DE102014206596A1

DE102014206596A1 - System zur Erzeugung oder Bereitstellung von elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102014206596A1
Application number: DE102014206596.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2015-10-08

Abstract

Eine Vorrichtung (1, 20, 40, 80) zur Erzeugung oder Bereitstellung elektrischer Energie weist ein schwingungsfähiges Element (13, 28, 41, 81) auf. Das schwingungsfähige Element (13, 28, 41, 81) ist durch Schallwellen in Bewegung versetzbar, wobei das schwingungsfähige Element mit einem Übertragungselement (2, 3, 6, 43, 83) derart verbindbar ist, dass die Bewegung des schwingungsfähigen Elements auf das Übertragungselement (2, 3, 6, 43, 83) übertragbar ist, wobei das Übertragungselement an einen Generator (10, 11, 44, 45) zur Erzeugung elektrischer Energie koppelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung oder Bereitstellung von elektrischer Energie. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System, welches eine derartige Vorrichtung enthält.
Systeme zur Nutzung insbesondere erneuerbarer Energien zur Erzeugung von elektrischer Energie sind aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt. Beispielsweise betrifft WO2011072769 einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie, welcher Wellenenergie nutzt. WO20111023665 A2 und WO2009/127823 betreffen Generatoren, welche Vibrationsenergie in elektrische Energie umwandeln. Diese Schriften zeigen Möglichkeiten auf, um mechanische Energie z. B. aus Vibrationen oder aus Wasserwellen in elektrische Energie umzuwandeln. Eine weitere derartige Lösung ist in der DE 100 55 908 A1 gezeigt. Dort wird eine Wellenbewegung beispielsweise von einer Wasserfläche auf Federelemente übertragen, welche die kinetische Energie auf eine Schwungmasse übertragen. Die Federelemente, die Schwungmasse und der angeschlossene Lineargenerator sind in einem Gehäuse eingeschlossen. Die Schwungmasse ist mit einem Lineargenerator derart verbunden, dass sie innerhalb des Gehäuses Oszillationsbewegungen ausführen kann. Die Schwungmasse wird durch die Wellenbewegung in Schwingbewegungen versetzt, wodurch sich der mit der Schwungmasse verbundene Spulenkörper des Lineargenerators relativ zum Primärteil translatorisch bewegt. Das Primärteil weist Permanentmagnetringe oder Permanentmagnetscheiben auf, die ortsfest im Gehäuse angeordnet sind. Die Schwungmasse besteht aus Akkumulatoren, welche den vom Lineargenerator erzeugten Strom speichern.
Des weiteren ist ein System aus der WO2012136994 bekannt, welches als Zwischenglied zwischen Stromerzeuger und Stromverbraucher über beispielsweise einen Generator lokal elektrische Energie erzeugt. Mittels des Generatorbetriebs kann die benötigte elektrische Energie verringert werden, welche vom Stromerzeuger bezogen wird. Das dort beschriebene System weist die Möglichkeit auf, die erzeugte elektrische Energie über Batterien zwischen zu speichern. Das heisst, die erzeugte elektrische Energie wird nicht zurück ins Netz geliefert, sondern temporär in Stationärbatterien gespeichert. Eine Anwendung findet dieses System für eine dezentrale Energieversorgung, beispielsweise für einzelne, isolierte Haushalte.
In dem Dokument US4150300A wird ein System beschrieben, welches bei Bedarf verschiedene Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt. Überschüssige Energie wird in einem Batteriepuffer gespeichert.
Das Dokument US2011031764A zeigt die Rückgewinnung von Energie aus der Bewegung eines Rollladens. Es zeigt die Umwandlung von potentieller Energie, welche durch die Bewegung des Rollladens erzeugt wird, in elektrische Energie unter der Nutzung eines Dynamos. Die elektrische Energie kann in einer Batterie zwischengespeichert werden, bis sie wieder benötigt wird.
Die Rückgewinnung von Energie beispielsweise beim Abbremsen eines Fahrzeugs ist ebenfalls eine in der Literatur häufig beschriebene technische Lösung. Auch die Nutzung von menschlichen Bewegungsabläufen (Fitness, Radfahren) zur Erzeugung von elektrischer Energie ist in der US2009271336A1 beschrieben. Dort wird ein System gezeigt, welches ein Fitnesscenter mit Trainingsgeräten umfasst, wobei die Trainingsgeräte über einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie verfügen.
Sämtlichen der vorbekannten Systeme ist gemeinsam, dass die lokal erzeugte elektrische Energie, welche nicht benötigt wird, mittels Batteriesystemen gespeichert wird. Batteriesysteme erfordern Wartung, benötigen Platz und zum Zeitpunkt ihrer Entsorgung ist ein nicht unbeträchtlicher Aufwand erforderlich, da herkömmliche Batteriesysteme Schwermetalle, wie Blei oder Cadmium sowie einen Elektrolyt enthalten, welche Gefahren für die Gesundheit und Umwelt darstellen können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine aus ökologischer Sicht nachhaltigere Vorrichtung zur Erzeugung von Energie bereitzustellen. Unter ökologisch nachhaltig soll hierbei verstanden werden, dass zumindest ein Teil, vorzugsweise sämtliche Komponenten der Vorrichtung einfach und vollständig rezyklierbar sind, und dass die Komponenten physiologisch unbedenklich sind, sodass insbesondere im Gebrauch im privaten Umfeld für den Anwender gesundheitliche Risiken durch die Komponenten der Vorrichtung bei sachgemässer Handhabung vermieden werden können und bei der Entsorgung keine Risiken für die Gesundheit der mit der Entsorgung betrauten Mitarbeiter sowie keine Risiken für die Umwelt durch Emissionen von Schadstoffen entstehen können.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung nutzt die Schwingung einer Membran zur Umwandlung in elektrische Energie. Die Membran wird beispielsweise durch Schallwellen in Bewegung versetzt, das heisst die Membran wird in Schwingungen versetzt. Schallwellen benötigen für ihre Ausbreitung ein Medium, zumeist Luft. Der Schall breitet sich in unterschiedlichen Medien unterschiedlich schnell aus, das heisst die Schallgeschwindigkeit ist abhängig vom Medium. In Luft beträgt die Schallgeschwindigkeit c = 343 m/s bei 20°C. Schallwellen sind mechanische Schwingungen, die bei ihrer Fortbewegung eine Luftsäule in Schwingungen versetzen. Wenn eine derartige Druckwelle auf eine Membran auftrifft, kann diese Druckwelle die Membran in Schwingung versetzen.
