Überlastgeschützter piezoelektrischer Energiewandler Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Energiewandler zum Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie unter Verwendung eines piezoelektrischen Energiewandlers.

Viele neue Anwendungen erfordern eine ausgefeilte Sensorik und/oder Aktorik. Oftmals ist diese lokal verteilt oder de ^¬ zentral angebracht, was dazu führt, dass eine elektrische Energieversorgung aufwendig und teuer ist (z.B. durch Verle- gen von elektrischen Zuführungen) . Bei einigen Anwendungen ist eine physische Anbindung solcher dezentralen Aktor- bzw. Sensorknoten gänzlich unmöglich, so dass diese völlig autark betrieben werden müssen. Solche Systeme müssen sich selbst mit elektrischer Energie versorgen.

Ein bedeutendes Feld liegt dabei in der Automobilindustrie, beispielsweise im Zusammenhang mit Reifendruckkontrollsyste ^¬ men (Reifensensorik) . Heutige Reifendruckkontrollsysteme überwachen Druckschwankungen im Autoreifen, indem sie Druck und Temperatur in bestimmten Intervallen messen und die Ergebnisse drahtlos an eine Kontrolleinheit senden. Dafür not ^¬ wendige elektrische Bauteile sind über ein Ventil an einer Felge des Autoreifens befestigt. Die für den Betrieb des Rei ^¬ fendruckkontrollsystems notwendige Energie wird von einer Batterie geliefert. Die Batterie begrenzt die Lebensdauer des Reifendruckkontrollsystems. Solche batteriebetriebenen dezen ^¬ tralen Systeme erfordern einen beträchtlichen Wartungsaufwand, da die Batterien von Zeit zu Zeit gewechselt werden müssen. Ist kein Batteriewechsel möglich, fallen solche Sys- teme aus.

Weiterhin sind Systeme bekannt, die über eine Solarzelle mit Energie versorgt werden. Im Bereich der Industrieautomatisie- rung und den damit oft einhergehenden deutlich reduzierten Lichtbudgets ist der Einsatz dieser Systeme aber begrenzt.

Es sind weiterhin piezoelektrische Energiewandler bekannt, die aber fast ausschließlich auf elektro-mechanisch gekoppelten Feder-Masse-Systemen beruhen. Feder-Masse-Systeme haben den Nachteil, dass sie effizient nur im Bereich ihrer Reso ^¬ nanzfrequenz arbeiten. Sie sind daher nur sehr bedingt für breitbandige Anregungen geeignet. Des Weiteren ist ihre

Leistungsausbeute proportional mit der inertialen Masse des Wandlersystems verknüpft. Je größer die gewünschte Leistung, desto größer muss ein solcher Wandler ausfallen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen piezo- elektrischen Energiewandler bereitzustellen, der nicht die nachfeile von Feder-Masse-Systemen aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen piezoelektrischen Energiewandler zum Umwandeln von mechanischer Energie in elektri- sehe Energie durch Einwirken mechanischer Energie in Form von veränderbaren mechanischen Drucks auf ein piezoelektrisches Element, so dass es zu einer Verformung des piezoelektrischen Elementes in einer definierten Raumrichtung kommt und diese Verformung zu einer definierten mechanischen Druckspannung des piezoelektrischen Elementes führt, wobei

das piezoelektrische Element dergestalt in ein Gehäuse einge ^¬ lagert ist, dass eine Verformung des piezoelektrischen Elementes im Wesentlichen nur in eine definierte Raumrichtung möglich ist, und die Verformung des piezoelektrischen Elemen- tes durch das Einwirken von kinetischer Energie auf das piezoelektrische Element erfolgt. Die Art der Energieumwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie kann überall dort eingesetzt werden, wo kinetische Energie vorhanden ist, die als mechanischer Druck auf ein piezoelektrisches Element aufbringbar ist. Durch den mechanischen Druck erfährt das piezoelektrische Element eine mechanische Verformung. Über den piezoelektrischen Effekt wird eine Ladungstrennung zwischen den Elektroden erzeugt. Dieser Ladungsfluss steht dann extern als elektrische Energie zur Verfügung. Solche Situati ^¬ onen sind z.B. in der Industrieautomatisierung zu finden, z.B. beim Abknicken oder Ausfahren von Roboterarmen oder bei der Umlenkung von Förderbändern. Diese sowieso schon vorhan- denen kinetischen Energien, die auch in definierten und bekannten Bewegungsrichtungen vorliegen, lassen sich für den erfindungsgemäßen Energiewandler „ernten" . Der Energiewandler wird somit mit kinetischer mechanischer Energie versorgt, die eine schon vorhandene Infrastruktur bereitstellt.

