DE10054398A1 - Netzunabhängiges Energieversorgungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mittels des piezoelektrischen Effekts, mit mehreren piezoelektrischen Wandlern und einer die von den piezoelektrischen Wandlern erzeugte elektrische Spannung abgreifenden elektronischen Schaltung, wobei die Vorrichtung mindestens ein Betätigungsmittel aufweist, welches mit der Hand oder dem Fuß einer die Vorrichtung betätigenden Person betätigbar ist, wobei das Betätigungsmittel direkt oder über ein Getriebe die beweglichen Teile der Vorrichtung antreibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mittels des piezoelektri­ schen Effekts, mit mehre ren piezoelektrischen Wandlern und einer die von den piezoelektrischen Wandlern erzeugte elektrische Spannung abgreifenden elektronischen Schal­ tung, wobei die Vorrichtung mindestens ein Betätigungs­ mittel aufweist, welches mit der Hand oder dem Fuß einer die Vorrichtung betätigenden Person betätigbar ist, wobei das Betätigungsmittel direkt oder über ein Getriebe die beweglichen Teile der Vorrichtung antreibt.

Ein gattungsgemäßes Handgerät ist aus der PCT- Patentanmeldung PCT/EP99/06517 bekannt. Bei diesem Hand­ gerät wird mittels eines Betätigungsmittels direkt oder über ein Getriebe mindestens ein piezoelektrischer Wand­ ler druckbeaufschlagt, wobei mittels des Betätigungsmittels mindestens eine Feder spannbar ist, und die in der Feder gespeicherte Energie bei Bedarf zur Druckbeauf­ schlagung des mindestens einen piezoelektrischen Wandlers freigebbar ist, wobei die sich entspannende Feder eine Welle antreibt, auf der mindestens ein Schlagelement ra­ dial verschieblich gelagert ist. Jedes Schlagelement wird von einer Feder radial nach außen druckbeaufschlagt. Mit­ tels Führungsflächen, die entgegen der Kraft der Feder beim Verdrehen der Welle die Schlagelemente radial nach innen verschieben, werden die Federn, die die Schlagele­ mente radial nach außen druckbeaufschlagen, gespannt. Die Führungsflächen sind derart ausgebildet, daß beim Weiter­ drehen der Welle die Schlagelemente in einem Winkelbe­ reich freigegeben werden, so daß die jeweilige Feder das Schlagelement radial nach außen beschleunigen kann. Am Ende der Beschleunigungsstrecke sind in der Führungsflä­ che piezoelektrische Wandler angeordnet, die von dem be­ schleunigten Schlagelement kurzzeitig druckbeaufschlagt werden und somit einen Spannungsimpuls erzeugen, der durch die nachgeschaltete Elektronik zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers verwendet wird. Die in der PCT/EP99/06517 offenbarte Vorrichtung ist sehr gut zur Erzeugung kleinerer elektrischer Energiemengen, wie sie zum Beispiel für den Betrieb von Mobilfunkgeräten oder ähnlichen elektrischen Apparaten benötigt werden, geeig­ net. Die Vorrichtung besteht jedoch aus relativ vielen beweglichen Teilen, wodurch sie relativ teuer in der Her­ stellung und eventuell fehleranfällig ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die gattungs­ gemäße Vorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie möglichst robust, einfach in ihrem Aufbau und kosten­ günstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit jeweils einer Vor­ richtung mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Ansprü­ che, 1, 3, 5, 10 und 14 gelöst.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen weisen sich durch be­ sondere Robustheit, bedingt durch ihren einfachen Aufbau und insbesondere ihre leichte Montage aus. Sie sind da­ durch sehr kostengünstig in der Herstellung und weisen eine lange Lebensdauer auf.

Vorteilhaft können bereits existierende piezoelektrische Wandlerelemente, wie sie zum Beispiel in Feuerzeugen be­ reits lange Jahre Verwendung finden, eingesetzt werden. Allen erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist gemeinsam, daß die piezoelektrischen Wandler in Ausnehmungen fest ein­ liegen können. Es ist jedoch selbstverständlich ebenso möglich, daß die Wandlerelemente in anders gearteter Art und Weise In der Vorrichtung angeordnet sind.