Die Energie einer schwingungsfähigen Membran wird in der nachfolgenden Textpassage mit der Energie eines schwingenden Federelements verglichen. Ein derartiges Federelement schwingt zwischen einem ersten und zweiten Endpunkt, wie es in 1a gezeigt ist.
Diese Schwingung erzeugt Energie, und zwar potentielle und kinetische Energie. E = U + K (Gesamtenergie E = potentielle Energie U + kinetische Energie K).
Diese Energie E des obigen Federsystems ist konstant, weil das System entweder über kinetische Energie verfügt, wenn die Masse mit dem Gewicht Fg den Nullpunkt passiert oder über potentielle Energie an jedem der beiden maximalen und minimalen Auslenkungspunkte.
Die Energie des Systems errechnet sich wie folgt E = ½kx_m ².
Mit x_m ist die maximale Auslenkung vom Nullpunkt bezeichnet, was in 1a dargestellt ist. Mit k ist die Federkonstante des Federelements bezeichnet. Das Federelement ist linksseitig an einer starren Wand befestigt. Rechtsseitig befindet sich ein Gewichtselement, welches die Gewichtskraft Fg aufweist. Für die nachfolgenden Betrachtungen werden Reibungskräfte nicht berücksichtigt.
Eine schwingungsfähige Membran kann als schwingfähiges System angesehen werden, das als analog zu dem obigen Federsystem betrachtet werden kann.
Ist das schwingfähige System eine Membran, ist die Federkonstante proportional zu deren Masse (m) und Winkelgeschwindigkeit (ω). k = ω²m
Die Winkelgeschwindigkeit steht wiederum in Zusammenhang mit der Frequenz (f) des schwingfähigen Systems. ω = 2π_f
Die Frequenz einer hörbaren Schallwelle liegt zwischen 16 Hz und 20 kHz.
Mit einer als Beispiel gewählten Frequenz von 100 Hz ergibt sich für ω = 2π100 = 628 [1/s]
Für k ergibt sich dann mit einer angenommenen Masse der Membran von 10 g k = 628²·0,01 = 3948.
Diese Werte werden in die Energiegleichung eingesetzt. Die Auslenkung xm der Membran wird mit 2 mm angenommen. Das heisst, die von der Membran erzeugte Energie E berechnet sich wie folgt: E = ½kx_m ² = ½·3948·(0.002)² = 0.0079 J.
Die Leistung ist als Energie/Zeiteinheit definiert. P = 0.0079 W
Um diese Leistung zu erhöhen, kann die Auslenkung der Membran vergrössert werden, eine Membran mit einem grösseren Durchmesser zum Einsatz kommen, oder eine Vielzahl von Membranen nebeneinander angeordnet werden. Um die Schwingungen zu verstärken kann die Membran oder die Membranen am Grund eines Schalltrichters eingebaut sein. Eine Erhöhung der Amplitude der Schwingungen führt zu einer höheren Lautstärke und zu einem erhöhten Energieeintrag, was eine erhöhte Leistung zur Folge hat.
Die Vorrichtung zur Erzeugung oder Bereitstellung elektrischer Energie weist demnach ein schwingungsfähiges Element auf, wobei das schwingungsfähige Element durch Schallwellen in Bewegung versetzbar ist. Das schwingungsfähige Element ist mit einem Übertragungselement derart verbindbar, dass die Bewegung des schwingungsfähigen Elements auf das Übertragungselement übertragbar ist, wobei das Übertragungselement an einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie koppelbar ist. Das schwingungsfähige Element kann insbesondere als Membran ausgebildet sein. Das Übertragungselement kann ein mit der Membran verbundenes Verbindungselement umfassen. Das Verbindungselement kann beispielsweise ein Stangenelement sein.
Das Übertragungselement kann nach einem Ausführungsbeispiel einen Magneten oder eine Spule umfassen, wobei der Magnet oder die Spule relativ zu einem ortsfesten Stator bewegbar ist, sodass durch die Bewegung des Magneten oder der Spule relativ zum Stator ein elektrischer Strom erzeugbar ist. Nach diesem Ausführungsbeispiel verursacht die Membran die Bewegung eines Magneten oder der Spule. Der Magnet oder die Spule können mit der Membran über ein Verbindungselement gekoppelt sein. Nach einem Ausführungsbeispiel befindet sich der Magnet zumindest zeitweise im Inneren einer Spule. Der Magnet ist innerhalb der Spule in oszillierender Bewegung hin und her bewegbar. Durch die Oszillation wird ein Strom in der Spule erzeugt. Dieser Strom kann bei Bedarf direkt einem Verbraucher zugeführt werden oder in einem Energiespeicher zwischengespeichert werden.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Schwingungsbewegung der Membran nicht direkt in elektrische Energie umgewandelt. Ein mechanischer Zwischenspeicher kommt zum Einsatz, welcher ein Gewichtselement umfassen kann, dessen potentielle Energie erhöht wird. Das Gewichtselement kann hierbei ein Kugelsystem umfassen. Dessen Kugeln werden mit jeder Schwingung auf ein höheres Niveau geleitet. Unter höherem Niveau soll hierbei eine Erhöhung der potentiellen Energie verstanden werden. Beispielsweise wird zumindest ein Teil der Kugeln auf eine grössere Höhe gebracht.
Der mechanische Zwischenspeicher kann nach einem weiteren Ausführungsbeispiel als ein aufziehbares oder spannbares Federelement ausgebildet sein.
Nach einem Ausführungsbeispiel kann durch das schwingungsfähige Element ein Pendelelement in Bewegung versetzbar sein. Durch das Pendelelement ist ein Zahnrad antreibbar, wobei das Zahnrad derart mit dem Federelement verbunden ist, dass das Federelement ein erstes Ende aufweist, welches mit dem Zahnrad drehbar ist und ein zweites Ende aufweist, welches ortsfest ist, sodass das Federelement durch die Drehbewegung des Zahnrads spannbar ist.
