DE102017118931A1

DE102017118931A1 - Energiewandler für Tierhaltung

Info

Publication number: DE102017118931A1
Application number: DE102017118931.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2019-02-21

Abstract

Verwendung eines oder mehrerer im Wesentlichen flächig ausgebildeter Energiewandler (400) als Auflage für einen Untergrund (100) einer Stall- und/oder Mastanlage (700) und/oder eines Geheges zur Umwandlung mechanischer, insbesondere kinetischer Energie in elektrische Nutzenergie,
wobei der eine oder die mehreren Energiewandler (400) jeweils zumindest ein energieumwandelndes Energiewandlungsschichtelement (420),
eine Einrichtung zur Aufnahme einer oder mehrerer elektrischer Leitungen (450) und/oder Anschlüsse und/oder Bauelemente, insbesondere Schaltungen,
und ein Deckschichtelement (410) zur Abdeckung des Energiewandlungsschichtelements (420) aufweisen.
Der eine oder die mehreren Energiewandler (400) werden im Wesentlichen parallel zu dem Untergrund (100), und den Untergrund (100) zumindest teilweise bedeckend, angeordnet,
wobei eine durch tierische und/oder menschliche Lebewesen erzeugbare mechanische Kraft (F), beispielsweise das Auftreten eines Schweinefußes (500) und/oder Rinderhufs (600), auf den einen oder die mehreren Energiewandler (400) einwirkt, wodurch eine elektrische Nutzenergie erzeugt wird,
und wobei die erzeugte elektrische Nutzenergie in ein elektrisches Netz, insbesondere ein Stromnetz eines Stall- und/oder Mast- und/oder Gehegebetriebs, zur Versorgung elektrischer Verbraucher (470), beispielsweise von Stall- und/oder Mastanlagen (700) und/oder Gehegen, wie Heizungen, Beleuchtungen und/oder Belüftungen, eingespeist wird.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines flächig gebildeten Energiewandlers, geeignet zur Verwendung als Auflage für einen Untergrund einer Stall- und/oder Mastanlage und/oder eines Geheges zur Umwandlung mechanischer, insbesondere kinetischer oder potentieller Energie in elektrische Nutzenergie infolge einer mechanischen, insbesondere kinetischen oder potentiellen Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Energiewandlers nach Anspruch 1. Die Erfindung betrifft außerdem die Anordnung eines Energiewandlers in einer derartigen Einrichtung zur Tierhaltung nach Anspruch 13.
Bei der Erschließung von bislang ungenutzten technischen Potenzialen zur Stromerzeugung gewinnt die Nutzung des sogenannten piezoelektrischen Effekts eine immer größere Bedeutung. Naturwissenschaftlich betrachtet beschreibt der piezoelektrische Effekt den Zusammenhang zwischen der Erzeugung elektrischer Ladungen an der Oberfläche sogenannter Piezokristalle und deren Deformation. Piezokristalle sind polare, aber asymmetrische Kristalle, wie zum Beispiel Turmalin, Zinksulfid, Bariumfluid (BaF₂) oder Rohrzucker. Durch Druckausübung auf diesen Kristall kommt es zu einer Ladungsverschiebung, wodurch ein elektrisches Dipolmoment entsteht. Dieser Effekt würde auch umgekehrt bzw. invers ablaufen, in dem sich die Kristalle unter Einwirkung eines elektrischen Feldes deformieren. Durch die elektrische Ladungsverschiebung infolge von Druckeinwirkung entsteht ein elektrisches Feld, das sogenannte Piezofeld. Die Stärke dieses Feldes hängt proportional ab von der Art (also dem sogenannten piezoelektrischen Koeffizienten), sowie von der relativen Deformation des Kristalls. Das Produkt aus dem Piezofeld und der absoluten Abmessung der Deformation berechnet die erzeugte Spannung, die anschließend an Elektroden aufgenommen und genutzt werden kann. Der dabei fließende Ausgleichsstrom kann elektrischen Verbrauchern, bspw. einer dem Stromnetz oder einer elektrischen Speicherbatterie für ein energieautarkes Mikrosystem zugeführt werden.
Die Deformation kann grundsätzlich durch Zug- bzw. Druckbelastungen, aber auch durch Torsion oder Scherung bereitgestellt werden. Anwendung findet auch der inverse Effekt unter anderem auch bei Drucksensoren, Mikrofonen oder elektrischen Steuerungen, bei denen sehr kleine und gleichzeitig sehr exakte mechanische Verschiebungen realisiert werden müssen.
Dieser piezoelektrische Effekt wird in den letzten Jahren auch verstärkt bei der Erschließung regenerativer Energiequellen zur Stromversorgung, insbesondere beim sogenannten Energy Harvesting, entdeckt. Wenn Menschen sich fortbewegen, üben sie eine Kraft auf den Untergrund aus, sei es unmittelbar mit den eigenen Füßen oder mittelbar über die Räder eines Fahrrads oder Autos. Durch die Einarbeitung von entsprechenden Flächenelementen in diesen Untergrund, bspw. bei Fußwegen, Straßen oder Sportplätzen, lässt sich mithilfe des piezoelektrischen Effekts durch die Umwandlung dieser mechanischen Kraft elektrische Nutzenergie erzeugen. Dies kann etwa durch spezielle Bodenplatten oder Fliesen umgesetzt werden. Eine derartige Nutzung ist insbesondere bei sogenannten energieautarken Insellösungen eine attraktive Option, bspw. ergänzend zur Nutzung der Solarenergie. Jenseits von diesem speziellen Anwendungsbereich oder öffentlichkeitswirksamen Pilotprojekten ist diese Technologie jedoch meist noch nicht wirtschaftlich, geschweige denn energieeffizient. Dies liegt insbesondere daran, dass die Auslastung dieser piezoelektrisch wirkenden Böden selbst an hochfrequentiert betretenen Orten nicht hinreichend hoch, die für die wirtschaftliche Bewertung eines Kraftwerks wichtige Kennzahl der Jahresvollbenutzungsstunden damit sehr gering ist.
Im Stand der Technik existieren verschiedene physikalische Konzepte für eine Energiewandlung von mechanischer Bewegung, insbesondere Vibration, in elektrische Energie und zwar induktiv, kapazitiv und piezoelektrisch. Die DE 102010035247 A1 beschreibt einen kapazitiven Energiewandler zum Einsatz in energieautarken Mikroenergiesystemen. US 8736088 B2 beschreibt die Umwandlung kinetischer Bewegungsenergie von Menschen, die über Gehwegplatten laufen, in Rotationsenergie über einen Mechanismus im Untergrund. Elektrische Spannung kann dabei jedoch ausdrücklich auch mittels piezoelektrischen Elementen generiert werden. Die DE 102013009715 A1 beschreibt einen flächigen, biegbaren Träger zur Gewinnung elektrischer Energie, aufweisend zwei piezoelektrische Elemente, die bei Verformung eines Trägers eine elektrische Spannung hervorzurufen. DE 102014008097 A1 und US 2006/0021261 A1 offenbaren die Verwendung eines piezoelektrischen Elements in einer Schuhsohle, welche durch eine kompakte Bauweise des Elements ermöglicht wird. Alternativ finden piezoelektrische Elemente gemäß der US 8143766B2 auch in Kraftfahrzeugen Anwendung, wobei die gefederten Stoßbewegungen während der Fahrt umgesetzt werden sollen. Der US 7446459 B2 liegt unter anderem die Erfindung zu Grunde, die nutzbare mechanische Energie durch den Einbau geeigneter Metallplatten, angrenzend angeordnet zu den piezoelektrischen Elementen, noch zu verstärken.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik und die Verwendungsmöglichkeiten zur verbesserten Nutzung piezoelektrischer, aber auch induktiver bzw. kapazitiver flächiger Energiewandler zu verbessern.
