WO2000053935A1 - Method and devices for producing a fluid current - Google Patents

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WO2000053935A1
WO2000053935A1 PCT/EP2000/002164 EP0002164W WO0053935A1 WO 2000053935 A1 WO2000053935 A1 WO 2000053935A1 EP 0002164 W EP0002164 W EP 0002164W WO 0053935 A1 WO0053935 A1 WO 0053935A1
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WO
WIPO (PCT)
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wing element
resonator
movement
wing
link
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/002164
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German (de)
French (fr)
Inventor
Robert Spillner
Original Assignee
Robert Spillner
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Spillner filed Critical Robert Spillner
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D33/00—Non-positive-displacement pumps with other than pure rotation, e.g. of oscillating type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D11/00—Other rotary non-positive-displacement pumps

Definitions

  • the present invention relates on the one hand to a method and an apparatus for generating a fluid flow and on the other hand to a mechanism for superimposing movements and a gear arrangement for generating superimposed movements, in particular for generating a fluid flow.
  • turbomachines for example as a drive for vehicles, as fans for distributing and / or dissipating heat generated by a device, as pumps or the like.
  • Conventional fans have a rotational movement. It is driven by an electric motor that is connected to a fan wheel. With regard to the direction of flow, a distinction is made between axial, radial and diagonal fans.
  • the fan wheel has individual blades that are at a fixed angle to the flow. Such fans work stationary and are only optimally designed for one operating state.
  • fans are used for cooling electronic devices, in particular for cooling microprocessors (CPU).
  • CPU cooling microprocessors
  • the disadvantage of conventional fans is their low efficiency due to smaller electric motors for driving the fan wheel, resulting from the use of smaller ones live parts. Small fans draw a larger amount of electrical energy from the energy supply with the same cooling capacity than fans of larger design. As a result, conventional fans of smaller sizes drain the available energy sources, in particular batteries when using laptops, more quickly.
  • liquid pumps are known in which a fluid flow is generated by oscillating vane elements.
  • one end of the wing element is fixedly mounted, while the other end is designed to be free-swinging.
  • the free-swinging end of the wing element is deflected by means of electromagnetic or piezoelectric actuators, which either drive the bearing of the fixed end of the wing element or the free end of the wing element to oscillate, the free end of the wing element swinging back and forth.
  • the devices known from US-A-5,522,712 and WO-A-85 02 231 have moving mechanical components of relatively simple construction, which work with relatively low electrical losses, but are extremely complex with regard to the control device used for position determination and control.
  • US-A-5,522,712 uses a Hall effect device to control the position of the wing element.
  • the known devices have poor efficiency because, on the one hand, the wing elements operate with poor aerodynamic efficiency, the fluid flow due to an uncontrolled movement of the wing element breaks off very early, and secondly because the energy transfer from the wing elements to the surrounding fluid is very lossy.
  • the known ventilation devices have an increased noise level during operation.
  • the device known from EP-A-0 517 249 generates a two-dimensional fluid flow with a higher aerodynamic efficiency and a lower noise level.
  • the fluid flow is longer on a wing element, which results in a higher aerodynamic efficiency.
  • the device known from EP-A-0 517 249 has an extremely complex and complex drive linkage which brings about high friction losses in drive joints.
  • the size of the device is relatively large due to the structure of the drive.
  • the present invention is based on the specification of a method and devices which make it possible to provide a fluid flow with greater overall efficiency and less noise with the simplest and compact means in terms of structural dimensions.
  • the object is achieved according to the invention by a method for implementing translational and on the other hand oscillating and / or rotary motion sequences, on the one hand at least two decoupled translational motion sequences on two translationally movable elements and on the other hand at least two superimposed oscillating and / or rotary motion sequences a single element can be returned.
  • a method which essentially comprises the gear-like translation of different types of movement.
  • at least two translatory movements decoupled from one another are carried out, on the other hand two rotary movements or oscillating and / or rotary movements superimposed on one another.
  • the drive and output are interchangeable.
  • two translatory and decoupled movements on the drive side can be given to the transmission, with at least one element on the output side executing two overlapping oscillating and / or rotary movements. Thereby corresponding fluid flows can be generated.
  • the movement of an individual element in a given fluid flow which movement consists of at least two superimposed oscillating and / or rotational movement sequences, can be transmitted by a gear to at least two translatory movements decoupled from one another on the drive side.
  • Generation of a fluid flow in the sense of the invention means, on the one hand, that, for example, a wing element on the drive side carries out two overlapping rotary movements and thus generates a cooling air flow, or generates a hydroflow representing a ship's drive, but the invention also includes the movement of a functional element with the two overlapping movement sequences comprehensive motion profile, for example a ship propulsion screw, a toothbrush head, an air flow drive or the like.
  • the invention also encompasses that a corresponding element is moved by a fluid flow and, for example, translatory, decoupled movements are used on the output side for energy generation.
  • a corresponding element is moved by a fluid flow and, for example, translatory, decoupled movements are used on the output side for energy generation.
  • new types of wind turbines can be built, for example.
  • the invention also encompasses the forced guidance of one of the decoupled translational motion sequences.
  • the invention also includes a method for generating a fluid flow, wherein at least one wing element is driven by at least one drive device with two overlapping movements.
  • the wing element carries out an oscillating movement between two reversal points and a rotational movement in front of the reversal points about the longitudinal axis of the wing, the drive device being advantageously provided by a resonator-operated resonator.
  • a fluid flow with increased efficiency and reduced noise is generated.
  • the losses are reduced, since the operation in the resonance range means that only the self-damping by the wing element and the resonator can be compensated for as losses.
  • the drive device causes the wing element to oscillate between two reversal points about a pivot point.
  • the end face of the wing element takes an angle between 0 ° and 180 ° to the fluid flow during the oscillating movement, for. B. an angle between 10 ° and 80 °, particularly preferably an angle between 15 ° and 75 °.
  • a drive device is used both for the oscillating movement and for the rotary movement of the wing element.
  • the rotary movement is brought about by the oscillating movement.
  • the rotary movement can advantageously be brought about by positive guidance, for example due to a backdrop by the oscillating movement.
  • the rotary movement is advantageously brought about in the two reversal points of the oscillating movement, with additional torque acting on the wing element due to changing flow forces caused by the so-called wind vane effect and thus forcing a passive rotary movement about the longitudinal axis of the wing element.
  • the reversal points of the swinging movement there are very high angular velocities around the wing axis, which cause additional unsteady flows.
  • Investigations on rapidly moving wing elements with an incline flow have shown that very high, by a factor of 2 to 3, higher aerodynamic pressure resistance coefficients arise, which bring about an excellent energetic conversion of the driving forces to the fluid and thus a high aerodynamic efficiency.
  • the movement of a wing element is freely variable in at least two directions. From the point of view of optimization, simple and complex movement profiles can be generated. For example, the number and location of the rotations about the longitudinal axis can be varied and the like.
  • the present invention provides a mechanism for superimposing movements, in particular for generating a fluid flow, which has a first link rotatably mounted on a frame and a second link rotatably mounted on the first link, the axes of rotation of the first and the second
  • the links are orthogonal to each other.
  • at least one body to be moved can be fastened to the second link, preferably a wing element, particularly preferably in the form of a bee wing.
  • the mechanism enables a body attached to the second link to move independently of one another about the axes of rotation of the first and second links.
  • the two rotatable members of the mechanism thus provide a decoupled system.
  • the first and the second link can be coupled to one another, so that the rotary movements made possible by the mechanism automatically, for example by means of a positive guidance or the like, are mutually dependent.
  • At least one of the links is provided with a force accumulator, which enables the first or the second link to be rotated even with slight adjustment movements.
  • the mechanism is kept stable in two states and is already changing with the smallest adjustment movements from one stable position to the other stable position.
  • the limbs perform a kind of snap movement.
  • the frame of the mechanism can be moved in translation.
  • the invention provides a gear arrangement for generating superimposed movements, in particular for generating a fluid flow, which has a mechanism of the type mentioned, at least one of the links being rotatable by means of a drive device.
  • the drive device is a resonator operated in resonance, which is advantageously excited in the natural frequency of the overall system.
  • the resonator By operating the resonator in the resonance range by means of excitation in the natural frequency of the system, the losses of the gear arrangement due to friction and the like are minimal, since essentially only the internal damping of the components of the gear arrangement can be compensated for as losses.
  • the excitation is advantageously carried out by at least one electromagnetic and / or piezoelectric actuator.
  • the resonator is a spring element, advantageously an elastic round wire.
  • the spring element is advantageously connected at one end to the second rotatably mounted link of the mechanism and at the other end to the frame.
  • the reversal can also be provided; that is, fluid movement is transmitted to a generator unit via the wing members and the coupling system.
  • the invention also proposes to determine optimal movement profiles using an evolution strategy. Essentially random changes are checked for measurable effects, e.g. B. noise, efficiency, etc., and possibly amplified or weakened. Further details, features and advantages of the invention are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the figures. Show:
  • Figure 1 is a schematic perspective side view of a device for generating or receiving a fluid stream.
  • FIG. 2 in a schematic perspective side view in detail the control for a rotary movement of the wing element of the device according to FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a schematic basic illustration of the rotary movement of the wing element of the device according to FIG. 1 during an oscillating movement
  • FIG. 5 shows a schematic perspective side view of a section of a rotary movement of a wing element during an oscillating movement
  • Fig. 6 shows a schematic perspective side view of the folding of the wing element
  • FIG. 7 shows a schematic perspective side view of a mechanism for superimposing movements
  • FIG. 8 shows a schematic side view of a basic embodiment of a gear arrangement
  • FIG. 9 is a schematic side view of a further basic embodiment of a gear arrangement
  • FIG. 10 is a schematic side view of another basic embodiment of a gear arrangement
  • FIG. 11 is a schematic side view of a further basic embodiment of a gear arrangement
  • FIG. 12 shows a schematic side view of the gear arrangement according to FIG. 11 in the deflected state
  • FIG. 13 shows a schematic side view of the gear arrangement according to FIG. 11 in a further deflected state
  • FIG. 14 is a schematic side view of a further basic embodiment of a gear arrangement
  • 15 is a schematic side view of a further basic embodiment of a gear arrangement
  • FIG. 16 shows, in a schematic perspective side view in an exploded view, parts of a further embodiment of a device for generating a fluid flow
  • FIG. 17 shows a schematic perspective side view of a detail of a further embodiment of a device for generating a fluid flow.
  • the device has a carrier 2 which is fastened to a base frame 1 and carries an elastic unit 4.
  • the elastic unit 4 forms a frame of a mechanism for superimposing movements with a first member 5 rotatably mounted on the frame formed by the elastic unit 4, which is designed as a U-shaped swivel body.
  • the swivel body 5 is rotatably supported on the elastic unit 4 with tip bearings 11.
  • a further link 12 is rotatably supported by means of tip bearings, a wing element 6 in the form of a bee wing being fastened to the second link 12.
  • the axes of rotation of the first link given by the swivel body 5 and the second link 12 rotatably mounted thereon are preferably orthogonal to one another.
  • the lower leg of the U-shaped pivot body 5 is connected to the base body 1 of the device via a resonator 7, in the present case a spring element in the form of an elastic round wire.
  • the resonator 7 is excited by means of a drive device 10, in the present case an electromagnetic actuator, in the natural frequency of the system.
