DE102017209321A1 - Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren - Google Patents

Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102017209321A1
DE102017209321A1 DE102017209321.8A DE102017209321A DE102017209321A1 DE 102017209321 A1 DE102017209321 A1 DE 102017209321A1 DE 102017209321 A DE102017209321 A DE 102017209321A DE 102017209321 A1 DE102017209321 A1 DE 102017209321A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
housing part
sensor device
energy
trough
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017209321.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Tobias Zoller
Ricardo Ehrenpfordt
Lukas Lamprecht
Max Schellenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102017209321.8A priority Critical patent/DE102017209321A1/de
Publication of DE102017209321A1 publication Critical patent/DE102017209321A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186Vibration harvesters
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/308Membrane type

Landscapes

  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Die Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung ist ausgestattet mit einem Gehäuse (GH; GH‘), welches einen wannenartigen ersten Gehäuseteil (GH1; GH1') und einen deckelartigen zweiten Gehäuseteil (DE) aufweist, wobei der wannenartige erste Gehäuseteil (GH1; GH1') zumindest einen doppelwandigen Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) mit einer Gehäuse-Außenwand (WA1, WA2; WA1', WA2'; WBA) und einer Gehäuse-Innenwand (WI1, WI2; WI1`, WI2', WBI) aufweist, einer Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung (M1, SP1, SP1'; M2, SP2, SP2'; MA1, V1, PZ, VA, MA2, V2), die zumindest teilweise in dem doppelwandigen Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) angeordnet ist, und einer Sensoreinrichtung (EL, EL‘, SE, El, E2, E3), welche in einem Innenraum (I; I‘) des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1'), der an den doppelwandigen Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) angrenzt, angeordnet ist und welche von der Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung (M1, SP1, SP1'; M2, SP2, SP2'; MA1, V1, PZ, VA, MA2, V2) mit aus Umgebungsenergie gewonnener elektrischer Energie versorgbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
  • Stand der Technik
  • Das „Internet der Dinge“ (Internet of Things, loT) wird als eine der bedeutenden zukünftigen Entwicklungen in der Informationstechnologie angesehen. Unter dem loT versteht man, dass nicht nur Menschen Zugang zum Internet haben und über dieses vernetzt sind, sondern dass auch Geräte über das Internet miteinander vernetzt sind. Ein Bereich des loT zielt in Richtung Produktions- und Hausautomatisierung, zum Beispiel zur Temperaturmessung oder -steuerung.
  • Entsprechende Sensoren sind bereits verfügbar, beispielsweise Temperatursensoren und Temperatursteller an der Heizung, jedoch sind die Kosten von größenordnungsmäßig ca. einhundert EUR pro Stück sehr hoch.
  • Derzeit wird versucht, die Erfahrungen aus dem Bereich Consumer Electronic-Sensoren für Smartphones (Gyros, Beschleunigungssensoren, Drucksensoren, Mikrofone etc.) aufzugreifen und kostengünstige Sensoren für größenordnungsmäßig einen EUR herzustellen, welche gleichzeitig die benötigte elektrische Energie mit sogenannten Energy Harvestern aus der Umwelt gewinnen.
  • Als Energy Harvester bezeichnet man Vorrichtungen, welche begrenzte Mengen an elektrischer Energie aus der Umgebung gewinnen, wie zum Beispiel Umgebungstemperatur, Vibrationen, Luftströmen oder Strahlung.
  • Obwohl auf beliebige Energy Harvester anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrunde liegende Problematik anhand von kinetischen Energy Harvestern erläutert, welche die elektrische Energie aus einer Bewegung oder einem Stoß oder einer Vibration gewinnen.
  • Mit Hilfe von kinetischen Harvestern lassen sich autonome Sensorsysteme aufbauen, die zum Beispiel an vibrierenden oder sich bewegenden Teilen von Industrieanlagen angebracht werden können. Gegenüber herkömmlichen Industriesensoren, welche mit einem Akku oder einer Batterie ausgestattet sind, ist das Wartungsintervall derartiger autonomer Sensorsysteme vergrößert, der Aufwand also reduziert.
  • Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um Bewegungen, wie zum Beispiel Vibrationen, in elektrische Energie umzuwandeln. Die gängigsten Varianten sind piezoelektrische Wandler, elektromagnetische Wandler mit Spule und Magnet sowie kapazitive Wandler.
