WO2014180571A1 - Device for producing electric power - Google Patents

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WO2014180571A1
WO2014180571A1 PCT/EP2014/001241 EP2014001241W WO2014180571A1 WO 2014180571 A1 WO2014180571 A1 WO 2014180571A1 EP 2014001241 W EP2014001241 W EP 2014001241W WO 2014180571 A1 WO2014180571 A1 WO 2014180571A1
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WO
WIPO (PCT)
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carrier
piezoelectric elements
seismic mass
piezoelectric
opposite
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/001241
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Olaf Schulz
Zbigniew Ianelli
Original Assignee
Intransid Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Intransid Gmbh filed Critical Intransid Gmbh
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Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186Vibration harvesters
    • H02N2/188Vibration harvesters adapted for resonant operation
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/304Beam type

Definitions

  • the present invention relates to a device for obtaining electrical energy from energy forms that are available in the environment of the device, for example from heat, movement, solar radiation, wind or the like.
  • the present invention relates to a device for obtaining electrical energy from an acceleration.
  • a piezo-active material it is known to use a piezo-active material to obtain electrical energy. If a force acts on such a piezoactive material or on a corresponding body made of such a material, surface charges are formed by dielectric displacement. This creates an eclectic field. On applied electrodes, this field can be tapped as a voltage. If the electrodes are connected to each other, the surface charges are equalized and a compensating current flows. The electrodes can be connected to one another via a consumer in order to use the electrical energy gained.
  • a consumer in the sense of the present invention is preferably a device that can receive electrical energy, in particular regardless of whether this energy is also used or only stored. Alternatively or additionally, it is thus possible to temporarily store the electrical energy obtained, in order to use it at a later time and / or to accumulate enough energy over time to allow a short-term operation of a supply to be supplied
  • an energy storage device such as a capacitor or accumulator may be a consumer in the sense of the present invention.
  • piezoelectrically active materials can be brought into a form in which an available force can act in a suitable manner. It is thus preferably provided that the piezoelectrically active material can be clamped in such a way that mechanical energy can be converted into electrical energy.
  • the piezoelectric effect can come to light with different mechanical loads. For example, there are materials in which torsion or shear results in the dielectric shift of the surface charges. In most cases, however, materials are used in which tensile or compressive stresses of the material lead to the dielectric shift of the surface charges and thus to voltage generation. In this case, the material can either be pulled apart or pulled together directly or it is loaded by a bending with tensile and / or compressive stress.
  • the present invention particularly relates to the use of such by bending a carrier or the like. caused tensile or compressive stress, which is used to convert mechanical into electrical energy.
  • the proposed device for obtaining electrical energy preferably has a flat, bendable carrier.
  • an electrical energy source comprises a support having at least two piezoelectric elements adapted to generate an electrical voltage upon deformation of the support. Furthermore, the device has a seismic mass, which is arranged and formed in such a way that the seismic mass acts on the carrier by accelerating the device, whereby the carrier is S-shaped deformable at least in sections, so that a turning point forms in its bending line and wherein the S-shaped deformation of the carrier deforms the piezoelectric elements, thereby causing the electrical voltage. According to a further aspect of the present invention it can be provided that the carrier is clamped at at least one end, whereby the S-shaped deformation of the carrier is made possible.
  • the at least two piezoelectric elements are arranged on the same side of the carrier adjacent and / or at least substantially on different sides of the inflection point, preferably by contrasting them by the S-shaped deformation of the carrier Be mechanically deformed way.
  • the at least two piezoelectric elements are formed and arranged such that they are in the S-shaped deformation of the carrier in opposite additionally deformed and generate electrical voltages with the same sign, hereinafter called pair of piezoelectric elements.
  • the carrier has at least two pairs of piezoelectric elements which are arranged on different sides, in particular flat sides, of the carrier.
  • the pairs of piezoelectric elements are arranged and configured such that electrical voltages with the same sign can be generated by the S-shaped deformation of the carrier.
  • the carrier is double-S-shaped deformable, so that two inflection points form in its bending line, preferably wherein at least two pairs of piezoelectric elements arranged on the same flat side of the carrier and in particular arranged and formed are that by the double-S-shaped deformation of the carrier voltages are generated with the same sign.
  • the seismic mass forms with the carrier and the piezoelectric elements a spring-mass system, which preferably has a resonance frequency which is more than 10 Hz, preferably more than 25 Hz, in particular more than 35 Hz and / or less than 150 Hz, preferably less than 100 Hz, in particular less than 75 Hz.
  • a further, independently realizable aspect of the present invention relates to a device with at least two devices according to one of the preceding henden aspects whose carriers are coupled together so that they form a common spring-mass system, which preferably has a resonant frequency which is more than 10 Hz, preferably more than 25 Hz, in particular more than 35 Hz and / or less than 150 Hz, preferably less than 100 Hz, in particular less than 75 Hz.
  • a carrier in the sense of the present invention may be a flat, strip-shaped, physical structure that is at least as elastic that it can be deformed non-destructively to a certain extent.
  • the carrier is at least deformable such that a piezoelectric element can be clamped by the carrier deformation, so that electrical voltage is generated.
  • the support material can be bent, forming a bending line w (x).
  • the carrier material is standard board material such as FR4 in question.
  • spring steel is preferred because of its significantly greater mechanical stability and durability.
  • other preferably elastic or flexible materials may be used.
  • the carrier may also be formed of piezoelectric material or have such.
  • the carrier preferably has at least two independent piezoelectric elements.
  • Piezoelectric elements in the context of the present invention are preferably body or physical arrangements which comprise or are formed from piezoelectric material.
  • it may be a pin-shaped or quarter-shaped, particularly preferably plate-shaped, in particular oblong, plate-shaped piezoelectrically active material.
  • the possible geometries are not limited.
  • the piezoelectric material has at least one flat side and / or that the piezoelectric material, preferably on the flat side, for introducing a mechanical stress, in particular by the carrier, is designed for generating electrical energy.
  • Piezoelectric elements in the sense of the present invention preferably have at least two electrodes in order to be able to dissipate surface charges caused by deformation.
  • Such electrically conductive electrodes may be arranged on or opposite to different flat sides of the piezoelectric element.
  • metallic materials are evaporated, tracked! or otherwise in immediate Rem contact with the piezoelectric material and thereby form one or more electrodes. It is also possible that three or more electrodes are arranged on, applied to or formed by the piezoelectric element.
  • the polarity of a piezoelectric element in the sense of the present invention is a property of the element formed of piezoelectric material, to generate an electrical potential difference or voltage in a certain direction between the electrodes by a certain deformation.
  • piezoelectric elements of opposite polarity are preferably those piezoelectric elements which, when deformed uniformly at their electrodes, generate voltages of different signs, preferably opposing voltages.
  • piezoelectric elements of opposite polarity in the context of the present invention merely rotated, preferably rotated or turned by 180 degrees, with different orientation of the material structure or the crystal lattice or the like. are executed. In the simplest case, therefore, different polarities of piezoelectric elements can be achieved by turning the arrangement. It is alternatively or additionally also possible that different materials and / or shapes or geometries are used.
  • the piezoelectric elements are preferably connected to the carrier in such a way that a bending of the carrier leads to a mechanical strain of the piezoelectric elements, whereby electrical voltages are caused on the piezoelectric elements. It may therefore be provided in particular that the piezoelectric elements are applied to the carrier, glued thereto or otherwise connected to it so that a bending of the carrier is transferable to the piezoelectric elements. As a result, the piezoelectric elements can be compressed or pulled apart or otherwise clamped to generate voltage, but in particular on a side facing the carrier less than on a side facing away from the carrier of the piezoelectric element.
  • the piezoelectric elements could at least partially or completely form the carrier.
  • the carrier may therefore consist of piezoelectrically active material or have such.
  • the surface charges can be tapped with the at least two electrodes arranged on the piezoelectric material, preferably in direct electrical contact therewith, and thus the electrical energy can be utilized.
  • the electrodes can be connected to a consumer.
  • the carrier has a seismic mass which is arranged such that its inertia leads to a preferably reversible, bending or deformation of the carrier when the device is accelerated.
  • the seismic mass may be formed as any mass and / or as a weight that is attached to the carrier or formed by the carrier and / or the piezoelectric elements.
  • the seismic mass is characterized in that when accelerating the system, so the device, its inertia acts or is used. It is preferred that the seismic mass has sufficient inertia to permit significant flexing of the beam upon acceleration of the device, for example when the device is subject to movement of a motor vehicle.
  • the carrier and / or the piezoelectric elements themselves may at least partially form or have the seismic mass.
  • the term "seismic mass” is used not only for a weight, but preferably also for its center of gravity or point of application with respect to the carrier.
  • a weight forming a "seismic mass” can therefore also have a relatively large extent in the sense of the present invention.
  • the center of mass of the weight or the point of application for a weight on the carrier may be meant. If a seismic mass is provided at a certain location, then preferably no punctiform weight is meant, but an action at that location, be it in the form of an attack point or a center of gravity.
  • the device is preferably designed in such a way that, by clamping the carrier on at least one edge, a deformation of the carrier by the seismic mass is possible, which in cross section to the carrier surface and transversely to the clamped edge at least in a section of the carrier to an S shaped course of the carrier leads.
  • An S-shaped course of the carrier in the context of the present invention is preferably a bending line having a turning point.
  • the clamped carrier is thus first bent in a certain direction and in the further course, the bending direction changes, preferably in the opposite direction.
  • a profile of the carrier can form, which has adjoining, oppositely curved sections, similar to an "S".
  • the S-shape is preferably not set to an exact order of the curvatures.
  • the shape can thus also correspond to a rotated and / or mirrored "S".
  • An S-shaped course of the carrier does not always have to be present.
  • the seismic mass leads to the fact that the course of an S-shape over a straight line or elongated shape in a mirrored or inverted S-shape can be converted, and vice versa.
  • a double S-shape preferably has at least three adjoining arc lines of different bending direction, preferably whereby at least two inflection points are formed. It is thus preferably two mirror-image juxtaposed S-forms.
  • clamping in the sense of the present invention is preferably to be understood that an attachment of the carrier takes place such that it is secured at the attachment point at least substantially against rotation and tilting.
  • the clamping in the sense of the present invention is therefore not limited in particular to the fact that the carrier is clamped or clamped between clamping jaws or the like, even if this constitutes a possible embodiment of the present invention.
  • the carrier may for example also be glued, welded or formed together with a carrier spanning element, wherein the clamping is not necessarily associated with a clamping operation o. The like. It is thus preferably a clamping in the mechanical or static sense.
  • the carrier is clamped on opposite sides to form the S-shaped profile, wherein the seismic mass or its center of gravity or point of application may be at least substantially midway between the clamps on the carrier.
  • the seismic mass or its center of gravity or point of application may be at least substantially midway between the clamps on the carrier.
  • the piezoelectric elements are arranged on the same flat side of the carrier spaced from each other.
  • the at least two different piezoelectric elements are therefore preferably non-contact or spaced apart from each other.
  • the piezoelectric elements may be arranged and connected to the carrier in such a way that different, preferably opposing, mechanical stresses on the piezoelectric elements can be produced by the S-shaped deformation.
  • At least one of the piezoelectric elements is arranged on the carrier between the clamping and the seismic mass.
  • at least two piezoelectric elements are arranged behind one another between the clamping and the seismic mass. It is further preferred that this is a point of inflection between the restraint and the seismic mass.
  • the S-shape is thus preferably formed between clamping and seismic mass by the carrier, in particular when the seismic mass exerts force on the carrier.
  • the carrier If the carrier is deformed in an S-shape by the force of the seismic mass, a point of inflection results in the course of the carrier, and consequently in a preferred strip-shaped carrier a turning line or plane transverse to the longitudinal extent of the carrier. Consequently, the carrier is convexly deformed on the same side of the flat side between the restraint and the inflection point concave and on the side facing away from the instep of the inflection point, or vice versa. This can be used to exert different, preferably opposite, mechanical stresses on the two different piezoelectric elements, as soon as the carrier is deformed by the seismic mass S-shaped.
  • the first piezoelectric element between the clamping and the inflection point and / or on the side facing away from the seismic mass of the inflection point is arranged.
  • the second piezoelectric element may be on the side facing away from the clamping and / or the seismic be arranged mixing mass zugwandten side of the inflection point.
  • one of the piezoelectric elements is compressed by the concave deformation of the carrier and at the same time the other piezoelectric element is stretched by convex deformation of the carrier.
  • the S-shape may change and also invert by the action of the seismic mass. It is therefore possible that, in particular in a rest position, the carrier has no curvature. The position of the turning points is then the one where a turning point would result with infinitesimal effect of the seismic mass.
  • the carrier is preferred, but not necessarily provided as a flat strip.
  • the invention may be practiced with a carrier having a round, square, rectangular, triangular, part-circular, or otherwise shaped cross-section.
  • preference is given to a strip-shaped carrier material or a plate-shaped material, in particular in thin sheet metal or a thin plate having a rectangular base area and / or cross-sectional area, since such has proved to be advantageous for reliable and inexpensive production.
  • the ratio of length and / or cross section to thickness or thickness of the carrier is not more than 1:10, preferably less than 1:20 or 1:30, in particular 1/50 or less.
  • the ratio of length to cross section is more than 2: 1, preferably more than 3: 1, in particular more than 4: 1.
  • the carrier is deformed continuously as in the case of a bending beam, ie the two piezoelectric elements are uniformly pressurized either both in tension or both.
  • the different polarity of the piezoelectric elements in this case means that with the same or similar deformations between corresponding electrodes or poles of the piezoelectric elements voltages of different signs are generated.
  • piezoelectric elements are provided between the clamping and the point of inflection or the turning line or turning plane of the carrier on both flat sides of the carrier.
  • at least partially or essentially directly opposite piezoelectric elements are strained in opposite directions or ways.
  • piezoelectric elements are arranged on both sides of the carrier on the side facing away from the clamping point of the inflection point or the inflection line or turning plane.
  • at least four piezoelectric elements can be arranged on the carrier, two each on one of the two flat sides and two in front of and two behind the turning point or the turning line or turning plane.
  • the piezoelectric elements located on one side have opposite polarities.
  • at least the electrodes or poles of the piezoelectric elements can each be connected to one another on one of the flat sides of the carrier.
  • the piezoelectric elements adjacent to the respective flat side of the carrier are of different or opposite polarity, but the opposite polarity with respect to the carrier surface or carrier plane.
  • a voltage of the same sign is generated.
  • the piezoelectric elements adjacent to the respective flat side of the carrier are of different or opposite polarity, and which are at least substantially opposite with respect to the carrier surface or carrier plane are also of different or opposite polarity.
  • a voltage of the same sign is generated.
  • the carrier is coated in an electrically conductive or electrically conductive manner, so that the carrier in each case connects one of the poles or an electrode of each individual one of the piezoelectric elements to one another.
  • the carrier it is also possible for the carrier to electrically connect only the piezoelectric elements on one of the two flat sides to one another.
  • the carrier of each of the piezoelectric elements which are arranged on this, in each case a pole or an electrode connects to each other, but not itself serves for connection. Instead, it may be possible that the carrier electrically connects the piezoelectric elements on one of the flat sides of the carrier with those on the opposite flat side of the carrier to a series circuit.
  • each case with respect to the carrier plane at least substantially opposite elements have the same polarity.
  • adjacent piezoelectric elements on the same flat side still generate voltages with the same sign due to different polarities, but the signs of the voltages generated on the different flat sides are contradictory.
  • the piezoelectric elements of the respective flat sides are thus connected to one another by a pole or an electrode through the carrier, and the voltage can be removed between the respective other poles or electrodes of the piezoelectric elements of the different flat sides.
  • the piezoelectric elements of the respective flat sides can also be electrically connected to one another here per flat side.
  • the voltage can then be between a first pole formed by connected piezoelectric elements of a first flat side and a second th, are tapped by connected piezoelectric elements of an opposite, second flat side formed pole.
  • a pair each having at least two piezoelectric elements arranged at a distance from one another to be arranged on different sides of the seismic mass or the center of gravity or point of application of the seismic mass.
  • the carrier can be deformable by the seismic mass on different sides of these seismic dimensions or the center of gravity of the seismic mass in each case in an S-shape or in a double-S-shape overall.
  • it is possible to mechanically clamp the piezoelectric elements of the respective pair in opposite directions.
  • two pairs of piezoelectric elements have a common piezoelectric element, that is, two pairs are composed of a total of three piezoelectric elements.
  • the carrier can be clamped on both sides and the seismic mass between the restraints, in particular in the center. This results in that between the restraint and the seismic mass an S-shaped course of the carrier can be achieved by deformation by means of the seismic mass.
  • the piezoelectric elements of the respective pair have different polarities. As already explained above, it can thereby be achieved that, despite the respectively different mechanical stresses, electrical voltages with the same sign can be generated.
  • each of the seismic mass or the center of gravity of the seismic mass facing elements on the same flat side have the same polarities.
  • each of the seismic mass or Focusing the seismic mass facing away from piezoelectric elements on the same flat side also have the same polarities.
  • piezoelectric elements with opposite polarities are respectively arranged on opposite flat sides.
  • the poles or electrodes, which are not connected to the carrier, of the piezoelectric elements generate voltages in the same direction or with the same sign.
  • the piezoelectric elements respectively facing the seismic mass and the piezoelectric elements facing away from the seismic mass have different polarities on the same flat side. This may apply to the piezoelectric elements of both flat sides, each of which may have the same polarity with respect to the carrier's opposite positions of the flat sides. This leads to voltages of opposite sign being generated on the different flat sides.
  • the seismic mass may form a spring-mass system with the carrier and the piezoelectric element. This is particularly preferred because upon excitation at the resonant frequency, more preferably the first mode, a relatively strong vibration can be achieved. This allows for strong accelerations or changes in the tensile and compressive loading of the piezoelectric elements in a continuous or recurring manner.
  • a resonance frequency of the spring-mass system is achieved which is higher than 10 Hz, preferably higher than 25 Hz, in particular higher than 35 Hz and / or lower than 150 Hz, preferably lower than 100 Hz, in particular lower than 75 Hz. At these frequencies, especially in the frequency range between 50 and 55 Hz, vibrations and noises in the movement of land vehicles such as plows, trucks, cars, etc. are preferred. If the spring-mass system thus resonant frequencies of the first mode in this frequency range ranges, optimal energy conversion can be ensured in the most common application areas.
  • the carrier is designed to be electrically conductive, for example by an electrically conductive coating or the like, and that the piezoelectric elements each have a pole facing the carrier or an electrode facing the carrier the carrier are electrically connected to each other. It is also possible that the poles or electrodes facing away from the carrier of such piezoelectric elements are electrically connected to one another, which are clamped uniformly in a deformation of the carrier by the seismic mass.
  • This general rule allows operation of the device even when the piezoelectric elements are not polarized in the manner previously described or all have the same polarization.
  • the above-described configurations are preferred because in such cases, the overhead of wiring can be minimized, the wiring complexity can be reduced and thus the efficiency, cost-efficiency and reliability can be improved.
  • a piezoelectric element of pairs of piezoelectric elements arranged on opposite flat sides of the carrier is arranged and arranged such that it faces both piezoelectric elements of the pair of piezoelectric elements arranged on the opposite flat side of the carrier.
  • this is provided only in a region which, in the case of an S-shaped deformation of the carrier, represents a point of inflection of the S-shaped curvature.
  • the carrier has an at least substantially continuous or uniform rigidity. Between two adjacent to one side of the carrier, forming a pair of piezoelectric elements, due to the fact that they should not be connected to each other, a portion of the carrier is not covered with piezoelectric material on this flat side. The same applies preferably to the opposite flat side, if there are also arranged piezoelectric elements. For the efficiency disadvantageous, therefore, has shown a configuration in which in the region of the inflection point of the S-shaped deformation on any of the flat sides piezoelectric material is present.
  • a piezoelectric element is further developed on a first flat side, in particular on the side of the inflection point or the inflection line facing the clamping, into the region and / or past the inflection point, and / or If, on the side of the inflection point or the inflection line facing away from the clamping, in particular on an opposite, second flat side of the carrier, the piezoelectric element continues into the region of the inflection point or the inflection line and / or continues beyond this, the rigidity the entire carrier is much more homogeneous and thereby the efficiency of energy production can be significantly improved.
  • the one electrode on the side facing away from the carrier of the respective piezoelectric Elements in this region of the inflection point (s) are not metallized or at least only metallized in isolation from the other electrodes and / or not connected and / or short-circuited to the carrier. It can thereby be achieved that the efficiency of the generation of electrical energy due to the homogenized stiffness of the carrier is improved and this improvement is not at least partially reversed by a possible reduction in stress by contacting a region around the respective inflection point of the S-shape. Because this area beyond the inflection point can be opposite to the rest of the respective piezoelectric element clamped and thus at least partially compensate for the effect or voltage.
  • a further aspect of the present invention which can also be implemented independently, relates to a device with two proposed devices for obtaining electrical energy, in which the carriers are arranged at least substantially parallel to one another.
  • a common seismic mass may be provided for the facilities.
  • the common seismic mass can interconnect or couple the devices.
  • the seismic mass or masses may be used to form a stop for limiting the deflection of the carrier or carriers.
  • a seismic mass in particular between two or more means for obtaining electrical energy or between two or more carriers, is arranged such that they protrude beyond the respective carrier and in this preferably laterally beyond the carrier protruding area further stops are provided to limit the deflection of the carrier.
  • Fig. 1 is a schematic plan view of a proposed device for
  • FIG. 2 shows a schematic cross-section of a device according to the invention for obtaining electrical energy at rest according to the first embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic cross-section of a proposed device for obtaining electrical energy in the state deflected by the seismic mass according to the first embodiment
  • FIG. 4 shows a section of the device for obtaining electrical energy in the deflected state according to FIG. 3;
  • Fig. 5 shows a schematic cross section of a device with two means for obtaining electrical energy.
  • 1 shows a plan view of a proposed device for obtaining electrical energy 1 with a carrier 2.
  • Fig. 2 shows a section along section line II-II of the proposed device for obtaining electrical energy 1 of Fig. 1.
  • the carrier 2 has at least two piezoelectric elements 3A to 3H, which are adapted to mechanical stresses on voltages U1, U2 cause.
  • a seismic mass 4 is provided, which is arranged and designed such that upon acceleration of the device 1, the seismic mass 4 acts on the carrier 2.
  • the carrier 2 can be deformed S-shaped at least in sections by the seismic mass 4, whereby the piezoelectric elements 3A to 3H can be clamped in opposite directions.
  • Fig. 3 shows in this connection the proposed device for obtaining electrical energy 1, in which the carrier 2 is deflected by the seismic mass 4.
  • an S-shaped course preferably a double-S-shaped course over the entire area, which comprises the sections 5A and 5B.
  • the carrier 2 is clamped on at least one side.
  • one or more restraints 6 may be provided which prevent a rotational and / or tilting movement on the clamping 6.
  • the carrier 2 is also also mounted on a preferably opposite edge, particularly preferably also clamped, for which a clamping 6 may be provided.
  • a clamping 6 may be provided.
  • another bearing such as another counter-bearing, support o. The like.
  • the carrier 2 For the carrier 2 to the seismic mass 4, the at least partially S-shaped course of the carrier 2 when deflected by the seismic mass 4 to reach.
  • the carrier 2 is clamped on two, preferably opposite, sides, and the seismic mass 4 is located at least substantially centrally between the clamps 6 on the carrier 2. In this way, a symmetrical arrangement can be produced in which a common seismic mass 4 in the direction of each of the at least two restraints 6 can each lead to an S-shaped course of the carrier 2.
  • An S-shaped course in the sense of the present invention is preferably any course or bend line having a point of inflection W.
  • a turning point W in the sense of the present invention may be a turning line or turning plane with respect to the three-dimensional design of the carrier 2 without mention to the contrary in the present description.
  • inflection point W is used below, even if it can correspond to a turning line or turning plane.
  • the carrier 2 has at least two piezoelectric elements 3A to 3H, which are designed to cause an electrical voltage during clamping, in particular mechanical clamping, compression and / or expansion.
  • This electrical voltage which can be generated by dielectric displacement of the surface charges, can be conducted from the respective piezoelectric element 3A to 3H via at least two electrodes or 7A1, 7A2, 7A3, 7B1, 7B2, 7C1, 7D2, 7E1, 7E2, 7E3, 7F1, 7F2, 7G1, 7G2, 7G3, 7H1 and 7H2, hereinafter also referred to as electrodes 7 or 7A1 to 7H2, are removed or derived.
  • Piezoelectric elements 3A to 3H are preferably arranged, fixed and / or form part of carrier 2 in such a way that an S-shaped deformation of the carrier 2 by the seismic mass 4, the at least two piezoelectric elements 3A to 3H different, more preferably in in opposite directions, be tightened.
  • Contrary bracing of two piezoelectric elements 3A to 3H in the sense of the present invention is in particular a mechanical stress with opposite sign, a tensile stress against a compressive stress, a torsion in different directions or any other mechanical stress on two piezoelectric elements 3A to 3H to such different Way that with identical material properties and identical orientation electrical voltages are generated in different directions or with different signs.
  • the carrier 2 is clamped on at least one side or edge, with reference to the previous definition.
  • the carrier 2 is clamped on two, preferably opposite, sides or edges.
  • a two-sided clamping is particularly preferred, since this allows a double-S-shaped course.
  • a two-sided clamping enables the generation of a double-S-shaped bend line of the carrier 2 from two oppositely extending S-shaped bend lines S1, S2.
  • Another aspect of the present invention relates to the arrangement of the piezoelectric elements 3A to 3H.
  • a fundamental principle of formation is that two each are arranged on piezoelectric elements on the same flat side of the carrier 2 adjacent and / or on the same side of the carrier 2 at least substantially on different sides of the respective inflection point W of the S-shaped curve S1, S2 ,
  • These piezoelectric elements 3A to 3H are preferably formed and arranged so as to generate electric voltage of the same sign in opposition to the stress of the piezoelectric elements 3A to 3H. This property is called different polarity of the piezoelectric elements 3A to 3H. This can be made possible in particular by the choice of different materials.
  • a material which generates a voltage of the same sign under tensile stress as another material in another one of the piezoelectric elements 3A to H due to compressive loads may be used.
  • the piezoelectric element 3A is compressed / pressure-stressed and the piezoelectric element 3B is pulled apart.
  • the mechanical stress acting on the piezoelectric elements 3A and 3B as a result of the illustrated deformation of the carrier 2 is therefore opposite.
  • piezoelectric elements 3A and 3B first pair
  • 3C and 3D second pair
  • 3E and 3F third pair
  • 3G and 3H adjacent to each other in the region of a point of inflection W on the same side or flat side of the carrier 2).
  • fourth pair it is preferable that the piezoelectric elements 3A and 3B or the respective piezoelectric elements of the other pairs are so differently constructed or arranged, have different materials or are otherwise differently arranged such that, in the present mechanical stress, electrical voltages are applied in opposite ways by the piezoelectric elements 3A and 3B or the piezoelectric elements Elements of the other pairs can be generated that have the same sign.
  • Piezoelectric elements 3A to 3H of different polarity which are arranged adjacent to one another, are referred to below as pairs.