Nach einer Variante kann durch das Pendelelement ein Zahnrad antreibbar sein, wobei das Pendelelement ein Gewichtselement enthält. Das Gewichtselement ist gemäss diesem Ausführungsbeispiel über einen Hebemechanismus mit dem Zahnrad verbunden, wobei der Hebemechanismus ein erstes Ende aufweist, welches an dem Zahnrad befestigt ist und mit dem Zahnrad drehbar ist und ein zweites Ende aufweist, welches das Gewichtselement trägt, wobei der Hebemechanismus durch die Schwingungsbewegung der Membran eine Bewegung des Pendelelements auslöst, sodass durch das Gewichtselement ein Stoss auf das Zahnrad erfolgt, wodurch eine Drehbewegung des Zahnrads auslösbar ist.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann durch das Pendelelement ein Zahnrad antreibbar sein, wobei das Pendelelement ein Gewichtselement enthält. Das Gewichtselement ist gemäss diesem Ausführungsbeispiel über ein ortsfestes Tragelement in einer Ausgangsposition gehalten. Der Auslösemechanismus kann an dem ortsfesten Tragelement angebracht sein, wobei das Gewichtselement lösbar mit dem Auslösemechanismus verbunden ist und im Ruhezustand durch den Auslösemechanismus gehalten ist. Der Auslösemechanismus löst durch die Schwingungsbewegung der Membran eine Bewegung des Pendelelements aus, sodass durch das Gewichtselement ein Stoss auf das Zahnrad erfolgt, wodurch eine Drehbewegung des Zahnrads auslösbar ist.
Durch die Drehbewegung des Zahnrads kann auch nach jedem der Ausführungsbeispiele ein Gegengewicht entgegen der Richtung der Gewichtskraft anhebbar sein, wodurch die potentielle Energie des Gegengewichts erhöht wird.
Das Pendelelement kann nach einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem Generator zur Erzeugung elektrischer Energie verbunden sein.
Das Verfahren zur Erzeugung oder Bereitstellung von elektrischer Energie umfasst einen ersten Schritt, in welchem die Schwingungsenergie eines schwingungsfähigen Elements in potentielle Energie umgewandelt wird. Der Vorteil dieses Schritts liegt darin begründet, dass die potentielle Energie gespeichert werden kann und daher dieser Energiespeicher eine Batterie an dieser Stelle ersetzen kann, eine Batterie aber an anderer Stelle einsetzbar ist. Wird die elektrische Energie für den Betrieb eines Verbrauchers benötigt, kann diese potentielle Energie in kinetische Energie (Bewegungsenergie) umgewandelt werden, indem das Gewichtselement abgesenkt wird oder das Federelement entspannt wird. Das absinkende Gewichtselement kann beispielsweise eine Antriebswelle antreiben, welche an einen Rotor eines Generators gekoppelt ist. Durch die Drehung der Antriebswelle wird im Generator Strom erzeugt. Der Generator kann beispielsweise als Dynamo ausgebildet sein.
Bedingt durch die Zwischenschritte der Umwandlung der Schwingungsenergie in potentielle Energie und der potentiellen Energie in kinetische Energie und nachfolgenden Umwandlung der potentiellen oder kinetischen Energie in elektrische Energie ist bei jedem Umwandlungsschritt ein Wirkungsgradverlust zu erwarten. Allerdings kann gemäss diesem Ausführungsbeispiel auf die nachträgliche Speicherung der elektrischen Energie in einem Batteriesystem verzichtet werden. Denn die Energie wird solange als potentielle Energie gespeichert, bis sie von einem Verbraucher benötigt wird. Sobald der Verbraucher elektrische Energie benötigt, wird die potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt, welche den Generator antreibt. Dieser Generator stellt dem Verbraucher die angeforderte elektrische Energie bei Bedarf sofort zur Verfügung.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist insbesondere zur dezentralen Stromerzeugung einsetzbar und kann von einzelnen Haushalten, in Fahrzeugen, in Büros oder in der Industrie bei Bedarf zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden. Zudem ist die Distanz zwischen der Vorrichtung als Energieerzeuger und den Verbrauchern gering, sodass innerhalb des Einsatzbereichs nur geringe Transportverluste auftreten. Insbesondere ermöglicht die Vorrichtung eine grössere Unabhängigkeit von externen Stromversorgern und demzufolge auch eine Kosteneinsparungen bei den Strombetriebskosten.
Ein System kann eine Mehrzahl von Vorrichtungen nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele umfassen, sowie eine externe Stromquelle oder alternative Energiequelle, wie beispielsweise Solarenergie, Windenergie, Geothermie, Wasserkraft oder Energie, die durch Arbeit eines Benutzers erhältlich ist. Durch die von zumindest einer der Vorrichtungen bereitgestellte Energie ist der Bedarf an Energie von einer externen Stromquelle reduzierbar oder der externen Stromquelle elektrische Energie zuführbar, wenn die durch die Vorrichtung oder alternative Energiequelle bereitgestellte Energie grösser ist, als die von sämtlichen Verbrauchern benötigte Energie. Das System kann auch ein Display zur Anzeige verschiedener Parameter des Systems. Beispielsweise können auf dem Display die produzierte Energie oder die eingesparte Energie angezeigt werden.
Nachfolgend wird die erfindungsgemässe Vorrichtung anhand einiger Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen
1a: ein herkömmliches Federsystem zur Erläuterung eines schwingfähigen Systems,
1b: eine Darstellung einer schwingungsfähigen Membran,
2a: eine schwingungsfähige Membran und ein Pendelelement,
2b: ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung,
2c: ein Schnitt durch eine Vorrichtung gemäss 2b,
2d: die erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss 2b im gespannten Zustand,
3a: ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung,
3b: das zweite Ausführungsbeispiel zum Zeitpunkt des Energieeintrags,
4a: ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung,
4b: das dritte Ausführungsbeispiel nach der halben Periodendauer einer Schwingung,
5a: ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung,
5b: ein Detail der 5a,
6: eine Variante der erfindungsgemässen Vorrichtung,
7: ein System enthaltend eine Mehrzahl an erfindungsgemässen Vorrichtungen.
