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Title:
PIEZOELECTRICALLY OPERATED LED
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/068066
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a blinker, especially a safety blinker, with at least one light-emitting diode (2, 3), at least one piezoelectric element (1, 21¿1?, 21¿2?, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 82) which supplies power to the light-emitting diode (2, 3) and which is held by at least one elastic carrier plate (22¿1?, 22¿2?, 32, 42, 52, 62, 72, 73, 83, 84). One component of said carrier plate (22¿1?, 22¿2?, 32, 42, 52, 62, 72, 73, 83, 84) including an opposite edge thereof with the exception of a first edge of said carrier plate (22¿1?, 22¿2?, 32, 42, 52, 62, 72, 73, 83, 84) can be moved cross-wise in relation to the surface thereof.

Inventors:
FITZ HERWIG (DE)
Application Number:
PCT/DE2000/001417
Publication Date:
November 16, 2000
Filing Date:
May 07, 2000
Export Citation:
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Assignee:
FITZ HERWIG (DE)
International Classes:
F21K99/00; F21S9/04; F21Y115/10; (IPC1-7): B62J6/00
Foreign References:
DE29614851U11996-11-21
US5624175A1997-04-29
EP0522882A21993-01-13
DE29604903U11996-08-14
US4824107A1989-04-25
DE29604903U11996-08-14
Attorney, Agent or Firm:
STUTE, Ivo (Partnerschaft Dunkelberg & Stute Friesenwall 5-7 Köln, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Blinkleuchte, insbesondere Sicherheitsblinkleuchte, mit mindestens einer Leuchtdiode (2,3), mindestens einem die Leuchtdiode (2,3) mit Strom versorgenden piezoelektrischen Element (1,21,, 21,, 31,41,51,61,71,81,82), das von mindestens einer elastischen Trägerplatte (22,, 32,42,52,62,72,73, 83,84) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß in bezug auf einen Rand der Trägerplatte (22,, 22 32,42,52,62,72,73,83,84) der übrige Teil der Trägerplatte (22"222,32,42,52,62,72,73,83,84) einschließlich dem gegenüberliegenden Rand quer zu ihrer Oberfläche relativ beweglich ist.
2. Blinkleuchte nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Bewegungsaufnehmer, der direkt mit der Trägerplatte (22,, 32,42,52,62,72, 73,83,84) zusammenwirkt.
3. Blinkleuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsaufnehmer ein Federelement und/oder einen Hebelarm (43,44) umfaßt.
4. Blinkleuchte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei an sich gegenüberliegenden Enden der Trägerplatte (42) befestigte Hebelarme (43,44) vorgesehen sind und das Federelement eine Blattfeder (45) ist, wobei die Blattfeder (45) von den Hebelarmen (43,44) gehalten wird.
5. Blinkleuchte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine zweite elastische Trägerplatte (22,) mit einem darauf befindlichen zweiten piezoelektrischen (21,) Element ist, wobei die erste Trägerplatte (22,) und die zweite Trägerplatte (22,) gemeinsam einen spitzen Winkel einschließen und starr miteinander gekoppelt sind.
6. Blinkleuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (72,73) um eine mittlere Achse fest gelagert ist, der Bewegungsaufnehmer durch einen Stift (74) gebildet wird, der in einer Ebene schräg zur Trägerplatte (72,73) oszillierend beweglich ist, wobei die Bewegungsebene des Stiftes (74) die Trägerplatte (72,73) nahe der mittleren Achse schneidet und der Stift (74) in seiner oszillierenden Bewegung jeweils über das Ende der Trägerplatte (72,73) hinaus schwingt.
7. Blinkleuchte nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei piezoelektrische Elemente (81,82), die jeweils auf einer Trägerplatte (83,84) angeordnet sind, wobei die den piezoelektrischen Elementen (81,82) abgewandten Seiten der Trägerplatten (83,84) uneben sind, aneinander anliegen und in im wesentlichen parallelen Ebenen gegeneinander verschiebbar gelagert und jeweils entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (91,92) auslenkbar sind.
8. Verwendung einer Blinkleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 innerhalb einer Rolle für Rollschuhe, InlineSkates oder Skateboard.
9. Verwendung einer Blinkleuchte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle mit einem transparenten Material gefertigt ist.
10. Verwendung einer Blinkleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Reifen für ein Fahrzeug, insbesondere in einem Autooder Fahrradreifen, wobei die Leuchtdiode in der seitlichen Mantelfläche des Reifens und das piezoelektrische Element wahlweise in der Lauffläche des Reifens oder in dessen seitlicher Mantelfläche eingelassen oder aufgesetzt ist.
11. Verwendung einer Blinkleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für Sicherheitskleidung, wobei die Leuchtdiode an einer gut sichtbaren Stellen der Sicherheitsbekleidung und das piezoelektrische Element in einem bewegungsintensiven Bereich der Sicherheitskleidung, insbesondere im Bereich der Ellenbeuge oder des Kniegelenks, angeordnet sind.
12. Verwendung einer Blinkleuchte nach einem der Ansprüche 1,6 oder 7 in einem auf Zug belasteten Gurt, insbesondere einem Tragegurt von Tornistern oder Rucksäcken.
13. Verwendung einer Blinkleuchte nach einem der Ansprüche 1,6 oder 7 in einem Angelköder, insbesondere einem Pilker, wobei die Relativbewegung zweier Gliedmaßen des Angelköders im Wasser zur Erzeugung eines Stromimpulses ausgenutzt wird.
Description:
PIEZOELEKTRISCH BETRIEBENE LED Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Blinkleuchte, insbesondere eine Sicherheitsblinkleuchte, mit mindestens einer Leuchtdiode, mindestens einem die Leuchtdiode mit Strom versorgenden piezoelektrischen Element, das von mindestens einer elastischen Trägerplatte gehalten ist,.