Das piezoelektrische Element besteht aus mindestens einer piezoelektrische Schicht und Elektrodenschichten. Die Elekt ^¬ rodenschichten können dabei aus verschiedensten Metallen beziehungsweise Metall-Legierungen bestehen. Beispiele für das Elektrodenmaterial sind Platin, Titan und eine Platin/Titan- Legierung. Denkbar sind auch nicht-metallische, elektrisch leitende Materialien. Die piezoelektrische Schicht kann eben ^¬ falls aus unterschiedlichsten Materialen bestehen. Beispiele hierfür sind piezoelektrische keramische Materialen wie Blei- zirkonattitanat (PZT) , Zinkoxid (ZnO) und Aluminiumnitrid

(A1N) . Piezoelektrische organische Materialien wie Polyviny- lidendifluorid (PVDF) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) sind ebenfalls denkbar. Die piezoelektrische Schicht und die

Elektrodenschichten können auf einer optionalen Trägerschicht aufgebracht sein. Dies erhöht die Stabilität des piezoelekt ^¬ rischen Elementes.

Mit Hilfe des Gehäuses ist außerdem ein gekapselter Aufbau möglich, der für einen mechanischen Überlastschutz sorgt.

Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Gehäuse aus einem ersten und einem zweiten Gehäuseteil besteht, die miteinander durch Verbindungselemente zusammen fügbar sind, wobei mindestens ein Gehäuseteil ei- ne Aussparung zur Aufnahme des piezoelektrischen Elementes aufweist. Durch die Ausgestaltung des Gehäuses in zwei Teile, die zusammengebaut das Gehäuse ergeben, lässt sich der Ener ^¬ giewandler sehr leicht herstellen (z.B. durch Schraub- oder Stecktechnik) . Durch eine geeignete Aussparung zur Aufnahme des piezoelektrischen Elementes kann die Verformungsrichtung des Elementes festgelegt werden. Dies erhöht die Robustheit des Wandlers gegenüber mechanischen Einflüssen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Gehäuse Mittel zu elektrischen Ankontaktie- rung des piezoelektrischen Elementes aufweist. Durch die elektrische Ankontaktierung wird die gewonnene elektrische Energie zu den Verbrauchern (z.B. Sensoren, Aktoren) abgeführt. Vorteilhafterweise erfolgt die elektrische Ankontak ^¬ tierung durch elektrische Druckkontakte. Druckkontakte lassen sich leicht anbringen bzw. austauschen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Einwirken der kinetischen Energie auf das piezoelektrische Element durch eine Stempelbewegung erfolgt, wobei ein definierter Stellweg des Stempels direkt auf das piezoelektrische Element übertragen wird. Dadurch wird eine definierte und steuerbare mechanische Druckspannung auf das piezoelektrische Element erzeugt. Über den piezoelektrischen Effekt führt diese mechanische Druckspannung zu einer elekt ^¬ rischen Ladungstrennung zwischen den Elektroden. Über elektrische Druckkontakte und bei externer elektrischer Beschal- tung dieser Druckkontakte, kann die gewonnene elektrische Energie direkt nutzbar gemacht werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Stellweg des Stempels durch geeignete Ausle- gung des Stempels so begrenzt wird, dass eine maximal zuläs ^¬ sige Druckspannung des piezoelektrischen Elementes nicht überschreitbar ist. Somit wird sichergestellt, dass eine ma ^¬ ximal zulässige Druckspannung des piezoelektrischen Elementes nicht überschritten werden kann. In den anderen Raumrichtun- gen sorgt die Stabilität des Gehäuses (das Gehäuse kann z.B. aus hartem Kunststoff oder anderen nichtmetallischen Materialien hergestellt sein) dafür, dass eine unerwünschte Verfor- mung verhindert wird. Weiterhin werden mechanische Zugspannungen vermieden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das piezoelektrische Element als rechteckige

Platte ausgebildet ist, und wobei der Stempel auf eine Stirn ^¬ fläche der Platte einwirkt. Hierbei wird bei geringer exter ^¬ ner Kraft eine hohe Verformung des piezoelektrischen Elementes erreicht und damit eine hohe elektrische Leistungsausbeu- te erzielt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Stempel auf eine schmale Stirnfläche der Platte einwirkt. Hierbei wird bei geringster externer Kraft eine maximale Verformung des piezoelektrischen Elementes erreicht und damit eine maximale elektrische Leistungsausbeute erzielt .