  • Characterized the pivot body 5 is pivoted about the axis of rotation formed by the tip bearing 11, so that the wing member 6 performs an up and down movement.
  • the second link 12 of the mechanism formed from elastic unit 4, swivel body 5, tip bearing 11 and link 12 for superimposing movements via a control lever 8 is connected to a further drive device 9, in the present case also an electromagnetic actuator .
  • the drive unit 9 When the drive unit 9 is actuated, the control lever 8 is moved back and forth in accordance with the arrows d drawn in FIG. 1.
  • the member 12 rotates about its axis of rotation, the wing element 6 being rotated so that the end face of the wing element 6 assumes an angle with the fluid flow identified by F.
  • the elastic unit forming the frame for the mechanism for superimposing movements can be adjusted with respect to its spring rate via the adjusting screw 3 formed on the carrier 2 in FIG. 1.
  • the wing element 6 can be set into an oscillating movement in resonance mode.
  • the wing element 6 can be adjusted with respect to the position of the end face of the wing element 6 with respect to the fluid flow F, the wing element 6 from the reversal points of the oscillating movement about the through the second link 12 to simulate the movement kinematics of a fanning bee formed axis of rotation is rotated so that the end face of the wing element 6 is always at a favorable aerodynamic angle against the fluid flow.
  • the wing element 6 is thus driven by the resonator 7 into a vertical oscillation from an upper to a lower reversal point about a pivot point and stands with its end face z. B. obliquely against the fluid flow.
  • additional torque is brought about due to changing flow forces, the so-called wind vane effect.
  • the angular velocities in the area of the reversal points, preferably in front of them, are very high and cause additional ones unsteady flows, so that very high aerodynamic pressure resistance coefficients arise, which bring about a good energetic conversion of the driving forces to the fluid, in the present case air, and thus a high aerodynamic efficiency.
  • Fig. 2 shows a schematic side view of the U-shaped swivel body 5 forming the first link of the mechanism for superimposing movements, on the upper leg of which the second link 12 of the mechanism for superimposing movements is rotatably supported by means of tip bearings 12 '. 2 shows how the control lever 8 is attached to the second link 12 in order to cause the wing element 6 to rotate.
  • the side view according to FIG. 3 shows the basic body 1 of the device for generating a fluid flow according to FIG. 1, to which the support 2 for the elastic unit 4 serving to mount the mechanism for superimposing movements is fastened.
  • the elastic unit 4 is clamped between the base body 1 and the carrier 2 by means of the adjusting screw 3, as can be seen from the gap remaining in FIG. 3 between the base body 1 and the carrier 2.
  • the carrier 2 is fastened to the base body 1 by means of an adjusting screw 13 by means of a lock nut 14.
  • the resonance frequency of the resonator 7 can be set via the adjusting screw 13 or the adjusting screw 3 shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a schematic basic side view of the rotary movement of the wing element 6 during an upward and downward movement between an upper reversal point 15 and a lower reversal point 16.
  • This rotational movement is shown in FIG. 5 in a section between the upper reversal point 15 and the lower reversal point 16 is shown in a schematic perspective side view. It can be seen from FIG. 5 how the wing element 6 is rotated by the drive device 9 via the control lever 8 during the upward and downward movement about the axis of rotation given for the second link 12.
  • FIG. 6 shows, in a schematic perspective side view, the folding of the wing element 6 in the upper reversal point 15.
  • the positions of the wing element 6 before the folding are identified by 17 and after the folding by 18.
  • the device 1 generates a fluid flow in that a resonance-operated resonator 7 drives a vane element 6 with two overlapping movements, an oscillating movement between two reversal points and a rotational movement about the longitudinal axis of the vane element 6 before the reversal points.
  • the device for generating a fluid stream consists of the simplest, easy-to-manufacture components, which in particular enable inexpensive mass production.
  • the device has an increased overall efficiency with a simultaneous reduction in noise.
  • the device for generating a fluid flow can be used in the simplest way as a fan for cooling electrical devices, in particular for cooling microprocessors in computers, since despite the smaller structural dimensions there is a greater or the same cooling capacity in comparison to conventional fans used for cooling .
  • FIG. 7 shows a schematic perspective side view of a further embodiment of a mechanism for superimposing movements.
  • the mechanism shown in FIG. 7 corresponds in terms of its mode of operation to the mechanism of the device for generating a fluid flow according to FIG. 1 shown in detail in FIG. 2, the mechanism shown in FIG. 7 being designed in the form of a gear with discrete levers.
  • the first link of the mechanism consists of a base plate 21 which is provided with opposite sides in the center with guides 22a and 22b which project laterally on the base plate 21 on one side.
  • the guides 22a and 22b are rotatably mounted on a frame in the area marked with an axis of rotation x. Orthogonally offset from the axis of rotation x and the guides 22a and 22b, the base plate 21 has guides 39a and 39b on opposite sides which rotatably support a lever 19.
  • Guide disks 20a and 20b are arranged on the lever 19 and run radially around the guide disks 20a and 20b. Extensions 40a and 40b are formed on the guide disks on the side facing away from the lever 19.
  • the axis of rotation x passes through the guides 22a and 22b in the area of the receptacles 23a and 23b provided for the top mounting of the base plate 21, the axis of rotation x passing through the center of the two guide disks 20a and 20b and through the center line of the lever 19 runs.
  • the lever 19 can be rotated in guides 39a and 39b about the axis of rotation marked y in FIG. 7, which is orthogonal to the axis of rotation x.
  • the axis of rotation y runs through the lever 19.
  • the design of the mechanism ensures that with simultaneous movement about the axis of rotation x and the axis of rotation y there is no or only a reduced sliding movement of a body arranged on the lever arm 19 on the axis of rotation y and one total decoupling is given.
  • an electromagnetic actuator 9 acting on the levers 40a or 40b would rotate the lever 19 about the axis of rotation y, so that a wing element arranged on the lever 19 executes a corresponding rotary movement.
  • FIG. 8 shows a schematic side view of two base plates 21a and 21b which, by means of a tip bearing 24a and 24b, rotatably support a lever 19 with guide bearings 39a and 39b.
  • the base plates 21a and 21b each have guides 22a and 22b on opposite sides as shown in FIG. 7, the base plate 21a having its axis of rotation x in the region of the bearing 23a and the base plate 21b having its axis of rotation x in the region of the bearing 23b.
  • the axes of rotation x of the base plate 21a and the base plate 21b pass through the center of the lever 19.
  • the base plates 21 a and 21 b are moved by means of an electromagnetic actuator 26 via a lever 25, which is supported with a smaller bearing clearance on tips in the bearing receptacles 25 a and 25 b of the base plate 21 a and 21 b.
  • the base plate 21a rotates about the axis of rotation x formed by the tip bearing 23a and the base plate 21b about the axis of rotation x formed by the tip bearing 23b.
  • a wing element arranged on the lever 19 on the left and right leads due to the actuating movement of the electromagnetic Actuator 26 a swinging movement, as indicated in Fig. 8 with s arrows.
  • FIG. 9 shows a schematic side view of a further embodiment similar to FIG. 8.
  • the base plates 21a and 21b are mounted in longitudinal slots 27a and 27b of a lever 27 which is moved via the electromagnetic actuator 26.
  • the longitudinal slots 27a and 27b are stamped on the lever 27.
  • FIGS. 8 and 9 show a schematic side view of a further embodiment corresponding to FIGS. 8 and 9.
  • the electromagnetic actuator 26 is connected to an elastic band 28 which is attached to the ends of the base plates 21a and 21b.
  • the elastic band compensates for the transverse movement occurring during the rotation of the base plate 21a or 21b about the axes of rotation x.
  • the structure using the elastic band 28 is simplified in comparison to the embodiments according to FIG. 8 or FIG. 9 and can be produced with the injection molding process.
  • FIG. 11 shows a further embodiment according to FIG. 8, the two base plates 21a and 21b being connected in a prestressed manner with an elastic element 29, in the present case a spring. Adjustment movements during the rotation of the base plates 21a and 21b are compensated for by the elastic element 29.
  • the electromagnetic actuator 26 is connected to the elastic element. 11 shows the middle position of the arrangement.
  • the elastic element represents a force accumulator, which makes it possible for even the smallest actuating movements of the electromagnetic actuator 26 to make a large movement, i. H. in the present case triggers a rotation of the base plates 21a and 21b.
  • the system shown in Fig. 11 has only two stable states as shown in Figs. 12 and 13 are shown.
  • the center position shown in FIG. 11 is unstable and takes one of the one shown in FIGS. 12 or 13 positions shown.
  • the base plates 21a and 21b thus perform a snap movement, which means a very efficient use of energy.
  • the lever 26a of the electromagnetic actuator 26 has two end deflections 29a and 29b, which the base plates 21a and 21b in the respective extreme positions Press stably downwards or upwards over the middle position according to FIG. 11. Then the base plates 21a and 21b snap up and down.
  • FIG. 14 shows a further embodiment of a gear arrangement according to FIG. 11.
  • the force accumulator is attached by means of an elastic element, in the present case a spring 30a or 30b, to pretension directly on the axes of rotation x in the area of the bearings 23a or 23b.
  • FIG. 14 shows the central position like FIG. 11. The stable extreme positions according to FIGS. 12 and 13 are also assumed by the gear arrangement according to FIG. 14.
  • FIG. 15 shows a schematic side view of a further embodiment of a gear arrangement according to FIG. 8.
  • the base plates 21a and 21b have, at one end, semicircular tooth segments 31a and 31b which engage in a toothed rack 31.
  • the rack 31 is connected directly to the electromagnetic actuator 26.
  • the lever 33 has receptacles 34a and 34b in the form of a ring segment, on which a Wing segment 6 is attachable.
  • the ring segments 24a and 24b snap onto torsion bars 32a and 32b, which are formed on the part of the base plate 21.
  • FIG. 17 shows a schematic perspective side view in detail of an embodiment for rotating the lever 19 or 33 about the axis of rotation y.
  • the levers 40a and 40b extending the guide disks 20a and 20b are penetrated by a bar magnet 38, a coil 35 being arranged on the bar magnet between the extensions 40a and 40b.
  • the mists 40a / 40b move according to the magnetic polarity of the bar magnet 38 and the shape of the current flowing through the coil 35 either in the direction of the receiving pole 37a or in the direction of the receiving pole 37b.
  • the lever 19 is rotated about the axis of rotation y via the guide disks 20a and 20b.
  • This drive device is easy to manufacture, relatively inexpensive and extremely space-saving. List of characters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

The aim of the invention is to provide a device and means for producing a fluid current with a higher overall efficiency and a lower noise level, using simple and - in terms of physical dimensions - compact means. To this end, the invention provides a method for converting on the one hand translational and on the other hand oscillating and/or rotating movements. At least two translational movements which are decoupled from one another are produced by two translationally displaceable elements while two overlapping oscillating and/or rotating movements are produced by a single element.