1a zeigt das System, welches die Basis für vorgehende Energiebetrachtung bildet. Ein Gewichtselement befindet sich auf einer reibungsfreien Unterlage. Das Gewichtselement ist über ein Federelement mit einer Wand verbunden. Wird das Gewichtselement um eine Wegstrecke xm aus seiner Ruheposition verschoben, wird das Federelement entsprechend gespannt, das heisst, dessen potentielle Energie nimmt zu. Wird das Gewichtselement um eine Wegstrecke –xm gestaucht, wird das Federelement gestaucht und es erfolgt ebenfalls eine Zunahme der potentiellen Energie. Wenn das Gewichtselement losgelassen wird, setzt eine Schwingbewegung mit der Amplitude 2·xm ein. Diese Schwingbewegung ist vergleichbar mit der Schwingung einer Membran, wie in 1b gezeigt. Diese Membran kann ebenfalls durch Energieeintrag um den Betrag xm aus ihrer Ruheposition bewegt werden. In 1b sind die oberste, die unterste und die mittlere Position der Membran in einem einzigen Schaubild gezeichnet, obwohl die Membran zu jedem Zeitpunkt nur genau eine dieser Positionen einnehmen kann.
2a zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 1 besteht aus einer einem schwingungsfähigen Element 13, beispielsweise eine Membran und einem Gewichtselement 2. Dieses Gewichtselement 2 ist hier als Pendelelement gezeigt, das aus einer Kugel und einem Faden besteht. Der Faden ist an dem Gehäuse 5 angebracht, an welchem auch die Enden der Membran fixiert sind. In dem in 1a dargestellten Schnitt durch das schwingungsfähige Element ist dessen obere Befestigungsstelle 14 und dessen untere Befestigungsstelle 15 gezeigt. Wenn die Membran kreisförmig ist, ist sie entlang ihres äusseren Umfangs im Gehäuse 5 eingespannt. Die Membran kann Schwingbewegungen ausführen, deren Amplitude schematisch durch die gestrichelt gezeichneten Linien gezeigt ist. Wird die Membran zu Schwingungen angeregt, berührt die Membran das Gewichtselement 2 und versetzt es in Bewegung. Das heisst, das Gewichtselement beginnt nach der Art eines Pendels zu schwingen. Die Schwingungsbewegung einer Membran wird beispielsweise durch einen Ton (erzeugt durch eine Schallwelle) ausgelöst. Das heisst, die Membran wird durch Umgebungsgeräusche in Bewegung versetzt. Diese Umgebungsgeräusche können in einem Schalltrichter, welcher der Membran vorgelagert ist, gebündelt werden und als Schallwellenbündel auf die Membran auftreffen. Hierdurch kann die Schwingungsbewegung der Membran verstärkt werden.
Das Gewichtselement kann beispielsweise Teil eines Kugelsystems sein, welches die Bewegung auf ein Übertragungselement überträgt. Das Übertragungselement kann derart ausgebildet sein, dass durch den Energieeintrag, welcher durch den Stoss des Gewichtselement auf das Übertragungselement erfolgt, dessen potentielle Energie erhöht wird. Als Übertragungselement können beispielsweise Gewichtselemente, wie Steine, oder mit Flüssigkeit gefüllte Behälter, beispielsweise Wasserbehälter verwendet werden. Es ist nach einem Ausführungsbeispiel auch möglich durch den Stoss ein Getriebeelement in Bewegung zu versetzen. Dieses Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Darstellung in der 2b näher erläutert.
Nach dem in 2b gezeigten Ausführungsbeispiel wird durch die Schwingung der Membran 13 eine Kugel 2 in eine Pendelbewegung versetzt. Diese Kugel ist ein Gewichtselement. Sie ist an einem Faden aufgehängt, der wie in 2a im Gehäuse 5 befestigt ist. Die Vorrichtung enthält ein Zahnrad. Das Zahnrad ist derart im Gehäuse angeordnet, dass die Kugel auf eine der Zahnflanken auftrifft, wenn sie eine Pendelbewegung ausführt. Mit dem Zahnrad ist ein Federelement 6 verbunden, welches ein erstes Ende 7 und ein zweites Ende 8 aufweist. Das Federelement kann sich spiralförmig vom ersten Ende zum zweiten Ende erstrecken. Das Zahnrad ist drehfest auf einer Welle 4 befestigt.
Wenn die Membran 13 in Schwingungen versetzt wird, wird die Kugel 2 aus ihrer Ruhelage ausgelenkt. Diese Kugel 2 trifft auf ein Zahnrad 3 und bewegt das Zahnrad 3 um einen Weg ΔR weiter. Das Zahnrad 3 ist drehfest mit einer Welle 4 verbunden, die in einem Gehäuse 5 gelagert ist, was in 2c dargestellt ist. Das erste Ende 7 des Federelements ist mit dem Zahnrad 3 verbunden. Das zweite Ende 8 des Federelements 6 ist mit dem Gehäuse 5 ortsfest verbunden, was in 2c dargestellt ist. Durch die Bewegung des Zahnrads 3 um den Weg ΔR wird das Federelement 6 ein Stück gespannt. Das Zahnrad 3 ist über einen Rastmechanismus 9 mit dem Gehäuse 5 verbunden. Nach jeder Bewegung um einen Weg ΔR wird das Zahnrad 3 wieder mit dem Gehäuse 5 drehfest durch ein Einrasten des Rastmechanismus verbunden, sodass die Spannung des Federelements 6 aufrecht erhalten wird und mit jedem weiteren Stoss der Kugel 2 auf die Zahnflanke des Zahnrads 3 die Spannung erhöht wird.
Die Spannung des Federelements 6 kann durch Drehbewegungen des Zahnrads um einen Gesamtweg von n × ΔR vollständig gespannt werden. Der Wert n ist eine ganze Zahl (Integer) zwischen 1 und einem Maximalwert N, welcher der maximalen Spannkraft entspricht. Wird der Maximalwert N erreicht, kann dieses Federelement nicht mehr weiter gespannt werden. Die gesamte potentielle Energie ist in diesem Federelement 6 gespeichert.
