-
Die Erfindung betrifft eine Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung.
-
Plattenförmige Anzeigeeinrichtungen (Displays) sind seit Langem in großer Vielgestaltigkeit in massenhaftem Einsatz. Auch plattenartige Beleuchtungskörper sind seit Langem bekannt und werden insbesondere für die großflächige Beleuchtung von Räumen, Arbeitsbereichen o.ä. gleichfalls massenhaft eingesetzt. Bekannt sind auch plattenförmige kombinierte Informationsanzeige- und Beleuchtungseinrichtungen, beispielsweise als Beleuchtungskörper mit aufgebrachten permanenten Anzeigeelementen (Ziffern, Buchstaben, Piktogrammen, etc.).
-
Aus dem Stand der Technik gleichfalls bekannt sind Bodenbelagsplatten mit eingebauten elektromagnetischen Generatoren, die eine durch Betreten der Bodenplatte eingebrachte mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln; vgl. http://en.wikipedia.org/wiki/PAVEGEN. Es wurde auch offenbart, derartige energieerzeugende Bodenplatten mit Beleuchtungsmitteln auszustatten und somit eine kombinierte Energieerzeugungs- und Beleuchtungsfunktion zu realisieren.
-
Bekannt sind schließlich auch Straßenbeläge, unter denen piezoelektrische Elemente angeordnet sind, welche die durch darüberfahrende Fahrzeuge übertragene Schwingungsenergie in elektrische Energie umwandeln; vgl. www.trendsderzukunft.de/piezoelektrische-bauteile-in-strassen-erzeugen-energie.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine in ihrer Grundkonfiguration flexibel an verschiedene Einsatzzwecke anzupassende, mit vergleichsweise geringem Aufwand herzustellende sowie wartungsarm und kostensparend zu betreibende Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die Erfindung schließt den Gedanken ein, eine Vorrichtung zu schaffen, in der Energieerzeugungs-, Anzeige- und/oder Beleuchtungsfunktionen in flexibler Weise miteinander kombiniert realisierbar sind, wobei energieverbrauchende Funktionen grundsätzlich (aber nicht notwendigerweise ausschließlich) autark durch die Energiewandler-Komponente der Vorrichtung gespeist werden. Sie schließt weiterhin den Gedanken ein, die Energiewandler-Komponente in grundsätzlich einfacher, zuverlässiger und kostensparender Weise durch eine piezoelektrische Wandlereinrichtung zu realisieren. Des Weiteren greift die Erfindung mit dieser Kombination den Gedanken der Unterbringung einzelner solcher Komponenten in einem im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper auf.
-
Mithin umfasst die Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung einen plattenartigen Grundkörper mit einer, insbesondere starren, ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche, eine in den Grundkörper derart eingebettete piezoelektrische Wandlereinrichtung, dass eine über die zweite Hauptfläche in den Grundkörper eingetragene Kraft die Wandlereinrichtung beaufschlagt und an deren Ausgang eine elektrische Spannung erzeugt, und ein in dem Grundkörper angeordnetes oder diesem zugeordnetes Anzeige- und/oder Leuchtelement, das einen mit dem Ausgang der piezoelektrischen Wandlereinrichtung verbundenen Stromversorgungsanschluss hat und somit durch die piezoelektrische Wandlereinrichtung mit Betriebsenergie versorgt wird. An die Stelle einer starren ersten Hauptfläche des Grundkörpers kann ggfs. eine starre Unterlage, etwa als gemeinsame Bodenplatte mehrerer Einrichtungen der beanspruchten Art, treten.
-
In einer ersten Ausführung zeichnet sich die vorgeschlagene Einrichtung dadurch aus, dass der Ausgang der piezoelektrischen Wandlereinrichtung zu einem Leistungsausgang geführt ist, über den die Energieerzeugungs- und Informations- und/oder Anzeigeeinrichtung erzeugte Energie an externe Verbraucher bereitstellt. Es handelt sich also nicht um ein in sich geschlossenes Energieerzeugungs- und -verbrauchssystem, sondern um eine Vorrichtung, die tatsächlich „grüne“ Energie zur externen Verwendung liefert.
-
Unter Konstruktions-Aspekten als vorteilhaft erscheinen Ausführungen, bei denen die zweite Hauptfläche des Grundkörpers mindestens abschnittsweise flexibel ausgeführt oder die gesamte zweite Hauptfläche oder ein Abschnitt derselben starr ausgeführt und beweglich gelagert ist. Hierbei ist die piezoelektrische Wandlereinrichtung mit der flexiblen oder beweglich gelagerten zweiten Hauptfläche oder dem flexiblen oder beweglich gelagerten Abschnitt mindestens mittelbar starr verbunden.
