DE202015100719U1

DE202015100719U1 - Electrostatic microgenerator and probe

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Publication number: DE202015100719U1
Application number: DE202015100719.1U
Authority: DE
Original assignee: Tum Forte Forschungsforderung & Tech; Tum Forte Forschungsforderung & Technologietransfer
Current assignee: BECKMANN, GUENTER, DE
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-05-17
Anticipated expiration: 2025-02-14

Abstract

Elektrostatischer Mikrogenerator (1) mit zwei polymeren, doppellagig übereinander angeordneten Elektretfolien (2, 22) mit jeweils einer einseitig darauf angeordneten metallischen Schicht als Elektrode, wobei die metallischen Schichten jeweils Kondensatorplatten (3, 4) ausbilden und mindestens eine in der Höhe veränderbare Fluidkammer (5, 6) zwischen den Kondensatorplatten (3, 4) ausgebildet ist und ein gasförmiges Fluid in der mindestens einen Fluidkammer (5, 6) als Isolationsmedium dient, wobei mittels Druckbeaufschlagung auf eine Solldruckfläche (8), die parallel zu den Kondensatorplatten (3, 4) außenliegend vorgesehen ist, eine Spannung durch eine Veränderung des Abstands der Kondensatorplatten (3, 4) erzeugbar ist, und das Fluid im Wesentlichen in paralleler Richtung zur Anordnung der Kondensatorplatten (3, 4) und in senkrechter Richtung zur Richtung der Druckbeaufschlagung in die Fluidkammer (5, 6) einführbar und aus der Fluidkammer (5, 6) ausdrückbar ist.Electrostatic microgenerator (1) comprising two polymeric, double-layered electret foils (2, 22) each having a metallic layer disposed thereon as an electrode, wherein the metallic layers each form capacitor plates (3, 4) and at least one height-adjustable fluid chamber ( 5, 6) between the capacitor plates (3, 4) is formed and a gaseous fluid in the at least one fluid chamber (5, 6) serves as an insulating medium, wherein by means of pressurization to a target pressure surface (8) parallel to the capacitor plates (3, 4) is provided externally, a voltage by changing the distance of the capacitor plates (3, 4) is generated, and the fluid substantially in a direction parallel to the arrangement of the capacitor plates (3, 4) and in the direction perpendicular to the direction of pressurization in the Fluid chamber (5, 6) insertable and from the fluid chamber (5, 6) can be expressed.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrostatischen Mikrogenerator mit zwei polymeren, doppellagig übereinander angeordneten Elektretfolien, sowie einen Taster mit einem solchen elektrostatischen Mikrogenerator.The invention relates to an electrostatic microgenerator with two polymeric, double-layered superposed electret films, and a probe with such an electrostatic microgenerator.

Die US 2004/0113526 A1 beschreibt einen elektromechanischen Wandler mit einer mehrere Lagen umfassenden Struktur, die fähig ist, die Dicke zu verändern. In Richtung der Dicke vom Wandlerelement kann sowohl in als aus dem Wandlerelement Luft fließen. Hierfür sind luftdurchlässige Materialien, wie eine permeable Metallschicht als auch eine permeable Materialschicht, eingesetzt. Die Materialschicht ist permanent mit elektrischer Ladung geladen.The US 2004/0113526 A1 describes an electromechanical transducer having a multilayer structure capable of changing the thickness. In the direction of the thickness of the transducer element, both in and out of the transducer element can flow air. For this purpose, air-permeable materials, such as a permeable metal layer and a permeable material layer, are used. The material layer is permanently charged with electrical charge.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrostatischen Mikrogenerator und einen Taster zu schaffen, die eine stabile Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie gewährleisten.It is an object of the present invention to provide an electrostatic microgenerator and a probe, which ensure a stable conversion of mechanical into electrical energy.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.According to the invention the object is achieved by the subject matter of claims 1 and 13. Advantageous developments emerge from the dependent claims.

Ein Gedanke der Erfindung ist, ein gasförmiges Fluid, insbesondere Luft, als Isolationsmedium parallel zu einer Solldruckfläche und parallel zu beabstandeten Kondensatorplatten ein- und ausströmen zu lassen, in dem der Abstand zwischen den Kondensatorplatten variiert wird, um elektrische Energie, also eine abgreifbare Spannung, zu erzeugen. Der elektrostatische Mikrogenerator weist hierfür zwei doppellagig übereinander angeordnete, polymere Elektretfolien mit einer jeweils einseitig darauf angeordneten metallischen Schicht als Elektrode auf, wobei die metallischen Schichten jeweils Kondensatorplatten und zwischen den Kondensatorplatten eine in der Höhe veränderbare Fluidkammer ausbilden, wobei ein gasförmiges Fluid in der mindestens einen Fluidkammer als Isolationsmedium dient und wobei mittels Druckbeaufschlagung auf eine Solldruckfläche, die parallel zu den Kondensatorplatten außenliegend vorgesehen ist, eine Spannung durch eine Veränderung des Abstandes der Kondensatorplatten erzeugbar ist, und wobei das gasförmiges Fluid, insbesondere Luft und insbesondere ausschließlich, im Wesentlichen in paralleler Richtung zur Anordnung der Kondensatorplatten und in senkrechter Richtung zur Richtung der Druckbeaufschlagung in die Fluidkammer einführbar und aus der Fluidkammer ausdrückbar ist. Unter „Elektretfolie“ wird eine Folie verstanden, die dauerhaft elektrostatisch polarisiert ist. Die Elektretfolie hat bevorzugt eine Stärke von 1 µm bis ca. 100 µm, weiter bevorzugt ca. 20 µm bis ca. 50 µm. Somit wird ein stabiler elektrostatischer Mikrogenerator geschaffen mit einer stabilen Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie. Der elektrostatische Mikrogenerator ist derart vereinfacht aufgebaut, so dass er kosteneffizient herstellbar ist und eine breite Anwendung möglich ist.One idea of the invention is to allow a gaseous fluid, in particular air, as insulation medium to flow in and out parallel to a desired pressure surface and parallel to spaced-apart capacitor plates, in which the distance between the capacitor plates is varied in order to generate electrical energy, ie a tapped voltage, to create. The electrostatic microgenerator for this purpose has two double-layer superimposed, polymeric electret foils with a respective one side disposed thereon metallic layer as an electrode, the metallic layers each form capacitor plates and between the capacitor plates a variable in height fluid chamber, wherein a gaseous fluid in the at least one Fluid chamber serves as an insulating medium and wherein by means of pressurization to a target pressure surface, which is provided outside parallel to the capacitor plates, a voltage by changing the distance of the capacitor plates can be generated, and wherein the gaseous fluid, in particular air and in particular exclusively, in a substantially parallel direction for the arrangement of the capacitor plates and in the direction perpendicular to the direction of pressurization in the fluid chamber inserted and can be expressed from the fluid chamber. By "electret film" is meant a film that is permanently electrostatically polarized. The electret foil preferably has a thickness of 1 μm to about 100 μm, more preferably about 20 μm to about 50 μm. Thus, a stable electrostatic microgenerator is provided with a stable conversion of mechanical to electrical energy. The electrostatic microgenerator is so simplified, so that it can be produced cost-effectively and a wide application is possible.