Gelöst wird dies durch die Verwendung von energieerzeugenden, insbesondere piezoelektrischen, Elementen als Auflage für einen Untergrund für eine Stall- und/oder Mastanlage und/oder ein Gehege bzw. für einen Stall- und/oder Mast- und/oder Gehegebetrieb nach Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung eines Energiewandlers zur Energieerzeugung zur Verwendung als Auflage für einen Untergrund für eine Stall- und/oder Mastanlage und/oder ein Gehege bzw. für einen Stall- und/oder Mast- und/oder Gehegebetrieb, insbesondere für Schweine- oder Rinderställe, nach Anspruch 13. Ziel ist unter anderem ein optimiertes „Ernten“ der Trittenergie der Säugetiere bzw. Nutztiere und deren Umwandlung in elektrisch nutzbare Energie.
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines im Wesentlichen flächigen Energiewandlers als Auflage für einen Untergrund einer Stall- und/oder Mastanlage und/oder eines Geheges zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Nutzenergie. Die mechanische Energie schließt dabei sowohl potentielle, also kinetische Energie mit ein. Im Rahmen dieser Verwendung ist die Erfindung für die Haltung von Nutztieren, Haustieren und/oder Zootieren geeignet. Damit der Untergrund für die Nutztierhaltung mit den Energiewandlern ausgerüstet bzw. nachgerüstet werden kann, sind die Energiewandler flächig ausgebildet, d.h. fließenartig, kachelartig oder mattenartig gestaltet. Diese Fliesen, Kacheln, Matten oder vergleichbaren Vorrichtungen werden parallel zu dem bzw. auf dem Untergrund derart angeordnet, dass sie den Untergrund wenigstens in Teilbereichen bedecken. Belastet ein Mensch, ein Tier oder eine Maschine diese auf dem Untergrund angeordneten Energiewandler, bspw. durch Auftreten eines Schweinefußes und/oder Rinderhufs, wird eine mechanische Kraft auf den Energiewandler ausgeübt, wodurch eine elektrische Energie erzeugt wird. Ein erfindungsgemäßer Energiewandler ist dabei im Wesentlichen aus mehreren, flächigen, Schichten bzw. Schichtelementen aufgebaut, die jeweils eine bestimmte Funktion aufweisen. Für die eigentliche Energieumwandlung der mechanischen Energie in elektrische Nutzenergie ist ein flächiges Energiewandlungsschichtelement vorgesehen. Zur Nutzung der Spannung, welche durch das Energiewandlungsschichtelement erzeugt wird, ist angrenzend an das Energiewandlungsschichtelement eine Einrichtung zur Aufnahme von elektrischen Leitungen, Anschlüssen und sonstigen elektronischen Bauelementen, bspw. Schaltungen, vorgesehen. Damit das Energiewandlungsschichtelement durch das Auftreten eines Tieres nicht beschädigt wird und vor ätzenden und/oder korrosiven Fluiden und/oder Stoffen, insbesondere den bei der Nutztierhaltung anfallenden tierischen Ausscheidungen, geschützt ist, ist am Energiewandlungsschichtelement, also zwischen dem Tier und dem Energiewandlungsschichtelement, mindestens ein Deckschichtelement, bevorzugt zu oberseitigen Abdeckung, vorgesehen. Mithilfe diese Energiewandler kann elektrischen Nutzenergie in einer Höhe von vier Watt je Quadratmeter Rostfläche erzeugt werden, die in ein elektrisches Stromnetz eingespeist werden kann. Insbesondere kann die elektrische Nutzenergie für Einrichtungen des Stall- und/oder Mast- und/oder Gehegebetriebs, zur Versorgung der dort vorhandenen elektrischen Verbraucher bspw. Anlagen, wie Heizungen, Beleuchtungen und/oder Lüftungssystemen verwendet werden. Die Höhe der erzeugten elektrischen Nutzenergie bzw. der erzeugten elektrischen Leistung hängt insbesondere von der Anzahl der verwendeten Energiewandlungsschichtelemente, der Häufigkeit und der relativen Auslenkung ab. Eine Verwendung für Stall- und/oder Mastanlagen ist somit aufgrund der hohen Anzahl der darin befindlichen Tiere und des höheren Gewichts des einzelnen Tieres besonders vorteilhaft.
In einer optionalen Weiterbildung der Erfindung werden die Energiewandlungsschichtelemente nicht nur, bevorzugt oberseitig, an ihrer flächigen Breitseite gegenüber tierischen Ausscheidungen abgeschirmt, sondern auch an schmal dimensionierten Seitenwandungen. Zu diesem Zweck kann an jeder, gegenüber der Umwelt exponierten Seitenwandung des Energiewandlungsschichtelements ein Schutzwandungselement montiert werden. Dieses Schutzwandungselement ist bevorzugt aus dem gleichen Material wie das Deckschichtelement. Deckschichtelemente und Schutzwandungselemente können zusammen einstückig, also quasi als Überzug oder als Abdeckung bzw. Abdeckelement oder Auflageelement nach allen offenen Seiten hin, bspw. zur Verwendung in einem Rinderstall, ausgebildet sein.
