DE10349357A1

DE10349357A1 - Mobile unit, e.g. contained in shoe heel, recovers energy and takes measurements using natural energy sources

Info

Publication number: DE10349357A1
Application number: DE10349357A
Authority: DE
Inventors: Frank Werfel; Wolfgang Beyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2003-10-19
Publication date: 2004-07-08

Abstract

A mobile energy- and data processing unit (1), stores and supplies energy. It also takes measurements, evaluates them and stores data. Separable interfaces (2) are provided to receive and supply energy, and to exchange data. A display unit (3) is included with a separable interface for the measurement-taking and energy recovery assemblies.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur mobilen Energiegewinnung und -speicherung sowie zur Erfassung und Auswertung von Messwerten körperlicher Bewegungsabläufe von Mensch und Tier.The invention relates to a method and a facility for implementation the process for mobile energy generation and storage as well as for Acquisition and evaluation of measured values of physical movements from Human and animal.

Zur Energiegewinnung mittels natürlicher Energiequellen unter Ausnutzung der körperlichen Bewegungsenergie ist nach der DE 199 21 055 A1 eine piezoelektrisch betriebene LED bekannt geworden, die insbesondere als Sicherheitsblinkleuchte angewendet wird und von mindestens einem piezoelektrischem Element mit Strom versorgt wird. Bei einem der vorgesehenen Anwendungsfälle wird eine derartige LED-Anordnung als Blinkleuchte in einem Schuh, insbesondere einem Turn- oder Freizeitschuh, angewendet. Zur Energieversorgung sind die piezoelektrischen Elemente im Fersenbereich der Schuhsohle eingearbeitet und werden bei jedem Auftreten des Fußes zusammengedrückt und beim Abrollen und Abheben des Fußes wieder entlastet. Alternativ oder in Kombination dazu werden piezoelektrische Elemente im Bereich des Fußballens angeordnet. Eine Speicherung derartig gewonnener Energie findet bei der in der DE 199 21 055 A1 beschriebenen Energiegewinnung nicht statt.For the generation of energy using natural energy sources using the physical kinetic energy is according to the DE 199 21 055 A1 a piezoelectrically operated LED has become known, which is used in particular as a safety flashing light and is supplied with current by at least one piezoelectric element. In one of the intended applications, such an LED arrangement is used as a flashing light in a shoe, in particular a gymnastic or casual shoe. To supply energy, the piezoelectric elements are incorporated in the heel area of the shoe sole and are compressed each time the foot appears and relieved when the foot rolls and is lifted off. Alternatively or in combination, piezoelectric elements are arranged in the area of the ball of the foot. Energy stored in this way is stored in the DE 199 21 055 A1 described energy generation does not take place.

Für die Energieerzeugung innerhalb des Schuhes können piezoelektrische Materialien wie beispielsweise Blei-Zirkonat-Titanat-Verbindungen (PZT) oder Polyvinyliden Flourid (PVDF) zur Anwendung kommen (vgl. Seminar: Ubiquitous Computing 29.05.2002 TU Berlin).For The energy generation inside the shoe can be made of piezoelectric materials such as lead zirconate titanate compounds (PZT) or Polyvinylidene fluoride (PVDF) are used (see seminar: Ubiquitous Computing May 29, 2002 TU Berlin).

