DE10192384B4

DE10192384B4 - Method and device for transferring piezoelectric energy

Info

Publication number: DE10192384B4
Application number: DE10192384.8T
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2021-06-06
Also published as: AU2001265818A1; DE10192384D2; WO2001095469A1

Abstract

Verfahren zur Speicherung der von einem Piezoelement gelieferten Energie mit einem Kondensator, dessen Enden mit den Elektroden des Piezoelements elektrisch verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Erzeugung des Piezopulses mittels eines Piezoelementes (1) und Aufladung einer Spule (4); b) nach vollständiger Aufladung der Spule (4) Transformation des in der Spule (4) gespeicherten Stroms in einem parallel zur Spule geschalteten Kondensator (6), wobei zusätzlich eine Diode (5) vorgesehen ist, die das Aufladen des Kondensators (6) durch die Piezoentladung und gleichzeitig die Entladung des aufgeladenen Kondensators (6) verhindert.Method for storing the energy supplied by a piezo element with a capacitor, the ends of which are electrically connected to the electrodes of the piezo element, characterized by the following process steps: a) generating the piezo pulse by means of a piezo element (1) and charging a coil (4); b) after the coil (4) has been fully charged, transformation of the current stored in the coil (4) in a capacitor (6) connected in parallel to the coil, with a diode (5) additionally being provided which enables the capacitor (6) to be charged prevents the piezo discharge and at the same time the discharge of the charged capacitor (6).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Speicherung der von einem Piezoelement gelieferten Energie mit einem Kondensator, dessen Enden mit den Elektroden des Piezoelementes elektrisch verbunden sind, sowie eine Vorrichtung zur Speicherung der von einen Piezoelement gelieferten Energie mit einem Kondensator, dessen Elektroden mit den Elektroden des Piezoelementes elektrisch verbunden sind, sowie entsprechenden VerwendungenThe invention relates to a method for storing the energy supplied by a piezoelectric element with a capacitor, the ends of which are electrically connected to the electrodes of the piezoelectric element, and a device for storing the energy supplied by a piezoelectric element with a capacitor whose electrodes are connected to the electrodes the piezoelectric element are electrically connected, and corresponding uses

Stand der TechnikState of the art

Verfahren und Schaltungen der eingangs genannten Art sind bekannt. Piezoelemente beziehungsweise -kristalle erzeugen Spannungen, die mehrere tausend Volt betragen können. Diese Spannung steht möglicherweise nur sehr kurzzeitig zur Verfügung, so dass es nicht ohne weiteres möglich ist, die hier erzeugte Energie direkt zu verwenden. Insbesondere zum Betreiben von Kleingeräten, die auch nur kurzzeitig entsprechenden Strom benötigen, ist ein Piezokristall deswegen nicht geeignet, da die verwendeten Bauteile hochspannungssicher sein müssen oder mit sehr niedriger Spannung arbeiten.Methods and circuits of the type mentioned are known. Piezo elements or crystals generate voltages that can amount to several thousand volts. This voltage may only be available for a very short time, so that it is not readily possible to directly use the energy generated here. In particular, for operating small devices that require appropriate current even for a short time, a piezoelectric crystal is therefore not suitable because the components used must be high voltage safe or operate at very low voltage.

Entgegenhaltungencitations

(1) DE 1613699 A
(2) DE 19710512 A1
(3) DE 2829009 A1
(4) DE 19755620 A1
(5) US 3624451 A
(6) US 4504761 A
(7) EP 1050955 A1
(8th) JP 08321642 A (Patent Abstracts of Japan)

Die Verwendung von Piezokristallen in Verbindung mit Energieerzeugung ist bereits aus (1), (5), (6), (7) und (8) bekannt. Es werden ebenda periodisch schwankende Spannungen beschrieben, die durch einen periodisch erregten Piezokristall erzeugt werden und mittels eines Transformators auf ein niedrigeres Spannungsniveau transformiert werden. Zum Teil bildet der Piezokristall zusammen mit der Primärspule des Transformators selbst wiederum einen Schwingkreis. Ebenfalls bekannt ist aus (3) die Verwendung von Piezokristallen als reines Sensorelement. Besonders hervorzuheben sind zu hochfrequenten mechanischen Eigenschwingungen angeregte Piezokristalle, die aufgrund der angeregten Eigenschwingung ein elektrisches Feld gleicher Freuenz erzeugen und direkt abstrahlen wie in (2) beschrieben.The use of piezocrystals in conjunction with power generation is already known from (1), (5), (6), (7) and (8). There are described periodically fluctuating voltages which are generated by a periodically excited piezocrystal and are transformed by means of a transformer to a lower voltage level. In part, the piezoelectric crystal together with the primary coil of the transformer itself forms a resonant circuit. Also known from (3) is the use of piezocrystals as a pure sensor element. Particularly noteworthy are excited to high-frequency mechanical natural oscillations piezoelectric crystals, which generate an electric field of the same Freuenz due to the excited natural vibration and radiate directly as described in (2).