Um den Wirkungsgrad deutlich zu erhöhen, sind im Querschnitt gesehen die Elektretfolien zu mehreren Folienkondensatoren in Serie mit einem veränderbaren Abstand der Kondensatorplatten zu einem Folienwickel flächig gewickelt, wobei jeweils Seiten der Elektretfolie gleicher Polarität zueinander angeordnet und die Kondensatorplatten als Elektroden gleicher Polarität zusammen zu einer Leitung verschaltet sind. Somit wird eine deutlich höhere Spannung erzeugt abhängig von der Anzahl der in Serie geschalteten Folienkondensatoren. In order to increase the efficiency significantly, seen in cross-section, the electret foils to a plurality of film capacitors in series with a variable distance of the capacitor plates to a film winding surface wound, each side of the electret same polarity arranged to each other and the capacitor plates as electrodes of the same polarity together to form a line are interconnected. Thus, a significantly higher voltage is generated depending on the number of series connected film capacitors.

Es hat sich bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform als vorteilhaft herausgestellt, dass die auf der Elektretfolie angeordnete metallische Schicht und insbesondere die Elektretfolie im Wesentlichen undurchlässig für das gasförmige Fluid, insbesondere Luft, ausgebildet ist. Dadurch wird der Wirkungsgrad weiter erhöht, und aufgrund des einfachen Aufbaus ist eine effiziente Fertigung für eine wirtschaftliche Umsetzung besser realisierbar.In a further preferred embodiment, it has proved to be advantageous that the metallic layer arranged on the electret foil and in particular the electret foil is essentially impermeable to the gaseous fluid, in particular air. As a result, the efficiency is further increased, and due to the simple structure efficient production for an economic implementation is better feasible.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform, und um das Fertigungsverfahren weiter zu vereinfachen und einen hohen Wirkungsgrad des elektrostatischen Mikrogenerators zu erzeugen, ist die metallische Schicht als separate Metallfolie auf der polymeren Elektretfolie angeordnet. Die Effizienz wird somit nicht beeinträchtigt durch eine Durchlöcherung der Elektretfolie und/oder der metallischen Schicht. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist in einem besonderen Fertigungsverfahren die metallische Schicht auf der polymeren Elektretfolie als Metallisierung ausgebildet.According to an embodiment which further develops the invention, and in order to further simplify the manufacturing process and to produce a high efficiency of the electrostatic microgenerator, the metallic layer is arranged as a separate metal foil on the polymer electret foil. The efficiency is thus not impaired by a perforation of the electret film and / or the metallic layer. According to an alternative preferred embodiment, the metallic layer is formed on the polymeric electret film as a metallization in a particular manufacturing process.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform, um das Wechselspiel zwischen Einführen von dem gasförmigen Fluid, insbesondere der Luft, und einem Herauspressen aus den zwischen den Kondensatorplatten angeordneten Fluidkammern zu vereinfachen, ist bevorzugt die Elektretfolie als Folienwickel in einer hermetisch abgedichteten Hülle eingelagert. Somit wird das gasförmige Fluid in seinem Volumen begrenzt und die Hülle kann eingesetzt werden, um darauf aufgewendete und einwirkende Druckkraft zur Wandlung in elektrische Energie zu transformieren. Ebenso kann an einer anderen Stelle eine Druckkraft auf die Hülle einwirken, um einen gasförmigen Fluss in die entgegensetzte Richtung zu bewirken. According to an embodiment further developing the invention in order to simplify the interplay between introduction of the gaseous fluid, in particular the air, and squeezing out of the fluid chambers arranged between the condenser plates, the electret foil is preferably incorporated as a foil wrap in a hermetically sealed envelope. Thus, the gaseous fluid is limited in volume and the sheath can be used to transform and apply compressive force applied thereto for conversion to electrical energy. Also, at some other location, a compressive force may act on the shell to cause gaseous flow in the opposite direction.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist die Elektretfolie flächig und locker gewickelt und einseitig in der hermetisch abgedichteten Hülle mit einem vordefinierten Volumen des gasförmigen Fluids angeordnet. Im ersten Zustand ist somit das gasförmige Fluid zwischen den Kondensatorplatten in Fluidkammer aufgefüllt und die Hülle auf einer gegenüberliegenden Seite entsprechend entleert. Die Hülle wird auf der der Elektretfolie gegenüberliegenden Seite aufgeblasen, wenn eine Druckkraft auf die Hülle und den darunterliegenden Elektretfolienwickel einwirkt. Die gewickelte Elektretfolie mit ihren metallischen Elektroden wird somit an den Fluidkammern zusammenpresst. Um den Ursprungszustand mit aufgeblassen Fluidkammern zwischen den Kondensatorplatten wieder herbeizuführen, wird nun der Hüllenabschnitt mit einem Ausgleichsraum für das Fluid, der keine Elektretfolie aufweist, mit einer Druckkraft beaufschlagt, so dass das gasförmige Fluid, insbesondere die Luft, zwischen die Kondensatorplatten strömt und die Fluidkammern wieder auffüllt. According to an embodiment further developing the invention, the electret foil is flat and loosely wound and arranged on one side in the hermetically sealed envelope with a predefined volume of the gaseous fluid. In the first state, the gaseous fluid between the capacitor plates is thus filled in the fluid chamber and emptied the shell on an opposite side accordingly. The sheath is inflated on the opposite side of the electret foil when a compressive force acts on the sheath and the underlying electret foil wrap. The wound electret foil with its metallic electrodes is thus pressed together at the fluid chambers. In order to restore the original state with inflated fluid chambers between the condenser plates, the envelope section is now pressurized with a compensation chamber for the fluid, which has no electret foil, so that the gaseous fluid, in particular the air, flows between the condenser plates and the fluid chambers refills again.

Gemäß einer weiter besonders bevorzugten Ausführungsform, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzeugen und das Herstellungsverfahren sowie den Aufbau des Mikrogenerators zu vereinfachen, weist die Elektretfolie die metallische Schicht auf der einen Seite der Elektretfolie vollständig überdeckend auf.According to a further particularly preferred embodiment, in order to generate the highest possible efficiency and to simplify the manufacturing process and the structure of the microgenerator, the electret film has the metallic layer on one side of the electret completely covering.

Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform weist die Elektretfolie die metallische Schicht im Wesentlichen mittig auf der einen Seite mit parallelen freien Randstreifen ohne metallische Schicht auf. Die freien parallelen Randstreifen dienen weiter bevorzugt für elastische Abstandshalter, die jeweils zwischen zwei Lagen der Elektretfolie jeweils an den zwei freien Randstreifen ohne metallische Schicht angeordnet sind. Somit wird sichergestellt, dass für das gasförmige Fluid, insbesondere die Luft, ein Raum mit Fluidkammern geschaffen wird, der zusammenpressbar ist und durch Gegendruck des Fluids wieder seinen ursprünglichen Raum mit den maximal großen Fluidkammern einnimmt.According to an alternative preferred embodiment, the electret film has the metallic layer substantially centrally on one side with parallel free edge strips without a metallic layer. The free parallel edge strips are also preferably used for elastic spacers, which are each arranged between two layers of the electret foil on each of the two free edge strips without a metallic layer. This ensures that a space with fluid chambers is created for the gaseous fluid, in particular the air, which is compressible and resumes its original space with the maximum size fluid chambers by counterpressure of the fluid.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die metallische Schicht auf der Elektretfolie einseitig auf parallelen Randstreifen mit einem freien mittigen Streifen ohne metallische Schicht ausgebildet. According to an alternative embodiment, the metallic layer on the electret foil is formed on one side on parallel edge strips with a free central strip without a metallic layer.

Hierfür sind weiter bevorzugt elastische Abstandshalter mittig zwischen zwei Lagen der Elektretfolie auf dem freien mittigen Streifen ohne Metallschicht angeordnet. Diese Ausführungsform ist eine alternative Ausführungsform zur oben beschriebenen Ausführungsform, die sicherstellt, dass aus einem Betriebszustand mit zusammengedrückten Elektrodenplatten wieder ein Ursprungszustand hergestellt wird. Außerdem können wechselseitig, also abwechselnd die in Serie geschalteten Elektroden bezüglich des freien mittigen Streifens zusammengepresst werden, so dass automatisch die gegenüberliegenden Kondensatorplatten durch Einströmen des gasförmigen Fluids aufgeweitet werden. Somit ist eine kontinuierliche Energieerzeugung gewährleistet, wobei die Solldruckflächen auf der Oberfläche der Hülle abwechselnd mit einer Druckkraft zu beaufschlagen sind.For this purpose, more preferably elastic spacers are arranged centrally between two layers of the electret film on the free central strip without metal layer. This embodiment is an alternative embodiment to the embodiment described above, which ensures that an original state is restored from an operating state with compressed electrode plates. In addition, the electrodes connected in series can be pressed together alternately, ie alternately with respect to the free central strip, so that the opposing capacitor plates are automatically widened by inflowing the gaseous fluid. Thus, a continuous power generation is ensured, wherein the target pressure surfaces are to be acted upon on the surface of the shell alternately with a compressive force.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform sind somit auf der Oberseite der Hülle zwei Solldruckflächen angeordnet, die abwechselnd betätigbar sind, insbesondere ist eine Mechanik vorgesehen, die abwechselnd beide Solldruckflächen mit einer Druckkraft beaufschlagt ausgehend von der Beaufschlagung einer definierten zentralen Tastdruckfläche. According to a further embodiment of the invention, two target pressure surfaces are thus arranged on the top of the shell, which are actuated alternately, in particular a mechanism is provided which alternately applied to both target pressure surfaces with a compressive force, starting from the application of a defined central Tastdruckfläche.

Weiter bevorzugt weist der elektrostatische Mikrogenerator eine Federmechanik auf, die einem Zusammendrücken auf die mindestens eine Solldruckfläche entgegenwirkt und angenäherte Kondensatorplatten zur elektrischen Energieerzeugung wieder aufweitet. Somit wird sichergestellt, dass der elektrostatische Mikrogenerator immer wieder auf Druckeinwirkung stabil mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt und zwar in beide Richtungen einmal bei der Annäherung der Kondensatorplatten und einmal bei der Aufweitung der Kondensatorplatten.More preferably, the electrostatic microgenerator on a spring mechanism, which counteracts a compression on the at least one target pressure surface and expands approximated capacitor plates for electrical power generation again. This ensures that the electrostatic microgenerator repeatedly converts mechanical energy into electrical energy in a stable manner, in both directions once in the approach of the capacitor plates and once in the expansion of the capacitor plates.

Die Aufgabe wird auch durch einen Taster, mit einem oben beschriebenen elektrostatischen Mikrogenerator dadurch gelöst, wobei der Taster ein gefedert gelagertes Tastenelement und eine Signalsteuerung zur Abgabe eines elektronischen Signals bei Betätigung des Tastelements mit Auslösung einer Druckbeaufschlagung auf die Solldruckfläche des Mikrogenerators aufweist. Ein derartiger Taster hat den Vorteil, dass mechanische Energie stabil in elektrische Energie gewandelt wird, einfach aufgebaut ist und der Taster sowohl stationär als auch mobil einsetzbar ist, vor allem überall dort, wo ein Verkabelungsaufwand unvorteilhaft oder aufwändig oder unerwünscht ist.The object is also achieved by a button with an electrostatic microgenerator described above, wherein the button has a spring-mounted key element and a signal control for emitting an electronic signal upon actuation of the probe element with triggering a pressurization to the target pressure surface of the microgenerator. Such a button has the advantage that mechanical energy is stably converted into electrical energy, is simple and the button is both stationary and mobile use, especially wherever a cabling effort is unfavorable or expensive or undesirable.

In Verbindung mit einem Funkmodul kann somit ein autarker Taster geschaffen werden, der von der begrenzten Energiespeicherfähigkeit einer Batterie unabhängig ist, indem elektrische Signale bei Betätigung des Tasters ausgelöst und weitergegeben werden.In conjunction with a radio module can thus be created a self-contained button, which is independent of the limited energy storage capability of a battery by electrical signals are triggered and passed on actuation of the button.

Ein Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebenen elektrostatischen Mikrogenerators mit einer polymeren Elektretfolie umfasst, dass die Elektretfolie derart gewickelt wird, so dass ein gasförmiges Fluid, insbesondere Luft, im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Druckbeaufschlagung auf eine Solldruckfläche des Mikrogenerators zwischen Lagen der Elektretfolie mit Elektroden als Kondensatorplatten parallel zu diesen heraus- und hineinströmbar ist, und die gewickelte Elektretfolie in einer Hülle mit einem definierten Luftvolumen hermetisch dicht verschlossen wird. Dabei ist bevorzugt Luft als gasförmiges Fluid in der Hülle mit einem definierten Volumen eingeschlossen und durch unterschiedliche Druckbeaufschlagung auf die Hülle kann der Abstand zwischen den Kondensatorplatten der gewickelten polymeren Elektretfolie verändert werden, so dass stabil mechanische in elektrische Energie effizient gewandelt wird. A method of making an electrostatic microgenerator with a polymeric electret film as described above comprises wrapping the electret film such that a gaseous fluid, in particular air, substantially perpendicular to the direction of pressurization of a Solldruckfläche the microgenerator between layers of the electret with electrodes as capacitor plates parallel to these out and is hineinströmbar, and the wound electret film is hermetically sealed in a shell with a defined volume of air. In this case, air is preferably enclosed as a gaseous fluid in the casing with a defined volume, and by varying the pressure applied to the casing, the distance between the capacitor plates of the wound polymeric electret film can be changed so that stable mechanical energy is efficiently converted into electrical energy.

Ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels eines oben beschriebenen elektrostatischen Mikrogenerators umfasst, dass ein gasförmiges Fluid, insbesondere Luft, als Isolationsmedium parallel zu Kondensatorplatten und senkrecht zu einer Druckbeaufschlagung auf eine Solldruckfläche in einen Ausgleichsraum einer Hülle herausgedrückt wird und umgekehrt das gasförmige Fluid aus dem Vorratsraum der Hülle aus Fluidkammern zwischen Kondensatorplatten zur Aufweitung des Abstandes zwischen diesen parallel zu den Kondensatorplatten in die Fluidkammer eingeführt und zurückgeführt wird. Durch die Konzentration der Strömungsrichtung parallel zu den Kondensatorplatten und senkrecht zur Druckrichtung wird das stabile Umwandlungsverfahren von mechanischer in elektrische Energie geschaffen. Das Verfahren ist einfach aufgebaut und kosteneffizient realisierbar.A method for generating electrical energy by means of an electrostatic microgenerator described above comprises that a gaseous fluid, in particular air, is pressed out as insulation medium parallel to capacitor plates and perpendicular to a pressurization on a target pressure surface in a compensation space of a shell and vice versa, the gaseous fluid from the Storage space of the shell of fluid chambers between capacitor plates for expanding the distance between them parallel to the capacitor plates in the fluid chamber is introduced and returned. By concentrating the flow direction parallel to the capacitor plates and perpendicular to the printing direction, the stable conversion process from mechanical to electrical energy is created. The process is simple and cost-effective.

Es versteht sich, dass die, vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden, Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.It is understood that the features mentioned above and to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments with reference to drawings. Show it:

1a einen locker gewickelten Aufbau eines elektrostatischen Mikrogenerators ohne Hülle; 1a a loosely wound construction of an electrostatic microgenerator without a shell;

1b den gewickelten elektrostatischen Mikrogenerator gemäß 1 mit einwirkender Druckkraft; 1b the wound electrostatic microgenerator according to 1 with acting pressure force;

2 eine schematische Anordnung der Elektretfolien mit metallischer Schicht sowie deren Leitungsverschaltung; 2 a schematic arrangement of the electret foils with metallic layer and their wiring line;

3a eine schematische erste Ausführungsform des elektrostatischen Mikrogenerators im entspannten Zustand; 3a a schematic first embodiment of the electrostatic microgenerator in the relaxed state;

3b den schematisch dargestellten Mikrogenerator gemäß 3a mit einwirkender Druckkraft; 3b the schematically illustrated microgenerator according to 3a with acting pressure force;

4a eine zweite Ausführungsform des elektrostatischen Mikrogenerators im entspannten Ausgangszustand; 4a a second embodiment of the electrostatic microgenerator in the relaxed initial state;

4b die zweite Ausführungsform des Mikrogenerators gemäß 4a mit einwirkender Druckkraft auf eine Solldruckfläche; 4b the second embodiment of the microgenerator according to 4a with acting compressive force on a target pressure surface;

5 eine dritte Ausführungsform in schematischer Seitenansicht vom elektrostatischen Mikrogenerator; 5 a third embodiment in a schematic side view of the electrostatic microgenerator;

5a eine schematische Ansicht der dritten Ausführungsform gemäß 5 mit einer einwirkenden Druckkraft im Querschnitt gesehen linksseitig; 5a a schematic view of the third embodiment according to 5 seen with an acting compressive force in the cross section on the left side;

5b einen schematischen Querschnitt der dritten Ausführungsform gemäß 5 mit rechtsseitig einwirkender Druckkraft, 5b a schematic cross section of the third embodiment according to 5 with compressive force acting on the right,

6 eine vierte Ausführungsform des elektrostatischen Mikrogenerators; 6 a fourth embodiment of the electrostatic microgenerator;

6a eine Querschnittsansicht schematisch mit linksseitig einwirkender Druckkraft der Ausführungsform gemäß 6; 6a a cross-sectional view schematically with left-side applied compressive force of the embodiment according to 6 ;

6b eine schematische Ansicht einer Ausführungsform gemäß 6 mit rechtsseitig einwirkender Druckkraft; 6b a schematic view of an embodiment according to 6 with compressive force acting on the right side;

7 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Tasters; 7 a schematic view of a probe according to the invention;

8 den Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens eines elektrostatischen Mikrogenerators; und 8th the process flow of a production process according to the invention of an electrostatic microgenerator; and

9 Verfahrensschritte mittels eines Flussdiagramms zur Erzeugung elektrischer Energie mittels eines Mikrogenerators. 9 Method steps by means of a flow chart for generating electrical energy by means of a microgenerator.

Die 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen elektrostatischen Mikrogenerator 1 mit zwei doppellagig angeordneten, polymeren Elektretfolien 2, 22. Eine Elektretfolie ist definiert als eine dauerhaft elektrostatisch aufgeladene Folie. Einseitig ist eine metallische Schicht als Elektrode auf der Elektretfolie 2, 22 angeordnet. Die Elektretfolien 2, 22 bilden in Doppellage mit zwei metallischen Elektroden Kondensatorplatten 3, 4 zu wenigstens einen Folienkondensator aus. Bevorzugt sind wie in der 1a gezeigt die doppellagig angeordneten, polymeren Elektretfolien 2, 22 mehrfach flächig zu einem Folienwickel locker gewickelt. Die 1a zeigt eine dreifache Wicklung. Es versteht sich, dass die Wicklung mehr oder weniger als dreifach gewickelt sein kann. Es ergeben sich bei Mehrfachwicklungen somit mehrere in Serie übereinander angeordnete Folienkondensatoren. In dem Mikrogenerator 1 ist zwischen den einzelnen polymeren Elektretfolien 2, 22 ein gasförmiges Fluid, bevorzugt Luft, als Isolationsmedium, in Fluidkammern 5, 6 eingeschlossen. Die Fluidkammer 5, 6 werden durch Kondensatorplatten 3, 4 sowie den Oberflächenseiten der Elektretfolien 2, 22 ohne metallische Schicht gebildet. Es ist ein veränderbarer Abstand der Kondensatorplatten 3, 4 erzeugbar, wenn eine äußere Druckkraft wie in der 1b gezeigt auf den Mikrogenerator 1 einwirkt. Bevorzugt ist jeweils die metallische Schicht direkt auf der Elektretfolie 2, 22 ohne Zwischenspalt einseitig angeordnet, so dass kein Luftspalt zwischen Metallschicht, die entweder als separate Metallfolie ausgebildet ist oder als auf der polymeren Elektretfolie 2, 22 angeordneten Metallisierung ausgebildet ist, und der polymeren Elektretfolie 2, 22 vorliegt. Somit ist jede Elektretfolie 2, 22 ein Träger einer Kondensatorplatte 3, 4.The 1 schematically shows an electrostatic microgenerator according to the invention 1 with two double-layered polymer electret foils 2 . 22 , An electret film is defined as a permanently electrostatically charged film. On one side is a metallic layer as an electrode on the electret foil 2 . 22 arranged. The electret foils 2 . 22 Form in double position with two metallic electrodes capacitor plates 3 . 4 to at least one film capacitor. Preferred are as in the 1a shown the double-layered, polymeric electret films 2 . 22 wrapped several times flat to a foil wrap loosely. The 1a shows a triple winding. It is understood that the Winding can be wound more or less than three times. This results in multiple windings thus several series-stacked film capacitors. In the microgenerator 1 is between the individual polymer electret foils 2 . 22 a gaseous fluid, preferably air, as an isolation medium, in fluid chambers 5 . 6 locked in. The fluid chamber 5 . 6 be through capacitor plates 3 . 4 as well as the surface sides of the electret foils 2 . 22 formed without a metallic layer. It is a variable distance of the capacitor plates 3 . 4 producible when an external compressive force as in the 1b shown on the microgenerator 1 acts. In each case, the metallic layer is preferably directly on the electret foil 2 . 22 arranged unilaterally without intermediate gap, so that no air gap between the metal layer, which is formed either as a separate metal foil or as on the polymeric electret 2 . 22 arranged metallization is formed, and the polymeric electret 2 . 22 is present. Thus, every electret is foil 2 . 22 a carrier of a capacitor plate 3 . 4 ,