-
Insbesondere kann hierbei die zweite Hauptfläche durch mindestens einen flexiblen oder beweglichen Kantenbereich, insbesondere durch eine insgesamt flexible Umfangskante, mit der starren ersten Hauptfläche verbunden sein. Die flexible Ausführung oder bewegliche Lagerung der zweiten Hauptfläche oder eines oder mehrerer Abschnitte hiervon ist für den Fachmann mit an sich bekannten Materialien und einfachen mechanischen Elementen ohne weiteres ausführbar, so dass von einer genaueren Beschreibung hier abgesehen werden kann.
-
Hinsichtlich der konstruktiven Ausführungen der piezoelektrischen Wandlereinrichtung ist insbesondere vorgesehen, dass diese eine Vielzahl von Piezoelementen mit jeweils einem zugeordneten Druckstück zur gezielten Krafteinleitung in den Piezokristall des jeweiligen Piezoelementes umfasst.
-
Speziell kann die erwähnte Vielzahl der Piezoelemente in einer regulären, insbesondere matrixartigen, Anordnung derart im Grundkörper untergebracht sein, dass sie sich im Falle einer insgesamt flexiblen oder beweglichen zweiten Hauptfläche zwischen dieser und der ersten Hauptfläche, oder, im Fall einer nur abschnittsweise flexiblen oder beweglichen zweiten Hauptfläche, zwischen dem flexiblen oder beweglichen Abschnitt und der ersten Hauptfläche erstreckt.
-
Hinsichtlich der erfindungsgemäß alternativ oder in Kombination realisierbaren Informationsanzeige- und Beleuchtungsfunktion sind verschiedene Varianten zu unterscheiden: Hinsichtlich der Platzierung des Anzeige- und/oder Leuchtelementes ist zunächst zwischen einer internen Unterbringung im erfindungsgemäßen Bauelement oder der Unterbringung in einem separaten Anzeige- und/oder Beleuchtungskörper zu unterscheiden. Die interne Anbringung ist grundsätzlich konstruktiv einfacher und kostensparender, bietet aber weniger Flexibilität hinsichtlich der zweckmäßigen Positionierung der Anzeige bzw. Beleuchtung für Nutzer als die externe Anbringung. Letztere ist jedoch wegen des zusätzlich erforderlichen Gehäuses und der Verbindung zu diesem aufwändiger und u.U. auch störanfälliger.
-
Bei Bauelement-interner Unterbringung kann das Anzeige- und/oder Leuchtelement zunächst direkt in die zweite Hauptfläche (im Gebrauchszustand Oberfläche) des Bauelementes eingefügt sein. Es kann aber auch unterhalb eines transparenten Abschnitts oder einer insgesamt transparenten zweiten Hauptfläche angeordnet sein. Eine transparente Ausführung der Oberfläche des Bauelementes ist kostenaufwändiger, die Unterbringung des Anzeige- und/oder Leuchtelementes unter einer schützenden Deckplatte dürfte jedoch grundsätzlich für eine erhöhte Zuverlässigkeit der Anzeige- bzw. Beleuchtungsfunktion sorgen.
-
Zu unterscheiden ist des Weiteren zwischen einer reinen Anzeigefunktion, einer reinen Beleuchtungsfunktion und einer kombinierten Anzeige- und Beleuchtungsfunktion des vorgeschlagenen Bauelementes. Es ist im Rahmen der Erfindung einerseits möglich, eine einzelne dieser Funktionen in Anpassung an den Einsatzzweck der vorgeschlagenen Einrichtung bereits konstruktiv vorzugeben, also durch Einbau entsprechender Bauelemente. Andererseits kann die Einrichtung konstruktiv so ausgeführt sein, dass zwischen verschiedenen Funktionen bedarfsweise umgeschaltet wird.
-
Erstere Funktion ist beispielhaft durch ein LCD-Anzeigeelement als reines Anzeigeelement realisierbar, wobei diesem durchaus eine Anzeigebeleuchtung zugeordnet sein kann, die lediglich die Wahrnehmbarkeit der Anzeige unterstützt, aber keine Beleuchtung der Umgebung bietet.
-
Eine reine Leuchtfunktion und kombinierte Anzeige- und Leuchtfunktion ist aus derzeitiger Sicht sinnvoll durch mindestens eine LED, bevorzugt aber durch mehrere LEDs realisierbar. Hierbei ist eine kombinierte Anzeige- und Beleuchtungsfunktion etwa durch eine zeichenhafte Konfiguration oder Abdeckung einer Gruppe aus mehreren LEDs oder einer OLED-Baugruppe o.ä. oder durch eine selektive elektrische Ansteuerung ausgewählter LEDs in einem LED-Array realisierbar.
-
Während die erwähnte Anzeigefunktion grundsätzlich eine statische Anzeige sein kann, erscheint eine Ausführung des Bauelementes zur Realisierung dynamischer (veränderlicher) Anzeigefunktionen als bevorzugt. Hierzu weist die Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung weiterhin eine Anzeigesteuerbaugruppe zur Realisierung einer steuerbaren Anzeige durch das Anzeige- und/oder Leuchtelement oder einen Anzeigesteuereingang zum Empfang eines externen Steuersignals für das Anzeige- und/oder Leuchtelement auf. Hierbei ist aus derzeitiger Sicht die externe Zuführung von Anzeigesteuersignalen über eine zentrale gemeinsame Steuereinheit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Bauelementen über den erwähnten Anzeigesteuereingang bevorzugt.
-
Dass bereits vorstehend mitunter der Begriff „Bauelement“ für die vorgeschlagene Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung verwendet wurde, weist darauf hin, dass deren bevorzugtes Einsatzfeld derzeit im Bauwesen, insbesondere in der Realisierung von Bodenbelägen im Innen- wie Außenbereich sowie auch von Treppen oder den Böden von Aufzugkabinen o.ä. gesehen wird. Auch ein Einsatz in den Böden von Fahrzeugen aller Art, also PKW oder Bussen ebenso wie Schiffen oder Flugzeugen, erscheint als möglich. Es versteht sich, dass die Erfindung dort am wirkungsvollsten einsetzbar ist, wo nicht direkt Anschlüsse an ein öffentliches Stromnetz oder ein Fahrzeug-internes Stromnetz vorhanden sind und der mit dem erfindungsgemäßen Bauelement möglicher Verzicht auf derartige Anschlüsse Kosten spart.
-
Merkmale und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden Erfindung werden im Übrigen anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und - aspekten anhand der Figuren deutlich. Von diesen zeigen:
- 1 und 1A eine Draufsicht bzw. Detailansicht des Innenaufbaus eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung,
- 2 eine schematische Schnittansicht einer Ausführung der erfindungsgemäßen Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung, und
- 3 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführung der Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung.
-
1 und 1A zeigen in einer Draufsicht auf das Innere einen wesentlichen Teil einer Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung 1 (nachfolgend auch: Bauelement), nämlich eine piezoelektrische Wandlereinrichtung 2, die ein matrixförmiges Array aus einer Vielzahl von Piezoelementen (piezoelektrischen Wandlern) 3 auf einer Bodenplatte 4 umfasst. Die Piezoelemente 3 sind kreisscheibenförmig und liegen, wie 1A zeigt, auf entsprechend geformten und mehrere Erhebungen 5a aufweisenden Druckstücken 5 zur gezielten Krafteinleitung in die Piezokristalle der Piezoelemente. Wie in 1A zu erkennen ist, ist jedem Piezoelement 5 eine Schottky-Dioden-Halbleitereinrichtung 6 zur Bereitstellung einer gleichgerichteten Ausgangsspannung sowohl bei Belastung als auch bei Entlastung der Piezoelemente 3 mit einer bzw. von einer eingeleiteten Druckkraft zugeordnet.
-
Der Gesamtaufbau eines Beispiels einer entsprechenden Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung 1 ist in 2 dargestellt. Die Bodenplatte 4, die eine erste Hauptfläche 4a des Bauelementes 1 bildet, ist hier wannenartig, also mit allseits aufstehenden starren Kantenbereichen 4b, ausgeführt. In diesem plattenförmigen Grundkörper 4 liegt in einem Teilabschnitt die piezoelektrische Wandlereinrichtung 2 und in einem anderen Teilabschnitt ein Anzeige- und/oder Leuchtelement 7. Die obere Deckfläche 8 der Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung umfasst hier zwei getrennte Abschnitte, nämlich einen größeren flexiblen Abschnitt 8a oberhalb der piezoelektrischen Wandlereinrichtung 2 und einen kleineren transparenten und im Wesentlichen steifen Abschnitt 8b oberhalb des Anzeige- und Leuchtelementes 7.
-
In der Figur ist symbolisch dargestellt, dass eine von der Wandlereinrichtung 2 erzeugte elektrische Leistung P einerseits dem Anzeige- und/oder Leuchtelement 7 zugeführt und andererseits über einen Leistungsausgang 9 des Bauelementes für externe Verbraucher bereitgestellt wird. Es versteht sich, dass dem hier lediglich symbolisch dargestellten Knotenpunkt N bei der praktischen Ausführung ein geeignetes elektronisches Bauelement zur Steuerung der Leistungsverteilung vorgesehen sein wird.
-
3 zeigt eine weitere Energieerzeugungs- und Informationsanzeige und/oder Beleuchtungseinrichtung 1'. Hierbei sind ebenso wie bei der Ausführung nach 2 eine piezoelektrische Wandlereinrichtung 2 und ein Anzeige- und/oder Leuchtelement 7 in einem plattenförmigen Grundkörper vorhanden. Der Grundkörper umfasst hier eine ebene Bodenplatte 4' sowie eine durchgehende Glasplatte 8', welche die gesamte Oberfläche des Bauelementes 1' bedeckt und eine starre zweite Hauptfläche desselben bildet. Zwischen der durch die ebene Bodenplatte 4' und die Glasplatte 8' gebildeten ersten und zweiten Hauptfläche ist ein rundum flexibler Kantenbereich 10 gebildet. Dieser ermöglicht eine Relativbewegung der Glasplatte 8' bezüglich der Bodenplatte 4' und somit die Übertragung einer auf die Oberfläche des Bauelementes aufgebrachten Druckkraft in die piezoelektrische Wandlereinrichtung 2 ermöglicht.
-
Auch in dieser Ausführung des Bauelementes 1' wird die intern erzeugte elektrische Leistung P einerseits dem Anzeige- und/oder Leuchtelement 7 zugeführt und andererseits über den Leistungsanschluss 9 nach extern bereitgestellt. Anders als bei der Ausführung nach 2 ist aber hier ein steuerbares Anzeige- und/oder Leuchtelement verbaut, welches über ein externes Steuersignal C, das über eine Anzeigesteuerbuchse 11 zugeführt wird, in verschiedene Betriebsmodi versetzt werden kann.
-
Hinsichtlich der Ausführung des Anzeige- und/oder Leuchtelementes 7 ist darauf hinzuweisen, dass es sich hierbei um ein reines Leuchtelement handeln kann, welches im Zusammenspiel mit einer Markierung auf, in oder unter der transparenten Fläche 8b gemäß 2 oder dem entsprechenden Abschnitt der Glasplatte 8' in 3 eine permanente Anzeigefunktion realisiert. Bei der Ausführung nach 2 kann eine permanente Anzeige aber auch durch die geometrische Konfiguration des Anzeige- und/oder Leuchtelementes 7 selbst, etwa in Buchstaben-, Ziffern- oder Piktogramm-Form, realisiert werden. Bei der Ausführung nach 3 ist die Anzeige wechselnder Informationen vorgesehen, wobei diese entweder durch das Anzeige- und/oder Leuchtelement 7 allein oder in Kombination mit einer selektiven Beschichtung der Glasplatte 8' realisiert werden kann.
-
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzeln dargestellten Beispiele auch miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
-
Speziell sind zahlreiche Modifikationen hinsichtlich des Aufbaus der piezoelektrischen Wandlereinrichtung wie auch hinsichtlich der Platzierung und konkreten Ausführung des Anzeige- und/oder Leuchtelementes der vorgeschlagenen Einrichtung möglich, die im fachmännischen Ermessen liegen und daher hier keiner genaueren Erläuterung bedürfen. Es wird darauf hingewiesen, dass unter einem Anzeigeelement auch nicht unbedingt ein optisches Anzeigeelement zu verstehen ist, sondern die erfindungsgemäße Einrichtung auch akustische Anzeigen bereitstellen kann, das Anzeigeelement also ein Lautsprecher sein oder einen Lautsprecher umfassen kann. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass das Anzeige- und/oder Leuchtelement nicht notwendigerweise in ein als Bodenplatte ausgeführtes Bauelement angefügt sein muss, sondern von diesem abgesetzt (beispielsweise in einer benachbarten Wandfläche) platziert sein kann.