Definitionendefinitions

Im folgenden werden Begriffe verwendet, die gemäß der Literatur uneinheitlich sind. Um entsprechende Undeutlichkeiten zu vermeiden, werden folgende Begriffe definiert:
Piezoelement: Bauteil, welches, induziert durch einen mechanischen Impuls, einen elektrischen Impuls in einer Größenordnung von mehreren 1000 Volt und wenigen Mikrosekunden Dauer erzeugt.
Niederspannungsbereich: Spannungen bevorzugt im für elektronische Anwendungen bedeutsamen Bereich in der Größenordnung 5 Volt. Der Niederspannungsbereich wird durch den Mittelspannungsbereich, wie er z. B. bei Elektromotoren etc. eine Rolle spielt, in der Größenordnung von bis zu 50 Volt begrenzt.
Kinetische Energie: Energie, die gespeichert ist in der Bewegung von Ladung, also in der Form von Strom. Die an einem etwaigen Bauteil abfallende Spannung kann dabei durchaus für gewisse Zeit den Wert Null annehmen.
Potentielle Energie: Energie, die in Form einer statischen Ladung z. B. auf einem Kondensator gespeichert ist. Der durch ein etwaiges Bauteil fließende Strom kann dabei zeitweise den Wert Null annehmen.In the following terms are used, which are inconsistent according to the literature. In order to avoid corresponding ambiguities, the following terms are defined:
Piezo element: component which, induced by a mechanical pulse, generates an electrical pulse in the order of several thousand volts and a few microseconds in duration.
Low voltage range: Voltages preferably in the range of 5 volts, which is important for electronic applications. The low voltage range is determined by the medium voltage range, as z. B. in electric motors, etc. plays a role, limited in the order of up to 50 volts.
Kinetic Energy: Energy that is stored in the movement of charge, ie in the form of electricity. The voltage dropping across a possible component can definitely assume the value zero for a certain time.
Potential energy: Energy in the form of a static charge z. B. is stored on a capacitor. The current flowing through a possible component can temporarily assume the value zero.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, in sehr kompakter und kleiner Bauweise ein Verfahren, sowie eine Schaltung zu schaffen, mittels der es möglich ist, die erzeugte Piezoenergie, die in Form eines kurzen Impulses zur Verfügung steht, in eine Energie umzuwandeln, die zur Betreibung von elektrischen Schaltungen, insbesondere im Niederspannungsbereich geeignet ist.The object of the invention is to provide a method in a very compact and small construction, as well as a circuit by means of which it is possible to convert the generated piezoelectric energy, which is available in the form of a short pulse, into an energy for the operation of electrical circuits, in particular in the low voltage range is suitable.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Das Lösungsprinzip der Aufgabe besteht darin, die von dem Piezoelement erzeugte Energie zu speichern und dann in potentielle Energie niedriger Spannung umzuwandeln. Die potentielle Energie niedriger Spannung kann beispielsweise in einem Kondensator gespeichert werden. Je nach Ausgestaltung des Kondensators kann insbesondere Energie im Niederspannungsbereich abgegeben werden, indem sowohl der Wert der Spannung bis in den Niederspannungsbereich reduziert wird und die Dauer entsprechend dem Stromverbrauch eines etwaigen Verbrauchers deutlich gegenüber dem Impuls des Piezoelements vergrößert wird.The solution principle of the task is to store the energy generated by the piezoelectric element and then convert it into potential energy low voltage. For example, the potential low voltage energy may be stored in a capacitor. Depending on the configuration of the capacitor, it is possible, in particular, to deliver energy in the low-voltage range by reducing the value of the voltage as far as the low-voltage range and increasing the duration corresponding to the current consumption of a possible consumer significantly compared with the pulse of the piezoelectric element.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf sehr einfache Art und Weise gelungen ist, mittels drei elektrischen Bauelementen die durch ein Piezokristall erzeugte Piezoenergie zu speichern, umzuformen und diese dann als elektrische Spannung, die in einem Kondensator gespeichert ist, zur Verfügung zu stellen. Die hier gespeicherte Spannung weist eine Größe zwischen 0,1 und 10 Volt auf, so dass das Verfahren und die Schaltungsanordnung insbesondere in den Bereichen Verwendung findet, in denen ausschließlich Bauelemente im Niederspannungsbereich verwendet werden.An essential advantage of the invention is that it has succeeded in a very simple manner to store the piezoelectric energy generated by a piezoelectric crystal by means of three electrical components, transform and then provide these as electrical voltage stored in a capacitor. The voltage stored here has a magnitude between 0.1 and 10 volts, so that the method and the circuit arrangement is used in particular in those areas in which only components in the low-voltage range are used.