Description

Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung eines Fluidstromes Methods and devices for generating a fluid flow
Die vorliegende Erfindung betrifft zum einen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Fluidstromes und zum anderen einen Mechanismus zum Überlagern von Bewegungen sowie eine Getriebeanordnung zum Erzeugen überlagerter Bewegungen, insbesondere zur Erzeugung eines Fluidstromes.The present invention relates on the one hand to a method and an apparatus for generating a fluid flow and on the other hand to a mechanism for superimposing movements and a gear arrangement for generating superimposed movements, in particular for generating a fluid flow.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt und finden beispielsweise im Zusammenhang mit Strömungsmaschinen Anwendung, beispielsweise als Antrieb für Fahrzeuge, als Lüfter zur Verteilung und/oder Abführung erzeugter Wärme einer Einrichtung, als Pumpen oder dergleichen.Such methods and devices are known in the prior art and are used, for example, in connection with turbomachines, for example as a drive for vehicles, as fans for distributing and / or dissipating heat generated by a device, as pumps or the like.
Herkömmliche Ventilatoren weisen eine rotatorische Bewegung auf. Dabei erfolgt der Antrieb über einen Elektromotor der mit einem Lüfterrad verbunden ist. Hinsichtlich der Strömungsrichtung unterscheidet man zwischen Axial-, Radial- und Diagonalventilatoren. Das Lüfterrad weist einzelne, in einem festen Einstellwinkel zur Strömung stehende Schaufeln auf. Derartige Ventilatoren arbeiten stationär und sind nur für einen Betriebszustand optimal ausgelegt.Conventional fans have a rotational movement. It is driven by an electric motor that is connected to a fan wheel. With regard to the direction of flow, a distinction is made between axial, radial and diagonal fans. The fan wheel has individual blades that are at a fixed angle to the flow. Such fans work stationary and are only optimally designed for one operating state.
Insbesondere in der Computehndusthe werden Ventilatoren zur Kühlung von elektronischen Einrichtungen, insbesondere zur Kühlung von Mikroprozessoren (CPU) eingesetzt. Ventilatoren für die Anwendung in Computern, insbesondere tragbaren Computern wir Laptops, folgen dabei dem allgemeinen Trend der Geräteverkleinerung. Als nachteilig konventioneller Ventilatoren wirkt sich dabei deren geringer Wirkungsgrad aufgrund kleinerer Elektromotoren für den Antrieb des Lüfterrades aus, resultierend aus ein einer Verwendung kleinerer stromführender Teile. Kleine Ventilatoren entnehmen der Energieversorgung bei gleicher Kühlleistung eine größere Menge elektrischer Energie als Ventilatoren größerer Bauart. Daraus resultiert, daß konventionelle Ventilatoren kleinerer Baugrößen die zur Verfügung stehenden Energiequellen, insbesondere Akkumulatoren bei Verwendung von Laptops, schneller entleeren.In particular in the computer industry, fans are used for cooling electronic devices, in particular for cooling microprocessors (CPU). Fans for use in computers, especially portable computers such as laptops, follow the general trend of device downsizing. The disadvantage of conventional fans is their low efficiency due to smaller electric motors for driving the fan wheel, resulting from the use of smaller ones live parts. Small fans draw a larger amount of electrical energy from the energy supply with the same cooling capacity than fans of larger design. As a result, conventional fans of smaller sizes drain the available energy sources, in particular batteries when using laptops, more quickly.
Neben rotatorisch bewegten Elementen, wie sie beispielsweise bei Turbinen, Ventilatoren und dergleichen gegeben sind, verwenden bisher bekannte Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung eines Fluidstromes unter anderem auch schwingende Elemente.In addition to rotating elements, such as those found in turbines, fans and the like, previously known methods and devices for generating a fluid flow also use, among other things, vibrating elements.
So sind beispielsweise aus der DE-A-25 22 309 und der GB-A-2 121 111 Flüssigkeitspumpen bekannt, bei denen ein Fluidstrom durch hin- und herschwingende Flügelelemente erzeugt wird.For example, from DE-A-25 22 309 and GB-A-2 121 111 liquid pumps are known in which a fluid flow is generated by oscillating vane elements.
Aus der US-A-5,522,712, der EP-A-0 517 249 und der WO-A-85 02 231 sind Lüfter bzw. Ventilatoren zur Verteilung von erzeugter Wärme einer Einrichtung bekannt, welche flexible Flügelelemente aufweisen, die durch Hin- und Herbewegung einen Fluidstrom erzeugen.From US-A-5,522,712, EP-A-0 517 249 and WO-A-85 02 231, fans or fans for distributing heat generated by a device are known which have flexible wing elements which are moved back and forth generate a fluid flow.
Bei den aus der US-A-5,522,712 und der WO-A-85 02 231 bekannten Vorrichtungen ist ein Ende des Flügelelementes fest gelagert, während das andere Ende freischwingend ausgebildet ist. Die Auslenkung des freischwingenden Endes des Flügelelementes erfolgt dabei mittels elektromagnetischer oder piezoelektrischer Stellglieder, die entweder das Lager des festen Endes des Flügelelementes oder das freie Ende des Flügelelementes zu Schwingbewegungen antreiben, wobei jeweils das freie Ende des Flügelelementes hin- und herschwingt. Die aus der US-A-5,522,712 und WO-A-85 02 231 bekannten Vorrichtungen weisen zwar relativ einfach aufgebaute bewegte mechanische Bauteile auf, welche mit relativ geringen elektrischen Verlusten arbeiten, sind jedoch hinsichtlich der verwendeten Regeleinrichtung zur Positionsbestimmung und -Steuerung überaus aufwendig. So wird beispielsweise seitens der US-A-5,522,712 zur Positionsregelung des Flügelelementes eine Halleffekteinrichtung verwendet. Darüber hinaus weisen die bekannten Vorrichtungen einen schlechten Wirkungsgrad auf, da zum einen die Flügelelemente mit einem schlechten aerodynamischen Wirkungsgrad arbeiten, wobei der Fluidstrom durch eine unkontrollierte Bewegung des Flügelelementes sehr früh abreißt, und zum anderen da die Energieübertragung von den Flügelelementen auf das umgebende Fluid stark verlustbehaftet ist. Im übrigen weisen die bekannten Ventilationsvorrichtungen während des Betriebs eine erhöhte Geräuschentwicklung auf.In the devices known from US-A-5,522,712 and WO-A-85 02 231, one end of the wing element is fixedly mounted, while the other end is designed to be free-swinging. The free-swinging end of the wing element is deflected by means of electromagnetic or piezoelectric actuators, which either drive the bearing of the fixed end of the wing element or the free end of the wing element to oscillate, the free end of the wing element swinging back and forth. The devices known from US-A-5,522,712 and WO-A-85 02 231 have moving mechanical components of relatively simple construction, which work with relatively low electrical losses, but are extremely complex with regard to the control device used for position determination and control. For example, US-A-5,522,712 uses a Hall effect device to control the position of the wing element. In addition, the known devices have poor efficiency because, on the one hand, the wing elements operate with poor aerodynamic efficiency, the fluid flow due to an uncontrolled movement of the wing element breaks off very early, and secondly because the energy transfer from the wing elements to the surrounding fluid is very lossy. In addition, the known ventilation devices have an increased noise level during operation.
Die aus der EP-A-0 517 249 bekannte Vorrichtung erzeugt einen zweidimensionalen Fluidstrom mit einem höheren aerodynamischen Wirkungsgrad und einer geringeren Geräuschentwicklung. Der Fluidstrom liegt dabei länger an einem Flügelelement an, wodurch sich ein höherer aerodynamischer Wirkungsgrad ergibt. Die aus der EP-A-0 517 249 bekannte Vorrichtung weist ein überaus aufwendiges und komplexes Antriebsgestänge auf, welches hohe Reibungsverluste in Antriebsgelenken mit sich bringt. Darüber hinaus ist die Baugröße der Vorrichtung aufgrund des Aufbaus des Antriebs relativ groß.The device known from EP-A-0 517 249 generates a two-dimensional fluid flow with a higher aerodynamic efficiency and a lower noise level. The fluid flow is longer on a wing element, which results in a higher aerodynamic efficiency. The device known from EP-A-0 517 249 has an extremely complex and complex drive linkage which brings about high friction losses in drive joints. In addition, the size of the device is relatively large due to the structure of the drive.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, welche es ermöglichen, mit einfachsten und hinsichtlich baulicher Abmessungen kompakten Mitteln einen Fluidstrom mit größerem Gesamtwirkungsgrad und geringerer Geräuschentwicklung bereitzustellen.Starting from this prior art, the present invention is based on the specification of a method and devices which make it possible to provide a fluid flow with greater overall efficiency and less noise with the simplest and compact means in terms of structural dimensions.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß g e l ö s t durch ein Verfahren zur Umsetzung von einerseits translatorischen und andererseits schwingenden und/oder rotatorischen Bewegungsabläufen, wobei einerseits wenigstens zwei voneinander entkoppelte translatorische Bewegungsabläufe auf zwei translatorisch bewegbare Elemente und andererseits wenigstens zwei sich überlagernde schwingende und/oder rotatorische Bewegungsabläufe auf ein Einzelelement rückgeführt werden.The object is achieved according to the invention by a method for implementing translational and on the other hand oscillating and / or rotary motion sequences, on the one hand at least two decoupled translational motion sequences on two translationally movable elements and on the other hand at least two superimposed oscillating and / or rotary motion sequences a single element can be returned.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches im Kern nach die getriebeartige Übersetzung unterschiedlicher Bewegungsarten umfaßt. Einerseits werden wenigstens zwei voneinander entkoppelte translatorische Bewegungen ausgeführt, andererseits zwei einander überlagernde rotatorische Bewegungen bzw. schwingende und/oder rotatorische Bewegungen. Antrieb und Abtrieb sind dabei austauschbar. In einem Fall kann beispielsweise zwei translatorische und voneinander entkoppelte Bewegungen antriebsseitig auf das Getriebe gegeben werden, wobei abtriebsseitig wenigstens ein Element zwei sich überlagernde schwingende und/oder rotatorische Bewegungen ausführt. Dadurch lassen sich entsprechende Fluidströmungen erzeugen. Andererseits kann die Bewegung eines Einzelelementes in einem gegebenen Fluidstrom, welche Bewegung aus wenigstens zwei überlagerten schwingenden und/oder rotatorischen Bewegungsabläufen besteht, durch ein Getriebe auf wenigstens zwei voneinander entkoppelte translatorische Bewegungen auf der Antriebsseite übertragen werden. Erzeugung eines Fluidstromes im Sinne der Erfindung meint einerseits, daß beispielsweise ein Flügelelement antriebsseitig zwei sich überlagernden rotatorische Bewegungen durchführt und damit einen Kühlluftstrom erzeugt, oder einen einen Schiffsantrieb darstellenden Hydrostrom erzeugt, die Erfindung umfaßt aber auch die Bewegung eines Funktionselementes mit dem zwei sich überlagernde Bewegungsabläufen umfassenden Bewegungsprofil, beispielsweise eine Schiffsantriebsschraube, ein Zahnbürstenkopf, einen Luftströmungsantrieb oder dergleichen. Umgekehrt umfaßt die Erfindung aber auch, daß ein entsprechendes Element durch einen Fluidstrom bewegt wird und beispielsweise translatorische entkoppelte Bewegungen abtriebsseitig zur Energieerzeugung genutzt werden. Somit können beispielsweise neuartige Windenergieanlagen aufgebaut werden. Auch die Zwangsführung einer der entkoppelten translatorischen Bewegungsabläufe sind mit der Erfindung umfaßt.According to the invention, a method is proposed which essentially comprises the gear-like translation of different types of movement. On the one hand, at least two translatory movements decoupled from one another are carried out, on the other hand two rotary movements or oscillating and / or rotary movements superimposed on one another. The drive and output are interchangeable. In one case, for example, two translatory and decoupled movements on the drive side can be given to the transmission, with at least one element on the output side executing two overlapping oscillating and / or rotary movements. Thereby corresponding fluid flows can be generated. On the other hand, the movement of an individual element in a given fluid flow, which movement consists of at least two superimposed oscillating and / or rotational movement sequences, can be transmitted by a gear to at least two translatory movements decoupled from one another on the drive side. Generation of a fluid flow in the sense of the invention means, on the one hand, that, for example, a wing element on the drive side carries out two overlapping rotary movements and thus generates a cooling air flow, or generates a hydroflow representing a ship's drive, but the invention also includes the movement of a functional element with the two overlapping movement sequences comprehensive motion profile, for example a ship propulsion screw, a toothbrush head, an air flow drive or the like. Conversely, the invention also encompasses that a corresponding element is moved by a fluid flow and, for example, translatory, decoupled movements are used on the output side for energy generation. This means that new types of wind turbines can be built, for example. The invention also encompasses the forced guidance of one of the decoupled translational motion sequences.