Bekannt ist auch nach der DE 100 57 984 C2 ein Laufschuh mit einer in einer Schuhsohle des Schuhes vorgesehenen Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie. Dazu weist die Einrichtung einen von einem Strömungsmedium angetriebenen Generator auf. Dieser Generator ist in einem zwei Hohlräume der Schuhsohle verbindenden Kanal angeordnet. Die in der Schuhsohle gebildeten Hohlräume sind teilweise mit einer das Strömungsmedium bildenden Flüssigkeit gefüllt. Durch die Trittbelastung wird die Flüssigkeit aus dem einen Hohlraum in den anderen Raum gedrückt und so der Generator zwecks Energieerzeugung in Drehung versetzt. Die Anordnung ist dazu in einem der Schuhe untergebracht und dient ausschließlich zur Energieerzeugung. Nachteilig erweist sich zudem der hohe Aufwand und die Beinflussung der Laufeigenschaften der Schuhe durch die erforderlichen Hohlräume. Weiterhin bekannt ist nach der EP 0 786 849 B1 eine handbetriebene Hilfsstromversorgungseinrichtung für mobile Telekommunikationsgeräte, die für batteriebetriebene elektrische tragbare Geräte wie Handy, Taschenlampe oder Videorecorder angewendet wird. Neben dem in Form einer konventionellen Batterie bzw. Akku ausgebildeten Hauptspeicher weist die Hilfsstromversorgungseinrichtung einen Zwischenspeicher auf, der die durch eine mechanische Vorrichtung manuell erzeugte Energie langsamer in den aufladbaren Hauptspeicher gelangen läßt. Die mechanische Vorrichtung erzeugt die Zusatzenergie durch Umwandlung von mechanischer in elektrischer Energie. Vorzugsweise wird diese Vorrichtung mit einer kleinen Kurbel oder einen Handgriff versehen, mit der oder mit dem über ein Zahnradgetriebe ein miniaturisierter Stromgenerator angetrieben wird, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Der Zwischenspeicher besteht vorzugsweise aus einer Schnellladebatterie oder einen Pufferkondensator. Bei einer weiteren Ausführungsform wird mittels der aus der Kurbel bzw. Handgriff und dem Zahnradgetriebe bestehenden mechanischen Vorrichtung eine Wickelfeder gespannt und die mechanische Energie beim langsamen Entspannen der Wickelfeder an einen Wechselstromgenerator abgegeben. Nachteilig an dieser Hilfsstromversorgungseinrichtung ist jedoch die erforderliche Anwendung von Batterien bzw. Akkus für den Hauptspeicher. Neben den Anschaffungskosten, der aufwendigen umweltschützenden Entsorgung der Batterien bzw. Akkus sowie dem relativ hohen Gewicht dieser konventionellen Energiespeicher, kommen die ständig erforderlichen, netzabhängigen Ladevorgänge hinzu. Die Erzeugung des Hilfsstromes ist bei dieser Einrichtung nur zur zeitlichen Überbrückung teilweise oder vollständig entladener Batterien bzw. Akkus erforderlich. Weiterhin bekannt ist auch eine Einrichtung zur Erfassung und Anzeige der zurückgelegten Wegstrecke und/oder Schrittgeschwindigkeit nach der DE 200 00 233 U1 bei der mindestens einer an einem Bein und/oder Schuh angeordneten Sende/Empfangseinheit eine am anderen Bein und/oder Schuh angeordnete Strahlenreflexeinrichtung zugeordnet ist. Die Strahlenreflexeineinrichtung ist dabei vorzugsweise als Permanentmagnet ausgebildet und dient neben der zur Erfassung und Auswertung des Bewegungsablaufes mittels der Strahlenreflexion über die Bewegung deren Permanentmagnetfeldes während der Wander- bzw. Laufbewegung über eine am anderen Fuß bzw. Schuh innerhalb der Sende/Empfangseinheit angeordneten induktiven Empfangseinheit auch zur Aufladung eines Akkus. Als weitere Energiequellen werden zur induktiven Empfangseinheit eine Solareinheit und ein Thermoelement angeordnet.It is also known after the DE 100 57 984 C2 a running shoe with a device provided in a shoe sole of the shoe for generating electrical energy. For this purpose, the device has a generator driven by a flow medium. This generator is arranged in a channel connecting two cavities of the shoe sole. The cavities formed in the shoe sole are partially filled with a liquid that forms the flow medium. Due to the tread load, the liquid is pressed from one cavity into the other and the generator is rotated for the purpose of generating energy. The arrangement is housed in one of the shoes and is used only for power generation. Another disadvantage is the high effort and the influence of the running properties of the shoes on the required cavities. Is also known after the EP 0 786 849 B1 a hand-operated auxiliary power supply device for mobile telecommunication devices, which is used for battery-operated electrical portable devices such as cell phones, flashlights or video recorders. In addition to the main memory in the form of a conventional battery or rechargeable battery, the auxiliary power supply device has an intermediate memory which allows the energy generated manually by a mechanical device to reach the rechargeable main memory more slowly. The mechanical device generates the additional energy by converting mechanical to electrical energy. This device is preferably provided with a small crank or a handle with which or with which a miniaturized current generator is driven via a gear transmission, which converts the mechanical energy into electrical energy. The buffer store preferably consists of a quick-charging battery or a buffer capacitor. In a further embodiment, a coil spring is tensioned by means of the mechanical device consisting of the crank or handle and the gear transmission, and the mechanical energy is released to an AC generator when the coil spring is slowly released. A disadvantage of this auxiliary power supply device, however, is the need to use batteries or rechargeable batteries for the main memory. In addition to the acquisition costs, the elaborate environmentally friendly disposal of the batteries or rechargeable batteries and the relatively high weight of these conventional energy stores, there are also the constantly required, network-dependent charging processes. The generation of the auxiliary current is only necessary in this device for bridging partially or completely discharged batteries. Also known is a device for recording and displaying the distance traveled and / or walking speed according to the DE 200 00 233 U1 in which at least one transmitting / receiving unit arranged on one leg and / or shoe is assigned a radiation reflection device arranged on the other leg and / or shoe. The radiation reflex device is preferably designed as a permanent magnet and, in addition to the detection and evaluation of the movement sequence by means of the radiation reflection via the movement of its permanent magnetic field during the walking or running movement, via an inductive receiving unit arranged on the other foot or shoe within the transmitting / receiving unit for charging a battery. A solar unit and a thermocouple are arranged as additional energy sources for the inductive receiving unit.