  • Kinetische Harvester setzen sich in der Regel aus federähnlichen oder balkenähnlichen Strukturen, Massen bzw. Schwungmassen, Spulen und Magneten, Piezostrukturen und Leistungsschaltungen zusammen. Die kleinbauende Integration der genannten Komponenten im Sensorsystem stellt sich herausfordernd dar, da die Komponenten im Vergleich zu MEMS-Komponenten relativ viel Gehäusevolumen benötigen. Somit bestimmt die Architektur des kinetischen Harvesters großenteils die Baugröße des gesamten Sensorsystems. Eine Integration eines kinetischen Harvesters in ein Sensorsystem als separates Bauteil ist möglich aber mit erhöhter Baugröße und erhöhten Kosten verbunden.
  • Die DE 10 2013 214 021 A1 offenbart einen elektronischen Schreibstift mit Schreibstiftpositionserkennung, umfassend wenigstens eine elektrische Spannungsquelle, wenigstens eine digitale Steuereinheit, eine Schreibmine, wenigstens ein Datenübertragungsmodul, sowie wenigstens zwei Positionsbestimmungssensoren zur Bestimmung der Lage und/oder Bewegung des elektronischen Schreibstiftes. Der elektronische Schreibstift weist eine mit der digitalen Steuereinheit in Verbindung stehende Energieverwaltungseinheit auf, welche zur Verwaltung des elektrischen Energieverbrauchs, insbesondere zu dessen Minimierung, dient. Weiterhin ist eine Energy-Harvesting-Vorrichtung vorgesehen, die für den Schreibstift benötigte elektrische Energie aus Umgebungsenergie erzeugen kann.
  • Weitere autonome Sensorvorrichtungen nach dem Energy-Harvesting-Prinzip sind aus der DE 10 2010 049 154 A1 und der DE 10 2007 012 335 B4 bekannt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung offenbart eine Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bzw. 11.
  • Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht, die Komponenten eines Energy Harvesters derart in ein Sensorsystem zu integrieren, dass diese mit bestehenden Komponenten der Sensor-Hardwarearchitektur verschmelzen. Die wesentlichen Vorteile einer derartigen Integration sind eine deutlich verminderte Baugröße, ein geringerer Materialaufwand und verringerte Herstellungskosten.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht in der Ausgestaltung des Gehäuses mit mindestens einem doppelwandigen Bereich, in dem zumindest eine Komponente des Energy Harvesters angeordnet ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung auf einer oder mehreren Schaltungsplatten angebracht, die im Innenraum angeordnet sind. So lassen sich die Sensorkomponenten vor Einbau zusammenfügen und ggfs. testen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung einen federnd aufgehängten, durch Bewegungs-Umgebungsenergie auslenkbaren Magneten und eine damit elektromagnetisch wechselwirkende Spuleneinrichtung zur Erzeugung der elektrischen Energie aus der Bewegungs-Umgebungsenergie auf. So lässt sich ein einfacher kinetischer Harvester realisieren.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung eine durch Bewegungs-Umgebungssenergie auslenkbare Masseneinrichtung und eine damit verbundene elastisch deformierbare Piezoeinrichtung zur Erzeugung der elektrischen Energie aus der Bewegungs-Umgebungsenergie auf. So lässt sich alternativ ein einfacher kinetischer Harvester realisieren.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der doppelwandige Bereich einen Seitenwandbereich des wannenartigen ersten Gehäuseteils auf. Dies vereinfacht die Vormontage und ermöglicht eine platzsparende Anordnung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der doppelwandige Bereich einen Bodenwandbereich des Bodens des wannenartigen ersten Gehäuseteils auf. Dies ermöglicht insbesondere eine einfache elektrische Anbindung an die Sensoreinrichtung, z.B. über Durchkontaktierungen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der doppelwandige Bereich einen Deckelwandbereich des deckelartigen zweiten Gehäuseteils auf. So ist die Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung ggfs. austauschbar oder im Voraus testbar.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der doppelwandige Bereich mehrere zusammenhängende Bereiche eines Seitenwandbereich des wannenartigen ersten Gehäuseteils und/oder eines Bodenwandbereichs des wannenartigen ersten Gehäuseteils und/oder eines Deckelwandbereichs des deckelartigen zweiten Gehäuseteils auf. So lassen sich verschiedene Komponenten in verschiedene Bereiche verteilen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der deckelartige zweite Gehäuseteil und die Sensoreinrichtung lösbar mit dem wannenartigen ersten Gehäuseteil verbunden. So kann ein Sensorwechsel oder -ersatz einfach erfolgen.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eines entsprechenden Herstellungsverfahrens;
    • 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eines entsprechenden Herstellungsverfahrens; und
    • 3a),b) schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar 3a) vom Gehäuseteil und 3b) vom Sensorteil, sowie eines entsprechenden Herstellungsverfahrens.