Kennzeichnend für den Boden bzw. Untergrund einer Nutztierhaltung ist die Anordnung von Lücken, Löchern, Spalten oder sonstigen Zwischenräumen im Untergrund, durch die ätzende und/oder korrosive Fluide und/oder Stoffe, insbesondere die bei der Nutztierhaltung anfallenden tierischen Ausscheidungen, in darunterliegende Auffanggruben vorbeigeführt, vorbeigeschleust, abgeführt oder abgeleitet werden können. Im weiteren Verlauf der Beschreibung ist von Ausscheidungen die Rede, auch wenn damit alle ätzenden und/oder korrodierenden Stoffe und/oder Fluide eingeschlossen sind, die in einem Mast- und/oder Stahlbetrieb typischerweise vorkommen. Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Energiewandler derart auf dem Untergrund angeordnet, dass sich die notwendigen Zwischenräume ausbilden können. Bei dem Ableiten der Ausscheidungen in darunterliegende Fanggruben werden sie in Richtung des Untergrunds an Energiewandlungsschichtelementen, elektrischen Leitungen und Deckschichtelementen vorbeigeführt. Insbesondere an exponierten Seitenwandungen der Energiewandler weist dieser daher bevorzugt Schutzwandungselemente zur Abdeckung der Seitenbereiche der Energiewandler auf. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind daher die flächigen Energiewandler zur Nutzung der mechanischen Energie in der Nutztierhaltung so anzuordnen, dass sich im Untergrund bzw. Boden die in der Nutztierhaltung notwendigen Zwischenräume zum Vorbeiführen oder Vorbeischleusen oder Ableiten tierischer Ausscheidungen nach unten an etwaig direkt angrenzenden Deckschichtelementen, Schutzwandungselementen oder Energiewandlungsschichtelementen vorbei, ausbilden. In einer optionalen Weiterbildung der Erfindung bilden die Energiewandler den Untergrund derart aus, dass die Nutztiere darauf wie auf einem gewöhnlichen Stallrost laufen können bzw. die Anordnung der Energiewandler die Funktionen des Stallrosts ohne Beeinträchtigungen erfüllen kann. Zu diesem Zweck sind eine Mehrzahl an Energiewandlern derart bündig angeordnet, dass sie eine zusammenhängende Schicht ausbilden, die im Wesentlichen das Vollmaterial eines Stallrosts nachbildet. Unter Vollmaterial wird in dieser Anmeldung die Matrix aus festem tragfähigen Material verstanden, die zum Auftreten bzw. Darüberlaufen des Nutztieres geeignet ist. Die Energiewandler bilden also selbst das tragfähige Vollmaterial eines Stallrosts aus (bspw. in einem Schweinestall), oder sie werden über ein bereits existierendes Vollmaterial (bspw. im Fall einer Nachrüstung eines Rinderstalls) darüber gelegt. Etwaige unerwünschte Schlitze, Ritzen oder sonstige Zwischenräume zwischen den einzelnen bündig aneinandergefügten Energiewandlern werden zum Schutz vor tierischen Ausscheidungen oder anderen eindringenden Substanzen entsprechend abgedichtet. Die zusammenhängende Schicht aus Energiewandlern bzw. mehrere zusammenhängende Schichten aus Energiewandlern sind daher ganz oder teilweise kongruent gegenüber den Abmessungen des Vollmaterials eines Stallrosts ausgebildet oder angeordnet. Bei der Ausgestaltung einer Nutztierhaltungsfläche, bspw. eines Stalles, mit Energiewandlern, kann die komplette Nutztierhaltungsfläche damit ausgelegt werden. Alternativ könnte es insbesondere bei Nutztierhaltungsflächen mit erhöhten Auslauf für die Nutztiere meist wirtschaftlicher sein, die Verlegung der Energiewandler auf die Bereiche im Umkreis der Futterstellen zu beschränken, weil sich dort die Nutztiere am häufigsten aufhalten und somit in diesem Bereich mit einer besonders hohen Energieausbeute bzw. einem guten Kosten/Nutzen-Faktor zu rechnen ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Energiewandler wenigstens ein Energiewandlungsschichtelement auf, welches mit einer Vorrichtung bzw. einem Material gebildet wird, welches wiederum zur Umwandlung der einwirkenden mechanischen Kraft mithilfe des piezoelektrischen Effekts geeignet ist. Innerhalb eines Energiewandlers können auch mehrere Energiewandlungsschichtelemente angeordnet sein. Die Anordnung ist sowohl nebeneinander in einer Ebene, als auch stapelartig übereinander denkbar. Weiterhin weist der Energiewandler Elektroden auf, die die entstehende Spannung, die mit Einwirkung der mechanischen Kraft erzeugt wird, aufnehmen können.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist ein Energiewandler wenigstens ein Energiewandlungsschichtelement auf, welches mit einer Vorrichtung gebildet wird, welches wiederum zur Umwandlung der einwirkenden mechanischen Kraft mithilfe des induktiven Effekts geeignet ist. Innerhalb eines Energiewandlers ist daher bevorzugt das Energiewandlungsschichtelement mit einem Mechanismus ausgestattet, der die mechanische Kraft in eine Rotationsbewegung übersetzt, die wiederum mithilfe entsprechender Spulen und Wicklungen elektrische Energie erzeugt. In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung weist ein Energiewandler wenigstens ein Energiewandlungsschichtelement auf, welches mit einer Vorrichtung gebildet wird, welches wiederum zur Umwandlung der einwirkenden mechanischen Kraft mithilfe des kapazitiven Effekts geeignet ist. Innerhalb eines Energiewandlers ist daher bevorzugt das Energiewandlungsschichtelement mit einem geladenen variablen Plattenkondensator gebildet, der als elektromechanisch gekoppeltes Feder-Masse-System ausgeführt wird. Elektrisch nutzbare Energie wird erzeugt, indem die resonante, mechanische Vibration in einen sich periodisch ändernden Plattenabstand übertragen wird. Ist der Kondensator elektrisch vorgespannt, führt diese Bewegung zu einer Änderung des elektrischen Energieinhaltes im Kondensator. Diese elektrische Energieänderung kann etwa über einen vorgesehenen Lastwiderstand nutzbar gemacht werden. Für mögliche Anordnungen der induktiv und/oder kapazitiv wirkenden Energiewandlungsschichtelemente wird hier auf die Ausführungen zum piezoelektrischen Effekt verwiesen.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Energiewandlungsschichtelement ein flächiges piezoelektrisches Bauteil auf, welches in der Lage ist, mithilfe des piezoelektrischen Effekts ein elektrisches Feld zur Erzeugung elektrischer Nutzenergie bereitzustellen. Um ein elektrisches Feld zu erzeugen, muss das flächige piezoelektrische Bauteil deformiert, d.h. durch Zug, Druck, Torsion oder Schilderung belastet werden. Es wäre daher möglich, das piezoelektrische Bauteil zu stauchen, d.h. senkrecht zu seiner größten Seitenfläche bzw. flächigen Oberseite elastisch zusammenzudrücken. Einfacher umzusetzen ist es jedoch, dass flächige piezoelektrische Bauteil elastisch zu biegen. Mit einer Belastung des Bauteils durch die mechanische Krafteinwirkung, bspw. durch das Auftreten eines Nutztieres auf den Energiewandler, beginnt das Bauteil durch entsprechende Halterungs- und/oder Auflagepunkte, sich elastisch zu biegen. Durch die Kräfte, die infolge dieser Verbiegung im Inneren des Bauteils entstehen, wird der notwendige Druck auf die im Bauteil enthaltenen piezoelektrischen Kristalle ausgeübt, was wiederum zu einer Ladungsverschiebung innerhalb der Kristalle führt, wodurch ein elektrisches Dipolmoment entsteht. Ein erfindungsgemäßes piezoelektrisch aktives Material ist keramisches Blei-Zirkonat-Titanat (BZT), welches auch erhältlich ist unter „Navy Type VI (PZT-5H)“. Es sind aber auch andere piezoelektrisch aktive Materialien, wie Turmalin, Zinksulfid, Bariumfluid (BaF₂) oder Rohrzucker denkbar. Mit Entlastung des Bauteils, bspw. in dem das Nutztier den Energiewandler verlässt, löst sich die Biegung und das Bauteil nimmt wieder in seine ursprüngliche Ausgangsform ein.
