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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem System nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Galvanische Zellen, auch galvanische Elemente oder galvanische Ketten genannt, sind Vorrichtungen zur spontanen Umwandlung von chemischer in elektrische Energie. Galvanische Zellen werden als Gleichspannungsquellen eingesetzt.
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Aus der
WO 2016/038477 A1 ist ein Pflaster bekannt, welches eine galvanische Zelle enthält. Hierbei sind eine Vielzahl von Streifenelektroden innerhalb des Pflasters nebeneinander angeordnet, so dass elektrische Mikroströme zwischen diesen Streifenelektroden fließen können. Diese Mikroströme sollen eine Elektrostimulation bei einem Träger des Pflasters unterhalb des Pflasters auf der Haut des Trägers bewirken und medizinische und/oder kosmetische Wirkungen erzielen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine galvanische Zelle zum Bereitstellen einer Gleichspannung, insbesondere für eine am Körper tragbare Vorrichtung sowie eine am Körper tragbare Vorrichtung, insbesondere ein wearable, vorgestellt.
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Vorteile der Erfindung
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Die galvanische Zelle zum Bereitstellen einer Gleichspannung, insbesondere für eine am Körper tragbare Vorrichtung, weist einen Elektrodenstapel mit wenigstens einer ersten anodischen Elektrode, mit wenigstens einer zweiten kathodischen Elektrode und mit einer, zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordneten, die erste Elektrode und die zweite Elektrode trennende Membranschicht auf. Hierbei bestehen die erste Elektrode und die zweite Elektrode aus unterschiedlichen, insbesondere metallischen Materialien. Beispielsweise kann die erste Elektrode aus Aluminium und die zweite Elektrode aus Kupfer bestehen. Die Membranschicht, die die erste Elektrode und die zweite Elektrode voneinander separiert und damit Kurzschlüsse zwischen den beiden Elektroden vermeidet, dient gleichzeitig als lonentransportschicht bzw. lonenleiter. D. h. die Membranschicht fungiert als Salzbrücke, auch lonenbrücke, Elektrolytbrücke oder Stromschlüssel genannt, welche eine ionenleitende Verbindung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode herstellt, sobald Elektrolytlösungen an der ersten Elektrode und an der zweiten Elektrode vorliegen. Als Elektrolyt bzw. Elektrolytlösung kann hierbei das flüssige Material verstanden werden, welches bewegliche Ionen des Materials der ersten Elektrode bzw. des Materials der zweiten Elektrode enthält.
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Die galvanische Zelle zeichnet sich dadurch aus, dass die galvanische Zelle eingerichtet ist, mittels der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode auf menschlicher oder tierischer Haut aufgebracht oder angeordnet zu werden. Ferner kennzeichnet die galvanische Zelle, dass die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode derart flüssigkeitsdurchlässig ausgestaltet ist, dass menschlicher oder tierischer Schweiß die erste Elektrode oder die zweite Elektrode durchdringt und als Elektrolyt fungiert, um eine Gleichspannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zu erzeugen. Diese Gleichspannung kann durch entsprechende Kontaktierung der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode abgegriffen werden und einen elektrischen Verbraucher speisen.
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Die galvanische Zelle hat den Vorteil, dass sie nicht von vorneherein mit einem Elektrolyten befüllt werden muss. Da die galvanische Zelle auf die menschliche oder tierische Haut aufgebracht oder angeordnet werden kann, reicht als Elektrolyt der menschliche oder tierische Schweiß aus. Im zuvor genannten Beispiel, bei dem die erste Elektrode aus Aluminium und die zweite Elektrode aus Kupfer besteht, findet bedingt durch den Schweiß als Elektrolyt eine chemische Reaktion statt, wobei Kupfer reduziert und Aluminium oxidiert wird. Das Potential für diese Reaktion liegt bei ca. 2 Volt, welche als Zellenspannung an den beiden Elektroden abgegriffen werden kann.
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Da bei der galvanischen Zelle der menschliche oder tierische Schweiß als Elektrolyt fungiert, kann die Menge des zur Verfügung stehenden Elektrolyts in einem gewissen Umfang reguliert werden. Denn die Schweißproduktion nimmt mit zunehmender körperlicher Anstrengung, beispielsweise bei sportlicher Aktivität, zu und nimmt bei nachlassender körperlicher Aktivität ab. Hierdurch eignet sich die galvanische Zelle insbesondere als Gleichstromspannungsquelle für am Körper tragbare Elektronikgeräte, die zu medizinischen Zwecken oder insbesondere bei sportlicher Aktivität des Trägers physiologische Kenngrößen aufzeichnet.