So umfaßt die Erfindung auch ein Verfahren zur Erzeugung eines Fluidstromes, wobei wenigstens ein Flügelelement durch wenigstens eine Antriebseinrichtung mit zwei sich überlagernden Bewegungen angetrieben wird.Thus, the invention also includes a method for generating a fluid flow, wherein at least one wing element is driven by at least one drive device with two overlapping movements.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurden die aerodynamischen Kräfte und die Bewegungskinematik des Flügelschlages von Bienen und anderer Insekten untersucht. Dabei wurde festgestellt, daß Arbeiterbienen durch das sogenannte Fächeln einen Luftstrom vor dem Eingang eines Bienenstocks erzeugen, der den Bienenstock im Inneren kühlt und einen Luftaustausch mit der Außenluft ermöglicht. Weiter wurde festgestellt, daß die Biene beim Fächeln ihre beiden Flügel während einer schneller auf- und abwärts Schlagbewegung zusätzlich um die Flügellängsachse rotiert. Durch diese komplexe Bewegungskinematik der Flügel werden dabei instationäre Strömungseffekte verursacht, die sich positiv auf den Impulsaustausch zwischen den Flügeln und der umgebenden Luft auswirken, wobei sich ein sehr hoher Wirkungsgrad bei äußerst geringer Geräuschentwicklung erzielen läßt. An den Flügeln entstehen dabei Auftriebskräfte, die um das 2 bis 3-fache höher sind als bei konventioneller Betrachtung, d. h. ohne Rotation. Untersuchungen ergaben, daß die Flügel und Stellmuskeln der Biene bei der Fächelbewegung ein Feder-Masse-System bilden, welches in Resonanzschwingungen versetzt wird.In connection with the present invention, the aerodynamic forces and the kinematics of the wing beat of bees and other insects were investigated. It was found that so-called fanning creates a stream of air in front of the entrance of a beehive, which cools the inside of the beehive and enables an exchange of air with the outside air. It was also found that the bee rotates its two wings around the longitudinal axis of the wing during a rapid upward and downward flapping movement. This complex movement kinematics of the vanes causes unsteady flow effects which have a positive effect on the momentum exchange between the vanes and the surrounding air, with a very high degree of efficiency and extremely low noise being achieved. This creates buoyancy forces on the wings that are 2 to 3 times higher than with conventional observation, ie without rotation. Investigations showed that the wings and The muscles of the bee form a spring-mass system during the fan movement, which is set in resonance vibrations.
Das Flügelelement führt gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zwischen zwei Umkehrpunkten eine Schwingbewegung und vor den Umkehrpunkten eine Drehbewegung um die Flügellängsachse aus, wobei die Antriebseinrichtung vorteilhafterweise durch einen in resonanzbetriebenen Resonator bereitgestellt wird.According to an advantageous embodiment of the invention, the wing element carries out an oscillating movement between two reversal points and a rotational movement in front of the reversal points about the longitudinal axis of the wing, the drive device being advantageously provided by a resonator-operated resonator.
Verfahrensgemäß wird so ein Fluidstrom mit erhöhtem Wirkungsgrad und reduzierter Geräuschentwicklung erzeugt. Durch die Verwendung eines in resonanzbetriebenen Resonators als Antriebseinrichtung werden die Verluste reduziert, da durch den Betrieb im Resonanzbereich nur die Eigendämpfung durch das Flügelelement und den Resonator als Verluste energetisch zu kompensieren sind. Darüber hinaus sind keine bzw. nur geringe, ansonsten die Leistungsaufnahme vergrößernde, Trägheitskräfte gegeben.According to the method, a fluid flow with increased efficiency and reduced noise is generated. By using a resonator-operated resonator as the drive device, the losses are reduced, since the operation in the resonance range means that only the self-damping by the wing element and the resonator can be compensated for as losses. In addition, there are no or only slight inertia forces, which otherwise increase the power consumption.
Durch die Antriebseinrichtung wird das Flügelelement in eine Schwingbewegung zwischen zwei Umkehrpunkten um eine Schwenkpunkt versetzt.The drive device causes the wing element to oscillate between two reversal points about a pivot point.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nimmt die Stirnfläche des Flügelelements bei der Schwingbewegung einen Winkel zwischen 0° und 180° zu dem Fluidstrom ein, z. B. ein Winkel zwischen 10° und 80°, besonders bevorzugt einen Winkel zwischen 15° und 75°. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden sowohl für die Schwingbewegung als auch für die Drehbewegung des Flügelelements jeweils eine Antriebseinrichtung verwendet. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Drehbewegung durch die Schwingbewegung bewirkt. Dabei kann die Drehbewegung vorteilhafterweise durch eine Zwangsführung, beispielsweise aufgrund einer Kulisse durch die Schwingbewegung bewirkt werden. Vorteilhafterweise wird die Drehbewegung gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in den beiden Umkehrpunkten der Schwingbewegung bewirkt, wobei aufgrund von wechselnden Strömungskräften, verursacht durch den sogenannten Windfahneneffekt, ein zusätzliches Drehmoment auf das Flügelelement einwirkt und so eine passive Drehbewegung um die Flügellängsachse des Flügelelementes erzwingt. An den Umkehrpunkten der Schwingbewegung sind sehr hohe Winkelgeschwindigkeiten um die Flügelachse gegeben, die zusätzliche instationäre Strömungen verursachen. Untersuchungen an schräg angeströmten schnell bewegten Flügelelementen haben gezeigt, daß dabei sehr hohe, um den Faktor 2 bis 3 höhere, aerodynamische Druckwiderstandsbeiwerte entstehen, die eine hervorragende energetische Umsetzung der Antriebskräfte auf das Fluid und dadurch einen hohen aerodynamischen Wirkungsgrad bewirken.According to an advantageous embodiment of the invention, the end face of the wing element takes an angle between 0 ° and 180 ° to the fluid flow during the oscillating movement, for. B. an angle between 10 ° and 80 °, particularly preferably an angle between 15 ° and 75 °. According to a further advantageous embodiment of the invention, a drive device is used both for the oscillating movement and for the rotary movement of the wing element. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the rotary movement is brought about by the oscillating movement. The rotary movement can advantageously be brought about by positive guidance, for example due to a backdrop by the oscillating movement. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the rotary movement is advantageously brought about in the two reversal points of the oscillating movement, with additional torque acting on the wing element due to changing flow forces caused by the so-called wind vane effect and thus forcing a passive rotary movement about the longitudinal axis of the wing element. At the reversal points of the swinging movement there are very high angular velocities around the wing axis, which cause additional unsteady flows. Investigations on rapidly moving wing elements with an incline flow have shown that very high, by a factor of 2 to 3, higher aerodynamic pressure resistance coefficients arise, which bring about an excellent energetic conversion of the driving forces to the fluid and thus a high aerodynamic efficiency.
Gemäß der Erfindung ist die Bewegung eines Flügelelementes in wenigstens zwei Richtungen frei variierbar. Es können unter Optimierungsgesichtspunkten einfache und komplexe Bewegungsprofile erzeugt werden. So können beispielsweise Zahl und Ort der Verdrehungen um die Längsachse variiert werden und dergleichen.According to the invention, the movement of a wing element is freely variable in at least two directions. From the point of view of optimization, simple and complex movement profiles can be generated. For example, the number and location of the rotations about the longitudinal axis can be varied and the like.
Vorrichtungsseitig wird mit der vorliegenden Erfindung ein Mechanismus zum Überlagern von Bewegungen, insbesondere zur Erzeugung eines Fluidstromes, bereitgestellt, welcher ein erstes drehbar an einem Gestell gelagertes Glied und ein zweites drehbar an dem ersten Glied gelagertes Glied aufweist, wobei die Drehachsen des ersten und des zweiten Gliedes orthogonal aufeinander stehen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an dem zweiten Glied wenigstens ein zu bewegender Körper befestigbar, vorzugsweise ein Flügelelement, besonders bevorzugt in Form eines Bienenflügels. Der Mechanismus ermöglicht es, einen an dem zweiten Glied befestigten Körper unabhängig voneinander um die Drehachsen des ersten und des zweiten Gliedes zu bewegen. Die beiden drehbaren Glieder des Mechanismusses stellen somit ein entkoppeltes System bereit. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das erste und das zweite Glied aneinander koppelbar, so daß die durch den Mechanismus ermöglichten Drehbewegungen automatisch, beispielsweise mittels einer Zwangsführung oder dergleichen, einander bedingen.On the device side, the present invention provides a mechanism for superimposing movements, in particular for generating a fluid flow, which has a first link rotatably mounted on a frame and a second link rotatably mounted on the first link, the axes of rotation of the first and the second The links are orthogonal to each other. According to an advantageous embodiment of the invention, at least one body to be moved can be fastened to the second link, preferably a wing element, particularly preferably in the form of a bee wing. The mechanism enables a body attached to the second link to move independently of one another about the axes of rotation of the first and second links. The two rotatable members of the mechanism thus provide a decoupled system. According to an advantageous embodiment of the invention, the first and the second link can be coupled to one another, so that the rotary movements made possible by the mechanism automatically, for example by means of a positive guidance or the like, are mutually dependent.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Nutzung der Energie der mittels eines Mediums bewegten Flügel unter Verwendung der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung, z. B. Windenergieanlagen.Within the scope of the invention is also the use of the energy of the moving wings by means of a medium using the transmission device according to the invention, for. B. wind turbines.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eines der Glieder mit einem Kraftspeicher versehen, welcher ein Verdrehen des ersten bzw. des zweiten Gliedes bereits bei geringen Stellbewegungen ermöglicht. Der Mechanismus wird dabei in zwei Zuständen stabil gehalten und wechselt bereits bei kleinsten Stellbewegungen von der einen stabilen Lage in die andere stabile Lage. Die Glieder führen dabei eine Art Schnappbewegung aus.In a further advantageous embodiment of the invention, at least one of the links is provided with a force accumulator, which enables the first or the second link to be rotated even with slight adjustment movements. The mechanism is kept stable in two states and is already changing with the smallest adjustment movements from one stable position to the other stable position. The limbs perform a kind of snap movement.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gestell des Mechanismusses translatorisch verfahrbar.In a further advantageous embodiment of the invention, the frame of the mechanism can be moved in translation.