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass mehrere piezoelektrische Energiewandler hinter ^¬ einander geschaltet sind. Dadurch wird bei gleichbleibender mechanischer Druckspannung die erzeugte Energiemenge vergrö ^¬ ßert. Es können somit auch Systeme versorgt werden, die grö ^¬ ßere Energiemengen benötigen. Weiterhin kann dadurch das Energieerzeugungssystem bezüglich der benötigten Energie skaliert werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das piezoelektrische Element einen Mehrschicht- aufbau mit MEMS-Schichten (d.h. in Micro Electro Mechanical Systems - Technologie) aufweist. Mit dieser Technologie ist ein piezoelektrischer Energiewandler mit sehr kleinen lateralen Abmessungen zugänglich. Darüber hinaus können sehr dünne Schichten ausgebildet werden. So betragen die Schichtdicken der Elektrodenschichten beispielsweise 0,1 ym bis 0,5 ym. Die piezoelektrische Schicht ist wenige ym dick, beispielsweise 1 ym bis 10 ym. Das piezoelektrische Element ist als dünne pie ^¬ zoelektrische Platte ausgestaltet. Zur Vervollständigung des Piezoelements in Form einer piezoelektrischen Platte kann eine Trägerschicht vorgesehen sein, beispielsweise eine Träger ^¬ schicht aus Silizium, Polysilizium, Siliziumdioxid (Si0 ₂ ) oder Siliziumnitrid (S13N ₄ ) . Eine Schichtdicke der Träger- schicht ist aus dem Bereich von 1 ym bis 100 ym ausgewählt. Des Weiteren kann ein handelsübliches Bulk-Material (z.B. mittels Grünfolientechnik hergestellt) mit Dicken im Bereich einiger hundert ym eingesetzt werden.

Das piezoelektrische Element weist dabei eine Schichtfolge aus Elektrodenschicht, piezoelektrischer Schicht und weiterer Elektrodenschicht auf. Mehrere derartige Schichtfolgen können dabei übereinander gestapelt sein, so dass ein Mehrschicht ^¬ aufbau mit übereinander gestapelten, alternierend angeordne ^¬ ten Elektrodenschichten und piezoelektrischen Schichten resultiert. Bei der Erzeugung des Piezoelements mit Hilfe der MEMS-Technologie ist es über entsprechenden lateralen Zugbzw. Druckstress in und zwischen den einzelnen Schichten möglich, den Schichtstapel so herzustellen, dass er sich unter Druck in eine definierbare (d.h. bestimmbare) Richtung krümmt. Weiterhin ermöglicht die MEMS-Technologie das piezo ^¬ elektrische Element und somit auch den Energiewandler in mi ^¬ niaturisierter Bauweise herzustellen. Dies erhöht das

Einsatzspektrum des Energiewandlers und die möglichen Anwendungen .

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie unter Verwendung eines piezoelektrischen Energiewandlers durch Ein- wirken eines durch die mechanische Energie bewirkten, verän ^¬ derbaren mechanischen Drucks auf ein piezoelektrisches Ele ^¬ ment, so dass es zu einer Verformung des piezoelektrischen Elementes in einer definierten Raumrichtung kommt und diese Verformung zu einer definierten mechanischen Druckspannung des piezoelektrischen Elementes führt. Bei diesem Verfahren ist keine seismische Masse erforderlich, wie sie bei einem Feder-Masse-System zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie eingesetzt wird. Die bekannten Nachteile von Feder-Masse-Systemen treten somit nicht auf.

Dabei zeigen:

FIG 1 eine Explosionszeichnung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen direkt-mechanischen piezoelektrischen Energiewandlers ,

FIG 2 ein zweites Ausführungsbeispiels des erfindungsge ^¬ mäßen direkt-mechanischen piezoelektrischen Energiewandlers, und

FIG 3 ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel für ein pie- zoelektrisches Element.