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Unter physiologischen Kenngrößen können beispielsweise ein Puls, ein Blutdruck, eine Sauerstoffsättigung des Blutes und/oder eine Temperatur des Trägers verstanden werden. Unter einem Träger kann hierbei ein Mensch, insbesondere ein medizinisch zu überwachender Patient und/oder ein Freizeit- oder Leistungssportler verstanden werden. Weiterhin kann unter einem Träger auch ein Tier, insbesondere ein medizinisch zu überwachender tierischer Patient und/oder ein Nutztier oder Sporttier, wie beispielsweise ein Rennpferd, verstanden werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Membranschicht, die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode gasdurchlässig ausgestaltet sind. Denn hierdurch kann in vorteilhafter Weise der tierische oder menschliche Schweiß als Elektrolyt verdunsten. Hierdurch kann die galvanische Zelle austrocknen und nach Beendigung einer Nutzung der galvanischen Zelle trocken gelagert werden.
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Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass sich Schimmel bildet oder gesundheitsschädliche Keime in der galvanischen Zelle einlagern, reduziert.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Membranschicht, die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode flexibel ausgestaltet sind. Denn hierdurch passt sich die galvanische Zelle einer Kontur einer Hautoberfläche des Trägers an, so dass sich eine möglichst große Berührungsfläche zwischen der galvanischen Zelle und der Hautoberfläche des Trägers ausbilden kann. Hierdurch wird die Effizienz der galvanischen Zelle weiter gesteigert.
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Es ist ferner vorteilhaft, wenn der Elektrodenstapel im Wesentlichen flächig ausgestaltet ist. Insbesondere können die anodische Elektrode, die kathodische Elektrode und die Membranschicht im Wesentlichen flächig ausgestaltet sein, wobei die anodische Elektrode, die kathodische Elektrode und die Membranschicht im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Unter einem im Wesentlichen flächig ausgestalteten Elektrodenstapel kann hierbei ein Elektrodenstapel verstanden werden, dessen räumliche Ausdehnung senkrecht zu einer Flächennormalen der Membranschicht vernachlässigbar ist im Vergleich zur räumlichen Ausdehnung in Richtung einer Ebene, die parallel zu der Membranschicht ist. Hierdurch lässt sich die galvanische Zelle großflächig auf die Haut des tierischen oder menschlichen Trägers anbringen oder anordnen, ohne eine zu große, störende Erhebung auf der Haut des Trägers zu bilden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode als perforierte Folie, als Metallfasergewebe und/oder als Metall-/Textilfasergewebe ausgestaltet ist. Denn hierdurch kann die Durchlässigkeit der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode für Schweiß und eine Flexibilität des Elektrodenstapels zuverlässig gewährleistet werden. Hierdurch kann die galvanische Zelle weitgehend unabhängig von der jeweiligen Oberflächenbeschaffenheit bzw. Oberflächenkontur der Hautoberfläche des menschlichen oder tierischen Trägers an unterschiedlichsten Körperstellen des Trägers angebracht oder angeordnet werden.