Die 1b zeigt die gleiche schematische Querschnittsansicht wie die 1a, mit dem Unterschied, dass flächig auf eine Solldruckfläche 8 von einer Seite gegen eine Lagerfläche 12 der elektrostatische Mikrogenerator 1 aus der 1a mit Druck beaufschlagt wird, so dass die eingelagerte Luft zwischen den doppelten Lagen der polymeren Elektretfolie 2, 22 aus den Fluidkammern 5, 6 herausgedrückt ist. Sowohl im ausdrückenden Prozess als auch im Prozess, der die Luft wieder zwischen die Kondensatorplatten 3, 4 in die Fluidkammer 5, 6 einführt, wird eine abgreifbare Spannung mit einer effektiven Stromstärke erzeugt, die insbesondere nach Gleichrichtung als elektrisches Signal erfassbar ist und einem elektrischen Verbraucher zuführbar ist.The 1b shows the same schematic cross-sectional view as the 1a , with the difference that flat on a target pressure surface 8th from one side against a storage area 12 the electrostatic microgenerator 1 from the 1a is pressurized so that the stored air between the double layers of the polymer electret 2 . 22 from the fluid chambers 5 . 6 is pushed out. Both in the expressive process and in the process, the air is again between the capacitor plates 3 . 4 into the fluid chamber 5 . 6 introduces a tapped voltage is generated with an effective current, which is detectable in particular after rectification as an electrical signal and an electrical load can be supplied.

Die 2–6 bzw. 3b–6b zeigen schematische Schnittansichten der 1a, 1b mit einer hermetisch abgedichteten Hülle 10. The 2 - 6 respectively. 3b - 6b show schematic sectional views of 1a . 1b with a hermetically sealed shell 10 ,

Die 2 zeigt eine schematische vergrößerte Schnittansicht mit zwei doppellagig übereinander angeordneten Elektretfolien 2, 22 zur Bildung des elektrostatischen Mikrogenerators 1. In dieser Figur sind die permanenten Polarisierungen der Elektretfolien 2, 22 beispielhaft dargestellt. Bei der obersten, ersten Elektretfolie 2 ist deren Oberschicht positiv mit einer metallischen Schicht als Kondensatorplatte 3 geladen. Die untere Seite der Elektretfolie 2 weist eine negative Aufladung ohne metallische Schicht auf. Im entspannten Zustand dem Kondensatoraufbau senkrecht zur Kondensatorplatte 3 folgend ist eine Fluidkammer 5 mit veränderbarer Höhe für das gasförmige Fluid, hier bevorzugt Luft, vorgesehen Die Höhe der Fluidkammer 5, 6 ist als minimale Höhe zwischen einem direktem Kontakt der Unterseite von der Elektretfolie 2 mit der zweiten Kondensatorplatte 4 und als maximale Höhe mit einem definierten Abstand von der Unterseite der Elektretfolie 2 und der Kondensatorplatte 4 veränderbar. Im Aufbau senkrecht zu dem Kondensator ist die metallische Schicht der Kondensatorplatte 4 mit negativer Polarisierung aufgeladen und mit der zweiten Elektretfolie 22 verbunden. Bei der zweiten Elektretfolie 22 ist umgekehrt die Oberseite negativ und die Unterseite positiv geladen. Es folgt im Aufbau eine weitere Fluidkammer 6 mit veränderbarer Höhe und wiederum der gleichen wie zuvor beschriebenen Anordnung einer ersten Elektretfolie 2 mit einer ersten positiv geladenen Elektrode als Kondensatorplatte 3 und nach einer weiteren Fluidkammer 5, und darauf eine weitere zweite Elektretfolie 22 mit negativ aufgeladener zweiter Elektrode als Kondensatorplatte 4. Wie in der 2 gezeigt, sind jeweils die Seiten der Elektretfolie 2, 22 gleicher Polarität zueinander angeordnet und die Kondensatorplatten gleicher Polarität zusammen zu einer Leitung verschaltet. Die beiden Kondensatorplatten 4 sind also miteinander zu einer Leitung 40 mit negativer Polarisierung verschaltet sowie die beiden positiv geladenen Kondensatorplatten 3, die die erste Elektrode ausbilden, sind zur positiven Leitung 30 mit positiver Polarisierung verschaltet. The 2 shows a schematic enlarged sectional view with two double-layered electret films arranged one above the other 2 . 22 to form the electrostatic microgenerator 1 , In this figure are the permanent polarizations of the electret foils 2 . 22 exemplified. At the top, first electret foil 2 its upper layer is positive with a metallic layer as a capacitor plate 3 loaded. The bottom side of the electret foil 2 has a negative charge without a metallic layer. In the relaxed state, the capacitor structure is perpendicular to the capacitor plate 3 Following is a fluid chamber 5 with variable height for the gaseous fluid, here preferably air, provided The height of the fluid chamber 5 . 6 is the minimum height between a direct contact of the underside of the electret foil 2 with the second capacitor plate 4 and as the maximum height with a defined distance from the bottom of the electret foil 2 and the capacitor plate 4 variable. In the structure perpendicular to the capacitor is the metallic layer of the capacitor plate 4 charged with negative polarization and with the second electret foil 22 connected. At the second electret foil 22 conversely, the top is negative and the bottom is positively charged. This is followed by another fluid chamber in the structure 6 with variable height and again the same arrangement of a first electret film as described above 2 with a first positively charged electrode as a capacitor plate 3 and after another fluid chamber 5 , and then another second electret film 22 with negatively charged second electrode as capacitor plate 4 , Like in the 2 are shown, respectively, the sides of the electret foil 2 . 22 arranged the same polarity to each other and interconnected the capacitor plates of the same polarity together to form a line. The two capacitor plates 4 So they are together to a line 40 connected with negative polarization and the two positively charged capacitor plates 3 that form the first electrode are positive conduction 30 interconnected with positive polarization.