Durch den vorteilhaften Einsatz von herkömmlichen piezo­ elektrischen Wandlerelementen für Feuerzeuge, welche ins­ besondere stabförmig ausgebildet sind und Kontaktflächen zum Abgriff der elektrischen Spannung besitzen, können z. B. in den Ausnehmungen für die piezoelektrischen Wand­ ler entsprechende Kontakte vorgesehen werden, so daß die fertigen piezoelektrischen Wandler lediglich in diese Ausnehmungen eingesetzt werden müssen und keine weitere Kontaktierung bzw. keine elektrischen Anschlüsse bzw. Verbindungen zwischen den Betätigungselementen und den Ausnehmungen bzw. der elektrischen Schaltung zur Umwand­ lung der Spannungsimpulse mehr manuell hergestellt werden müssen. Die vielfältig eingesetzten piezoelektrischen Wandler bestehen meist aus zwei Gehäuseteilen, die inein­ ander verschieblich gelagert sind, wobei eine Feder stets versucht die beiden Gehäuseteile auseinander zu drücken in eine Anfangsstellung zu drücken. Während die Gehäuse­ teile zusammengedrückt werden, wird eine zweite Feder zu­ sammengedrückt, welche nach einer bestimmten Wegstrecke freigegeben wird, und sich entspannen kann. Die gespei­ cherte Energie dieser Feder wird zum Druckbeaufschlagen eines piezoelektrischen Elements verwendet, wobei die durch die mechanische Verformung entstehende elektrische Spannung an am Gehäuse außen anliegenden elektrischen Kontaktstellen abgreifbar ist.

Bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind diese piezo­ elektrischen Wandlerelemente mehrfach angeordnet und ins­ besondere zueinander parallel geschaltet, so daß sich ei­ ne Addition der Verschiebungsströme innerhalb der piezo­ elektrischen Elemente und somit eine größere Energieaus­ beute ergibt.

Wie bereits erläutert, weisen sich die erfindungsgemäßen Vorrichtungen vorteilhaft durch einen mechanisch einfa­ chen Aufbau aus. Dieser mechanisch einfache Aufbau wird dadurch erzielt, daß die piezoelektrischen Wandler z. B. fest in Aussparungen einliegen, wobei bei der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung gemäß des unabhängigen Anspruchs 1 ein Zahnrad mit seinen Zähnen durch Verdrehen des selbi­ gen die piezoelektrischen Wandler wiederholt, insbesonde­ re periodisch komprimiert werden. Die Ausgestaltung der Zähne ist dabei vorteilhaft derart, daß die Zahnflanken, welche um Komprimieren der piezoelektrischen Wandler die­ nen, rund ausgestaltet sind, so daß sich möglichst gerin­ ge Reibungskräfte zwischen der jeweiligen Zahnflanke und dem piezoelektrischen Wandler ergeben. Die den piezoelek­ trischen Wandler freigebende Flanke des gleichen Zahns ist jeweils dergestalt, daß der piezoelektrische Wandler sich schlagartig entspannen kann. Wird jedoch ein aus Feuerzeugen bekannter piezoelektrischer Wandler verwen­ det, ist die Gestaltung der jetzt beschriebenen Zahnflan­ ke nicht ausschlaggebend, da die Deformation des piezo­ elektrischen Elements des piezoelektrischen Wandlers dort unabhängig von der Komprimierung der beiden Gehäuseteile der piezoelektrischen Wandler erfolgt. Diese erfindungs­ gemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß ledig­ lich das Zahnrad bewegt werden muß. Ansonsten sind keine beweglichen Teile zum Betätigen der piezoelektrischen Wandler vonnöten. Selbstverständlich werden für das zwi­ schen Betätigungselement und Welle des Zahnrads zwischen­ geschaltete Getriebe bewegliche Teile benötigt. Diese sind jedoch nicht so häufig größeren Kräften ausgesetzt, wie zum Beispiel die in der PCT/EP99/06517 bekannten Schlagelemente und unterliegen daher auch nur einem ge­ ringeren Verschleiß. Die handelsüblichen piezoelektri­ schen Wandlern können problemlos Verwendung finden und sind leicht in der Vorrichtung zu montieren und bei Be­ darf auch leicht zu ersetzen. Zum Auswechseln der Wand­ lerelemente können z. B. die Aussparung sämtlicher erfin­ dungsgemäßen Vorrichtungen gem. der unabhängigen Ansprü­ che derart ausgebildet sein, daß sie durch Sackbohrungen gebildet sind oder aber durch eine nutenförmige Ausspa­ rung in einem Teil, welches mittels eines Deckels ver­ schließbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die piezoelektrischen Wandler nicht radial zur Achse des Zahnrads ausgerichtet sind, sondern um einen Winkel α zur Radialen verdreht in Umfangsrichtung um die Achse angeordnet sind. Hierdurch läßt sich ein besseres Komprimieren und leichteres Freigeben der piezoelektrischen Wandler bei relativ einfacher Geometrie des Zahnrads erzielen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß des unabhän­ gigen Anspruchs 3 und der auf ihn rückbezogenen Unteran­ sprüche sind piezoelektrische Wandler um eine erste Achse herum in einem äußeren Teil gelagert, wobei auf einer Welle, die parallel bzw. exzentrisch zur ersten Achse an­ geordnet ist, ein Antriebsteil gelagert ist, das durch Rotation einen zwischen den piezoelektrischen Wandlern und dem Antriebsteil angeordneten Ring in Schwingungen und Rotation versetzt, wobei durch die Schwingungen und Rotation des Rings die piezoelektrischen Wandler peri­ odisch komprimiert werden.