Nachteilig ist auch an dieser Einrichtung die Anwendung von konventionellen Batterien bzw. Akkus zur Energiespeicherung und -versorgung mit den damit verbundenen oben beschriebenen Nachteilen. Bekannt ist nach der DE 196 54 104 A1 auch eine elektronische Anordnung (Schaltung) für einen mechanischen Federspeicher mit Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom, mit der die Energieentnahme ohne Zwischenschalten von Batterien, Akkumulatoren oder Kondensatoren so eingestellt wird, dass die gespeicherte Energie optimal ausgenutzt wird, die Energieabgabe zu jedem Zeitpunkt an die Energieanforderung des Verbrauchers angepaßt wird und bei Abschalten des elektrischen Verbrauchers die minimal mögliche Arbeit aus dem Speicher entnommen wird. Dazu wird eine analoge Steuer- und Regeleinheit angewandt, die einen Sperrwandler mit Regelschleife gesteuert über einen Pulsbreitenmodulator enthält, der entgegen bisheriger Betriebsweise mit einer steigenden U/F-Kennlinie (Puls/Pausenverhältnis direkt proportional zur Spannung) beschaltet wird. Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch, dass das Federsystem für jeden Energiespeichervorgang mittels einer Handkurbel durch Muskelkraft gespannt werden und dadurch das Federsystem für den manuellen sich oft erforderlich machenden Spannvorgang leicht zugänglich sein muß. Ausfälle des Federsystemes führen gleichzeitig zum Ausfall des Gesamtsystemes. Außer dem Federsystem werden keine weiteren Energiequellen genutzt.A disadvantage of this device is the use of conventional batteries or accumulators for energy storage and supply with the associated disadvantages described above. Is known after the DE 196 54 104 A1 also an electronic arrangement (circuit) for a mechanical spring accumulator with generator for generating electrical current, with which the energy consumption is adjusted without the interposition of batteries, accumulators or capacitors in such a way that the stored energy is optimally used, the energy output at all times Adapted energy demand of the consumer and when the electrical consumer is switched off, the minimum possible work is removed from the memory. For this purpose, an analog control and regulating unit is used, which contains a flyback converter with a control loop controlled by a pulse width modulator, which, contrary to the previous mode of operation, is connected with an increasing U / F characteristic (pulse / pause ratio directly proportional to the voltage). A disadvantage of this arrangement, however, is that the spring system for each energy storage process is tensioned by means of a hand crank using muscle power, and the spring system must therefore be easily accessible for the manual tensioning process that is often required. Failures of the spring system also lead to failure of the overall system. Apart from the spring system, no other energy sources are used.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Schaffung eines Verfahrens und einer zur Durchführung des Verfahrens dienenden Einrichtung zur Energiegewinnung und -speicherung, bei denen ausschließlich natürliche Energiequellen wie. beispielsweise körperliche Bewegungsenergie, Solarenergie und Energie durch Temperaturunterschiede zur Umwandlung in elektrische Energie genutzt werden sowie eine gleichzeitige Erfassung und Auswertung körperlicher Bewegungsabläufe ermöglichen, dazu einen geringen technischen Aufwand erfordern, eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen und universell für unterschiedliche Anwendungen einsetzbar sind.The object of the invention is therefore in the creation of a procedure and one to carry out the Process-serving device for energy generation and storage, where only natural Energy sources like. for example physical kinetic energy, Solar energy and energy through temperature differences for conversion be used in electrical energy as well as a simultaneous recording and evaluation of physical movements enable, require little technical effort, high reliability exhibit and universal for different applications can be used.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen technischen Merkmale des Verfahrens und die im Patentanspruch 7 beschriebenen Merkmale der zur Durchführung des Verfahrens dienenden Einrichtung. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens werden mit den Patentansprüchen 2 bis 6 und der Einrichtung mit den Patentansprüchen 8 bis 22 beschrieben.This object is achieved by the technical features of the method described in claim 1 and the features of the device used to carry out the method described in claim 7. Advantageous further developments of the method are described in the patent claims 2 to 6 and the device with the claims 8th to 22 described.

Mittels der zentralen Steuereinheit wird je nach Bedarf eine Zu- oder Abschaltung der einzelnen Energiespeichereinrichtungen sowie der anderen zur Nutzung vorgesehenen Energiequellen für die Energieversorgung der jeweils angeschlossenen Energieverbraucher vorgenommen. Während der Energieversorgung der angeschlossenen Verbraucher dient der Hauptenergiespeicher gleichzeitig als Zwischenspeicher für die von den Energiequellen kommenden Energien. Bei Ausfall einer oder mehrerer Energiespeichereinrichtungen durch von außen kommenden Erschütterungen, Frühausfällen o.ä. Ereignissen wird entweder eine andere Energiespeichereinrichtung zugeschaltet oder andere parallel angeschlossene Energiequellen übernehmen die Energieversorgung. Durch die in voneinander trennbare Baugruppen erfolgte Aufgliederung der Gesamteinrichtung in eine mobile Energie- und Datenprozessoreinheit, einer Anzeige- und Verteilereinrichtung sowie in den Energiegewinnungsbaugruppen und Messwerterfassungsbaugruppen ist eine universell einsetzbare mobile Energiespeicher- und Energieversorgungs- sowie Messwerterfassungs- und Messwertaufbereitungseinrichtung geschaffen worden. Sie zeichnet sich aufgrund der ausschließlichen Umwandlung primärer natürlicher Energien durch Umweltfreundlichkeit, einer rationellen Energiegewinnung, einer hohen Genauigkeit der Messwerte und großer Zuverlässigkeit der Funktionalität aus. Insbesondere für die Anwendung auf touristischem Gebiet, sportlichen Freizeitaktivitäten (z.B. Jogging), beim Wandersport und sportlichen Laufdisziplinen sowie in der Rehabilitations- und Heilbehandlung von Patienten und zur Ortung von Personen ist diese Einrichtung besonders geeignet.By means of the central control unit If necessary, the individual energy storage devices are switched on or off as well as the other energy sources intended for use for the energy supply of the connected energy consumers. During the The main energy store is used to supply energy to the connected consumers at the same time as a buffer for those from the energy sources coming energies. If one or more energy storage devices fail through from the outside coming shocks, Early failures or similar events either another energy storage device is switched on or take over other energy sources connected in parallel the energy supply. Through the assemblies that can be separated from each other the entire facility was divided into a mobile energy and data processor unit, a display and distribution device as well as in the energy generation modules and measured value acquisition modules is a universally applicable mobile energy storage and energy supply as well as measured value acquisition and measured value preparation device Service. It is characterized by the exclusive conversion of primary natural ones Energy through environmental friendliness, rational energy generation, high accuracy of the measured values and great reliability of the functionality. In particular for the application in the tourist field, sporting leisure activities (e.g. Jogging), hiking and sporty running disciplines as well in the rehabilitation and healing treatment of patients and for location This facility is particularly suitable for people.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden.The invention is intended to be explained below of an embodiment described in more detail become.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