Blinkleuchten werden verwendet, um im Dunkeln auf besondere Gefahrenstellen aufmerksam zu machen, insbesondere damit Menschen, die sich im Dunkeln bewegen, rechtzeitig erkannt werden können. Auch werden Blinkleuchten einfach als Blickfang verwendet, um werbewirksam die Aufmerksamkeit zu erwecken oder um Lebensfreude zu vermitteln.

Mit Leuchtdioden ausgestattete Sicherheitsblinkleuchten werden beispielsweise als Fahrradzubehör oder für Jogger zum Tragen am Arm vertrieben. Diese Sicherheits- blinkleuchten werden in der Regel mit Batterien betrieben.

Bei batteriebetriebenen Blinkleuchten besteht der Nachteil, daß eine Batterie nach einer bestimmten Betriebsdauer aufgebraucht sind, so daß sie ausgewechselt werden muß. Hierdurch entstehen dem Verbraucher nicht nur Betriebskosten, es entsteht auch Abfall, der als Sondermüll zu entsorgen ist. Auch stehen nicht ohne weiteres jederzeit Ersatzbatterien zum Auswechseln zur Verfügung, so daß die Gefahr besteht, daß das Blinkleuchte nicht immer einsatzbereit ist.

Diese Nachteile werden bei einer aus der DE 296 04 903 U1 bekannten Blinkleuchte der eingangs genannten Art dadurch vermieden, daß die Leuchtdiode über ein piezoelektrisches Element mit Stromimpulsen versorgt wird.

In einem piezoelektrischen Element wird der Effekt ausgenutzt, daß mit der Verformung des Elements und der dadurch bewirkten Verschiebung des Kristallgitters im piezoelektrischen Element Ladungen verschoben werden. Dadurch kann an den sich gegenüberliegenden Oberflächen des piezoelektrischen Elements eine Spannung abgegriffen werden. Wird das piezoelektrische Element verformt und danach in eine Ausgangslage zurückversetzt, liegen an den Oberflächen unterschiedliche Spannungen an. Mit diesem Spannungswechsel geht ein Stromimpuls einher, der zum Betreiben von Leuchtdioden eingesetzt werden kann. Bei ausreichend schneller und alternierender Verformung des piezoelektrischen Elements kann somit auf einfachste Weise ein Blinklicht realisiert werden. Je schneller dabei das piezoelektrische Element verformt wird, desto stärker ist der erzeugte Stromimpuls und desto heller leuchtet die Leuchtdiode auf.

Zur Stromerzeugung wird der vorbekannte Piezogenerator über einen Kraftübertager mit einem mechanischen Impuls beaufschlagt, so daß ein Stromimpuls erzeugt wird, der die Leuchtdiode zum Leuchten bringt. Der Piezogenerator besteht dabei aus einem oder mehreren parallel zueinander angeordneten piezoelektrischen Elementen, deren Randbereiche über als Trägerplatten wirkenden elastischen Elektroden gefedert in einem becherartigen Rahmen gelagert sind.

Der Kraftübertrager wirkt auf den zentralen Bereich der Oberfläche eines piezoelektrischen Elements. Als Kraftübertrager werden entweder Hebel vorgeschlagen, deren einesdie entgegen der Kraft einer Rückstellfeder bewegt werden können und mit denen beispielsweise die Unebenheiten der Reifenwand eines sich drehenden Fahrradreifens zum Erzeugen eines mechanischen Impulses genutzt werden können. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Elements ein Feder-Masse-System fest angebracht, das in Schwingung versetzt werden kann, wodurch auf die Oberfläche des piezoelektrischen Elements periodische Impulse wirken.