Die 3a zeigt eine schematische Querschnittansicht des elektrostatischen Mikrogenerators 1 in einer bevorzugten Ausführungsform eingebracht in eine hermetisch abgedichtete Hülle 10, die ein definiertes Fluidvolumen, hier insbesondere ein Luftvolumen in einem entspannten Zustand aufweist. Im Querschnitt gesehen ist der Folienwickel mit Elektretfolien 2, 22 linksseitig angeordnet, wohingegen auf der rechten Seite die Hülle 10 bis zu einem definierten Minimum verkleinert ist. Über den zwei doppellagig gewickelten Elektretfolien 2, 22 ist auf der Hülle 10 eine Solldruckfläche 8 angeordnet. Gegenüberliegend im Querschnitt gesehen rechts in der 3a dargestellt ist eine entspannte Feder 9 angeordnet, die auf eine Gegendruckfläche 7 von der Hülle 20 drückt. Die Feder 9 dient als Mechanik, die der Solldruckfläche 8 entgegenwirkt.The 3a shows a schematic cross-sectional view of the electrostatic microgenerator 1 introduced in a preferred embodiment in a hermetically sealed shell 10 , which has a defined volume of fluid, here in particular an air volume in a relaxed state. Seen in cross section is the foil wrap with electret foils 2 . 22 on the left side, whereas on the right side the shell 10 is reduced to a defined minimum. Over the two double-layered electret foils 2 . 22 is on the shell 10 a desired pressure surface 8th arranged. Opposite seen in cross section right in the 3a shown is a relaxed spring 9 arranged on a counter-pressure surface 7 from the shell 20 suppressed. The feather 9 serves as the mechanics of the target pressure surface 8th counteracts.

Die 3b zeigt den elektrostatischen Mikrogenerator 1 in einem Zustand, mit einer maximalen Druckeinwirkung auf die Solldruckfläche 8, so dass die Fluidkammern 5, 6 mit der veränderbaren Höhe zu einem minimalen Raum mit minimaler Höhe mit im Wesentlichen direktem Kontakt zwischen der negativ geladenen Unterseite der Elektretfolie 2 mit der negativ geladenen metallischen Schicht der zweiten Elektretfolie 22 kontaktieren. Die Luft als Isolationsmedium ist aus dem Folienwickel gedrückt worden und definiert nun einen hermetisch abgedichteten Ausgleichsraum 20 rechtsseitig in der Hülle 10. Während des Vorgangs der Druckbeaufschlagung auf die Solldruckfläche 8 gemäß der 3a zur 3b erfolgt aufgrund der Abstandsänderung zwischen den Kondensatorplatten 3, 4 eine Kapazitätsänderung. Diese Kapazitätsänderung führt zu der gewünschten auftretenden Spannung und ebenso eine Druckbeaufschlagung auf die Gegendruckfläche 7 in umgekehrter Richtung. Mittels der Feder 9 wird wiederum in die Fluidkammern 5 und 6 die vorhandene Luft aus dem Ausgleichsraum 20 gepumpt, so dass die Elektretfolien 2, 22 mit den beiden Elektroden 3, 4 zu einem Zustand gemäß der 3a aufgeweitet werden.The 3b shows the electrostatic microgenerator 1 in a state with a maximum pressure on the target pressure surface 8th so that the fluid chambers 5 . 6 with the variable height to a minimal space with minimum height with substantially direct contact between the negatively charged bottom of the electret foil 2 with the negatively charged metallic layer of the second electret foil 22 to contact. The air as insulation medium has been pressed out of the film roll and now defines a hermetically sealed compensation chamber 20 right side in the case 10 , During the process of pressurizing the target pressure surface 8th according to the 3a to 3b occurs due to the change in distance between the capacitor plates 3 . 4 a capacity change. This capacitance change leads to the desired voltage occurring and also a pressure on the counter-pressure surface 7 in the opposite direction. By means of the spring 9 will turn into the fluid chambers 5 and 6 the existing air from the compensation room 20 pumped so that the electret films 2 . 22 with the two electrodes 3 . 4 to a state according to the 3a be widened.

Die 4a zeigt im Querschnitt gesehen eine zweite besondere Ausführungsform des elektrostatischen Mikrogenerators 1. Bei diesem elektrostatischen Mikrogenerator 1 sind die metallischen Schichten 3, 4 jeweils mittig auf der Elektretfolie 2, 22 angeordnet, wobei an parallelen Randstreifen ohne metallische Schicht stattdessen elastische Abstandshalter 11 bevorzugt aus Kunststoff angeordnet sind. Die Solldruckfläche 8 befindet sich ebenfalls direkt über den metallischen Schichten der Kondensatorplatten 3, 4 und ebenfalls nicht an den parallelen Randstreifen im Gegensatz zur 3a, 3b. Aufgrund der elastischen Abstandshalter 11 werden die Fluidkammer 5 und 6 vordefiniert, so dass die Luft, die aus den Fluidkammern 5, 6 durch Einwirkung von Druckkraft auf die Solldruckfläche 8 herausgedrückt worden ist, leichter wieder hineinfindet. Hierfür ist das Luftvolumen durch die hermetisch abgedichtete Hülle 10 definiert. The 4a shows in cross-section a second particular embodiment of the electrostatic microgenerator 1 , In this electrostatic microgenerator 1 are the metallic layers 3 . 4 in the middle on the electret foil 2 . 22 arranged on parallel edge strips without metallic layer instead elastic spacers 11 preferably made of plastic are arranged. The target pressure surface 8th is also located directly above the metallic layers of the capacitor plates 3 . 4 and also not on the parallel edge strips in contrast to 3a . 3b , Due to the elastic spacers 11 become the fluid chamber 5 and 6 predefined, so that the air coming out of the fluid chambers 5 . 6 by the action of compressive force on the target pressure surface 8th has been pushed out, easier to find again. For this, the air volume through the hermetically sealed shell 10 Are defined.

Die 4b zeigt einen elektrostatischen Mikrogenerator 1 im belasteten Zustand mit maximal einwirkenden Druckraft auf die Solldruckfläche 8. Der rechtsseitig in der 4b angeordnete Ausgleichsraum 20 ist maximal mit dem Luftvolumen aus den minimal verkleinerten Fluidkammern 5, 6 aufgefüllt. Wie zur 3a, 3b beschrieben, wird der Ausgleichsraum 20 wiederum durch eine Mechanik oder äquivalente Mechanik entleert und die Fluidkammern 5, 6 mittels des Luftvolumens wieder vergrößert. The 4b shows an electrostatic microgenerator 1 in the loaded state with maximum acting pressure force on the target pressure surface 8th , The right side in the 4b arranged compensation room 20 is maximum with the volume of air from the minimized fluid chambers 5 . 6 refilled. How to 3a . 3b described, is the compensation room 20 again emptied by a mechanics or equivalent mechanics and the fluid chambers 5 . 6 increased by the volume of air again.