  • In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eines entsprechenden Herstellungsverfahrens.
  • In 1 bezeichnet Bezugszeichen SA allgemein eine Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung, die z.B. an vibrierenden oder sich bewegenden Teilen einer Industrieanlage (nicht dargestellt) angebracht werden kann und zur Erfassung der Vibrationen bzw. Bewegungen der Industrieanlage dient.
  • Die Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung weist ein Gehäuse GH auf, welches einen wannenartigen ersten Gehäuseteil GH1 und einen deckelartigen zweiten Gehäuseteil DE umfasst. Der wannenartige erste Gehäuseteil GH1 weist einen ersten doppelwandigen Bereich D1 mit einer Gehäuse-Außenwand WA1 und einer Gehäuse-Innenwand WI1 und einen zweiten doppelwandigen Bereich D2 mit einer gegenüberliegenden Gehäuse-Außenwand WA2 und einer gegenüberliegenden Gehäuse-Innenwand WI2 auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die doppelwandigen Bereiche D1, D2 gegenüberliegende Seitenwandbereiche des Gehäuses GH. Die Seitenwandbereiche grenzen an einen Bodenbereich BO des Gehäuses GH an, welcher dem deckelartigen zweiten Gehäuseteil DE gegenüberliegt.
  • Im ersten doppelwandigen Bereich D1 ist eine erste Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung untergebracht, welche einen ersten federnd aufgehängten, durch Bewegungs-Umgebungsenergie auslenkbaren Magneten M1 und eine damit elektromagnetisch wechselwirkende erste Spuleneinrichtung SP1, SP1' zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Bewegungs-Umgebungsenergie aufweist.
  • Im zweiten doppelwandigen Bereich D2 ist eine zweite Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung untergebracht, welche einen zweiten federnd aufgehängten, durch Bewegungs-Umgebungsenergie auslenkbaren Magneten M2 und eine damit elektromagnetisch wechselwirkende zweite Spuleneinrichtung SP2, SP2' zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Bewegungs-Umgebungsenergie aufweist.
  • Die erste Spuleneinrichtung SP1, SP1' weist eine erste Spule SP1 auf, welche innen auf der Gehäuse-Außenwand WA1 angebracht ist, sowie eine zweite Spule SP1', welche innerhalb des doppelwandigen Bereichs D1 auf der Gehäuse-Innenwand WI1 angebracht ist.
  • Die Spulen SP1, SP1' sind derart angeordnet, dass der Magnet M1 im nicht ausgelenkten Zustand im Wesentlichen deckungsgleich in einem Luftspalt zwischen den Spulen SP1, SP1' angeordnet ist.
  • Die Aufhängung des ersten Magneten M1 wird über Federn F1, F2 realisiert, die einerseits mit den gegenüberliegenden Enden des ersten Magneten M1 verbunden sind und andererseits mit Aufhängungspunkten im wannenartigen ersten Gehäuseteil GH1.
  • Bei einer Zuführung von Bewegungs-Umgebungsenergie, beim vorliegenden Beispiel bei Vibrationen der Industriekomponente, wird der erste Magnet M1 aus seiner Ruhelage ausgelenkt und erzeugt somit eine elektromagnetische Induktion in die Spulen SP1, SP1', wodurch aus der Bewegungs-Umgebungsenergie elektrische Energie erzeugt wird.
  • Die zweite Spuleneinrichtung SP2, SP2' weist eine dritte Spule SP2 auf, welche innen auf der Gehäuse-Außenwand WA2 angebracht ist, sowie eine vierte Spule SP2', welche innerhalb des doppelwandigen Bereichs D2 auf der Gehäuse-Innenwand WI2 angebracht ist.
  • Die Spulen SP2, SP2' sind derart angeordnet, dass der Magnet M2 im nicht ausgelenkten Zustand im Wesentlichen deckungsgleich in einem Luftspalt zwischen den Spulen SP2, SP2' angeordnet ist.
  • Die Aufhängung des ersten Magneten M2 wird über Federn F3, F4 realisiert, die einerseits mit den gegenüberliegenden Enden des ersten Magneten M2 verbunden sind und andererseits mit Aufhängungspunkten im wannenartigen ersten Gehäuseteil GH1.
  • Bei einer Zuführung von Bewegungs-Umgebungsenergie, beim vorliegenden Beispiel bei Vibrationen der Industriekomponente, wird der erste Magnet M2 aus seiner Ruhelage ausgelenkt und erzeugt somit eine elektromagnetische Induktion in die Spulen SP2, SP2', wodurch aus der Bewegungs-Umgebungsenergie elektrische Energie erzeugt wird.