Figur 1 zeigt eine Explosionszeichnung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen direkt-mechanischen piezoelektrischen Energiewandlers EW. Der erfindungsgemäße Ener- giewandler EW stellt einen Ersatz für eine batteriebetriebene Energieversorgung dar und er ist ein zuverlässiges Gerät bzw. eine zuverlässige Methode der mechanisch elektrischen Energiewandlung, die auf der Ausnutzung einer definierten dynamischen Auslenkung basiert, wie sie in vielen Umgebungen vor- kommt. Solche Umgebungsbedingungen sind z.B. in der Automobilindustrie, aber auch im Bereich der Industrieautomatisie ^¬ rung anzutreffen. In der Automobilindustrie kommt es z.B. in einem fahrenden Fahrzeug permanent zu dynamischen Auslenkungen in der Reifenlatsch. Bei stehenden Fahrzeugen treten me- chanisch-dynamische Auslenkungen z.B. bei Türbewegungen (Öff ^¬ nen bzw. Schließen einer Fahrzeugtür) auf. In der Industrieautomatisierung treten dynamische Auslenkungen z.B. bei Förderbändern auf oder bei Industrierobotern (z.B. durch Bewegungen der Roboterarme) . Im industrialisierten Umfeld kommen vor allem mechanische Verformungen in Form von Vibrationen oder aber auch anderen periodisch wiederkehrenden Kräften, die in einen definierten Stellweg umgesetzt werden können, vor. Diese mechanische Energie kann mittels elektromechani- scher Energiewandler EW für ein autarkes System nutzbar gemacht werden. Sie beruhen im Wesentlichen auf dem induktiven, kapazitiven oder piezoelektrischen Wandlungsprinzip. Heutige kommerziell erhältliche piezoelektrische Energiewand ^¬ ler beruhen fast ausschließlich auf elektro-mechanisch gekoppelten Feder-Masse-Systemen. Diese Feder-Masse-Systeme haben den Nachteil, dass sie effizient nur im Bereich ihrer Reso ^¬ nanzfrequenz arbeiten. Sie sind daher nur sehr bedingt für breitbandige Anwendungen geeignet. Auch Einsatzumgebungen mit signifikanten Eigenmoden im Vibrationsspektrum müssen sehr stabil (z.B. gegenüber Temperaturdrift) sein. Diese notwendi ^¬ gen Voraussetzungen sind jedoch sehr selten erfüllt. Ein weiterer Nachteil der Feder-Masse-Systeme liegt darin, dass die elektrische Leistungsausbeute proportional mit der inertialen Masse des Wandlersystems verknüpft ist. Je größer die ge ^¬ wünschte Leistung, desto größer muss ein solcher Wandler ausfallen. Auch dieses schränkt die Einsatzmöglichkeiten ein. Der erfindungsgemäße piezoelektrische Energiewandler EW be ^¬ ruht nicht auf einem Feder-Masse-System und umgeht damit den sonst zu erwartenden charakteristischen Nachteil. Der erfindungsgemäß piezoelektrische Energiewandler EW ist in der Lage einen definierten zeitlich dynamischen Stellweg aus der Umge- bung auf direkt mechanischem Weg in elektrische Energie zu wandeln. Direkt mechanisch bedeutet hier, dass der definierte Stellweg direkt der Verformung des Piezoelementes PE ent ^¬ spricht. Das Piezoelement PE wird also einfach mechanisch zu ^¬ sammengedrückt. Der Wandler besteht also im Wesentlichen aus einem piezoelektrischen Element PE, dessen beiden Oberflächen metallisiert sind. Diese beiden Oberflächen stellen die bei ^¬ den notwendigen Elektroden dar. Das aktive Wandlerelement PE wird so in ein starres Gehäuse G eingebaut, dass es zwar lose gelagert ist, aber nur eine Verformung in einer definierten Raumrichtung zulässt. In allen Raumrichtungen wird die zulässige Verformung des Piezoelementes PE durch das Gehäuse G idealer Weise auf ein Minimum von Null reduziert. Das Gehäuse G muss neben der mechanischen Funktionalität auch noch eine elektrische Funktionalität zur elektrischen Ankontaktierung der beiden Elektroden aufweisen. Dies lässt sich z.B. recht einfach über elektrische Druckkontakte EK1 und EK2 realisie ^¬ ren. Im Beispiel nach Figur 1 besteht das starre Gehäuse G aus einem Gehäuseboden GT2 und einem Gehäusedeckel GTl. Zwischen dem Gehäuseboden und dem Gehäusedeckel ist das piezo ^¬ elektrische Element P2 angebracht. Der Gehäuseboden GT2 und der Gehäusedeckel GTl werden über Verbindungselemente (z.B. Schraubverbindungen, Steckverbindungen oder Nieten) starr miteinander verbunden. Die Aussparung, die das piezoelektrische Element PE aufnimmt, ist im Gehäuse G so ausgeprägt, dass eine Verformung des Elementes PE nur in einer definierten Raumrichtung zugelassen wird. Weiterhin ist eine Öffnung im Gehäuse vorgesehen, durch die das Einwirken von kineti- scher Energie auf das piezoelektrische Element PE erfolgen kann .