  • a pair is arranged adjacent to one another in the region of a point of inflection W and / or on the same side or flat side of the carrier 2 and / or between the seismic mass 4 and the clamping 6.
  • Such a pair of piezoelectric elements 3A to 3H is preferably characterized in that the piezoelectric elements 3A to 3H of the pair have different polarities and thus can generate electrical voltages with the same sign under different mechanical stress.
  • At least one pair of piezoelectric elements 3A to H is arranged on both sides or flat sides of the carrier 2. These pairs may be arranged on opposite sides with respect to the carrier 2, such as the piezoelectric elements 3A, 3B, 3E and 3F in the illustrated example.
  • Particularly preferred is a symmetrical structure, as shown in the representation example.
  • the carrier 2 has four pairs of piezoelectric elements 3A to H. In this case, it is preferable for two pairs of piezoelectric elements to be arranged on different sides of the carrier 2.
  • each case one pair, preferably two pairs, of piezoelectric elements 3A to H are arranged on different sides of the seismic mass 4.
  • the piezoelectric elements 3A to H of the respective pairs are arranged on different sides of the inflection points W.
  • the at a Deformation of the carrier 2 by the seismic mass 4 compressed piezoelectric elements 3A, 3D, 3F, 3G have the same piezoelectric properties and / or the same orientation and the oppositely strained piezoelectric elements 3B, 3C, 3E and 3H of the compressed piezoelectric see elements 3A, 3D, 3F, 3G have properties that are so different that, on the whole, piezoelectric elements can be tapped off voltages that have the same sign.
  • the piezoelectric elements 3A to H have at least two electrodes 7, one of which is connected to the conductive carrier 2 or a conductive surfaces of the carrier 2.
  • the potential of the carrier 2 is assumed to be ground without loss of generality. Therefore, the described electrical voltages result in each case on the electrodes 7A1 to 7H1 of the piezoelectric elements 3A to H facing away from the carrier 2. If optional auxiliary electrodes 7A3, 7D3, 7F3, 7G3 are provided in the area of the inflection points on the piezoelectric elements 3A to HH , These remain preferably for the tapping of electrical voltages out of consideration or are not contacted. In the embodiment described above, at least substantially opposite piezoelectric elements 3 have different polarities with respect to the carrier 2. These are then automatically loaded in different, in particular opposing, manner when the support 2 is deformed, which leads to the described electrical voltage with the same sign.
  • an energy storage device can also represent a consumer 10 in the sense of the present invention, to have in each case one electrode 7A1, 7B1, 7C1, 7D1, 7E1, 7F1, 7G1.
  • 7H1 of the piezoelectric elements 3A to H can be used electrically connected to each other. These can form a common node K1, K2.
  • At least substantially opposite piezoelectric elements 3A to H may have the same polarity with respect to the carrier 2.
  • the signs of the electric voltages generated by the piezoelectric elements 3A to H on the respective side have the same sign
  • the signs of the electric voltages generated by the piezoelectric elements 3A to H on the different sides of the carrier 2 are opposite Sign.
  • This makes it possible to connect the electrodes 7 of the piezoelectric elements 3A to H on the respective side facing away from the carrier 2, but not to connect the electrodes 7 of the piezoelectric elements 3A to H of the different sides of the carrier 2 facing away from the carrier 2.
  • a voltage between the interconnected piezoelectric elements 3A to H of the different sides can be tapped, which is greater than that of the last presented example.
  • FIG. 2 A corresponding interconnection is shown in Fig. 2, wherein electrodes of the respective piezoelectric elements 3A to H are electrically connected to each other on the respective sides of the carrier 2.
  • electrodes of the respective piezoelectric elements 3A to H are electrically connected to each other on the respective sides of the carrier 2.
  • a node K1 By connecting the electrodes 7A1, 7B1, 7C1, 7D1 facing away from the carrier of the piezoelectric elements 3A, 3B, 3C, 3D on one of the sides of the carrier 2, a node K1 can be formed.
  • the electrodes 7E1, 7F1, 7G1, 7H1 facing away from the carrier 2 can be electrically connected to each other, whereby a node K2 can be formed.
  • the electrodes 7A2, 7B2, 7C2, 7D2, 7E2, 7F2, 7G2, 7H2 facing the carrier 2 can likewise be electrically connected to one another, in particular via the carrier 2 or a conductive layer of the carrier 2, and / or form a reference node K0.
  • a first voltage U1 can then be tapped between nodes K1 and K0. Furthermore, it is possible to tap another voltage U2 between nodes K2 and K0. If it is provided that piezoelectric elements 3A to 3H, which are at least essentially opposite one another with respect to the carrier 2, each have different polarities, U1 and U2 result with the same sign. Thus, the nodes K1 and K2 for supplying a load 10 can be connected to each other and a voltage supply can be formed by the common node of node K1 and node K2 opposite node K0.
  • the piezoelectric elements 3A to H which are at least essentially opposite one another with respect to the support 2, have the same polarities. This results in the described S-shaped deformation voltages of different signs on the respective opposite sides.
  • a voltage between the nodes K1 and K2 may be used, alternatively or additionally with reference node K0, whereby a symmetrical voltage with respect to node K0 can be generated.
  • the electrodes 2 facing the carrier 2 7A2, 7B2, 7C2, 7D2, 7E2, 7F2, 7G2, 7H2 are electrically connected to each other, preferably by the carrier 2 or a coating 9 of the carrier 2.
  • FIG. 4 shows a section of the device according to the invention from FIG. 3. It is preferably provided that piezoelectric elements 3A to 3H are arranged on at least two opposite sides of the carrier 2. In the embodiment according to FIG. 4, the electrodes 7A1, 7B1, 7E1 and 7F1 are electrically interconnected.
  • Electrodes facing the carrier 7A2, 7B2, 7C2, 7D2, 7E2, 7F2, 7G2, 7H2 are preferably fixedly connected to the carrier 2 with a conductive adhesive, there are alternatively or additionally also soldering, welding or other connections possible.
  • the piezoelectric elements 3A to 3H are arranged in pairs so that piezoelectric elements 3A to 3H are respectively disposed on different sides of the inflection points W of (respective) S-shaped deformation on one side of the carrier 2 , At the same time, however, it is preferable to achieve the most homogeneous possible rigidity of the combination of carrier 2 and piezoelectric elements 3A to 3H. If the carrier 2 has no piezoelectric element 3A to 3H in the region of the respective inflection point W, it has been found that this can lead to reduced rigidity at this point or in this region.
  • a partial reduced stiffness has been found to be disadvantageous because such areas with less rigidity stronger and thus the areas with piezoelectric elements 3A to 3H can be deformed weaker. As a result, less mechanical energy is converted, which reduces the efficiency.
  • the piezoelectric elements 3A to H are preferably spaced apart to avoid short circuits and to allow different materials, particularly orientations of the adjacent piezoelectric elements 3A to 3H, to be made possible. For this reason, a distance between two adjacent piezoelectric elements 3A to 3H is preferably on the same Side of the carrier 2 is provided. This distance or gap can therefore lead to the described, reduced rigidity.
  • a piezoelectric element 3A to 3H is arranged or continued on a gap of the opposite side of the carrier 2, so that the gap between two on one side of the carrier 2 adjacent piezoelectric elements 3A to H on the opposite side relative to the carrier 2 is preferably covered by a piezoe- lectric element 3A to 3H.
  • a piezoelectric element 3A, 3D, 3F, 3G of each pair of piezoelectric elements 3A to 3H is guided over the inflection point W in each case.
  • a piezoelectric element 3A to 3H is respectively provided on a side opposite a gap associated with a pair of piezoelectric elements 3A to 3H with respect to the carrier 2, which extends into the region of the gap on an opposite side of the gap, preferably over the entire gap , in particular surmounted.
  • piezoelectric elements 3A, 3D, 3F, 3G lying opposite each other at least substantially diagonally with respect to the carrier 2 also lie opposite or overlap with respect to the carrier plane directly or perpendicularly to the carrier plane.
  • this overlapping area particularly preferably forms only a small portion of the respective piezoelectric element 3A, 3D, 3F, 3G, preferably less than 40%, in particular less than 30 or 15%, in the display area 20% or less.
  • opposite piezoelectric elements 3A to 3H As far as in the context of the present invention of opposite piezoelectric elements 3A to 3H is mentioned, such a small overlap remains unless explicitly stated. It is also possible that the invention is carried out without this overlapping area. Thus, a differentiation is made between an overlapping area which involves an overlap with respect to the support 2 of opposite piezoelectric elements 3A to 3H and an "at least substantially opposite" of the piezoelectric elements, by which it is to be understood that the piezoelectric elements 3A to 3H are transverse or are perpendicular to the surface of the support 2 more than 50% of the voltage applied to the carrier 2 surface of the piezoelectric elements 3A to 3H opposite. Opposing piezoelectric elements 3A to 3H are preferably those which overlap with respect to the carrier 2 at least 60%, preferably at least 70%, in the embodiment 75% or more.
  • the seismic mass 4 may be at least partially formed by the carrier 2 and / or the piezoelectric elements 3A to 3H or integrally therewith.
  • the seismic mass 4 is preferably arranged here on the carrier 2, in particular adhesively bonded, welded, riveted or otherwise fastened to the carrier 2.
  • the seismic mass 4 is designed in relation to the elasticity and rigidity of the carrier 2 so that the seismic mass 4 forms a spring-mass system with the carrier 2.
  • the influences of the piezoelectric elements 3A to 3H arranged on or on this carrier are preferably taken into account.
  • the described spring-mass system preferably has a resonant frequency in the range between 1 Hz and 1000 Hz, preferably with the proviso that the resonant frequency is as close as possible to oscillation maxima of the respective application in order to ensure particularly efficient energy production.
  • the spring-mass system has a resonant frequency which is more than 10 Hz, preferably more than 25 Hz, in particular more than 35 Hz and / or less than 150 Hz, preferably less than 100 Hz, in particular less than 75 Hz, is.
  • a resonant frequency in the range around 50 Hz or 55 Hz, for example between 40 and 65 Hz, particularly preferably between 52 and 62 Hz, the scope of the proposed device 1 has been found to be particularly universal and therefore advantageous, since such frequencies in many machine and vehicle systems occur and thus an energy production and universal use can be significantly facilitated.
  • FIG. 5 shows a device according to another aspect of the present invention, which can also be implemented independently, in which two carriers 2 or devices 1 are arranged at least substantially parallel to one another.
  • the carriers 2 can be clamped on at least one edge, particularly preferably on respectively opposite edges.
  • two or more carriers 2 are respectively clamped on the same edges.
  • clamping means 6 can be provided, which are designed to clamp a plurality of carriers 2.
  • the devices 1 are thus connected to each other in the illustration of FIG. 5 by a common seismic mass 4.
  • a common spring-mass system is formed from a plurality of devices 1, preferably by coupling, in particular by means of a common seismic mass 4.
  • the power density can be improved, so that a more compact design can be achieved by the one with smaller volume of construction the same amount of energy can be converted.
  • a stop may be provided to limit the deflection of the carrier 2.
  • a stop may be provided which limits the deflection or movement of the seismic mass 4.
  • the seismic mass 4 can protrude laterally beyond the carrier 2.
  • the parts of the seismic mass 4 projecting beyond the carrier 2 can be used to guide the seismic mass 4, for example in a scenery.
  • the parts of the seismic mass 4 projecting beyond the carrier 2, in particular by stops at the end of the guide can be used to limit the deflection of the seismic mass 4 and thus the deformation of the carrier 2 and of the piezoelectric elements 3A to 3H and thus to prevent damage if the acceleration is too high.
  • stops for limiting the deflection are also possible, in particular by means of a stop which is attached to or formed with the carrier, for example a section projecting laterally from the carrier strip, which in turn can run in a slot with end stops.
  • a stop which is attached to or formed with the carrier, for example a section projecting laterally from the carrier strip, which in turn can run in a slot with end stops.
  • Particular preference is given to a device according to FIG. 5, in which a common seismic see mass 4 of several facilities 1 for this together forms a stop.
  • the device 1 can be designed to store energy. For example, it is possible to connect the nodes K1 and / or K2 with an energy store such as a rechargeable battery, capacitor or the like in order to accumulate enough energy to be able to carry out occasional measurement operations or the like.
  • the device therefore preferably has electrical connections 8, which connect electrodes 7 with a possible consumer 10 in such a way that the energy which is obtained from the acceleration can be dissipated and utilized. This is indicated in Fig. 4.
  • An independently realizable aspect of the present invention relates to a device for obtaining electrical energy 1, in which the carrier 2 is clamped on two sides. Between the restraints, preferably centrally between this, the seismic mass 4 may be provided, in particular fixed. This results between the seismic mass 4 and the clamping 6 leg or sections 5A, 5B, on each side piezoelectric elements 3A to 3H may be arranged.
  • the piezoelectric elements 3B, 3C, 3F, 3G facing the seismic mass 4 have different, in particular opposing, polarities compared to the outer piezoelectric elements 3A, 3D, 3E, 3H facing the restraints 6.
  • the piezoelectric elements 3A to 3H are arranged on the carrier 2, in particular fixed.
  • the carrier side of the piezoelectric elements 3A to 3H or a carrier-side electrode of the respective piezoelectric elements 3A to 3H form a common reference point or node K0.
  • the piezoelectric elements may be electrically connected by the wearer, in particular by the support 2 or by a layer 9 or the like applied thereto.
  • the piezoelectric elements 3A to 3H overlap each leg 5A, 5B, particularly in an area midway between the respective restraint 6 and the seismic mass 4. As a result, joints between piezoelectric elements 3A to 3H can be stabilized. This allows a uniform or homogeneous rigidity of the system.
  • the piezoelectric elements 3A to 3H can form the carrier 2 completely or at least partially.
  • a carrier material for example, the use of standard board material such as FR4 as carrier 2 is an option, since board material is very cost-effective and can have sufficient flexibility. It is also possible to use other printed circuit board material or other elastic materials.
  • metal in particular of spring steel, beryllium bronze as the material for the carrier 2.
  • a carrier 2 made of spring steel is much more resistant, both against corrosion and against aging.
  • the piezoelectric elements 3A to 3H are preferably fastened to the carrier 2 made of spring steel with an adhesive, in particular an electrically conductive adhesive, for example a two-component adhesive.
  • provision may be made for the carrier 2 to be fixed or firmly clamped at different, in particular opposite, ends.
  • the carrier 2 can be compressed or pulled apart when deflected by the seismic mass 4 in order to generate and reverse the S-shaped deformation of the carrier 2.
  • the device 1 may for example have a rest position, in which the carrier 2 is at least substantially straight or flat. Once the device 1 is accelerated, the inertia of the seismic mass acts on the carrier 2 and deforms it.
  • the S-shaped or double-S-shaped form of the carrier 2 is particularly preferably formed.
  • the seismic mass 4 is accelerated regularly in different directions preferably transversely to the support surface. In this case, the carrier 2 can leave the rest position in different directions.
  • the S-shape or double-S-shape is then preferably inverted in its course. If the seismic mass 4 is thus accelerated in a first direction, that is to say in that the position of the device 1 or the clampings 6 changes, an S Shape or double-S-shape of the carrier generates and accelerates the seismic mass 4 in a second, preferably opposite direction, ie the fact that changes the position of the device 1 and the clamping 6 in a different or opposite direction exercises the seismic mass 4 force such that the S-shape or double S-shape is inverted. In the course of the repeated inversion of the S-shape, the rest position of the carrier 2 can be traversed in each case.
  • an alternating voltage can be generated, which can preferably be rectified and / or stored.
  • the regular inversions of the S-shape or double-S-shape preferably correspond to vibration of the spring-mass system formed by the carrier 2, the piezoelectric elements 3A to 3H and the seismic mass 4.
  • the inversion of the S-shape can be used to alternately tension and compress the respective piezoelectric elements and thus to generate different, preferably alternating voltages.
  • the generated voltage U1, U2 can have the properties of the spring-mass system described above or the properties can be transferred to the generated voltage U1, U2.
  • the voltage U1, U2 may have a frequency between 1 and 1000 Hz, more than 10 Hz, preferably more than 25 Hz, in particular more than 35 Hz and / or less than 150 Hz, preferably less than 100 Hz, in particular less than 75 Hz.
  • a frequency in the range of 50 Hz or 55 Hz for example between 40 and 65 Hz, particularly preferably between 52 and 62 Hz, therefore, a particularly high efficiency can be achieved, as described above.
  • the restraints 6 are immovable relative to each other.
  • the restraints 6 are fastened or anchored in a mechanical construction, in particular a common frame.
  • the grips 6 can not move relative to each other, the device 1 is overall designed to be set in motion or vibration.
  • the seismic mass 4 can then lead by its inertia that the carrier 2 is deformed in the manner described.
  • the seismic mass 4 acts on the carrier 2 in such a way that it is deformed in an S-shape, in particular double-S-shaped.
  • the seismic mass 4 can exert force on the carrier 2 by movement of the entire system in such a way that, in the event of alternating deflection, it can exert its force on the carrier 2.
  • Different directions can also assume S-forms or double S-forms with opposite course.
  • the carrier 2 can be deflected by the seismic mass 4 in different or opposite directions. This results in different S-shaped or double S-shaped deflections of the carrier. 2
  • the piezoelectric elements 3A to 3H are bonded to the carrier 2 by sticking or soldering.
  • the device is configured to non-uniformly, preferably in opposite directions, bend the piezoelectric elements 3A to 3H in a deflected position.
  • Different piezoelectric elements 3A to 3H of the proposed device 1 can thus form opposite arches or curved lines.
  • a neutral, undeformed point is formed, which is also called inflection point W.
  • the opposite arcs forming the described S-shape are responsible for some of the piezoelectric elements 3A, 3D, 3F, 3G being compressed when deflected by the seismic mass 4 and others of the piezoelectric elements 3B, 3C, 3E, 3H being stretched become.
  • the carrier 2 is deflected by the seismic mass 4 in the opposite direction, the previously stretched piezoelectric elements 3B, 3C, 3E, 3H are compressed and the previously compressed piezoelectric elements 3A, 3D, 3F, 3G are stretched.
  • a neutral fiber in which neither stretching nor compression occurs. This is particularly preferably in the middle of the center in the material of the carrier 2. Thus, over the thickness of the material of the carrier 2, a certain degree of stretching or compression of the piezoelectric elements 3A to 3H can be ensured or adjusted.
  • Adjacent piezoelectric elements 3A to 3H are preferably oppositely polarized, which can be done by different orientation and / or different material terial inches.
  • the carrier 2 or the piecing respectively arranged in this region is subject to zoelektharide 3A to 3H hardly a deformation.
  • this area hardly contributes to the generation of electrical energy.
  • no electrode is arranged or indeed an electrode 7A3, 7D3, 7F3, 7G3 arranged, but not contacted .
  • charge carriers are conducted into the region of the point of inflection W, ie a piezoelectric element 3A to 3H is connected to a voltage in the region of the point of inflection W, and that is that one electrode of the respective piezoelectric element 3A until 3H into the area of the inflection point W protrudes.
  • the described piezoelectric generator is preferably based on clamping a carrier on two sides.
  • the restraints can be fixed points, between which, typically in the middle, a seismic mass can be attached.
  • On different sides of the seismic mass legs of the carrier may result, wherein on the two legs per side two piezo elements can be arranged.
  • These piezoelectric elements are preferably mounted inside with opposite polarity as outside. This results in the type of bending of the system, an equal polarized stress on all elements, if the side of the carrier is considered a common reference point.
  • the piezoelectric elements per leg preferably overlap in the middle and thus stabilize the joints, so that as uniform a rigidity of the system results.
  • both ends are fixed and a force is applied between these fixed points. This results in a mechanically very stable construction. However, the conditions of the bend are significantly different from those of a simple bending beam.
  • a proposed system for generating energy by means of piezoelectric elements can be based on using a carrier which is electrically conductive at least at the surface for facilitating the contact.
  • the two ends of the carrier are in particular fixed.
  • the points are anchored in the mechanical construction and do not move relative to the other elements and to each other.
  • a mass may be secured between the fixed ends. With this mass, the resonance frequency can be influenced in connection with the parameters of the carrier.
  • Piezo elements are attached to the surface of the carrier. This is in contrast to the normal bending beam constructions not an element on one side of the carrier, but preferably by two. This may be a peculiarity of this construction.
  • the piezoelectric elements can be connected to the carrier, for example by gluing or soldering on.
  • the piezo elements are preferably not uniformly bent. Rather, two opposite arcs are preferably formed which, depending on the geometry of the construction, may or may not have the same conditions. At the junction of the two arches always a neutral undeformed place arises. The opposite arches are responsible for stretching one part of the piezo elements while upsetting the other.
  • the construction is very effective in that a neutral fiber or the area in the material, which is neither pulled nor compressed, lies in the carrier material. This effectively loads the elements on both sides of the carrier. However, when an element is stretched, the charge separation occurs exactly opposite to the ratios as when it is compressed. The resulting voltage is therefore opposite. This explains the separation of the piezoelectric elements into two partial elements per side.
  • These are polarized opposite, in particular polarized opposite polarity. This again results in a same polarization in the voltage in the type of bending and the individual elements can be electrically connected very easily.
  • the electrical interconnection of the elements is preferably such that, at the point of bending, a region results which does not or hardly undergoes deformation. This does not contribute to the generation of energy. However, if this is due to the electrical contact is possible, charge carriers are directed into this area. Due to the reverse piezoelectric effect, this area then stiffens and reduces the energy that can be tapped off. Therefore, these non-energy generating areas are preferably electrically separated.
  • a proposed sheet metal or support with piezoceramic elements can be used by itself, but to improve the overall stability, it is good to arrange two sheets or supports in parallel with piezoceramic elements and to concentrate the mass between the two sheets.
  • This embodiment has some advantages in terms of mechanical stability. By the leadership of the mass within the two support plates, the possibility of tilting sideways and thus to perform a 3D movement is reduced. As a result, the formation of the oscillation perpendicular to the carrier plates is so strongly preferred that the oscillation forms in this plane and there also attacks the total mechanical energy. This is a very effective and stable system for converting the mechanical energy of motion or vibration possible.
  • the mass may be provided with two pins, which preferably engage in a guide in the lateral support. There is thus a mechanical stop which mechanically protects the system from excessive deflection. This also ensures that the yield strength of the piezoelectric elements is not exceeded and they are always operated within their mechanical working range.
  • FIG. 1 Further aspects of the present invention relate to a system for obtaining electrical energy from kinetic energy using the piezoelectric effect and a corresponding material, wherein the piezoceramics are applied to a piezoelectrically passive carrier.
  • This carrier is fixed at both ends.
  • the seismic mass is located between these fixed points.
  • the ceramic is divided on each resulting page. In this case, the ceramic, which adjoins the fixed points, polarized exactly negative to the ceramic, which are facing the seismic mass.
  • the ceramics are formed and arranged such that the ceramics located on both sides of the support overlap.
  • the system may be characterized in that certain parts of the ceramics are electrically separated from the other regions around the inflection point of the forming bend.
  • the system may be characterized in that the carrier material is a spring steel whose coefficient of expansion corresponds approximately to that of the ceramic.
  • the system may be characterized in that the seismic mass is located midway between the fixed ends for ease of relationships.
  • the system may be characterized in that, in a special embodiment, two carriers arranged with piezo elements are arranged parallel to one another and the seismic mass is located between these two carriers.
  • the system may be characterized in that the seismic mass has on each side two pins, which engage in a respective guide in the lateral mounting wall and has a mechanical stop for the deflection of the mass. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

A device (1) and an apparatus for producing electric power are proposed, having a support (2), which has at least two piezoelectric elements (3) that are designed to generate an electrical voltage (U1, U2) when the support (2) is deformed, and having a seismic mass (4) that is arranged and designed such that acceleration of the device (1) prompts the seismic mass (4) to act on the support (2), as a result of which at least sections of the support (2) can be deformed in an S shape, so that a turning point (W) is formed in the bending line of said support, and wherein the S-shaped deformation of the support (2) deforms the piezo electric elements (3), as a result of which the electrical voltage (U1, U2) is generated.

Description

Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie  Device for obtaining electrical energy
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Energieformen, die in der Umwelt der Einrichtung verfügbar sind, bei- spielsweise aus Wärme, Bewegung, Sonnenstrahlung, Wind oder dergleichen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus einer Beschleunigung. The present invention relates to a device for obtaining electrical energy from energy forms that are available in the environment of the device, for example from heat, movement, solar radiation, wind or the like. In particular, the present invention relates to a device for obtaining electrical energy from an acceleration.
Beim mobilen Einsatz stromsparender Sensorsysteme kann es möglich und vor- teilhaft sein, den Energiebedarf des Systems, u. a. zur gelegentlichen Übermittlung von Daten unmittelbar aus der Umgebung zu gewinnen. Dies ermöglicht, den Wartungsaufwand durch Erneuerung der jeweiligen Stromquelle zu vermeiden. Entsprechende Prinzipien, in der Umwelt verfügbare Energie umzuwandeln und nutzbar zu machen, werden auch "Energy Harvesting" genannt. Bekannte Beispiele sind solargespeiste Parkuhren oder Automaten im Außenbereich, die das einfallende Sonnenlicht zur Energieversorgung nutzen. Die vorliegende Anmeldung betrifft vorrangig die Gewinnung elektrischer Energie aus Beschleunigungsvorgängen, insbesondere aus Bewegungen wie Schwingungen bei Transportvorgängen. Dies bietet den Vorteil gegenüber Solarsystemen, dass von einer unmittelbaren Licht- einwirkung unabhängig elektrische Energie gewonnen werden kann. In the mobile use of energy-saving sensor systems, it may be possible and advantageous to reduce the energy consumption of the system, u. a. to gain occasional transmission of data directly from the environment. This makes it possible to avoid the maintenance by renewing the respective power source. Corresponding principles of converting and harnessing available energy in the environment are also called "energy harvesting". Well-known examples are solar-powered parking meters or machines in the outdoor area, which use the incident sunlight for energy supply. The present application relates primarily to the production of electrical energy from acceleration processes, in particular from movements such as vibrations during transport operations. This offers the advantage over solar systems that electrical energy can be obtained independently of a direct light effect.
In diesem Zusammenhang ist bekannt, zur Gewinnung elektrischer Energie ein piezo-aktives Material einzusetzen. Wirkt auf ein solches piezo-aktives Material bzw. auf einen entsprechenden Körper aus einem solchen Material eine Kraft, so entstehen durch dielektrische Verschiebung Oberflächenladungen. Dadurch wird ein eklektisches Feld erzeugt. An aufgebrachten Elektroden ist dieses Feld als Spannung abgreifbar. Werden die Elektroden miteinander verbunden, gleichen sich die Oberflächenladungen aus und es fließt ein Ausgleichsstrom. Die Elektroden können über einen Verbraucher miteinander verbunden werden, um die gewonne- ne elektrische Energie zu nutzen. In this context, it is known to use a piezo-active material to obtain electrical energy. If a force acts on such a piezoactive material or on a corresponding body made of such a material, surface charges are formed by dielectric displacement. This creates an eclectic field. On applied electrodes, this field can be tapped as a voltage. If the electrodes are connected to each other, the surface charges are equalized and a compensating current flows. The electrodes can be connected to one another via a consumer in order to use the electrical energy gained.