1: die schematische Anordnung der Gesamteinrichtung, 1 : the schematic arrangement of the entire facility,

2: die schematische Anordnung der Baugruppen der Wegmesseinrichtung innerhalb des Absatzbereiches von Schuhen und 2 : the schematic arrangement of the components of the path measuring device within the sales area of shoes and

3: die schematische Anordnung der mobilen Energie- und Datenprozessoreinheit an einem Wanderschuh. 3 : the schematic arrangement of the mobile energy and data processor unit on a hiking shoe.

4: ein Schaltungsschema zur Energiegewinnung durch Umwandlung körperliche Bewegungsenergie und dabei erfolgender Messwerterfassung Bei der in der 1 dargestellten beispielsweisen Ausführungsform ist die Aufteilung der Gesamteinrichtung in drei Hauptbaugruppen und deren Zuordnung zueinander wiedergegeben. So ist als erste Hauptbaugruppe die mobile Energie- und Datenprozessoreinheit 1, nachfolgend MEDU-Baugruppe genannt, über vorzugsweise USB-Schnittstellen 2 mit der als zweite Hauptbaugruppe dargestellten Anzeigeeinrichtung 3 verbunden. Mit der ersten Hauptbaugruppe, der MEDU-Baugruppe 1, sind die Energiespeichereinheit und die zentrale Steuer-, Auswerte- und Datenspeichereinheit zusammengefasst. Die Energiespeichereinheit der MEDU-Baugruppe 1 besteht aus den kapazitiven Energiespeicherbaugruppen 6, 7 und 8. Aber auch die alternative Anwendung von mechanischen und/ oder induktiven Energiespeicherbaugruppen ist möglich. Die zentrale Steuer-, Auswerte- und Datenspeichereinheit innerhalb der MEDU-Baugruppe 1 wird durch die symbolische Anordnung des Mikroprozessors 9 mit umfasst. Neben der für die Steuerung und Auswertung zur Anwendung kommenden CPU-Baugruppe kommen für die Funktionen an sich bekannte Speicherbausteine wie RAM- oder ROM-Bausteine o.ä. zur Anwendung. Auch die für die Ansteuerung der Kondensatoranordnungen an sich bekannte Steuerschaltungen sind nicht gesondert wiedergegeben. Die elektrische Verbindung zwischen der MEDU-Baugruppe 1 und der Anzeigeeinrichtung 3 wird mittels eines USB-Verbindungskabels hergestellt. Mit den vorzugsweise als USB-Schnittstellen ausgebildeten Schnittstellen 5 der Anzeigeeinrichtung 3 sind Anschlussmöglichkeiten geschaffen, die von der MEDU-Baugruppe 1 geleiteten und über die Schnittstellen 2 "geschleiften" Energie- und/ oder Messdaten an weitere Anzeigeeinrichtungen und Energieabnehmer weiterzuleiten. Mit dem Display 10 können die Mess- und Energiedaten angezeigt werden. Die Auswahl der anzuzeigenden Daten und die Gesamteinrichtung steuernde Steuervorgänge können über das Bedienfeld 11 vorgenommen werden. An die Schnittstelle 2 der MEDU-Baugruppe 1 kann über ein USB-Verbindungskabel auch ein Energieabnehmer direkt angeschlossen werden. 4 : a circuit diagram for the generation of energy by converting physical kinetic energy and taking measurements at the 1 illustrated exemplary embodiment, the division of the overall device into three main assemblies and their assignment to each other is shown. The first main assembly is the mobile energy and data processor unit 1 , hereinafter referred to as the MEDU module, via preferably USB interfaces 2 with the display device shown as the second main assembly 3 connected. With the first main assembly, the MEDU assembly 1 , the energy storage unit and the central control, evaluation and data storage unit are combined. The energy storage unit of the MEDU module 1 consists of the capacitive energy storage modules 6 . 7 and 8th , However, the alternative use of mechanical and / or inductive energy storage modules is also possible. The central control, evaluation and data storage unit within the MEDU module 1 is due to the symbolic arrangement of the microprocessor 9 with includes. In addition to the CPU module used for control and evaluation, there are known memory modules for the functions, such as RAM or ROM modules or the like. to use. The control circuits known per se for controlling the capacitor arrangements are also not shown separately. The electrical connection between the MEDU module 1 and the display device 3 is made using a USB connection cable. With the interfaces, which are preferably designed as USB interfaces 5 the display device 3 connection options have been created by the MEDU module 1 ge directed and over the interfaces 2 Forward "looped" energy and / or measurement data to other display devices and energy consumers. With the display 10 the measurement and energy data can be displayed. The selection of the data to be displayed and the control processes that control the entire device can be carried out via the control panel 11 be made. To the interface 2 the MEDU module 1 an energy consumer can also be connected directly via a USB connection cable.