In einer optionalen Weiterbildung der Erfindung wird der Entlastungsvorgang, bei dem der Energiewandler mit Beendigung der mechanischen Krafteinwirkung wieder seine ursprüngliche Form einnimmt, durch gefederte Elemente gestützt. Zu diesem Zweck weist das Energiewandlungsschichtelement mindestens eine Rückstellfeder auf. Diese Rückstellfedern sind als Druckfedern ausgebildet und verformen sich mit Einwirkung der mechanischen Kraft auf den Energiewandler. Nach Beendigung der Einwirkung der mechanischen Kraft auf den Energiewandler, d.h., bei der Entlastung, nehmen die Druckfedern wieder ihre Ausgangsform ein. Daneben sind auch hydraulische und/oder pneumatische Rückstellelemente denkbar.
In einer kostengünstigen Ausführungsform der Erfindung weist der Energiewandler ein Deckschichtelement auf, welches mit einem starren flächigen Material gebildet wird. Betritt ein Nutztier dieses Deckschichtelement, biegt sich das Element infolge der mechanischen Krafteinwirkung nicht oder nicht wesentlich elastisch durch, sondern die Gesamtfläche des Deckschichtelements bewegt sich senkrecht in Richtung des Untergrunds und verteilt dadurch den Druck, der durch die mechanische Kraft erzeugt wird, auf die gesamte Fläche des Deckschichtelements. Unterhalb dieser Fläche des Deckschichtelements muss sich das Energiewandlungsschichtelement damit nicht entlang der gesamten Fläche des Deckschichtelements erstrecken. Wird nämlich das Deckschichtelement durch die mechanische Kraft bewegt, überträgt sich diese Kraft auch dann auf das darunterliegende Energiewandlungsschichtelement, wenn die angreifende mechanische Kraft nicht senkrecht über dem Energiewandlungsschichtelement angeordnet ist. Dadurch kann das Energiewandlungsschichtelement kleiner dimensioniert werden, was zu Kosteneinsparungen führt. Daneben können in dem gleichen Energiewandler unterhalb eines einzigen Deckschichtelements auch mehrere Energiewandlungsschichtelemente angeordnet sein. Wird das starre Deckschichtelement infolge mechanischer Krafteinwirkung bewegt, überträgt sich die mechanische Kraft auch auf die mehreren darunterliegenden Energiewandlungsschichtelemente, was die flächenbezogene Gesamtleistung eines Energiewandlers erhöht.
In einer optionalen Weiterbildung der Erfindung sind der Überzug/Schutzbezug bzw. die Abdeckelemente, also die Deckschichtelemente und etwaig vorhandene Schutzwandungselemente zum Schutz des Energiewandlungsschichtelements vor tierischen Ausscheidungen und ungeeigneten mechanischen Einwirkungen durch die Tritte, mit einem für die Nutztierhaltung geeigneten Material gebildet. Elastischer, säurebeständiger Kunststoff ist hierbei als Schutzbezug besonders geeignet. Gleichzeitig muss das verwendete Material einen guten Wirkungsgrad aufweisen, d.h. es muss den Druck verlustfrei an die Energiewandlungsschichtelemente, insbesondere an die piezoelektrischen Kristalle, weiterleiten zu können. Es liegt im Rahmen naheliegender Ausgestaltungsformen, weitere Schichten zum Schutz der Energiewandlungsschichtelemente oder zu anderen Zwecken, bspw. dem Komfort für die Tiere, vorzusehen.
Sowohl bei der Integration der Energiewandler in tragfähige Roste, als auch bei der Gestaltung der Energiewandler als Abdeckelement auf einem bestehenden Rost, ist es vorteilhaft, unterhalb der Energiewandlungsschichtelemente eine Trägerschicht bzw. Trägerschichtelemente anzuordnen. Diese Trägerschichtelemente sind vorzugsweise mit hartem, biegesteifem Material gebildet und stellen damit die notwendige mechanische Belastbarkeit der Energiewandler sicher. Daneben schirmen sie gleichzeitig die Energiewandlungsschichtelemente nach unten hin ab. Die Energiewandlungsschichtelemente sind mit dieser Ausführungsform nach keiner Seite hin den Umgebungsbedingungen mehr ausgesetzt. Es liegt im Rahmen naheliegender Ausgestaltungsformen, weitere Trägerschichten, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Aufgaben, vorzusehen. Eine mögliche Aufgabe einer im Wesentlichen zusammenhängenden Schicht aus Trägerschichtelementen ist die Aufnahme von Leitungen, mit denen die Energiewandlungsschichtelemente mit dem Netz elektrisch leitend verbunden werden können. Die Leitungen sind entweder an einer Oberfläche der Trägerschichtelemente angeordnet, oder wenigstens teilweise innerhalb eines Trägerschichtelements eingebettet. Mit Oberfläche ist bevorzugt die Oberfläche zu verstehen, die dem Energiewandlungsschichtelement zugewandt ist. Es ist bevorzugt vorgesehen, alle Energiewandler in Reihe elektrisch leitend miteinander zu verschalten und anschließend an einen Gleichrichter anzuschließen. Alternativ können verschiedene Gruppen an Energiewandlern parallel zueinander mit einem Gleichrichter verschaltet sein, wobei die einzelnen Energiewandler in jeder Gruppe miteinander elektrisch leitend in Reihe geschaltet sind.
Im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung für leichte bis mittelschwere Nutztiere, bspw. für Schweinemastbetriebe, sind die Energiewandler in die Rostelemente eines Schweinerostes integriert. Im Rahmen dieser Verwendung der Erfindung wird daher der Rost, welcher meist auf einem Gitter oder Gestänge über einem Becken zum Auffangen der tierischen Ausscheidungen verlegt ist, durch einen erfindungsgemäßen Rost ausgetauscht. Das Rostelement umfasst sowohl das Vollmaterial, auf welches die Tiere auftreten können, als auch die Zwischenräume zum Durchführen, Vorbeischleusen oder Ableiten der tierischen Ausscheidungen. Diese Rostelemente sind daneben auch, insbesondere mit einer piezoelektrisch wirkenden, energieumwandelnden Schicht versehen. Im Schweinestall müssen somit die Rostelemente in dem Bereich, der für die Nutzung der mechanischen Energie verwendet werden soll, vollständig ausgetauscht werden. Fällt ein Energiewandler, bspw. durch einen Defekt, aus, wird er entfernt und gegen ein neues Bauteil ausgetauscht.