Ein Verbraucher im Sinne der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt eine Einrichtung, die Elektrische Energie aufnehmen kann, insbesondere unabhängig davon, ob diese Energie auch verwendet oder nur gespeichert wird. Alternativ oder zusätz- lieh ist es also möglich, die gewonnene elektrische Energie zwischenzuspeichern, um diese zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen und/oder über die Zeit genügend Energie zu akkumulieren, um einen kurzzeitigen Betrieb einer zu versorgenden A consumer in the sense of the present invention is preferably a device that can receive electrical energy, in particular regardless of whether this energy is also used or only stored. Alternatively or additionally, it is thus possible to temporarily store the electrical energy obtained, in order to use it at a later time and / or to accumulate enough energy over time to allow a short-term operation of a supply to be supplied
BESTÄTiGUIMGSKOPiE Einrichtung zu ermöglichen. Auch ein Energiespeicher wie ein Kondensator oder Akkumulator kann ein Verbraucher im Sinne der vorliegenden Erfindung sein. BESTÄTiGUIMGSKOPiE Facility to enable. Also, an energy storage device such as a capacitor or accumulator may be a consumer in the sense of the present invention.
Zur Energiegewinnung können piezoelektrisch aktive Materialien in eine Form ge- bracht werden, an der einer zur Verfügung stehende Kraft in geeigneter Weise angreifen kann. Es ist also bevorzugt vorgesehen, dass das piezoelektrisch aktive Material derart verspannbar ist, dass Mechanische in elektrische Energie umwandelbar ist. Bei unterschiedlich piezoelektrisch aktiven Materialien kann der piezoelektrische Effekt bei unterschiedlichen mechanischen Belastungen zu Tage treten. Beispielsweise gibt es Materialen, bei denen Torsion oder Scherung zu der dielektrischen Verschiebung der Oberflächenladungen führt. In den meisten Fällen werden jedoch Materialien eingesetzt, bei denen Zug- bzw. Druckbeanspruchungen des Materials zu der dielektrischen Verschiebung der Oberflächenladungen und damit zur Spannungserzeugung führen. Hierbei kann das Material entweder direkt auseinandergezogen bzw. zusammengerückt werden oder es wird durch eine Biegung mit Zug- und/oder Druckspannung belastet. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Nutzung solcher durch Biegung eines Trägers o.dgl. hervorgerufene Zug- bzw. Druckspannung, die genutzt wird, mechanische in elektrische Energie umzuwandeln. To generate energy, piezoelectrically active materials can be brought into a form in which an available force can act in a suitable manner. It is thus preferably provided that the piezoelectrically active material can be clamped in such a way that mechanical energy can be converted into electrical energy. With different piezoelectrically active materials, the piezoelectric effect can come to light with different mechanical loads. For example, there are materials in which torsion or shear results in the dielectric shift of the surface charges. In most cases, however, materials are used in which tensile or compressive stresses of the material lead to the dielectric shift of the surface charges and thus to voltage generation. In this case, the material can either be pulled apart or pulled together directly or it is loaded by a bending with tensile and / or compressive stress. The present invention particularly relates to the use of such by bending a carrier or the like. caused tensile or compressive stress, which is used to convert mechanical into electrical energy.
Aus der US 8,174,167 B2 ist bereits ein System bekannt, dass als Biegebalken konzipiert ist, wobei eine Seite des Balkens eingespannt und die andere Seite mit einer seismischen Masse beaufschlagt ist. Bei einer Beschleunigung des Systems wird der piezokeramische Biegebalken aufgrund der Trägheit der seismischen Masse durchgebogen, wodurch das piezoelektrische Material verspannt und eine elektrische Spannung erzeugt wird. Das bekannte Konzept mit einem Biegebalken hat insbesondere Nachteile in Bezug auf das verhältnismäßig große benötigte Volumen pro Energiemenge, die durch entsprechende Systeme umgewandelt werden kann. Es ist also ein verhältnismäßig großes Volumen unterzubringen, um ausreichend Energie aus der Umgebung umwandeln zu können. Es ist jedoch regelmäßig erwünscht, Energy- Harvesting-Systeme nachträglich zu integrieren, wofür eine kompaktere Bauform vorteilhaft ist. Ferner kann es in dem konkret bekannten Systemen mit Biegebalken zu Alterungsbruch der jeweiligen Keramik kommen, wenn zu große Beschleunigungen auf das jeweilige System wirken. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie anzugeben, mit der eine kompaktere, mechanisch stabilere Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie mit einer größeren Leistungs- dichte, also abgebbaren Leistung pro Gerätevolumen, erreicht werden kann. From US 8,174,167 B2, a system is already known that is designed as a bending beam, wherein one side of the beam is clamped and the other side is acted upon by a seismic mass. Upon acceleration of the system, the piezoceramic bending beam is deflected due to the inertia of the seismic mass, whereby the piezoelectric material is strained and an electrical voltage is generated. The known concept with a bending beam has in particular disadvantages with respect to the relatively large volume required per amount of energy, which can be converted by appropriate systems. So it is a relatively large volume accommodate, in order to convert enough energy from the environment can. However, it is regularly desired to subsequently integrate energy harvesting systems, for which a more compact design is advantageous. Furthermore, in the concrete known systems with bending beams, the aging of the respective ceramic can occur if too great an acceleration acts on the respective system. Therefore, it is an object of the present invention to provide a means for obtaining electrical energy, with a more compact, mechanically stable means for obtaining electrical energy with a greater power density, ie deliverable power per unit volume, can be achieved.
Die obige Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. The above object is achieved by a device for obtaining electrical energy according to claim 1. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Die vorschlagsgemäße Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie weist vorzugsweise einen flächigen, biegbaren Träger auf. The proposed device for obtaining electrical energy preferably has a flat, bendable carrier.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie einen Träger auf, der mindestens zwei piezoelektrische Elemente aufweist, die dazu ausgebildet sind, bei Verformung des Trägers eine elektrische Spannung hervorzurufen. Ferner weist die Einrichtung eine seismischen Masse auf, die derart angeordnet und ausbildet ist, dass durch Beschleunigung der Einrichtung die seismische Masse auf den Träger wirkt, wodurch der Trä- ger zumindest abschnittsweise S-förmig verformbar ist, sodass sich ein Wendepunkt in seiner Biegelinie bildet, und wobei durch die S-förmige Verformung des Trägers die piezoelektrischen Elemente verformt werden, wodurch die elektrische Spannung hervorgerufen wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Träger an mindestens einem Ende eingespannt ist, wodurch die S- förmige Verformung des Trägers ermöglicht wird. According to a first aspect of the present invention, an electrical energy source comprises a support having at least two piezoelectric elements adapted to generate an electrical voltage upon deformation of the support. Furthermore, the device has a seismic mass, which is arranged and formed in such a way that the seismic mass acts on the carrier by accelerating the device, whereby the carrier is S-shaped deformable at least in sections, so that a turning point forms in its bending line and wherein the S-shaped deformation of the carrier deforms the piezoelectric elements, thereby causing the electrical voltage. According to a further aspect of the present invention it can be provided that the carrier is clamped at at least one end, whereby the S-shaped deformation of the carrier is made possible.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei piezoelektrischen Elemente auf derselben Seite des Trägers benachbart und/oder zumindest im Wesentlichen auf unterschiedlichen Seiten des Wendepunkts angeordnet sind, vorzugsweise sodass diese durch die S- förmige Verformung des Trägers in gegensätzlicher Weise mechanisch verformt werden. According to a further aspect of the present invention, it can be provided that the at least two piezoelectric elements are arranged on the same side of the carrier adjacent and / or at least substantially on different sides of the inflection point, preferably by contrasting them by the S-shaped deformation of the carrier Be mechanically deformed way.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei piezoelektrischen Elemente dazu ausgebildet und derart angeordnet sind, dass sie bei der S-förmigen Verformung des Trägers in gegen- sätzlicher Weise verformt werden und elektrische Spannungen mit demselben Vorzeichen erzeugen, im Folgenden Paar piezoelektrischer Elemente genannt. According to a further aspect of the present invention, it can be provided that the at least two piezoelectric elements are formed and arranged such that they are in the S-shaped deformation of the carrier in opposite additionally deformed and generate electrical voltages with the same sign, hereinafter called pair of piezoelectric elements.
Gemäß einem weiteren Aspket der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Träger mindestens zwei Paare piezoelektrischer Elemente aufweist, die auf unterschiedlichen Seiten, insbesondere Flachseiten, des Trägers angeordnet sind. According to another aspect of the present invention, it can be provided that the carrier has at least two pairs of piezoelectric elements which are arranged on different sides, in particular flat sides, of the carrier.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Paare piezoelektrischer Elemente derart angeordnet und ausgebildet sind, dass durch die S-förmige Verformung des Trägers elektrische Spannungen mit demselben Vorzeichen erzeugbar sind. According to a further aspect of the present invention, it can be provided that the pairs of piezoelectric elements are arranged and configured such that electrical voltages with the same sign can be generated by the S-shaped deformation of the carrier.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Träger doppelt-S-förmig verformbar ist, sodass sich zwei Wendepunkte in seiner Biegelinie bilden, vorzugsweise wobei mindestens zwei Paare piezoelektrischer Elemente auf derselben Flachseite des Trägers angeordnet und insbesondere derart angeordnet und ausgebildet sind, dass durch die doppelt-S-förmige Verformung des Trägers elektrische Spannungen mit demselben Vorzeichen erzeug- bar sind. According to a further aspect of the present invention can be provided that the carrier is double-S-shaped deformable, so that two inflection points form in its bending line, preferably wherein at least two pairs of piezoelectric elements arranged on the same flat side of the carrier and in particular arranged and formed are that by the double-S-shaped deformation of the carrier voltages are generated with the same sign.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeweils ein Paar piezoelektrischer Elemente auf unterschiedlichen Seiten der seismischen Masse angeordnet sind, und/oder dass jeweils zwei Paare piezoe- lektrischer Elemente auf unterschiedlichen Seiten des Trägers angeordnet sind, vorzugsweise sodass bei doppelt-S-förimiger Verformung des Trägers an den piezoelektrischen Elementen elektrische Spannungen mit demselben Vorzeichen erzeugbar sind. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die seismische Masse mit dem Träger und den piezoelektrischen Elementen ein Feder-Masse-System bildet, das vorzugsweise eine Resonanzfrequenz aufweist, die mehr als 10 Hz, vorzugsweise mehr als 25 Hz, insbesondere mehr als 35 Hz und/oder weniger als 150 Hz, vorzugsweise weniger als 100 Hz, insbesondere weniger als 75 Hz beträgt. According to a further aspect of the present invention it can be provided that in each case a pair of piezoelectric elements are arranged on different sides of the seismic mass, and / or that in each case two pairs of piezoelectric elements are arranged on different sides of the carrier, preferably so that at double S-shaped deformation of the carrier to the piezoelectric elements electrical voltages are generated with the same sign. According to a further aspect of the present invention it can be provided that the seismic mass forms with the carrier and the piezoelectric elements a spring-mass system, which preferably has a resonance frequency which is more than 10 Hz, preferably more than 25 Hz, in particular more than 35 Hz and / or less than 150 Hz, preferably less than 100 Hz, in particular less than 75 Hz.
Ein weiterer, auch unabhängig realisierbarer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit mindestens zwei Einrichtungen nach einem der voranste- henden Aspekte, deren Träger derart miteinander verkoppelt sind, dass diese ein gemeinsames Feder-Masse-System bilden, das vorzugsweise eine Resonanzfrequenz aufweist, die mehr als 10 Hz, vorzugsweise mehr als 25 Hz, insbesondere mehr als 35 Hz und/oder weniger als 150 Hz, vorzugsweise weniger als 100 Hz, insbesondere weniger als 75 Hz beträgt. A further, independently realizable aspect of the present invention relates to a device with at least two devices according to one of the preceding henden aspects whose carriers are coupled together so that they form a common spring-mass system, which preferably has a resonant frequency which is more than 10 Hz, preferably more than 25 Hz, in particular more than 35 Hz and / or less than 150 Hz, preferably less than 100 Hz, in particular less than 75 Hz.
Ein Träger im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ein flächiges, streifenförmiges, körperliches Gebilde sein, das zumindest soweit elastisch ist, dass es bis zu einem gewissen Grad zerstörungsfrei verformbar ist. Vorzugsweise ist der Träger mindestens derart verformbar, dass ein piezoelektrisches Element durch die Trägerverformung verspannt werden kann, sodass elektrische Spannung erzeugt wird. Durch Verformung, beispielsweise aufgrund der Wirkung einer seismischen Masse, kann das Trägermaterial gebogen werden, wobei sich eine Biegelinie w(x) bildet. Als Trägermaterial kommt Standard-Platinenmaterial wie FR4 in Frage. Bevorzugt ist jedoch Federstahl wegen seiner wesentliche größeren mechanischen Stabilität und Beständigkeit. Alternativ oder zusätzlich können auch andere bevorzugt elastische bzw. flexible Materialien verwendet werden. Insbesondere kann der Träger auch aus piezoelektrischem Material gebildet sein oder solches aufweisen. A carrier in the sense of the present invention may be a flat, strip-shaped, physical structure that is at least as elastic that it can be deformed non-destructively to a certain extent. Preferably, the carrier is at least deformable such that a piezoelectric element can be clamped by the carrier deformation, so that electrical voltage is generated. By deformation, for example, due to the action of a seismic mass, the support material can be bent, forming a bending line w (x). The carrier material is standard board material such as FR4 in question. However, spring steel is preferred because of its significantly greater mechanical stability and durability. Alternatively or additionally, other preferably elastic or flexible materials may be used. In particular, the carrier may also be formed of piezoelectric material or have such.
Der Träger weist vorzugsweise mindestens zwei unabhängige piezoelektrische Elemente auf. Piezoelektrische Elemente im Sinne der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt Körper oder körperliche Anordnungen, die piezoelektrisches Material aufweisen oder aus solchem gebildet sind. Insbesondere kann es sich um stift- o- der quarderförmiges, besonders bevorzugt jedoch plattenförmiges, insbesondere länglich ausgebildetes, plattenförmiges piezoelektrisch aktives Material handeln. Auch hier sind die möglichen Geometrien nicht beschränkt. Es ist jedoch bevorzugt, dass das piezoelektrische Material mindestens eine Flachseite aufweist und/oder dass das piezoelektrische Material, bevorzugt an der Flachseite, zum Ein- leiten einer mechanischen Spannung, insbesondere durch den Träger, zur Erzeugung elektrischer Energie ausgebildet ist. The carrier preferably has at least two independent piezoelectric elements. Piezoelectric elements in the context of the present invention are preferably body or physical arrangements which comprise or are formed from piezoelectric material. In particular, it may be a pin-shaped or quarter-shaped, particularly preferably plate-shaped, in particular oblong, plate-shaped piezoelectrically active material. Again, the possible geometries are not limited. However, it is preferred that the piezoelectric material has at least one flat side and / or that the piezoelectric material, preferably on the flat side, for introducing a mechanical stress, in particular by the carrier, is designed for generating electrical energy.
Piezoelektrische Elemente im Sinne der vorliegenden Erfindung haben bevorzugt mindestens zwei Elektroden, um durch Verformung hervorgerufene Oberflächenla- düngen abführen zu können. Solche elektrisch leitenden Elektroden können auf unterschiedlichen bzw. gegenüberliegenden Flachseiten des piezoelektrischen Elements angeordnet bzw. mit diesem verbunden sein. Beispielsweise sind metallische Materialen aufgedampft, aufgespürter! oder auf andere Weise in unmittelba- rem Kontakt mit dem piezoelektrischen Material und bilden hierdurch einen oder mehrere Elektroden. Es ist auch möglich, dass drei oder mehr Elektroden an dem piezoelektrischen Element angeordnet, auf diesem aufgebracht oder durch dieses gebildet sind. Piezoelectric elements in the sense of the present invention preferably have at least two electrodes in order to be able to dissipate surface charges caused by deformation. Such electrically conductive electrodes may be arranged on or opposite to different flat sides of the piezoelectric element. For example, metallic materials are evaporated, tracked! or otherwise in immediate Rem contact with the piezoelectric material and thereby form one or more electrodes. It is also possible that three or more electrodes are arranged on, applied to or formed by the piezoelectric element.
Im Folgenden wird zwischen der Polarität eine piezoelektrischen Elements und seinen Elektroden oder auch Polen differenziert. Die Polarität eines piezoelektrischen Elements im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Eigenschaft des aus piezoelektrischen Material gebildeten Elements, durch eine bestimmte Verformung eine elektrische Potentialdifferenz bzw. elektrische Spannung in eine bestimmte Richtung zwischen den Elektroden zu erzeugen. Piezoelektrische Elemente gegensätzlicher Polarität sind im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzugsweise solche piezoelektrischen Elemente, die bei gleichförmiger Verformung an ihren Elektroden Spannungen unterschiedlicher Vorzeichen, vorzugsweise gegensätzliche Span- nungen, erzeugen. Es ist möglich, dass piezoelektrische Elemente gegensätzlicher Polarität im Sinne der vorliegenden Erfindung lediglich gedreht, bevorzugt um 180 Grad gedreht oder gewendet, mit unterschiedlicher Ausrichtung der Materialstruktur oder des Kristallgitters o.dgl. ausgeführt sind. Im einfachsten Fall können also durch gewendete Anordnung unterschiedliche Polaritäten von piezoelektrischen Elementen erreicht werden. Es ist alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass unterschiedliche Materialen und/oder Formen bzw. Geometrien verwendet werden. In the following, a differentiation is made between the polarity of a piezoelectric element and its electrodes or also poles. The polarity of a piezoelectric element in the sense of the present invention is a property of the element formed of piezoelectric material, to generate an electrical potential difference or voltage in a certain direction between the electrodes by a certain deformation. For the purposes of the present invention, piezoelectric elements of opposite polarity are preferably those piezoelectric elements which, when deformed uniformly at their electrodes, generate voltages of different signs, preferably opposing voltages. It is possible that piezoelectric elements of opposite polarity in the context of the present invention merely rotated, preferably rotated or turned by 180 degrees, with different orientation of the material structure or the crystal lattice or the like. are executed. In the simplest case, therefore, different polarities of piezoelectric elements can be achieved by turning the arrangement. It is alternatively or additionally also possible that different materials and / or shapes or geometries are used.
Die piezoelektrischen Elemente sind vorzugsweise derart mit dem Träger verbunden, dass eine Biegung des Träger zu einer mechanischen Verspannung der pie- zoelektrischen Elemente führt, wodurch an den piezoelektrischen Elementen elektrische Spannungen hervorgerufen werden. Es kann also insbesondere vorgesehen sein, das die piezoelektrischen Elemente auf dem Träger aufgebracht, an diesem angeklebt oder auf sonstige Weise mit diesem so verbunden sind, dass eine Biegung des Trägers auf die piezoelektrischen Elemente übertragbar ist. Hierdurch können die piezoelektrischen Elemente insgesamt komprimiert oder auseinander gezogen oder auf sonstige Weise zur Spannungserzeugung verspannt werden werden, insbesondere aber auf einer dem Träger zugewandten Seite geringer als auf einer dem Träger abgewandten Seite des piezoelektrischen Elements. Hierdurch lassen sich die Zug- bzw. Druckverspannungen des piezoelektrischen Mate- rials erzeugen, die über dielektrische Verschiebung der Oberflächenladung zur Erzeugung der elektrischen Spannung führt. In einer Variante könne die piezoelektrischen Elemente den Träger zumindest teilweise oder komplett bilden. Der Träger kann also aus piezoelektrisch aktivem Material bestehen oder solches aufweisen. Die Oberflächenladungen können mit den mindestens zwei an dem piezoelektrischen Material angeordneten, vorzugsweise mit diesem in unmittelbarem elektrischen Kontakt stehenden, Elektroden abgegriffen und somit die elektrische Energie nutzbar gemacht werden. Hierzu können die Elektroden mit einem Verbraucher verbunden werden. The piezoelectric elements are preferably connected to the carrier in such a way that a bending of the carrier leads to a mechanical strain of the piezoelectric elements, whereby electrical voltages are caused on the piezoelectric elements. It may therefore be provided in particular that the piezoelectric elements are applied to the carrier, glued thereto or otherwise connected to it so that a bending of the carrier is transferable to the piezoelectric elements. As a result, the piezoelectric elements can be compressed or pulled apart or otherwise clamped to generate voltage, but in particular on a side facing the carrier less than on a side facing away from the carrier of the piezoelectric element. In this way, the tensile or compressive stresses of the piezoelectric material can be generated, which leads via dielectric displacement of the surface charge to generate the electrical voltage. In a variant, the piezoelectric elements could at least partially or completely form the carrier. The carrier may therefore consist of piezoelectrically active material or have such. The surface charges can be tapped with the at least two electrodes arranged on the piezoelectric material, preferably in direct electrical contact therewith, and thus the electrical energy can be utilized. For this purpose, the electrodes can be connected to a consumer.
Vorschlagsgemäß weist der Träger eine seismische Masse auf, die derart angeordnet ist, dass deren Trägheit bei Beschleunigung der Einrichtung zu einer, vor- zugsweise reversiblen, Verbiegung oder Verformung des Trägers führt. Hierbei kann die seismische Masse als beliebige Masse und/oder als Gewicht ausgebildet sein, dass an dem Träger befestigt oder durch den Träger und/oder die piezoelektrischen Elemente gebildet ist. Es sind aber auch alternative Möglichkeiten vorstellbar, eine seismische Masse zu realisieren. Insbesondere zeichnet sich die seismische Masse dadurch aus, dass bei Beschleunigung des Systems, also der Einrichtung, seine Trägheit wirkt bzw. genutzt wird. Es ist bevorzugt, dass die seismische Masse ausreichend Trägheit aufweist um eine signifikante Verbiegung des Trägers bei Beschleunigung der Einrichtung zu ermöglichen, beispielsweise wenn die Einrichtungen Bewegungen eines Kraftfahrzeugs ausgesetzt ist. Bei- spielsweise können der Träger und/oder die piezoelektrischen Elemente selbst die seismische Masse zumindest teilweise bilden oder aufweisen. Im Folgenden wird der Begriff "seismische Masse" nicht nur für ein Gewicht verwendet, sondern vorzugsweise auch für deren Schwerpunkt oder Angriffspunkt bezogen auf den Träger. Ein eine "seismische Masse" bildendes Gewicht kann also im Sinne der vorlie- genden Erfindung auch eine auch relative große Ausdehnung haben. Soweit von einer Position einer Seismischen Masse die Rede ist, kann daher auch der Masseschwerpunkt des Gewichts oder der Angriffspunkt für ein Gewicht an dem Träger gemeint sein. Wenn eine seismische Masse an einer bestimmten Stelle vorgesehen ist, dann ist vorzugsweise kein punktförmiges Gewicht sondern eine Wirkung an dieser Stelle, sei es in Form eines Angriffspunkts oder Schwerpunkts, gemeint. According to the proposal, the carrier has a seismic mass which is arranged such that its inertia leads to a preferably reversible, bending or deformation of the carrier when the device is accelerated. Here, the seismic mass may be formed as any mass and / or as a weight that is attached to the carrier or formed by the carrier and / or the piezoelectric elements. But there are also alternative ways conceivable to realize a seismic mass. In particular, the seismic mass is characterized in that when accelerating the system, so the device, its inertia acts or is used. It is preferred that the seismic mass has sufficient inertia to permit significant flexing of the beam upon acceleration of the device, for example when the device is subject to movement of a motor vehicle. For example, the carrier and / or the piezoelectric elements themselves may at least partially form or have the seismic mass. In the following, the term "seismic mass" is used not only for a weight, but preferably also for its center of gravity or point of application with respect to the carrier. A weight forming a "seismic mass" can therefore also have a relatively large extent in the sense of the present invention. As far as a position of a seismic mass is concerned, therefore, the center of mass of the weight or the point of application for a weight on the carrier may be meant. If a seismic mass is provided at a certain location, then preferably no punctiform weight is meant, but an action at that location, be it in the form of an attack point or a center of gravity.
Die Einrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass durch Einspannen des Trägers an mindestens einer Kante eine Verformung des Trägers durch die seismische Masse ermöglicht wird, die im Schnitt quer zur Trägerfläche und quer zur ein- gespannten Kante zumindest in einem Abschnitt des Trägers zu einem S-förmigen Verlauf des Trägers führt. Ein S-förmiger Verlauf des Trägers im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Biegelinie, die einen Wendepunkt aufweist. Der eingespannte Träger ist also zuerst in eine bestimmte Richtung gebogen und im weiteren Verlauf ändert sich die Biegerichtung, vorzugsweise in die entgegengesetzte Richtung. Hierdurch kann sich ein Verlauf des Trägers bilden, der aneinander angrenzende, gegensätzlich gekrümmte Abschnitte aufweist, ähnlich einem "S". Hierbei ist die S-form bevorzugt nicht auf eine exakte Reihenfolge der Krümmungen festgelegt. Die Form kann also auch einem gedrehten und/oder gespiegelten "S" entsprechen. Ein S-förmiger Verlauf des Trägers muss nicht immer vorliegen. Besonders bevorzugt führt die Seismische Masse dazu, dass der Verlauf von einer S-Form über eine Gerade oder gestreckte Form in eine gespiegelte oder invertierte S-Form überführbar ist und umgekehrt. Entsprechendes gilt für eine doppelte S-Form. Eine doppelte-S-Form weist vorzugsweise mindestens drei anei- nandergesetzte Bogenlinien unterschiedlicher Biegerichtung besteht, vorzugsweise wodurch mindestens zwei Wendepunkte gebildet werden. Es handelt sich also bevorzugt um zwei spiegelbildlich aneinandergesetzte S-Formen. Der Begriff "Einspannen" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise so zu verstehen, dass eine Befestigung des Trägers derart erfolgt, dass dieser an der Befestigungsstelle zumindest im wesentlichen gegen Rotation und Kippen gesichert ist. Das Einspannen im Sinne der vorliegenden Erfindung ist also insbesondere nicht darauf beschränkt, dass der Träger zwischen Spannbacken o. dgl. einge- zwungen oder eingeklemmt ist, auch wenn dies eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. Der Träger kann beispielsweise auch eingeklebt, angeschweißt oder gemeinsam mit einem den Träger einspannenden Element gebildet sein, wobei die Einspannung nicht unbedingt mit einem Klemmvorgang o. dgl. einhergeht. Es handelt sich also bevorzugt um eine Einspannung im mechani- sehen bzw. statischen Sinn. An der Einspannung ist vorzugsweise die Randbedingung für die Biegelinie W(x) des Trägers, die sich z.B. durch Verformung mit der seismischen Masse ändern kann, W = 0 und W = 0 (die Biegelinie und deren erste Ableitung sind Null), im bevorzugten Fall einer unverschiebbaren Einspannung zusätzlich U' = 0 (die Einspannung ist also unverschieblich, was nicht zwingend der Fall sein muss). The device is preferably designed in such a way that, by clamping the carrier on at least one edge, a deformation of the carrier by the seismic mass is possible, which in cross section to the carrier surface and transversely to the clamped edge at least in a section of the carrier to an S shaped course of the carrier leads. An S-shaped course of the carrier in the context of the present invention is preferably a bending line having a turning point. The clamped carrier is thus first bent in a certain direction and in the further course, the bending direction changes, preferably in the opposite direction. As a result, a profile of the carrier can form, which has adjoining, oppositely curved sections, similar to an "S". Here, the S-shape is preferably not set to an exact order of the curvatures. The shape can thus also correspond to a rotated and / or mirrored "S". An S-shaped course of the carrier does not always have to be present. Particularly preferably, the seismic mass leads to the fact that the course of an S-shape over a straight line or elongated shape in a mirrored or inverted S-shape can be converted, and vice versa. The same applies to a double S-shape. A double S-shape preferably has at least three adjoining arc lines of different bending direction, preferably whereby at least two inflection points are formed. It is thus preferably two mirror-image juxtaposed S-forms. The term "clamping" in the sense of the present invention is preferably to be understood that an attachment of the carrier takes place such that it is secured at the attachment point at least substantially against rotation and tilting. The clamping in the sense of the present invention is therefore not limited in particular to the fact that the carrier is clamped or clamped between clamping jaws or the like, even if this constitutes a possible embodiment of the present invention. The carrier may for example also be glued, welded or formed together with a carrier spanning element, wherein the clamping is not necessarily associated with a clamping operation o. The like. It is thus preferably a clamping in the mechanical or static sense. Preferably, at the chuck, the boundary condition for the beamline W (x) of the beam, which may vary, for example, by deformation with the seismic mass, W = 0 and W = 0 (the bendline and its first derivative are zero), in the preferred case an immovable clamping additionally U '= 0 (the clamping is thus immovable, which does not necessarily have to be the case).