Desweiteren wird mit der Erfindung eine Getriebeanordnung zum Erzeugen überlagerter Bewegungen, insbesondere zur Erzeugung eines Fluidstromes, bereitgestellt, welche einen Mechanismus der genannten Art aufweist, wobei wenigstens eines der Glieder mittels einer Antriebseinrichtung verdrehbar ist.Furthermore, the invention provides a gear arrangement for generating superimposed movements, in particular for generating a fluid flow, which has a mechanism of the type mentioned, at least one of the links being rotatable by means of a drive device.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebseinrichtung ein in Resonanz betriebener Resonator, welcher vorteilhafterweise in der Eigenfrequenz des Gesamtsystemes angeregt wird. Durch den Betrieb des Resonators im Resonanzbereich mittels Anregung in der Eigenfrequenz des Systems sind die aufgrund von Reibung und dergleichen gegebenen Verluste der Getriebeanordnung minimal, da im wesentlichen nur die Eigendämpfung der Bauteile der Getriebeanordnung als Verluste energetisch zu kompensieren sind. Vorteilhafterweise erfolgt die Anregung durch wenigstens ein elektromagnetisches und/oder piezoelektrisches Stellglied.According to a further advantageous embodiment of the invention, the drive device is a resonator operated in resonance, which is advantageously excited in the natural frequency of the overall system. By operating the resonator in the resonance range by means of excitation in the natural frequency of the system, the losses of the gear arrangement due to friction and the like are minimal, since essentially only the internal damping of the components of the gear arrangement can be compensated for as losses. The excitation is advantageously carried out by at least one electromagnetic and / or piezoelectric actuator.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Resonator ein Federelement, vorteilhafterweise ein elastischer Runddraht. Das Federelement ist dabei vorteilhafterweise mit einem Ende an dem zweiten drehbar gelagerten Glied des Mechanismusses und mit dem anderen Ende fest mit dem Gestell verbunden.In a further advantageous embodiment of the invention, the resonator is a spring element, advantageously an elastic round wire. The spring element is advantageously connected at one end to the second rotatably mounted link of the mechanism and at the other end to the frame.
Erfindungsgemäß kann auch die Umkehr vorgesehen sein, d. h., daß eine Fluidbewegung über die Flügelelemente und das Kopplungssystem auf eine Generatoreinheit übertragen wird.According to the invention, the reversal can also be provided; that is, fluid movement is transmitted to a generator unit via the wing members and the coupling system.
Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, optimale Bewegungsprofile unter Verwendung einer Evolutionsstrategie zu ermitteln. Dabei erden im wesentlichen zufällige Veränderungen auf meßbare Wirkung überprüft, z. B. Geräusch, Wirkungsgrad usw., und gegebenenfalls verstärkt oder abgeschwächt. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:The invention also proposes to determine optimal movement profiles using an evolution strategy. Essentially random changes are checked for measurable effects, e.g. B. noise, efficiency, etc., and possibly amplified or weakened. Further details, features and advantages of the invention are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the figures. Show:
Fig. 1 in einer schematisch perspektivischen Seitenansicht eine Vorrichtung zur Erzeugung bzw. Aufnahme eines Fluidstromes;Figure 1 is a schematic perspective side view of a device for generating or receiving a fluid stream.
Fig. 2 in einer schematisch perspektivischen Seitenansicht im Detail die Ansteuerung für eine Drehbewegung des Flügelelementes der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ;FIG. 2 in a schematic perspective side view in detail the control for a rotary movement of the wing element of the device according to FIG. 1;
Fig.3 in einer schematischen Seitenansicht im Detail die Einstellung der3 shows the setting of the in a schematic side view
Resonanzfrequenz der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ;Resonance frequency of the device according to FIG. 1;
Fig. 4 in einer schematischen Prinzipdarstellung die Drehbewegung des Flügelelementes der Vorrichtung gemäß Fig. 1 während einer Schwingbewegung;4 shows a schematic basic illustration of the rotary movement of the wing element of the device according to FIG. 1 during an oscillating movement;
Fig. 5 in einer schematisch perspektivischen Seitenansicht einen Ausschnitt einer Drehbewegung eines Flügelelementes während einer Schwingbewegung;5 shows a schematic perspective side view of a section of a rotary movement of a wing element during an oscillating movement;
Fig. 6 zeigt in einer schematisch perspektivischen Seitenansicht das Umklappen des Flügelelementes;Fig. 6 shows a schematic perspective side view of the folding of the wing element;
Fig. 7 in einer schematisch perspektivischen Seitenansicht einen Mechanismus zum Überlagern von Bewegungen;7 shows a schematic perspective side view of a mechanism for superimposing movements;
Fig.8 in einer schematischen Seitenansicht eine prinzipielle Ausführungsform einer Getriebeanordnung;8 shows a schematic side view of a basic embodiment of a gear arrangement;
Fig. 9 in einer schematischen Seitenansicht eine weitere prinzipielle Ausführungsform einer Getriebeanordnung;9 is a schematic side view of a further basic embodiment of a gear arrangement;
Fig. 10 in einer schematischen Seitenansicht eine weitere prinzipielle Ausführungsform einer Getriebeanordnung;10 is a schematic side view of another basic embodiment of a gear arrangement;
Fig. 11 in einer schematischen Seitenansicht eine weitere prinzipielle Ausführungsform einer Getriebeanordnung; Fig. 12 in einer schematischen Seitenansicht die Getriebeanordnung gemäß Fig. 11 in ausgelenktem Zustand;11 is a schematic side view of a further basic embodiment of a gear arrangement; FIG. 12 shows a schematic side view of the gear arrangement according to FIG. 11 in the deflected state;
Fig. 13 in einer schematischen Seitenansicht die Getriebeanordnung gemäß Fig. 11 in einem weiteren ausgelenktem Zustand;13 shows a schematic side view of the gear arrangement according to FIG. 11 in a further deflected state;
Fig. 14 in einer schematischen Seitenansicht eine weitere prinzipielle Ausführungsform einer Getriebeanordnung;14 is a schematic side view of a further basic embodiment of a gear arrangement;
Fig. 15 in einer schematischen Seitenansicht eine weitere prinzipielle Ausführungsform einer Getriebeanordnung;15 is a schematic side view of a further basic embodiment of a gear arrangement;
Fig. 16 in einer schematischen perspektivischen Seitenansicht in Explosionsdarstellung Teile einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstromes und16 shows, in a schematic perspective side view in an exploded view, parts of a further embodiment of a device for generating a fluid flow and
Fig. 17 in einer schematischen perspektivischen Seitenansicht ein Detail einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstromes.17 shows a schematic perspective side view of a detail of a further embodiment of a device for generating a fluid flow.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstromes. Die Vorrichtung weist einen Träger 2 auf, welcher an einem Grundgestell 1 befestigt ist und eine elastische Einheit 4 trägt. Die elastische Einheit 4 bildet dabei ein Gestell eines Mechanismusses zum Überlagern von Bewegungen mit einem ersten drehbar an dem durch die elastische Einheit 4 gebildeten Gestell gelagerten Glied 5, welches vorliegenden als U-förmiger Schwenkkörper ausgebildet ist. Der Schwenkkörper 5 ist dabei mit Spitzenlagern 11 drehbar an der elastischen Einheit 4 gelagert. An dem in Fig. 1 oberen Schenkel des U-förmig ausgebildeten Schwenkkörpers 5 ist ein weiteres Glied 12 drehbar mittels Spitzenlagern gelagert, wobei an dem zweiten Glied 12 ein Flügelelement 6 in Form eines Bienenflügels befestigt ist. Die Drehachsen des durch den Schwenkkörper 5 gegebenen ersten Gliedes und dem daran drehbar gelagerten zweiten Glied 12 stehen vorzugsweise orthogonal aufeinander.1 shows a device for generating a fluid flow. The device has a carrier 2 which is fastened to a base frame 1 and carries an elastic unit 4. The elastic unit 4 forms a frame of a mechanism for superimposing movements with a first member 5 rotatably mounted on the frame formed by the elastic unit 4, which is designed as a U-shaped swivel body. The swivel body 5 is rotatably supported on the elastic unit 4 with tip bearings 11. On the upper leg of the U-shaped swivel body 5 in FIG. 1, a further link 12 is rotatably supported by means of tip bearings, a wing element 6 in the form of a bee wing being fastened to the second link 12. The axes of rotation of the first link given by the swivel body 5 and the second link 12 rotatably mounted thereon are preferably orthogonal to one another.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der untere Schenkel des U-förmigen Schwenkkörpers 5 über einen Resonator 7, vorliegend ein Federelement in Form eines elastischen Runddrahtes mit dem Grundkörper 1 der Vorrichtung verbunden. Der Resonator 7 wird mittels einer Antriebseinrichtung 10, vorliegend ein elektromagnetisches Stellglied, in der Eigenfrequenz des Systems angeregt. Dadurch wird der Schwenkkörper 5 um die durch die Spitzenlager 11 gebildete Drehachse verschwenkt, so daß das Flügelelement 6 eine Auf- und Abbewegung ausführt.As shown in FIG. 1, the lower leg of the U-shaped pivot body 5 is connected to the base body 1 of the device via a resonator 7, in the present case a spring element in the form of an elastic round wire. The resonator 7 is excited by means of a drive device 10, in the present case an electromagnetic actuator, in the natural frequency of the system. Characterized the pivot body 5 is pivoted about the axis of rotation formed by the tip bearing 11, so that the wing member 6 performs an up and down movement.
Wie weiter in Fig. 1 dargestellt, ist das zweite Glied 12 des aus elastischer Einheit 4, Schwenkkörper 5, Spitzenlager 11 und Glied 12 ausgebildeten Mechanismusses zum Überlagern von Bewegungen über einen Ansteuerhebel 8 mit einer weiteren Antriebseinrichtung 9, vorliegend ebenfalls ein elektromagnetisches Stellglied, verbunden. Bei Betätigung der Antriebseinheit 9 wird der Ansteuerhebel 8 entsprechend den in Fig. 1 eingezeichneten Pfeilen d hin- und herbewegt. Bei dieser Hin- und Herbewegung dreht sich das Glied 12 um seine Drehachse, wobei das Flügelelement 6 verdreht wird, so daß die Stirnfläche des Flügelelementes 6 einen Winkel zu den mit F gekennzeichneten Fluidstrom einnimmt.As further shown in Fig. 1, the second link 12 of the mechanism formed from elastic unit 4, swivel body 5, tip bearing 11 and link 12 for superimposing movements via a control lever 8 is connected to a further drive device 9, in the present case also an electromagnetic actuator . When the drive unit 9 is actuated, the control lever 8 is moved back and forth in accordance with the arrows d drawn in FIG. 1. During this back and forth movement, the member 12 rotates about its axis of rotation, the wing element 6 being rotated so that the end face of the wing element 6 assumes an angle with the fluid flow identified by F.
Über die in Fig. 1 an dem Träger 2 ausgebildete Einstellschraube 3 läßt sich die das Gestell für den Mechanismus zum Überlagern von Bewegungen bildende elastische Einheit hinsichtlich ihrer Federrate einstellen.The elastic unit forming the frame for the mechanism for superimposing movements can be adjusted with respect to its spring rate via the adjusting screw 3 formed on the carrier 2 in FIG. 1.