  • Bezugszeichen B bezeichnet dabei eine Bewegungsrichtung des ersten und zweiten Magneten M1, M2.
  • Eine Sensoreinrichtung ist auf einer ersten und zweiten Schaltungsplatte P1, P2 im Innenraum I des wannenartigen ersten Gehäuseteils GH1 angeordnet, der an die doppelwandigen Bereiche D1, D2 angrenzt. Die Sensoreinrichtung weist auf der ersten Schaltungsplatte einen MEMS-Bewegungssensor SE sowie elektronische Komponenten EL, EL‘ und eine optionale Antenne A zur Datenübertragung auf. Die zweite Schaltungsplatte P2 der Sensoreinrichtung weist weitere elektronische Komponenten El, E2, E3 auf, welche beispielsweise einen Gleichrichter El, einen Kondensator E2 und eine Batterie E3 o.ä. aufweisen.
  • Die erste und zweite Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung, insbesondere die beiden Spulenpaare SP1, SP1' und SP2, SP2' sind über (nicht dargestellte) Leiterbahnen auf den Schaltungsplatten P1, P2 mit den elektronischen Sensorkomponenten EL, EL‘, El, E2, E3 und dem MEMS-Bewegungssensor SE verbunden.
  • Die Gesamtabmessungen der Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung SA gemäß der ersten Ausführungsform liegen typischerweise im Bereich zwischen 5 und 10 cm. Durch eine derartige Gestaltung lässt sich der Abstand zwischen der Gehäuse-Außenwand WA1 und der Gehäuse-Innenwand WI1 bzw. der Gehäuse-Außenwand WA2 und der Gehäuse-Innenwand WI2 auf nur wenige Millimeter begrenzen. Durch das Doppelwandprinzip können die Komponenten der Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtungen vor dem Einsetzen der Schaltungsplatten P1, P2 mit der Sensoreinrichtung bereits in das Gehäuse GH eingesetzt werden und somit eine Miniaturisierung erzielt werden. Insbesondere ist durch ein nachträgliches Einsetzen der Sensoreinrichtung der erforderliche Freiraum für das vorherige Aufbringen der Spulenpaare SP1, SP1', SP2, SP2' vorhanden.
  • Die Befestigung der ersten und zweiten Schaltungsplatte P1, P2 erfolgt bei dieser ersten Ausführungsform beispielsweise durch Verrasten, Verkleben, Verschrauben usw., nachdem die doppelwandigen Bereiche D1, D2 mit den Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtungen fertiggestellt sind. Ebenso wird der deckelartige zweite Gehäuseteil DE als abschließender Montageschritt aufgeklebt, aufgeschraubt oder verrastet.
  • 2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eines entsprechenden Herstellungsverfahrens.
  • Bei der zweiten Ausführungsform weist das Gehäuse GH‘ der Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung SA‘ ebenfalls einen wannenartigen ersten Gehäuseteil GH1' und einen deckelartigen zweiten Gehäuseteil DE auf. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform weist der wannenartige erste Gehäuseteil GH1' einen ersten doppelwandigen Bereich D1`, einen zweiten gegenüberliegenden doppelwandigen Bereich D2' sowie einen den ersten und den zweiten doppelwandigen Bereich D1`, D2' verbindenden sich daran anschließenden doppelwandigen Bereich D3 auf. Der erste doppelwandige Bereich D1` wird durch die Gehäuse-Außenwand WA1' und die Gehäuse-Innenwand WI1` gebildet, der zweite doppelwandige Bereich D2 wird durch eine gegenüberliegende Gehäuse-Außenwand WA2' und eine gegenüberliegende Gehäuse-Innenwand WI1` gebildet. Der dritte doppelwandige Bereich D3 wird durch einen Bodenwandbereich WBA und eine weitere Gehäuse-Innenwand WBI gebildet.
  • Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich die Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung über den ersten, zweiten und dritten doppelwandigen Bereich D1`, D2', D3'.
  • Insbesondere ist im ersten doppelwandigen Bereich D1` eine durch Bewegungs-Umgebungsenergie auslenkbare erste Schwungmasse MA1 angeordnet, welche über eine Verbindungseinrichtung V1 mit einer elastisch deformierbaren Piezoeinrichtung PZ zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Bewegungs-Umgebungsenergie verbunden ist.