In einem Stall für schwere Nutztiere, bspw. in einem Stall für die Rindermast oder die Milchwirtschaft, bestehen die Rosten, bzw. das Vollmaterial der Rosten aus Beton, um der größeren Belastung durch die schwereren Tiere gerecht zu werden. Hier wäre es nicht wirtschaftlich, den kompletten Rost auszutauschen. Im Kuhstall werden die Betonrosten daher nicht ausgetauscht, sondern es werden die flächigen Energiewandler auf die Betonelemente der Betonrosten aufgelegt. Hier ist insbesondere eine Gestaltung des Energiewandlers als flexible Matte, insbesondere als Matte mit einer piezoelektrischen aktiven Schicht, vorgesehen. Die Matten werden je nach Breite der Betonelemente ausgelegt. Damit bilden die Energiewandler sowohl das Vollmaterial, auf welches die Tiere auftreten können, als auch die Zwischenräume zum Durchführen oder Vorbeischleusen der tierischen Ausscheidungen, aus. Auch hier ist es im Rahmen der Wartung und Reparatur möglich, diese Matten auszutauschen. Bei einem Defekt wird die betroffene Matte herausgenommen und die neue Matte mit den nicht ausgetauschten Matten elektrisch leitend, bevorzugt in Reihe geschaltet, verbunden.
Des Weiteren liegt es im Rahmen einer besonders leicht zu produzierenden Ausführungsform der Erfindung, Komponenten zu verwenden, die mit 3D-Druck hergestellt werden. Insbesondere bieten sich hierbei die Deckschichtelemente, die Schutzwandungselemente und/oder die Trägerschichtelemente an.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen sind für die Nachrüstbarkeit bestehender Stall- und/oder Mastanlagen und/oder Gehegen mit Energiewandlern geeignet. Sowohl die Rostelemente, als auch die Abdeckelemente weisen Seitenbereiche zu den benachbarten Rostelementen bzw. Abdeckelemente auf. Meist sind über diese Seitenbereiche die Rostelemente und die Abdeckelemente elektrisch leitend miteinander verbunden. In einer optionalen Weiterbildung der Erfindung weisen daher die Seitenbereiche dieser Elemente Vorrichtungen auf, die einerseits die Austauschbarkeit defekter Elemente einfach ermöglichen, andererseits das Eindringen von tierischen Ausscheidungen oder sonstigem Schmutz verhindern. Etwaige Schlitze, Ritzen oder sonstige Zwischenräume zwischen den einzelnen Energiewandlern werden zum Schutz vor eindringenden Substanzen entsprechend abgedichtet, bspw. mit entsprechenden Harzen.
Eigenständiger Erfindungsschutz wird daneben beansprucht für die Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bspw. im Rahmen eines energieautarken Mikrosystems, geeignet für den Einsatz in der Tierhaltung, bspw. Stall- und/oder Mastanlagen und/oder Gehegen. Neben dem erfindungsgemäßen Energiewandler kann das Mikrosystem Sensoren und Aktoren aufweisen, die in Interaktion mit der Umwelt stehen. Datenaustausch, bspw. zur Steuerung und/oder Überwachung, mit den piezoelektrischen Elementen und/oder den Energiespeichern kann dabei ebenso vorgesehen sein. Dabei weist jeder verwendete Energiewandler auf zumindest ein energieumwandelndes Energiewandlungsschichtelement, eine Einrichtung zur Aufnahme und/oder zum Anschluss einer oder mehrerer elektrischer Leitungen und/oder Anschlüsse und/oder Bauelemente, insbesondere Schaltungen und zumindest ein Deckschichtelement zur Abdeckung des zumindest einen Energiewandlungsschichtelements. Die Anordnung ist daneben dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung im Wesentlichen parallel auf den Untergrund auflegbar und/oder zur Abdeckung des Untergrunds geeignet ist, wobei eine durch tierische und/oder menschliche Lebewesen erzeugbare mechanische Kraft, bspw. das Auftreten eines Schweinefußes und/oder Rinderhufs, auf den einen oder die mehreren Energiewandler einwirken kann, wodurch eine elektrische Energie erzeugbar ist und wobei die erzeugbare elektrische Energie in ein elektrisches Netz, insbesondere ein Stromnetz des Stall- und/oder Mast- und/oder Gehegebetriebs, zur Versorgung elektrischer Verbraucher, bspw. von Stall- und/oder Mastanlagen und/oder Gehegen, wie Heizungen, Beleuchtungen und/oder Belüftungen, einspeisbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden zumindest ein Energiewandler und ein Trägerschichtelement ein Rostelement, insbesondere zum Einsatz in einem Stall für Schweine aus, welches sowohl Vollmaterial, als auch Spalten zum Vorbeiführen und/oder Vorbeischleusen ätzender und/oder korrodierender Flüssigkeiten, insbesondere tierischer Ausscheidungen, aufweist.
In einer alternativen Ausführungsform, bevorzugt für den Einsatz in Kuhställen, bilden zumindest ein Energiewandler und gegebenenfalls ein Trägerschichtelement, ein, bevorzugt mattenartiges, Abdeckelement, insbesondere zur Abdeckung eines Betonelements eines Betonrosts in einem Stall für Rinder aus. Das Abdeckelement spart dabei gleichzeitig die Spalten zum Vorbeiführen, Vorbeischleusen bzw. Ableiten ätzender und/oder korrodierender Flüssigkeiten, insbesondere tierischer Ausscheidungen, aus.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen oder Merkmalsunterkombinationen, Vorteile und Wirkungen auf Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und den Zeichnungen. Die Figuren sind lediglich beispielhafter Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung.

1a zeigt eine perspektivische Darstellung eines Stallrosts, bspw. für die Schweinehaltung, aus dem Stand der Technik.
1b zeigt eine perspektivische Darstellung eines Betonrosts, bspw. für die Rinderhaltung, aus dem Stand der Technik.
2 zeigt eine Schnittdarstellung zweier erfindungsgemäßer Energiewandler, beabstandet mit einem Zwischenraum angeordnet.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Rostelement, bspw. für die Schweinehaltung, in einer Schnittdarstellung.
4 zeigt ein erfindungsgemäßes Abdeckelement auf einem Betonelement, bspw. für die Rinderhaltung, in einer Schnittdarstellung.
5 zeigt ein erfindungsgemäßes Rostelement, bspw. für die Schweinehaltung in einer Draufsicht.
6 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung von Energiewandlungsschichtelementen, bspw. für die Rinderhaltung in einer Draufsicht.

1a zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Stallrost 200, insbesondere geeignet für die Schweinehaltung, also einen Schweinerost. Der derartiger Stallrost 200 besteht aus dem Vollmaterial 210, welcher meist mit Kunststoff gebildet und entsprechend betreten, bzw. auf welchem aufgetreten werden kann. Das Vollmaterial 210 ist durchbrochen von Spalten 220, Aussparungen oder sonstigen Zwischenräumen. Meist wird durch die spaltenartige Ausbildung der Zwischenräume auch von einem Spaltrost gesprochen. Durch diese Spalten 220 können die tierischen Ausscheidungen durchfallen, was die Reinigung des Stalls erleichtert. Der Stallrost 200 ist in verschiedene Rostelemente 510 (vgl. 3) unterteilbar. Diese Rostelemente 510 werden zu einer Ebene zusammengefügt, die auf den Untergrund 100 (vgl. 2) aufgelegt werden kann. Diese zusammengefügte Ebene wird auf ein Gerüst, Gitter oder sonstiges Gestänge aufgelegt, welches den Stallrost 200 von einer Auffanggrube trennt, in der die tierischen Ausscheidungen gesammelt werden.