Bei entsprechender Ansteuerung des Resonators 7 über die Antriebseinrichtung 10 läßt sich das Flügelelement 6 im Resonanzbetrieb in eine Schwingbewegung versetzen. Bei entsprechender Ansteuerung über die Antriebseinrichtung 9 kann dabei das Flügelelement 6 hinsichtlich der Lage der Stirnfläche des Flügelelements 6 zu dem Fluidstrom F eingestellt werden, wobei zur Nachbildung der Bewegungskinematik einer fächelnden Biene das Flügelelement 6 von den Umkehrpunkten der Schwingbewegung um die durch das zweite Glied 12 gebildete Drehachse verdreht wird, so daß die Stirnfläche des Flügelelementes 6 immer in einem günstigen aerodynamischen Winkel gegen den Fluidstrom steht.With appropriate control of the resonator 7 via the drive device 10, the wing element 6 can be set into an oscillating movement in resonance mode. With appropriate control via the drive device 9, the wing element 6 can be adjusted with respect to the position of the end face of the wing element 6 with respect to the fluid flow F, the wing element 6 from the reversal points of the oscillating movement about the through the second link 12 to simulate the movement kinematics of a fanning bee formed axis of rotation is rotated so that the end face of the wing element 6 is always at a favorable aerodynamic angle against the fluid flow.
Das Flügelelement 6 wird so durch den Resonator 7 in eine vertikale Schwingung von einem oberen zu einem unteren Umkehrpunkt um einen Drehpunkt angetrieben und steht dabei mit seiner Stirnfläche z. B. schräg gegen den Fluidstrom. In den beiden Umkehrpunkten wird dabei aufgrund von wechselnden Strömungskräften, dem sogenannten Windfahneneffekt, ein zusätzliches Drehmoment bewirkt. Die Winkelgeschwindigkeiten im Bereich der Umkehrpunkte, vorzugsweise davor, sind dabei sehr hoch und verursachen zusätzliche instationäre Strömungen, so daß sehr hohe aerodynamische Druckwiderstandsbeiwerte entstehen, die eine gute energetische Umsetzung der Antriebskräfte auf das Fluid, vorliegend Luft, und somit einen hohen aerodynamischen Wirkungsgrad bewirken.The wing element 6 is thus driven by the resonator 7 into a vertical oscillation from an upper to a lower reversal point about a pivot point and stands with its end face z. B. obliquely against the fluid flow. In the two reversal points, additional torque is brought about due to changing flow forces, the so-called wind vane effect. The angular velocities in the area of the reversal points, preferably in front of them, are very high and cause additional ones unsteady flows, so that very high aerodynamic pressure resistance coefficients arise, which bring about a good energetic conversion of the driving forces to the fluid, in the present case air, and thus a high aerodynamic efficiency.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht den das erste Glied des Mechanismusses zum Überlagern von Bewegungen bildenden U-förmig ausgebildeten Schwenkkörper 5, an dessen oberen Schenkel das zweite Glied 12 des Mechanismusses zum Überlagern von Bewegungen mittels Spitzenlagern 12' drehbar gelagert ist. Fig. 2 zeigt dabei, wie der Ansteuerhebel 8 zum Bewirken einer Verdrehung des Flügelelementes 6 an dem zweiten Glied 12 angebracht ist.Fig. 2 shows a schematic side view of the U-shaped swivel body 5 forming the first link of the mechanism for superimposing movements, on the upper leg of which the second link 12 of the mechanism for superimposing movements is rotatably supported by means of tip bearings 12 '. 2 shows how the control lever 8 is attached to the second link 12 in order to cause the wing element 6 to rotate.
Die Seitenansicht gemäß Fig. 3 zeigt den Grundkörper 1 der Vorrichtung zum Erzeugen eines Fluidstroms gemäß Fig. 1 , an welchem der Träger 2 für die das Gestell des Mechanismusses zum Überlagern von Bewegungen dienende elastische Einheit 4 befestigt ist. Die elastische Einheit 4 wird dabei zwischen dem Grundkörper 1 und dem Träger 2 mittels der Einstellschraube 3 eingespannt, wie anhand des in Fig. 3 zwischen dem Grundkörper 1 und dem Träger 2 verbleibenden Spaltes zu erkennen ist. In Fig. 3 ist der Träger 2 mit dem Grundkörper 1 über eine Einstellschraube 13 mittels einer Kontermutter 14 befestigt. Über die Einstellschraube 13 bzw. die in Fig. 1 dargestellte Einstellschraube 3 läßt sich die Resonanzfrequenz des Resonators 7 einstellen.The side view according to FIG. 3 shows the basic body 1 of the device for generating a fluid flow according to FIG. 1, to which the support 2 for the elastic unit 4 serving to mount the mechanism for superimposing movements is fastened. The elastic unit 4 is clamped between the base body 1 and the carrier 2 by means of the adjusting screw 3, as can be seen from the gap remaining in FIG. 3 between the base body 1 and the carrier 2. 3, the carrier 2 is fastened to the base body 1 by means of an adjusting screw 13 by means of a lock nut 14. The resonance frequency of the resonator 7 can be set via the adjusting screw 13 or the adjusting screw 3 shown in FIG. 1.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen prinzipiellen Seitenansicht die Drehbewegung des Flügelelementes 6 während einer Auf- und Abschwingbewegung zwischen einem oberen Umkehrpunkt 15 und einem unteren Umkehrpunkt 16. Diese Drehbewegung ist in Fig. 5 in einem Ausschnitt zwischen dem oberen Umkehrpunkt 15 und dem unteren Umkehrpunkt 16 in einer schematisch perspektivischen Seitenansicht dargestellt. Anhand von Fig. 5 ist zu erkennen, wie Flügelelement 6 während der Auf- und Abschwingbewegung um die für das zweite Glied 12 gegebene Drehachse über den Ansteuerhebel 8 durch die Antriebseinrichtung 9 verdreht wird.FIG. 4 shows a schematic basic side view of the rotary movement of the wing element 6 during an upward and downward movement between an upper reversal point 15 and a lower reversal point 16. This rotational movement is shown in FIG. 5 in a section between the upper reversal point 15 and the lower reversal point 16 is shown in a schematic perspective side view. It can be seen from FIG. 5 how the wing element 6 is rotated by the drive device 9 via the control lever 8 during the upward and downward movement about the axis of rotation given for the second link 12.
Fig. 6 zeigt in einer schematisch perspektivischen Seitenansicht das Umklappen des Flügelelementes 6 im oberen Umkehrpunkt 15. Dabei sind in Fig. 6 die Stellungen des Flügelelementes 6 vor dem Umklappen mit 17 und nach dem Umklappen mit 18 gekennzeichnet. Die Vorrichtung 1 erzeugt einen Fluidstrom dadurch, daß ein in resonanzbetriebener Resonator 7 ein Flügelelement 6 mit zwei sich überlagernden Bewegungen, einer Schwing bewegung zwischen zwei Umkehrpunkten und einer Drehbewegung um die Flügellängsachse des Flügelelementes 6 vor den Umkehrpunkten, angetreibt. Dabei besteht die Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstroms aus einfachsten, leicht zu fertigenden Bauteilen, die insbesondere eine kostengünstige Massenproduktion ermöglichen. Darüber hinaus weist die Vorrichtung durch Nachbilden der Bewegungskinematik von fächelnden Bienen einen erhöhten Gesamtwirkungsgrad bei gleichzeitiger Reduzierung der Geräuschentwicklung auf. Die Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstromes ist auf einfachste Art und Weise als Lüfter zur Kühlung von elektrischen Einrichtungen, insbesondere zur Kühlung von Mikroprozessoren in Rechnern verwendbar, da trotz geringerer baulicher Abmessungen eine größere bzw. gleiche Kühlleistung im Vergleich zu konventionellen zur Kühlung eingesetzten Lüftern gegeben ist.FIG. 6 shows, in a schematic perspective side view, the folding of the wing element 6 in the upper reversal point 15. In FIG. 6, the positions of the wing element 6 before the folding are identified by 17 and after the folding by 18. The device 1 generates a fluid flow in that a resonance-operated resonator 7 drives a vane element 6 with two overlapping movements, an oscillating movement between two reversal points and a rotational movement about the longitudinal axis of the vane element 6 before the reversal points. The device for generating a fluid stream consists of the simplest, easy-to-manufacture components, which in particular enable inexpensive mass production. In addition, by simulating the movement kinematics of fanning bees, the device has an increased overall efficiency with a simultaneous reduction in noise. The device for generating a fluid flow can be used in the simplest way as a fan for cooling electrical devices, in particular for cooling microprocessors in computers, since despite the smaller structural dimensions there is a greater or the same cooling capacity in comparison to conventional fans used for cooling .
Fig. 7 zeigt in einer schematisch perspektivischen Seitenansicht eine weitere Ausführungsform eines Mechanismusses zum Überlagern von Bewegungen. Der in Fig. 7 dargestellte Mechanismus entspricht dabei hinsichtlich seiner Funktionsweise dem in Fig. 2 im Detail dargestellten Mechanismus der Vorrichtung zum Erzeugen eines Fluidstroms gemäß Fig. 1 , wobei der in Fig. 7 dargestellte Mechanismus in Getriebeform mit diskreten Hebeln ausgebildet ist.7 shows a schematic perspective side view of a further embodiment of a mechanism for superimposing movements. The mechanism shown in FIG. 7 corresponds in terms of its mode of operation to the mechanism of the device for generating a fluid flow according to FIG. 1 shown in detail in FIG. 2, the mechanism shown in FIG. 7 being designed in the form of a gear with discrete levers.
Das erste Glied des Mechanismusses besteht aus einer Grundplatte 21 welche einander gegenüberliegende Seiten mittig mit Führungen 22a und 22b versehen ist, welche an der Grundplatte 21 an der einen Seite seitlich überstehen. Die Führungen 22a und 22b werden dabei im Bereich mit x gekennzeichneten Drehachse drehbar an einem Gestell gelagert. Orthogonal versetzt zu der Drehachse x und den Führungen 22a und 22b weist die Grundplatte 21 an gegenüberliegenden Seiten Führungen 39a und 39b auf, welche einen Hebel 19 drehbar lagern. An dem Hebel 19 sind Führungsscheiben 20a und 20b angeordnet, welche radial um die Führungsscheiben 20a bzw. 20b umlaufen. An den Führungsscheiben sind an der dem Hebel 19 abgewandten Seite jeweils Verlängerungen 40a und 40b ausgebildet. Die Drehachse x geht im Bereich zur Spitzenlagerung der Grundplatte 21 vorgesehenen Aufnahmen 23a bzw. 23b durch die Führungen 22a und 22b, wobei die Drehachse x durch den Mittelpunkt der beiden Führungsscheiben 20a und 20b und durch die Mittellinie des Hebels 19 verläuft. Der Hebel 19 ist dabei in Führungen 39a und 39b um die in Fig. 7 mit y gekennzeichnete Drehachse verdrehbar, welche orthogonal auf der Drehachse x steht. Die Drehachse y läuft dabei durch den Hebel 19. Durch die Ausgestaltung des Mechanismusses wird sichergestellt, daß bei gleichzeitiger Bewegung um die Drehachse x und die Drehachse y keine bzw. nur eine reduzierte Gleitbewegung eines an dem Hebelarm 19 auf der Drehachse y angeordneten Körpers und eine totale Entkopplung gegeben sind.The first link of the mechanism consists of a base plate 21 which is provided with opposite sides in the center with guides 22a and 22b which project laterally on the base plate 21 on one side. The guides 22a and 22b are rotatably mounted on a frame in the area marked with an axis of rotation x. Orthogonally offset from the axis of rotation x and the guides 22a and 22b, the base plate 21 has guides 39a and 39b on opposite sides which rotatably support a lever 19. Guide disks 20a and 20b are arranged on the lever 19 and run radially around the guide disks 20a and 20b. Extensions 40a and 40b are formed on the guide disks on the side facing away from the lever 19. The axis of rotation x passes through the guides 22a and 22b in the area of the receptacles 23a and 23b provided for the top mounting of the base plate 21, the axis of rotation x passing through the center of the two guide disks 20a and 20b and through the center line of the lever 19 runs. The lever 19 can be rotated in guides 39a and 39b about the axis of rotation marked y in FIG. 7, which is orthogonal to the axis of rotation x. The axis of rotation y runs through the lever 19. The design of the mechanism ensures that with simultaneous movement about the axis of rotation x and the axis of rotation y there is no or only a reduced sliding movement of a body arranged on the lever arm 19 on the axis of rotation y and one total decoupling is given.