Allerdings sind die vorgeschlagenen Ausführungsformen zur Erzeugung eines mechanischen Impulses raumgreifend und konstruktiv vergleichsweise aufwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Blinkleuchte der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne Batterien betrieben werden kann, platzsparend und konstruktiv einfach aufgebaut ist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß in bezug auf einen Rand der Trägerplatte der übrige Teil der Trägerplatte einschließlich dem gegenüberliegenden Rand relativ beweglich ist.

Kern der Erfindung ist dabei, daß die Transportplatte in ihrem gesamten Bereich zusammen mit dem darauf angeordneten piezoelektrischen Element elastisch ist und oszillierend auf Biegung oder Torsion beansprucht werden kann.

Gleichzeitig kann die Trägerplatte somit in direkter Weise mit einem Bewegungsaufnehmer zusammenwirken, so daß ihre elastischen Eigenschaften zur Rückstellung des Bewegungsaufnehmers genutzt werden können.

Da die Trägerplatte allenfalls an einer Seite fest gelagert ist und somit auf die umlaufende Lagerung des piezoelektrischen Elementes über die federnde Elektrode in einem becherartigen Rahmen verzichtet wird, ist es möglich, den Rest der Trägerplatte zur Aufnahme von Kräften zur Erzeugung eines Stromimpulses auszunutzen.

Gleichzeitig kann eine mechanische Konstruktionen zum Aufbringen eines mechanischen Impulses wesentlich vereinfacht werden.

Das piezoelektrische Element kann aus einem oder mehreren piezokeramischen Elementen bestehen, deren Oberflächen mit einem Leitermaterial beschichtet sind.

Eine geeignete Trägerplatte kann beispielsweise aus Metall oder auch aus Kunststoff bestehen, wobei ein leitendes Material grundsätzlich zu bevorzugen ist, da es gleichzeitig als Kontaktplatte zum Anschluß von Leuchtdioden verwendet werden kann. Das Trägerplattenmaterial sollte so bemessen sein, daß sich die Trägerplatte aus einem ausgelenkten Zustand bei Entlastung immer wieder in die gleiche Ruhestellung zurückstellt. Das piezoelektrische Element kann auf die Trägerplatte gelötet, geklebt oder laminiert werden.

Sobald die Trägerplatte einem Biegemoment ausgesetzt wird, verändert sich die Spannungsverteilung im piezoelektrischen Element, so daß hierdurch ein Strom erzeugt wird. Um ein Biegemoment auf die Trägerplatte auszuüben, kann sie beispielsweise an einem ihrer Enden fest eingespannt sein und eine Kraft auf ihr anderes Ende wirken.

Als auf einer Trägerplatte angeordnetes piezoelektrisches Element kann beispielsweise ein handelsüblicher, piezokeramischer Schallwandler eingesetzt werden.

Auch ist es sinnvoll, zwei Leuchtdioden in Antiparallelschaltung von dem oder den piezoelektrischen Elementen mit Strom zu versorgen. Auf diese Weise kann sowohl der Strom, der bei Belastung des piezoelektrischen Elements erzeugt wird, als auch der Strom in entgegengesetzter Richtung, der bei Entlastung des piezoelektrischen Elements erzeugt wird, zum Erzeugen des Blinksignals genutzt werden.

Die auf die Trägerplatte aufzubringenden Kräfte können in bevorzugter Ausgestaltung insbesondere durch einen Bewegungsaufnehmer, der mit der Trägerplatte zusammenwirkt, aufgebracht werden. Dieser Bewegungsaufnehmer muß gewährleisten, daß dynamische Kräfte, die von der Blinkleuchte ausgenutzt werden sollen, so auf die Trägerplatte aufgebracht werden, daß ein möglichst großer Strom erzeugt wird, gleichzeitig aber die Trägerplatte und das darauf befindliche piezoelektrische Element gegen eine Beschädigung durch eine Überlast geschützt ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Blinkleuchte umfaßt der Bewegungsaufnehmer ein Federelement und/oder einen Hebelarm. Hierüber kann der Kraftfluß von der zu beaufschlagenden Kraft auf die Trägerplatte geführt und gleichzeitig eine Sicherung gegen eine mechanische Überlastung gewährleistet werden.