1b zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Stallrost aus Beton für die Rinderhaltung, also einen Betonrost 300. Der Betonrost 300 besteht aus dem als Betonelemente 310 ausgebildeten Vollmaterial, welche meist aus Beton gegossen und entsprechend betreten, bzw. auf welchen aufgetreten werden kann. Die Betonelemente 310 sind durchbrochen von Betonrostspalten 320, Aussparungen oder sonstigen Zwischenräumen. Auch durch diese Betonrostspalten 320 können die tierischen Ausscheidungen in eine Auffanggrube hinein durchfallen, was die Reinigung des Stalls erleichtert. Anders als der Stallrost 200 (vgl. 1a) für Schweine ist der Betonrost 300 nicht in austauschbare Elemente unterteilbar. Vielmehr sind die Betonelemente 310 bereits mit dem Bau der Stall- und/oder Mastanlage und/oder des Geheges fest darin eingefügt worden. Aus Gründen des Tierschutzes sind die Betonelemente 310 meistens mit Matten 330 abgedeckt. Dabei handelt es meist um mattenartige Abdeckungen bzw. Abdeckelemente mit elastischem Material, die den Komfort für die Tiere erhöhen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass sowohl der Stallrost 200 (vgl. 1a), als auch der Betonrost 300 nicht zwangsläufig in einem geschlossenen Stall, sondern auch im Freiland platziert werden können.
2 zeigt in einer vereinfachten Schnittansicht zwei flächige Energiewandler 400. Sie sind mit ihren flächigen Breitseiten derart ausgebildet und in einer Ebene angeordnet, dass sie eine begehbare bzw. betretbare Fläche auf einem bereits vorhandenen Untergrund 100 ausbilden. Der dargestellte flächige Energiewandler 400 besteht aus einem im Wesentlichen flächigen Deckschichtelement 410 zum Schutz der darunterliegenden Schichtelemente. Des Weiteren besitzt jeder flächige Energiewandler 400 ein im Wesentlichen flächiges Energiewandlungsschichtelement 420, welches durch eine auf das Deckschichtelement 410 wirkende mechanische Kraft F, mithilfe einer piezoelektrischen, einer induktiven oder einer kapazitiven Wirkweise, ein elektrisches Feld erzeugt, welches mithilfe von daran angeschlossenen Leitungen 450 zur Erzeugung elektrischer Nutzenergie aufgenommen werden kann. Unterhalb des Energiewandlungsschichtelements 420 befindet sich ein Trägerschichtelement 430. Abgesehen davon, dass darin die elektrischen Leitungen 450 zum Ableiten der elektrischen Energie eingebettet sein können, kommt dem Trägerschichtelement 430 eine Stabilisationsfunktion für den Energiewandler 400 zu. Die einzelnen Schichten eines jeden Energiewandlers 400 können einstückig ausgeführt, oder je aus mehreren Elementen zusammengesetzt sein. Zwei Energiewandler 400 können bündig aneinander anschließen, sie können jedoch auch zueinander beabstandet angeordnet sein. In dieser Beabstandung kann ein Zwischenraum 460 angeordnet sein, mit welchem die Spalten 220 (vgl. 1a) bzw. Betonrostspalten 320 (vgl. 1b) gebildet werden. Die Leitungen 450 der Energiewandler 400 sind an ein elektrisches Netz bzw. an einen elektrischen Verbraucher 470 angeschlossen. Bei diesen Verbrauchern 470 kann es sich um die Anlagen der Stall- und/oder Mastbetriebe handeln, bspw. deren Heizungen, Beleuchtungen und/oder Belüftungssysteme. In der dargestellten Abbildung sind die Leitungen 450 der beiden dargestellten Energiewandler parallel geschaltet, jedoch ist auch eine Reihenschaltung möglich.
3 stellt ein einzelnes Rostelement 510 in einer Schnittansicht dar. Eine Mehrzahl dieser Rostelemente 510 sind, in einer Ebene auf dem Untergrund 100 angeordnet, als begehbare bzw. betretbare Ebene ausgebildet, auf der ein exemplarisch dargestellter Schweinefuß 500 auftreten kann. Die mechanische Energie F, in diesem Fall die Trittenergie dieses Schweinefußes 500 wird durch ein Deckschichtelement 410 auf ein Energiewandlungsschichtelement 420 übertragen, welches auf einem Trägerschichtelement 430 aufliegt. Diese drei Schichtelemente 410, 420, 430 bilden sandwichartig den Energiewandler 400 (vgl. 2) aus. Das Rostelement 510, bestehend aus diesen drei Schichten, ist auf einem Auflagegerüst 520 platziert, welches hier exemplarisch als drei Streben mit je einem rechteckigen Querschnitt dargestellt ist. Jedes Rostelement 510 verfügt darüber hinaus über im Wesentlichen senkrecht zu den flächigen Breitseiten angeordnete Seitenflächen bzw. Seitenbereiche 530, im Falle eines quaderförmigen Rostelements 510 also über vier Seitenbereiche. In wenigstens ein oder zwei Seitenbereichen 530 sind (nicht dargestellte) Verbindungsbereiche bzw. Kopplungsbereiche vorzusehen, mit denen die, bevorzugt in den Trägerschichtelementen 430 angeordneten, elektrischen Leitungen zur Bildung eines Leitungsnetzes zur Übertragung erzeugter elektrischer Nutzenergie mit den Leitungen benachbarter Rostelemente 510 elektrisch leitend verbunden werden können. In der beispielhaften Anordnung gemäß 3 weist das Energiewandlungsschichtelement 420 ein piezoelektrisches Bauteil 421 auf. Die für die Erzeugung des elektrischen Feldes notwendige Deformation wird dadurch bereitgestellt, dass das Bauteil auf Auflageelementen 422 derart platziert ist, dass es durch ein, bspw. als Vorsprung ausgebildetes, Biegeelement 423, bspw. montiert an der Unterseite eines Deckschichtelements 410, gebogen werden kann. Bewegt sich das Deckschichtelement 410 infolge einer mechanischen Kraft F nach unten, bewirkt das Biegeelement 423 eine Durchbiegung des piezoelektrischen Bauteils 421. Damit das piezoelektrische Bauteil 421 nach Entlastung des Energiewandlers 400 wieder seine ursprüngliche Form und das Deckschichtelement 410 nach Entlastung wieder seine ursprüngliche Position einnehmen kann, umfasst das Energiewandlungsschichtelement 420 hier insgesamt vier Rückstellfedern 424. Diese Rückstellfedern 424 sind als Druckfedern ausgebildet, welche bei Belastung durch Zusammendrücken gespannt werden und welche bei Entlastung wieder in ihre entspannte Ausgangsform zurückstreben.