Wenn man das Federelement entspannen will, muss man den Rastmechanismus 9 deaktivieren. In 2c ist dargestellt, dass das Lösen des Rastmechanismus durch ein Bewegen des Zahnrads in Zeichnungsrichtung nach rechts erfolgt. Der Rastmechanismus ist als eine Ausnehmung im Gehäuse ausgeführt, in welchen ein Vorsprung eingreift, der auf dem Zahnrad angebracht ist. Da sich das Zahnrad stückweise fortbewegt, enthält das Zahnrad eine Mehrzahl derartiger Vorsprünge, sodass nach jeder Bewegung um ΔR ein Einrasten des zugehörigen Vorsprungs in die Ausnehmung erfolgen kann. Umgekehrt kann der Vorsprung auch am Gehäuse angebracht sein und in eine der Ausnehmungen des Zahnrads einrasten.
Das Lösen des Rastmechanismus 9 erfolgt durch eine horizontale Verschiebung der Welle 4, die das Zahnrad trägt. Auf dieser Welle ist auch der Rotor 10 eines Generators angeordnet. Ein Schaltmechanismus 12 dient dazu, die Welle ein stückweit nach rechts (Blickrichtung wie in 2c) in horizontaler Richtung zu verschieben. Der Schaltmechanismus kann beispielsweise als ein mit der Welle 4 verbundener Schalthebel ausgebildet sein. Dieser Schalthebel kann bei Bedarf manuell betätigt werden oder über ein bedarfsgesteuertes aktivierbares Schaltelement. Durch diese Verschiebung wird der Rastmechanismus entriegelt und der Rotor 10 des Generators genau innerhalb dessen Stator 11 positioniert. Das Federelement 6 wird somit entspannt, die Welle 4 und hiermit der Rotor 10 in Rotation versetzt. Der Generator erzeugt Strom, solange die Rotationsbewegung anhält. Der Strom wird einem Verbraucher über einen nicht dargestellten elektrischen Leiter zugeführt. Anstatt eines Verbrauchers kann der Strom auch in einem Energiespeicher zwischengespeichert werden.
Gemäss dem in 3a dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Auslösemechanismus 21 vorgesehen, welcher eine Drehbewegung eines Zahnrads 22 einleitet. Durch die Schwingungen der Membran 28 können nur sehr kleine Kräfte auf das Zahnrad 22 geleitet werden. Um das Zahnrad aus seiner Ruheposition zu bewegen, wird daher der Auslösemechanismus 21 verwendet. Der Auslösemechanismus 21 kann ein an einem Stabelement 23 befestigtes Gewichtselement 24 umfassen. Das Gewichtselement 24 ist an einem ersten Stabende 25 des Stabelements 23 angebracht, das zweite Ende 26 des Stabelements 23 ist drehgelenkig mit einem ortsfesten Gehäuse 27 verbunden. Das Gewichtselement 24 und das Stabelement 23 bilden derart ein Pendelelement aus. Das Stabelement 23 ist an seinem ersten Ende 25 an einer Seite der Membran befestigt, wozu ein Haltemechanismus 29 an der Membran und/oder am ersten Ende 25 des Stabelements angebracht ist. Wenn sich die Membran in Bewegung setzt, wird der Haltemechanismus 29 gelöst, sodass das Stabelement 23 sich zusammen mit dem Gewichtselement 24 nach unten bewegen kann. Die Membran kann somit solange frei schwingen, bis das erste Ende des Stabelements 29 wieder im Haltemechanismus aufgenommen wird. Diese Bewegung wird auf das Zahnrad 22 übertragen, indem das Gewichtselement 24 auf eine Zahnflanke des Zahnrads aufschlägt, was in 3b dargestellt ist. Durch das Auftreffen des Gewichtselements 24 auf das Zahnrad wird eine Drehbewegung des Zahnrads eingeleitet. Das Zahnrad kann mit einem Hebemechanismus 30 versehen sein. Dieser Hebemechanismus 30 bewirkt, dass das Gewichtselement wieder hochgezogen wird. Der Auslösemechanismus dient primär zum Auslösen der Drehbewegung. Die weitere Drehung des Zahnrads kann durch das Pendelelement aufrecht erhalten werden, das eine Pendelbewegung ausführt, solange das Gewichtselement durch die Schwingungsbewegung der Membran einen Zusatzimpuls erhält, der die Verluste durch Reibungskräfte ausgleicht. Es ist auch möglich, dass das Gewichtselement 24 am Ende der Rückstellphase wieder auf die Membran auftrifft und die Membran durch das Auftreffen des Gewichtselements 24 erneut in Schwingung versetzt wird.
Wenn die Schwingungsbewegung der Membran aufhört, kann der Hebemechanismus 30 auch dazu verwendet werden, das Gewichtselement 24 wieder in seine Ausgangslage zu bringen und über den Haltemechanismus 29 wieder mit der Membran zu verbinden.
Die Drehbewegung des Zahnrads wird wie im Ausführungsbeispiel gemäss 2b auf eine Zahnradwelle übertragen, auf welcher ein Rotor eines Generators angebracht ist. Der Generator ist in der 3a nicht dargestellt, da er vor der Zeichnungsebene zu liegen kommt oder hinter dem Zahnrad nicht sichtbar ist.