So können beispielsweise zwei an sich gegenüberliegenden Enden der Trägerplatte befestigte Hebelarme vorgesehen und das Federelement eine Blattfeder sein, wobei die Blattfeder von den Hebelarmen gehalten wird. Dabei wird die Blattfeder im wesentlichen parallel zur Trägerplatte geführt. Wird die Blattfeder in Richtung zur Trägerplatte hin belastet, wird der Abstand der Befestigungspunkte von Blattfeder und Hebelarmen verändert. Hierdurch wirkt ein Drehmoment auf die Befestigungspunkte der Hebelarme an der Trägerplatte, daß dann auf die elastische Trägerplatte übertragen wird, so daß diese ihre Position verändert, sich beispielsweise aus einer Ruhelage heraus biegt. Hierdurch wirken Biegekräfte auf das piezoelektrische Element, so daß ein Strom erzeugt wird.

Bei dieser Ausführung ist die Trägerplatte von einer beaufschlagten Bewegung entkoppelt und somit vor einer mechanischen Überlastung gesichert, vor allem, wenn die Blattfeder oder die Hebelarme so gelagert sind, daß nur Drehmomente und nicht gerichtete Kräfte auf die Trägerplatte wirken.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die Trägerplatte zwei Plattenteile aufweist, die gemeinsam einen spitzen Winkel einschließen und starr miteinander gekoppelt sind. Werden die freien Enden der Plattenteile zusammengedrückt, werden die Plattenteile aufeinander zu gebogen, so daß die von den Plattenteilen gehaltenen piezoelektrischen Elemente gestaucht werden und ein Strom erzeugt wird.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Blinkleuchte besteht darin, daß die Trägerplatte um eine mittlere Achse fest gelagert ist, der Bewegungsaufnehmer durch einen Stift gebildet wird, der in einer Ebene schräg zur Trägerplatte oszillierend beweglich ist, wobei die Bewegungsebene des Stiftes die Trägerplatte nahe der mittleren Achse schneidet und der Stift in seiner oszillierenden Bewegung jeweils über das Ende der Trägerplatte hinaus schwingt.

Hier wird während einer Schwingung zunächst das eine freie Ende der Trägerplatte durch den Stift ausgelenkt, bis er über das freie Ende hinaus schwingt und die Trägerplatte wieder freigibt, so daß sie in ihre Ruheposition zurückschwingt. Auf dem Weg in entgegengesetzter Richtung lenkt der Stift das andere freie Ende der Trägerplatte in die andere Richtung aus, bis er wieder über ihr Ende hinausschwingt, so daß das Ende dann wieder in die Ruheposition zurückfedern kann.

In einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung sind zwei piezoelektrische Elemente vorgesehen, die jeweils auf einer Trägerplatte angeordnet sind, wobei die den piezoelektrischen Elementen abgewandten Seiten der Trägerplatten uneben sind, aneinander anliegen und in im wesentlichen parallelen Ebenen gegeneinander verschiebbar gelagert und jeweils entgegen der Kraft einer Rückstellfeder auslenkbar sind.

Bewegen sich die beiden Trägerplatten aneinander vorbei, werden sie an verschiedenen Stellen unterschiedlich stark ausgelenkt, so daß das piezoelektrische Element unterschiedlichen Spannungszuständen ausgesetzt ist und ein Strom erzeugt wird.

Um die den piezoelektrischen Elementen abgewandten Seiten uneben auszugestalten, können sie beispielsweise jeweils mit einer Korundschicht versehen oder auch wellig ausgebildet sein.

Entsprechend ist es auch möglich, lediglich ein piezoelektrisches Element samt Trägerplatte mit unebener Gleitfläche auf einer ebenso unebenen Fläche hin und her zu bewegen.

Der besondere Vorteil in dieser Ausführungsform ist, daß ihre Bauhöhe äußerst gering ist, da sich die Bewegungsrichtung der Elemente in der Ebene der piezoelektrischen Elemente befindet. Die Bauhöhe wird somit lediglich durch die aneinanderliegenden piezoelektrischen Elemente und einen Rahmen für ihre Führung sowie die Halterung für die Rückstellfedern bestimmt.

Aufgrund der geringen Ausmaße der für die Blinkleuchte benötigten Komponenten wird eine Vielzahl von Verwendungen möglich.

So können diese Blinkleuchten innerhalb einer Rolle für Rollschuhe, Inline-Skates oder ein Skateboard eingesetzt werden.

In einer möglichen Ausgestaltung kann dabei eine Trägerplatte aus zwei federelastisch miteinander verbundenen Plattenteilen unter in eine Rolle unterhalb der Lauffläche angeordnet sein, so daß das piezoelektrische Element mit einem Druck beaufschlagt wird, wenn der die Trägerplatte tragende Teil der Rolle auf dem Boden abrollt, und entlastet wird, wenn andere Teile der Rolle auf dem Boden abrollen. Die Leuchtdiode kann dann beispielsweise im Bereich der Seitenwand der Rolle angeordnet sein. Dreht sich die Rolle schnell, wird ein Betrachter das von der Leuchtdiode erzeugte Blinklicht aufgrund der Trägheit des Auges als Lichtkreis wahrnehmen.