Vorschlagsgemäß ist das System aus eingespannten Träger und seismischer Masse derart ausgebildet, dass bei Beschleunigung der Einrichtung durch die Trägheit der Masse eine Kraft auf den Träger wirkt und dieser hierdurch verformt wird. An- ders als bei einfachen, einseitig eingespannten Biegebalken, ergibt sich gemäß der vorliegenden Erfindung hierdurch jedoch keine kontinuierliche, stetige Biegelinie, sondern ein S-förmiger Verlauf im Querschnitt, insbesondere senkrecht, zur Einspannung des Trägers. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, die im Folgenden noch detaillierter diskutiert wird, ist der Träger zur Bildung des S- förmigen Verlaufs auf gegenüberliegenden Seiten eingespannt, wobei sich die seismische Masse oder deren Schwerpunkt oder Angriffspunkt zumindest im Wesentlichen mittig zwischen den Einspannungen an dem Träger befinden kann. Es sind aber auch andere Formen der Realisierung möglich, beispielsweise ein einfaches Auflager auf der der Einspannung abgewandten Seite der seismischen Masse o. dgl. According to the proposed system of clamped carrier and seismic mass is designed such that upon acceleration of the device by the inertia of the mass, a force acts on the carrier and this is thereby deformed. Contrary to simple cantilever beams, according to the present invention, however, this does not result in a continuous, continuous bending line, but in an S-shaped profile in cross-section, in particular perpendicularly, for clamping the carrier. In a particularly preferred embodiment, in the As will be discussed in more detail below, the carrier is clamped on opposite sides to form the S-shaped profile, wherein the seismic mass or its center of gravity or point of application may be at least substantially midway between the clamps on the carrier. But there are also other forms of implementation possible, for example, a simple support on the side facing away from the clamping side of the seismic mass o. The like.
Weiter ist vorgesehen, dass die piezoelektrischen Elemente auf derselben Flach- seite des Träger beabstandet voneinander angeordnet sind. Die zumindest zwei unterschiedlichen piezoelektrischen Elemente liegen also vorzugsweise berührungsfrei bzw. beabstandet nebeneinander. Die piezoelektrischen Elemente können derart angeordnet und mit dem Träger verbunden sein, dass durch die S- förmige Verformung unterschiedliche, vorzugsweise gegensätzliche, mechanische Spannungen an den piezoelektrischen Elementen hervorrufbar sind. It is further provided that the piezoelectric elements are arranged on the same flat side of the carrier spaced from each other. The at least two different piezoelectric elements are therefore preferably non-contact or spaced apart from each other. The piezoelectric elements may be arranged and connected to the carrier in such a way that different, preferably opposing, mechanical stresses on the piezoelectric elements can be produced by the S-shaped deformation.
Ferner ist bevorzugt, dass mindestens eines der piezoelektrischen Elemente auf dem Träger zwischen der Einspannung und der seismischen Masse angeordnet ist. Insbesondere sind zumindest zwei piezoelektrische Elemente hintereinander zwi- sehen der Einspannung und der seismischen Masse angeordnet. Ferner ist bevorzugt, das ein Wendepunkt zwischen der Einspannung und der seismischen Masse liegt. Die S-Form wird also bevorzugt zwischen Einspannung und seismischer Masse durch den Träger gebildet, insbesondere wenn die seismische Masse Kraft auf den Träger ausübt. Furthermore, it is preferred that at least one of the piezoelectric elements is arranged on the carrier between the clamping and the seismic mass. In particular, at least two piezoelectric elements are arranged behind one another between the clamping and the seismic mass. It is further preferred that this is a point of inflection between the restraint and the seismic mass. The S-shape is thus preferably formed between clamping and seismic mass by the carrier, in particular when the seismic mass exerts force on the carrier.
Wenn durch die Kraft der seismischen Masse der Träger S-förmig verformt wird, ergibt sich im Verlauf des Trägers ein Wendepunkt, bei einem bevorzugten streifenförmigen Träger folglich eine Wendelinie oder -ebene quer zur Längserstreckung des Trägers. Folglich wird der Träger auf derselben Seite der Flachseite zwischen der Einspannung und dem Wendepunkt konkav und auf der Einspannung abgewandten Seite des Wendepunkts konvex verformt, oder umgekehrt. Dies kann dazu genutzt werden, unterschiedliche, vorzugsweise gegensätzliche, mechanische Spannungen auf die beiden unterschiedlichen piezoelektrischen Elemente auszuüben, sobald der Träger durch die seismische Masse S-förmig verformt wird. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das erste piezoelektrische Element zwischen der Einspannung und dem Wendepunkt und/oder auf der der seismischen Masse abgewandten Seite des Wendepunkts angeordnet ist. Das zweite piezoelektrische Element kann auf der der Einspannung abgewandten Seite und/oder der der seis- mischen Masse zugwandten Seite des Wendepunkts angeordnet sein. Hierdurch kann erreicht werden, dass eines der piezoelektrischen Elemente durch die konkave Verformung des Trägers gestaucht und gleichzeitig das andere piezoelektrische Element durch konvexe Verformung des Trägers gestreckt wird. Es sei nochmals betont, dass es möglich und beabsichtigt ist, dass die S-Form sich durch Wirkung der seismischen Masse ändert und auch invertieren kann. Es ist also möglich, dass insbesondere in einer Ruhelage der Träger keine Krümmung aufweist. Die Position der Wendepunkte ist dann diejenige, wo sich ein Wendepunkt bei infinitesimaler Wirkung der seismischen Masse ergeben würde. If the carrier is deformed in an S-shape by the force of the seismic mass, a point of inflection results in the course of the carrier, and consequently in a preferred strip-shaped carrier a turning line or plane transverse to the longitudinal extent of the carrier. Consequently, the carrier is convexly deformed on the same side of the flat side between the restraint and the inflection point concave and on the side facing away from the instep of the inflection point, or vice versa. This can be used to exert different, preferably opposite, mechanical stresses on the two different piezoelectric elements, as soon as the carrier is deformed by the seismic mass S-shaped. It can be provided that the first piezoelectric element between the clamping and the inflection point and / or on the side facing away from the seismic mass of the inflection point is arranged. The second piezoelectric element may be on the side facing away from the clamping and / or the seismic be arranged mixing mass zugwandten side of the inflection point. Hereby it can be achieved that one of the piezoelectric elements is compressed by the concave deformation of the carrier and at the same time the other piezoelectric element is stretched by convex deformation of the carrier. It should again be emphasized that it is possible and intended that the S-shape may change and also invert by the action of the seismic mass. It is therefore possible that, in particular in a rest position, the carrier has no curvature. The position of the turning points is then the one where a turning point would result with infinitesimal effect of the seismic mass.
Der Träger ist bevorzugt, jedoch nicht zwingend als flacher Streifen vorgesehen. Die Erfindung kann jedoch auch mit einem Träger ausgeführt werden, der einen runden, quadratischen, rechteckigen, dreieckigen, teilkreisförmigen oder noch auf andere Weise geformten Querschnitt hat. Bevorzugt ist jedoch ein streifenförmiges Trägermaterial bzw. ein plattenförmiges Material, insbesondere in dünnes Blech oder eine dünne Platte mit einer rechteckigen Grundfläche und/oder Querschnittsfläche, da sich ein solches als vorteilhaft für eine zuverlässige und günstige Herstellung herausgestellt hat. Beispielsweise beträgt das Verhältnis von Länge und/oder Querschnitt zu Stärke bzw. Dicke des Trägers maximal 1 :10, vorzugswei- se weniger als 1 :20 oder 1 :30, insbesondere 1/50 oder weniger. Beispielsweise beträgt das Verhältnis von Länge zu Querschnitt mehr als 2:1 , vorzugsweise mehr als 3:1 , insbesondere mehr als 4: 1. The carrier is preferred, but not necessarily provided as a flat strip. However, the invention may be practiced with a carrier having a round, square, rectangular, triangular, part-circular, or otherwise shaped cross-section. However, preference is given to a strip-shaped carrier material or a plate-shaped material, in particular in thin sheet metal or a thin plate having a rectangular base area and / or cross-sectional area, since such has proved to be advantageous for reliable and inexpensive production. For example, the ratio of length and / or cross section to thickness or thickness of the carrier is not more than 1:10, preferably less than 1:20 or 1:30, in particular 1/50 or less. For example, the ratio of length to cross section is more than 2: 1, preferably more than 3: 1, in particular more than 4: 1.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei einer gedachten stetigen Biegung des Trägers an den piezoelektrischen Elementen Spannungen mit unterschiedlichen Vorzeichen hervorgerufen werden, im Folgenden unterschiedliche Polarität der piezoelektrischen Elemente genannt. Hierbei wird fiktiv davon ausgegangen, dass der Träger kontinuierlich wie bei einem Biegebalken verformt wird, die beiden piezoelektrischen Elemente also gleichförmig ent- weder beide mit Zug oder beide mit Druck beaufschlagt werden. Die unterschiedliche Polarität der piezoelektrischen Elemente bedeutet in diesem Fall also, dass bei gleichen oder ähnlichen Verformungen zwischen entsprechenden Elektroden oder Polen der piezoelektrischen Elemente Spannungen unterschiedlicher Vorzeichen erzeugt werden. Dadurch, dass durch die S-förmige Verformung des Trägers im Betrieb der Einrichtung unterschiedliche bzw. zumindest im Vorzeichen gegensätzliche mechanische Spannungen an den piezoelektrischen Elementen hervorrufbar sind, können an den piezoelektrischen Elementen elektrische Spannungen mit demselben Vorzeichen erzeugbar sein. Dies ist besonders vorteilhaft, da die piezo- elektrischen Elemente oder deren Elektroden auf der jeweils gleichen Seite zum Betreiben eines Verbrauchers in einem solchen Fall unmittelbar miteinander verbunden werden können. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeweils ein Paar mit jeweils mindestens zwei beabstandet voneinander angeordneten piezoelektrischen Elementen auf unterschiedlichen Flachseiten des Trägers derart angeordnet sind, sodass bei der S-förmigen Verformung des Trägers gegensätzliche mechanische Spannungen an den piezoelektrischen Elementen des jeweiligen Paars erzeugbar sind. According to one aspect of the present invention, provision can be made for voltages with different signs to be produced on the piezoelectric elements during an imaginary continuous bending of the carrier, referred to below as different polarity of the piezoelectric elements. In this case, it is fictitiously assumed that the carrier is deformed continuously as in the case of a bending beam, ie the two piezoelectric elements are uniformly pressurized either both in tension or both. The different polarity of the piezoelectric elements in this case means that with the same or similar deformations between corresponding electrodes or poles of the piezoelectric elements voltages of different signs are generated. Due to the fact that different or at least opposite mechanical stresses on the piezoelectric elements can be caused by the S-shaped deformation of the carrier during operation of the device, electrical voltages with the same sign can be generated on the piezoelectric elements. This is particularly advantageous since the piezoelectric electrical elements or their electrodes can be connected to each other on the same side for operating a consumer in such a case directly with each other. According to a further aspect of the present invention it can be provided that in each case a pair with at least two spaced apart piezoelectric elements are arranged on different flat sides of the carrier so that in the S-shaped deformation of the carrier opposite mechanical stresses on the piezoelectric elements of the respective pairs can be generated.
Es ist also möglich, dass zwischen der Einspannung und dem Wendepunkt bzw. der Wendelinie oder Wendeebene des Trägers auf beiden Flachseiten des Trägers piezoelektrischen Elemente vorgesehen sind. Bei einer Verformung werden zumin- dest teilweise oder im Wesentlichen unmittelbar gegenüberliegende piezoelektrische Elemente in entgegengesetzte Richtungen oder Weisen verspannt. Entsprechendes gilt, wenn auf der der Einspannung abgewandten Seite des Wendepunkts bzw. der Wendelinie oder Wendeebene auf beiden Flachseiten des Trägers piezoelektrisch Elemente angeordnet sind. Insbesondere können also zumindest vier piezoelektrischen Elemente auf dem Träger angeordnet sein, jeweils zwei auf einer der beiden Flachseiten und zwei vor sowie zwei hinter dem Wendepunkt bzw. der Wendelinie oder Wendeebene. Auch in diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass die auf einer Seite befindlichen piezoelektrischen Elemente gegensätzliche Polaritäten aufweisen. Dies führt dazu, dass zumindest die Elektroden bzw. Pole der piezoelektrischen Elemente jeweils auf einer der Flachseiten des Trägers miteinander verbunden werden können. It is thus possible that piezoelectric elements are provided between the clamping and the point of inflection or the turning line or turning plane of the carrier on both flat sides of the carrier. In a deformation, at least partially or essentially directly opposite piezoelectric elements are strained in opposite directions or ways. The same applies if piezoelectric elements are arranged on both sides of the carrier on the side facing away from the clamping point of the inflection point or the inflection line or turning plane. In particular, therefore, at least four piezoelectric elements can be arranged on the carrier, two each on one of the two flat sides and two in front of and two behind the turning point or the turning line or turning plane. Also in this case, it is particularly preferable that the piezoelectric elements located on one side have opposite polarities. As a result, at least the electrodes or poles of the piezoelectric elements can each be connected to one another on one of the flat sides of the carrier.
Gemäß einer ersten ganz besonders bevorzugten Ausführungsform sind die auf der jeweiligen Flachseite des Träger benachbarten piezoelektrischen Elemente un- terschiedlicher bzw. gegensätzlicher Polarität, die sich in Bezug auf die Trägerfläche oder Trägerebene gegenüberliegenden jedoch derselben Polarität. In diesem Fall wird bei S-förmiger Verformung des Trägers durch alle piezoelektrischen Elemente der jeweiligen Seite eine Spannung mit demselben Vorzeichen erzeugt. Somit ist es möglich, die Pole bzw. Elektroden der piezoelektrischen Elemente mit- einander elektrisch verbunden zu verwenden. Hierdurch werden in vorteilhafter Weise ein unkomplizierter, robuster und kostengünstiger Aufbau ermöglicht. Gemäß einer zweiten ganz besonders bevorzugten Ausführungsform sind die auf der jeweiligen Flachseite des Träger benachbarten piezoelektrischen Elemente unterschiedlicher bzw. gegensätzlicher Polarität, und die sich in Bezug auf die Trägerfläche oder Trägerebene zumindest im Wesentlichen gegenüberliegenden sind ebenfalls unterschiedlicher bzw. gegensätzlicher Polarität. In diesem Fall wird bei S-förmiger Verformung des Trägers durch alle piezoelektrischen Elemente eine Spannung mit demselben Vorzeichen erzeugt. Somit ist es möglich, die Pole bzw. Elektroden der piezoelektrischen Elemente miteinander elektrisch verbunden zu verwenden. Hierdurch werden in vorteilhafter Weise ein unkomplizierter, robuster und kostengünstiger Aufbau ermöglicht. According to a first very particularly preferred embodiment, the piezoelectric elements adjacent to the respective flat side of the carrier are of different or opposite polarity, but the opposite polarity with respect to the carrier surface or carrier plane. In this case, with S-shaped deformation of the carrier by all the piezoelectric elements of the respective side, a voltage of the same sign is generated. Thus, it is possible to use the poles or electrodes of the piezoelectric elements electrically connected to each other. As a result, an uncomplicated, robust and cost-effective design are made possible in an advantageous manner. According to a second very particularly preferred embodiment, the piezoelectric elements adjacent to the respective flat side of the carrier are of different or opposite polarity, and which are at least substantially opposite with respect to the carrier surface or carrier plane are also of different or opposite polarity. In this case, with S-shaped deformation of the carrier by all the piezoelectric elements, a voltage of the same sign is generated. Thus, it is possible to use the poles or electrodes of the piezoelectric elements electrically connected to each other. As a result, an uncomplicated, robust and cost-effective design are made possible in an advantageous manner.
Generell kann vorgesehen sein, dass der Träger elektrisch leitend oder elektrisch leitend beschichtet ist, so dass der Träger jeweils einen der Pole bzw. eine Elektrode jedes einzelnen der piezoelektrischen Elemente miteinander verbindet. Alterna- tiv oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, dass der Träger nur die piezoelektrischen Elemente auf einer der beiden Flachseiten jeweils miteinander elektrisch verbindet. Ferner ist es möglich, dass der Träger zwar von allen piezoelektrischen Elementen, die auf diesem angeordnet sind, jeweils einen Pol bzw. eine Elektrode miteinander verbindet, selbst aber nicht zum Anschluss dient. Stattdessen kann es möglich sein, dass der Träger die piezoelektrischen Elemente auf einer der Flachseiten des Trägers mit denen auf der gegenüberliegenden Flachseite des Trägers elektrisch zu einer Reihenschaltung verbindet. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass jeweils in Bezug auf die Trägerebene zumindest im Wesentlichen gegenüberliegenden Elemente dieselbe Polarität aufweisen. Dies führt dazu, dass auf der sel- ben Flachseite benachbarte piezoelektrische Elemente zwar nach wie vor durch unterschiedliche Polaritäten die Spannungen mit demselben Vorzeichen erzeugen, die Vorzeichen der auf den unterschiedlichen Flachseiten erzeugten Spannungen sind jedoch gegensätzlich sind. Hierdurch kann ermöglicht werden, zwischen den jeweils nicht mit dem elektrischen Träger verbundenen Polen bzw. Elektroden der piezoelektrischen Elemente auf den unterschiedlichen Flachseiten aufgrund der Serienschaltung eine doppelte Spannung zu erzeugen. Die piezoelektrischen Elemente der jeweiligen Flachseiten sind also mit einem Pol bzw. einer Elektrode durch den Träger miteinander verbunden und zwischen den jeweils anderen Polen bzw. Elektroden der piezoelektrischen Elemente der unterschiedlichen Flachseiten kann die Spannung abgenommen werden. Die piezoelektrischen Elemente der jeweiligen Flachseiten können auch hier pro Flachseite untereinander elektrisch verbunden sein. Die Spannung kann dann zwischen einem ersten, durch verbundene piezoelektrische Elemente einer ersten Flachseite gebildeten Pol und einem zwei- ten, durch verbundene piezoelektrische Elemente einer gegenüberliegenden, zweiten Flachseite gebildeten Pol abgegriffen werden. In general, it can be provided that the carrier is coated in an electrically conductive or electrically conductive manner, so that the carrier in each case connects one of the poles or an electrode of each individual one of the piezoelectric elements to one another. Alternatively or additionally, however, it is also possible for the carrier to electrically connect only the piezoelectric elements on one of the two flat sides to one another. Further, it is possible that the carrier of each of the piezoelectric elements which are arranged on this, in each case a pole or an electrode connects to each other, but not itself serves for connection. Instead, it may be possible that the carrier electrically connects the piezoelectric elements on one of the flat sides of the carrier with those on the opposite flat side of the carrier to a series circuit. In this case it is preferred that in each case with respect to the carrier plane at least substantially opposite elements have the same polarity. As a result, adjacent piezoelectric elements on the same flat side still generate voltages with the same sign due to different polarities, but the signs of the voltages generated on the different flat sides are contradictory. This makes it possible to generate a double voltage between the respectively not connected to the electrical carrier poles or electrodes of the piezoelectric elements on the different flat sides due to the series connection. The piezoelectric elements of the respective flat sides are thus connected to one another by a pole or an electrode through the carrier, and the voltage can be removed between the respective other poles or electrodes of the piezoelectric elements of the different flat sides. The piezoelectric elements of the respective flat sides can also be electrically connected to one another here per flat side. The voltage can then be between a first pole formed by connected piezoelectric elements of a first flat side and a second th, are tapped by connected piezoelectric elements of an opposite, second flat side formed pole.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeweils ein Paar mit jeweils mindestens zwei beabstandet voneinander angeordneten piezoelektrischen Elementen auf unterschiedlichen Seiten der seismischen Masse oder des Schwerpunkts bzw. Angriffspunkt der seismischen Masse angeordnet sind. Ferner kann der Träger durch die seismische Masse auf unterschiedlichen Seiten dieser seismischen Maße oder des Schwerpunkts der seismi- sehen Masse jeweils S-förmig verformbar oder insgesamt doppelt-S-förmig verformbar sein. Hierdurch ist es möglich, die piezoelektrischen Elemente des jeweiligen Paars jeweils gegensätzlich mechanisch zu Verspannen. Es ist optional möglich, dass zwei Paare piezoelektrischer Elemente ein gemeinsames piezoelektrisches Element haben, die zwei Paare also aus insgesamt drei piezoelektrischen Elementen zusammengesetzt sind. According to a further aspect of the present invention, provision can be made for a pair each having at least two piezoelectric elements arranged at a distance from one another to be arranged on different sides of the seismic mass or the center of gravity or point of application of the seismic mass. Furthermore, the carrier can be deformable by the seismic mass on different sides of these seismic dimensions or the center of gravity of the seismic mass in each case in an S-shape or in a double-S-shape overall. As a result, it is possible to mechanically clamp the piezoelectric elements of the respective pair in opposite directions. It is optionally possible that two pairs of piezoelectric elements have a common piezoelectric element, that is, two pairs are composed of a total of three piezoelectric elements.
Beispielsweise kann der Träger beidseitig eingespannt und die seismische Masse zwischen den Einspannungen, insbesondere mittig, angeordnet sein. Dies führt dazu, dass jeweils zwischen der Einspannung und der seismischen Masse ein S- förmiger Verlauf des Trägers durch Verformung mittels der seismischen Masse erreicht werden kann. Vorschlagsgemäß ist es dann möglich, zwischen einer ersten der Einspannungen und der seismischen Masse auf derselben Flachseite zwei piezoelektrische Elemente getrennt voneinander anzuordnen und zwischen der weiteren Einspannung und der seismischen Masse bzw. dem Schwerpunkt dieser eben- falls. Ferner kann vorgesehen sein, dass die piezoelektrischen Elemente des jeweiligen Paars unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Wie bereits zuvor erläutert, kann hierdurch erreicht werden, dass trotz der jeweils unterschiedlichen mechanischen Verspannungen elektrische Spannungen mit demselben Vorzeichen erzeugt werden können. For example, the carrier can be clamped on both sides and the seismic mass between the restraints, in particular in the center. This results in that between the restraint and the seismic mass an S-shaped course of the carrier can be achieved by deformation by means of the seismic mass. According to the proposal, it is then possible to arrange two piezoelectric elements separately between a first one of the clampings and the seismic mass on the same flat side and likewise between the further clamping and the seismic mass or the center of gravity thereof. Furthermore, it can be provided that the piezoelectric elements of the respective pair have different polarities. As already explained above, it can thereby be achieved that, despite the respectively different mechanical stresses, electrical voltages with the same sign can be generated.
Im Fall, dass die Einrichtung dazu ausgebildet ist, dass der Träger unter Einwirkung der seismischen Masse zu beiden Seiten der seismischen Masse jeweils einen S-förmigen Verlauf einnimmt, können also ebenfalls gleiche Vorzeichen der Spannungen erreicht werden. Hierzu ist besonders bevorzugt, dass jeweils die der seismischen Masse oder dem Schwerpunkt der seismischen Masse zugewandten Elemente auf derselben Flachseite gleiche Polaritäten aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass jeweils die der seismischen Masse oder dem Schwerpunkt der seismischen Masse abgewandten piezoelektrischen Elemente auf derselben Flachseite ebenfalls gleiche Polaritäten aufweisen. In the event that the device is designed so that the carrier in each case takes an S-shaped course under the effect of the seismic mass on both sides of the seismic mass, the same sign of the voltages can thus also be achieved. For this purpose, it is particularly preferred that each of the seismic mass or the center of gravity of the seismic mass facing elements on the same flat side have the same polarities. Alternatively or additionally, it is preferred that each of the seismic mass or Focusing the seismic mass facing away from piezoelectric elements on the same flat side also have the same polarities.
