-
Die
Erfindung betrifft eine Energieerzeugungseinrichtung für elektrische
Verbraucher, mit einem ortsfesten Spannungsgenerator und einem elektrischen
Energiespeicher.
-
Eine
solche Energieerzeugungseinrichtung ist allgemein aus der Praxis
bekannt und wird im Übrigen
in der
DE 103 08 509
A1 beschrieben. Hier geht es darum, elektrischen Strom
aus unter Druck stehenden Flüssigkeiten
zu erzeugen. Das setzt spezielle und gegebenenfalls aufwendige Maßnahmen
zur Installation des Spannungsgenerators voraus. Im Übrigen ist
die Stromerzeugung daran gekoppelt, dass so genanntes Brauchwasser
eine zugehörige Turbine
antreibt.
-
Die
bekannte Lehre versucht bereits, mit menschlichen Aktivitäten verbundene
Energie in elektrischen Strom umzusetzen. Allerdings ist die Energieausbeute
meistens nicht ausreichend bzw. an die Wasserentnahme zwingend gekoppelt.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.
-
Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige
Energieerzeugungseinrichtung so weiter zu entwickeln, dass der zugehörige Spannungsgenerator
zuverlässig
mit Bewegungsenergie versorgt wird, so dass immer genügend elektrische
Energie im Energiespeicher für
den Betrieb des einen oder der mehreren elektrischen Verbraucher zur
Verfügung
steht.
-
Zur
Lösung
dieser technischen Problemstellung ist bei einer gattungsgemäßen Energieerzeugungseinrichtung
vorgesehen, dass der Spannungsgenerator mit vorzugsweise häuslicher
menschlicher Tätigkeit
verbundene Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Das
heißt,
erfindungsgemäß wird die
ohnehin vorhandene und mit häuslicher menschlicher
Tätigkeit
allgemein verbundene Bewegungsenergie unmittelbar zur Erzeugung
elektrischer Energie genutzt. Dabei geht es vorliegend primär um menschliche
Bewegungsenergie die anderweitigen Tätigkeiten dient, nicht zur
Energieerzeugung, beispielsweise um räumliche Distanzen zu überbrücken.
-
Tatsächlich existieren
verschiedene Möglichkeiten,
wie der Spannungsgenerator die fragliche Bewegungsenergie in elektrische
Energie umwandelt. Meistens geschieht dies per Induktion, indem
mit Hilfe der menschlichen Bewegungsenergie der Stromgenerator mittelbar
oder unmittelbar beaufschlagt wird. Eine unmittelbare Beaufschlagung
meint, dass durch die Bewegungsenergie beispielsweise der hauptsächlich rotativ
arbeitende Spannungsgenerator direkt in Rotationen versetzt wird.
Meistens erfolgt die Beaufschlagung des Spannungsgenerators jedoch
mittelbar, beispielsweise dann, wenn der Spannungsgenerator in ein
bewegbares Verschlusselement integriert ist.
-
Bei
diesem Verschlusselement mag es sich um eine Schwenktür oder eine
Schiebetür
handeln, deren Bewegung durch die menschliche Tätigkeit initiiert wird und
die ihrerseits den Spannungsgenerator zur Strom- bzw. Spannungserzeugung
beaufschlagt. Selbstverständlich
kann das Verschlusselement auch als Drehtür ausgeführt sein. In jedem Fall wird
die Strom- bzw. Spannungserzeugung so vorgenommen, dass das Verschlusselement
mit wenigstens einem den Spannungsgenerator aufweisenden Scharnier
ausgerüstet
ist. Sobald dieses Scharnier eine Schwenkbewegung erfährt, wird
auch der Spannungsgenerator rotativ beaufschlagt und erzeugt die gewünschte elektrische
Energie.
-
Ähnlich mag
bei einer Schiebetür
vorgegangen werden, die optional über einen Zahnriemen oder ein
vergleichbares Antriebselement den im oder am Türrahmen befindlichen Spannungsgenerator
bei einer schiebenden Bewegung rotativ antreibt. Jedenfalls wird
hierdurch die fragliche menschliche Bewegungsenergie per Induktion
in elektrische Energie umgewandelt.