Ein an dem Hebel 19 angeordnetes Flügelelement, welches hinsichtlich seiner Flügellängsachse im wesentlichen auf der Drehachse y zum Liegen kommt, wird bei entsprechender Betätigung seitens eines elektromagnetischen Stellgliedes 10 im Bereich der in Fig. 7 mit 10 gekennzeichneten Pfeile die Grundplatte 21 um die Drehachse x verdrehen, so daß ein an dem Hebel 19 angeordnetes Flügelelement eine entsprechende Schwingbewegung s ausführt.A wing element arranged on the lever 19, which comes to rest essentially on the axis of rotation y with respect to its longitudinal axis of the wing, will rotate the base plate 21 about the axis of rotation x when the electromagnetic actuator 10 is actuated accordingly in the region of the arrows marked 10 in FIG. 7 , so that a wing element arranged on the lever 19 carries out a corresponding oscillating movement s.
Dementsprechend würde eine an den Hebeln 40a bzw. 40b einwirkendes elektromagnetisches Stellglied 9 den Hebel 19 um die Drehachse y verdrehen, so daß ein an dem Hebel 19 angeordnetes Flügelelement eine entsprechende Drehbewegung ausführt.Accordingly, an electromagnetic actuator 9 acting on the levers 40a or 40b would rotate the lever 19 about the axis of rotation y, so that a wing element arranged on the lever 19 executes a corresponding rotary movement.
Fig. 8 zeigt in einer schematischen Seitenansicht zwei Grundplatten 21a und 21 b welche mittels einer Spitzenlagerung 24a und 24b einen Hebel 19 mit Führungslagern 39a und 39b drehbar lagern. Die Grundplatten 21 a und 21 b weisen jeweils an gegenüberliegenden Seiten Führungen 22a und 22b entsprechend Fig. 7 auf, wobei die Grundplatte 21a ihre Drehachse x im Bereich der Lagerung 23a und die Grundplatte 21 b ihre Drehachse x im Bereich der Lagerung 23b aufweist. Dabei gehen die Drehachsen x der Grundplatte 21a und der Grundplatte 21 b durch den Mittelpunkt des Hebels 19.8 shows a schematic side view of two base plates 21a and 21b which, by means of a tip bearing 24a and 24b, rotatably support a lever 19 with guide bearings 39a and 39b. The base plates 21a and 21b each have guides 22a and 22b on opposite sides as shown in FIG. 7, the base plate 21a having its axis of rotation x in the region of the bearing 23a and the base plate 21b having its axis of rotation x in the region of the bearing 23b. The axes of rotation x of the base plate 21a and the base plate 21b pass through the center of the lever 19.
Die Grundplatten 21 a und 21 b werden über einen Hebel 25, welcher mit kleinerem Lagerspiel auf Spitzen in den Lageraufnahmen 25a und 25b der Grundplatte 21 a bzw. 21 b gelagert ist mittels einem elektromagnetischem Stellglied 26 bewegt. Dabei verdreht sich die Grundplatte 21a um die Drehachse x gebildet durch das Spitzenlager 23a und die Grundplatte 21 b um die Drehachse x gebildet durch das Spitzenlager 23b. Ein an dem Hebel 19 links und rechts angeordnetes Flügelelement führt dabei aufgrund der Stellbewegung des elektromagnetischen Stellgliedes 26 eine Schwingbewegung aus, wie sie in Fig. 8 mit s gekennzeichneten Pfeilen angedeutet ist.The base plates 21 a and 21 b are moved by means of an electromagnetic actuator 26 via a lever 25, which is supported with a smaller bearing clearance on tips in the bearing receptacles 25 a and 25 b of the base plate 21 a and 21 b. The base plate 21a rotates about the axis of rotation x formed by the tip bearing 23a and the base plate 21b about the axis of rotation x formed by the tip bearing 23b. A wing element arranged on the lever 19 on the left and right leads due to the actuating movement of the electromagnetic Actuator 26 a swinging movement, as indicated in Fig. 8 with s arrows.
Fig. 9 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine weitere Ausführungsform ähnlich Fig. 8. Hier sind die Grundplatte 21a und 21 b in Längsschlitzen 27a und 27b eines Hebels 27 gelagert, welcher über das elektromagnetische Stellglied 26 bewegt wird. Die Längsschlitze 27a und 27b sind dabei auf dem Hebel 27 eingeprägt.FIG. 9 shows a schematic side view of a further embodiment similar to FIG. 8. Here, the base plates 21a and 21b are mounted in longitudinal slots 27a and 27b of a lever 27 which is moved via the electromagnetic actuator 26. The longitudinal slots 27a and 27b are stamped on the lever 27.
Fig. 10 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine weitere Ausführungsform entsprechend den Fign. 8 und 9. Hier ist das elektromagnetische Stellglied 26 mit einem elastischen Band 28 verbunden, welches an den Enden der Grundplatten 21a und 21 b befestigt ist. Durch das elastische Band wird während der Verdrehung der Grundplatte 21a bzw. 21 b um die Drehachsen x die dabei auftretende Querbewegung ausgeglichen. Der Aufbau mit Verwendung des elastischen Bandes 28 ist im Vergleich zu den Ausführungsformen gemäß Fig. 8 bzw. Fig. 9 vereinfacht und kann hinsichtlich der Fertigung im Spritzgußverfahren hergestellt werden.10 shows a schematic side view of a further embodiment corresponding to FIGS. 8 and 9. Here the electromagnetic actuator 26 is connected to an elastic band 28 which is attached to the ends of the base plates 21a and 21b. The elastic band compensates for the transverse movement occurring during the rotation of the base plate 21a or 21b about the axes of rotation x. The structure using the elastic band 28 is simplified in comparison to the embodiments according to FIG. 8 or FIG. 9 and can be produced with the injection molding process.
Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform gemäß Fig. 8, wobei die beiden Grundplatten 21a und 21 b mit einem elastischen Element 29, vorliegend eine Feder, vorgespannt verbunden sind. Durch das elastische Element 29 werden dabei Stellbewegungen während der Verdrehung der Grundplatten 21a und 21 b ausgeglichen. Das elektromagnetische Stellglied 26 ist mit dem elastischen Element verbunden. Fig. 11 zeigt die Mittelstellung der Anordnung. Das elastische Element stellt einen Kraftspeicher dar, der es ermöglicht, bereits geringste Stellbewegungen des elektromagnetischen Stellgliedes 26 eine große Bewegung, d. h. vorliegend eine Verdrehung der Grundplatten 21a und 21 b auslöst. Das in Fig. 11 dargestellte System besitzt nur zwei stabile Zustände, wie sie in den Fign. 12 und 13 dargestellt sind. Die in Fig. 11 dargestellte Mittelstellung ist instabil und nimmt bereits bei geringster Betätigung durch das elektromagnetische Stellglied 26 eine der in den Fign. 12 oder 13 dargestellten Stellungen ein. Die Grundplatten 21a und 21 b führen somit eine Schnappbewegung aus, was eine sehr effiziente Energieausnutzung bedeutet.FIG. 11 shows a further embodiment according to FIG. 8, the two base plates 21a and 21b being connected in a prestressed manner with an elastic element 29, in the present case a spring. Adjustment movements during the rotation of the base plates 21a and 21b are compensated for by the elastic element 29. The electromagnetic actuator 26 is connected to the elastic element. 11 shows the middle position of the arrangement. The elastic element represents a force accumulator, which makes it possible for even the smallest actuating movements of the electromagnetic actuator 26 to make a large movement, i. H. in the present case triggers a rotation of the base plates 21a and 21b. The system shown in Fig. 11 has only two stable states as shown in Figs. 12 and 13 are shown. The center position shown in FIG. 11 is unstable and takes one of the one shown in FIGS. 12 or 13 positions shown. The base plates 21a and 21b thus perform a snap movement, which means a very efficient use of energy.
Der Hebel 26a des elektromagnetischen Stellgliedes 26 hat zwei Endausschläge 29a und 29b, die die Grundplatten 21a und 21 b in den jeweiligen Extremstellungen stabil nach unten bzw. nach oben über die Mittelstellung gemäß Fig. 11 drücken. Danach schnappen die Grundplatten 21a bzw. 21 b nach oben bzw. nach unten.The lever 26a of the electromagnetic actuator 26 has two end deflections 29a and 29b, which the base plates 21a and 21b in the respective extreme positions Press stably downwards or upwards over the middle position according to FIG. 11. Then the base plates 21a and 21b snap up and down.
Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Getriebeanordnung gemäß Fig. 11. Hierbei ist jedoch der Kraftspeicher durch Verwendung eines elastischen Elementes, vorliegend eine Feder 30a bzw. 30b, auf Vorspannung direkt auf den Drehachsen x im Bereich der Lager 23a bzw. 23b angebracht. Fig. 14 zeigt wie Fig. 11 die Mittelstellung. Die stabilen Extremstellungen entsprechend Fig. 12 und 13 werden entsprechend auch von der Getriebeanordnung gemäß Fig. 14 eingenommen.FIG. 14 shows a further embodiment of a gear arrangement according to FIG. 11. In this case, however, the force accumulator is attached by means of an elastic element, in the present case a spring 30a or 30b, to pretension directly on the axes of rotation x in the area of the bearings 23a or 23b. FIG. 14 shows the central position like FIG. 11. The stable extreme positions according to FIGS. 12 and 13 are also assumed by the gear arrangement according to FIG. 14.
Fig. 15 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine weitere Ausführungsform einer Getriebeanordnung gemäß Fig. 8. Dabei weisen die Grundplatten 21a bzw. 21 b an einem Ende halbkreisförmig ausgebildete Zahnsegmente 31a und 31 b auf, welche in eine Zahnstange 31 eingreifen. Die Zahnstange 31 ist dabei direkt mit dem elektromagnetischen Stellglied 26 verbunden.15 shows a schematic side view of a further embodiment of a gear arrangement according to FIG. 8. The base plates 21a and 21b have, at one end, semicircular tooth segments 31a and 31b which engage in a toothed rack 31. The rack 31 is connected directly to the electromagnetic actuator 26.