Zudem ist bevorzugt, dass jeweils auf gegenüberliegenden Flachseiten piezoelekt- rische Elemente mit gegensätzlichen Polaritäten angeordnet sind. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die nicht mit dem Träger verbundenen Pole oder Elektroden der piezoelektrische Elemente Spannungen in die gleiche Richtung bzw. mit dem gleichen Vorzeichen erzeugen. In einer weiteren Alternative ist es möglich, dass die der seismischen Masse jeweils zugewandten piezoelektrischen Elemente und die der seismischen Masse jeweils abgewandten piezoelektrischen Elemente auf derselben Flachseite unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Dies kann auf die piezoelektrischen Elemente beider Flachseiten zutreffen, die jeweils in Bezug auf den Träger gegenüberliegen- den Positionen der Flachseiten dieselbe Polarität aufweisen können. Dies führt dazu, dass auf den unterschiedlichen Flachseiten Spannungen mit entgegengesetzten Vorzeichen erzeugt werden. In einem solchen Fall kann eine doppelte Spannung zwischen den nicht mit dem Träger verbundenen Polen bzw. Elektroden der piezoelektrischen Elemente der unterschiedlichen Flachseiten abgenommen wer- den. Daher können zumindest die freien, also nicht mit dem Träger verbundenen, Elektroden der piezoelektrischen Elemente der jeweiligen Flachseiten untereinander elektrisch verbunden werden. Dies erleichtert maßgeblich die Konstruktion, den Aufbau und die Haltbarkeit bzw. Zuverlässigkeit der Einrichtung. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die seismische Masse mit dem Träger und dem piezoelektrischen Elementen ein Feder-Masse- System bilden. Dieses ist besonders bevorzugt, da bei Anregung bei der Resonanzfrequenz, besonders bevorzugt der ersten Mode, eine verhältnismäßig starke Schwingung erreicht werden kann. Dies ermöglicht starke Beschleunigungen bzw. Änderungen der Zug- und Druckbelastung der piezoelektrischen Elemente in einer kontinuierlichen oder wiederkehrenden Weise. Es ist besonders bevorzugt, dass eine Resonanzfrequenz des Feder-Masse-Systems erreicht wird, die höher als 10 Hz, vorzugsweise höher als 25 Hz, insbesondere höher als 35 Hz und/oder geringer als 150 Hz, vorzugsweise geringer als 100 Hz, insbesondere geringer als 75 Hz. Bei diesen Frequenzen, insbesondere im Frequenzbereich zwischen 50 und 55 Hz, entstehen Schwingungen und Geräusche bei der Bewegung von Landfahrzeugen wie Pflügen, Lastkraftwagen, Pkws etc. bevorzugt. Wenn das Feder-Masse- System also Resonanzfrequenzen der ersten Mode in diesem Frequenzbereich er- reicht, kann eine optimale Energieumwandlung in den üblichsten Einsatzgebieten gewährleitet werden. In addition, it is preferred that piezoelectric elements with opposite polarities are respectively arranged on opposite flat sides. In this way, it can be achieved that the poles or electrodes, which are not connected to the carrier, of the piezoelectric elements generate voltages in the same direction or with the same sign. In a further alternative, it is possible that the piezoelectric elements respectively facing the seismic mass and the piezoelectric elements facing away from the seismic mass have different polarities on the same flat side. This may apply to the piezoelectric elements of both flat sides, each of which may have the same polarity with respect to the carrier's opposite positions of the flat sides. This leads to voltages of opposite sign being generated on the different flat sides. In such a case, a double voltage between the non-connected to the carrier poles or electrodes of the piezoelectric elements of the different flat sides can be removed. Therefore, at least the free, so not connected to the carrier, electrodes of the piezoelectric elements of the respective flat sides are electrically connected to each other. This significantly facilitates the design, construction and durability or reliability of the device. According to another aspect of the present invention, the seismic mass may form a spring-mass system with the carrier and the piezoelectric element. This is particularly preferred because upon excitation at the resonant frequency, more preferably the first mode, a relatively strong vibration can be achieved. This allows for strong accelerations or changes in the tensile and compressive loading of the piezoelectric elements in a continuous or recurring manner. It is particularly preferred that a resonance frequency of the spring-mass system is achieved which is higher than 10 Hz, preferably higher than 25 Hz, in particular higher than 35 Hz and / or lower than 150 Hz, preferably lower than 100 Hz, in particular lower than 75 Hz. At these frequencies, especially in the frequency range between 50 and 55 Hz, vibrations and noises in the movement of land vehicles such as plows, trucks, cars, etc. are preferred. If the spring-mass system thus resonant frequencies of the first mode in this frequency range ranges, optimal energy conversion can be ensured in the most common application areas.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Träger elektrisch leitend ausgebildet ist, beispielsweise durch eine elektrisch leitende Beschichtung o. dgl., und dass die piezoelektrischen Elemente jeweils mit einem dem Träger zugewandte Pol bzw. einer dem Träger zugewandten Elektrode über den Träger elektrisch miteinander verbunden sind. Ferner ist möglich, dass die dem Träger abgewandten Pole bzw. Elektroden solcher piezoelektri- scher Elemente miteinander elektrisch verbunden sind, die bei einer Verformung des Trägers durch die seismischen Masse gleichförmig verspannt werden. Diese allgemeine Regel lässt auch dann einen Betrieb der Einrichtung zu, wenn die piezoelektrischen Elemente nicht in der zuvor beschriebenen Weise polarisiert sind oder sämtlich dieselbe Polarisation aufweisen. Die zuvor beschriebenen Konfigura- tionen sind aber bevorzugt, da in solchen Fällen der Drahtungsaufwand minimiert, die Verdrahtungskomplexität reduziert und somit die Effizienz, Kosteneffizienz und Zuverlässigkeit verbessert werden können. According to another aspect of the present invention, it can be provided that the carrier is designed to be electrically conductive, for example by an electrically conductive coating or the like, and that the piezoelectric elements each have a pole facing the carrier or an electrode facing the carrier the carrier are electrically connected to each other. It is also possible that the poles or electrodes facing away from the carrier of such piezoelectric elements are electrically connected to one another, which are clamped uniformly in a deformation of the carrier by the seismic mass. This general rule allows operation of the device even when the piezoelectric elements are not polarized in the manner previously described or all have the same polarization. However, the above-described configurations are preferred because in such cases, the overhead of wiring can be minimized, the wiring complexity can be reduced and thus the efficiency, cost-efficiency and reliability can be improved.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein piezoelektrisches Element von auf gegenüberliegenden Flachseiten des Trägers angeordneten Paaren piezoelektrischer Elemente derart angeordnet und ausgebildet ist, dass es beiden piezoelektrischen Elementen des auf der gegenüberliegenden Flachseite des Träges angeordneten Paars piezoelektrischer Elemente gegenüberliegt. Hierbei ist bevorzugt, dass dies nur in einem Bereich vorge- sehen ist, der bei S-förmiger Verformung des Trägers einen Wendepunkt der S- förmigen Krümmung darstellt. According to another aspect of the present invention, it may be provided that a piezoelectric element of pairs of piezoelectric elements arranged on opposite flat sides of the carrier is arranged and arranged such that it faces both piezoelectric elements of the pair of piezoelectric elements arranged on the opposite flat side of the carrier. In this case, it is preferred that this is provided only in a region which, in the case of an S-shaped deformation of the carrier, represents a point of inflection of the S-shaped curvature.
Für die Effizienz der Energiegewinnung ist es vorteilhaft, wenn der Träger eine zumindest im wesentlichen kontinuierliche bzw. gleichmäßige Steifigkeit aufweist. Zwischen zwei auf einer Seite des Trägers benachbarten, ein Paar bildenden piezoelektrischen Elementen ist, dadurch bedingt, dass diese nicht miteinander verbunden sein sollen, ein Bereich des Trägers nicht mit piezoelektrischen Material auf dieser Flachseite belegt. Gleiches gilt vorzugsweise für die gegenüberliegende Flachseite, wenn dort ebenfalls piezoelektrische Elemente angeordnet sind. Für die Effizienz nachteilig hat sich daher eine Konfiguration gezeigt, bei der im Bereich des Wendepunkts der S-förmigen Verformung auf keiner der Flachseiten piezoelektrisches Material vorhanden ist. Dies gilt auch und gerade vor dem Hintergrund, dass im Bereich des Wendepunkts kaum bis keine mechanische Verspannung des piezoelektrischen Elements zu erwarten ist, auf den ersten Blick also die Fortsetzung eines piezoelektrischen Elements im Bereich des Wendepunkts bzw. der Wendelinie des Trägers wenig sinnvoll erscheint. In überraschender Weise hat sich aber herausgestellt, dass, wenn ein piezoelektrisches Element auf einer ersten Flachseite, insbesondere auf der der Einspannung zugewandten Seite des Wendepunkts bzw. der Wendelinie, bis in den Bereich und/oder über den Wendepunkt hinaus weitergebildet wird, und/oder wenn auf der der Einspannung abgewandten Seite des Wendepunkts bzw. der Wendelinie, insbesondere auf einer gegenüberliegenden, zweiten Flachseite des Trägers angeordneten piezoelektrischen Ele- ments bis in den Bereich des Wendepunkts bzw. der Wendelinie fortgesetzt und/oder über diese hinaus weitergeführt wird, die Steifigkeit des gesamten Trägers wesentlich homogener wird und hierdurch die Effizienz der Energiegewinnung maßgeblich verbessert werden kann. Da im Bereich des Wendepunkts kaum mit einer Spannungserzeugung mechanischer sowie elektrischer Art zu rechnen ist bzw. bei überschreiten des Wendepunkts sogar mit einer entgegengesetzten mechanischen sowie elektrischen Spannung zu rechnen ist, ist bevorzugt, dass der eine Elektrode auf der dem Träger abgewandten Seite der jeweiligen piezoelektrischen Elemente in diesem Bereich des oder der Wendepunkte nicht metallisiert oder zumindest lediglich isoliert von den sonstigen Elektroden metallisiert und/oder nicht angeschlossen und/oder mit dem Träger kurzgeschlossen ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Effizienz der Gewinnung elektrischer Energie aufgrund der homogenisierten Steifigkeit des Trägers verbessert wird und diese Verbesserung nicht durch eine mögliche Spannungsreduktion durch Kontaktierung eines Bereichs um den jeweiligen Wendepunkt der S-Form zumindest teilweise wieder zu- nichte gemacht wird. Denn dieser Bereich über den Wendepunkt hinaus kann entgegengesetzt zum Rest des jeweiligen piezoelektrischen Elements verspannt werden und somit die Wirkung bzw. Spannung zumindest teilweise kompensieren. For the efficiency of energy generation, it is advantageous if the carrier has an at least substantially continuous or uniform rigidity. Between two adjacent to one side of the carrier, forming a pair of piezoelectric elements, due to the fact that they should not be connected to each other, a portion of the carrier is not covered with piezoelectric material on this flat side. The same applies preferably to the opposite flat side, if there are also arranged piezoelectric elements. For the efficiency disadvantageous, therefore, has shown a configuration in which in the region of the inflection point of the S-shaped deformation on any of the flat sides piezoelectric material is present. This also and especially against the background that in the area of the inflection point hardly to no mechanical tension of the is expected at first glance, then the continuation of a piezoelectric element in the region of the inflection point or the inflection line of the carrier makes little sense. Surprisingly, however, it has been found that if a piezoelectric element is further developed on a first flat side, in particular on the side of the inflection point or the inflection line facing the clamping, into the region and / or past the inflection point, and / or If, on the side of the inflection point or the inflection line facing away from the clamping, in particular on an opposite, second flat side of the carrier, the piezoelectric element continues into the region of the inflection point or the inflection line and / or continues beyond this, the rigidity the entire carrier is much more homogeneous and thereby the efficiency of energy production can be significantly improved. Since in the region of the point of inflection hardly a voltage generation of mechanical and electrical nature is to be expected or is expected at exceeding the point of inflection even with an opposite mechanical and electrical voltage, it is preferred that the one electrode on the side facing away from the carrier of the respective piezoelectric Elements in this region of the inflection point (s) are not metallized or at least only metallized in isolation from the other electrodes and / or not connected and / or short-circuited to the carrier. It can thereby be achieved that the efficiency of the generation of electrical energy due to the homogenized stiffness of the carrier is improved and this improvement is not at least partially reversed by a possible reduction in stress by contacting a region around the respective inflection point of the S-shape. Because this area beyond the inflection point can be opposite to the rest of the respective piezoelectric element clamped and thus at least partially compensate for the effect or voltage.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, der auch unabhängig realisiert werden kann, betrifft eine Vorrichtung mit zwei vorschlagsgemäßen Einrichtungen zur Gewinnung elektrischer Energie, bei denen die Träger zumindest im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Für die Einrichtungen kann eine gemeinsame seismische Masse vorgesehen sein. Die gemeinsame seismische Masse kann die Vorrichtungen untereinander verbinden oder koppeln. Es versteht sich von selbst, dass auch drei, vier, fünf oder mehr Einrichtungen zur Gewinnung elektrischer Energie gemäß der obigen Beschreibung zumindest im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und mit einer oder mehreren gemeinsamen seismischen Massen betrieben werden können. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die oder können die seismischen Massen dazu verwendet werden, einen Anschlag zur Begrenzung der Auslenkung des Träger oder der Träger zu bilden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass eine seismische Masse, insbesondere zwischen zwei oder mehr Einrichtungen zur Gewinnung elektrischer Energie bzw. zwischen zwei oder mehr Trägern, derart angeordnet ist, dass diese über den oder die jeweiligen Träger hinaus ragen und in diesem bevorzugt seitlich über den Träger hinausragenden Bereich ferner Anschläge zur Begrenzung der Auslenkung des Träger vorgesehen sind. A further aspect of the present invention, which can also be implemented independently, relates to a device with two proposed devices for obtaining electrical energy, in which the carriers are arranged at least substantially parallel to one another. For the facilities, a common seismic mass may be provided. The common seismic mass can interconnect or couple the devices. It goes without saying that three, four, five or more means for obtaining electrical energy according to the above description, at least substantially parallel to each other and can be operated with one or more common seismic masses. According to another aspect of the present invention, the seismic mass or masses may be used to form a stop for limiting the deflection of the carrier or carriers. It can be provided that a seismic mass, in particular between two or more means for obtaining electrical energy or between two or more carriers, is arranged such that they protrude beyond the respective carrier and in this preferably laterally beyond the carrier protruding area further stops are provided to limit the deflection of the carrier.
Weitere Aspekte, Einzelheiten, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie. In der Zeichnung zeigt: Further aspects, details, features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the claims and from the drawings and the following description of preferred embodiments of the inventive device for obtaining electrical energy. In the drawing shows:
Fig. 1 eine schematische Aufsicht einer vorschlagsgemäßen Einrichtung zur Fig. 1 is a schematic plan view of a proposed device for
Gewinnung elektrischer Energie gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;  Obtaining electrical energy according to a first embodiment;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt einer vorschlagsgemäßen Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie im Ruhezustand gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; FIG. 2 shows a schematic cross-section of a device according to the invention for obtaining electrical energy at rest according to the first embodiment; FIG.
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt einer vorschlagsgemäße Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie im durch die seismische Masse ausgelenkten Zustand gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; 3 shows a schematic cross-section of a proposed device for obtaining electrical energy in the state deflected by the seismic mass according to the first embodiment;
Fig. 4 einen Ausschnitt der Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie im ausgelenkten Zustand gemäß Fig. 3; und 4 shows a section of the device for obtaining electrical energy in the deflected state according to FIG. 3; FIG. and
Fig. 5 einen schematischen Querschnitt einer Vorrichtung mit zwei Einrichtungen zur Gewinnung elektrischer Energie. Fig. 5 shows a schematic cross section of a device with two means for obtaining electrical energy.
In der folgenden Beschreibung werden dieselben Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Elemente verwendet, wobei dieselben oder entsprechenden Vorteile und Eigenschaften erreicht werden können, auch wenn von einer wiederholten Beschreibung abgesehen worden ist. In the following description, the same reference numerals are used for the same or similar elements, the same or corresponding advantages and Properties can be achieved, even if a repeated description has been omitted.
Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf eine vorschlagsgemäße Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie 1 mit einem Träger 2. 1 shows a plan view of a proposed device for obtaining electrical energy 1 with a carrier 2.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt gemäß Schnittlinie II-II der vorschlagsgemäßen Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie 1 aus Fig. 1. Der Träger 2 weist mindestens zwei piezoelektrischer Elemente 3A bis 3H auf, die dazu ausgebildet sind, bei mechanischer Verspannung elektrische Spannungen U1 , U2 hervorzurufen. Ferner ist eine seismische Masse 4 vorgesehen, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass bei Beschleunigung der Einrichtung 1 die seismische Masse 4 auf den Träger 2 wirkt. Wie in Fig. 3 veranschaulicht, kann der Träger 2 durch die seismische Masse 4 zumindest abschnittsweise S-förmig verformt werden, wodurch die piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H in gegensätzlicher Weise verspannt werden können. Fig. 3 zeigt in diesem Zusammenhang die vorschlagsgemäße Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie 1 , bei der der Träger 2 durch die seismische Masse 4 ausgelenkt ist. Hierdurch entsteht zumindest in einem Abschnitt 5A und/oder 5B des Trägers 2 ein S-förmiger Verlauf, vorzugsweise ein doppelt-S-förmiger Verlauf über den gesamten Bereich, der die Abschnitte 5A und 5B umfasst. Fig. 2 shows a section along section line II-II of the proposed device for obtaining electrical energy 1 of Fig. 1. The carrier 2 has at least two piezoelectric elements 3A to 3H, which are adapted to mechanical stresses on voltages U1, U2 cause. Further, a seismic mass 4 is provided, which is arranged and designed such that upon acceleration of the device 1, the seismic mass 4 acts on the carrier 2. As illustrated in FIG. 3, the carrier 2 can be deformed S-shaped at least in sections by the seismic mass 4, whereby the piezoelectric elements 3A to 3H can be clamped in opposite directions. Fig. 3 shows in this connection the proposed device for obtaining electrical energy 1, in which the carrier 2 is deflected by the seismic mass 4. As a result, at least in a section 5A and / or 5B of the carrier 2, an S-shaped course, preferably a double-S-shaped course over the entire area, which comprises the sections 5A and 5B.
Im Darstellungsbeispiel ist der Träger 2 an mindestens einer Seite eingespannt. Hierzu können ein oder mehrere Einspannungen 6 vorgesehen sein, die einer Dreh- und/oder Kippbewegung an der Einspannung 6 verhindern. Hierdurch ist es möglich, dass die erste und vorzugsweise auch die zweite Ableitung der Biegelinie des Trägers 2 an der Einspannung 6 null ist. Vorzugsweise ist der Träger 2 zusätzlich an einer bevorzugt gegenüberliegenden Kante ebenfalls gelagert, besonders bevorzugt ebenfalls eingespannt, wofür eine Einspannung 6 vorgesehen sein kann. Wie später noch genauer dargestellt wird, ist es hierdurch möglich, eine doppelt-S- förmige Verformung des Trägers 2 durch Wirkung der seismischen Masse 4 zu erreichen. Es ist jedoch auch möglich, eine sonstige Lagerung wie ein sonstiges Gegenlager, Auflager o. dgl. für den Träger 2 zu verwenden, um mit der seismischen Masse 4 den zumindest abschnittsweisen S-förmigen Verlauf des Trägers 2 bei Auslenkung durch die seismische Masse 4 zu erreichen. Im Darstellungsbeispiel ist der Träger 2 auf zwei, vorzugsweise gegenüberliegenden, Seiten eingespannt und die seismische Masse 4 befindet sich zumindest im Wesentlichen mittig zwischen den Einspannungen 6 am Träger 2. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine symmetrische Anordnung erzeugt werden, bei der eine gemeinsame seismische Masse 4 in Richtung jeder der zumindest zwei Einspannungen 6 jeweils zu einem S-förmigen Verlauf des Trägers 2 führen kann. In the illustrated example, the carrier 2 is clamped on at least one side. For this purpose, one or more restraints 6 may be provided which prevent a rotational and / or tilting movement on the clamping 6. This makes it possible that the first and preferably also the second derivative of the bending line of the carrier 2 at the clamping 6 is zero. Preferably, the carrier 2 is also also mounted on a preferably opposite edge, particularly preferably also clamped, for which a clamping 6 may be provided. As will be shown in more detail later, it is thereby possible to achieve a double-S-shaped deformation of the carrier 2 by the action of the seismic mass 4. However, it is also possible to use another bearing such as another counter-bearing, support o. The like. For the carrier 2 to the seismic mass 4, the at least partially S-shaped course of the carrier 2 when deflected by the seismic mass 4 to reach. In the illustrated example, the carrier 2 is clamped on two, preferably opposite, sides, and the seismic mass 4 is located at least substantially centrally between the clamps 6 on the carrier 2. In this way, a symmetrical arrangement can be produced in which a common seismic mass 4 in the direction of each of the at least two restraints 6 can each lead to an S-shaped course of the carrier 2.
Ein S-förmiger Verlauf im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise jeglicher Verlauf bzw. jegliche Biegelinie, die einen Wendepunkt W aufweist. Ein Wen- depunkt W im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ohne gegenteilige Erwähnung in vorliegender Beschreibung im Hinblick auf die dreidimensionale Ausbildung des Trägers 2 eine Wendelinie bzw. Wendeebene sein. Der Einfachheit halber wird im Folgenden jedoch ausschließlich der Begriff Wendepunkt W verwendet, selbst wenn dieser eine Wendelinie oder Wendeebene entsprechen kann. An S-shaped course in the sense of the present invention is preferably any course or bend line having a point of inflection W. A turning point W in the sense of the present invention may be a turning line or turning plane with respect to the three-dimensional design of the carrier 2 without mention to the contrary in the present description. For the sake of simplicity, however, only the term inflection point W is used below, even if it can correspond to a turning line or turning plane.
Der Träger 2 weist mindestens zwei piezoelektrische Elemente 3A bis 3H auf, die dazu ausgebildet sind, bei Verspannung, insbesondere mechanischer Verspan- nung, Kompression und/oder Expansion, eine elektrische Spannung hervorzurufen. Diese elektrische Spannung, die durch dielektrische Verschiebung der Oberflä- chenladungen erzeugt werden kann, kann von dem jeweiligen piezoelektrischen Element 3A bis 3H über jeweils mindestens zwei Elektroden bzw. 7A1 , 7A2, 7A3, 7B1 , 7B2, 7C1 , 7D2, 7E1 , 7E2, 7E3, 7F1 , 7F2, 7G1 , 7G2, 7G3, 7H1 und 7H2, im Folgenden auch Elektroden 7 oder 7A1 bis 7H2 genannt, abgenommen bzw. abgeleitet werden. The carrier 2 has at least two piezoelectric elements 3A to 3H, which are designed to cause an electrical voltage during clamping, in particular mechanical clamping, compression and / or expansion. This electrical voltage, which can be generated by dielectric displacement of the surface charges, can be conducted from the respective piezoelectric element 3A to 3H via at least two electrodes or 7A1, 7A2, 7A3, 7B1, 7B2, 7C1, 7D2, 7E1, 7E2, 7E3, 7F1, 7F2, 7G1, 7G2, 7G3, 7H1 and 7H2, hereinafter also referred to as electrodes 7 or 7A1 to 7H2, are removed or derived.
Piezoelektrische Elemente 3A bis 3H sind vorzugsweise derart auf dem Träger 2 angeordnet, befestigt und/oder bilden Teil von Träger2, dass eine S-förmige Verformung des Trägers 2 durch die seismische Masse 4 die mindestens zwei piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H unterschiedlich, besonders bevorzugt in gegen- sätzlicher Weise, verspannt werden. Eine gegensätzliche Verspannung zweier piezoelektrischer Elemente 3A bis 3H im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine mechanische Verspannung mit gegensätzlichem Vorzeichen, eine Zugverspannung gegenüber einer Druckverspannung, eine Torsion in unterschiedliche Richtungen oder eine sonstige mechanische Beanspruchung zweier piezoe- lektrischer Elemente 3A bis 3H auf derart unterschiedliche Weise, dass bei identischen Materialeigenschaften und identischer Ausrichtung elektrische Spannungen in unterschiedliche Richtungen bzw. mit unterschiedlichen Vorzeichen erzeugt werden. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Träger 2 an mindestens einer Seite bzw. Kante eingespannt, wobei auf die vorherige Definition Bezug genommen wird. Beim Darstellungsbeispiel ist der Träger 2 an zwei, vorzugsweise gegenüberliegenden, Seiten bzw. Kanten eingespannt. Eine zweiseitige Einspan- nung ist besonders bevorzugt, da diese einen doppelt-S-förmigen Verlauf ermöglicht. Wie in Fig. 3 mit unterschiedlich gestrichelten Mittellinien S1 , S2 angedeutet, ermöglicht eine zweiseitige Einspannung die Erzeugung einer doppelt-S-förmigen Biegelinie des Trägers 2 aus zwei gegensätzlich verlaufenden S-förmigen Biegeli- nien S1 , S2. Piezoelectric elements 3A to 3H are preferably arranged, fixed and / or form part of carrier 2 in such a way that an S-shaped deformation of the carrier 2 by the seismic mass 4, the at least two piezoelectric elements 3A to 3H different, more preferably in in opposite directions, be tightened. Contrary bracing of two piezoelectric elements 3A to 3H in the sense of the present invention is in particular a mechanical stress with opposite sign, a tensile stress against a compressive stress, a torsion in different directions or any other mechanical stress on two piezoelectric elements 3A to 3H to such different Way that with identical material properties and identical orientation electrical voltages are generated in different directions or with different signs. According to one aspect of the present invention, the carrier 2 is clamped on at least one side or edge, with reference to the previous definition. In the illustrated example, the carrier 2 is clamped on two, preferably opposite, sides or edges. A two-sided clamping is particularly preferred, since this allows a double-S-shaped course. As indicated in FIG. 3 with different dashed center lines S1, S2, a two-sided clamping enables the generation of a double-S-shaped bend line of the carrier 2 from two oppositely extending S-shaped bend lines S1, S2.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Anordnung der piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H. Ein grundsätzliches Bildungsprinzip besteht darin, dass jeweils zwei auf piezoelektrische Elemente auf derselben Flachseite des Trä- gers 2 benachbart und/oder auf derselben Seite des Trägers 2 zumindest im Wesentlichen auf unterschiedlichen Seiten des jeweiligen Wendepunkts W des S- förmigen Verlaufs S1 , S2 angeordnet sind. Diese piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H sind bevorzugt dazu ausgebildet und derart angeordnet, dass sie bei der Verspannung der piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H in gegensätzlicher Weise elektrische Spannung mit dem selben Vorzeichen erzeugen. Diese Eigenschaft wird unterschiedliche Polarität der piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H genannt. Dies kann insbesondere durch die Wahl unterschiedlicher Materialien ermöglicht werden. Beispielsweise kann für ein erstes der piezoelektrischen Elemente 3A bis H ein Material verwendet werden, das bei Zugbelastung eine Spannung mit dem selben Vorzeichen erzeugt, wie ein anderes Material bei einem anderen der piezoelektrischen Elemente 3A bis H aufgrund von Druckbelastungen. Dies erlaubt, Spannungen mit demselben Vorzeichen durch zwei unterschiedlich mechanisch verspannte piezoelektrische Elemente 3A bis H zu erzeugen. Im Darstellungsbeispiel wird durch die in Fig. 3 dargestellte Verformung beispielsweise das piezoelektrische Elemente 3A komprimiert / druckverspannt und das piezoelektrische Elemente 3B auseinandergezogen. Die durch die dargestellte Verformung des Trägers 2 auf die piezoelektrischen Elemente 3A und 3B wirkende mechanische Spannung ist also gegensätzlich. Entsprechendes gilt vorzugsweise für alle jeweils im Bereich eines Wendepunkts W auf derselben Seite oder Flachseite des Trägers 2 benachbarten piezoelektrischen Elemente 3A und 3B (erstes Paar), 3C und 3D (zweites Paar), 3E und 3F (drittes Paar) sowie 3G und 3H (viertes Paar). Ferner ist bevorzugt, dass die piezoelektrischen Elemente 3A und 3B oder die jeweiligen piezoelektrischen Elemente der anderen Paare derart unterschiedlich aufgebaut oder angeordnet sind, unterschiedliche Materialien aufweisen oder auf sonstige Weise derart unterschiedlich eingerichtet sind, dass bei der vorliegenden mechanischen Verspannung in gegensätzlicher Weise elektrische Span- nungen durch die piezoelektrischen Elemente 3A und 3B oder die piezoelektrischen Elemente der sonstigen Paare erzeugt werden können, die dasselbe Vorzeichen aufweisen. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die Elektroden 7A1 und 7B1 der piezoelektrischen Elemente 3A und 3B unmittelbar miteinander verbinden zu können. Entsprechendes gilt für die Elektroden 7C1 und 7D1 des zweiten Paars, 7E1 und 7F1 des dritten Paars und/oder 7G1 und 7H1 des vierten Paars der piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H. Damit können diese einen Verbraucher 10 auf einfache und kostengünstige Weise gemeinsam mit elektrischer Energie versorgen. Another aspect of the present invention relates to the arrangement of the piezoelectric elements 3A to 3H. A fundamental principle of formation is that two each are arranged on piezoelectric elements on the same flat side of the carrier 2 adjacent and / or on the same side of the carrier 2 at least substantially on different sides of the respective inflection point W of the S-shaped curve S1, S2 , These piezoelectric elements 3A to 3H are preferably formed and arranged so as to generate electric voltage of the same sign in opposition to the stress of the piezoelectric elements 3A to 3H. This property is called different polarity of the piezoelectric elements 3A to 3H. This can be made possible in particular by the choice of different materials. For example, for a first one of the piezoelectric elements 3A to H, a material which generates a voltage of the same sign under tensile stress as another material in another one of the piezoelectric elements 3A to H due to compressive loads may be used. This allows voltages with the same sign to be generated by two differently mechanically strained piezoelectric elements 3A to H. In the illustrated example, by the deformation shown in Fig. 3, for example, the piezoelectric element 3A is compressed / pressure-stressed and the piezoelectric element 3B is pulled apart. The mechanical stress acting on the piezoelectric elements 3A and 3B as a result of the illustrated deformation of the carrier 2 is therefore opposite. The same applies to all piezoelectric elements 3A and 3B (first pair), 3C and 3D (second pair), 3E and 3F (third pair), and 3G and 3H (adjacent to each other in the region of a point of inflection W on the same side or flat side of the carrier 2). fourth pair). Further, it is preferable that the piezoelectric elements 3A and 3B or the respective piezoelectric elements of the other pairs are so differently constructed or arranged, have different materials or are otherwise differently arranged such that, in the present mechanical stress, electrical voltages are applied in opposite ways by the piezoelectric elements 3A and 3B or the piezoelectric elements Elements of the other pairs can be generated that have the same sign. This advantageously makes it possible to connect the electrodes 7A1 and 7B1 of the piezoelectric elements 3A and 3B directly to each other. The same applies to the electrodes 7C1 and 7D1 of the second pair, 7E1 and 7F1 of the third pair, and / or 7G1 and 7H1 of the fourth pair of the piezoelectric elements 3A to 3H. Thus, they can provide a consumer 10 in a simple and cost-effective manner together with electrical energy.