Ist die Rolle mit einem transparenten Material gefertigt, kann die gesamte Rolle mit der Leuchtdiode zum Leuchten gebracht werden.

In einer anderen Ausführung ist die Trägerplatte eines piezoelektrische Elements nicht innerhalb der Rolle, sondern an einer Seite fest mit dem Rollengestell verbunden. Das freie Ende der Trägerplatte ist mit einem Federarm gekoppelt, der an seinem freien Ende ein auf der Rolle abrollendes Reibrad aufweist. Die Umfangsfläche des Reibrades kann mehreckig oder in der Art eines Nocken ausgebildet sein, so daß der Federarm unterschiedlich stark ausgelenkt wird, wenn das Reibrad auf der Lauffläche der Rolle abrollt. Der gleiche Effekt wird erzielt, wenn das Reibrad exzentrische gelagert ist. Somit wirkt auf die Trägerplatte eine sich ständig ändernde Kraft bzw. ein sich ständig änderndes Biegemoment, wodurch der Strom für die Leuchtdiode generiert wird, wobei bei ausreichend schneller Fahrt sogar der Eindruck eines Dauerlichts entsteht.

Die Leuchtdiode kann dabei so an dem Skateboard, den Rollschuhen oder den In- Line-Skates angeordnet sein, daß sie in Fahrtrichtung gesehen nach hinten abstrahlt und somit die Funktion eines Rücklichts übernimmt.

Der mit der Stromerzeugung verbundene, auf die Rollen wirkende Widerstand ist bei beiden Ausführungsformen so gering, daß er von dem Fahrer nicht wahrgenommen wird.

In ähnlicher Weise läßt sich das Prinzip der Blinkleuchte in einem Reifen für ein Fahrzeug, insbesondere in einem Auto-oder Fahrradreifen, verwenden, wobei die Leuchtdiode in der seitlichen Mantelfläche des Reifens und das piezoelektrische Element wahlweise in der Lauffläche des Reifens oder in dessen seitlicher Mantelfläche eingelassen oder aufgesetzt ist. Hierbei können die auf die Lauffläche des Reifens wirkenden Druckkräfte oder die in der Seitenwand des Reifenmantels wirkenden Walkkräfte ausgenutzt werden.

Auch kann das Profil eines Reifen ausgenutzt werden, um ein an einem Federarm angeordnetes, rundes Reibrad beim Abrollen auf der Lauffläche des Reifens unterschiedlich stark auszulenken und auf diese Weise ein piezoelektrisches Element anzuregen.

Im weiteren kann die Blinkleuchte vorteilhaft in einem Schuh, insbesondere einem Turn-oder Freizeitschuh, « erwendet werden. So kann das piezoelektrische Element in dem Fersenbereich der Schuhsohle eingearbeitet sein und bei jedem Auftreten des Fußes zusammengedrückt und beim Abrollen und Abheben des Fußes wieder entlastet werden. Auch ist es möglich, alternativ oder in Kombination hierzu ein piezoelektrisches Element im Bereich des Fußballens vorzusehen. Die Leuchtdiode kann zum Beispiel im Fersenbereich des Schuhs angeordnet sein und als Rückleuchte wirken.

Auch kann die Blinkleuchte vorteilhaft in einem Reit-oder Fahrradsattel verwendet werden. So kann das piezoelektrische Element beispielsweise unterhalb der Sitzfläche angeordnet sein.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für die Blinkleuchte besteht in einer Sicherheitsfahnenstange für Fahrzeuge, insbesondere für Fahrräder und Dreiräder.

Die Fahnenstange wird an ihrem unteren Ende an dem Fahrzeuggestell befestigt, trägt an ihrem oberen Ende eine Fahne, ist in der Regel aus einem federelastischen Kunststoff und schwingt während der Fahrt hin und her. Die Trägerplatte für das piezoelektrische Element kann mit ihrem einen Ende ebenso über das Fahrzeuggestell fest gelagert sein, während auf das gegenüberliegende Ende die in der Fahnenstange wirkenden Biegemomente einwirken. Die Leuchtdiode kann bevorzugt am oberen Ende der Sicherheitsfahnenstange angeordnet sein, damit sie möglichst gut sichtbar ist.

Auf die gleiche Weise können auch andere Fahnenstangen, beispielsweise Fahnenstangen für Wimpel als Fanartikel, mit Blinkleuchten versehen sein.