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungs ^¬ gemäßen direkt-mechanischen piezoelektrischen Energiewandler EW. In Figur 2 sind der Gehäuseboden und der Gehäusedeckel starr durch Schraubverbindungen VE zu einem Gehäuse G verbunden. Durch die starre und robuste Bauweise des Gehäuses G (z.B. harter Kunststoff) wird der Überlastschutz für den direkt-mechanischen piezoelektrischen Energiewandler EW sicher- gestellt. Über einen geeigneten starren Stempel ST (z.B. isolierter Metallstift) kann der definierte Stellweg SW direkt auf das Piezoelement PE übertragen werden. In Figur 2 ist das Piezoelement PE nicht direkt sichtbar, denn in Figur 2 ist das Gehäuse G geschlossen. Das Piezoelement PE befindet sich in einer Aussparung AS im Gehäuse G. Über eine geeignete Öff ^¬ nung im Gehäuse G können der Stempel ST und der definierte Stellweg SW direkt auf das Piezoelement PE einwirken, das sich in der Aussparung AS befindet. Diese Einwirkung führt zu einer Verformung des Piezoelements und zu einer definierten mechanischen Druckspannung. Über den piezoelektrischen Effekt führt diese mechanische Druckspannung zu einer elektrischen Ladungstrennung zwischen den beiden Elektroden. Über die elektrischen Druckkontakte EK3 (der zweite elektrische Druck- kontakt ist in der Figur nicht sichtbar, da auf der Rückseite des Gehäuses angebracht) und bei externer elektrischer Be- schaltung dieser, kann ein Teil der erzeugten elektrischen Energie direkt nutzbar gemacht werden (z.B. für die Versor- gung von Sensoren oder Aktoren) .

Vorteilhafter Weise wird der Stellweg SW auf die „kleine" (schmale) Stirnfläche des Piezoelementes PE eingebracht, da hier bei geringster externer Kraft eine maximale Verformung und damit maximale elektrische Leistungsausbeute erzielt wird. Durch geeignete Auslegung des Stempels ST, kann der Stellweg SW so begrenzt werden, dass eine maximal zulässige Druckspannung des Piezoelementes PE nicht überschritten werden kann. In den anderen Raumrichtungen sorgt das Gehäuse G dafür, dass eine unerwünschte Verformung quasi verhindert wird. Des Weiteren sorgt diese Anordnung dafür, dass keine mechanischen Zugspannungen auftreten können, die für keramische Piezoelektrika ohnehin zu vermeiden sind. Im erfindungs ^¬ gemäßen Energiewandler EW werden somit definierte Stellwege SW die durch sowieso vorhandene mechanische Verformungen ent ^¬ stehen, quasi geerntet und mittels elektromechanischer Energiewandlung für autarke Systeme nutzbar gemacht. Dynamische Auslenkungen, wie sie in vielen Umgebungen vorkommen, werden mittels einer Stempelbewegung in einen definierten Stellweg umgesetzt und direkt auf das Piezoelement mechanisch einge ^¬ koppelt oder aufgebracht (d.h. eine Einwirkung verursacht).

Insbesondere liegen die Vorteile des erfindungsgemäßen Energiewandlers EW in:

- Mechanischer Überlastschutz in allen Raumrichtungen.

- Gehäuse und Stempel definiert maximal zulässigen Stellweg des Piezoelementes und damit die maximal mögliche auftre ^¬ tende Kraft.

- Kein Lastfall von mechanisch initiierten Zugspannungen auf die piezoelektrische Keramik möglich. - Stark entkoppelter mechanischer Stress zwischen Piezoele- ment und elektrischer Kontaktierung aufgrund lokaler Druckkontakte .

- Nicht permanente elektrische Kontaktierung ermöglicht den flexiblen Austausch des Piezoelementes (z.B. bei mechanischen Defekten) .

Figur 3 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel für ein piezoelektrisches Element PE . Das Beispiel nach Figur 3 zeigt das Piezoelement PE als mehrschichtige rechteckige bzw. im Wesentlichen rechteckige Platte. Das Piezoelement PE kann prinzipiell auch andere Formen annehmen (z.B. Kreis).