Insbesondere kann das Verfahren dafür verwendet werden, dass beispielsweise bei einem Drehmomentenschlüssel die durch das Drehen erzeugte mechanische Energie beim ”Ausrücken” des Drehmomentschlüssels auf einen Piezokristall übertragen wird, dessen erzeugte Energie in einer Spule in Form von kinetischer Energie gespeichert wird und anschließend nach einer Transformation in einem Kondensator als potentielle Energie ebenfalls gespeichert wird. Diese Energie kann dafür verwendet werden, mittels einer zusätzlichen Schaltung ein Signal, beispielsweise ein akustisches Signal, zu übertragen, wenn ein bestimmtes beispielsweise voreingestelltes Drehmoment überschritten wird.In particular, the method can be used, for example, in the case of a torque wrench, the mechanical energy generated by the turning is transmitted on "disengagement" of the torque wrench on a piezoelectric crystal whose energy is stored in a coil in the form of kinetic energy and then after a transformation is also stored in a capacitor as potential energy. This energy can be used to transmit, by means of an additional circuit, a signal, for example an acoustic signal, when a certain, for example, preset torque is exceeded.

Die zuvor genannte Verwendung kann derart ausgebaut werden, dass mittels eines Drehmomentsensors das erzeugte Drehmoment gemessen wird und der gemessene Wert mittels der im Kondensator gespeicherten Energie drahtlos an eine Empfängereinheit übertragen wird.The aforementioned use can be expanded such that the generated torque is measured by means of a torque sensor and the measured value is wirelessly transmitted to a receiver unit by means of the energy stored in the capacitor.

Weitere vorteilhafte Verwendungen des Verfahrens sowie der Schaltung können darin bestehen, die durch Drücken erzeugte kinetische Energie nach entsprechender Impedanzwandlung dafür zu nutzen, um einen Signalimpuls, beispielsweise einer Fernbedienung für ein Fernsehgerät, ein Radiogerät oder aber für eine Autoschließanlage eines Fahrzeugs, zum Senden zu verwenden.Further advantageous uses of the method and the circuit may be to use the kinetic energy generated by pressing after appropriate impedance conversion to use a signal pulse, such as a remote control for a television, a radio or for a car locking system of a vehicle to send ,

Ebenso kann durch rotierende Teile, zum Beispiel Rollerskates, die erzeugte kinetische Energie für die Energie einer Leuchtdiode verwendet werden.Similarly, by rotating parts, for example Rollerskates, the kinetic energy generated for the energy of a light emitting diode can be used.

Gleichwohl kann ein Werkzeug in Form eines Drehmomentschlüssels dafür verwendet werden, nur ein Signal zu übertragen, welches das erfolgreiche Betätigen des Drehmomentschlüssels einem Empfänger (z. B. zur Sicherung von Werkstücken) quittiert und damit die weitere Verwendung bzw. Bearbeitung des Werkstückes zulässt.However, a tool in the form of a torque wrench can be used to transmit only one signal which acknowledges the successful operation of the torque wrench to a receiver (eg, for securing workpieces) and thus permits further use or machining of the workpiece.

Die Verwendungsbeispiele sind sehr vielfältig. Das Verfahren und die Schaltung lassen sich überall dort anwenden, wo mittels sehr geringer Energie Verfahrensprozesse umgesetzt werden können.The examples of use are very diverse. The method and the circuit can be used everywhere where very low energy process processes can be implemented.