-
Daneben
schlägt
die Erfindung alternativ oder zusätzlich vor, die fragliche Bewegungsenergie piezoelektrisch
in elektrische Energie zu verwandeln. An dieser Stelle ist es denkbar,
die mit einer menschlichen Bewegung verbundene Gewichtskraft unter Zwischenschaltung
ein oder mehrere piezoelektrischer Elemente unmittelbar in elektrische
Spannungen umzuwandeln, die wiederum den an den Spannungsgenerator
angeschlossenen Energiespeicher mit der erforderlichen elektrischen
Energie speisen. Als piezoelektrische Elemente können solche zum Einsatz kommen,
wie sie beispielhaft und nicht einschränkend in der DE 10 2004 031
404 A1 beschrieben werden. Beispielsweise mögen solche piezoelektrischen
Elemente unter einem Teppichboden, einer Matte etc. platziert werden,
so dass ein darüber laufender
Mensch unmittelbar per piezoelektrischem Effekt für die nötige elektrische
Energieerzeugung sorgt.
-
Ferner
kann die nötige
elektrische Energie alternativ oder zusätzlich auf elektrochemischem Wege
zur Verfügung
gestellt werden, beispielsweise indem durch die menschliche Tätigkeit
eine Brennstoffzelle betrieben bzw. deren Tätigkeit initiiert wird. Bezug
genommen wird in diesem Zusammenhang auf die DE 10 2004 038 870
A1, wo eine solche Brennstoffzelle beispielhaft beschrieben wird.
-
Zusätzlich zur
elektrischen Energieversorgung des Energiespeichers mit Hilfe des
Spannungsgenerators schlägt
die Erfindung vor, wenigstens eine Solarzelle zu realisieren. Dabei
kann der Spannungsgenerator inklusive Energiespeicher und der optionalen
Solarzelle ein Einbaumodul formen, welches sich vorteilhaft in oder
an einer Tür
bzw. einem Verschlusselement anbringen lässt.
-
Bei
der fraglichen menschlichen Tätigkeit bzw.
der damit erzeugten Bewegungsenergie mag es sich um eine in oder
an einem Gebäude
verrichtete häusliche
Tätigkeit
wie Gehen, Laufen, Tür öffnen, Tür schließen etc.
handeln.
-
Selbstverständlich sind
auch andere menschliche Tätigkeiten
denkbar, die routinemäßig verrichtet
werden und deren Bewegungsenergie zumindest teilweise erfindungsgemäß in elektrische Energie
umgewandelt wird. Denkbar ist es ergänzend, die von einem Menschen
verursachte Wasserkraft beim Händewaschen,
der Toilettenspülung
im Wasserzulauf etc. mit dem Spannungsgenerator in elektrische Energie
zu verwandeln.
-
Um
zu gewährleisten,
dass der Energiespeicher einwandfrei geladen wird, mag dem Spannungsgenerator
eine Einrichtung zur Ladeüberwachung
zugeordnet sein. Zusätzlich
hat es sich bewährt,
wenn der Spannungsgenerator über
eine Ausgangsstufe verfügt,
an die seinerseits der elektrische Verbraucher angeschlossen ist.
-
Ergänzend mag
dem Spannungsgenerator eine Einrichtung zur Akkumulation der mit
der menschlichen Tätigkeit
verbundenen Bewegungsenergie zugeordnet werden. Diese Einrichtung
zur Akkumulation treibt ihrerseits den Spannungsgenerator an. Beispielsweise
mag es sich bei dieser Einrichtung zur Akkumulation der Bewegungsenergie
um eine mechanische Feder, eine (Gas-)druckfeder etc. handeln, die
nach und nach mit Hilfe der Bewegungsenergie infolge menschlicher
Tätigkeit
gespannt wird. Erst wenn eine bestimmte Spannungsenergie dieser Feder überschritten
ist, sorgt die Spannungsenergie dafür, dass der Spannungsgenerator
in einem Zug angetrieben wird und so den Energiespeicher mit einem
kräftigen
elektrischen Energieimpuls lädt.