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Eine perforierte Folie kann beispielsweise aus Polyurethan (PU) oder aus Polydimethylsiloxan (PDMS) bestehen und eine Schichtdicke von z.B. 20 µm - 100 µm aufweisen. Die perforierte Folie kann durch Vakuumprozesse wie Sputtern oder physikalische Gasabscheidung mit einer Metallschicht einer Schichtdicke von z.B. 100 nm - 300 nm versehen werden. Alternativ kann die perforierte Folie durch Druckverfahren wie Flexodruck, Siebdruck, Schablondruck und/oder Slot-Die-Coating mit einer Metallschicht einer Dicke von z.B. 1 µm - 10 µm versehen werden. Alternativ oder zusätzlich können Silber-Nanodrähte mit einer typischen Länge von 10 µm - 20 µm und mit einem Durchmesser von ca. 15 nm - 20 nm auf die Polymerfolie aufgebracht werden. Diese Aufbringung kann beispielsweise durch ein Sprühverfahren erfolgen, wobei die Silber-Nanodrähte zuvor in Lösung gebracht werden.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode auf ihrer der Membranschicht abgewandten Seite eine Schutzschicht aufweist. Die Schutzschicht kann hierbei beispielsweise eine, insbesondere gewebte, Textil- und/oder Naturfaserschicht aufweisen. Hierdurch wird einerseits die galvanische Zelle vor äußeren, insbesondere mechanischen Einflüssen geschützt und ein Tragekomfort beim Tragen der galvanischen Zelle auf der menschlichen oder tierischen Haut wird beim Träger erhöht. Die Schutzschicht ist hierbei derart ausgebildet, dass sie den menschlichen oder tierischen Schweiß zuverlässig von der Haut des Trägers durch die erste Elektrode und/oder durch die zweite Elektrode hindurch in die galvanische Zelle transportiert. Hierbei eignen sich Textilien, wie beispielsweise Naturfasern und/oder Chemiefasern und die daraus hergestellten textilen Gebilde wie z. B. Garne und Zwirne, die zu flächenförmigen textilen Gebilden wie z. B. Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflechte, Nähgewirke, Vliesstoffe und/oder Filze weiterverarbeitet werden, ganz besonders.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Schutzschicht als flüssigkeitsdurchlässige und/oder als gasdurchlässige Klebeschicht ausgestaltet ist, um die galvanische Zelle auf der menschlichen oder tierischen Haut lösbar zu befestigen. Indem die Schutzschicht flüssigkeitsdurchlässig ausgebildet ist, kann der tierische oder menschliche Schweiß als Elektrolyt zuverlässig in das Innere der galvanischen Zelle gelangen. Indem die Schutzschicht gasdurchlässig ausgestaltet ist, kann die galvanische Zelle nach Beendigung ihrer Benutzung zuverlässig austrocknen, da der Elektrolyt die galvanische Zelle durch die gasdurchlässige Schutzschicht durch Verdunstung verlassen kann.
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Indem die galvanische Zelle auf der Haut des Trägers aufgebracht ist, fördert die Körperwärme des Trägers die Verdunstung des Elektrolyten bzw. des Schweißes durch die gasdurchlässigen Schichten und gewährleistet somit eine zuverlässige Austrocknung der galvanischen Zelle nach ihrem Gebraucht.
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Indem die Schutzschicht als Klebeschicht ausgebildet ist, kann die galvanische Zelle zuverlässig auf der menschlichen oder tierischen Haut angeheftet werden. Hierdurch ist ein möglichst großflächiger Kontakt bzw. eine möglichst große Kontaktfläche zwischen der Haut des Trägers und der galvanischen Zelle gewährleistet. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn durch die Klebeschicht die galvanische Zelle derart lösbar auf der menschlichen oder tierischen Haut befestigt werden kann, dass die galvanische Zelle nach Gebrauch wieder von der menschlichen oder tierischen Haut abgenommen werden kann.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Klebeschicht derart ausgebildet ist, dass die galvanische Zelle abhängig von der Art des Gebrauchs mehrfach auf die Haut angeheftet und wieder von der Haut abgenommen werden kann.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die galvanische Zelle wenigstens zwei miteinander verschaltete Elektrodenstapel aufweist. Die miteinander verschalteten Elektrodenstapel können hierbei in Reihe oder parallel verschaltet sein. Im Falle einer Reihenschaltung der Elektrodenstapel summiert sich die elektrische Spannung der einzelnen Elektrodenstapel und es kann vorteilhaft eine höhere Spannung erzielt werden. Im Falle einer Parallelschaltung der Elektrodenstapel ändert sich die Spannung der galvanischen Zelle nicht, jedoch wird die Kapazität und die Stromtragfähigkeit der galvanischen Zelle vorteilhaft vergrößert.
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Die miteinander verschalteten, wenigstens zwei Elektrodenstapel können hierbei übereinander angeordnet werden, so dass ein Flächenbedarf auf der Hautoberfläche des menschlichen oder tierischen Trägers gleichbleibt, und sich die Höhe der galvanischen Zelle vergrößert. Im Falle einer Parallelschaltung der wenigstens zwei Elektrodenstapel kann, je nachdem, wie die wenigstens zwei Elektrodenstapel zueinander angeordnet sind, eine elektrisch isolierende Trennschicht zwischen den Elektrodenstapeln notwendig sein.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei miteinander verschalteten Elektrodenstapel nebeneinander angeordnet sind und so die galvanische Zelle einen entsprechend erhöhten Platzbedarf auf der menschlichen oder tierischen Haut des Trägers benötigt.