4 stellt ein Abdeckelement 610 für ein Betonelement 310 eines Betonrosts 300 (vgl. 1b) in einer Schnittansicht dar. Eine Mehrzahl dieser Abdeckelemente 610 und Betonelemente 310 bilden, unter der Ausbildung von Betonrostspalten 320 (vgl. 1b) zueinander angeordnet, in einer Ebene angeordnet, einen begehbaren bzw. betretbaren Untergrund 100 aus, auf dem ein exemplarisch dargestellter Rinderhuf 600 auftreten kann. Die Abdeckelemente 610 weisen wenigstens ein Deckschichtelement 410, zwei Schutzwandlungselemente 415, wenigstens ein Energieumwandlungsschichtelement 420 und damit den flächigen Energiewandler 400 (vgl. 2) auf. Die Abdeckelemente 610 sind mattenartig ausgebildet. Sie sind wenigstens an den dafür notwendigen Bereichen elastisch biegbar und können, vergleichbar mit Fußmatten, passgenau zugeschnitten, über die Betonelemente 310 des Betonrosts 300 (vgl. 1b) drüber gelegt werden. Dadurch werden die Betonelemente 310 mit diesen Abdeckelementen 610 abgedeckt. Die mechanische Kraft F (vgl. 2), also die Trittkraft dieses Rinderhufs 600 wird durch das Deckschichtelement 410 des Abdeckelements 610 auf ein Energiewandlungsschichtelement 420 übertragen, welches in dieser Ausführungsform direkt, also ohne ein Trägerschichtelement 430 (vgl. 3), auf dem Betonelement 310 aufliegt. Jedes Betonelement 310 verfügt darüber hinaus über Seitenwandungen, die von den Schutzwandungselementen 415 abgedeckt werden. Dadurch wird verhindert, dass tierische Ausscheidungen oder anderer Schmutz seitlich in Kontakt mit einem Energiewandlungsschichtelement 420 kommen kann. Zusätzlich wird durch diese Schutzwandungselemente 415 der sichere Halt der Abdeckelemente 610 gewährleistet. In wenigstens ein oder zwei Bereichen der mattenartigen Abdeckelemente 610 sind ebenfalls (nicht dargestellte) Verbindungsbereiche bzw. Kopplungsbereiche vorzusehen, mit denen die elektrischen Leitungen zur Bildung eines Leitungsnetzes mit den Leitungen benachbarter Abdeckelemente 610 elektrisch leitend verbunden werden können. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass diese Art von Abdeckelementen 610 nicht nur für Rinder, sondern auch für vergleichbar schwere oder schwerere Tiere (Pferde, Elefanten, etc.) geeignet ist.
5 zeigt in einer Draufsicht von oben ein erfindungsgemäßes Rostelement 510, welches aus insgesamt sechs Energiewandlern 400 gebildet ist. Zwischen den Energiewandlern 400 sind die Spalten bzw. Zwischenräume 460 zum Vorbeiführen der tierischen Ausscheidungen angeordnet. Jeder Energiewandler 400 weist eine (hier ausgeblendete) Deckschicht aus Deckschichtelementen 410 (vgl. 2) und zwei Energiewandlungsschichtelementen 420 auf, welche jeweils mit möglichst großem Abstand zueinander innerhalb des Energiewandlers 400 angeordnet sind. Wirkt nun eine mechanische Kraft F (vgl. 2) auf den Energiewandler 400, kann diese Kraft F mithilfe einer starren Deckschicht auf die beiden Energiewandlungsschichtelemente 420 verteilt werden, wobei an den darin angeordneten piezoelektrischen Bauteilen 421 (vgl. 3) eine nutzbare Spannung erzeugt wird. Zur Übertragung dieser Spannung dient ein Netzwerk elektrischer Leitungen 450, wobei in der dargestellten Ausführungsform jeweils zwei Energiewandlungsschichtelemente 420 miteinander in Reihe geschaltet sind. Die sechs Energiewandler 400 sind, parallel geschaltet, elektrisch leitend mit einem Gleichrichter 710 verbunden, welcher den in den Energiewandlern 400 anfallenden Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.
6 zeigt in einer Draufsicht eine beispielhafte Anordnung von Energiewandlungsschichtelementen 420 in einer Stallanlage, einer Mastanlage oder einem Gehege 700, bspw. geeignet für Rinder. Dieser Stall 700 weist zwei Futterstellen 720 und insgesamt vier Betonelemente 310 auf, wobei die vier Betonelemente 310 mit insgesamt drei Betonrostspalten 320 voneinander getrennt sind. Jedes der vier Betonelemente weist insgesamt sechs Energiewandlungsschichtelemente 420 auf, welche über elektrische Leitungen 450 elektrisch leitend miteinander in Reihe geschaltet sind. Ausgeblendet sind in dieser Ansicht Deckschichtelemente 410 und Schutzwandungselemente 415 (vgl. 4). Ein Deckschichtelement 410 kann ein, aber auch mehrere Energiewandlungsschichtelemente 420 bedecken. Dadurch können je nach Bedarf, als Matten gestaltete, Abdeckelemente 610 (vgl. 4) ausgebildet werden. Die vier Gruppen der Energiewandlungsschichtelemente 420 sind zueinander parallel geschaltet und mit dem Gleichrichter 710 verbunden. In einer derartigen Stallanlage, Mastanlage oder Gehege 700 halten sich die Tiere am häufigsten im Bereich der Futterstellen 720 auf. Im Rahmen einer optimalen Auslastung sind daher in einer bevorzugten, nicht dargestellten, Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung nur die Betonelemente 310 im Bereich der Futterstellen 720 mit Energiewandlungsschichtelementen 420 versehen.
Bezugszeichenliste

100: Untergrund
200: Stallrost
210: Vollmaterial
220: Spalte
300: Betonrost
310: Betonelement
320: Betonrostspalte
330: Matte
400: Energiewandler
410: Deckschichtelement
415: Schutzwandungselement
420: Energiewandlungsschichtelement
421: Piezoelektrisches Bauteil
422: Auflageelement
423: Biegeelement
424: Rückstellfeder
430: Trägerschichtelement
450: Leitungen
460: Zwischenraum
470: Elektrischer Verbraucher
500: Schweinefuß
510: Rostelement
520: Auflagegerüst
530: Seitenbereich eines Rostelements
600: Rinderhuf
610: Abdeckelement
700: Stall/Stallanlage/Mastanlage/Gehege
710: Gleichrichter
720: Futterstelle

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

DE 102010035247 A1 [0005]
US 8736088 B2 [0005]
DE 102013009715 A1 [0005]
DE 102014008097 A1 [0005]
US 2006/0021261 A1 [0005]
US 8143766 B2 [0005]
US 7446459 B2 [0005]

Claims

Verwendung eines oder mehrerer im Wesentlichen flächig ausgebildeter Energiewandler (400) als Auflage für einen Untergrund (100) einer Stall- und/oder Mastanlage (700) und/oder eines Geheges zur Umwandlung mechanischer, insbesondere kinetischer Energie in elektrische Nutzenergie, wobei der eine oder die mehreren Energiewandler (400) jeweils zumindest ein energieumwandelndes Energiewandlungsschichtelement (420), eine Einrichtung zur Aufnahme einer oder mehrerer elektrischer Leitungen (450) und/oder Anschlüsse und/oder Bauelemente, insbesondere Schaltungen, und ein Deckschichtelement (410) zur Abdeckung des Energiewandlungsschichtelements (420) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Energiewandler (400) im Wesentlichen parallel zu dem Untergrund (100), und den Untergrund (100) zumindest teilweise bedeckend, angeordnet werden, wobei eine durch tierische und/oder menschliche Lebewesen erzeugbare mechanische Kraft (F), beispielsweise das Auftreten eines Schweinefußes (500) und/oder Rinderhufs (600), auf den einen oder die mehreren Energiewandler (400) einwirkt, wodurch eine elektrische Nutzenergie erzeugt wird, und wobei die erzeugte elektrische Nutzenergie in ein elektrisches Netz, insbesondere ein Stromnetz eines Stall- und/oder Mast- und/oder Gehegebetriebs, zur Versorgung elektrischer Verbraucher (470), beispielsweise von Stall- und/oder Mastanlagen (700) und/oder Gehegen, wie Heizungen, Beleuchtungen und/oder Belüftungen, eingespeist wird.