  • Im zweiten doppelwandigen Bereich D2' ist eine durch Bewegungs-Umgebungsenergie auslenkbare zweite Schwungmasse MA2 vorgesehen, welche über eine Verbindungseinrichtung V2 mit der Piezoeinrichtung PZ verbunden ist. Die Verbindungseinrichtungen V1, V2 sind beispielsweise balkenartige Strukturen, wobei die Piezoeinrichtung PZ eine membranartige Struktur aufweist. In ihrem Zentrum ist die Piezoeinrichtung PZ über eine Verankerungseinrichtung VA mit dem Bodenbereich BO‘ verbunden. Anstatt der Piezoeinrichtung PZ mit membranartiger Struktur kann auch eine Plättchenstruktur in Dreieck-, Rechteck-, Trapezform oder sonstiger Form vorgesehen werden.
  • Bei einer Bewegung in Bewegungsrichtung B wird eine elektrische Spannung durch die Verbiegung der Piezoeinrichtung PZ erzeugt, woraus elektrische Energie gewonnen wird. Diese elektrische Energie wird durch (nicht dargestellte) Leiterbahnen an die Sensoreinrichtung weitergeleitet, welche denselben Aufbau wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform aufweist und ebenfalls im Innenraum I‘ des wannenartigen ersten Gehäuseteils GH1' angeordnet ist, der an den doppelwandigen Bereich D1`, D2', D3' angrenzt.
  • Die Herstellung der Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung SA‘ gemäß der zweiten Ausführungsform erfolgt analog zur oben beschriebenen Herstellung der ersten Ausführungsform, wobei zuerst die Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung mit ihren Komponenten in das Gehäuse GH‘ integriert wird, und zwar innerhalb der doppelwandigen Bereiche D1`, D2', D3. Anschließend erfolgt das Einsetzen und Verbinden der ersten und zweiten Schaltungsplatte P1, P2 mit der Sensoreinrichtung und das Vorsehen und Befestigen des deckelartigen zweiten Gehäuseteils DE.
  • 3a),b) sind schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar 3a) vom Gehäuseteil und 3b) vom Sensorteil, sowie eines entsprechenden Herstellungsverfahrens.
  • Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich vom Aufbau von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, weist jedoch nach dem Zusammenbau dieselben Funktionen auf.
  • Mit Bezug auf 3a) werden zunächst die Spulen SP1, SP2 auf im Inneren I des Gehäuses GH auf die erste bzw. zweite Gehäuse-Außenwand WA1, WA2 montiert und anschließend die durch Bewegungs-Umgebungsenergie auslenkbaren Magneten M1, M2 über die Federn Fl, F2 bzw. F3, F4 im wannenartigen ersten Gehäuseteil GH1 aufgehängt.
  • Außerdem werden die erste und zweite Gehäuse-Innenwand WI1, WI2 zunächst mit der ersten und der zweiten Schaltungsplatte P1, P2 lateral verbunden und die Spulen SP1', SP2' im Voraus auf die Außenseite der ersten und zweiten Gehäuse-Innenwand WI1, WI2 montiert, wie in 3b) dargestellt.
  • Anschließend wird die Sensoreinrichtung mit den vormontierten Gehäuse-Innenwänden WI1, WI2 in den Innenraum I des Gehäuses GH eingesetzt, so dass die Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtungen in dem ersten und zweiten doppelwandigen Bereich D1, D2 untergebracht sind, der nach dem Einsetzen zwischen der Gehäuse-Außenwand WA1 und der Gehäuse-Innenwand WI1 sowie der Gehäuse-Außenwand WA2 und der Gehäuse-Innenwand WI2 liegt.
  • Nach Montieren der Sensoreinrichtung und der Innenwände WI1, WI2 in den Innenraum I des Gehäuses GH erfolgt wie bei der ersten Ausführungsform das Anbringen und Befestigen des deckelartigen zweiten Gehäuseteils DE.
  • Bei der dritten Ausführungsform sind insbesondere die Sensoreinrichtung mit den Innenwänden WI1, WI2 sowie der zweite deckelartige Gehäuseteil DE lösbar mit dem wannenartigen ersten Gehäuseteil GH1 verbunden, so dass durch erneutes Öffnen des deckelartigen zweiten Gehäuseteils DE ein Austausch der Sensoreinrichtung ermöglicht ist, beispielsweise im Fall eines Defekts oder im Falle des Ersetzens einer Sensoreinrichtung durch eine funktionell anders aufgebaute Sensoreinrichtung.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
  • Durch das erfindungsgemäße Doppelwandprinzip können in allen Raumrichtungen beliebige Harvester-Strukturen integriert werden. Aufhängungen und mechanische Anbindungen der Sensorebenen ergeben sich durch das modulare Einsetzen eines separaten Sensorsystems.