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Eine am Körper tragbare Vorrichtung, insbesondere wearable, mit einer galvanischen Zelle nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen hat den Vorteil, dass die den Betrieb der Vorrichtung notwendige elektrische Energie direkt am Körper des Trägers bereitgestellt wird. Hierdurch kann eine externe, schwere und sperrige Stromversorgung, wie beispielsweise eine Batterie oder ein Akkumulator, eingespart bzw. darauf verzichtet werden. Dies erhöht den Tragekomfort für den Träger und/oder die Akzeptanz beim Träger der am Körper tragbaren Vorrichtung deutlich.
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Unter einer am Körper tragbaren Vorrichtung können elektronische Systeme und/oder Geräte verstanden werden, die von einem Menschen oder einem Tier direkt am Körper oder in unmittelbarer Nähe des Körpers getragen werden kann. Insbesondere können die am Körper tragbaren Vorrichtungen an einem Rumpf, an einem Kopf und/oder an einer Extremität des menschlichen oder tierischen Trägers angeordnet oder angebracht werden.
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Diese elektronischen Systeme können beispielsweise Sensoren aufweisen, die eine Körpertemperatur, einen Blutdruck und/oder einen Puls und/oder eine Sauerstoffsättigung im Blut des Trägers messen. Die elektronischen Systeme können weiterhin mikromechanische und/oder mikroelektrooptische Sensoren aufweisen, die dazu ausgebildet sind, eine Beschleunigung, eine Geschwindigkeit und/oder eine zurückgelegte Wegstrecke zu messen. Weiterhin können die elektronischen Systeme Rechner- und Speichereinheiten sowie Kommunikationsmittel bzw. insbesondere drahtlose Kommunikationsschnittstellen sowie Ausgabeschnittstellen aufweisen. Über die Aufgabeschnittstellen können beispielsweise Anzeigeelemente, LEDs, OLEDs und/oder Displays, oder Aktoren wie beispielsweise Voice-Coil-Aktoren für haptische Anwendungen oder Schallwandler zur Ausgabe von akustischen Signalen aufweisen.
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Diese elektronischen Systeme können zu medizinischen und/oder physiologischen Zwecken dazu verwendet werden, die zuvor erwähnten medizinischen und/oder physiologischen Parameter eines Trägers dieser elektronischen Systeme aufzunehmen bzw. aufzuzeichnen.
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Gemeinhin werden diese am Körper tragbaren elektronischen Systeme als wearables bezeichnet. Typischerweise werden wearables als Armband entweder am Handgelenk oder an einem Oberarm oder als Brustgurt getragen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das wearable als Stirnband und/oder als Schweißband am Kopf und/oder an einem der Handgelenke getragen wird. Hierdurch wird die Versorgung mit Schweiß als Elektrolyten für die galvanische Zelle des wearables gewährleistet.
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Es kann vorgesehen sein, dass die galvanische Zelle in der am Körper tragbaren Vorrichtung, insbesondere in dem wearable, integriert, angeordnet und/oder angebracht ist.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die galvanische Zelle außerhalb der am Körper tragbaren Vorrichtung, insbesondere des wearables, angeordnet ist und durch elektrische Verbindungen mit der am Körper tragbaren Vorrichtung verbunden ist. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die am Körper tragbare Vorrichtung an einer Stelle am menschlichen oder tierischen Körper angebracht ist, wo besonders effektiv ein bestimmter Parameter, wie beispielsweise ein Puls und/oder ein Blutdruck gemessen werden kann, wo jedoch eine geringe Anzahl an Schweißdrüsen vorliegen, und somit nicht genügend Schweiß für einen effektiven Betrieb der galvanischen Zelle produziert werden kann. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die galvanische Zelle an einer Stelle des Körpers anzubringen, wo eine ausreichende Schweißproduktion gewährleistet ist und die galvanische Zelle über Stromkabel mit der am Körper tragbaren Vorrichtung zu verbinden.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die am Körper tragbare Vorrichtung einen Akkumulator aufweist, wobei der Akkumulator eingerichtet ist, eine Überkapazität oder eine Unterkapazität der galvanischen Zelle auszugleichen. Denn hierdurch kann von der galvanischen Zelle umgewandelte elektrische Energie, die nicht oder nicht vollständig von der am Körper tragbaren Vorrichtung genutzt wird, zwischengespeichert werden. Diese zwischengespeicherte Energie kann dann im Falle einer Unterversorgung mit elektrischer Energie seitens der galvanischen Zelle die am Körper tragbare Vorrichtung mit elektrischer Energie speisen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Schweißproduktion erst zeitlich verzögert einsetzt.