-
Als
elektrische Verbraucher, welche mit der beschriebenen Energieerzeugungseinrichtung
zusammenwirken, haben sich verschiedene häusliche Verbraucher, wie z.
B. Lampen, Klingeln, Uhren etc. als besonders günstig erwiesen. Insbesondere
ist es von Vorteil, wenn der Spannungsgenerator in eine Haustür integriert
ist, die unmittelbar die fraglichen haustürnahen Verbraucher mit der
erforderlichen elektrischen Energie versorgt.
-
In
diesem Zusammenhang macht sich die Erfindung den Umstand zu Nutze,
dass die genannten Verbraucher meistens mit Niedervolt-Gleichspannung
beaufschlagt werden können,
die ausgangsseitig der fraglichen Energieerzeugungseinrichtung (als Gleichspannung)
ohnehin zur Verfügung
steht. Das heißt,
es kann beispielsweise zur Beaufschlagung der Klingel, einer Lampe
etc. im Haustürbereich
unmittelbar auf die fragliche Energieerzeugungseinrichtung zurückgegriffen
werden, ohne dass zusätzliche elektrische
Stromversorgungsleitungen gelegt werden müssen und insbesondere eine
Transformation und Gleichrichtung der häuslichen Netzspannung erforderlich
wäre. Dadurch
kommt es zu einer erheblichen Energieeinsparung, die zudem mit einem
verringerten Installationsaufwand einher geht.
-
Tatsächlich lässt sich
die erfindungsgemäße Energieerzeugungseinrichtung
bzw. das Einbaumodul als Spannungsgenerator inklusive Energiespeicher,
Ausgangsstufe sowie optionaler Solarzelle problemlos an der betreffenden
Tür, insbesondere
Haustür
anbringen. Dabei kann der Spannungsgenerator beispielsweise direkt
in das Scharnier integriert sein oder aber indirekt von dem Scharnier
mit den an dieser Stelle verursachten Drehbewegungen beaufschlagt
werden. Denkbar ist es hier, das Scharnier beispielsweise über einen
Zahnriemen oder ein vergleichbares Verbindungsmittel mit dem Stromgenerator
zu koppeln.
-
Im
Ergebnis wird eine Energieerzeugungseinrichtung zur Verfügung gestellt,
die bisher nutzlos in Wärme
verwandelte und mit menschlicher Tätigkeit verbundene Bewegungsenergie
vorteilhaft in elektrische Energie umsetzt. Diese elektrische Energie
wird meistens zur Versorgung von ein oder mehreren elektrischen
Verbrauchern eingesetzt, die sich in der Regel in der Nähe der Energieerzeugungseinrichtung
befinden, beispielsweise im Bereich einer Tür angeordnet sind. Weil die
Energieerzeugungseinrichtung hauptsächlich Niedervolt- Gleichspannung zur
Verfügung
stellt, lassen sich besonders günstig
verschiedene Verbraucher betreiben, wie beispielsweise eine Klingel,
eine Lampe auf LED- oder Niedervolt-Halogenbasis, eine Außenbeleuchtung,
ein Türöffner etc.
Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher
erläutert;
es zeigen:
-
1 die
erfindungsgemäße Energieerzeugungseinrichtung
schematisch,
-
2 eine
spezielle Ausgestaltung der Erfindung in Kombination mit einer Schwenktür,
-
3 ein
Einbaumodul, aufgebaut aus verschiedenen Komponenten der Erfindung
und
-
4 eine
Variante des Gegenstandes nach 2.
-
In
den Figuren ist eine Energieerzeugungseinrichtung dargestellt, die
zur Versorgung einer oder mehrerer elektrischer Verbraucher 1 eingesetzt
wird. Bei dem fraglichen Verbraucher 1 handelt es sich
im Rahmen des Ausführungsbeispiels
und nicht einschränkend
um eine Klingel 1, die im Bereich einer Tür respektive
Haustür 2 angeordnet
ist. Selbstverständlich
kann anstelle der Klingel 1 auch jedweder andere Verbraucher 1 mit
Hilfe der fraglichen Energieerzeugungseinrichtung elektrisch betrieben
werden, beispielsweise eine Beleuchtung, eine Sprechanlage, ein
Türöffner etc.