Die mittels des unabhängigen Anspruchs 5 und der auf ihn rückbezogenen Unteransprüche beanspruchte Vorrichtung weist sich vorteilhaft dadurch aus, daß viele piezoelek­ trische Wandler auf kleinem Raum angeordnet sind, wodurch sich große Verschiebeströme bei kleinen Verdrehwinkeln der Teile erzielen lassen. Die Vorrichtung hat dazu ein äußeres und ein inneres Teil, in dem jeweils um den Um­ fang piezoelektrische Wandler verteilt angeordnet sind, die in den Zwischenraum zwischen äußeren und inneren Teil mit ihren freien Enden reichen. In dem Innenraum sind Ku­ geln oder Walzen angeordnet, die beim Verdrehen des inne­ ren gegenüber dem äußeren Teil die piezoelektrischen Wandler jeweils komprimieren und wieder freigeben, so daß bei einer Umdrehung des inneren Teils durch die Mitnahme der Kugeln oder Walzen doppelt so viele piezoelektrische Wandler wie bei der Vorrichtung gemäß des unabhängigen Anspruchs 1 komprimierbar sind. Es ist möglich, die Ku­ geln bzw. Walzen ortsfest am Gehäuse anzuordnen, wobei dann das innere und äußere Teil jeweils in entgegengesetzte Drehrichtungen verdreht werden. Es kann jedoch auch nur entweder das innere oder äußere Teil bei dann nicht ortsfest gelagerten Kugeln bzw. Wellen verdreht werden. Auch hier ist es möglich, die piezoelektrischen Wandler nicht radial anzuordnen, sondern in einem Winkel zur Radialrichtung.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß des unabhän­ gigen Anspruchs 10 und der auf ihn rückbezogenen Unteran­ sprüche sind die piezoelektrischen Wandler um eine Achse herum in einem inneren scheibenförmigen oder zylindri­ schen Teil gelagert, wobei die piezoelektrischen Wandler jeweils mit ihrem einen Ende aus dem inneren Teil im nicht komprimierten Zustand herausragen. Rollen, Walzen oder Kugeln sind über den äußeren Umfang des inneren Teils drehbar gelagert angeordnet und liegen insbesondere an dem inneren Teil an. Durch Verdrehen des inneren Teils relativ zu den Rollen werden die piezoelektrischen Wand­ ler durch die Walzen, Rollen bzw. Kugeln wiederholt bzw. periodisch komprimiert. Auch diese erfindungsgemäße Vor­ richtung weist sich durch ihren einfachen Aufbau und ihre Robustheit aus. Um die Lager der Wellen bzw. Kugeln nicht allzu großen Kräften auszusetzen, ist es von Vorteil, bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung einen äußeren Ring bzw. äußere Führungsflächen für die Rollen bzw. Kugeln vorzusehen, die die Rollen bzw. Kugeln in radialer Posi­ tion halten. Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, entweder die Rollen am Gehäuse ortsfest dreh­ bar zu lagern, wobei dann das innere scheibenförmige Teil mit den piezoelektrischen Wandlern verdreht wird. Hier durch ist es jedoch notwendig, die von den piezoelektri­ schen Wandlern erzeugte elektrische Energie über Schleif­ kontakte zum Gehäuse abzuführen. Wesentlich einfacher ist es, wenn statt des scheibenförmigen Teils, in dem die piezoelektrischen Wandler angeordnet sind, die Rollen auf einer Scheibe angeordnet sind und die Scheibe gegenüber dem inneren Teil und dem Gehäuse verdreht wird. Hierdurch ist es möglich, ohne Schleifkontakte die von den piezo­ elektrischen Wandlern erzeugten Energie an die nachge­ schaltete Elektronik weiterzuleiten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß des unabhängigen Anspruchs 14 hebt sich erfinderisch von der in der PCT/EP99/06517 dadurch ab, daß durch eine Hin- und Herbe­ wegung eines Stabes, an dem Vorsprünge angeordnet sind, piezoelektrische Wandler wiederholt bzw. periodisch kom­ primiert werden. Die Hin- und Herbewegung läßt sich rela­ tiv problemlos durch ein Exzentergetriebe über eine ex­ zentrisch gelagerte Scheibe und eine Feder erzeugen. Es ist jedoch auch denkbar, daß bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung das Betätigungsmittel der Vorrichtung direkt an dem Stab angeordnet ist. Durch das Verschieben des Stabes innerhalb des Gehäuses mittels einer Hin- und Her­ bewegung des Betätigungselements werden dann die piezo­ elektrischen Wandler periodisch bzw. mehrfach kompri­ miert.