Verwendung eines Energiewandlers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Energiewandler (400) in einer ebenen, auf dem Untergrund (100) aufliegenden Schicht, angeordnet werden, wobei sich zwischen den mehreren Energiewandlern (400) Zwischenräume (460), zum Vorbeiführen und/oder Vorbeischleusen ätzender und/oder korrodierender Stoffe und/oder Fluide, insbesondere tierischer Ausscheidungen, in Richtung des Untergrunds (100), an zumindest einem Energiewandlungsschichtelement (420), einer elektrischen Leitung (450), einem Deckschichtelement (410), insbesondere mit einem Schutzwandungselement (415), vorbei, ausbilden.
Verwendung eines Energiewandlers (400) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Energiewandlungsschichtelement (420) ein im Wesentlichen flächiges piezoelektrisches Bauteil (421) aufweist, welches ein Material, beispielsweise keramisches Blei-Zirkonat-Titanat (BZT), aufweist, das zur Umwandlung der mechanischen Energie mithilfe eines piezoelektrischen Effekts ausgebildet ist.
Verwendung eines Energiewandlers (400) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Bauteil (421) ein elastisch biegbares Material aufweist, wobei das piezoelektrische Bauteil (421) mit Einwirkung der mechanischen Kraft F auf den Energiewandler (400) zur Erzeugung einer elektrischen Spannung durch den piezoelektrischen Effekt elastisch ausgedehnt und/oder gebogen wird.
Verwendung eines Energiewandlers (400) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Energiewandlungsschichtelement (420) mindestens eine, bevorzugt als Druckfeder ausgebildete, Rückstellfeder (424) aufweist, welche sich mit Einwirkung der mechanischen Kraft F auf den Energiewandler (400) verformt und nach der Beendigung der Einwirkung der mechanischen Kraft F auf den Energiewandler (400) wieder die Ausgangsform einnimmt.
Verwendung eines Energiewandlers (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Deckschichtelement (410) ein starres flächiges Material aufweist, welches die auf den Energiewandler (400) ausgeübte mechanische Kraft F, durch die Bewegung der Gesamtfläche des Deckschichtelements (410) im Wesentlichen senkrecht in Richtung des Untergrunds (100), auf einen oder mehrere darunterliegende Energiewandlungsschichtelemente (420) verteilt.
Verwendung eines Energiewandlers (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Deckschichtelemente (410) zum Schutz des Energiewandlungsschichtelements (420) vor ätzenden und/oder korrodierenden Stoffen und/oder Fluiden, insbesondere tierischen Ausscheidungen, mit einem säurebeständigen Material, beispielsweise Kunststoff, insbesondere PVC und/oder Gummi, gebildet sind.
Verwendung eines Energiewandlers (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einem Deckschichtelement (410) abgewandten Seite eines Energiewandlungsschichtelements (420) mindestens ein Trägerschichtelement (430) zur Abstützung des Energiewandlungsschichtelements (420) auf dem Untergrund (100) angeordnet ist, wobei die Leitung oder die Leitungen (450), welche das oder die Energiewandlungsschichtelemente (420) mit dem elektrischen Netz elektrisch leitend verbinden, auf der Oberfläche und/oder innerhalb der Trägerschichtelemente (430) angeordnet sind.
Anordnung eines oder mehrerer Energiewandler (400), geeignet zur Verwendung als Auflage für einen Untergrund (100) einer Stall- und/oder Mastanlage (700) und/oder eines Geheges zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Nutzenergie, wobei der Energiewandler (400) jeweils zumindest ein energieumwandelndes Energiewandlungsschichtelement (420), eine Einrichtung zur Aufnahme und/oder zum Anschluss einer oder mehrerer elektrischer Leitungen (450) und/oder Anschlüsse und/oder Bauelemente, insbesondere Schaltungen, und zumindest ein Deckschichtelement (410) zur Abdeckung des Energiewandlungsschichtelements (420) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des einen oder der mehreren Energiewandler (400) im Wesentlichen parallel auf den Untergrund (100) auflegbar und/oder zur Abdeckung des Untergrunds (100) geeignet ist, wobei eine durch tierische und/oder menschliche Lebewesen erzeugbare mechanische Kraft (F), beispielsweise das Auftreten eines Schweinefußes (500) und/oder Rinderhufs (600), auf den einen oder die mehreren Energiewandler (400) einwirken kann, wodurch eine elektrische Energie erzeugbar ist, und wobei die erzeugbare elektrische Energie in ein elektrisches Netz, insbesondere ein Stromnetz eines Stall- und/oder Mast- und/oder Gehegebetriebs, zur Versorgung elektrischer Verbraucher (470), beispielsweise von Stall- und/oder Mastanlagen (700) und/oder Gehegen, wie Heizungen, Beleuchtungen und/oder Belüftungen, einspeisbar ist.
Anordnung eines oder mehrerer Energiewandler (400) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Energiewandler (400) und ein Trägerschichtelement (430) ein Rostelement (510), insbesondere zum Einsatz in einem Stall für Schweine bilden, welches sowohl Vollmaterial (210), als auch Spalten (220) zum Vorbeiführen und/oder Vorbeischleusen ätzender und/oder korrodierender Flüssigkeiten, insbesondere tierischer Ausscheidungen, aufweist.
Anordnung eines oder mehrerer Energiewandler (400) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Energiewandler (400) und gegebenenfalls ein Trägerschichtelement (430), ein, bevorzugt mattenartiges, Abdeckelement (610), insbesondere zur Abdeckung eines Betonelements (310) eines Betonrosts (300) in einem Rinderstall ausbilden, welches dabei gleichzeitig die Betonrostspalten (320) zum Vorbeiführen und/oder Vorbeischleusen ätzender und/oder korrodierender Flüssigkeiten, insbesondere tierischer Ausscheidungen, ausspart.