Über die Schnittstellen 4 wird die elektrische Verbindung zwischen der MEDU-Baugruppe 1 und der dritten lösbaren Hauptbaugruppe, bestehend aus Energiegewinnungsbaugruppen und Messwertbaugruppen, sowie der diesen zugeordneten Auswerteeinrichtung 24, hergestellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient zur Energiegewinnung das Thermoelement 16 und der induktive Energieaufnehmer 23. Das Thermoelement 16 erhält seine Energie durch die Temperaturunterschiede zwischen dem Innenraum eines Schuhes und der Aussentemperatur bzw. der Temperatur des Fussbodens. Der induktive Energieaufnehmer 23 wandelt die Bewegungsenergie des Wanderers, des Sportlers o.a. Personen in magnetoelektrische Energie. Dazu dient beispielsweise ein im gegenüberliegenden Schuhabsatz angeordneter Permanentmagnet 21, der beim Vorbeibewegen des Fusses an dem als Spule ausgebildeten induktiven Energieaufnehmers 23 eine elektrische Spannung induziert. Die umgewandelte Energie je Schrittablauf wird kommulativ in der Auswerteschaltung 24 gespeichert. Zur Anwendung kommt dabei eine an sich bekannte Kaskadeschaltung. Die Energieumwandlung der Bewegungsenergie in elektrische Energie ist nur in einem bestimmten Abstandsbereich zwischen dem Permanentmagneten 21 und dem induktiven Energieaufnehmer 23 möglich. Dieser Abstand ist zwar bei einem normalen Bewegungsablauf während des Wanderns gegeben, jedoch beispielsweise bei Steigbewegungen kann der Abstand so groß werden, dass bei der Vorbeibewegung keine auswertbare Energie überfragen wird. Bei einer gleichzeitigen Auswertung des Signalverlaufes der induzierten elektrischen Spannung für die Erfassung des Weges und der Geschwindigkeit würden diese Abweichungen vom normalen Bewegungsablauf als Messfehler eingehen. Eine genaue Auswertung der Signalverläufe zur Ermittlung des Weges und der Geschwindigkeit, wie in der Gebrauchsmusterschrift DE 200 00 233 U1 beschrieben, wäre dann nicht möglich. Aus diesem Grund ist für diese Messwerterfassung ein an sich bekanntes, hochempfindliches magnetosensitives Bauelement 22 angeordnet. Die dafür erforderliche ebenfalls an sich bekannte Steuerschaltung ist Bestandteil der Auswerteschaltung 24 und nicht näher dargestellt. Eine weitere Möglichkeit der o.g. Art der Messwerterfassung besteht in der Anordnung eines Thermosensors im Schuhabsatz 12 derart, dass er mit dem Aufsetzen des Schuhabsatzes 12 auf den Laufboden 19 diesen ebenfalls berührt und dadurch die Temperatur des Laufbodens 19 erfasst. Der Thermosensor verbleibt bis zum Aufsetzen des anderen Schuhabsatzes 13 auf dem Laufboden 19. Während der Abhebephase des Fußes nimmt der Thermosensor eine Messung der Lufttemperatur vor. Derzeitig bekannte Ansprechzeiten derartiger kommerzieller thermischer Bauelemente ermöglichen bereits eine Auswertung der Signalverläufe bis zu einer Wander- bzw. Laufgeschwindigkeit von 6 km /Stunde.Via the interfaces 4 becomes the electrical connection between the MEDU assembly 1 and the third detachable main assembly, consisting of energy generation assemblies and measured value assemblies, and the evaluation device assigned to them 24 , manufactured. In the illustrated embodiment, the thermocouple is used to generate energy 16 and the inductive energy sensor 23 , The thermocouple 16 receives its energy from the temperature differences between the inside of a shoe and the outside temperature or the temperature of the floor. The inductive energy sensor 23 converts the kinetic energy of the hiker, the athlete or other persons into magnetoelectric energy. This is done, for example, by a permanent magnet arranged in the opposite heel of the shoe 21 , of the foot moving past the inductive energy sensor designed as a coil 23 induces an electrical voltage. The converted energy per step sequence is commulative in the evaluation circuit 24 saved. A cascade circuit known per se is used here. The energy conversion of the kinetic energy into electrical energy is only in a certain distance range between the permanent magnet 21 and the inductive energy sensor 23 possible. Although this distance is given during a normal movement during hiking, the distance can become so great, for example, during climbing movements that no evaluable energy is questioned when moving past. If the signal curve of the induced electrical voltage for the detection of the path and the speed were evaluated at the same time, these deviations from the normal movement sequence would be included as measurement errors. A precise evaluation of the signal curves to determine the path and speed, as in the utility model DE 200 00 233 U1 would then not be possible. For this reason, a well-known, highly sensitive magnetosensitive component is for this measurement value acquisition 22 arranged. The control circuit, which is also known per se, is a component of the evaluation circuit 24 and not shown in detail. Another possibility of the above-mentioned type of measured value acquisition consists in the arrangement of a thermal sensor in the heel of the shoe 12 such that he puts on the heel 12 on the tread 19 this also touches and thereby the temperature of the walking floor 19 detected. The thermal sensor remains until the other heel is put on 13 on the walkway 19 , During the lifting phase of the foot, the thermal sensor measures the air temperature. The currently known response times of such commercial thermal components already enable an evaluation of the signal profiles up to a walking or running speed of 6 km / hour.