Das piezoelektrische Element PE weist eine Schichtfolge aus Elektrodenschicht ESI, piezoelektrischer Schicht PES und wei ^¬ terer Elektrodenschicht ES2 auf. Mehrere derartige Schicht ^¬ folgen können dabei übereinander gestapelt sein, so dass ein Mehrschichtaufbau mit übereinander gestapelten, alternierend angeordneten Elektrodenschichten ESI, ES2 und piezoelektri- sehen Schichten PES resultiert.

Das Elektrodenmaterial der Elektrodenschichten ESI, ES2 kann aus verschiedensten Metallen beziehungsweise Metall- Legierungen bestehen. Beispiele für das Elektrodenmaterial sind Platin, Titan und eine Platin/Titan-Legierung. Denkbar sind auch nicht-metallische, elektrisch leitende Materialien.

Die piezoelektrische Schicht PES kann ebenfalls aus unter ^¬ schiedlichsten Materialen bestehen. Beispiele hierfür sind piezoelektrische keramische Materialien wie Bleizirkonattita- nat (PZT), Zinkoxid (ZnO) und Aluminiumnitrid (A1N) . Piezo ^¬ elektrische organische Materialien wie Polyvinylidendifluorid (PVDF) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) sind ebenfalls denkbar .

Optional kann eine Trägerschicht TS vorhanden sein. Die Trä ^¬ gerschicht TS erhöht die Stabilität des piezoelektrischen Elementes PE . Im Hinblick auf die mögliche Miniaturisierung des Energiewandlers EW eignet sich zur Realisierung des piezoelektrischen Elementes PE besonders die MEMS (Micro Electro Mechani- cal Systems ) -Technologie . Mit dieser Technologie ist ein pie ^¬ zoelektrischer Energiewandler EW mit sehr kleinen lateralen Abmessungen zugänglich. Darüber hinaus können sehr dünne Schichten ausgebildet werden. So betragen die Schichtdicken der Elektrodenschichten ESI, ES2 beispielsweise 0,1 ym bis 0,5 ym. Die piezoelektrische Schicht PES ist wenige ym dick, beispielsweise 1 ym bis 10 ym. Das piezoelektrische Element ist als dünne piezoelektrische Platte ausgestaltet. Das pie ^¬ zoelektrische Element PE verfügt über eine sehr geringe Mas ^¬ se. ES kann eine Trägerschicht TS vorgesehen sein, beispiels- weise eine Trägerschicht TS aus Silizium, Polysilizium, Sili ^¬ ziumdioxid (Si02) oder Siliziumnitrid (S13N ₄ ) . Eine Schichtdi ^¬ cke der Trägerschicht TS ist aus dem Bereich von 1 ym bis 100 ym ausgewählt. Ein miniaturisiert ausgebildeter Energiewand ^¬ ler EW erhöht das Spektrum von möglichen Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten, insbesondere bei dezentralen Anwendungen, die eine autarke und möglichst wartungsfreie Energiever ^¬ sorgung verlangen. Des Weiteren kann ein handelsübliches Bulk-Material (z.B. mittels Grünfolientechnik hergestellt) mit Dicken im Bereich einiger hundert ym eingesetzt werden.

Überlastgeschützter direkt-mechanischer piezoelektrischer Energiewandler zum Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie durch Einwirken mechanischer Energie in Form von veränderbaren mechanischen Drucks auf ein piezo- elektrisches Element, so dass es zu einer Verformung des pie ^¬ zoelektrischen Elementes in einer definierten Raumrichtung kommt und diese Verformung zu einer definierten mechanischen Druckspannung des piezoelektrischen Elementes führt, wobei das piezoelektrische Element dergestalt in ein Gehäuse einge- lagert ist, dass eine Verformung des piezoelektrischen Ele ^¬ mentes nur in eine definierte Raumrichtung möglich ist, und wobei die Verformung des piezoelektrischen Elementes durch das Einwirken von kinetischer Energie auf das piezoelektrische Element erfolgt.

Bezugs zeichen

EW Energiewandler

EK1 - EK3 Elektrischer Kontakt

VE Verbindungselement

G Gehäuse

GT1, GT2 Gehäuseteil

PE Piezoelektrisches Element

AS Aussparung

SW Stellweg

ST Stempel

ESI, ES2 Elektrodenschicht

TS Trägerschicht

PES Piezoelektrische Schicht