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Dieser Fall tritt beispielsweise zu Beginn einer sportlichen Betätigung ein. Der Träger, beispielsweise ein Freizeitsportier, schnallt sich einen Brustgurt mit integriertem Pulsmesser und mit integrierter galvanischer Zelle um und startet seine sportliche Betätigung. Zu Beginn der sportlichen Betätigung wird die Schweißproduktion doch nicht ausreichen, um die galvanische Zelle ausreichend mit Schweiß als Elektrolyten zu versorgen, und somit dem Pulsmesser ausreichend elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Erst nach ein bis drei Minuten wird die Schweißproduktion derart eingesetzt haben, dass der produzierte Schweiß hierfür ausreicht. In der Zwischenzeit kann der Pulsmesser mit der elektrischen Energie, welche in dem Akkumulator gespeichert ist, versorgt werden.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung einen Gleichspannungswandler aufweist, um die elektrischen Spannungen zwischen der Vorrichtung, der galvanischen Zelle und/oder dem Akkumulator anzugleichen. Denn hierdurch kann elektrische Energie zwischen der Vorrichtung, der galvanischen Zelle und/oder dem Akkumulator möglichst verlustarm transferiert werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer galvanischen Zelle zum Bereitstellen einer Gleichspannung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung der galvanischen Zelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Darstellung einer am Körper tragbaren Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; sowie
- 4 eine schematische Darstellung der am Körper tragbaren Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer galvanischen Zelle 1 zum Bereitstellen einer Gleichspannung dargestellt. Die galvanische Zelle 1 weist eine erste anodische Elektrode 10, eine zweite kathodische Elektrode 20 sowie eine zwischen der ersten Elektrode 10 und der zweiten Elektrode 20 angeordnete Membranschicht 30 auf. Die erste anodische Elektrode 10 kann hierbei beispielsweise aus Aluminium gefertigt sein. Die zweite kathodische Elektrode 20 kann hierbei beispielsweise aus Kupfer gefertigt sein. Die dazwischenliegende Membranschicht 30 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Polyvinylchlorid, Polyethylen, Gummi und/oder Polyurethan gefertigt. Die Membranschicht 30 sorgt dafür, dass zwischen der ersten Elektrode 10 und der zweiten Elektrode 20 keine Kurzschlüsse auftreten und ist durchlässig für Ionen, die in einem zwischen der ersten Elektrode 10 und der zweiten Elektrode 20 befindlichen Elektrolyten gelöst sind bzw. gelöst werden. Die galvanische Zelle 1 ist derart eingerichtet, dass sie auf eine tierische oder menschliche Haut 40 aufgebracht oder angeordnet werden kann, so dass von der Haut 40 abgesonderter Schweiß die zweite kathodische Elektrode 20 durchdringen kann und somit in das Innere der galvanischen Zelle 1 gelangen kann. Der sich zwischen der ersten anodischen Elektrode 10 und der zweiten kathodischen Elektrode 20 befindliche Schweiß fungiert nun als Elektrolyt, in welchem sich die Ionen des Materials der ersten anodischen Elektrode 10 und der zweiten kathodischen Elektrode 20 lösen.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass auch die erste anodische Elektrode 10 durchlässig für Flüssigkeiten ist, so dass bei einer Anordnung der galvanischen Zelle 1 auf der menschlichen oder tierischen Haut 40, bei der die erste anodische Elektrode 10 der Haut 40 zugewandt ist, der Schweiß, welcher von der Haut 40 abgesondert wird, durch die erste anodische Elektrode 10 hindurchtreten kann und somit in die galvanische Zelle 1 gelangen kann.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die galvanische Zelle 1 derart in eine Hautfalte eines Trägers eingelegt, angeordnet oder angebracht wird, dass sowohl die erste anodische Elektrode 10 sowie die zweite kathodische Elektrode 20 der Haut 40 zugewandt sind. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die galvanische Zelle 1 in die Achselhöhle, in die Armbeuge, in die Kniekehle und/oder zwischen Fingern und Zehen des Trägers eingelegt wird.