3b zeigt das Ausführungsbeispiel der 3a nach Aktivierung des Auslösemechanismus 21. Das Zahnrad erhält einen Stoss durch den Auslösemechanismus 21 und wird dadurch im Uhrzeigersinn bewegt. Das am Zahnrad befestigte Ende 32 des Hebemechanisums 30 wird dadurch um die Achse der Welle 31 bewegt, sodass das Ende in die in 3b gezeigte Position zu liegen kommt. Der Hebemechanismus ist mit einem Rückstellmechanismus 33 versehen, der mit dem Stabelement 23 verbunden ist. Alternativ könnte der Rückstellmechanismus auch am Gewichtselement 24 angebracht sein. Der Rückstellmechanismus umfasst ein Federelement 34, welches durch die Senkbewegung des Stabelements zusammengedrückt wird. Unmittelbar nach dem Auftreffen des Gewichtselements 24 auf dem Zahnrad 22 entspannt sich das Federelement 34 und das Stabelement wird in die in 3a dargestellte Lage gebracht. Der Haltemechanismus 29 kann wieder in die in 3a gebrachte Stellung gebracht werden. Alternativ dazu wird die nachfolgende Schwingung der Membran wieder benutzt, um das Gewichtselement 24 zu beschleunigen, dass es einen weiteren Stoss auf die nachfolgende Zahnflanke des Zahnrads ausübt. Hierdurch wird die Drehbewegung des Zahnrads 22 aufrecht erhalten. Das Federelement 34 könnte auch als Zugfeder ausgebildet sein, die temporär durch die Fallbewegung des Pendelelements gespannt wird. Zur Rückstellung des Pendelelements zieht sich das Federelement in seine Ausgangslage zurück.
Der Rückstellmechanismus 33 kann auch dazu verwendet werden, Längendifferenzen, die sich durch die Rotation des Endes 32 am Hebemechanismus ergeben, auszugleichen, sodass die Hebemechanismus beispielsweise aus einem Seil bestehen kann, welches nicht oder nur zu einem geringen Teil elastisch ist. Der Hebemechanismus wird über eine Rolle 35 geführt, die mit dem Rückstellmechanismus 33 verbunden ist. Der Rückstellmechanismus besteht aus dem Federelement 34 und einem Schienenelement 36. Das Schienenelement 36 besteht aus mehreren Teilelementen, die beispielsweise teleskopartig gegeneinander bewegbar sind. Das Schienenelement 36 ist daher in seiner Länge veränderbar. Das Schienenelement ist an seinem ersten Ende mit dem Stabelement 23 verbunden, an seinem zweiten Ende mit der Rolle 35. Die Teilelemente des Schienenelements 36 können nebeneindander gleitend oder teleskopartig in einander einsteckbar sein, sodass durch das Schienenelement 36 die Längendifferenzen, die sich durch die Drehbewegung des Stabelements 23 ergeben, ausgeglichen werden können. Gemäss eines alternativen, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiels könnte das Rückstellmechanismus auch als ein Federelement ausgebildet sein, welches das Stabelement 23 mit dem Gehäuse verbindet. Der Längenausgleich des Hebemechanismus kann durch Elastizität desselben oder durch ein Ausgleichselement erzielt werden. Das Ausgleichselement kann beispielsweise eine Rolle umfassen, die ähnlich der Rolle 35 nicht ortsfest ist.
Gemäss einer nicht dargestellten Variante kann ein Zahnrad an mehrere Federelemente gekoppelt sein oder eine Membran über ein oder mehrere Pendelelemente eine Mehrzahl von Zahnrädern betreiben. Jedes der Zahnräder kann an ein eigenes oder mehrere eigene Federelemente gekoppelt sein. Insbesondere können die einzelnen Zahnräder, Federelemente und Wellen derart miteinander verbunden sein, dass durch die Betätigung eines ersten Auslösemechanismus ein weiterer Auslösemechanismus initialisiert wird, das heisst, dessen Auslösen durch den ersten Auslösemechanismus vorbereitet wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der 4a und der 4b gezeigt. 4a und 4b zeigen einen Schnitt durch eine Vorrichtung, welche eine Membran 41 aufweist, die in einem Gehäuse 42 aufgespannt ist. Die Membran 41 kann durch auftreffende Schallwellen in Bewegung versetzt werden. Die Membran ist mit einem als Stabelement 43 ausgebildeten Pendelelement verbunden. Das Stabelement 43 hat ein erstes Ende 50 und ein zweites Ende 51. Das erste Ende 50 ist mit der Membran fest verbunden, sodass es die Schwingbewegungen der Membran mit ausführt. Das zweite Ende 51 ist in einem Lager 46 geführt. Das Lager 46 ist im Gehäuse 42 angebracht und ermöglicht eine Oszillationsbewegung in Richtung der Längsachse des Stabelements. An das zweite Ende 51 des Stabelements schliesst ein Linearelement an, welches von einem Stator 45 umschlossen ist. Zur Führung des Linearelements kann ein zweites Lager 47 vorgesehen sein. Das Linearelement verfügt somit über ein Achselement, welches sich vom ersten Lager 46 zum zweiten Lager 47 erstreckt. Das Linearelement kann ein Spulenelement enthalten. Das Spulenelement wird entlang der Magneten des Stators 45 geführt. Es ist auch möglich, innerhalb des Linearelements weitere ortsfeste Magneten vorzusehen, sodass sich das Spulenelement innerhalb eines Spalts, der zwischen den inneren, hier nicht sichtbaren Magneten und den äusseren Magneten des Stators eine Oszillationsbewegung ausführen kann. Durch diese Oszillationsbewegung kann ein Strom in der Leitung 49 zu einem Verbraucher 48 fliessen. Anstelle des Verbrauchers kann auch ein Speicherelement vorgesehen sein.
4a zeigt dabei das Linearelement in seiner linksseitigen Position, 4b zeigt das Linearelement in seiner rechtsseitigen Position. Selbstverständlich kann die Ausrichtung der Membran beliebig gewählt werden. Daher beziehen sich die Ausführungen der Bewegung des Linearelements sinngemäss auf jede andere als horizontale Ausrichtung des Linearelements.