  • Insbesondere die Anzahl der doppelwandigen Bereiche beliebig, und es können sowohl mehrere zusammenhängende als auch mehrere getrennte doppelwandige Bereiche vorgesehen werden.
  • Weiterhin können mehrere deckelartige Gehäuseteile vorgesehen werden, und das Gehäuse muss nicht hermetisch verschlossen sein, sondern kann auch nur teilweise verschlossen sein, was vom jeweiligen Funktionsprinzip bzw. der speziellen Anwendung abhängt.
    Die durch Bewegungs-Umgebungssenergie auslenkbare Masseneinrichtung und die damit verbundene elastisch deformierbare Piezoeinrichtung zur Erzeugung der elektrischen Energie aus der Bewegungs-Umgebungsenergie können den zur Verfügung stehenden Raum der doppelwandigen Bereiche auch dreidimensional ausnutzen und sich über mehrere doppelwandige Bereiche erstrecken.
  • Die Piezoelemente können auch fächerartig in unterschiedlicher Ausprägung nebeneinander angeordnet sein und jeweils eigene Geometrien, Steifigkeiten und Massen aufweisen.
  • 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 102013214021 A1 [0010]
    • DE 102010049154 A1 [0011]
    • DE 102007012335 B4 [0011]

Claims (13)

  1. Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung (SA; SA‘) mit: einem Gehäuse (GH; GH‘), welches einen wannenartigen ersten Gehäuseteil (GH1; GH1') und einen deckelartigen zweiten Gehäuseteil (DE) aufweist; wobei der wannenartige erste Gehäuseteil (GH1; GH1') zumindest einen doppelwandigen Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) mit einer Gehäuse-Außenwand (WA1, WA2; WA1', WA2'; WBA) und einer Gehäuse-Innenwand (WI1, WI2; WI1`, WI2', WBI) aufweist; einer Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung (M1, SP1, SP1'; M2, SP2, SP2'; MA1, V1, PZ, VA, MA2, V2), die zumindest teilweise in dem doppelwandigen Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) angeordnet ist; und einer Sensoreinrichtung (EL, EL‘, SE, El, E2, E3), welche in einem Innenraum (I; I‘) des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1'), der an den doppelwandigen Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) angrenzt, angeordnet ist und welche von der Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung (M1, SP1, SP1'; M2, SP2, SP2'; MA1, V1, PZ, VA, MA2, V2) mit aus Umgebungsenergie gewonnener elektrischer Energie versorgbar ist.
  2. Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung (SA; SA‘) nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung (EL, EL‘, SE, El, E2, E3) auf einer oder mehreren Schaltungsplatten (P1, P2) angebracht ist, die im Innenraum (I; I‘) angeordnet sind.
  3. Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung (SA; SA‘) nach Anspruch 1, wobei die Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung (M1, SP1, SP1'; M2, SP2, SP2'; MA1, V1, PZ, VA, MA2, V2) einen federnd aufgehängten, durch Bewegungs-Umgebungsenergie auslenkbaren Magneten (M1, M2) und eine damit elektromagnetisch wechselwirkende Spuleneinrichtung (SP1, SP1'; SP2, SP2') zur Erzeugung der elektrischen Energie aus der Bewegungs-Umgebungsenergie aufweist.
  4. Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung (SA; SA‘) nach Anspruch 1, wobei die Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung (M1, SP1, SP1'; M2, SP2, SP2'; MA1, V1, PZ, VA, MA2, V2) eine durch Bewegungs-Umgebungssenergie auslenkbare Masseneinrichtung (MA1, MA2) und eine damit verbundene elastisch deformierbare Piezoeinrichtung (PZ) zur Erzeugung der elektrischen Energie aus der Bewegungs-Umgebungsenergie aufweist.
  5. Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung (SA; SA‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der doppelwandige Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) einen Seitenwandbereich (WA1, WI1; WA2, WI2; WA1', WI1‘WA2', WI2') des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1') aufweist.
  6. Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung (SA; SA‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der doppelwandige Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) einen Bodenwandbereich (WBA, WBI) des Bodens (BO‘) des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1') aufweist.
  7. Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung (SA; SA‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der doppelwandige Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) einen Deckelwandbereich des deckelartigen zweiten Gehäuseteils (DE) aufweist.
  8. Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung (SA; SA‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der doppelwandige Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) mehrere zusammenhängende Bereiche eines Seitenwandbereich des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1') und/oder eines Bodenwandbereichs des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1') und/oder eines Deckelwandbereichs des deckelartigen zweiten Gehäuseteils (DE) aufweist.