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Die erste anodische Elektrode 10 und/oder die zweite kathodische Elektrode 20 können hierbei beispielsweise als perforierte Folie, als Metallfasergewebe und/oder als Mischgewebe bestehend aus Metall- und Textilfasern ausgebildet sein. Hierdurch ist gewährleistet, dass die erste anodische Elektrode 10 und/oder die zweite kathodische Elektrode 20 einerseits flüssigkeitsdurchlässig und gasdurchlässig ausgestaltet sind und andererseits biegsam und flexibel ausgebildet sind.
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Insbesondere können die erste anodische Elektrode 10, die Membranschicht 30 und/oder die zweite kathodische Elektrode 20 im Wesentlichen flächig und/oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgebildet sein, so dass der hierdurch gebildete Elektrodenstapel 5 ebenfalls im Wesentlichen flächig und flexibel ausgebildet ist. Hierdurch passt sich die galvanische Zelle 1 besonders gut an eine Oberflächenbeschaffenheit und/oder Kontur der Haut 40 des Trägers an.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die galvanische Zelle 1 durch eine Schutzschicht umhüllt wird. Diese Schutzschicht kann beispielsweise als eine untere Schicht 50 und eine obere Schicht 60 jeweils die zweite kathodische Elektrode 20 und die erste anodische Elektrode 10 bedecken. Die untere Schicht 50 und/oder die obere Schicht 60 können vorteilhafter Weise aus einem Textil, insbesondere aus einem gewebten Textil gefertigt sein. Das Textil ist derart ausgebildet, dass es flüssigkeitsdurchlässig und/oder gasdurchlässig ist.
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Der Schweiß, welcher über die untere Schicht 50 zur galvanischen Zelle 1 gelangt und dort die kathodische Elektrode 20 durchdringt, stellt den Elektrolyten der galvanischen Zelle 1 dar. In dem Elektrolyten lösen sich die Ionen des Materials der ersten anodischen Elektrode 10 und der zweiten kathodischen Elektrode 20 und können so die Membranschicht 30 passieren. Innerhalb der galvanischen Zelle 1 läuft eine Redoxreaktion ab, die bei Verwendung von Aluminium als erste anodische Elektrode 10 und Kupfer als zweite kathodische Elektrode 20 ca. 2 Volt an Potentialdifferenz liefert. Diese Spannung kann über einen ersten elektronischen Anschluss 11 und einen zweiten elektronischen Anschluss 21 abgegriffen und einem elektronischen bzw. einem elektrischen Verbraucher zur Verfügung gestellt werden.
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Die untere Schicht 50 und/oder die obere Schicht 60 kann hierbei mit einem Klebstoff versehen sein, der dazu eingerichtet ist, die untere Schicht 50 und/oder die obere Schicht 60 und damit auch die gesamte galvanische Zelle 1 lösbar an der Haut 40 des menschlichen oder tierischen Trägers zu befestigen.
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Der in der 1 als Pfeil 3 schematisch dargestellte Weg des Schweißes als Elektrolyt durch die galvanische Zelle 1 kann aufgrund der Gasdurchlässigkeit der Schichten der galvanischen Zelle 1 die galvanische Zelle 1 wieder verlassen. Dies wird insbesondere dadurch unterstützt, dass die Körperwärme des Trägers der galvanischen Zelle 1 die Verdunstung des Schweißes unterstützt. Sobald eine körperliche Aktivität des Trägers der galvanischen Zelle 1 eingestellt wird, reduziert sich die Schweißproduktion, und der in der galvanischen Zelle 1 verbleibende Schweiß verdunstet, unterstützt durch die Körperwärme, durch die einzelnen gasdurchlässigen Schichten der galvanischen Zelle 1.