Die Verfahrensprozesse werden vorzugsweise mittels einer Schaltungsanordnung, die für den Niederspannungsbereich ausgelegt ist, gesteuert.The method processes are preferably controlled by means of a circuit arrangement designed for the low-voltage range.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den nachführenden Beschreibungen sowie den Ansprüchen hervor.Further advantageous embodiments will become apparent from the following descriptions and the claims.

Zeichnungendrawings

Es zeigenShow it

1 eine erste grundlegende Ausgestaltung der erfinderischen Schaltung zur Speicherung der von einem Piezoelement gelieferten Energie; 1 a first basic embodiment of the inventive circuit for storing the energy supplied by a piezoelectric element;

2 eine Variante der Schaltung mit einer Diode im Stromkreis des Piezoelements; 2 a variant of the circuit with a diode in the circuit of the piezoelectric element;

3 eine Ausgestaltung der Schaltung mit einem parallel zum Piezoelement geschalteten Kondensator; 3 an embodiment of the circuit with a capacitor connected in parallel to the piezoelectric element;

4 eine Ausgestaltung der Schaltung gemäß 1 mit einer weiteren Diode im Ladestromkreis des Kondensators; 4 an embodiment of the circuit according to 1 with another diode in the charging circuit of the capacitor;

5 ein Diagramm zur Darstellung des in der Spule fließenden Stroms und der sich dadurch ergebenden Spannung im Kondensator. 5 a diagram illustrating the current flowing in the coil and the resulting voltage in the capacitor.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In 1 ist eine erste Ausgestaltung 3 der erfindungsgemäßen Schaltung zur Speicherung der von einem Piezoelement 1 gelieferten elektrischen Energie dargestellt. Zudem ist in 1 ein Diagramm 2 zu sehen, das die Form des von dem Piezoelement erzeugten Impulses zeigt.In 1 is a first embodiment 3 the circuit according to the invention for storing the of a piezoelectric element 1 shown supplied electrical energy. Moreover, in 1 a diagram 2 to see that shows the shape of the pulse generated by the piezoelectric element.

Die Schaltung besteht aus einer parallel zum Piezoelement 1 geschalteten Spule, deren erste Elektrode über eine Diode 5 und dann die erste Elektrode an den Kondensator 6 angeschlossen ist, wobei deren weitere Elektrode mit der weiteren Elektrode des Kondensators direkt verbunden ist. Der Impuls des Piezoelements wirft in der Spule einen Strom an, der nach Abklingen der Spannung seinen Maximalwert erreicht. Die Diode 5 ist derart ausgelegt, dass in dem aus der Diode 5, Spule 4 und Kondensator 6 bestehenden Ladestromkreis 7, der in der Spule angeworfene Strom als Ladestrom nur im Uhrzeigersinn (Pfeil in 1) fließen kann. Hierbei verhindert die Diode 5, dass sich der Kondensator 6 über den Ladestromkreis 7 wieder entladen kann. Ferner hat die Diode die Aufgabe, die bezüglich des end gültigen Ladezustands umgekehrte Aufladung durch den Piezoimpuls zu verhindern. An den beiden Elektroden des Kondensators 6 sind jeweils Anschlußklemmen 8 und 9 vorgesehen, an die die elektrischen Geräte oder Schaltungen angeschlossen werden können, die mit der im Kondensator 6 gespeicherten elektrischen Energie versorgt werden können.The circuit consists of a parallel to the piezo element 1 switched coil, whose first electrode via a diode 5 and then the first electrode to the capacitor 6 is connected, wherein the further electrode is directly connected to the other electrode of the capacitor. The pulse of the piezoelectric element causes a current in the coil, which reaches its maximum value after the voltage has decayed. The diode 5 is designed such that in the out of the diode 5 , Kitchen sink 4 and capacitor 6 existing charging circuit 7 , the current in the coil as charging current only in a clockwise direction (arrow in 1 ) can flow. This prevents the diode 5 that is the capacitor 6 over the charging circuit 7 can unload again. Furthermore, the diode has the task to prevent the relative to the final state of charge reverse charging by the piezoelectric pulse. At the two electrodes of the capacitor 6 are each terminals 8th and 9 provided, to which the electrical devices or circuits can be connected, with the in the capacitor 6 stored electrical energy can be supplied.

Ein Beispiel eines von einem Piezoelement 1 aufgrund einer schlagartig, mechanischen Belastung gelieferten elektronischen Puls ist im Diagramm 2 der 1 dargestellt. Die positive Halbwelle 10 erreicht im vorliegenden Beispiel innerhalb von ca. 10 μsec einen Wert von fast 45 kV. Ein Pfeil 11 der von der Anode des Piezoelements 1 zu dessen Katode weist, definiert hierbei die Polung des vom Piezoelement gelieferten Pulses 10. Beim Auslösen der positiven Halbwelle 10 des Piezopulses ist demgemäß die eine (hier untenliegende) Elektrode des Piezoelements positiv und die andere (hier obenliegend) negativ geladen. An example of one of a piezo element 1 due to a sudden, mechanical stress delivered electronic pulse is in the diagram 2 of the 1 shown. The positive half wave 10 reached in the present example within about 10 microseconds a value of almost 45 kV. An arrow 11 that of the anode of the piezoelectric element 1 the cathode of which defines the polarity of the pulse delivered by the piezoelectric element 10 , When triggering the positive half-wave 10 of the piezoelectric pulse is accordingly one (down here) electrode of the piezoelectric element positive and the other (here overhead) negatively charged.

Liegt die positive Halbwelle 10 des Piezopulses in Richtung des Pfeils 11 an der Schaltung 3 an, ist der Puls entgegen der Polung der Diode 5 gerichtet und kann seine elektrische Energie ausschließlich an die Spule 4 geben, in der die elektrische Energie in kinetische (magnetische) Energie E = 1/2LI² umgewandelt wird. Dieser Vorgang läuft in einem Zeitraum von ca. 10 μsec ab. Bereits im Verlaufe des Abklingen der Halbwelle 10 beginnt die Spule 4 ihre magnetische Energie im Uhrzeigersinn durch den Stromkreis 7 fließenden Ladestroms an den Kondensator 6 abzugeben. Im Kondensator 6 wird die kinetische (magnetische) Energie E in potentielle (kapazitive) Energie E = 1/2CU² umgewandelt und gespeichert. Diese Energie kann dann über die Anschlußklemmen 8 und 9 der daran angeschlossen Geräte Z oder Schaltung abgegeben werden.Is the positive half-wave 10 of the piezo pulse in the direction of the arrow 11 at the circuit 3 on, the pulse is opposite to the polarity of the diode 5 and can direct its electrical energy exclusively to the coil 4 in which the electrical energy is converted into kinetic (magnetic) energy E = 1 / 2LI ² . This process takes place in a period of approx. 10 μsec. Already in the course of the decay of the half-wave 10 the coil starts 4 their magnetic energy in a clockwise direction through the circuit 7 flowing charging current to the capacitor 6 leave. In the condenser 6 the kinetic (magnetic) energy E is converted into potential (capacitive) energy E = 1 / 2CU ² and stored. This energy can then be supplied via the terminals 8th and 9 the attached devices Z or circuit are delivered.

Zum weiteren Verständnis der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des Verfahrens zur Speicherung von einem Piezoelement 1 gelieferten Energie trägt das Diagramm gemäß 5 bei. Hieraus ist ersichtlich, dass der dem Kondensator aufladenden Strom in der Spule nach ca. 10 μsec, also wenn die gesamt vom Piezoelement 1 gelieferte elektrische Energie in der Spule in magnetische Energie umgewandelt ist, sein Maximum erreicht hat. Weiterhin zeigt das Diagramm gemäß 5, dass die magnetische Energie von der Spule 4 im Laufe von ca. 2,2 msec. in mit Hilfe des Stromes in der Spule an den Kondensator 6 abgegeben wird, der dem gemäß nach 1,2 msec. aufgeladen ist und seine Maximalspannung hat. Die von der Energie des Piezopulses bestimmte und von dem Kondensator 6 abgreifbare Spannung, läßt sich nach der Beziehung U = (2E_Spule/C)^1/2 = (2E_Piezo/C)^1/2 berechnen. Hierbei liegt die Energie eines Piezopulses zwischen 1 und 10 mJ, so dass sich auf diese Weise an einem Kondensator von einigen Mikrofarad (μF) eine Spannung von einigen Volt (V) erzeugen lässt.To further understand the device according to the invention and the method for storing a piezoelectric element 1 supplied energy carries the diagram according to 5 at. From this it can be seen that the capacitor charging current in the coil after about 10 microseconds, so if the total of the piezoelectric element 1 supplied electrical energy in the coil is converted into magnetic energy, has reached its maximum. Furthermore, the diagram according to FIG 5 that the magnetic energy from the coil 4 in the course of about 2.2 msec. in with the help of the current in the coil to the capacitor 6 is discharged, according to the after 1.2 msec. is charged and has its maximum voltage. That determined by the energy of the piezo pulse and by the capacitor 6 can be tapped voltage, can be calculated according to the relationship U = (2E _coil / C) ^1/2 = (2E _Piezo / C) ^1/2 . In this case, the energy of a piezo pulse is between 1 and 10 mJ, so that a voltage of a few volts (V) can be generated in this way on a capacitor of a few microfarads (μF).