Im übrigen wird auf die Offenbarung der PCT/EP99/06517 bezüglich der Speicherung von mechanischer Energie zum Antrieb des Komprimierungselements wie zum Beispiel dem Zahnrad, dem Stab mit den daran angeordneten Vorsprüngen etc. verwiesen. Derartige Antriebe und Speicherungen von mechanischer Energie sind ohne weiteres problemlos bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorsehbar. Im übrigen wird der diesbezügliche Offenbarungsgehalt zum Offenba­ rungsgehalt dieser Anmeldung gemacht.

Nachfolgend werden anhand von Figuren mögliche Ausfüh­ rungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1: Anordnung der piezoelektrischen Wandler mit einem innenliegenden Zahnrad;

Fig. 2: eine Seitenansicht und Teilquerschnitts­ darstellung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Betätigungselement, Ge­ triebe und piezoelektrischen Elementen;

Fig. 3: eine Querschnittsdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform mit einem äußeren und einem inneren piezoelektrische Wand­ lerelemente aufweisenden Teil;

Fig. 4: eine Ausführungsform mit Schwingring;

Fig. 5: in oder auf einer Scheibe befestigte pie­ zoelektrische Wandler, welche von außen an der Scheibe anliegenden Rollen beim Ver­ drehen der Scheibe komprimiert werden;

Fig. 6: Vorrichtung mit prinzipiell gleichem Auf­ bau wie Vorrichtung gemäß Fig. 5, jedoch sind hier die piezoelektrischen Wandler ortsfest zum Gehäuse angeordnet und die Rollen laufen um die Scheibe herum und komprimieren die piezoelektrischen Wand­ ler;

Fig. 7: Vorrichtung mit hin- und herverschiebli­ chem Stab, der dabei mehrere Piezoelektrische Wandler wiederholt kompri­ miert.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der an einem insbesondere kreisförmigen Teil piezoelek­ trische Wandler 1 um eine Achse herum angeordnet sind. Auf der Achse ist ein Zahnrad 2 mit Zähnen 4 angeordnet. Die piezoelektrischen Wandler 1 ragen mit ihren freien Enden 1a im nicht komprimierten Zustand derart in die Lücken zwischen den Zähnen des Zahnrads 2, so daß beim Verdrehen in Pfeilrichtung des Zahnrads 2 die Flanken 4a der Zähne 4 die Enden 1a der piezoelektrischen Wandler 1 druckbeaufschlagen und hierdurch komprimieren. Durch die Kompression wird entweder ein piezoelektrisches Element, welches sich im piezoelektrischen Wandler 1 befindet, di­ rekt komprimiert oder aber es wird eine Feder gespannt, die nach einer bestimmten Wegstrecke der Komprimierung freigegeben und durch die Federkraft schlagartig ein pie­ zoelektrisches Element im piezoelektrischen Wandler 1 komprimiert wird.

Beim Einsatz von piezoelektrischen Wandlerelementen, bei denen das Freigeben der piezoelektrischen Wandler 1 al­ lein durch die Zähne 4 erfolgt, muß gewährleistet sein, daß die Wandler sich schlagartig nach der maximalen Kom­ primierung durch die Zähne ausdehnen können. Hierzu sind die Flanken 4b derart geformt, daß nach Verlassen des freien Endes 1a der Spitze des jeweiligen Zahns 4 das freie Ende 1a radial nach innen verfahren kann. Bei der Vorrichtung gemäß der Fig. 1 sind die piezoelektrischen Wandler 1 um einen Winkel α von der Radialrichtung ver­ schwenkt. Hierdurch wird ein leichteres Komprimieren bei entsprechender Zahnform möglich.

Die Fig. 2 zeigt eine Seiten- und Querschnittsdarstellung durch eine erfindungsgemäße Gesamtvorrichtung, beinhal­ tend ein Betätigungselement B, ein Sperrelement 7, ein Getriebe 8 und eine Spiralfeder 6 als mechanischen Ener­ giespeicher, welche im Gehäuse G angeordnet ist. Im Ge­ häuse G sind zusätzlich die piezoelektrischen Elemente 1 sowie das Zahnrad 2 angeordnet. Mittels des Betätigungs­ elements B, insbesondere eines Handrads oder eines Knop­ fes ist eine Welle 6a in eine bestimmte Richtung verdreh­ bar. Durch Verdrehen in Aufzugsrichtung wird die Spiral­ feder 6 gespannt. Der Rastmechanismus 8 mit dem Arre­ tierelement bzw. Sperrelement 7 dient dazu, daß die ein­ mal gespannte Feder 6 sich nicht ungewollt entspannen kann. Mittels des Sperrelements 7 ist es möglich, die Sperrung aufzuheben, wobei dann die Welle 6a angetrieben durch die gespannte Feder 6 das Zahnrad 2, welches eben­ falls auf der Welle 6a angeordnet ist, entgegen der Auf­ zugsrichtung, welche zum Spannen der Feder diente, ver­ dreht. Durch das Verdrehen des Zahnrads 2 komprimieren die Zähne 4 des Zahnrads 2 die piezoelektrischen Wandler 1 - der Aufbau entspricht dem der Fig. 1 - wiederholt bzw. periodisch. Mittels einer nicht dargestellten Elek­ tronik werden die an den piezoelektrischen Wandlern abge­ griffenen Spannungen zum Antrieb eines elektrischen Ver­ brauchers oder zum Aufladen eines Akkumulators verwendet. Es ist selbstverständlich möglich, ein Getriebe zwischen der Feder 6 und dem Zahnrad 2 vorzusehen, damit zum Bei­ spiel möglichst hohe Umdrehungsgeschwindigkeiten des Zahnrads erzielbar sind.

Fig. 3 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der an einem oder in einem äußeren und an einem oder in einem inneren Teil 9 bzw. 11 piezoelektrische Wandler 10 angeordnet sind. Das innere Teil 11 liegt dabei in einer Ausnehmung 9a des äu­ ßeren Teils 9 ein. Die piezoelektrischen Wandler 10 ragen mit ihren freien Enden 10a in den Innenraum 9a hinein. Zwischen dem äußeren 9 und inneren Teil 11 sind Kugeln oder Walzen 12 angeordnet, deren Durchmesser dem Abstand zwischen dem äußeren Umfang des inneren Teils 11 und dem inneren Umfang des äußeren Teils 9 entspricht. Hierdurch bewegen sich die Rollen bzw. Kugeln 12 beim Verdrehen von äußeren und innerem Teil 9 und 11 zueinander entlang der Innenfläche des Teils 9 bzw. der Außenfläche des Teils 11 und komprimieren dabei die piezoelektrischen Wandler 10. Je nach Verhältnis der Durchmesser des inneren Teils und der Walzen bzw. Kugeln zueinander werden dann bei einer Umdrehung des äußeren Teils oder des inneren Teils eine Mehrzahl von piezoelektrischen Wandlern 10 komprimiert. Die Zahl der verwendeten piezoelektrischen Wandler ist dabei je nach Anforderung zu wählen. Dabei ist darauf zu achten, daß bei einer höheren Anzahl von piezoelektri­ schen Wandlern größere Kräfte für das Verdrehen von äuße­ rem Teil 9 zu innerem Teil 11 benötigt wird. Eine größere aufgebrachte mechanische Kraft bedeutet allerdings auch eine größere erzeugte elektrische Ladung mittels der er­ findungsgemäßen Vorrichtung. Dies gilt im übrigen für sämtliche Ausführungsformen der hier offenbarten erfin­ dungsgemäßen Vorrichtungen.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei sind piezoelektri­ sche Wandler 14 radial in Umfangsrichtung an bzw. in ei­ nem äußeren Teil 16 angeordnet. Die piezoelektrischen Wandler 14 ragen mit ihren freien Enden 14a in den Innen­ raum 16a des Teils 16 hinein. Exzentrisch zum Teil 16 ist ein Trägerteil 17 um eine Achse 17a drehbar gelagert. An dem Trägerteil 17 sind Kugellager 18 an den äußeren Enden gelagert. Durch insbesondere schnelles Verdrehen des Trä­ gerteils 17 wird ein im Innenraum 16a einliegender Ring 19 in Schwingung und Rotation versetzt, wobei er die freien Enden 14a der piezoelektrischen Wandler 14 peri­ odisch druckbeaufschlagt und die piezoelektrischen Wand­ ler 14 komprimiert. Die Auskopplung der gewonnen elektri­ schen Energie erfolgt auch bei dieser Ausführungsform durch eine - nicht dargestellte - elektrische Schaltung.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere mögliche erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der ein scheibenförmiges Teil 1 drehbar um eine Welle 23 gelagert ist. Auf dem scheibenförmigen oder in diesem scheibenförmigen Teil 21 sind piezoelek­ trische Wandler 20 radial um die Welle 23 angeordnet. Die piezoelektrischen Wandler 20 ragen mit ihren Enden 20a über den Rand der Scheibe 21. Um die Scheibe 21 herum sind drehbar gelagerte Walzen 22 angeordnet, die an dem äußeren Rand der Scheibe 21 anliegen. Sobald die Scheibe 21 und mit ihr die piezoelektrischen Wandler 20 verdreht werden, kommen die freien Enden 20a der piezoelektrischen Wandler in den Bereich der Wellen bzw. Walzen 22 und wer­ den durch sie in die Scheibe 21 hineingedrückt bzw. kom­ primiert, wodurch die piezoelektrischen Wandler 20 je­ weils eine elektrische Spannung erzeugen. Es ist selbst­ verständlich möglich, mehr als vier piezoelektrische Wandler 20 auf der Scheibe 21 vorgesehen werden. Die Zahl der piezoelektrischen Wandler 20 muß nicht identisch mit der Zahl der Walzen 22 sein.

Um die Lager der Walzen 22 zu entlasten oder aber um auf diese Lager vollständig verzichten zu können, kann - wie in Fig. 5 beispielhaft dargestellt - ein äußerer Ring 25 vorgesehen werden. Zwischen diesem Ring 25 und dem äuße­ ren Rand der Scheibe 21 können die Rollen 22 frei gelagert sein, wobei der Durchmesser der Rollen bzw. Walzen 22 insbesondere größer als der Abstand zwischen dem äuße­ ren Rand der Scheibe 21 und dem Innendurchmesser des Rings 25 sein sollte. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Rollen bzw. Walzen 22 durch Verdrehen des äußeren Rings 25 oder aber der Scheibe 21 am äußeren Rand der Scheibe 21 entlang laufen und hierdurch die piezoelektri­ schen Wandler wiederholt komprimiert werden. Die Rollen und/oder die Oberflächen der Teile 21 und 25 sind dabei so auszugestalten, daß einerseits möglichst geringe Roll bzw. Gleitkräfte auftreten, aber andererseits auch ge­ währleistet ist, daß die Rollen an den Oberflächen ent­ langrollen.

Die Fig. 6 zeigt einen prinzipiell gleichen Aufbau wie die Fig. 5. Dies wird durch die gestrichenen Bezugszei­ chen zum Ausdruck gebracht. Bei dieser Ausführungsform dient der Ring 25' als direktes Betätigungselement für die Vorrichtung. Durch Verdrehen des äußeren Rings 25' in Pfeilrichtung werden die zwischen der Scheibe 21' und dem Ring 25' befindlichen und insbesondere eingeklemmten Rol­ len 22' um die Scheibe 21' herum bewegt und komprimieren dabei die piezoelektrischen Wandler 20'. Die Scheibe 21' ist dabei fest mit dem übrigen Gehäuse der Vorrichtung in Verbindung. Der äußere Ring 25' kann dabei zum Beispiel ein Rad sein, welches über eine Tisch oder über ein Ho­ senbein hin- und hergerollt werden kann, wodurch dann mittels der Rollen 22' die piezoelektrischen Wandler 22' wiederholt komprimiert werden und die gewünschte elektri­ sche Energie mittels der Vorrichtung erzeugt wird. Hier­ bei ist auf eine geeignete, insbesondere haftende äußere Oberfläche des Teils 25' zu achten.