(vgl. 1 und 2).
-
Die
Energieerzeugungseinrichtung für
den elektrischen Verbraucher 1 verfügt in ihrem grundsätzlichen
Aufbau über
einen Spannungsgenerator 3 und einen Energiespeicher 4.
Zusätzlich
ist dem Spannungsgenerator 3 eine Einrichtung 5 zur
Ladeüberwachung
zugeordnet. Schließlich
mag eine Ausgangsstufe 6 realisiert sein, welche die vom
Spannungsgenerator 3 respektive dem Energiespeicher 4 zur
Verfügung
gestellte elektrische Energie an die Erfordernisse des elektrischen
Verbrauchers 1 anpasst. Mit Hilfe einer optionalen Solarzelle 7 wird
endlich für eine
zusätzliche
elektrische Ladung des Energiespeichers 4 gesorgt.
-
Der
Energiespeicher 4, die Einrichtung 5 zur Ladeüberwachung,
die Ausgangsstufe 6 und die optionale Solarzelle 7 mögen insgesamt
ein Einbaumodul 4, 5, 6, 7 formen,
wie es in der 3 dargestellt ist. In dieses
Einbaumodul 4, 5, 6, 7 kann
der Spannungsgenerator 3 integriert sein. Regelmäßig ist
der Spannungsgenerator 3 jedoch separat hiervon ausgeführt.
-
Das
Einbaumodul 4, 5, 6, 7 lässt sich
zusammen mit dem Spannungsgenerator 3 unmittelbar an oder
in der Tür
respektive Haustür 2 anbringen.
Zu diesem Zweck mag das fragliche Einbaumodul 4, 5, 6, 7 nach
der 3 unmittelbar in ein Türblatt der Tür 2 eingelassen
werden oder auf dem Türblatt
eine Anbringung erfahren. Dagegen wird der Spannungsgenerator 3 im
Rahmen des Ausführungsbeispiels
in ein Scharnier 2a der Tür bzw. des fraglichen Verschlusselementes 2 integriert.
Von dem bewegbaren Verschlusselement 2 bzw. der Tür oder Schwenktür 2 ausgehend
ist das Einbaumodul 4, 5, 6, 7 unmittelbar mit
dem türnahen
Verbraucher 1 über
eine Zuleitung 8 verbunden.
-
In
sämtlichen
Fällen
wird der ortsfeste Spannungsgenerator 3 und demzufolge
auch das ortsfeste Einbaumodul 4, 5, 6, 7 durch
elektrische Energie versorgt, die mit menschlicher Tätigkeit
verbundener Bewegungsenergie entstammt. Das heißt, die elektrische Energie
wird durch Bewegungsenergie erzeugt, die mit ohnehin vorgenommener
bzw. betriebener menschlicher Tätigkeit
verbunden ist. Das geschieht, indem der Spannungsgenerator 3 unmittelbar
oder mittelbar durch die fragliche menschliche Bewegungsenergie
beaufschlagt wird. Im Aus führungsbeispiel
findet eine mittelbare Beaufschlagung statt, indem durch die menschliche
Bewegungsenergie respektive eine Türöffnungsbewegung das Verschlusselement
bzw. die Schwenktür 2 geöffnet und
geschlossen wird. Diese durch die menschliche Tätigkeit erzeugte Bewegungsenergie
wird nun mit Hilfe des in das Scharnier 2a integrierten
Spannungsgenerators 3 in elektrische Energie umgewandelt.
Die elektrische Energie wird in dem Energiespeicher 4 bevorratet,
welcher seinerseits den angeschlossenen Verbraucher 1 mit
der notwendigen elektrischen Energie versorgt.
-
Neben
der beschriebenen menschlichen Tätigkeit
des Türöffnens bzw.