In der 2 ist die schematische Anordnung der Baugruppen der Weg- und Geschwindigkeitsmessung sowie der induktiven Energiegewinnungsbaugruppe wiedergegeben. So weist der induktive Energieaufnehmer 23 die Form einer Spule auf und ist im hinteren Bereich des Schuhabsatzes 12 angeordnet. Der Permanentmagnet 21 ist im hinteren Bereich des anderen Schuhabsatzes 13 angebracht. Der Energieaufnehmer 23 und der Permanentmagnet 21 sind dabei so angeordnet, dass sie während der Phase des aneinander Vorbeibewegens beider Schuhabsätze 12, 13 den geringsten Abstand zueinander haben. Neben dem induktiven Energieaufnehmer 23 ist das megnetosensitive Bauelement 22 zur Erfassung der Signalverläufe während der Vorbeiführung des Permanentmagneten 21 untergebracht. Desweiteren ist die dem Laufboden 19 zugewandte Erfassungsfläche des Thermoelementes 16 an der Unterseite des Schuhabsatzes 12 dargestellt. Die ebenfalls im Schuhabsatz 12 untergebrachte Auswerteeinrichtung 24 speichert die Energie- und Messwerte und leitet sie an die MEDU-Baugruppe 1 weiter. Der Anschluss der Auswerteeinrichtung 24 an die MEDU-Baugruppe 1 erfolgt über an der nach außen weisenden Schuhfläche angebrachte Niet/Steckverbindungen (elektr. Kontakte). Zur Herstellung von formschlüssigen, sich an die Bewegungsabläufe anpassenden Befestigungen der MEDU-Baugruppe 1 dienen Klettverschlüsse. Gleichzeitig dienen diese Klettverschlüsse zur mechanischen Entlastung der Steckkontakte.In the 2 is the schematic arrangement of the modules of the path and speed measurement and the inductive energy recovery module. So the inductive energy sensor 23 the shape of a coil and is in the back of the shoe heel 12 arranged. The permanent magnet 21 is in the back of the other heel 13 appropriate. The energy absorber 23 and the permanent magnet 21 are arranged so that they move during the phase of moving past both shoe heels 12 . 13 have the smallest distance from each other. In addition to the inductive energy sensor 23 is the megano sensitive component 22 for recording the signal curves during the passage of the permanent magnet 21 accommodated. Furthermore, the is the walking floor 19 facing detection surface of the thermocouple 16 at the bottom of the heel 12 shown. The also in the shoe heel 12 housed evaluation device 24 saves the energy and measured values and forwards them to the MEDU module 1 further. The connection of the evaluation device 24 to the MEDU module 1 takes place via rivets / plug connections (electrical contacts) attached to the outward-facing shoe surface. For the production of form-fitting fastenings of the MEDU assembly that adapt to the movement sequences 1 serve Velcro. At the same time, these Velcro fasteners serve to mechanically relieve the plug contacts.

Eine schematische Wiedergabe der Anordnung der MEDU-Baugruppe 1 an einem Wanderschuh ist in der 3 vorgenommen worden. Seitlich an der MEDU-Baugruppe 1 ist eine Schnittstelle 2 für den Anschluss der Anzeigeeinrichtung 3 oder eines Energieabnehmers angebracht. Auf dem Gehäuse 14 der MEDU-Baugruppe 1 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die aus Solarenergie elektrische Energie gewinnende Baugruppe als Solarzellenfolie 15 ausgebildet. Durch die Aufbringung der Solarzellenfolie 15 auf dem Gehäuse 14 erfolgt eine ständige Aufladung der in der MEDU-Baugruppe 1 integrierte kapazitive Energiespeicherbaugruppen 6, 7, 8, auch im nichtgestecktem Zustand. Weiterhin ist die schematische Anordnung des Thermoelementes 16 im Schuhabsatz 12 dargestellt. Eine zur Erfassung der Temperatur dienende Erfassungsfläche 18 des Thermoelementes 16 ist dabei dem Innenraum 17 des Schuhes zugeordnet und eine andere Erfassungsfläche 20 dem Laufboden 19.A schematic representation of the arrangement of the MEDU module 1 on a hiking shoe is in the 3 been made. On the side of the MEDU module 1 is an interface 2 for connecting the display device 3 or an energy consumer attached. On the case 14 the MEDU module 1 is in the embodiment shown the electrical energy from solar energy assembly as a solar cell film 15 educated. By applying the solar cell film 15 on the case 14 the MEDU module is constantly charged 1 integrated capacitive energy storage modules 6 . 7 . 8th , even when not plugged in. Furthermore, the schematic arrangement of the thermocouple 16 in the heel 12 shown. A detection area used to measure the temperature 18 of the thermocouple 16 is the interior 17 of Assigned to the shoe and another detection area 20 the walking floor 19 ,

In der schematischen Schaltungsanordnung nach 4 wird eine beispielsweise Ausführung der Einrichtung zur Umwandlung körperlicher Bewegungsenergie während der Fortbewegung und zur dabei erfolgenden Messwerterfassung wiedergegeben.In the schematic circuit arrangement according to 4 For example, an embodiment of the device for converting physical kinetic energy during locomotion and for the measurement value acquisition that occurs is reproduced.