Piezoelektrische Elemente 3A bis 3H unterschiedlicher Polarität, die zueinander benachbart angeordnet sind, werden im Folgenden als Paare bezeichnet. Insbesondere ist ein Paar im Bereich eines Wendepunkts W und/oder jeweils auf derselben Seite oder Flachseite des Trägers 2 und/oder zwischen der seismischen Masse 4 und der Einspannung 6 zueinander benachbart angeordnet. Ein solches Paar piezoelektrischer Elemente 3A bis 3H zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass die piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H des Paares unterschiedliche Polaritäten aufweisen und somit bei unterschiedlicher mechanischer Verspannung elektrische Spannungen mit demselben Vorzeichen erzeugen können. Piezoelectric elements 3A to 3H of different polarity, which are arranged adjacent to one another, are referred to below as pairs. In particular, a pair is arranged adjacent to one another in the region of a point of inflection W and / or on the same side or flat side of the carrier 2 and / or between the seismic mass 4 and the clamping 6. Such a pair of piezoelectric elements 3A to 3H is preferably characterized in that the piezoelectric elements 3A to 3H of the pair have different polarities and thus can generate electrical voltages with the same sign under different mechanical stress.
In einer Variante ist auf beiden Seiten bzw. Flachseiten des Trägers 2 jeweils min- destens ein Paar piezoelektrischer Elemente 3A bis H angeordnet. Diese Paare können in Bezug auf den Träger 2 auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein, wie die piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3E und 3F im Darstellungsbeispiel. Dies ermöglicht es, die über die seismische Masse 4 in das Feder-Masse- System eingebrachte mechanische Energie effektiver in elektrische Energie umzu- wandeln. Besonders bevorzugt ist ein symmetrischer Aufbau, wie er im Darstellungsbeispiel gezeigt ist. Hier weist der Träger 2 vier Paare piezoelektrischer Elemente 3A bis H auf. Hierbei ist es bevorzugt, dass jeweils zwei Paare piezoelektrischer Elemente auf unterschiedlichen Seiten des Trägers 2 angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass jeweils ein Paar, bevorzugt zwei Paare, piezoelektrischer Elemente 3A bis H auf unterschiedlichen Seiten der seismischen Masse 4 angeordnet sind. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass jeweils die piezoelektrischen Elemente 3A bis H der jeweiligen Paare auf unterschiedlichen Seiten der Wendepunkte W angeordnet sind. Weiter ist bevorzugt, dass die bei einer Verformung des Trägers 2 durch die seismische Masse 4 gestauchten piezoelektrischen Elemente 3A, 3D, 3F, 3G dieselben piezoelektrischen Eigenschaften und/oder dieselbe Ausrichtung aufweisen und die gegensätzlich verspannten piezoelektrischen Elemente 3B, 3C, 3E und 3H von den gestauchten piezoelektri- sehen Elemente 3A, 3D, 3F, 3G derart unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, dass insgesamt an allen piezoelektrischen Elementen Spannungen abgreifbar sind, die dasselbe Vorzeichen haben. Bei den Betrachtungen zu Vorzeichen elektrischer Spannungen im Sinne der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, dass die piezoelektrischen Elemente 3A bis H mindestens zwei Elektroden 7 aufweisen, von denen jeweils eine mit dem leitenden Träger 2 oder einer leitenden Oberflächen des Trägers 2 verbunden ist. Das Potential des Trägers 2 wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Masse angenommen. Daher ergeben sich die beschriebenen elektrischen Spannungen jeweils an den dem Träger 2 abgewandten Elektroden 7A1 bis 7H1 der piezoelektrischen Elemente 3A bis H. Wenn im Be- reich der Wendepunkte an den piezoelektrischen Elementen 3A bis H optionale Hilfselektroden 7A3, 7D3, 7F3, 7G3 vorgesehen sind, bleiben diese für den Abgriff elektrischer Spannungen vorzugsweise außer Betracht bzw. werden nicht kontaktiert. In dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel weisen sich in Bezug auf den Träger 2 zumindest im Wesentlichen gegenüberliegende piezoelektrische Elemente 3 unterschiedliche Polaritäten auf. Diese werden bei Verformung des Trägers 2 dann automatisch auf unterschiedliche, insbesondere gegensätzliche, Weise belastet, was zu der beschriebenen elektrischen Spannung mit demselben Vorzeichen führt. Hierdurch kann ermöglicht werden, dass zur Stromversorgung eines Verbrauchers 10, wobei auch ein Energiespeicher ein Verbraucher 10 im Sinne der vorliegenden Erfindung darstellen kann, jeweils eine Elektrode 7A1 , 7B1 , 7C1 , 7D1 , 7E1 , 7F1 , 7G1. 7H1 der piezoelektrischen Elemente 3A bis H miteinander elektrisch verbunden genutzt werden können. Diese können einen gemeinsamen Knoten K1 , K2 bilden. In a variant, at least one pair of piezoelectric elements 3A to H is arranged on both sides or flat sides of the carrier 2. These pairs may be arranged on opposite sides with respect to the carrier 2, such as the piezoelectric elements 3A, 3B, 3E and 3F in the illustrated example. This makes it possible to more effectively convert the mechanical energy introduced via the seismic mass 4 into the spring-mass system into electrical energy. Particularly preferred is a symmetrical structure, as shown in the representation example. Here, the carrier 2 has four pairs of piezoelectric elements 3A to H. In this case, it is preferable for two pairs of piezoelectric elements to be arranged on different sides of the carrier 2. Alternatively or additionally, it is possible that in each case one pair, preferably two pairs, of piezoelectric elements 3A to H are arranged on different sides of the seismic mass 4. In addition, it can be provided that in each case the piezoelectric elements 3A to H of the respective pairs are arranged on different sides of the inflection points W. It is further preferred that the at a Deformation of the carrier 2 by the seismic mass 4 compressed piezoelectric elements 3A, 3D, 3F, 3G have the same piezoelectric properties and / or the same orientation and the oppositely strained piezoelectric elements 3B, 3C, 3E and 3H of the compressed piezoelectric see elements 3A, 3D, 3F, 3G have properties that are so different that, on the whole, piezoelectric elements can be tapped off voltages that have the same sign. In the consideration of signs of electrical voltages in the context of the present invention, it is assumed that the piezoelectric elements 3A to H have at least two electrodes 7, one of which is connected to the conductive carrier 2 or a conductive surfaces of the carrier 2. The potential of the carrier 2 is assumed to be ground without loss of generality. Therefore, the described electrical voltages result in each case on the electrodes 7A1 to 7H1 of the piezoelectric elements 3A to H facing away from the carrier 2. If optional auxiliary electrodes 7A3, 7D3, 7F3, 7G3 are provided in the area of the inflection points on the piezoelectric elements 3A to HH , These remain preferably for the tapping of electrical voltages out of consideration or are not contacted. In the embodiment described above, at least substantially opposite piezoelectric elements 3 have different polarities with respect to the carrier 2. These are then automatically loaded in different, in particular opposing, manner when the support 2 is deformed, which leads to the described electrical voltage with the same sign. In this way it can be made possible for the power supply of a load 10, wherein an energy storage device can also represent a consumer 10 in the sense of the present invention, to have in each case one electrode 7A1, 7B1, 7C1, 7D1, 7E1, 7F1, 7G1. 7H1 of the piezoelectric elements 3A to H can be used electrically connected to each other. These can form a common node K1, K2.
In einer alternativen Ausführungsform, können in Bezug auf den Träger 2 zumindest im Wesentlichen gegenüberliegende piezoelektrische Elemente 3A bis H dieselbe Polarität aufweisen. Dies führt dazu, dass zwar die Vorzeichen der durch die piezoelektrischen Elemente 3A bis H erzeugten elektrischen Spannungen auf der jeweiligen Seite dasselbe Vorzeichen aufweisen, das Vorzeichen der durch die piezoelektrischen Elemente 3A bis H auf den unterschiedlichen Seiten des Trägers 2 erzeugten elektrischen Spannungen haben jedoch gegensätzliche Vorzeichen. Dies ermöglicht, die dem Träger 2 abgewandten Elektroden 7 der piezoelektrischen Elemente 3A bis H auf der jeweiligen Seite miteinander zu verbinden, die dem Träger 2 abgewandten Elektroden 7 der piezoelektrischen Elemente 3 A bis H der unterschiedlichen Seiten des Trägers 2 jedoch nicht miteinander zu verbinden. Statt- dessen kann eine Spannung zwischen den zusammen geschalteten piezoelektrischen Elementen 3A bis H der unterschiedlichen Seiten abgegriffen werden, die größer ist als diejenige aus dem zuletzt vorgestellten Beispiel. In an alternative embodiment, at least substantially opposite piezoelectric elements 3A to H may have the same polarity with respect to the carrier 2. As a result, although the signs of the electric voltages generated by the piezoelectric elements 3A to H on the respective side have the same sign, the signs of the electric voltages generated by the piezoelectric elements 3A to H on the different sides of the carrier 2 are opposite Sign. This makes it possible to connect the electrodes 7 of the piezoelectric elements 3A to H on the respective side facing away from the carrier 2, but not to connect the electrodes 7 of the piezoelectric elements 3A to H of the different sides of the carrier 2 facing away from the carrier 2. Instead, a voltage between the interconnected piezoelectric elements 3A to H of the different sides can be tapped, which is greater than that of the last presented example.
Eine entsprechende Zusammenschaltung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei Elektroden der jeweiligen piezoelektrischen Elemente 3A bis H auf den jeweiligen Seiten des Trägers 2 elektrisch miteinander verbunden sind. Durch die Verbindung der dem Träger abgewandten Elektroden 7A1 , 7B1 , 7C1 , 7D1 der piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D auf einer der Seiten des Trägers 2 kann ein Knoten K1 gebildet werden. Auf einer anderen Seite des Trägers 2 können die dem Träger 2 ab- gewandten Elektroden 7E1 , 7F1 , 7G1 , 7H1 elektrisch miteinander verbunden werden, wodurch ein Knoten K2 gebildet werden kann. Die dem Träger 2 zugewandten Elektroden 7A2, 7B2, 7C2, 7D2, 7E2, 7F2, 7G2, 7H2 können ebenfalls, insbesondere über den Träger 2 oder eine leitende Schicht des Trägers 2, untereinander elektrisch verbunden werden und/oder einen Bezugsknoten K0 bilden. A corresponding interconnection is shown in Fig. 2, wherein electrodes of the respective piezoelectric elements 3A to H are electrically connected to each other on the respective sides of the carrier 2. By connecting the electrodes 7A1, 7B1, 7C1, 7D1 facing away from the carrier of the piezoelectric elements 3A, 3B, 3C, 3D on one of the sides of the carrier 2, a node K1 can be formed. On another side of the carrier 2, the electrodes 7E1, 7F1, 7G1, 7H1 facing away from the carrier 2 can be electrically connected to each other, whereby a node K2 can be formed. The electrodes 7A2, 7B2, 7C2, 7D2, 7E2, 7F2, 7G2, 7H2 facing the carrier 2 can likewise be electrically connected to one another, in particular via the carrier 2 or a conductive layer of the carrier 2, and / or form a reference node K0.
Wie in Fig. 2 angedeutet, kann dann zwischen Knoten K1 und K0 eine erste Spannung U1 abgegriffen werden. Ferner ist es möglich, zwischen Knoten K2 und K0 eine weitere Spannung U2 abzugreifen. Wenn vorgesehen ist, dass piezoelektrische Elemente 3A bis 3H, die sich bezüglich des Trägers 2 zumindest im Wesentli- chen gegenüberliegen, jeweils unterschiedliche Polaritäten aufweisen, ergeben sich U1 und U2 mit demselben Vorzeichen. Somit können die Knoten K1 und K2 zur Versorgung eines Verbrauchers 10 miteinander verbunden werden und es kann eine Spannungsversorgung durch den gemeinsamen Knoten aus Knoten K1 und Knoten K2 gegenüber Knoten K0 gebildet werden. As indicated in FIG. 2, a first voltage U1 can then be tapped between nodes K1 and K0. Furthermore, it is possible to tap another voltage U2 between nodes K2 and K0. If it is provided that piezoelectric elements 3A to 3H, which are at least essentially opposite one another with respect to the carrier 2, each have different polarities, U1 and U2 result with the same sign. Thus, the nodes K1 and K2 for supplying a load 10 can be connected to each other and a voltage supply can be formed by the common node of node K1 and node K2 opposite node K0.
In einer Alternative kann vorgesehen sein, dass die piezoelektrischen Elemente 3A bis H, die sich bezüglich des Träges 2 zumindest im Wesentlichen gegenüberliegen, gleiche Polaritäten aufweisen. Hierdurch ergeben sich bei der beschriebenen S-förmigen Verformung Spannungen unterschiedlicher Vorzeichen auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten. In diesem Fall kann eine Spannung zwischen den Knoten K1 und K2 verwendet werden, alternativ oder zusätzlich mit Bezugsknoten K0, wodurch eine Symmetrische Spannung in Bezug auf Knoten K0 erzeugt werden kann. Hierzu ist bevorzugt, dass die dem Träger 2 zugewandten Elektroden 7A2, 7B2, 7C2, 7D2, 7E2, 7F2, 7G2, 7H2 elektrisch miteinander verbunden werden, bevorzugt durch den Träger 2 oder eine Beschichtung 9 des Trägers 2. Es können auch galvanisch getrennte Beschichtungen 9 auf unterschiedlichen Seiten des Trägers 2 vorgesehen sein. Es ist weiterhin möglich, die Spannung U 1 zwi- sehen Knoten K1 und Knoten K0 sowie die Spannung U2 zwischen Knoten K2 und Knoten K0 separat zu verwenden. Ein Abgriff der Spannung zwischen den Knoten K1 und K2 erlaubt jedoch, den Aufwand, den Knoten K0 separat kontaktieren zu müssen, zu vermeiden. Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der vorschlagsgemäßen Einrichtung aus Fig. 3. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass auf mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten des Trägers 2 piezoelektrische Elemente 3A bis 3H angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind die Elektroden 7A1 , 7B1 , 7E1 und 7F1 elektrisch untereinander verbunden. Dies kann durch elektrische Verbindungen 8 realisiert werden, vorzugsweise durch Kabel, Bonds und/oder durch Löten, Schweißen, besonders bevorzugt durch Kleben mit einem leitfähigen Klebstoff. Auch die dem Träger zugewandten Elektroden 7A2, 7B2, 7C2, 7D2, 7E2, 7F2, 7G2, 7H2 sind bevorzugt mit einem leitfähigen Klebstoff fest mit dem Träger 2 verbunden, es sind alternativ oder zusätzlich auch Löt-, Schweiß- oder sonstige Verbindungen möglich. In an alternative, it can be provided that the piezoelectric elements 3A to H, which are at least essentially opposite one another with respect to the support 2, have the same polarities. This results in the described S-shaped deformation voltages of different signs on the respective opposite sides. In this case, a voltage between the nodes K1 and K2 may be used, alternatively or additionally with reference node K0, whereby a symmetrical voltage with respect to node K0 can be generated. For this purpose, it is preferred that the electrodes 2 facing the carrier 2 7A2, 7B2, 7C2, 7D2, 7E2, 7F2, 7G2, 7H2 are electrically connected to each other, preferably by the carrier 2 or a coating 9 of the carrier 2. It can also galvanically isolated coatings 9 are provided on different sides of the carrier 2. It is also possible to use the voltage U 1 between node K1 and node K0 as well as the voltage U2 between node K2 and node K0 separately. A tap of the voltage between the nodes K1 and K2, however, allows to avoid the effort to contact the node K0 separately. FIG. 4 shows a section of the device according to the invention from FIG. 3. It is preferably provided that piezoelectric elements 3A to 3H are arranged on at least two opposite sides of the carrier 2. In the embodiment according to FIG. 4, the electrodes 7A1, 7B1, 7E1 and 7F1 are electrically interconnected. This can be realized by electrical connections 8, preferably by cables, bonds and / or by soldering, welding, more preferably by gluing with a conductive adhesive. Also, the electrodes facing the carrier 7A2, 7B2, 7C2, 7D2, 7E2, 7F2, 7G2, 7H2 are preferably fixedly connected to the carrier 2 with a conductive adhesive, there are alternatively or additionally also soldering, welding or other connections possible.
Wie bereits oben erläutert, ist es bevorzugt, dass die piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H paarweise derart angeordnet sind, dass jeweils auf einer Seite des Trägers 2 piezoelektrische Elemente 3A bis 3H auf unterschiedlichen Seiten der Wendepunkte W der (jeweiligen) S-förmigen Verformung angeordnet sind. Gleichzeitig ist es jedoch bevorzugt, eine möglichst homogene Steifigkeit der Kombination aus Träger 2 und piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H zu erreichen. Wenn der Träger 2 im Bereich des jeweiligen Wendepunkts W kein piezoelektrisches Element 3A bis 3H aufweist, hat sich gezeigt, dass dies zu einer reduzierten Steifigkeit an dieser Stelle oder in diesem Bereich führen kann. Eine partielle reduzierte Steifigkeit hat sich als nachteilig herausgestellt, da solche Bereiche mit geringerer Steifigkeit stärker und damit die Bereiche mit piezoelektrischen Elementen 3A bis 3H schwächer verformt werden können. Folglich wird weniger mechanische Energie umgewandelt, was den Wirkungsgrad reduziert. Die piezoelektrischen Elemente 3A bis H werden jedoch bevorzugt beabstandet voneinander angeordnet, um Kurzschlüsse zu vermeiden und zu ermöglichen, dass unterschiedliche Materialien bzw. Konfigurationen, insbesondere Ausrichtungen der benachbarten piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H, ermöglicht wird. Aus diesem Grund ist bevorzugt ein Abstand zwischen zwei benachbarten piezoelektrischen Elementen 3A bis 3H auf derselben Seite des Trägers 2 vorgesehen. Dieser Abstand bzw. diese Lücke kann daher zu der beschriebenen, reduzierten Steifigkeit führen. As already explained above, it is preferable that the piezoelectric elements 3A to 3H are arranged in pairs so that piezoelectric elements 3A to 3H are respectively disposed on different sides of the inflection points W of (respective) S-shaped deformation on one side of the carrier 2 , At the same time, however, it is preferable to achieve the most homogeneous possible rigidity of the combination of carrier 2 and piezoelectric elements 3A to 3H. If the carrier 2 has no piezoelectric element 3A to 3H in the region of the respective inflection point W, it has been found that this can lead to reduced rigidity at this point or in this region. A partial reduced stiffness has been found to be disadvantageous because such areas with less rigidity stronger and thus the areas with piezoelectric elements 3A to 3H can be deformed weaker. As a result, less mechanical energy is converted, which reduces the efficiency. However, the piezoelectric elements 3A to H are preferably spaced apart to avoid short circuits and to allow different materials, particularly orientations of the adjacent piezoelectric elements 3A to 3H, to be made possible. For this reason, a distance between two adjacent piezoelectric elements 3A to 3H is preferably on the same Side of the carrier 2 is provided. This distance or gap can therefore lead to the described, reduced rigidity.
Gemäß einem weiteren, auch unabhängigen realisierbaren Aspekt der vorliegen- den Erfindung werden derartige Nachteile dadurch vermieden, dass auf einer Lücke der gegenüberliegenden Seite des Trägers 2 ein piezoelektrisches Element 3A bis 3H angeordnet bzw. weitergeführt ist, so dass die Lücke zwischen zwei auf einer Seite des Trägers 2 benachbarten piezoelektrischen Elemente 3A bis H auf der bezüglich des Trägers 2 gegenüberliegenden Seite vorzugsweise durch ein piezoe- lektrisches Element 3A bis 3H überdeckt wird. So lässt ich auf einfache und besonders effektive Weise die Steifigkeit auch im Bereich der Lücke zu gewährleisten. According to a further, also independent realizable aspect of the present invention, such disadvantages are avoided in that a piezoelectric element 3A to 3H is arranged or continued on a gap of the opposite side of the carrier 2, so that the gap between two on one side of the carrier 2 adjacent piezoelectric elements 3A to H on the opposite side relative to the carrier 2 is preferably covered by a piezoe- lectric element 3A to 3H. This way, I can guarantee rigidity even in the gap area in a simple and effective way.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird jeweils ein piezoelektrisches Element 3A, 3D, 3F, 3G jedes Paars piezoelektrischer Elemente 3A bis 3H bis über den Wendepunkt W geführt. Es ist also jeweils auf einer einem Paar piezoelektrischer Elemente 3A bis 3H zugeordneten Lücke bezüglich des Trägers 2 gegenüberliegenden Seite ein piezoelektrisches Element 3A bis 3H vorgesehen, das sich auf einer der Lücke gegenüberliegenden Seite in den Bereich der Lücke erstreckt, vorzugsweise über die gesamte Lücke überdeckt, insbesondere überragt. In the illustrated embodiment, a piezoelectric element 3A, 3D, 3F, 3G of each pair of piezoelectric elements 3A to 3H is guided over the inflection point W in each case. Thus, a piezoelectric element 3A to 3H is respectively provided on a side opposite a gap associated with a pair of piezoelectric elements 3A to 3H with respect to the carrier 2, which extends into the region of the gap on an opposite side of the gap, preferably over the entire gap , in particular surmounted.
Es ist jedoch nicht nötig und auch nicht beabsichtigt, den Bereich des jeweiligen piezoelektrischen Elements 3A, 3D, 3F, 3G, der im Bereich des Wendepunkts W oder der Lücke gegenüberliegend angeordnet ist, auch elektrisch zu kontaktieren, da im Wendepunkt W keine wesentliche Verspannung des piezoelektrischen Mate- hals zu erwarten ist. Im Bereich des Wendepunkts W kann vorgesehen sein, dass sich zumindest im Wesentlichen diagonal bezüglich des Trägers 2 gegenüberliegende piezoelektrische Elemente 3A, 3D, 3F, 3G auch in Bezug auf die Trägerebene unmittelbar bzw. senkrecht zur Trägerebene gegenüberliegen bzw. überschneiden. Dieser Überschneidungsbereich bildet jedoch besonders bevorzugt nur einen geringen Anteil des jeweiligen piezoelektrischen Elements 3A, 3D, 3F, 3G, vorzugsweise weniger als 40 %, insbesondere weniger als 30 oder 15 %, im Darstellungsbereich 20 % oder weniger. Durch eine derartige Überschneidung bzw. Überdeckung kann bei in Bezug auf den Träger 2 gegenüberliegenden Paaren piezoelektrischer Elemente 3A bis 3H ein zumindest im Wesentlichen homogene Stei- figkeit sichergestellt werden. However, it is not necessary or even intended to electrically contact the region of the respective piezoelectric element 3A, 3D, 3F, 3G, which is disposed opposite to the point of inflection W or the gap, since at the point of inflection W there is no substantial distortion of the piezoelectric material neck is to be expected. In the region of the point of inflection W, it may be provided that piezoelectric elements 3A, 3D, 3F, 3G lying opposite each other at least substantially diagonally with respect to the carrier 2 also lie opposite or overlap with respect to the carrier plane directly or perpendicularly to the carrier plane. However, this overlapping area particularly preferably forms only a small portion of the respective piezoelectric element 3A, 3D, 3F, 3G, preferably less than 40%, in particular less than 30 or 15%, in the display area 20% or less. By means of such overlapping or overlapping, an at least substantially homogeneous rigidity can be ensured in the case of pairs of piezoelectric elements 3A to 3H opposite the carrier 2.
Soweit im Sinne der vorliegenden Erfindung von gegenüberliegenden piezoelektrischen Elementen 3A bis 3H die Rede ist, bleibt ein solcher geringer Überschnei- dungsbereich außer Betracht, es sei denn, es wird explizit auf einen solchen abgestellt. Es ist auch möglich, dass die Erfindung ohne diesen Überschneidungsbereich ausgeführt wird. Es wird also differenziert zwischen einem Überschneidungsbereich, der ein Überlappen bezüglich des Träges 2 gegenüberliegender piezoe- lektrischer Elemente 3A bis 3H betrifft und einem "zumindest im Wesentlichen Gegenüberliegen" der piezoelektrischen Elemente, worunter zu verstehen ist, dass die piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H quer oder senkrecht zur Fläche des Trägers 2 mehr als 50 % der an dem Träger 2 anliegenden Fläche der piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H gegenüberliegen. Sich gegenüberliegende piezoelektrische Elemente 3A bis 3H sind bevorzugt solche, die bezüglich des Trägers 2 mindestens 60 %, bevorzugt mindestens 70 %, im Darstellungsbeispiel 75 % oder mehr überlappen. As far as in the context of the present invention of opposite piezoelectric elements 3A to 3H is mentioned, such a small overlap remains unless explicitly stated. It is also possible that the invention is carried out without this overlapping area. Thus, a differentiation is made between an overlapping area which involves an overlap with respect to the support 2 of opposite piezoelectric elements 3A to 3H and an "at least substantially opposite" of the piezoelectric elements, by which it is to be understood that the piezoelectric elements 3A to 3H are transverse or are perpendicular to the surface of the support 2 more than 50% of the voltage applied to the carrier 2 surface of the piezoelectric elements 3A to 3H opposite. Opposing piezoelectric elements 3A to 3H are preferably those which overlap with respect to the carrier 2 at least 60%, preferably at least 70%, in the embodiment 75% or more.