Die 5, 5a, 5b zeigen eine dritte Ausführungsform des elektrostatischen Mikrogenerators 1. Bei dieser besonderen Ausführungsform sind die metallischen Schichten parallel beidseitig jeweils auf der Oberseite einer Elektretfolie 2, 22 angeordnet, wobei mittig ein freier Streifen 23, 24 ohne metallische Schicht angeordnet ist. Diese Ausführungsform hat zwei Solldruckflächen 81, 82, die jeweils über den metallischen Schichten parallel angeordnet sind. Mittig, wo keine metallischen Schichten angeordnet sind, ist somit auch keine Solldruckfläche vorgesehen. The 5 . 5a . 5b show a third embodiment of the electrostatic microgenerator 1 , In this particular embodiment, the metallic layers are parallel on both sides on the top of an electret film 2 . 22 arranged, wherein in the middle a free strip 23 . 24 is arranged without a metallic layer. This embodiment has two desired pressure surfaces 81 . 82 , which are respectively arranged in parallel over the metallic layers. In the middle, where no metallic layers are arranged, no desired pressure surface is thus provided.

Die 5 zeigt den oben beschriebenen Folienwickel im entspannten, unbelasteten Zustand. Alle Fluidkammern 51, 52, 61, 62 weisen zwischen den Kondensatorplatten 3, 4 im Wesentlichen das gleich Luftvolumen und somit die gleiche Größe und Höhe auf.The 5 shows the film wrap described above in the relaxed, unloaded state. All fluid chambers 51 . 52 . 61 . 62 point between the capacitor plates 3 . 4 essentially the same volume of air and thus the same size and height.

Die 5a zeigt eine linksseitige Druckbelastung der schematischen Querschnittsansicht der 5, so dass die Fluidkammern 51, 52, 61, 62 aus der 5 zu einem Minimalvolumen mit minimaler Höhe zusammengedrückt sind und das rechtsseitige Volumen mit Luft maximal aufgefüllt ist. Alle Fluidkammern 51, 61 sind soweit geleert, dass die Elektrode 31 somit die hermetische Hülle 10 von der Innenseite her und die Unterseite der zweiten Elektretfolie 22 berührt und die linksseitige negative Elektrode 41 jeweils die Unterseite der ersten Elektretfolie 2 kontaktiert. The 5a shows a left-side pressure load of the schematic cross-sectional view of 5 so that the fluid chambers 51 . 52 . 61 . 62 from the 5 are compressed to a minimum volume with minimum height and the right side volume is filled with air maximally. All fluid chambers 51 . 61 are emptied so far that the electrode 31 thus the hermetic shell 10 from the inside and the bottom of the second electret film 22 touched and the left side negative electrode 41 in each case the underside of the first electret foil 2 contacted.

Die 5b zeigt wie anschließend die Solldruckfläche 82 rechtsseitig maximal mit einer Druckkraft auf die Hülle 10 einwirkt, so dass rechtsseitig und die umgekehrte Richtung auch linksseitig eine maximale Kapazitätsänderung erzeugt wird und die Luft in den Fluidkammern 5, 51, 61 parallel zu den Kondensatorplatten 31, 41 und in senkrechter Richtung zur Druckbeaufschlagung aus den Fluidkammern 52, 62 in die vorher geschlossenen Fluidkammern 51, 61 gedrückt wird. Bei dieser Ausführungsform wird somit bei jeder linksseitigen und rechtsseitigen Druckbeaufschlagung eine im Wesentlichen identische elektrische Charakteristik bezüglich Spannung und Stromstärke erzeugt. The 5b shows how then the target pressure surface 82 maximum on the right side with a compressive force on the shell 10 acts so that the right side and the reverse direction on the left side, a maximum capacity change is generated and the air in the fluid chambers 5 . 51 . 61 parallel to the capacitor plates 31 . 41 and in the direction perpendicular to the pressurization of the fluid chambers 52 . 62 into the previously closed fluid chambers 51 . 61 is pressed. In this embodiment, a substantially identical electrical characteristic with respect to voltage and current is thus generated at each left-side and right-side pressurization.

Die 6, 6a, 6b zeigen eine weitere verbesserte Ausführungsform der 5. Bei dieser Ausführungsform sind zwischen den Elektretfolien 2, 22 jeweils mittig Abstandshalter 14 angeordnet. Die Abstandshalter 14 dienen, wie in der 4a, 4b beschrieben, dazu, leichter in die entspannten Zustände nach einer Druckkrafteinwirkung auf die Solldruckfläche 81 bzw. 82 zurückzufinden.The 6 . 6a . 6b show a further improved embodiment of the 5 , In this embodiment, between the electret foils 2 . 22 each center spacer 14 arranged. The spacers 14 serve as in the 4a . 4b to, easier, in the relaxed states after a pressure force on the target pressure surface 81 respectively. 82 way back.

Die 7 zeigt schematisch im Querschnitt gesehen einen erfindungsgemäßen Taster 23 mit einem Tasterelement 25, einem Gehäuse 24 und einem erfindungsgemäßen vorher beschriebenen elektrostatischen Mikrogenerator 1. Bei Betätigung des Tasterelements 25 als zentrale Tastdruckfläche wird eine Druckkraft auf die Solldruckfläche 8 des elektrostatischen Mikrogenerators 1 ausgeübt, so dass eine elektrische Energie und Spannung erzeugt wird. Die rechtsseitig angeordnete Feder 9 führt den Mikrogenerator wieder in einen entspannten Zustand, so dass der Taster 23 erneut betätigt werden kann. Der elektrostatische Mikrogenerator 1 ist an eine Signalsteuerung 26 gekoppelt, die bei Betätigung des Tasterelements 25 die gewandelte elektrische Energie als elektrisches Signal weitergibt, beispielsweise an ein Funkmodul, so dass das Signal des Tasters 23 in einer gesamten elektrischen Anwendung verarbeitet wird. The 7 shows schematically in cross section a probe according to the invention 23 with a button element 25 , a housing 24 and a previously described electrostatic microgenerator according to the invention 1 , Upon actuation of the button element 25 as the central tactile pressure surface is a compressive force on the target pressure surface 8th of the electrostatic microgenerator 1 exerted, so that an electrical energy and voltage is generated. The spring arranged on the right side 9 returns the microgenerator to a relaxed state, leaving the button 23 can be operated again. The electrostatic microgenerator 1 is to a signal control 26 coupled when pressing the button element 25 transmits the converted electrical energy as an electrical signal, for example to a radio module, so that the signal of the button 23 is processed in an entire electrical application.

Die 8 zeigt die zwei Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Mikrogenerators 1. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird eine polymere Elektretfolie 2, 22 mit einer angeordneten metallischen Schicht doppellagig, flächig und locker gewickelt und in einem zweiten Schritt S2 wird die gewickelte Elektretfolie 2, 22 in einer Hülle 10 mit einem definierten Luftvolumen hermetisch dicht verschlossen. The 8th shows the two process steps for producing an electrostatic microgenerator according to the invention 1 , In a first Process step S1 becomes a polymeric electret film 2 . 22 with an arranged metallic layer double-layered, flat and loosely wound and in a second step S2, the wound electret film 2 . 22 in a shell 10 hermetically sealed with a defined volume of air.