5a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung 80. Die Vorrichtung 80 enthält eine Membran 81, die durch Schallwellen in eine Schwingbewegung versetzt werden kann. Die Membran ist an ihren Enden in einem Gehäuse 82 eingespannt. Unterhalb der Membran ist ein als Stabelement 83 ausgebildetes Pendelelement angeordnet, welches mit dem Gehäuse 82 an seinem zweiten Ende drehgelenkig verbunden ist. Das heisst, das Stabelement 83 kann eine Drehbewegung um sein zweites Ende 86 in Richtung des Zahnrads 78 ausführen. Am ersten Ende 85 des Stabelements befindet sich ein Gewichtselement 84. Des weiteren ist unterhalb der Membran ein ortsfestes Tragelement 87 vorgesehen. Das Tragelement 87 ist an seinem ersten Ende 88 fest im Gehäuse 82 eingespannt. An dem zweiten Ende des Tragelements 89 ist ein Hebemechanismus 90 angeordnet. Der Hebemechanismus 90 ist als ein Stift 91 ausgebildet, der in einem Führungselement 92 derart aufgenommen ist, dass er Bewegungen der Membran auf ein Wippelement 93 übertragen kann. Gemäss des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Stift 91 vertikal in dem Führungselement 92 verschiebbar, was in 5b gezeigt ist. Das obere Ende 94 des Stifts 91 ist derart angeordnet, dass es in Kontakt mit der schwingenden Membran 81 kommen kann. Sobald eine Schallwelle die Membran 81 zu Schwingungen anregt, wird der Stift 91 durch die Auslenkung der Membran 81 in Richtung des Stifts 91 nach unten bewegt. Der Stift 91 trifft mit seinem unteren Ende 95 auf das Wippelement 83 auf, sodass das Wippelement 83 durch den Stift 91 ebenfalls aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird. Das Wippelement 83 ist an seinem ersten Ende 96 in dem Führungselement 92 eingespannt. Das zweite Ende ist in der Ruhestellung mit dem Gewichtselement 84 verbunden. Das Gewichtselement weist einen Arm 98 auf, der eine Öffnung 99 enthält. In diese Öffnung 99 greift das zweite Ende 97 des Wippelements 93 ein.
Wenn die Membran 81 auf das obere Ende 94 des Stifts auftrifft, wird der Stift 91 in der Zeichnung nach unten bewegt. Das untere Ende 95 des Stifts trifft auf das Wippelement 93 auf. Das Wippelement 93 wird hierdurch nach unten bewegt, sodass das zweite Ende des Wippelement 97 aus der Öffnung 99 entfernt wird. Hierdurch wird das Gewichtselement 84 gelöst und beginnt seine Fallbewegung. Weil das Gewichtselement über das Stabelement 83 drehgelenkig mit dem Gehäuse 82 verbunden ist, handelt es sich um eine Drehbewegung. Während dieser Bewegung trifft das Gewichtselement 84 auf eine Flanke des Zahnrads 78 auf. Durch den Aufprall des Gewichtselements 84 auf das Zahnrad wird das Zahnrad in Bewegung versetzt. Das Zahnrad ist auf der Antriebswelle 77 gelagert. Gemäss der Darstellung in der 5a erfolgt die Bewegung des Zahnrads 78 im Uhrzeigersinn.
Das Stabelement 83 wird nach seiner Auslenkung mittels eines Rückstellmittels 79 in seine Ausgangsposition zurückgestellt, in welcher das zweite Ende 97 des Wippelements 93 wieder in die Öffnung 99 des Arms 98 des Gewichtselements 84 aufgenommen ist. Das Gewichtselement 84 wird daher vom Wippelement 93 so lange in seiner Ausgangsposition gehalten, bis die Membran wieder auf das obere Ende 94 des Stifts 91 auftrifft und einen weitern Bewegungszyklus einleitet.
Selbstverständlich kann die Position des Zahnrads und des Gewichtselements auch umgekehrt sein, sodass sich das Zahnrad im Gegenuhrzeigersinn bewegt. Es ist auch möglich, dass das Gewichtselement und das Zahnrad in einer beliebigen anderen Position zueinander angeordnet sind, wenn die Membran kreisförmigen Querschnitt hat. Die vorliegende Anordnung stellt nur exemplarisch eine der möglichen Anordnungen dar.
Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen kann durch die Bewegung des Zahnrads ein Federelement gespannt werden oder ein Gewichtselement auf ein Niveau höherer potentieller Energie angehoben werden. Ein Befestigungsmittel 76 für ein Federelement ist beispielhaft gezeigt. Das Federelement kann beispielsweise wie in 2b und 2c beschrieben ausgebildet sein.
Eine Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele kann in einem Fahrzeug oder in einem Haus, in einem Büro oder in der Industrie vorgesehen sein.
6 zeigt ein Trichterelement 64, welches zur Bündelung der Wellen dient, welche die Membran erreichen. Hiermit werden nicht nur direkt auf die Membran 13 auftreffende Wellen 60 zur Erzeugung von Schwingungen genutzt. Es werden auch die Wellen 61, 62 durch Reflexion an der Innenwand des Trichterelements auf die Membran 13 geleitet. Nur die Welle 63 wird derart abgelenkt, dass sie die Membran nicht erreicht. Die Verwendung eines Trichterelements kann den Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöhen.
Die Vorrichtung kann Teil eines Systems sein, welches andere Energiequellen, wie beispielsweise Solarenergie, Windenergie oder Energie aus mechanischer Arbeit zur dezentralen Energieversorgung nutzt. Insbesondere kann Energie auch ins Stromversorgungsnetz eingespeist sein, wenn dezentral ein Energieüberschuss anfällt und einen Teil der Energie, die dem System über ein externes Stromversorgungsnetz zugeführt werden müsste, ersetzen, sodass ein geringerer Anteil an Energie über das externe Stromversorgungsnetz bezogen werden muss.
Ein derartiges System ist in 7 in einer schematischen Darstellung gezeigt. Das System 100 enthält eine Mehrzahl an Vorrichtungen 1, 20, 40, 80. Diese Vorrichtungen können in paralleler oder serieller Schaltweise zueinander angeordnet sein. Die Vorrichtungen liefern über Leitungen 69 Strom an eine Mehrzahl von Verbrauchern 65, 66, 67, 68. Die Verbraucher können zueinander parallel oder in Serie geschaltet sein. Wenn die Verbraucher nicht sämtlichen Strom verbrauchen, kann der Strom ins externe Netz eingespeist werden. Dies ist in 6 schematisch durch die Rückleitung 71 dargestellt, welche zur externen Stromquelle 70 führt. Es kann auch über die Zuleitung 72 Strom von der externen Stromquelle bezogen werden, falls die Leistung der Vorrichtungen 1, 20, 40, 80 nicht ausreichen, um den Energiebedarf aller Verbraucher 65, 66, 67, 68 zu decken.