Fig. 16 zeigt in einer schematisch perspektivischen Seitenansicht eine vereinfachte Bauweise zum Einschnappen des Hebels 33, korrespondierend mit Hebel 19 des Mechanismusses gemäß Fig. 7, auf einer Grundplatte 21. Der Hebel 33 weist dazu ringsegmentförmig ausgebildete Aufnahmen 34a und 34b auf, an welchen ein Flügelsegment 6 befestigbar ist. Die Ringsegmente 24a bzw. 24b schnappen dabei auf Drehstäben 32a bzw. 32b auf, welche seitens der Grundplatte 21 ausgebildet sind.16 shows a schematic perspective side view of a simplified construction for snapping the lever 33, corresponding to lever 19 of the mechanism according to FIG. 7, onto a base plate 21. For this purpose, the lever 33 has receptacles 34a and 34b in the form of a ring segment, on which a Wing segment 6 is attachable. The ring segments 24a and 24b snap onto torsion bars 32a and 32b, which are formed on the part of the base plate 21.
Fig. 17 zeigt in einer schematisch perspektivischen Seitenansicht im Detail eine Ausführungsform zum Verdrehen des Hebels 19 bzw. 33 um die Drehachse y. Die die Führungsscheiben 20a und 20b verlängernden Hebel 40a und 40b werden dabei von einem Stabmagneten 38 durchsetzt, wobei zwischen den Verlängerungen 40a und 40b auf dem Stabmagnet eine Spule 35 angeordnet ist. Sobald ein Strom durch die Spule 35 fließt, bewegen sich die Nebel 40a/40b entsprechend der magnetischen Polung des Stabmagnets 38 und der Formrichtung des die Spule 35 durchfließenden Stroms entweder in Richtung des Aufnahmepols 37a oder in Richtung des Aufnahmepols 37b. Dabei wird der Hebel 19 über die Führungsscheiben 20a und 20b um die Drehachse y verdreht. Diese Antriebseinrichtung ist einfach herstellbar, relativ preisgünstig und äußerst platzsparend. B e z u q s z e i c h e n l i s t e17 shows a schematic perspective side view in detail of an embodiment for rotating the lever 19 or 33 about the axis of rotation y. The levers 40a and 40b extending the guide disks 20a and 20b are penetrated by a bar magnet 38, a coil 35 being arranged on the bar magnet between the extensions 40a and 40b. As soon as a current flows through the coil 35, the mists 40a / 40b move according to the magnetic polarity of the bar magnet 38 and the shape of the current flowing through the coil 35 either in the direction of the receiving pole 37a or in the direction of the receiving pole 37b. The lever 19 is rotated about the axis of rotation y via the guide disks 20a and 20b. This drive device is easy to manufacture, relatively inexpensive and extremely space-saving. List of characters
1 Grundkörper1 basic body
2 Träger2 carriers
3 Einstellschraube3 adjusting screw
4 elastische Einheit (Gestell)4 elastic unit (frame)
5 Schwenkkörper (erstes Glied)5 swivel bodies (first link)
6 Flügelelement6 wing element
7 Resonator7 resonator
8 Ansteuerhebel8 control levers
9 Antriebseinrichtung (Drehbewegung)9 drive device (rotary movement)
10 Antriebseinrichtung (Schwingbewegung)10 drive device (oscillating movement)
11 Spitzenlager (Schwenkkörper)11 center bearings (swivel body)
12 zweites Glied12 second link
12' Spitzenlagerung (zweites Glied)12 'tip bearing (second link)
13 Einstellschraube13 adjusting screw
14 Kontermutter14 lock nut
15 oberer Umkehrpunkt15 upper reversal point
16 unterer Umkehrpunkt16 lower reversal point
17 Position des Flügelelementes vor dem Umklappen17 Position of the wing element before folding down
18 Position des Flügelelementes nach dem Umklappen18 Position of the wing element after folding
19 Hebel19 levers
20a, 20b Führungsscheibe 21 , 21a, 21b Grundplatte20a, 20b guide disc 21, 21a, 21b base plate
22a, 22b Führungen22a, 22b guides
23a, 23b Lagerungen23a, 23b bearings
24a, 24b Spitzenlagerung24a, 24b tip storage
25 Hebel25 levers
25a, 25b Lageraufnahmen25a, 25b inventory recordings
26 elektromagnetisches Stellglied 26a Hebel26 electromagnetic actuator 26a lever
27 Hebel27 levers
27a, 27b Längsschlitz27a, 27b longitudinal slot
28 elastisches Band28 elastic band
29 Kraftspeicher (Feder) 29a, 29b stabile Extremstellung 30a, 30b Kraftspeicher29 lift mechanism (spring) 29a, 29b stable extreme position 30a, 30b lift mechanism
31a, 31b Zahnsegmente31a, 31b tooth segments
31 Zahnstange31 rack
32a, 32b Drehstab32a, 32b torsion bar
33 Hebel33 levers
34a, 34b Ringsegmente34a, 34b ring segments
35 Spule35 coil
37a, 37b Aufnahmepunkt x, y Drehachse37a, 37b pick-up point x, y axis of rotation
38 Spule F Fluidstrom38 coil F fluid flow
39a, 39b Führungen d Drehbewegung39a, 39b guides d rotary motion
40a, 40b Hebel (Verlängerung Führungsscheibe) s Schwingbewegung 40a, 40b lever (extension guide disc) s swinging motion

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Umsetzung von einerseits translatorischen und andererseits schwingenden und/oder rotatorischen Bewegungsabläufen, wobei einerseits wenigstens zwei voneinander entkoppelte translatorische Bewegungsabläufe auf zwei translatorisch bewegbare Elemente und andererseits wenigstens zwei sich überlagernde schwingende und/oder rotatorische Bewegungsabläufe auf ein Einzelelement rückgeführt werden.1.Procedure for the implementation of translational and on the other hand oscillating and / or rotary motion sequences, whereby on the one hand at least two decoupled translational motion sequences are attributed to two translationally movable elements and on the other hand at least two overlapping oscillating and / or rotational motion sequences are attributed to a single element.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich überlagernde Bewegungen (s, d) durch wenigstens ein Flügelelement (6) auf einer Seite einer Antriebseinrichtung (9, 10, 26, 35, 38) durchgeführt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that two superimposed movements (s, d) are carried out by at least one wing element (6) on one side of a drive device (9, 10, 26, 35, 38).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelelement (6) zwischen zwei Umkehrpunkten (15, 16) eine Schwingbewegung (s) ausführt.3. The method according to claim 2, characterized in that the wing element (6) between two reversal points (15, 16) carries out an oscillating movement (s).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelelement (6) im Bereich der Umkehrpunkte (15, 16) eine Drehbewegung (d) um die Flügellängsachse ausführt.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the wing element (6) in the region of the reversal points (15, 16) performs a rotary movement (d) about the longitudinal axis of the wing.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelelement durch wenigstens in Resonanz betriebenen Resonator (7) angetrieben wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the wing element is driven by at least resonance operated resonator (7).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung (d) durch die Schwingbewegung (s) bewirkt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the rotary movement (d) is caused by the oscillating movement (s).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingbewegung durch den in Resonanz betriebenen Resonator (7) erfolgt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the oscillating movement is carried out by the resonator (7) operated in resonance.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Flügelelementes (6) bei der Schwingbewegung (s) einen Winkel zwischen 0° und 180° zu dem Fluidstrom einnimmt, bevorzugt einen Winkel zwischen 10° und 80°, besonders bevorzugt einen Winkel zwischen 15° und 75°. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the end face of the wing element (6) in the swinging movement (s) takes an angle between 0 ° and 180 ° to the fluid flow, preferably an angle between 10 ° and 80 °, particularly preferably an angle between 15 ° and 75 °.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (7) in seiner Eigenfrequenz angeregt wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the resonator (7) is excited in its natural frequency.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung durch wenigstens ein elektromagnetisches Stellglied erfolgt.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the excitation is carried out by at least one electromagnetic actuator.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung durch wenigstens ein piezoelektrisches Stellglied erfolgt.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the excitation is carried out by at least one piezoelectric actuator.
12. Mechanismus zum Überlagern von Bewegungen, mit einem ersten drehbar an einem Gestell (1 , 2, 4) gelagerten Glied (5) und einem zweiten drehbar an dem ersten Glied (5) gelagerten Glied (12), wobei die Drehachsen (x, y) des ersten und des zweiten Glieds (5, 12) orthogonal aufeinander stehen.12. Mechanism for superimposing movements, with a first link (5) rotatably mounted on a frame (1, 2, 4) and a second link (12) rotatably mounted on the first link (5), the axes of rotation (x, y) the first and the second link (5, 12) are orthogonal to each other.
13. Mechanismus nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zweiten Glied (12) wenigstens ein zu bewegender Körper befestigbar ist, vorzugsweise ein Flügelelement (6).13. Mechanism according to claim 12, characterized in that at least one body to be moved can be fastened to the second link (12), preferably a wing element (6).
14. Mechanismus nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelelement (6) in Form eines Bienenflügels ausgebildet ist.14. Mechanism according to claim 13, characterized in that the wing element (6) is designed in the form of a bee wing.
15. Mechanismus nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Glied (5, 12) miteinander koppelbar sind.15. Mechanism according to one of claims 12 to 14, characterized in that the first and the second link (5, 12) can be coupled together.
16. Getriebeanordnung zum Erzeugen überlagerter Bewegungen, mit einem Mechanismus nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei wenigstens eines der Glieder (5, 12) mittels einer Antriebseinrichtung (9, 10) verdrehbar ist.16. Gear arrangement for generating superimposed movements, with a mechanism according to one of claims 12 to 15, wherein at least one of the links (5, 12) can be rotated by means of a drive device (9, 10).
17. Getriebeanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung einen in Resonanz betreibbaren Resonator (7) umfaßt.17. Transmission arrangement according to claim 16, characterized in that the drive device comprises a resonator (7) which can be operated in resonance.
18. Getriebeanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (7) in seiner Eigenfrequenz anregbar ist. 18. Gear arrangement according to claim 17, characterized in that the resonator (7) can be excited in its natural frequency.
19. Getriebeanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung durch ein elektromagnetisches Stellglied erfolgt.19. Gear arrangement according to claim 18, characterized in that the excitation is carried out by an electromagnetic actuator.
20. Getriebeanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung durch ein piezoelektrisches Stellglied erfolgt.20. Gear arrangement according to claim 19, characterized in that the excitation is carried out by a piezoelectric actuator.
21. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (7) ein Federelement ist.21. Gear arrangement according to one of claims 16 to 20, characterized in that the resonator (7) is a spring element.
22. Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstromes mit einer Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 21 und einem Flügelelement (6) nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese zur Kühlung von elektrischen Einrichtungen, vorzugsweise Mikroprozessoren verwendet wird.22. Device for generating a fluid flow with a gear arrangement according to one of claims 16 to 21 and a wing element (6) according to claim 12 or claim 13, characterized in that it is used for cooling electrical devices, preferably microprocessors.
23. Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstromes mit einer Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 21 und einem Flügelelement (6) nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz des Resonators (7) einstellbar ist, vorzugsweise über eine Einstellschraube. 23. Device for generating a fluid flow with a gear arrangement according to one of claims 16 to 21 and a wing element (6) according to claim 12 or claim 13, characterized in that the natural frequency of the resonator (7) is adjustable, preferably via an adjusting screw.
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