Auch kann die Blinkleuchte erfindungsgemäß für Sicherheitskleidung verwendet werden, wobei die Leuchtdiode an einer gut sichtbaren Stelle der Sicherheitsbekleidung und das piezoelektrische Element in einem bewegungsintensiven Bereich der Sicherheitskleidung, insbesondere im Bereich der Ellenbeuge oder des Kniegelenks, angeordnet sind.

Eine weitere Möglichkeit der Verwendung besteht in einem Spazierstock oder einem Blindenstock, wobei in der Stockspitze ein elastisch gelagerter Stößel angeordnet ist, der die Stöße beim Aufsetzen des Stockes aufnimmt und auf das piezoelektrische Element überträgt. Eine oder mehrere Leuchtdioden können hierüber betrieben werden, wobei die Leuchtdioden über die Länge des Stockes verteilt angeordnet sein können. Auch kann der Stock aus einem transparenten Material gefertigt sein, so daß der gesamte Stock durch die eine oder mehrere Leuchtdioden zum leuchten gebracht werden kann.

In einem Sicherheitshelm, insbesondere einem Fahrradhelm, läßt sich die Blinkleuchte verwenden, wenn beispielsweise eine lange Trägerplatte an einem ihrer Enden fest am Helm gelagert ist und das andere Ende mit einem kleinen Gewicht versehen ist, so daß sie aufgrund der Bewegung des Helmträgers hin-und her pendelt. Eine oder mehrere Leuchtdioden können dann in die Helmoberfläche eingelassen sein.

Bei den beiden letztgenannten Ausführungsformen können lassen sich bevorzugt in einem Angelköder, insbesondere einem Pilker oder Wobbler, verwenden, wobei die Relativbewegung zwischen zwei Gliedmaßen des Angelköders im Wasser zur Erzeugung eines Stromimpulses ausgenutzt wird. Das Prinzip der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Figur 1 einen Ersatzschaltbild für eine Blinkleuchte ; wie sie auch aus dem Stand der Technik vorbekannt ist, und Figuren 2 bis 9 Beispiele für verschiedene erfindungsgemäße konstruktive Ausführungen zur Stromerzeugung mit einem piezoelektrischen Element.

Im in Figur 1 dargestellten Ersatzschaltbild steht das piezoelektrische Element 1 mit zwei in Antiparallelschaltung angeordneten Leuchtdioden 2 und 3 in Verbindung. In gleicher Weise können weitere Leuchtdioden parallel geschaltet werden, ebenso wie mehrere Leuchtdioden in Reihe antiparallel zu weiteren in Reihe geschalteten Leuchtdioden geschaltet sein können.

In Figur 2 ist ein erstes Prinzip einer sehr einfachen Konstruktion zur Stromerzeugung mittels eines piezoelektrischen Elements dargestellt. So ist das piezoelektrische Element 11 auf einer elastischen Trägerplatte 12 angeordnet, die an ihrem einen Ende fest gelagert ist und deren anderes Ende einen Freiheitsgrad aufweist. Wird auf die Trägerplatte 12 eine Kraft ausgeübt, wird sie sich in Kraftrichtung durchbiegen, so daß das piezoelektrische Element 11 gestaucht oder gestreckt und somit ein Strom erzeugt wird. Wird die Trägerplatte 12 entlastet, wird sie sich in ihre Ruheposition zurückbewegen, wobei wiederum ein Strom erzeugt wird.

In Figur 3 ist ein anderes Prinzip einer einfachen Konstruktion dargestellt. Hier ist die Trägerplatte 22 zweiteilig ausgebildet, wobei jedes Plattenteil 22l, 222 ein piezoelektrisches Element 21l, 212 trägt. Die Plattenteile 221,222 schließen einen Spitzen Winkel ein und sind im Zwickel starr miteinander verbunden. Werden die beiden Plattenteile 221,222 zusammengedrückt, wird jeder Plattenteil 22l, 222 gebogen, so daß die piezoelektrisches Element 21l, 212 gestaucht werden und somit ein Strom erzeugt wird. Entsprechendes gilt bei Entlastung der Plattenteile 221, 222.

Figur 4 zeigt ein weiteres Konstruktionsprinzip, bei dem an gegenüberliegenden Enden der Trägerplatte 32 zwei Federarme 33,34 starr befestigt sind. Die Federarme 33,34 bilden jeweils mit der elastischen Trägerplatte 32 einen stumpfen Winkel. Sie sind in einem definierten Abstand zur Trägerplatte 32 drehbar gelagert. Wirkt auf die freien Enden der Federarme 33,34 eine Kraft in eine Richtung senkrecht zur von der Trägerplatte 32 aufgespannten Ebene ein, wird das daraus resultierende Drehmoment auf die Trägerplatte 32 übertragen, so daß das piezoelektrische Element 31 gestreckt und hierdurch ein Strom generiert wird. Auch hier gilt entsprechendes bei Entlastung der freien Enden der Federarme 33,34.