Der im Schuhabsatz eines Schuhes angeordnete Permanentmagnet 21 erzeugt bei der Vorbeibewegung des Schuhabsatzes durch den im Schuhabsatz des anderen Schuhes angeordneten induktiven Energieaufnehmers 23 eine Induktionsspannung. Während der Vornahme eines Schrittes wird ein Fuß am anderen vorbeigeführt, während der andere Fuß in Ruheposition verharrt. Nach dem Aufsetzen des vorbeigeführten Fußes auf den Fußboden wird der bisher ruhende Fuß am nunmehr aufgesetzten Fuß vorbeigeführt. Dies entspricht einer Hin- und Rückbewegung des Permanentmagneten 21. Dadurch wird entsprechend dem Induktionsgesetz jeweils ein positives und ein negatives elektrisches Signal erzeugt. Mit einer Erfassung der Umkehrpunkte der Polarität der Induktionsspannung bei der Auswertung der erzeugten Signalverläufe während eines Schrittvorganges, können so aufeinander folgende Schritte eindeutig signalmäßig unterschieden werden. Zeitortungen der auftretenden Umkehrpunkte und darauf aufbauende Auswertungen der zeitlichen signalmäßigen Abläufe dienen zur genauen Analyse von Bewegungsvorgängen.The permanent magnet arranged in the heel of a shoe 21 generated when the shoe heel moves past by the inductive energy sensor arranged in the shoe heel of the other shoe 23 an induction voltage. While one step is being taken, one foot is guided past the other while the other foot remains in the rest position. After placing the foot on the floor, the previously resting foot is guided past the foot that is now on. This corresponds to a back and forth movement of the permanent magnet 21 , As a result, a positive and a negative electrical signal are generated in accordance with the law of induction. By detecting the reversal points of the polarity of the induction voltage when evaluating the generated signal profiles during a step process, successive steps can be clearly differentiated in terms of signal. Time localization of the turning points that occur and subsequent evaluations of the temporal signal processes serve for the precise analysis of movement processes.

Durch die schaltungstechnisch parallel angeordneten Dioden 25, 26 werden die positiven von den negativen Signalverläufen getrennt. Die von der erzeugten Induktionsspannung in der Schaltung hervorgerufenen elektrischen Ströme erzeugen über die Widerstände 27, 28 einen entsprechend polarisierten Spannungsabfall, der jeweils einer Hin- und Rückbewegung des im Schuhabsatz befindlichen Permanentmagneten 21 entspricht. Die Sample & Hold – Schaltkreise 29, 30 erfassen die Anzahl der vorgenommenen Hin- und Rückbewegungen.Due to the diodes arranged in parallel in terms of circuitry 25 . 26 the positive and the negative waveforms are separated. The electrical currents caused by the generated induction voltage in the circuit generate via the resistors 27 . 28 a correspondingly polarized voltage drop, each of a back and forth movement of the permanent magnet located in the heel 21 equivalent. The Sample & Hold circuits 29 . 30 record the number of back and forth movements.

11: Mobile Energie- und Datenprozessoreinheit (MEDU-Baugruppe)mobile Energy and data processor unit (MEDU assembly)
22: Schnittstelleinterface
33: Anzeigeeinrichtungdisplay
44: Schnittstelleinterface
55: Schnittstelleinterface
66: Kapazitive Energiespeicherbaugruppecapacitive Energy storage module
77: Kapazitive Energiespeicherbaugruppecapacitive Energy storage module
88th: Kapazitive Energiespeicherbaugruppecapacitive Energy storage module
99: Mikroprozessormicroprocessor
1010: Displaydisplay
1111: BedienfeldControl panel
1212: Schuhabsatzheel
1313: Schuhabsatzheel
1414: Gehäusecasing
1515: Solarzellenfoliesolar cell film
1616: Thermoelementthermocouple
1717: Innenrauminner space
1818: Erfassungsflächedetecting surface
1919: LaufbodenWalking floor
2020: Erfassungsflächedetecting surface
2121: Permanentmagnetpermanent magnet
2222: magnetosensitives Bauelementmagneto-sensitive module
2323: induktiver Energieaufnehmerinductive energy absorber
2424: Auswerteschaltungevaluation
2525: Diodediode
2626: Diodediode
2727: Widerstandresistance
2828: Widerstandresistance
2929: Sample & Hold-SchaltkreisSample & hold circuit
3030: Sample & Hold-SchaltkreisSample & hold circuit

Claims

Process for mobile energy generation and storage as well as acquisition and evaluation of measured values of physical movement sequences of humans and animals, especially when hiking and in the rehabilitation and healing treatment of patients as well as location of escaped animals and therapeutic treatments in veterinary medicine, characterized in that the energy generation by a centrally controlled combined energy generation and storage by converting the natural energy sources present on the moving body and in its immediate vicinity, such as locomotion energy, solar energy, energy through temperature differences, etc., and the size-based and time-related measurement-related evaluation of the energy and / or electrical measured values of the movement sequence is used for optical and / or radio-technical reproduction and / or storage of the measured values of the movement sequence and the values of the energy states.

Method according to claim 1, characterized in that a.) the mechanical pressures exerted within both shoes by the appearance of the feet on the shoe soles and with the body weight thus acting on the respective shoe soles are converted into electrical energy by means of pressure-converting assemblies arranged in the shoe soles and / or on the surfaces of the shoe soles, b .) The electrical energy values obtained on at least one shoe are transmitted in an electrically contactless manner to a central module on the body, the control processes, the evaluations, the energy and measured value storage and their reproduction are transmitted, c.) the energy value variables and the time course of the energy increase and energy waste values of the assemblies of both shoes for the acquisition and evaluation of measured values on path length, number of steps, speed and break times are evaluated and d.) the electrical energy obtained and its time-related and quantitative measurement values for energy and The measured value provision can be saved

Method according to claims 1 and 2, characterized in that that the evaluation of the measured values for speed, number of steps, Break times and a. on the ascent and descent course of the won temporal energy values arranged on and / or in the soles of the piezoelectric components one after the other, alternating between the shoes and by comparison with each other.