  9. Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung (SA; SA‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der deckelartige zweite Gehäuseteil (DE) und die Sensoreinrichtung (EL, EL‘, SE, El, E2, E3) lösbar mit dem wannenartigen ersten Gehäuseteil (GH1; GH1') verbunden sind.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung (SA; SA‘) mit den Schritten: Bereitstellen von einem Gehäuse (GH; GH‘), welches einen wannenartigen ersten Gehäuseteil (GH1; GH1') und einen deckelartigen zweiten Gehäuseteil (DE) aufweist, wobei der wannenartige erste Gehäuseteil (GH1) zumindest einen doppelwandigen Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) mit einer Gehäuse-Außenwand (WA1, WA2; WA1', WA2'; WBA) und einer Gehäuse-Innenwand (WI1, WI2; WI1`, WI2', WBI) aufweist; Anordnen einer Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung (M1, SP1, SP1'; M2, SP2, SP2'; MA1, V1, PZ, VA, MA2, V2) in dem doppelwandigen Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3); Anbringen einer Sensoreinrichtung (EL, EL‘, SE, El, E2, E3) in einem Innenraum (I; I‘) des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1'), der an den doppelwandigen Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) angrenzt, derart, dass die Sensoreinrichtung (EL, EL‘, SE, El, E2, E3) von der Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung (M1, SP1, SP1'; M2, SP2, SP2'; MA1, V1, PZ, VA, MA2, V2) mit aus Umgebungsenergie gewonnener elektrischer Energie versorgbar ist; und Verbinden des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1') und des deckelartigen zweiten Gehäuseteils (DE).
  11. Verfahren zum Herstellen einer Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung (SA; SA‘) mit den Schritten: Bereitstellen von einem Gehäuse (GH; GH‘), welches einen wannenartigen ersten Gehäuseteil (GH1; GH1') und einen deckelartigen zweiten Gehäuseteil (DE) aufweist; Anordnen einer Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung (M1, SP1, SP1'; M2, SP2, SP2'; MA1, V1, PZ, VA, MA2, V2) angrenzend an eine Gehäuse-Außenwand (WA1, WA2; WA1', WA2'; WBA) in einem Innenraum (I; I‘) des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1'); Anbringen einer Sensoreinrichtung (EL, EL‘, SE, El, E2, E3) in einem Innenraum (I; I‘) des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1'), welche eine Gehäuse-Innenwand (WI1, WI2; WI1`, WI2', WBI) aufweist; wodurch die Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung (M1, SP1, SP1'; M2, SP2, SP2'; MA1, V1, PZ, VA, MA2, V2) zumindest teilweise in einem doppelwandigen Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) untergebracht wird, der zwischen der Gehäuse-Außenwand (WA1, WA2; WA1', WA2'; WBA) und der Gehäuse-Innenwand (WI1, WI2; WI1`, WI2', WBI) liegt; wodurch die Sensoreinrichtung (EL, EL‘, SE, El, E2, E3) in dem Innenraum (I; I‘) des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1') angrenzend an den doppelwandigen Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) derart angeordnet wird, dass die Sensoreinrichtung (EL, EL‘, SE, El, E2, E3) von der Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung (M1, SP1, SP1'; M2, SP2, SP2'; MA1, V1, PZ, VA, MA2, V2) mit aus Umgebungsenergie gewonnener elektrischer Energie versorgbar ist; und Verbinden des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1') und des deckelartigen zweiten Gehäuseteils (DE).
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Verbinden des wannenartigen ersten Gehäuseteils (GH1; GH1') und des deckelartigen zweiten Gehäuseteils (DE) und das Anbringen der Sensoreinrichtung (EL, EL‘, SE, El, E2, E3) in dem Innenraum (I; I‘) auf lösbare Art und Weise erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Anordnen der Umgebungsenergie-Gewinnungseinrichtung (M1, SP1, SP1'; M2, SP2, SP2'; MA1, V1, PZ, VA, MA2, V2) in dem doppelwandigen Bereich (D1, D2; D1`, D2', D3) vor dem Anbringen der Sensoreinrichtung (EL, EL‘, SE, El, E2, E3) in dem Innenraum (I; I‘) durchgeführt wird.