Die seismische Masse 4 kann zumindest teilweise durch den Träger 2 und/oder die piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H bzw. einstückig mit diesen gebildet sein. Bevorzugt ist die seismische Masse 4 hier jedoch an dem Träger 2 angeordnet, insbesondere angeklebt, angeschweißt, angenietet oder auf sonstige Weise an dem Träger 2 befestigt. Die seismische Masse 4 ist im Verhältnis zu der Elastizität und Steifigkeit des Trägers 2 so ausgelegt, dass die seismische Masse 4 mit dem Trä- ger 2 ein Feder-Masse-System bildet. Für die Steifigkeit und die sonstigen mechanischen Eigenschaften des Trägers 2 werden vorzugsweise die Einflüsse der an oder auf diesem Träger angeordneten piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H berücksichtigt. Es kann also ein Feder-Masse-System gebildet werden, dessen Eigenschaften von der seismischen Masse 4, von dem Träger 2 und den piezoe- lektrischen Elementen 3A bis 3H und ggf. auch noch von der Art der Befestigung des Trägers 2, also insbesondere von der oder den Einspannungen 6 abhängt. Das beschriebene Feder-Masse-System hat vorzugsweise eine Resonanzfrequenz im Bereich zwischen 1 Hz und 1000 Hz bevorzugt mit der Maßgabe, dass die Resonanzfrequenz möglichst nah an Schwingungsmaxima der jeweiligen Anwendung liegt, um eine besonders effiziente Energiegewinnung zu gewährleisten. Insbesondere ist bevorzugt, dass das Feder-Masse-System eine Resonanzfrequenz aufweist, die mehr als 10 Hz, vorzugsweise mehr als 25 Hz, insbesondere mehr als 35 Hz und/oder weniger als 150 Hz, vorzugsweise weniger als 100 Hz, insbesondere weniger als 75 Hz, beträgt. Mit einer Resonanzfrequenz im Bereich um 50 Hz oder 55 Hz, beispielsweise zwischen 40 und 65 Hz, besonders bevorzugt zwischen 52 und 62 Hz, hat sich der Anwendungsbereich der vorschlagsgemäßen Einrichtung 1 als besonders universell und daher vorteilhaft gezeigt, da solche Frequenzen in vielen Maschinen- und Fahrzeugsystemen auftreten und damit eine Energiegewinnung und der universelle Einsatz maßgeblich erleichtert werden kann. The seismic mass 4 may be at least partially formed by the carrier 2 and / or the piezoelectric elements 3A to 3H or integrally therewith. However, the seismic mass 4 is preferably arranged here on the carrier 2, in particular adhesively bonded, welded, riveted or otherwise fastened to the carrier 2. The seismic mass 4 is designed in relation to the elasticity and rigidity of the carrier 2 so that the seismic mass 4 forms a spring-mass system with the carrier 2. For the rigidity and the other mechanical properties of the carrier 2, the influences of the piezoelectric elements 3A to 3H arranged on or on this carrier are preferably taken into account. Thus, it is possible to form a spring-mass system whose properties differ from the seismic mass 4, from the carrier 2 and the piezoelectric elements 3A to 3H and possibly also from the way in which the carrier 2 is fastened, that is to say in particular from FIG the one or the restraints 6 depends. The described spring-mass system preferably has a resonant frequency in the range between 1 Hz and 1000 Hz, preferably with the proviso that the resonant frequency is as close as possible to oscillation maxima of the respective application in order to ensure particularly efficient energy production. In particular, it is preferred that the spring-mass system has a resonant frequency which is more than 10 Hz, preferably more than 25 Hz, in particular more than 35 Hz and / or less than 150 Hz, preferably less than 100 Hz, in particular less than 75 Hz, is. With a resonant frequency in the range around 50 Hz or 55 Hz, for example between 40 and 65 Hz, particularly preferably between 52 and 62 Hz, the scope of the proposed device 1 has been found to be particularly universal and therefore advantageous, since such frequencies in many machine and vehicle systems occur and thus an energy production and universal use can be significantly facilitated.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem weiteren, auch unabhängig realisierba- ren Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei dem zwei Träger 2 bzw. Einrichtungen 1 zumindest im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die Träger 2 können an jeweils mindestens einer Kante, besonders bevorzugt an jeweils gegenüberliegenden Kanten eingespannt sein. Im Darstellungsbeispiel sind zwei oder mehr Träger 2 jeweils an denselben Kanten eingespannt. Hierzu können Einspan- nungen 6 vorgesehen sein, die zum Einspannen mehrerer Träger 2 ausgebildet sind. Auf diese Weise kann in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 angenommen werden, dass mehrere vorschlagsgemäße Einrichtungen 1 parallel angeordnet werden. Dies ermöglicht, eine gemeinsame seismische Masse 4 zu verwenden, wie in Fig. 5 dargestellt. Die Einrichtungen 1 sind im Darstellungsbeispiel gemäß Fig. 5 also durch eine gemeinsame seismische Masse 4 untereinander verbunden. Es wird folglich ein gemeinsames Feder-Masse-System aus mehreren Einrichtungen 1 gebildet, vorzugsweise durch Verkopplung, insbesondere mittels einer gemeinsamen seismischen Masse 4. Hierdurch kann die Leistungsdichte verbessert werden, es kann also eine kompaktere Bauform erreicht werden, durch die mit ei- nem geringeren Bauvolumen dieselbe Energiemenge umgewandelt werden kann. 5 shows a device according to another aspect of the present invention, which can also be implemented independently, in which two carriers 2 or devices 1 are arranged at least substantially parallel to one another. The carriers 2 can be clamped on at least one edge, particularly preferably on respectively opposite edges. In the illustrated example, two or more carriers 2 are respectively clamped on the same edges. For this purpose, clamping means 6 can be provided, which are designed to clamp a plurality of carriers 2. In this way, in the exemplary embodiment according to FIG. 5, it can be assumed that a plurality of proposed devices 1 are arranged in parallel. This makes it possible to use a common seismic mass 4 as shown in FIG. The devices 1 are thus connected to each other in the illustration of FIG. 5 by a common seismic mass 4. Consequently, a common spring-mass system is formed from a plurality of devices 1, preferably by coupling, in particular by means of a common seismic mass 4. In this way, the power density can be improved, so that a more compact design can be achieved by the one with smaller volume of construction the same amount of energy can be converted.
Ein Anschlag kann vorgesehen sein, um die Auslenkung des Trägers 2 zu begrenzen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Anschlag vorgesehen sein, der die Auslenkung bzw. Bewegung der seismischen Masse 4 begrenzt. Wie in Fig. 1 angedeutet, kann die seismische Masse 4 seitlich über den Träger 2 hinausragen. Die über den Träger 2 hinausragenden Teile der seismischen Masse 4 können dazu verwendet werden, die seismische Masse 4 beispielsweise in einer Kulisse zu führen. Ferner können die über den Träger 2 hinausragende Teile der seismischen Masse 4, insbesondere durch Anschläge am Ende der Kulisse, dazu verwendet werden, die Auslenkung der seismischen Masse 4 und somit die Verformung des Trägers 2 und der piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H zu begrenzen und somit eine Beschädigung bei zu starker Beschleunigung zu verhindern. Es sind aber auch alternative Anschläge zur Begrenzung der Auslenkung möglich, insbesondere durch einen Anschlag, der an dem Träger angebracht oder mit die- sem gebildet ist, beispielsweise ein seitlich aus dem Trägerstreifen herausragender Abschnitt, der wiederum in einer Kulisse mit Endanschlägen laufen kann. Besonderes bevorzugt ist eine Vorrichtung gemäß Fig. 5, bei der eine gemeinsame seismi- sehe Masse 4 mehrerer Einrichtungen 1 für diese gemeinsam einen Anschlag bildet. A stop may be provided to limit the deflection of the carrier 2. According to one aspect of the present invention, a stop may be provided which limits the deflection or movement of the seismic mass 4. As indicated in FIG. 1, the seismic mass 4 can protrude laterally beyond the carrier 2. The parts of the seismic mass 4 projecting beyond the carrier 2 can be used to guide the seismic mass 4, for example in a scenery. Furthermore, the parts of the seismic mass 4 projecting beyond the carrier 2, in particular by stops at the end of the guide, can be used to limit the deflection of the seismic mass 4 and thus the deformation of the carrier 2 and of the piezoelectric elements 3A to 3H and thus to prevent damage if the acceleration is too high. However, alternative stops for limiting the deflection are also possible, in particular by means of a stop which is attached to or formed with the carrier, for example a section projecting laterally from the carrier strip, which in turn can run in a slot with end stops. Particular preference is given to a device according to FIG. 5, in which a common seismic see mass 4 of several facilities 1 for this together forms a stop.
Die Einrichtung 1 kann dazu ausgebildet sein, Energie zu speichern. Beispielswei- se ist es möglich, die Knoten K1 und/oder K2 mit einem Energiespeicher wie einem Akkumulator, Kondensator o. dgl. zu verbinden, um genügend Energie zu akkumulieren, um gelegentlich Messvorgänge o. dgl. durchführen zu können. Die Einrichtung weist also vorzugsweise elektrische Verbindungen 8 auf, die Elektroden 7 derart mit einem möglichen Verbraucher 10 verbinden, dass die Energie, die aus der Beschleunigung gewonnen wird, abgeführt und genutzt werden kann. Dies ist in Fig. 4 angedeutet. The device 1 can be designed to store energy. For example, it is possible to connect the nodes K1 and / or K2 with an energy store such as a rechargeable battery, capacitor or the like in order to accumulate enough energy to be able to carry out occasional measurement operations or the like. The device therefore preferably has electrical connections 8, which connect electrodes 7 with a possible consumer 10 in such a way that the energy which is obtained from the acceleration can be dissipated and utilized. This is indicated in Fig. 4.
Ein auch unabhängig realisierbarer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie 1 , bei der der Träger 2 zweiseitig eingespannt ist. Zwischen den Einspannungen, vorzugsweise mittig zwischen diesem, kann die seismische Masse 4 vorgesehen, insbesondere befestigt sein. Hierdurch ergeben sich zwischen der seismischen Masse 4 und den Einspannungen 6 Schenkel oder Abschnitte 5A, 5B, auf denen pro Seite jeweils piezoelektrische Elemente 3A bis 3H angeordnet sein können. An independently realizable aspect of the present invention relates to a device for obtaining electrical energy 1, in which the carrier 2 is clamped on two sides. Between the restraints, preferably centrally between this, the seismic mass 4 may be provided, in particular fixed. This results between the seismic mass 4 and the clamping 6 leg or sections 5A, 5B, on each side piezoelectric elements 3A to 3H may be arranged.
Es kann vorgesehen sein, dass die der seismischen Masse 4 zugewandten piezoelektrischen Elemente 3B, 3C, 3F, 3G im Vergleich zu den den Einspannungen 6 zugewandten, äußeren piezoelektrischen Elementen 3A, 3D, 3E, 3H unterschiedliche, insbesondere gegensätzliche, Polaritäten aufweisen. It can be provided that the piezoelectric elements 3B, 3C, 3F, 3G facing the seismic mass 4 have different, in particular opposing, polarities compared to the outer piezoelectric elements 3A, 3D, 3E, 3H facing the restraints 6.
Ferner ist bevorzugt, dass die piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H auf dem Träger 2 angeordnet, insbesondere befestigt sind. It is further preferred that the piezoelectric elements 3A to 3H are arranged on the carrier 2, in particular fixed.
Durch die beschriebene Anordnung der piezoelektrischen Elemente unterschiedli- eher Polarität kann bei Biegung bzw. Auslenkung des Trägers 2 durch die seismische Masse 4 eine gleichpolarisierte Spannung an allen piezoelektrischen Elementen 3A bis 3H erzeugt werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Trägerseite der piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H bzw. eine trägerseitige Elektrode der jeweiligen piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H einen gemeinsamen Bezugspunkt oder Knoten K0 bilden. Hierzu können die piezoelektrischen Elemente seitens des Trägers, insbesondere durch den Träger 2 oder durch eine auf diesen aufgebrachte Schicht 9 o. dgl. elektrisch verbunden sein. Ferner ist bevorzugt, dass sich die piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H pro Schenkel 5A, 5B überlappen, insbesondere in einem Bereich mittig zwischen der jeweiligen Einspannung 6 und der seismischen Masse 4. Hierdurch können Stoßstellen zwischen piezoelektrischen Elementen 3A bis 3H stabilisiert werden. Dies ermöglicht eine einheitliche bzw. homogene Steifigkeit des Systems. As a result of the described arrangement of the piezoelectric elements of different polarity, an equally polarized voltage can be generated at all piezoelectric elements 3A to 3H when the carrier 2 is bent or deflected by the seismic mass 4. Here, it can be provided that the carrier side of the piezoelectric elements 3A to 3H or a carrier-side electrode of the respective piezoelectric elements 3A to 3H form a common reference point or node K0. For this purpose, the piezoelectric elements may be electrically connected by the wearer, in particular by the support 2 or by a layer 9 or the like applied thereto. Further, it is preferable that the piezoelectric elements 3A to 3H overlap each leg 5A, 5B, particularly in an area midway between the respective restraint 6 and the seismic mass 4. As a result, joints between piezoelectric elements 3A to 3H can be stabilized. This allows a uniform or homogeneous rigidity of the system.
Die piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H können den Träger 2 ganz oder zumindest teilweise bilden. Beispielsweise ist es möglich, piezoelektrische Elemente 3A bis 3H in Kunststoff einzulaminieren oder auf sonstige Weise in ein Trägermaterial einzubringen. Es bietet sich beispielsweise die Verwendung von Standardplatinenmaterial wie FR4 als Träger 2 an, da Platinenmaterial sehr kostengünstig ist und ausreichende Flexibilität aufweisen kann. Es ist auch möglich, sonstiges Leiterplattenmaterial oder andere elastische Werkstoffe zu verwenden. Besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung von Metall, insbesondere von Federstahl, Berylliumbronze als Material für den Träger 2. Ein Träger 2 aus Federstahl ist wesentlich beständiger, sowohl gegen Korrosion als auch gegen Alterung. Bevorzugt werden die piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H auf den Träger 2 aus Federstahl mit einem, insbesondere elektrisch leitfähigen, Kleber, beispielsweise einem Zweikomponentenkleber, befestigt. The piezoelectric elements 3A to 3H can form the carrier 2 completely or at least partially. For example, it is possible to laminate piezoelectric elements 3A to 3H in plastic or otherwise introduce them into a carrier material. For example, the use of standard board material such as FR4 as carrier 2 is an option, since board material is very cost-effective and can have sufficient flexibility. It is also possible to use other printed circuit board material or other elastic materials. However, particularly preferred is the use of metal, in particular of spring steel, beryllium bronze as the material for the carrier 2. A carrier 2 made of spring steel is much more resistant, both against corrosion and against aging. The piezoelectric elements 3A to 3H are preferably fastened to the carrier 2 made of spring steel with an adhesive, in particular an electrically conductive adhesive, for example a two-component adhesive.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Träger 2 an unterschiedlichen, insbesondere gegenüberliegenden, Enden fixiert bzw. fest eingespannt ist. In one embodiment, provision may be made for the carrier 2 to be fixed or firmly clamped at different, in particular opposite, ends.
Der Träger 2 kann bei Auslenkung durch die seismische Masse 4 gestaucht oder auseinandergezogen werden, um die S-förmige Verformung des Trägers 2 zu erzeugen und wieder rückgängig zu machen. Die Einrichtung 1 kann beispielsweise eine Ruhelage aufweisen, bei der der Träger 2 zumindest im Wesentlichen gerade oder flach ist. Sobald die Einrichtung 1 beschleunigt wird, wirkt die Trägheit der seismischen Masse auf den Träger 2 und verformt diesen. Hierbei bildet sich be- sonders bevorzugt die S-förmige bzw. doppelt-S-förmige Form des Trägers 2 aus. Bei besonders bevorzugten mehrfachen, alternierenden und/oder kontinuierlichen Beschleunigungen der Einrichtung 1 , was bei Anbringung an Maschinen oder Fahrzeugen der Regelfall ist, wird die seismische Masse 4 regelmäßig in unterschiedliche Richtungen bevorzugt quer zur Trägerfläche beschleunigt. Hierbei kann der Träger 2 die Ruhelage in unterschiedliche Richtungen verlassen. Die S-Form bzw. doppelte-S-Form wird dann bevorzugt in ihrem Verlauf invertiert. Wird die seismische Masse 4 also in eine erste Richtung beschleunigt, also dadurch, dass sich die Position der Einrichtung 1 bzw. der Einspannungen 6 ändert, wird eine S- Form bzw. doppelte-S-Form des Trägers erzeugt und wird die seismische Masse 4 in eine zweite, bevorzugt gegensätzliche Richtung beschleunigt, also dadurch, dass sich die Position der Einrichtung 1 bzw. der Einspannungen 6 in eine andere oder entgegengesetzte Richtung ändert, übt die seismische Masse 4 Kraft derart aus, dass die S-Form bzw. doppelte-S-Form invertiert wird. Im Zuge der wiederholten Invertierung der S-Form kann die Ruheposition des Trägers 2 jeweils durchlaufen werden. The carrier 2 can be compressed or pulled apart when deflected by the seismic mass 4 in order to generate and reverse the S-shaped deformation of the carrier 2. The device 1 may for example have a rest position, in which the carrier 2 is at least substantially straight or flat. Once the device 1 is accelerated, the inertia of the seismic mass acts on the carrier 2 and deforms it. In this case, the S-shaped or double-S-shaped form of the carrier 2 is particularly preferably formed. In particularly preferred multiple, alternating and / or continuous accelerations of the device 1, which is the rule when mounted on machines or vehicles, the seismic mass 4 is accelerated regularly in different directions preferably transversely to the support surface. In this case, the carrier 2 can leave the rest position in different directions. The S-shape or double-S-shape is then preferably inverted in its course. If the seismic mass 4 is thus accelerated in a first direction, that is to say in that the position of the device 1 or the clampings 6 changes, an S Shape or double-S-shape of the carrier generates and accelerates the seismic mass 4 in a second, preferably opposite direction, ie the fact that changes the position of the device 1 and the clamping 6 in a different or opposite direction exercises the seismic mass 4 force such that the S-shape or double S-shape is inverted. In the course of the repeated inversion of the S-shape, the rest position of the carrier 2 can be traversed in each case.
Im Ergebnis kann eine Wechselspannung erzeugt werden, die bevorzugt gleichge- richtet und/oder gespeichert werden kann. Die regelmäßigen Invertierungen der S- Form bzw. dopplelten-S-Form entsprechen vorzugsweise einer Schwingung des durch den Träger 2, die piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H und die seismische Masse 4 gebildeten Feder-Masse-Systems. Die Invertierung der S-Form kann dazu genutzt werden, die jeweiligen piezoelektrischen Elemente abwechselnd Zug- und Druckzuverspannen und so unterschiedliche, vorzugsweise alternierende Spannungen zu erzeugen. As a result, an alternating voltage can be generated, which can preferably be rectified and / or stored. The regular inversions of the S-shape or double-S-shape preferably correspond to vibration of the spring-mass system formed by the carrier 2, the piezoelectric elements 3A to 3H and the seismic mass 4. The inversion of the S-shape can be used to alternately tension and compress the respective piezoelectric elements and thus to generate different, preferably alternating voltages.
Die erzeugte Spannung U1 , U2 kann die zuvor beschriebenen Eigenschaften des Feder-Masse-Systems aufweisen bzw. die Eigenschaften können sich auf die er- zeugte Spannung U1 , U2 übertragen. Somit kann auch die Spannung U1 , U2 eine Frequenz zwischen 1 und 1000 Hz aufweisen, die mehr als 10 Hz, vorzugsweise mehr als 25 Hz, insbesondere mehr als 35 Hz und/oder weniger als 150 Hz, vorzugsweise weniger als 100 Hz, insbesondere weniger als 75 Hz, betragen kann. Mit einer Frequenz im Bereich um 50 Hz oder 55 Hz, beispielsweise zwischen 40 und 65 Hz, besonders bevorzugt zwischen 52 und 62 Hz kann also ein besonders hoher Wirkungsgrad erreicht werden, wie eingangs beschrieben. The generated voltage U1, U2 can have the properties of the spring-mass system described above or the properties can be transferred to the generated voltage U1, U2. Thus, the voltage U1, U2 may have a frequency between 1 and 1000 Hz, more than 10 Hz, preferably more than 25 Hz, in particular more than 35 Hz and / or less than 150 Hz, preferably less than 100 Hz, in particular less than 75 Hz. With a frequency in the range of 50 Hz or 55 Hz, for example between 40 and 65 Hz, particularly preferably between 52 and 62 Hz, therefore, a particularly high efficiency can be achieved, as described above.
Es ist bevorzugt, dass die Einspannungen 6 zueinander unbeweglich sind. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Einspannungen 6 in einer mechanischen Konstruk- tion, insbesondere einem gemeinsamen Rahmen befestigt bzw. verankert sind. Die Einspannungen 6 können sich zwar nicht relativ zueinander bewegen, insgesamt ist die Einrichtung 1 jedoch dazu ausgebildet, in Bewegung bzw. Schwingung versetzt zu werden. Die seismische Masse 4 kann dann durch ihre Trägheit dazu führen, dass der Träger 2 in der beschriebenen Weise verformt wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass die seismische Masse 4 derart auf den Träger 2 wirkt, dass dieser S-förmig, insbesondere doppelt-S-förmig verformt wird. Im Hinblick auf Fig. 3 kann also durch Bewegung des Gesamtsystems die seismische Masse 4 Kraft auf den Träger 2 derart ausüben, dass dieser bei abwechselnder Auslenkung in unter- schiedliche Richtungen auch S-Formen bzw. Doppelt-S-Formen mit gegensätzlichem Verlauf annehmen kann. Im Hinblick auf die Schnittdarstellungen der Fig. 2 und 3 ist ausgehend von einem linearen bzw. geraden Verlauf, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, der Träger 2 durch die seismische Masse 4 in unterschiedliche bzw. gegensätzliche Richtungen auslenkbar. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche S- förmige bzw. Doppel-S-förmige Auslenkungen des Trägers 2. It is preferred that the restraints 6 are immovable relative to each other. For this purpose, it may be provided that the restraints 6 are fastened or anchored in a mechanical construction, in particular a common frame. Although the grips 6 can not move relative to each other, the device 1 is overall designed to be set in motion or vibration. The seismic mass 4 can then lead by its inertia that the carrier 2 is deformed in the manner described. In particular, it is provided that the seismic mass 4 acts on the carrier 2 in such a way that it is deformed in an S-shape, in particular double-S-shaped. With reference to FIG. 3, therefore, the seismic mass 4 can exert force on the carrier 2 by movement of the entire system in such a way that, in the event of alternating deflection, it can exert its force on the carrier 2. Different directions can also assume S-forms or double S-forms with opposite course. With reference to the sectional views of FIGS. 2 and 3, starting from a linear or straight course, as shown in FIG. 2, the carrier 2 can be deflected by the seismic mass 4 in different or opposite directions. This results in different S-shaped or double S-shaped deflections of the carrier. 2
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H durch Aufkleben oder Auflöten mit dem Träger 2 verbunden. According to one aspect of the present invention, the piezoelectric elements 3A to 3H are bonded to the carrier 2 by sticking or soldering.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Einrichtung dazu ausgelegt, in einer ausgelenkten Position die piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H uneinheitlich, vorzugsweise in entgegengesetzte Richtungen zu biegen. Unterschiedliche piezoelektrische Elemente 3A bis 3H der vorschlagsgemäßen Einrich- tung 1 können also entgegengesetzte Bögen oder Bogenlinien bilden. According to another aspect of the present invention, the device is configured to non-uniformly, preferably in opposite directions, bend the piezoelectric elements 3A to 3H in a deflected position. Different piezoelectric elements 3A to 3H of the proposed device 1 can thus form opposite arches or curved lines.
An der Stoßstelle der Bögen entsteht eine neutrale, nicht verformte Stelle, die auch Wendepunkt W bezeichnet wird. Die entgegengesetzten Bögen, die die beschriebene S-Form bilden, sind dafür verantwortlich, dass einige piezoelektrische Ele- mente 3A, 3D, 3F, 3G bei Auslenkung durch die seismische Masse 4 gestaucht und andere der piezoelektrischen Elemente 3B, 3C, 3E, 3H gestreckt werden. Bei Auslenkung des Trägers 2 durch die seismische Masse 4 in die entgegengesetzte Richtung, werden die zuvor gestreckten piezoelektrischen Elemente 3B, 3C, 3E, 3H gestaucht und die zuvor gestauchten piezoelektrischen Elemente 3A, 3D, 3F, 3G werden gestreckt. At the joint of the arches, a neutral, undeformed point is formed, which is also called inflection point W. The opposite arcs forming the described S-shape are responsible for some of the piezoelectric elements 3A, 3D, 3F, 3G being compressed when deflected by the seismic mass 4 and others of the piezoelectric elements 3B, 3C, 3E, 3H being stretched become. When the carrier 2 is deflected by the seismic mass 4 in the opposite direction, the previously stretched piezoelectric elements 3B, 3C, 3E, 3H are compressed and the previously compressed piezoelectric elements 3A, 3D, 3F, 3G are stretched.
Es kann eine neutrale Faser geben, in der weder eine Streckung noch eine Stauchung erfolgt. Diese liegt besonders bevorzugt im Schnitt mittig im Material des Trägers 2. Über die Dicke des Materials des Trägers 2 kann also ein bestimmter Grad an Streckung bzw. Stauchung der piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H sichergestellt bzw. eingestellt werden. There may be a neutral fiber in which neither stretching nor compression occurs. This is particularly preferably in the middle of the center in the material of the carrier 2. Thus, over the thickness of the material of the carrier 2, a certain degree of stretching or compression of the piezoelectric elements 3A to 3H can be ensured or adjusted.
Benachbarte piezoelektrische Elemente 3A bis 3H sind bevorzugt entgegengesetzt polarisiert, was durch unterschiedliche Ausrichtung und/oder unterschiedliche Ma- terialwahl erfolgen kann. Adjacent piezoelectric elements 3A to 3H are preferably oppositely polarized, which can be done by different orientation and / or different material terialwahl.