Method according to claims 1, 2 and 3, characterized in that that energy transfer the electrical obtained by the piezoelectric components Energy and / or measured values for the central control, evaluation and energy storage device is made inductively.

Method according to claim 1, characterized in that a) the conversion of the physical locomotion energy into electrical energy by moving a permanent magnet arranged in one of the shoes ( 21 ) on an inductive energy sensor arranged in the other shoe ( 23 ), b) the energy thus obtained is directed to a central unit on the body that carries out the control processes, the evaluations, the energy and measured value storage and its reproduction, c) the energy value variables and the time course of the energy increase and energy drop using a magnetosensitive component ( 22 ) recorded, routed to the central assembly and evaluated for path length, number of steps, speed and pause times, and d) the electrical energy obtained, its time-related and size-related measurement values as well as those generated by the magnetosensitive component ( 22 ) measured values obtained after their evaluation for energy supply and retrievable measurement value provision are stored.

Method according to claim 1, characterized in that the acquisition of the measured values of the movement sequence by the Sizing the size as well the course of ascent and descent of temperature differences at the points of contact between the sole of the shoe and the tread in the phases of contact with the walking floor and the lifted condition of the foot from the walking floor and the determination of the path length, the Step number, the speed and the pause times by one time-related evaluation of the measured values is carried out.

Mobile device for carrying out the method according to claim 1, which has an energy storage and energy supply device, characterized in that a centrally arranged, for energy storage, energy supply, measured value acquisition, measured value evaluation and data storage mobile energy and data processor unit via at least one for energy consumption, supply and data exchange serving interface ( 2 ) separable with a for display and further processing of the in the data storage device of the mobile energy and data processor unit ( 1 ) display device displaying stored data ( 3 ) and via at least one other interface ( 4 ) is separably connected to the measured value acquisition modules and the energy generation modules.

Mobile device according to claim 7, characterized in that the mobile energy and data processor unit ( 1 ) via at least one interface ( 4 ) is connected to a distance measuring device.

Mobile device according to claim 7 , characterized in that an energy generating assembly converting the solar energy into electrical energy is arranged, which consists of at least one flexible solar unit attached to the footwear and via at least one interface ( 4 ) with the mobile energy and data processor unit ( 1 ) connected is.

Mobile device according to the patent claims 7 and 8th , characterized in that the assemblies of the displacement measuring device in shoe heels ( 12 ; 13 ) are arranged.

Mobile device according to claim 7, characterized in that the energy storage device consists of at least two capacitive energy storage modules ( 6 ; 7 ; 8th ) consists.

Mobile device according to claim 7, characterized in that the display device ( 3 ) is connected to at least one device for energy and data distribution.

Mobile device according to patent claim 7, characterized in that an energy generation module serving for the energy conversion of solar energy into electrical energy is arranged, which consists of on the surface of the housing ( 14 ) of the mobile energy and data processor unit ( 1 ) arranged solar cell foils ( 15 ) consists.

Mobile device for obtaining energy and measured values according to claim 7, characterized in that at least one thermocouple ( 16 ) in at least one heel ( 12 ; 13 ) is arranged so that a detection area ( 18 ) the walking floor ( 19 ) and a detection area ( 20 ) the interior ( 17 ) is assigned to a shoe.

Mobile device according to claim 7, characterized in that the mobile energy and data processor unit ( 1 ) enclosing housing ( 14 ) has a detachable connection assembly that makes detachable mechanical and electrical contact with at least one shoe.

Mobile device according to claim 7, characterized in that an inductive and a thermocouple ( 16 ) trained thermoelectric energy generation assembly in the shoe heel ( 12 ) of a shoe and a permanent magnet ( 21 ) in the heel ( 13 ) of the other shoe are arranged.

Mobile device according to claim 7, characterized in that the inductive energy sensor ( 23 ) as a bobbin and a measured value acquisition unit that measures the displacement and speed measured values as a magnetosensitive component ( 22 ) is trained.

Mobile device according to claim 7, characterized characterized in that at least one energy storage module as a self-winding mechanical spring mechanism is formed.

Mobile device according to claim 7, characterized in that in at least one heel ( 12 ; 13 ) a thermal sensor is arranged in such a way that the sensor surface 19 ) assigned.

Mobile device according to claim 7, characterized in that at least one thermocouple ( 16 ) and / or at least one thermal sensor are arranged in at least one molded body of the outsole of sports shoes.

Mobile device according to claim 7, characterized in that ^` at least one piezoelectric component is arranged in each shoe sole, all piezoelectric components are connected to the central control, evaluation and energy storage device, the piezoelectric components of at least one shoe sole having the energy and / or measured value transmission to the central control, evaluation and energy storage device by means of an electrically contactless transmission device connected to it.

Mobile device according to claim 7, characterized characterized that the central control evaluation and energy storage device consists of at least two capacitive energy storage modules, those with the piezoelectric assemblies, the solar cell film and are connected to the thermocouple.