In der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung gemäß 2 ist die eine Elektrode des Piezoelements mit der anderen Elektrode der Spule 4 über eine in Richtung des Spule 4 durchlässig gepolte Diode 14 verbunden. Hierdurch kann zwar die positive Halbwelle, nicht aber die negative Halbwelle des Piezopulses (1, Diagramm 2) an die Spule gelangen, so dass dadurch verhindert wird, dass die negative Halbwelle 12 die Spule 4 teilweise wieder entlädt.In the embodiment of the inventive circuit according to 2 is the one electrode of the piezoelectric element with the other electrode of the coil 4 over one in the direction of the coil 4 permeable polarized diode 14 connected. Although this allows the positive half-wave, but not the negative half-wave of the piezoelectric pulse ( 1 , Diagram 2 ) get to the coil, thereby preventing the negative half-wave 12 the sink 4 partially unloaded again.

In der Schaltung gemäß 4 ist die eine Elektrode des Spule 4 mit der anderen Elektrode des Kondensators 6 über eine, für den Ladestromkreis 7 im Uhrzeigersinn schließenden Ladestrom, durchlässig gepolte Diode 17 verbunden, die zusätzlich zu Diode 5 verhindert, dass die negative Halbwelle 12 des Piezopulses. (1, Diagramm 2) an den Kondensator gelangt, die den Kondensator teilweise wieder entladen würde. Hierdurch wird gewährleistet, dass möglichst viel der in Spule 4 gespeicherten magnetischen Energie in Ladestrom für den Kondensator 6 umgewandelt wird.In the circuit according to 4 is the one electrode of the coil 4 with the other electrode of the capacitor 6 over one, for the charging circuit 7 Clockwise closing charging current, permeable polarized diode 17 connected in addition to diode 5 prevents the negative half-wave 12 of the piezo pulse. ( 1 , Diagram 2 ) passes to the capacitor, which would partially discharge the capacitor again. This ensures that as much as possible in the coil 4 stored magnetic energy in charging current for the capacitor 6 is converted.

Die erfindungsgemäßen Schaltungen, sowie das mit der Schaltung verbundene Verfahren gemäß den 1–4 bewirken eine Umwandlung des Piezopulses mit einer Spannungsspitze von nahezu 50 kV in eine letztlich an den Anschlußklemmen 8 und 9 des Kondensators 6 liegende Spannung (potentielle Energie) von einigen wenigen Volt. Dies erlaubt insbesondere die Versorgung solcher elektronischer Bauelemente mit elektrischer Energie, die ausschließlich für Spannungen im Niederspannungsbereich ausgelegt sind.The circuits according to the invention, as well as the associated with the circuit method according to the 1 - 4 cause a conversion of the piezoelectric pulse with a voltage peak of almost 50 kV in one ultimately at the terminals 8th and 9 of the capacitor 6 lying voltage (potential energy) of a few volts. This allows in particular the supply of such electronic components with electrical energy, which are designed exclusively for voltages in the low voltage range.

Hierdurch ergibt sich auch eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise läßt sich mit dem von dem Piezoelement generierten Impuls und der erfindungsgemäßen Schaltung erzeugten niederen Spannung ein Funksender betreiben, der dazu verwendet wird zum Zweck der Qualitätssicherung das von einem Drehmomentschlüssel erzeugte Drehmoment per Funk an einen Empfänger, verbunden z. B. mit einem Personalcomputer, zu übertragen. Die hierbei stattfindende Kurzzeit-Datenübertragung wird beispielsweise durch einen mechanischen Impuls, das Ausrücken des Drehmomentschlüssels, ausgelöst. Zusätzlich zum Drehmomentenmesswert kann das Werkzeug hierbei beispielsweise seine Adresse und weitere Prüfinformationen übertragen, so dass lückenlose Protokolle über die, auf obige Weise messtechnisch kontrollierten Arbeiten erstellt werden können.This also results in a variety of different applications. For example, can be operated with the generated by the piezoelectric element pulse and the circuit according to the invention low voltage a radio transmitter, which is used for the purpose of quality assurance, the torque generated by a torque wrench by radio to a receiver, connected z. B. with a personal computer to transfer. The case taking place short-term data transmission is triggered for example by a mechanical impulse, the disengagement of the torque wrench. In addition to the torque measurement value, the tool can transmit, for example, its address and further test information, so that complete logs can be created via the metrologically controlled work in the above manner.