Die Betriebsweise des Systems kann wie folgt aussehen. Das System umfasst eine externe Stromversorgung, zumindest eine Vorrichtung gemäss eines der vorhergehenden Ausführungsbeispiele sowie optional weitere Energiequellen, wie beispielsweise Solarenergie, Systeme zur Nutzung von Windenergie, Geothermie, Wasserkraft oder auch Systeme, in welchen der Benutzer durch mechanische Arbeit elektrische Energie erzeugt. Die erzeugte Energie wird einem Generator zugeführt, welcher die Energie für sämtliche Verbraucher des Systems erzeugen kann. Ein Benutzer kann beispielsweises durch Benutzung eines Hometrainers, durch Benutzung von Fitnessgeräten, durch Benutzung eines Pedals einer Fussstütze während einer sitzenden Tätigkeit mechanische Arbeit erzeugen. Ein weiteres Beispiel wäre eine Energiegewinnung durch Bewegung einer Computermaus oder durch andere alltägliche Bewegungsabläufe, welche die Manipulation eines Geräts im Raum involvieren, deren kinetische und/oder potentielle Energie gespeichert werden kann oder mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele verbunden werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2011072769 [0002]
WO 20111023665 A2 [0002]
WO 2009/127823 [0002]
DE 10055908 A1 [0002]
WO 2012136994 [0003]
US 4150300 A [0004]
US 2011031764 A [0005]
US 2009271336 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung (1, 20, 40, 80) zur Erzeugung oder Bereitstellung elektrischer Energie, wobei die Vorrichtung ein schwingungsfähiges Element (13, 28, 41, 81) aufweist, wobei das schwingungsfähige Element (13, 28, 41, 81) durch Schallwellen in Bewegung versetzbar ist, wobei das schwingungsfähige Element mit einem Übertragungselement (2, 3, 6, 43, 83) derart verbindbar ist, dass die Bewegung des schwingungsfähigen Elements auf das Übertragungselement (2, 3, 6, 43, 83) übertragbar ist, wobei das Übertragungselement an einen Generator (10, 11, 44, 45) zur Erzeugung elektrischer Energie koppelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das schwingungsfähige Element eine Membran umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Übertragungselement ein mit der Membran verbundenes Verbindungselement (43, 83) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Übertragungselement einen Magneten oder eine Spule (10, 44) umfasst, wobei der Magnet relativ zu einem ortsfesten Stator (11, 45) bewegbar ist, sodass durch die Bewegung des Magneten relativ zum Stator ein elektrischer Strom erzeugbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das schwingungsfähige Element (13, 28, 41, 81) mit einem mechanischen Zwischenspeicher (6, 24) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der mechanische Zwischenspeicher ein Gewichtselement (24) umfasst, welches durch die Bewegung des schwingungsfähigen Elements (28) entgegen der Richtung der Gewichtskraft anhebbar ist oder ein Federelement (6), welches durch die Bewegung des schwingungsfähigen Elements spannbar oder aufziehbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das schwingungsfähige Element (13, 28, 41, 81) ein Pendelelement (2, 23, 43, 83) in Bewegung versetzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei durch das Pendelelement (2, 23, 83) ein Zahnrad (3, 22, 78) antreibbar ist, wobei das Zahnrad derart mit dem Federelement (6) verbunden ist, dass das Federelement (6) ein erstes Ende (7) aufweist, welches mit dem Zahnrad drehbar ist und ein zweites Ende (8) aufweist, welches ortsfest ist, sodass das Federelement (6) durch die Drehbewegung des Zahnrads (3) spannbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei durch das Pendelelement ein Zahnrad (22) antreibbar ist, wobei das Pendelelement ein Gewichtselement (24) enthält, wobei das Gewichtselement über einen Hebemechanismus (30) mit dem Zahnrad (22) verbunden ist, wobei der Hebemechanismus (30) ein erstes Ende (32) aufweist, welches an dem Zahnrad (22) befestigt ist und mit dem Zahnrad (22) drehbar ist und ein zweites Ende aufweist, welches das Gewichtselement (24) trägt, wobei der Hebemechanismus (30) durch die Schwingungsbewegung der Membran eine Bewegung des Pendelelements auslöst, sodass durch das Gewichtselement (24) ein Stoss auf das Zahnrad (22) erfolgt, wodurch eine Drehbewegung des Zahnrads auslösbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei durch das Pendelelement ein Zahnrad (78) antreibbar ist, wobei das Pendelelement ein Gewichtselement (84) enthält, wobei das Gewichtselement (84) über ein ortsfestes Tragelement (87) in einer Ausgangsposition gehalten ist, wobei ein Auslösemechanismus (90) an dem ortsfesten Tragelement (87) angebracht ist, wobei das Gewichtselement (84) lösbar mit dem Auslösemechanismus (90) verbunden ist und im Ruhezustand durch den Auslösemechanismus gehalten ist, wobei der Auslösemechanismus (90) durch die Schwingungsbewegung der Membran eine Bewegung des Pendelelements auslöst, sodass durch das Gewichtselement (84) ein Stoss auf das Zahnrad (78) erfolgt, wodurch eine Drehbewegung des Zahnrads auslösbar ist.
System (100), umfassend eine Mehrzahl von Vorrichtungen (1, 20, 40, 80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie eine externe Stromquelle oder alternative Energiequelle, wie beispielsweise Solarenergie, Windenergie, Geothermie, Wasserkraft oder Energie, die durch Arbeit eines Benutzers erhältlich ist, wobei durch die von zumindest einer der Vorrichtungen (1, 20, 40, 80) bereitgestellte Energie der Bedarf an Energie von einer externen Stromquelle (70) reduzierbar ist oder der externen Stromquelle (70) elektrische Energie zuführbar ist, wenn die durch die Vorrichtung (1, 20, 40, 80) oder alternative Energiequelle bereitgestellte Energie grösser ist, als die von sämtlichen Verbrauchern (65, 66, 67, 68) benötigte Energie.