Zum Schutz des piezoelektrischen Elements 31 kann die Trägerplatte 32 in einem hier gestrichelt dargestellten Gehäuse 35 angeordnet sein, wobei die Federarme in der Gehäusewand drehbar gelagert sind und aus dem Gehäuse auskragen.

Die freien Enden der Federarme 33,34 können durch hier nicht dargestellte Anschlagelemente gegen eine übermäßige Auslenkung gesichert sein.

Bei dem in Figur 5 dargestellten Prinzip ist die das piezoelektrische Element 41 tragende, elastische Trägerplatte 42 an sich gegenüberliegenden Enden mit im wesentlichen senkrecht zur Trägerplattenebene angeordneten Hebelarmen 43,44 starr verbunden. Zwischen den freien Enden der Hebelarme wird eine Blattfeder 45 gehalten. Dabei kann sie unter einer Vorspannung, die der zu beaufschlagenden Kraft entgegen gerichtet ist, stehen. Wird die Blattfeder 45 von der Kraft beaufschlagt, wird sie verformt, so daß sich der Abstand der die Blattfeder 45 haltenden Enden der Hebelarme 43,44 zueinander verändert. Hierdurch wirkt auf die elastische Trägerplatte 42 ein Biegemoment, wodurch daß piezoelektrische Element 41 gestaucht oder gestreckt und ein Strom erzeugt wird. Wird die Blattfeder 45 entlastet, bewegt sie sich in ihre ursprüngliche Form zurück, wobei erneut ein Strom erzeugt wird.

Bei diesen ersten vier Konstruktionsprinzipien wird jeweils eine gerichtete Kraft zur Stromerzeugung ausgenutzt. Somit sind sie jeweils geeignet, um in einem Sattel, in einer Schuhsohle, in Reifenmänteln sowie in Rollen verwendet zu werden. Auch gibt es weitere Verwendungsmöglichkeiten, die bislang noch nicht benannt worden sind, so zum Beispiel unterhalb einer Auftrittsfläche eines Fahrradpedals zur Versorgung von Leuchtdioden im Bereich der an dem Fahrradpedal üblicherweise befestigten Reflektoren, oder in einem Fußbodenbelag, in den Leuchtdioden eingelassen sind, die beispielsweise Laufrichtungen anzeigen können. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht unter einer beispielsweise gummierten Trittfläche des Trittbretts eines Rollers.

Auch ist eine Verwendung in einer faltbaren Grußkarte möglich.

In dem in Figur 6 dargestellten Konstruktionsprinzip ist die das piezoelektrische Element 51 tragende Trägerplatte 52 an einem Ende fest gelagert. An ihrem gegenüberliegenden Ende ist sie starr mit einem Bewegungsaufnehmer in Form einer Blattfeder 53 verbunden. Am freien Ende der Blattfeder 53 ist ein Reibrad 54 drehbar gelagert, dessen Lauffläche in Umfangsrichtung mehreckig oder in der Art eines Nockens ausgebildet oder bei runder Lauffläche exzentrisch gelagert sein kann. Die Blattfeder 53 wird beim Abrollen des Reibrades 54 auf einer Rolle 55 oder einem profillosen Reifen unterschiedlich stark ausgelenkt. Die resultierenden Kräfte werden auf die Trägerplatte 52 übertragen, wodurch das piezoelektrische Element 51 jeweils gestaucht, gestreckt oder wieder entlastet wird.

In Figur 7 ist ein ähnliches Prinzip dargestellt, bei dem das Reibrad 64 rund ausgebildet und zentrisch gelagert ist. Sofern das Reibrad 64 auf einem profilierten Reifen oder einem Zahnkranz 65 abläuft, wird auch hier der Federarm ausgelenkt und das piezoelektrische Element 61 gestaucht oder gestreckt.

Bei diesen beiden Konstruktionsprinzipien wird jeweils ein Drehmoment ausgenutzt.

Neben den bereits genannten Verwendungsmöglichkeiten können sie auch zum Betreiben von Leuchtdioden in Fahrradpedalen verwendet werden, wenn das Reibrad auf der Achse der Fahrradpedale abrollt.