Die 9 zeigt die zwei Verfahrensschritte zur Erzeugung elektrischer Energie mittels eines elektrostatischen Mikrogenerators 1, wie er oben beschrieben wurde. Ein gasförmiges Fluid, hier besonders bevorzugt Luft, wird in einem ersten Schritt als Isolationsmedium parallel zu Kondensatorplatten 3, 4, die als metallische Schichten auf jeweils einer Elektretfolie 2, 22 angeordnet sind, und senkrecht zu einer Druckbeaufschlagung auf die Solldruckfläche 8, aus Fluidkammern 5, 6 in einen Ausgleichsraum 20, insbesondere einem Vorratsraum der Hülle 10 Schritt S10 herausgedrückt und umgekehrt wird das gasförmige Fluid aus dem Ausgleichsraum 20 von der Hülle im Schritt S20 zwischen die Kondensatorplatten 3, 4 parallel zur Aufweitung des Abstandes zwischen diesen wieder in die Fluidkammern 5, 6 eingeführt und somit zurückgeführt. The 9 shows the two process steps for generating electrical energy by means of an electrostatic microgenerator 1 as described above. A gaseous fluid, in this case particularly preferably air, becomes parallel to capacitor plates in a first step as insulation medium 3 . 4 , which are metallic layers on each of an electret foil 2 . 22 are arranged, and perpendicular to a pressurization to the target pressure surface 8th , from fluid chambers 5 . 6 in a compensation room 20 , in particular a storage space of the shell 10 Step S10 pushed out and vice versa, the gaseous fluid from the expansion chamber 20 from the shell in step S20 between the capacitor plates 3 . 4 parallel to the widening of the distance between these again in the fluid chambers 5 . 6 introduced and thus returned.

Durch das parallele Einführen von Luft und umgekehrt dem Herauspressen wird somit ein sehr hoher Wirkungsgrad bei einem stabilen Umwandlungsverfahren von mechanischer in elektrische Energie geschaffen. Es ist somit der elektrostatische Mikrogenerator deutlich einfacher und somit kostenreduzierter herstellbar, wobei auch eine breite Materialauswahl möglich ist. Jedes bekannte Elektretmaterial wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylchlorid (PVC) etc. oder insbesondere Polyvinylidenfluorid (PVDF) kann als Folie verwendet werden.By the parallel introduction of air and vice versa the pressing out a very high efficiency is thus created in a stable conversion process from mechanical to electrical energy. It is thus the electrostatic microgenerator much simpler and thus cost-reduced to produce, with a wide selection of materials is possible. Any known electret material such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), etc. or especially polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used as a film.

Obwohl in der vorliegenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendung und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung den beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie es sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.Although exemplary embodiments have been explained in the present description, it should be understood that a variety of modifications are possible. It should also be noted that the exemplary embodiments are merely examples that are not intended to limit the scope, application and construction in any way. Rather, the skilled person is given by the preceding description, a guide for the implementation of at least one exemplary embodiment, with various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the components described, can be made without departing from the scope, as it turns out according to the claims and these equivalent combinations of features.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2004/0113526 A1 [0002]

Claims

Electrostatic microgenerator ( 1 ) with two polymeric, double-layered electret foils ( 2 . 22 ) each having a metal layer disposed thereon as an electrode, wherein the metallic layers each have capacitor plates ( 3 . 4 ) and at least one height-variable fluid chamber ( 5 . 6 ) between the capacitor plates ( 3 . 4 ) is formed and a gaseous fluid in the at least one fluid chamber ( 5 . 6 ) serves as an insulating medium, wherein by means of pressurization to a desired pressure surface ( 8th ) parallel to the capacitor plates ( 3 . 4 ) is provided externally, a voltage by changing the distance of the capacitor plates ( 3 . 4 ) is generated, and the fluid substantially in a direction parallel to the arrangement of the capacitor plates ( 3 . 4 ) and in the direction perpendicular to the direction of pressurization into the fluid chamber (FIG. 5 . 6 ) and from the fluid chamber ( 5 . 6 ) is expressible.

Electrostatic microgenerator ( 1 ) according to claim 1, characterized in that seen in cross-section the electret foils ( 2 . 22 ) to several film capacitors in series with a variable distance of the capacitor plates ( 3 . 4 ) are wound flat to a film winding, wherein each side of the electret film ( 2 . 22 ) are arranged the same polarity to each other and the capacitor plates ( 3 . 4 ) as electrodes of the same polarity together to a line ( 30 . 40 ) are interconnected.

Electrostatic microgenerator ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the metallic layer ( 3 . 4 ) and in particular the electret foil ( 2 . 22 ) is substantially impermeable to the gaseous fluid, in particular air, is formed.

Electrostatic microgenerator ( 1 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the metallic layer ( 3 . 4 ) as a separate metal foil on the polymeric electret foil ( 2 . 22 ) or in particular the metallic layer ( 3 . 4 ) on the polymeric electret film ( 2 . 22 ) is designed as a metallization.

Electrostatic microgenerator ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electret foil ( 2 . 22 ) in a hermetically sealed envelope for the gaseous fluid ( 10 ) is stored.

Electrostatic microgenerator ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the electret foil ( 2 . 22 ) flat, loosely wound and unilaterally in the hermetically sealed shell ( 10 ) is arranged with a defined volume of the gaseous fluid.

Electrostatic microgenerator ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electret foil ( 2 . 22 ) the metallic layer ( 3 . 4 ) has on the one hand completely covering.

Electrostatic microgenerator ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electret foil ( 2 . 22 ) the metallic layer ( 3 . 4 ) substantially centrally on one side with parallel free edge strips without a metallic layer ( 3 . 4 ), wherein elastic spacers ( 11 . 14 ) between two layers of the electret film ( 2 . 22 ) each at the two free edge strips without metallic layer ( 3 . 4 ) are arranged.

Electrostatic microgenerator ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the metallic layer ( 3 . 4 ) on the electret foil ( 2 . 22 ) on one side on parallel edge strips with a free central strip without a metallic layer ( 3 . 4 ) is trained.

Electrostatic microgenerator ( 1 ) according to claim 9, characterized in that elastic spacers ( 11 . 14 ) in the middle between two layers of the electret foil ( 2 . 22 ) on the free central strip without a metallic layer ( 3 . 4 ) are arranged.

Electrostatic microgenerator ( 1 ) according to claim 10, characterized in that on the upper side of the envelope ( 10 ) two desired pressure surfaces ( 81 . 82 ) are arranged, which are actuated alternately, in particular a mechanism is provided which alternately both Solldruckflächen ( 81 . 82 ) subjected to a compressive force, starting from the application of a defined central tactile pressure surface.

Electrostatic microgenerator ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the electrostatic microgenerator ( 1 ) has a spring mechanism, the compression of the at least one desired pressure surface ( 8th ) counteracts and for the production of electrical energy approximated capacitor plates ( 3 . 4 ) expands again.

Button ( 23 ) with an electrostatic microgenerator ( 1 ), according to one of claims 11 or 12, a sprung mounted probe element ( 25 ) and a signal control ( 26 ) for delivering an electronic signal upon actuation of the stylus element ( 25 ) with the triggering of a pressurization on the desired pressure surface ( 8th ) of the microgenerator.