Türschließens können zur Energieerzeugung
natürlich
auch noch andere häusliche
Tätigkeiten
wie Gehen, Laufen, etc. zur Energieerzeugung in oder an einem nicht
dargestellten Gebäude
genutzt werden. Auch die Solarzelle 7 sorgt zusätzlich dafür, dass
der Energiespeicher 4 die jeweils notwendige Energieversorgung
für den
oder die Verbraucher 1 zur Verfügung stellt und auch stellen kann.
-
Dabei
wandelt der Spannungsgenerator 3 im Ausführungsbeispiel
die Bewegungsenergie per Induktion in elektrische Energie um. Das
geschieht in der Weise, dass der Spannungsgenerator 3 in üblicher
Art und Weise mit einer oder mehreren Spulen ausgerüstet ist,
die einen feststehenden Permanentmagneten 10 umgeben. Dagegen
folgen die Spulen 9 der Bewegung der Tür 2. Jede Drehbewegung
der Tür 2 und
folglich der Spule 9 gegenüber dem feststehenden Permanentmagneten 10 induziert
in der oder den Spulen eine elektrische (Wechsel-)Spannung, die
mit Hilfe eines in die Einrichtung 5 zur Ladeüberwachung
integrierten Spannungswandlers umgewandelt werden mag. Insgesamt
wird der Energiespeicher 4 bzw. werden ein oder mehrere
an dieser Stelle realisierte Akkumulatoren mit der erzeugten elektrischen
Energie versorgt.
-
In
der 2 ist noch eine Variante dargestellt, nach der
die Bewegungsenergie der Tür 2 akkumuliert
werden kann, und zwar in einer Feder 11, die bei jedem Öffnungs-/Schließvorgang
der Tür 2 mehr
und mehr gespannt wird. Wird ein bestimmter Spannungsgrad erreicht
bzw. eine vorgegebene Spannungsenergie durch die Feder 11 gespeichert, so
sorgt eine der Feder 11 zugeordnete Auslösevorrichtung
dafür,
dass die mit der Feder 11 verbundene Spule 9 in
einem Bewegungszug rotiert und so in der Spule 9 oder den
Spulen 9 ein kräftiger
Spannungsimpuls erzeugt wird, welcher wiederum zur Versorgung des
Energiespeichers 4 und/oder des Verbrauchers 1 eine
Nutzung erfährt.
-
Die 4 stellt
eine weitere Abwandlungsform des Gegenstandes nach der 2 dar.
Auch in diesem Fall wird die Bewegungsenergie der Tür 2 akkumuliert,
und zwar in einem Speicher bzw. der Einrichtung 11 zur
Akkumulation der Bewegungsenergie. Tatsächlich ist auch in diesem Fall
eine Spiralfeder respektive Feder 11 realisiert, die bei
jedem Öffnungs-/Schließvorgang
der Tür 2 mehr
und mehr gespannt wird. Die Feder 11 arbeitet mit einer
Kupplung 12 oder einer vergleichbaren Auslösevorrichtung
zusammen, die für
die Energiespeicherung in der Feder 11 sorgt. Der Feder 11 nachgeschaltet
ist der Spannungsgenerator 3, welcher seinerseits über die
Zuleitung 8 mit dem Einbaumodul 4, 5, 6, 7 verbunden
ist.
-
Man
erkennt, dass die Feder 11 über eine geteilte Antriebswelle 13 mit
dem Verschlusselement bzw. der Tür 2 verbunden
ist. Im Gegensatz zur Ausgestaltung nach 2 ist lediglich
die geteilte Antriebswelle 13 im Innern des Scharniers 2a platziert, wohingegen
der Spannungsgenerator 3, die Feder 11 und die
Auslösevorrichtung
bzw. Kupplung 12 außerhalb
des Scharniers 2a Platz finden und hierzu in einem gemeinsamen
Gehäuse 14 aufgenommen werden.
Das fragliche Gehäuse 14 kann
an das Scharnier 2a angeschlossen oder sogar mit diesem gemeinsam
ausgestaltet werden.