Die Fig. 7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrich­ tung, bei der ein Stab 27 in Pfeilrichtung hin- und her­ bewegt wird. Die Hin- und Herbewegung des Stabes 27 wird dabei mittels einer exzentrisch gelagerten Scheibe 28 realisiert. Es ist jedoch ebenso denkbar, statt einer kreisförmigen runden Scheibe 28 eine Nockenscheibe zu verwenden. Die Kreisscheibe 28 drückt mit ihrer äußeren Umrandung gegen ein Kugellager 29, welches insbesondere drehbar auf dem einen Ende des Stabes 27 gelagert ist. Das andere Ende des Stabes 27 liegt an einer Druckfeder 32 an, welche sich wiederum mit ihrem anderen Ende an der Innenseite eines Gehäuseteils 33 abstützt. Die Feder 32 dient dazu, den Stab 27 mittels des Kugellagers 29 an den äußeren Umfang der Kreisscheibe 28 anzudrücken. Sofern der Stab 26 jedoch mittels einer Führungskurve von einer rotierenden Scheiben oder von einem rotierenden Nocken hin- und herbewegt wird, kann auf die Feder 32 eventuell verzichtet werden. Auf dem Stab sind mehrere Vorsprünge in Form von Kugellagern 31 angeordnet, die die in dem Teil 33 angeordneten piezoelektrischen Wandler 26 beim Hin- und Herbewegen des Stabes 27 komprimieren und wieder freigeben. Der Stab 27 ist durch das Teil 33 geführt. In Fig. 7 ist jedem Wandler 26 genau ein Vorsprung in Form eines Kugellagers zugeordnet. Es ist jedoch möglich, daß bei der Bewegung von einer Endstellung in die andere End­ stellung ein Vorsprung jeweils mehrere dicht beieinander angeordnete Wandler komprimiert und wieder freigibt. Bleibt dabei die Anzahl der Vorsprünge konstant, d. h. es sind mehr Wandler als Vorsprünge vorhanden, so ist die Ausbeute an elektrischer Energie bei gleichem Kraftauf­ wand größer. Der Stab muß zudem nicht so oft hin- und herbewegt werden, wodurch die Mechanik geringeren Bela­ stungen ausgesetzt ist.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit­ tels des piezoelektrischen Effekts, mit mehreren pie­ zoelektrischen Wandlern und einer die von den piezo­ elektrischen Wandlern erzeugte elektrische Spannung abgreifenden elektronischen Schaltung, wobei die Vor­ richtung mindestens ein Betätigungsmittel aufweist, welches mit der Hand oder dem Fuß einer die Vorrich­ tung betätigenden Person betätigbar ist, wobei das Betätigungsmittel direkt oder über ein Getriebe die beweglichen Teile der Vorrichtung antreibt, da­ durch gekennzeichnet, daß die piezo­ elektrischen Wandler (1) um ein auf einer Welle gela­ gertes Zahnrad (2) herum in einem äußeren Teil (3) angeordnet sind, und daß die Zähne (4) des Zahnrads (2) beim Verdrehen der Welle die piezoelektrischen. Wandler (1) periodisch und/oder wiederholt komprimie­ ren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Form der Zähne (4) des Zahnrads (2) derart ausgebildet ist, daß die Flanken (4a) der Zähne (4), welche die piezoelektri­ schen Wandler (1) komprimieren, rund geformt sind, und daß die abfallenden Flanken (4b) der Zähne (4) derart, insbesondere gerade geformt sind, so daß die piezoelektrischen Wandler (1) sich ungehindert ent­ spannen können.

3. Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit­ tels des piezoelektrischen Effekts, mit mehreren pie­ zoelektrischen Wandlern und einer die von den piezo­ elektrischen Wandlern erzeugte elektrische Spannung abgreifenden elektronischen Schaltung, wobei die Vor­ richtung mindestens ein Betätigungsmittel aufweist, welches mit der Hand oder dem Fuß einer die Vorrich­ tung betätigenden Person betätigbar ist, wobei das Betätigungsmittel direkt oder über ein Getriebe die beweglichen Teile der Vorrichtung antreibt, da­ durch gekennzeichnet, daß die piezo­ elektrischen Wandler (14) um eine erste Achse (15) herum in einem äußeren Teil (16) gelagert sind, und daß ein auf einer Weile (17a), die parallel bzw. ex­ zentrisch zur ersten Achse (15) angeordnet ist, ein Antriebsteil (17) gelagert ist, und daß durch Rotati­ on des Antriebsteils (17) eine zwischen den piezo­ elektrischen Wandlern (14) und dem Antriebsteil (17) angeordneter Ring (19) in Schwingung und Rotation versetzt wird, derart, daß der Ring (19) die piezo­ elektrischen Wandler (14) periodisch komprimiert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Antriebsteil ein Trä­ gerteil (17) aufweist, auf dem mindestens eine Rolle oder mindestens ein Kugellager (18) gelagert ist, wo­ bei das Trägerteil (17) an der Welle (17a) befestigt oder mit dieser einstückig ist.

5. Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit­ tels des piezoelektrischen Effekts, mit mehreren piezoelektrischen Wandlern und einer die von den piezo­ elektrischen Wandlern erzeugte elektrische Spannung abgreifenden elektronischen Schaltung, wobei die Vor­ richtung mindestens ein Betätigungsmittel aufweist, welches mit der Hand oder dem Fuß einer die Vorrich­ tung betätigenden Person betätigbar ist, wobei das Betätigungsmittel direkt oder über ein Getriebe die beweglichen Teile der Vorrichtung antreibt, da­ durch gekennzeichnet, daß die piezo­ elektrischen Wandler (10) um eine Achse (13) herum in einem äußeren ring- oder hülsenförmigen Teil (9) ge­ lagert sind, wobei die piezoelektrischen Wandler (10) mit ihrem einen freien Ende (10a) jeweils nach innen in den Innenraum (9a) hineinragen, und daß in einem zweiten inneren Teil (22), welches im Innenraum (9a) des äußeren Teils (9) angeordnet ist, weitere piezo­ elektrische Wandler (10) angeordnet sind, wobei des­ sen piezoelektrische Wandler mit ihrem einen Ende (10a) jeweils nach außen in den Innenraum (9a) ragen, wobei zwischen dem inneren und äußeren Teil (9, 11) mindestens eine Kugel oder Rolle (12) gelagert ist, derart, daß beim Verdrehen der beiden Teile (9, 11) zueinander, die Rollen bzw. Kugeln (12) die piezo­ elektrischen Wandler (10) periodisch und/oder wieder­ holt komprimieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in den Innenraum (9a) hineinragenden Enden (10a) der piezoelektrischen Wandler (10) derart geformt sind, daß die Rollen bzw. Kugeln (22) über diese hinweg gelangen und dabei die Wandler (10) komprimieren.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Teil mit dem Gehäuse der Vorrichtung fest verbunden ist, und daß ein Antrieb das innere Teil um eine Achse ver­ dreht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Teil mit dem Gehäuse der Vorrichtung fest verbunden ist, und daß ein Antrieb das äußere Teil um eine Achse ver­ dreht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen oder Ku­ geln am Gehäuse der Vorrichtung drehbar gelagert sind, und daß ein Antrieb das innere und das äußere Teil um eine gemeinsame Achse in entgegengesetzte oder gleiche Richtung verdreht.

10. Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit­ tels des piezoelektrischen Effekts, mit mehreren pie­ zoelektrischen Wandlern und einer die von den piezo­ elektrischen Wandlern erzeugte elektrische Spannung abgreifenden elektronischen Schaltung, wobei die Vor­ richtung mindestens ein Betätigungsmittel aufweist, welches mit der Hand oder dem Fuß einer die Vorrich­ tung betätigenden Person betätigbar ist, wobei das Betätigungsmittel direkt oder über ein Getriebe die beweglichen Teile der Vorrichtung antreibt, da­ durch gekennzeichnet, daß die piezo­ elektrischen Wandler (20, 20') um eine Achse herum in einem inneren scheibenförmigen oder zylindrischen Teil (21, 21') gelagert sind, wobei die Wandler (20, 20') jeweils mit ihrem einen Ende (20a, 20a') aus dem inneren Teil (21, 21') im nicht komprimierten Zustand herausragen, und daß Rollen (22, 22') um ihre Achse jeweils drehbar gelagert um den äußeren Umfang des inneren Teils (21, 21') angeordnet sind und insbeson­ dere an dem inneren Teil anliegen, wobei durch Ver­ drehen des inneren Teils (21, 21') relativ zu den Rollen (22, 22') die piezoelektrischen Wandler (20, 20') periodisch komprimiert werden.

11. Vorrichtung nach einem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen drehbar am Gehäuse der Vorrichtung angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen auf einer Trägerscheibe gelagert sind, welche ihrerseits im oder am Gehäuse drehbar gelagert ist, und daß das in­ nere Teil am Gehäuse befestigt oder mit diesem ein­ stückig ist, wobei ein Antrieb die Trägerscheibe um ihre Achse verdreht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußerer Zylinder, welcher insbesondere am Gehäuse an­ geformt ist, die Rollen von außen umfaßt, und als Be­ tätigungsmittel der Vorrichtung dient.

14. Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit­ tels des piezoelektrischen Effekts, mit mehreren pie­ zoelektrischen Wandlern und einer die von den piezo­ elektrischen Wandlern erzeugte elektrische Spannung abgreifenden elektronischen Schaltung, wobei die Vor­ richtung mindestens ein Betätigungsmittel aufweist, welches mit der Hand oder dem Fuß einer die Vorrich­ tung betätigenden Person betätigbar ist, wobei das Betätigungsmittel direkt oder über ein Getriebe die beweglichen Teile der Vorrichtung antreibt, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Stab (27) zwischen einer Feder (32) und einer exzentrisch gelagerten Scheibe (28) angeordnet ist, wobei durch Verdrehen der Scheibe (28) der Stab (27) entgegen der Federkraft in Richtung der Feder (32) verstellt wird, und die Feder den Stab permanent in Richtung der Scheibe (28) druckbeaufschlagt, und daß der Stab (27) mehrere Vorsprünge (31) hat, die bei der Hin- und Herbewegung des Stabes (27) mehrere piezoelektrische Wandler (26) komprimieren und wieder freigeben.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorsprünge durch drehbeweglich am Stab gelagerte Rollen gebildet sind.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel eine Kurbel oder ein Handrad ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit­ tels des Betätigungsmittels ein mechanischer Energie­ speicher, insbesondere in Form einer Feder, aufladbar bzw. spannbar ist, wobei die mechanisch gespeicherte Energie bei Bedarf mittels eines Getriebes zum An­ trieb der beweglichen Teile verwendbar ist.