Im Bereich der Wendepunkte W der Biegelinie des Trägers 2 im ausgelenkten Zustand unterliegt der Träger 2 bzw. das jeweils in diesem Bereich angeordnete pie- zoelektrische Element 3A bis 3H kaum einer Verformung. Damit trägt dieser Bereich auch kaum zur Erzeugung elektrischer Energie bei. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereich der Wendepunkte W zumindest auf der dem Träger 2 abgewandten Seite der piezoelektrischen Elemente 3A bis 3H keine Elektrode angeordnet ist oder zwar eine Elektrode 7A3, 7D3, 7F3, 7G3 angeordnet, jedoch nicht kontaktiert ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass Ladungsträger in den Bereich des Wendepunkts W geleitet werden, ein piezoelektrisches Element 3A bis 3H also im Bereich des Wendepunkts W an eine Spannung angeschlossen wird, und sei es dadurch, dass eine Elektrode des jeweiligen piezoelektrischen Elements 3A bis 3H bis in den Bereich des Wendepunkts W ragt. Es hat sich nämlich in überraschender Weise herausgestellt, dass sich das piezoelektrische Element 3A bis 3H in dem Bereich des Wendepunkts W durch den piezoelektrischen Effekt versteifen und der Wirkungsgrad der vorschlagsgemäßen Einrichtung 1 hierdurch reduziert werden kann. Es ist vor- teilhaft, wenn nicht-kontaktierte Elektroden 7A3, 7D3, 7F3, 7G3 im Bereich der Wendepunkte W isoliert von den restlichen Elektroden auf derselben Seite des piezoelektrischen Elements 3A bis 3D an dem piezoelektrischen Element 3A bis 3H angeordnet ist, da hierdurch möglichst homogene mechanische Eigenschaften des Träges 2 gewährleistet werden können. Zudem ist es vorteilhaft für die Herstellung, wenn die Elektrodenbeschichtung im Bereich der Wendepunkte W nicht komplett weggelassen wird. Dies ist jedoch alternativ auch möglich. In the region of the points of inflection W of the bending line of the carrier 2 in the deflected state, the carrier 2 or the piecing respectively arranged in this region is subject to zoelektrische element 3A to 3H hardly a deformation. Thus, this area hardly contributes to the generation of electrical energy. According to one aspect of the present invention, it is provided that in the region of the inflection points W at least on the side facing away from the carrier 2 of the piezoelectric elements 3A to 3H no electrode is arranged or indeed an electrode 7A3, 7D3, 7F3, 7G3 arranged, but not contacted , In this way, it can be advantageously prevented that charge carriers are conducted into the region of the point of inflection W, ie a piezoelectric element 3A to 3H is connected to a voltage in the region of the point of inflection W, and that is that one electrode of the respective piezoelectric element 3A until 3H into the area of the inflection point W protrudes. It has surprisingly been found that the piezoelectric element 3A to 3H stiffen in the region of the inflection point W by the piezoelectric effect and the efficiency of the proposed device 1 can be reduced thereby. It is advantageous if non-contacted electrodes 7A3, 7D3, 7F3, 7G3 are arranged in the region of the inflection points W isolated from the remaining electrodes on the same side of the piezoelectric element 3A to 3D on the piezoelectric element 3A to 3H, since this is possible homogeneous mechanical properties of the carrier 2 can be ensured. In addition, it is advantageous for the production if the electrode coating in the region of the inflection points W is not completely omitted. However, this is also possible as an alternative.
Im Folgenden werden alternative bzw. zusätzliche Aspekte der vorliegenden Erfindung erläutert: In the following, alternative or additional aspects of the present invention are explained:
Der beschriebene Piezogenerator basiert vorzugsweise darauf, einen Träger zwei- seitg einzuspannen. Die Einspannungen können Fixpunkte darstellen, zwischen denen, typicherweise in der Mitte, eine seismische Masse befestigt sein kann. Auf unterschiedlichen Seiten der seismische Masse können sich Schenkel des Trägers ergeben, wobei auf den beiden Schenkeln pro Seite jeweils zwei Piezoelemente angeordnet sein können. Diese Piezoelemente sind vorzugsweise innen mit entgegengesetzter Polarität angebracht wie außen. Dadurch ergibt sich bei der Art der Biegung des Systems eine gleichpolarisierte Spannung an allen Elementen, wenn die Seite des Trägers als gemeinsamer Bezugspunkt gilt. Die Piezoelemente pro Schenkel überlappen sich vorzugsweise in der Mitte und stabilisieren damit die Stoßstellen, damit sich eine möglichst einheitliche Steifigkeit des Systems ergibt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden beide Enden fixiert und eine Kraft greift zwischen diesen festen Punkten an. Dadurch ergibt sich eine mechanisch sehr stabile Konstruktion. Allerdings sind die Verhältnisse der Biegung deutlich verschieden von denen, bei einem einfachen Biegebalken. The described piezoelectric generator is preferably based on clamping a carrier on two sides. The restraints can be fixed points, between which, typically in the middle, a seismic mass can be attached. On different sides of the seismic mass legs of the carrier may result, wherein on the two legs per side two piezo elements can be arranged. These piezoelectric elements are preferably mounted inside with opposite polarity as outside. This results in the type of bending of the system, an equal polarized stress on all elements, if the side of the carrier is considered a common reference point. The piezoelectric elements per leg preferably overlap in the middle and thus stabilize the joints, so that as uniform a rigidity of the system results. According to one aspect of the present invention, both ends are fixed and a force is applied between these fixed points. This results in a mechanically very stable construction. However, the conditions of the bend are significantly different from those of a simple bending beam.
Ein vorschlagsgemäßes System zur Energiegewinnung mittels Piezoelementen kann darauf basieren, einen Träger einzusetzen, der zur Erleichterung der Kontak- tierung zumindest an der Oberfläche elektrisch leitend ist. Die beiden Enden des Trägers sind dabei insbesondere fixiert. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorlie- genden Erfindung sind die Punkte in der mechanischen Konstruktion verankert und bewegen sich relativ zu den anderen Elementen und zueinander nicht. Zwischen den fixierten Enden kann eine Masse befestigt sein. Mit dieser Masse lässt sich im Zusammenhang mit den Parametern des Trägers die Resonanzfrequenz beeinflussen. Auf der Oberfläche des Trägers sind Piezoelemente befestigt. Dabei handelt es sich im Gegensatz zu den normalen Biegebalkenkonstruktionen nicht um ein Element auf einer Seite des Trägers, sondern vorzugsweise um zwei. Das kann eine Besonderheit dieser Konstruktion sein. Die Piezoelemente können z.B. durch aufkleben oder auflöten am mit dem Träger verbunden werden. Ist das beschriebene System in einer ausgelenkten Position, sind die Piezoelemente vorzugsweise nicht einheitlich gebogen. Vielmehr bilden sich bevorzugt zwei entgegengesetzte Bögen, die je nach Geometrie der Konstruktion gleiche Verhältnisse aufweisen können oder auch nicht. An der Stoßstelle der beiden Bögen entsteht immer eine neutrale nicht verformte Stelle. Die entgegengesetzten Bögen sind dafür verantwortlich, dass ein Teil der Piezoelemente gedehnt werden während die anderen gestaucht werden. Dabei ist die Konstruktion insofern sehr effektiv, weil eine neutrale Faser bzw. der Bereich im Material, der weder gezogen noch gestaucht wird, im Trägermaterial liegt. Damit werden die Elemente auf beiden Seiten des Trägers effizient belastet. Wenn allerdings ein Element gedehnt wird erfolgt die Ladungstrennung genau entgegen den Verhältnissen, als wenn es gestaucht wird. Die re- sultierende Spannung ist also jeweils entgegengesetzt. Hier erklärt sich nun die Trennung der Piezoelemente in jeweils zwei Teilelemente pro Seite. Diese sind, entgegengesetzt polarisiert aufgebracht, insbesondere paarig entgegengesetzt polarisiert. Damit ergibt sich wieder eine gleiche Polarisation bei der Spannung bei der Art der Biegung und die einzelnen Elemente können elektrisch sehr einfach zu- sammengeschaltet werden. Die elektrische Verschaltung der Elemente ist vorzugsweise derart, dass sich bei der Biegung an einer Stelle ein Bereich ergibt, der nicht bzw. kaum einer Verformung unterliegt. Dieser trägt damit auch nicht zur Erzeugung von Energie bei. Allerdings, wenn dies durch den elektrischen Kontakt möglich ist, werden Ladungsträger in diesen Bereich geleitet. Durch den umgekehrten piezoelektrischen Effekt versteift sich dann dieser Bereich und schmälert die abgreifbare Energie. Daher sind diese nicht an der Erzeugung von Energie beteiligten Bereiche vorzugsweise elektrisch abgetrennt. Es ist möglich, dass es Bereiche auf der Piezokeramik gibt, bei der die freie Elektrode kontaktiert ist und es gibt Bereiche, die davon abgetrennt sind und bei denen die Elektrode nicht kontaktiert ist. Damit wird erreicht, dass die mechanischen Verhältnisse bei der Biegung des Systems einfach und vorhersehbar bleiben. Ein komplettes Entfernen der Keramik in diesen Bereichen hätte zur Folge, dass diese Bereiche eine geringere Steifigkeit als die Bereiche mit Piezokeramik aufweisen. Diese Bereiche ohne Piezokeramik ließen sich also mit weniger Kraft, also leichter, verformen. Im Ergebnis würde sich die ganze Konstruktion hauptsächlich an den Stellen verbiegen, an denen keine Piezokeramik aufgebracht ist. Vor diesem Hintergrund ist bevorzugt, über den den gesamten Biegebalken eine gleichmäßige bzw. zumindest im Wesentlichen unver- änderliche Steifigkeit zu erreichen. Es wird also vorzugsweise dafür gesorgt, dass möglichst alle Bereiche die gleiche Steifigkeit aufweisen. Dies lässt sich dadurch realisieren, das die gesamte Oberfläche mit Piezokeramik verstärkt ist. Allerdings steht dem entgegen, dass entsprechend der Beschreibung zwei Keramiken pro Seite aufgebracht werden sollen, da die Polarität der beiden Teile entgegengesetzt ist. Konstruktiv ist also daher bevorzugt dafür zu sorgen, das Teile oder Abschnitte des Trägers ohne Keramik möglichst klein gehalten werden. Im Mittelteil wird die Steifigkeit dadurch verbessert, dass die Keramiken auf der oberen Seite und der unteren Seite nicht an gleicher Stelle aufeinandertreffen, sondern versetzt. So ist zumindest an der geschwächten Stelle immer eine Keramik durchgehend. Zusätz- lieh kann der Aufbau so gewählt werden, dass der Spalt zwischen den Keramiken möglichst klein ist. A proposed system for generating energy by means of piezoelectric elements can be based on using a carrier which is electrically conductive at least at the surface for facilitating the contact. The two ends of the carrier are in particular fixed. According to another aspect of the present invention, the points are anchored in the mechanical construction and do not move relative to the other elements and to each other. A mass may be secured between the fixed ends. With this mass, the resonance frequency can be influenced in connection with the parameters of the carrier. Piezo elements are attached to the surface of the carrier. This is in contrast to the normal bending beam constructions not an element on one side of the carrier, but preferably by two. This may be a peculiarity of this construction. The piezoelectric elements can be connected to the carrier, for example by gluing or soldering on. If the system described is in a deflected position, the piezo elements are preferably not uniformly bent. Rather, two opposite arcs are preferably formed which, depending on the geometry of the construction, may or may not have the same conditions. At the junction of the two arches always a neutral undeformed place arises. The opposite arches are responsible for stretching one part of the piezo elements while upsetting the other. The construction is very effective in that a neutral fiber or the area in the material, which is neither pulled nor compressed, lies in the carrier material. This effectively loads the elements on both sides of the carrier. However, when an element is stretched, the charge separation occurs exactly opposite to the ratios as when it is compressed. The resulting voltage is therefore opposite. This explains the separation of the piezoelectric elements into two partial elements per side. These are polarized opposite, in particular polarized opposite polarity. This again results in a same polarization in the voltage in the type of bending and the individual elements can be electrically connected very easily. The electrical interconnection of the elements is preferably such that, at the point of bending, a region results which does not or hardly undergoes deformation. This does not contribute to the generation of energy. However, if this is due to the electrical contact is possible, charge carriers are directed into this area. Due to the reverse piezoelectric effect, this area then stiffens and reduces the energy that can be tapped off. Therefore, these non-energy generating areas are preferably electrically separated. It is possible that there are areas on the piezoceramic in which the free electrode is contacted and there are areas that are separated from it and in which the electrode is not contacted. This ensures that the mechanical conditions in the bending of the system remain simple and predictable. A complete removal of the ceramic in these areas would have the consequence that these areas have a lower rigidity than the areas with piezoceramic. These areas without Piezokeramik could thus be less force, so easier to deform. As a result, the whole construction would bend mainly at the places where no piezoceramic is applied. Against this background, it is preferable to achieve a uniform or at least essentially unchangeable rigidity over the entire bending beam. It is thus preferably ensured that as far as possible all areas have the same rigidity. This can be achieved by reinforcing the entire surface with piezoceramic. However, it is contrary to the fact that according to the description two ceramics should be applied per side, since the polarity of the two parts is opposite. In terms of design, it is therefore preferable to ensure that parts or sections of the carrier without ceramic are kept as small as possible. In the middle part of the stiffness is improved by the fact that the ceramics on the upper side and the lower side do not meet in the same place, but offset. So at least at the weakened spot is always a ceramic throughout. In addition, the structure can be chosen so that the gap between the ceramics is as small as possible.
Grundsätzlich ist ein vorschlagsgemäßes Blech bzw. Träger mit piezokeramischen Elementen für sich allein nutzbar, zur Verbesserung der Stabilität insgesamt ist es jedoch gut, zwei Bleche bzw. Träger mit piezokeramischen Elementen parallel anzuordnen und die Masse zwischen den beiden Blechen zu konzentrieren. Diese Ausführungsform hat hinsichtlich der mechanischen Stabilität einige Vorteile. Durch die Führung der Masse innerhalb der beiden Trägerbleche ist die Möglichkeit seitlich zu Verkippen und damit eine 3D-Bewegung auszuführen reduziert. Dadurch ist die Ausbildung der Schwingung senkrecht zu den Trägerblechen so stark bevorzugt, dass sich die Schwingung in dieser Ebene ausbildet und dort auch die gesamt mechanische Energie angreift. Damit ist ein sehr effektives und stabiles System zur Wandlung der mechanischen Energie der Bewegung bzw. Schwingung möglich. Zur mechanischen Begrenzung der Auslenkung kann die Masse jeweils mit zwei Zapfen versehen sein, die vorzugsweise in eine Führung in der seitlichen Halterung greifen. Damit gibt es einen mechanischen Anschlag, der das System mechanisch vor einer zu großen Auslenkung schützt. Damit ist auch sichergestellt, dass die Streckgrenze der Piezoelemente nicht überschritten wird und diese immer innerhalb ihres mechanischen Arbeitsbereiches betrieben werden. In principle, a proposed sheet metal or support with piezoceramic elements can be used by itself, but to improve the overall stability, it is good to arrange two sheets or supports in parallel with piezoceramic elements and to concentrate the mass between the two sheets. This embodiment has some advantages in terms of mechanical stability. By the leadership of the mass within the two support plates, the possibility of tilting sideways and thus to perform a 3D movement is reduced. As a result, the formation of the oscillation perpendicular to the carrier plates is so strongly preferred that the oscillation forms in this plane and there also attacks the total mechanical energy. This is a very effective and stable system for converting the mechanical energy of motion or vibration possible. For mechanical limitation of the deflection, the mass may be provided with two pins, which preferably engage in a guide in the lateral support. There is thus a mechanical stop which mechanically protects the system from excessive deflection. This also ensures that the yield strength of the piezoelectric elements is not exceeded and they are always operated within their mechanical working range.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen ein System zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Bewegungsenergie unter Nutzung des piezoelektri- sehen Effekts und eines entsprechenden Materials, wobei die Piezokeramiken auf einem piezoelektrisch passiven Träger aufgebracht sind. Dieser Träger ist an beiden Enden fixiert. Die seismische Masse ist zwischen diesen festen Punkten angebracht. Die Keramik ist auf jeder sich ergebenden Seite geteilt. Dabei ist die Keramik, die den Fixpunkten angrenzt, genau negativ zu den Keramik polarisiert, die der seismischen Masse zugewandt sind. Die Keramiken sind so geformt bzw. ausgebildet und angeordnet, dass sich die an beiden Seiten des Träger befindlichen Keramiken überlappen. Das System kann dadurch gekennzeichnet sein, dass bestimmte Teile der Keramiken um den Wendepunkt der sich ausbildenden Biegung elektrisch von den anderen Bereichen abgetrennt sind. Das System kann dadurch gekennzeichnet sein, dass es sich bei dem Trägermaterial um einen Federstahl handelt, dessen Ausdehnungskoeffizient etwa dem der Keramik entspricht. Das System kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die seismische Masse zur Vereinfachung der Verhältnisse in der Mitte zwischen den fixierten Enden angeordnet ist. Das System kann dadurch gekennzeichnet sein, dass in einer speziellen Ausfüh- rungsform zwei mit Piezoelementen angeordnete Träger parallel zueinander angeordnet sind und sich die seismische Masse zwischen diesen beiden Trägern befindet. Das System kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die seismische Masse an jeder Seite zwei Stifte hat, die in jeweils einer Führung in der seitlichen Befestigungswand eingreift und einen mechanischen Anschlag für die Auslenkung der Masse hat. Bezugszeichenliste: Further aspects of the present invention relate to a system for obtaining electrical energy from kinetic energy using the piezoelectric effect and a corresponding material, wherein the piezoceramics are applied to a piezoelectrically passive carrier. This carrier is fixed at both ends. The seismic mass is located between these fixed points. The ceramic is divided on each resulting page. In this case, the ceramic, which adjoins the fixed points, polarized exactly negative to the ceramic, which are facing the seismic mass. The ceramics are formed and arranged such that the ceramics located on both sides of the support overlap. The system may be characterized in that certain parts of the ceramics are electrically separated from the other regions around the inflection point of the forming bend. The system may be characterized in that the carrier material is a spring steel whose coefficient of expansion corresponds approximately to that of the ceramic. The system may be characterized in that the seismic mass is located midway between the fixed ends for ease of relationships. The system may be characterized in that, in a special embodiment, two carriers arranged with piezo elements are arranged parallel to one another and the seismic mass is located between these two carriers. The system may be characterized in that the seismic mass has on each side two pins, which engage in a respective guide in the lateral mounting wall and has a mechanical stop for the deflection of the mass. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Einrichtung 7D3 Elektrode 1 device 7D3 electrode
2 Träger 7E1 Elektrode  2 carriers 7E1 electrode
3A piezoelektrisches Element 7E2 Elektrode 3A piezoelectric element 7E2 electrode
3B piezoelektrisches Element 7E3 Elektrode  3B piezoelectric element 7E3 electrode
3C piezoelektrisches Element 30 7F1 Elektrode  3C piezoelectric element 30 7F1 electrode
3D piezoelektrisches Element 7F2 Elektrode  3D piezoelectric element 7F2 electrode
3E piezoelektrisches Element 7G1 Elektrode  3E piezoelectric element 7G1 electrode
3G piezoelektrisches Element 7G2 Elektrode 3G piezoelectric element 7G2 electrode
3F piezoelektrisches Element 7H1 Elektrode  3F piezoelectric element 7H1 electrode
3H piezoelektrisches Element 35 7H2 Elektrode  3H piezoelectric element 35 7H2 electrode
4 seismische Masse 7H3 Elektrode  4 seismic mass 7H3 electrode
5A Abschnitt 8 Elektrische Verbindung 5B Abschnitt 9 Beschichtung  5A Section 8 Electrical Connection 5B Section 9 Coating
6 Einspannung 10 Verbraucher  6 clamping 10 consumers
7A1 Elektrode 40  7A1 electrode 40
7A2 Elektrode K0 Knoten  7A2 electrode K0 node
7A3 Elektrode K1 Knoten 7A3 electrode K1 node
7B1 Elektrode K2 Knoten 7B1 electrode K2 node
7B2 Elektrode 7B2 electrode
7C1 Elektrode 45 U1 Spannung 7C1 electrode 45 U1 voltage
7C2 Elektrode U2 Spannung 7C2 electrode U2 voltage
7D1 Elektrode 7D1 electrode
7D2 Elektrode W Wendepunkt 7D2 electrode W inflection point

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Einrichtung (1 ) zur Gewinnung elektrischer Energie mit einem Träger (2), der mindestens zwei piezoelektrische Elemente (3) aufweist, die dazu ausgebildet sind, bei Verformung des Trägers (2) eine elektrische Spannung (U1 , U2) hervorzurufen, und mit einer seismischen Masse (4), die derart angeordnet und ausbildet ist, dass durch Beschleunigung der Einrichtung (1 ) die seismische Masse (4) auf den Träger (2) wirkt, wodurch der Träger (2) zumindest abschnittsweise S-förmig verformbar ist, sodass sich ein Wendepunkt (W) in seiner Biegelinie bildet, und wobei durch die S-förmige Verformung des Trägers (2) die piezoelektrischen Elemente (3) verformt werden, wodurch die elektrische Spannung (U1 , U2) hervorgerufen wird. A device (1) for obtaining electrical energy with a carrier (2), which has at least two piezoelectric elements (3), which are adapted to cause an electrical voltage (U1, U2) upon deformation of the carrier (2), and with a seismic mass (4) which is arranged and formed in such a way that the seismic mass (4) acts on the carrier (2) by acceleration of the device (1), whereby the carrier (2) is at least partially S-shaped deformable such that a turning point (W) forms in its bending line, and the piezoelectric elements (3) are deformed by the S-shaped deformation of the carrier (2), thereby causing the electric voltage (U1, U2).
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) an mindestens einem Ende eingespannt ist, wodurch die S-förmige Verformung des Trägers (2) ermöglicht wird. 2. Device according to claim 1, characterized in that the carrier (2) is clamped on at least one end, whereby the S-shaped deformation of the carrier (2) is made possible.
3. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei piezoelektrischen Elemente (3) auf derselben Seite des Trägers (2) benachbart und/oder zumindest im Wesentlichen auf unter- schiedlichen Seiten des Wendepunkts (W) angeordnet sind, vorzugsweise sodass diese durch die S-förmige Verformung des Trägers (2) in gegensätzlicher Weise mechanisch verformt werden. 3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two piezoelectric elements (3) on the same side of the carrier (2) adjacent and / or at least substantially on different sides of the inflection point (W) are arranged, preferably so that they are mechanically deformed by the S-shaped deformation of the carrier (2) in a contrary manner.
4. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die mindestens zwei piezoelektrischen Elemente (3) dazu ausgebildet und derart angeordnet sind, dass sie bei der S-förmigen Verformung des Trägers (2) in gegensätzlicher Weise verformt werden und elektrische Spannungen (U1 , U2) mit demselben Vorzeichen erzeugen, im Folgenden Paar piezoelektrischer Elemente (3) genannt. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two piezoelectric elements (3) are formed and arranged such that they are deformed in the S-shaped deformation of the carrier (2) in opposite directions and electrical Generate voltages (U1, U2) with the same sign, hereinafter called pair of piezoelectric elements (3).
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) mindestens zwei Paare piezoelektrischer Elemente (3) aufweist, die auf unterschiedlichen Seiten, insbesondere Flachseiten, des Trägers (2) angeordnet sind. 5. Device according to claim 4, characterized in that the carrier (2) has at least two pairs of piezoelectric elements (3) which are arranged on different sides, in particular flat sides, of the carrier (2).
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Paare piezoelektrischer Elemente (3) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass durch die S-förmige Verformung des Trägers (2) elektrische Spannungen mit demselben Vorzeichen erzeugbar sind. 6. Device according to claim 5, characterized in that the pairs of piezoelectric elements (3) are arranged and designed such that through the S-shaped deformation of the carrier (2) electrical voltages can be generated with the same sign.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) doppelt-S-förmig verformbar ist, sodass sich zwei Wendepunkte (W) in seiner Biegelinie bilden, vorzugsweise wobei mindestens zwei Paare piezoelektrischer Elemente (3) auf derselben Flachseite des Trägers (2) angeordnet und insbesondere derart angeordnet und ausgebildet sind, dass durch die doppelt-S- förmige Verformung des Trägers (2) elektrische Spannungen (U1 , U2) mit demsel- ben Vorzeichen erzeugbar sind. 7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the carrier (2) is double-S-shaped deformable, so that two inflection points (W) form in its bending line, preferably wherein at least two pairs of piezoelectric elements (3) arranged on the same flat side of the carrier (2) and in particular arranged and designed such that by the double-S-shaped deformation of the carrier (2) electrical voltages (U1, U2) are generated with the same sign.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Paar piezoelektrischer Elemente (3) auf unterschiedlichen Seiten der seismischen Masse (4) angeordnet sind, und/oder dass jeweils zwei Paare piezoelektrischer Ele- mente (3) auf unterschiedlichen Seiten des Trägers (2) angeordnet sind, 8. Device according to claim 7, characterized in that in each case a pair of piezoelectric elements (3) on different sides of the seismic mass (4) are arranged, and / or that in each case two pairs of piezoelectric elements (3) on different sides of the carrier (2) are arranged
vorzugsweise sodass bei doppelt-S-förmiger Verformung des Trägers (2) an den piezoelektrischen Elementen (3) elektrische Spannungen (U1 , U2) mit demselben Vorzeichen erzeugbar sind. Preferably, so that in double-S-shaped deformation of the carrier (2) on the piezoelectric elements (3) electrical voltages (U1, U2) are generated with the same sign.
9. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die seismische Masse (4) mit dem Träger (2) und den piezoelektrischen Elementen (3) ein Feder-Masse-System bildet, das vorzugsweise eine Resonanzfrequenz aufweist, die mehr als 10 Hz, vorzugsweise mehr als 25 Hz, insbesondere mehr als 35 Hz und/oder weniger als 150 Hz, vorzugsweise weniger als 100 Hz, insbesondere weniger als 75 Hz beträgt. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the seismic mass (4) with the carrier (2) and the piezoelectric elements (3) forms a spring-mass system, which preferably has a resonant frequency exceeding 10 Hz, preferably more than 25 Hz, in particular more than 35 Hz and / or less than 150 Hz, preferably less than 100 Hz, in particular less than 75 Hz.
10. Vorrichtung mit mindestens zwei Einrichtungen (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, deren Träger (2) derart miteinander verkoppelt sind, dass diese ein gemeinsames Feder-Masse-System bilden, das vorzugsweise eine Resonanz- frequenz aufweist, die mehr als 10 Hz, vorzugsweise mehr als 25 Hz, insbesondere mehr als 35 Hz und/oder weniger als 150 Hz, vorzugsweise weniger als 100 Hz, insbesondere weniger als 75 Hz beträgt. 10. A device having at least two devices (1) according to one of the preceding claims, whose carrier (2) are coupled together such that they form a common spring-mass system, which preferably has a resonant frequency, which is more than 10 Hz , preferably more than 25 Hz, in particular more than 35 Hz and / or less than 150 Hz, preferably less than 100 Hz, in particular less than 75 Hz.
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