DE102017209321.8A 2017-06-01 2017-06-01 Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren Withdrawn DE102017209321A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017209321.8A DE102017209321A1 (de) 2017-06-01 2017-06-01 Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017209321.8A DE102017209321A1 (de) 2017-06-01 2017-06-01 Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017209321A1 true DE102017209321A1 (de) 2018-12-06

Family

ID=64278980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017209321.8A Withdrawn DE102017209321A1 (de) 2017-06-01 2017-06-01 Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102017209321A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001055551A1 (en) * 2000-01-28 2001-08-02 Halliburton Energy Services, Inc. Vibration based downhole power generator
WO2008077002A2 (en) * 2006-12-18 2008-06-26 Avon Products, Inc. Self-contained voltage generating systems
DE102010049154A1 (de) 2009-10-22 2011-06-16 Moticon Gmbh Sohle mit Sensor
US20110215590A1 (en) * 2007-09-18 2011-09-08 University Of Florida Research Foundation, Inc. Dual-Mode Piezoelectric/Magnetic Vibrational Energy Harvester
DE102007012335B4 (de) 2007-03-14 2013-10-31 Infineon Technologies Ag Sensorbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Sensorbauteils
DE102013214021A1 (de) 2013-07-17 2015-01-22 Stabilo International Gmbh Stromersparnis
US20160079886A1 (en) * 2013-12-13 2016-03-17 Sumitomo Riko Company Limited Vibration power generation device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001055551A1 (en) * 2000-01-28 2001-08-02 Halliburton Energy Services, Inc. Vibration based downhole power generator
WO2008077002A2 (en) * 2006-12-18 2008-06-26 Avon Products, Inc. Self-contained voltage generating systems
DE102007012335B4 (de) 2007-03-14 2013-10-31 Infineon Technologies Ag Sensorbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Sensorbauteils
US20110215590A1 (en) * 2007-09-18 2011-09-08 University Of Florida Research Foundation, Inc. Dual-Mode Piezoelectric/Magnetic Vibrational Energy Harvester
DE102010049154A1 (de) 2009-10-22 2011-06-16 Moticon Gmbh Sohle mit Sensor
DE102013214021A1 (de) 2013-07-17 2015-01-22 Stabilo International Gmbh Stromersparnis
US20160079886A1 (en) * 2013-12-13 2016-03-17 Sumitomo Riko Company Limited Vibration power generation device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012201486B4 (de) Dämpfungsvorrichtung für eine mikromechanische Sensoreinrichtung
DE102007030120B4 (de) Drehratensensor
EP2221667B1 (de) Kombinierter Bewegungssensor zum Einsatz in Feedback-Regelsystemen zur Schwingungsisolation
DE102006013237B4 (de) Mechanisch-Elektrischer Generator
EP2526545B1 (de) Sensor mit dämpfung
DE102007030119A1 (de) Corioliskreisel
DE102011005745A1 (de) Verfahren zur entkoppelten Regelung der Quadratur und der Resonazfrequenz eines mikromechanischen Drehratensensors mittels Sigma-Delta-Modulation
DE102011005744A1 (de) Verfahren zur entkoppelten Regelung der Quadratur und der Resonanzfrequenz eines mikromechanischen Gyroskops
DE102019216437A1 (de) Mikrofon und Herstellungsverfahren dafür
DE19834672C1 (de) Elektromagnetischer Spannungsgenerator
DE102012222225B3 (de) Antriebs- und kompensationsschaltung für kapazitive mems-strukturen
DE102004061804B4 (de) Mikromechanischer Drehratensensor mit Fehlerunterdrückung
DE102012219650A1 (de) Mechanisches Bauteil, mechanisches System und Verfahren zum Betreiben eines mechanischen Bauteils
DE102017209321A1 (de) Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
EP3110746A1 (de) Mikromechanisches bauteil mit geteilter, galvanisch isolierter aktiver struktur und verfahren zum betreiben eines solchen bauteils
DE102011106433A1 (de) Integrierbare Magnetfeldkompensation für den Einsatz an Raster- und Transmissionselektronenmikroskopen
WO2020165239A1 (de) Mems und verfahren zum herstellen desselben
DE112010005588B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Schwingungen
DE102014211646A1 (de) Mikromechanisches Sensorbauteil für einen Drehratensensor
DE102017217009B3 (de) MEMS-Vorrichtung sowie entsprechendes Betriebsverfahren
DE102015207856A1 (de) Drehratensensor und Verfahren
DE102017203676B4 (de) Magnetischer absoluter Positionssensor
DE102010018048A1 (de) Drehratensensor-Anordnung und Verfahren zum Betrieb einer Drehratensensor-Anordnung
DE102015107254A1 (de) Stoßfestes integriertes mehrachsiges Gyroskop
DE102009038932B3 (de) Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischer Energie

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee