonant circuit in series with a battery 40 or against the reference potential 20 turn. The amplitude of the voltage of the series resonant circuit is determined by pulse width modulation of the transistors 37 and 38 regulated. The amplitude of the resonant circuit is greater than the amplitude of the input 27 of the comparator 26 applied oscillator signal whose frequency is close to the resonance frequency of the series resonant circuit. The comparator 26 compare that at the entrance 27 applied oscillator signal with that at the input 25 measurement signal and generates at its output 29 due to the feedback via the feedback resistor 30 a vibration-free, pulse width modulated control signal for the push-pull output stage 31 , The push-pull output stage converts the control signal into a control signal for the series resonant circuit, which is connected to an input 41 of inductance 17 is applied.

In 3A zeigt eine Kurve 42 den zeitlichen Verlauf des vom Komparator 26 erzeugten Ausgangssignals in der Anlaufphase. Während der Anlaufphase ist das Ausgangssignal in der einen Periodenhälfte bei +5 V und anderen Periodenhälften bei –5 V.In 3A shows a curve 42 the time course of the comparator 26 generated output signal in the start-up phase. During the start-up phase, the output signal is at +5 V in one half of the period and at -5 V in the other half of the period.

Während der Anlaufphase nimmt das am Piezoaktor 15 anliegende Spannungssignal kontinuierlich zu. Eine Kurve 43 zeigt in 3B den zeitlichen Verlauf des am Piezoaktor 15 anliegenden Spannungssignals. Im eingeschwungenen Zustand liegt das Ausgangssignal des Komparators 26 nur noch kurzzeitig bei –5 V, während das am Piezoaktor 15 anliegende Spannungssignal mit konstanter Amplitude schwingt.This takes place on the piezo actuator during the start-up phase 15 applied voltage signal continuously. A curve 43 shows in 3B the time course of the on the piezo actuator 15 applied voltage signal. The output signal of the comparator is in the steady state 26 only briefly at -5 V, while that on the piezo actuator 15 applied voltage signal oscillates with constant amplitude.

Es sei angemerkt, dass die Spannung der Batterie 40 lediglich 5 V beträgt. Die am Piezoaktor 15 anliegende Spannung schwankt jedoch sinusförmig mit einer Amplitude von 50 V zwischen etwa 100 V und 0 V hin und her.It should be noted that the voltage of the battery 40 is only 5 V. The one on the piezo actuator 15 However, the applied voltage fluctuates sinusoidally with an amplitude of 50 V between about 100 V and 0 V.

Ferner weist die in 2 dargestellte Schaltung einen hohen Wirkungsgrad auf. Die Leistungssaufnahme der Schaltung liegt bei geeigneter Dimensionierung unterhalb von 200 mV.Furthermore, in 2 circuit shown on a high efficiency. The power consumption of the circuit is below 200 mV if the dimensions are suitable.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, das die Polung der Dioden 18 und 21 sowie des Piezoaktors 15 umgedreht werden muss, wenn das Potential der Batterie 40 auf Werte unterhalb des Referenzpotential 20 gelegt werden würde.Finally, it should be noted that the polarity of the diodes 18 and 21 and the piezo actuator 15 must be turned over when the potential of the battery 40 to values below the reference potential 20 would be laid.

Die anhand der 1 bis 3 beschriebene Kühlvorrichtung kann besonders kompakt aufgebaut werden, wenn ein geschlossener Wasserkreislauf zur Kühlung des Bauelements 2 verwendet wird. Dadurch entfallen die beim Stand der Technik notwendigen Lüftungsschlitze und das benötigte Totvolumen zur Luftzirkulation. Außerdem wird das Innere des Geräts, in dem sich das Bauelement 2 befindet, gegen das Eindringen von Fremdpartikeln, wie beispielsweise Wasser, Sand und Staub geschützt.The based on the 1 to 3 The cooling device described can be constructed particularly compactly if a closed water circuit for cooling the component 2 is used. This eliminates the ventilation slots required in the prior art and the dead volume required for air circulation. It also covers the inside of the device in which the component is located 2 is protected against the ingress of foreign particles such as water, sand and dust.

Die Geräuschentwicklung der Kühlvorrichtung 1 ist sehr gering, da der Piezoaktor 15 nahezu lautlos arbeitet. Auch die Zirkulation des Kühlfluids 5 der Kühlvorrichtung 1 erfolgt ohne Geräuschentwicklung.The noise level of the cooling device 1 is very low because of the piezo actuator 15 works almost silently. Also the circulation of the cooling fluid 5 the cooling device 1 takes place without noise.

Die Kühlvorrichtung 1 eignet sich insbesondere für den Einsatz in tragbaren Computern, da es dort besonders auf die Verwendung von kompakten Bauelementen mit geringer Leistungsaufnahme ankommt.The cooler 1 is particularly suitable for use in portable computers, since it is particularly important to use compact components with low power consumption.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass die hier anhand 2 beschriebene Schaltungsanordnung auch zur Ansteuerung von elektrostriktiven Elementen in anderen Anwendungen geeignet ist. In Frage kommt beispielsweise auch die Ansteuerung von Injektoren, die Piezoaktoren aufweisen.Finally, it should be pointed out that the here based on 2 Circuit arrangement described is also suitable for controlling electrostrictive elements in other applications. It is also possible, for example, to control injectors that have piezo actuators.