Figur 8 zeigt ein anderes Konstruktionsprinzip, bei dem das piezoelektrische Element 71, hier in Seitenansicht dargestellt, zwischen zwei elastischen Trägerplatten 72,73 angeordnet ist. Sie ist im Bereich einer mittleren horizontalen Achse fest gelagert und erstreckt sich schräg im Raum, wobei der Winkel zwischen dem piezoelektrischen Element 71 samt Trägerplatten 72,73 und der Horizontalebene im dargestellten Beispiel in etwa 30 ° beträgt. Der Bewegungsaufnehmer durch einen Stift 74 gebildet, der in der Horizontalebene schräg zur Trägerplatte oszillierend beweglich innerhalb einer Führung 75 ist, wobei die Bewegungsebene des Stiftes 74 die Trägerplatte nahe ihrer mittleren Achse schneidet und der Stift in seiner oszillierenden Bewegung jeweils über das Ende der Trägerplatte hinaus schwingen kann. Schwingt der Stift 74 aus seiner dargestellten Position in Richtung auf die Trägerplatte 73, wird er das in der Figur rechte freie Ende des piezoelektrischen Elements 71 samt der Trägerplatten 72, 73 in die horizontale Ebene biegen, bis daß der Stift 74 über das Ende der Trägerplatte 73 hinaus schwingt. In diesem Moment kann das piezoelektrische Element 71 zusammen mit den Trägerplatten 72,73 wieder in seine Ursprungslage zurückfedern.

Entsprechendes gilt, wenn danach der Stift 74 in die entgegengesetzte Richtung auf die Trägerplatte 73 zu bewegt wird. Damit sich der Stift sowohl in die eine, als auch in die andere Richtung bewegt, wird er entgegen der Kraft einer Rückstellfeder ausgelenkt, die hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist.

Bei der Konstruktion ist darauf zu achten, daß entweder die Mittelachse des Paketes von piezoelektrischem Element 71 und Trägerplatten 72,73 in der Vertikalen leicht verschieblich ist, oder daß die horizontale Bewegungsebene des Stiftes 74 veränderlich ist, damit sich der Stift in beiden Bewegungsrichtungen an dem Paket vorbei bewegen kann.

Das in Figur 9 dargestellte Konstruktionsprinzip zeigt zwei piezoelektrische Elemente 81,82, clie jeweils auf einer Trägerplatte 83,84 angeordnet sind, wobei die den piezoelektrischen Elementen abgewandten Seiten der Trägerplatten 85,86 uneben sind. Die unebenen Seiten der Trägerplatten 85,86, liegen aneinander an. Sie sind im wesentlichen parallelen Ebenen gegeneinander verschiebbar gelagert, wobei sie über elastische Klammerelemente 87,88 zusammen gehalten werden. Sie können durch über die Anschlußzungen 89,90 aufgebrachte Zugkräfte entgegen der Kraft jeweils einer Rückstellfeder 91,92 ausgelenkt werden. Dabei werden sich die aneinander anliegenden Trägerplatten 83,84 in verschiedenen unterschiedlich stark voneinander abdrücken, so daß unterschiedliche und sich ändernde Spannungszustände in dem piezoelektrischen Element auftreten, wodurch Stromimpulse erzeugt werden können.

Die Unebenheiten der unebenen Seiten 85,86 der Trägerplatten 83,84 können an den Trägerplatten direkt beispielsweise in Form einer Welle ausgebildet sein. Sie können aber auch aufbeschichtet sein, beispielsweise mit Korund, so daß eine Schleifpapierähnliche Oberfläche entsteht.

Mindestens eine der aneinander anliegenden Unterseiten 85,86 der Trägerplatten 83, 84 sollte isoliert ausgeführt sein, damit die piezoelektrischen Elemente 81,82 nicht miteinander elektrische verbunden werden.

In dem dargestellten Beispiel sind die piezoelektrischen Elemente 81,82, weitestgehend in die Trägerplatten 83,84 eingelassen, damit sie bei der oszillierenden Bewegung der Trägerplatten 83,84 nicht an den Klammerelementen 87,88 hängen bleiben. In diesem Fall muß dafür Sorge getragen werden, daß die Einfassung der Stirnseiten der piezoelektrischen Elemente 81,82 durch die Trägerplatten 83,84 nicht die Oberflächen der piezoelektrischen Elemente 81,82 kurzschließt.

Eine entsprechende Einfassung eines piezoelektrischen Elementes kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden.

Die in den Figuren 8 und 9 dargestellten Ausführungsformen können insbesondere zum Erzeugen von Stromimpulsen aus oszillierenden Zugkräften verwendet werden.

Insbesondere das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 kann bevorzugt zwischen zwei Gurten oder an der Oberfläche von elastischen Gurten verwendet werden. Auch ist die Verwendung in Angelködern wie beispielsweise Pilkern oder Wobblern möglich, wobei die aus der Relativbewegung zwischen verschiedenen Gliedern des Angelköders resultierenden Bewegungen ausgenutzt werden können.

Bei allen Prinzipien erfolgt die Stromerzeugung im wesentlichen geräuschlos.