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In 2 ist eine schematische Darstellung einer galvanischen Zelle 1 zum Bereitstellen einer Gleichspannung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei besteht die galvanische Zelle 1 aus einem ersten Elektrodenstapel 5a und einem zweiten Elektrodenstapel 5b. Der erste Elektrodenstapel 5a sowie der zweite Elektrodenstapel 5b sind entsprechend den Ausführungen zu 1 aufgebaut. Der erste Elektrodenstapel 5a ist durch eine Trennschicht 35 getrennt von dem zweiten Elektrodenstapel 5b über dem zweiten Elektrodenstapel 5b angeordnet. Die Trennschicht 35 kann hierbei ebenfalls aus einem elektrisch isolierenden Material wie Polyvinylchlorid, Polyethylen, Gummi und/oder Polyurethan gefertigt sein. Der erste Elektrodenstapel 5a und der zweite Elektrodenstapel 5b sind in diesem Ausführungsbeispiel in 2 in Reihe geschaltet, so dass an dem ersten elektrischen Anschluss 21 und dem zweiten elektrischen Anschluss 22 die doppelte Potentialdifferenz, also 4 Volt, anliegt. Die Trennschicht 35 ist in dieser Schaltung nicht zwingend notwendig. Die Trennschicht 35 kann analog zu den anderen Schichten ebenfalls im Wesentlichen flächig, dünn, parallel zu den anderen Schichten angeordnet und dadurch flexibel ausgebildet sein.
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In einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung können der erste Elektrodenstapel 5a und der zweite Elektrodenstapel 5b parallel verschaltet sein.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung können der erste Elektrodenstapel 5a und der zweite Elektrodenstapel 5b nebeneinander angeordnet und als Reihen- oder Parallelschaltung verschaltet sein.
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In 3 ist eine schematische Darstellung einer am Körper tragbaren Vorrichtung 100, im Folgenden auch wearable 100 genannt, in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei dem wearable device 100 kann es sich beispielsweise um einen Pulsmesser, Blutdruckmesser, Blutsauerstoffsättigungsmesser, Temperatursensor, Schrittzähler, Beschleunigungsmesser, Geschwindigkeitsmesser und/oder Wegstreckenmesser handeln. Weiterhin kann es sich bei dem wearable 100 beispielsweise um eine Datenbrille, einen MP3-Player, eine Smartwatch und/oder ein Smartphone handeln. Das wearable 100 ist elektrisch mit der galvanischen Zelle 1 verbunden, wobei die galvanische Zelle 1 das wearable 100 mit elektrischer Energie, durch Pfeile angedeutet, versorgt. Es kann vorgesehen sein, dass zwischen der galvanischen Zelle 1 und dem wearable 100 ein Gleichspannungswandler 110 zwischengeschaltet ist, der die ausgegebene Spannung der galvanischen Zelle 1 an die benötigte Spannung des wearable 100 angleicht. Die galvanische Zelle 1 kann hierbei direkt in das wearable 100 integriert sein.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die galvanische Zelle 1 an dem wearable 100 angebracht oder angeordnet ist.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die galvanische Zelle 1 unabhängig von dem wearable 100 an einer anderen Körperstelle des Trägers angebracht ist. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn das wearable 100 an einer Stelle des Körpers des Nutzers angebracht bzw. angeordnet ist, an welcher relativ wenig Schweiß entsteht und daher eine ausreichende Energieversorgung durch eine an der gleichen Stelle angebrachten galvanischen Zelle 1 nicht gewährleistet wäre. Hier kann es sinnvoll sein, die galvanische Zelle 1 an einer anderen Stelle des Körpers des Trägers anzuordnen, an welcher mehr Schweiß produziert wird, so dass die galvanische Zelle 1 effektiv betrieben werden kann.
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In 4 ist eine schematische Darstellung eines wearables 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Hierbei weist das wearable 100 neben der galvanischen Zelle 1 einen Akkumulator 120 auf. Dieser Akkumulator 120 kann dazu verwendet werden, von der galvanischen Zelle 1 bereitgestellte, überschüssige Energie zwischenzuspeichern und bei Bedarf an das wearable 100 abzugeben. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der Träger des wearable 100 mit der sportlichen Betätigung gerade erst begonnen hat und daher die Schweißproduktion noch nicht in ausreichender Weise angelaufen ist, das wearable 100 jedoch schon betrieben werden soll.
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Fakultativ kann vorgesehen sein, dass ein Gleichspannungswandler 110 die von der galvanischen Zelle 1 abgegebene Spannung, die von dem wearable 100 benötigte Spannung und/oder die an den Akkumulator 120 abzugebende und/oder bereitgestellte Spannung einander angleicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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