Ein von dem Piezoelement 1 über die erfindungsgemäße Schaltung gespeister Funksender kann auch dazu verwendet werden, auf einem bestimmten Abstand per Knopfdruck ein Garagentor zu öffnen. Erforderlich hierbei ist, die Übermittlung eines festen Codes an einen davon ansprechbares Garagentor. Mit Bauelementen aus dem Niederspannungsbereich kann dieser elektronischer Garagenschlüssel bis auf die Größe eines Feuerzeuges oder kleiner reduziert werden, der dann auch wie ein Feuerzeug bedienbar ist.One from the piezo element 1 Radio transmitter fed via the circuit according to the invention can also be used to open a garage door at a certain distance by pressing a button. Required here is the transmission of a fixed code to one of them responsive garage door. With components from the low voltage range, this electronic garage key can be reduced to the size of a lighter or smaller, which is then operated as a lighter.

Eine weitere Anwendung stellt eine Kombination der beiden letztgenanten Anwendungen dar: ein Drehmomentschlüssel erzeugt beim Ausrücken einen mechanischen Impuls, welcher mittels Piezoelements 1 und der erfindungsgemäßen Schaltung eine Spannung im Niederspannungsbereich zur Verfügung stellt, der allein dazu dient, eine Absenderadresse zu übermitteln, die ein Empfänger als korrektes Betätigen des Drehmomentschlüssels wertet. Drehmomentschlüssel dieser Art finden beispielsweise in Werkstückhalterungen Anwendung, die durch ein vom Empfänger erhaltenes Signal zum Einsatz in Bearbeitungszentren freigegeben worden sind.Another application is a combination of the two last-mentioned applications: a torque wrench generates a mechanical impulse when disengaged, which by means of piezo element 1 and the circuit according to the invention provides a voltage in the low-voltage range, which alone serves to transmit a sender address, which evaluates a receiver as the correct operation of the torque wrench. Torque wrenches of this type are used, for example, in workpiece holders, which have been released by a signal received from the receiver for use in machining centers.

Claims

Method for storing the energy delivered by a piezoelectric element with a capacitor whose ends are electrically connected to the electrodes of the piezoelectric element, characterized by the following method steps: a) Generation of the piezoelectric pulse by means of a piezoelement ( 1 ) and charging a coil ( 4 ); b) after complete charging of the coil ( 4 ) Transformation of the coil ( 4 ) stored in a parallel to the coil capacitor ( 6 ), wherein additionally a diode ( 5 ) is provided, the charging of the capacitor ( 6 ) by the piezo discharge and at the same time the discharge of the charged capacitor ( 6 ) prevented.

Method according to claim 1, characterized in that the diode ( 5 ) between the coil ( 4 ) and the capacitor ( 6 ) is arranged.

Device for storing the energies delivered by a piezo element with a capacitor whose electrodes are electrically connected to the electrodes of the piezo element, characterized in that between the piezo element ( 1 ) and the capacitor ( 6 ) in parallel a coil ( 4 ) is arranged, between the coil ( 4 ) and the capacitor ( 6 ) in series a diode ( 5 ) is provided, which is connected such that the of the piezoelectric element ( 1 ) generated at least during the charging phase of the coil ( 4 ) does not reach the capacitor.

Use of the method according to one of claims 1-2 or the device according to claim 3 for supplying electrical components, circuits or devices which are designed for supply voltage in the low voltage range.

Use of the method according to one of claims 1-2 or the device according to claim 3 for supplying a radio transmitter with electrical energy.

Use of the method according to any one of claims 1-2 or the device according to claim 3 for generating a signal upon reaching a certain torque in a torque wrench, wherein for generating energy of the piezoelectric element, the mechanical energy generated by the rotation is transmitted to the piezoelectric element upon disengagement of the torque wrench ,

Use of the method according to any one of claims 1-2 or the device according to claim 3 for supplying a remote control for television sets, radios, Autoschließ- and opening devices with energy.