Claims (10)

Pumpvorrichtung zum Pumpen eines Fluids (5) mit einer Einströmöffnung (11) und einer Ausströmöffnung (12) sowie einem zwischen Einströmöffnung (11) und Ausströmöffnung (12) angeordneten Pumpraum (9), dessen Pumpvolumen mit Hilfe einer Betätigungsvorrichtung variierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung die zur Variation des Pumpvolumens erforderliche Bewegung mit Hilfe eines Aktors (15) aus einem Material erzeugt, das beim Anlegen eines elektromagnetischen Feldes einen Striktionseffekt zeigt.Pump device for pumping a fluid ( 5 ) with an inflow opening ( 11 ) and an outflow opening ( 12 ) and one between the inflow opening ( 11 ) and outflow opening ( 12 ) arranged pump room ( 9 ), the pump volume of which can be varied with the aid of an actuating device, characterized in that the actuating device performs the movement required for varying the pump volume with the aid of an actuator ( 15 ) produced from a material that shows a striction effect when an electromagnetic field is applied. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Pumpraum durch eine elastische Membran (10) abgeschlossen ist.Pump device according to claim 1, in which the pump chamber is formed by an elastic membrane ( 10 ) is completed. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Aktor der Betätigungsvorrichtung ein Piezoaktor (15) ist.Pump device according to claim 1 or 2, wherein the actuator of the actuating device is a piezo actuator ( 15 ) is. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Betätigungsvorrichtung (15) mit einer von einer Steuerschaltung (24, 25, 26, 28, 30) gesteuerten Endstufe (31), die die Betätigungsvorrichtung (15) mit einem Stellsignal beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass – die kapazitive Betätigungsvorrichtung (15) zusammen mit einer Hilfskapazität (22) und einer Induktivität (17) einen mit dem Stellsignal beaufschlagten Serienschwingkreis bilden, – parallel zur Betätigungsvorrichtung (15) und der Hilfskapazität (22) jeweils eine Diode (18, 21) geschaltet ist, – die beiden Dioden (18, 21) untereinander entgegengesetzt gepolt sind, und – die parallel zur Betätigungsvorrichtung (15) geschaltete Diode (21) ein Anlegen einer Spannung mit falscher Polarität an der Betätigungsvorrichtung (15) verhindert.Circuit arrangement for operating an actuating device ( 15 ) with one from a control circuit ( 24 . 25 . 26 . 28 . 30 ) controlled power amplifier ( 31 ) which the actuator ( 15 ) acted upon by a control signal, characterized in that - the capacitive actuating device ( 15 ) together with an auxiliary capacity ( 22 ) and an inductance ( 17 ) form a series resonant circuit loaded with the control signal, - parallel to the actuating device ( 15 ) and the auxiliary capacity ( 22 ) one diode each ( 18 . 21 ) is switched, - the two diodes ( 18 . 21 ) are polarized in opposite directions to each other, and - which are parallel to the actuating device ( 15 ) switched diode ( 21 ) applying a voltage with wrong polarity to the actuating device ( 15 ) prevented. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, bei der die Betätigungsvorrichtung einen Piezoaktor (15) umfasst.Circuit arrangement according to Claim 4, in which the actuating device comprises a piezo actuator ( 15 ) includes. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Endstufe eine Gegentaktendstufe (31) ist.Circuit arrangement according to Claim 4 or 5, in which the output stage is a push-pull output stage ( 31 ) is. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der die Steuerschaltung einen Komparator (26) umfasst, der an einem Eingang (27) mit einem Oszillatorsignal beaufschlagt ist und an einem anderen Eingang (25) mit einem Messsignal beaufschlagt ist, das proportional zu dem über die Betätigungsvorrichtung (15) fließenden Strom ist.Circuit arrangement according to one of Claims 4 to 6, in which the control circuit comprises a comparator ( 26 ), which at an entrance ( 27 ) is supplied with an oscillator signal and at another input ( 25 ) is subjected to a measurement signal which is proportional to that via the actuating device ( 15 ) current is flowing. Kühlvorrichtung mit einer Wärmequelle (3) und einer Wärmesenke (8) und einer Pumpvorrichtung, die dazu dient, ein Fluid (5) von der Wärmequelle (3) zu der Wärmesenke (8) zu befördern, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpvorrichtung eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ist.Cooling device with a heat source ( 3 ) and a heat sink ( 8th ) and a pump device, which serves a fluid ( 5 ) from the heat source ( 3 ) to the heat sink ( 8th ) to convey, characterized in that the pumping device is a device according to one of claims 1 to 3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die in der Pumpvorrichtung vorhandene Betätigungsvorrichtung (15) von einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 gesteuert ist.Cooling device according to Claim 8, in which the actuating device ( 15 ) is controlled by a circuit arrangement according to one of claims 4 to 7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der das Kühlfluid Wasser ist.cooler according to claim 8 or 9, wherein the cooling fluid is water.
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