将机械功转变为电能的组件和包括该组件的计数装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及将机械功转变为电能的组件，其特别地用于计数装置，该组件包括弯曲换能器，该弯曲换能器具有条带形式的支撑件并且具有附接到其上的至少一个压电层。本发明也涉及具有相应组件的计数装置。
【背景技术】
[0002]在“能量采集”领域中开发的压电效果用于将机械功转变为电能，然后该电能以几乎自主的方式用于对电子组件(诸如例如传感器之类)供电。在这种情况中，机械功典型地“存在/出现”于任何情况中并且仅仅被“采集”。这样一来，例如，存在于建筑物中的固态振动或空气中的气体压力变化可以被利用以借助于压电效果来产生电能。
[0003]在这种情况中，压电效果的开发借助所谓的压电元件进行，压电元件通常形成为所谓的弯曲换能器。这些弯曲换能器是梁状部件，其在一个端部处受到约束，而其自由端部例如通过机械力的作用偏折并振动。
[0004]US 2009/0322184 Al公开了一种组件，该组件借助这种弯曲换能器来产生能量。在此，梁状压电元件自由端部的偏折由推杆实现，在该推杆上布置有若干齿状突起部。如果使推杆沿推动方向经过压电元件，则压电元件的自由端部初始与每一个突起部一起运动并因此偏折少许。压电元件的自由端部随后被释放并因其弹性而摆回。当经过每一个突起部时重复该续发事件，使得当存在沿推动方向的推杆运动时，自由端部根据突起部的数量而偏折多次。
[0005]虽然用这种装置可以产生的电能量相对地少，但它们足以给简单的电子组件(诸如例如传感器之类)供电。这个原理的相应应用可能性是借助相应的传感器来测量车辆轮胎内的轮胎充气压力的可能性。在这种情况中，用于传感器操作的能量以及用于将传感器产生的传感器信号经无线数据传输给接收器单元的能量由合适地形成的压电元件提供，该压电元件将车辆轮胎中的压力变化或振动转变为电能以便供给该传感器。
[0006]在这个背景下，本发明基于以下目标:提供用来将机械功转变为电能的组件，该组件具有有利的构造。此外，本发明基于以下目标:提供具有相应组件的计数装置。
【发明内容】
[0007]关于该组件的目标根据本发明通过一种将机械功转变为电能的组件实现，该组件包括弯曲换能器，该弯曲换能器具有条带形式的支撑件并且具有附接到其上的至少一个压电层，其特征在于，条带形式的所述支撑件在两个端部处被安装，并且致动机构被设置成使得当所述致动机构被致动时，机械力沿所述支撑件的纵向方向被施加在所述支撑件上并且导致所述弯曲换能器的弓形弯曲，从而导致电能产生。从属权利要求包括本发明的部分地有利的并且部分地独立发明的改进内容。特别地，该组件可以包括电子组件，该电子组件当在使用中时感测致动机构的致动并且控制电子指示器，其中该组件为电子组件和电子指示器供应电能。
[0008]DE 102004055996 Al公开挠曲或弯曲致动器，该挠曲或弯曲致动器包括致动器驱动件，该致动器驱动件由在一个方向中弯曲的平形载体形成，该平形载体在其平形面上布置有压电元件，该压电元件连结成与该载体的平形面齐平，并且载体面的长度通过施加供应电压到压电元件而相对于载体的另一平形面改变/变化。该载体在第二平形面上在整个表面上或在数个区域中并且特别地在数根条带中被硬化。
[0009]本领域技术人员将理解，DE 102004055996 Al中公开的设备根据逆向压电效应起作用，即，通过施加电势差(即，能量输入)而引起压电元件中的物理变化，而本发明的组件根据压电效应而用作能量采集器，其中能量(输出)来源于压电元件的物理运动。因此，在使用中，DE 102004055996 Al中公开的设备需要与本发明的能量采集器完全不同的电路系统。因此，DE 102004055996 Al中公开的设备不适合于用作能量采集器。无论如何，本发明的组件可以用电子组件区别开，该电子组件当在使用中时感测致动机构的致动并且控制电子指示器，其中该组件给电子组件和电子指示器供应电能。
[0010]根据本发明的组件用于将机械功转变为电能，并且特别地但不是唯一排它性地用于计数装置。它包括弯曲换能器，该弯曲换能器具有梁或条带形式的支撑件并且具有附接到其上的至少一个压电层，条带形式的支撑件在两个端部处被安装。此外，在需要时用来手动耦联机械功的致动机构被设置使得当致动机构被致动时，机械力沿支撑件的纵向方向被施加在支撑件上并且导致弯曲换能器的弓形弯曲，从而导致电能的产生。由于弯曲换能器在两个端部处的安装，该弯曲换能器的端部在弯曲期间和在返回到初始状态期间被永久地引导。因此，不使弯曲换能器振动并且不设置卡扣机构(通过该卡扣机构俘获一个端部并且再突然释放)，这在一方面导致弯曲换能器的非常均匀一致的加载并且在另一方面使得该组件可以在噪音很小或者没有噪音的情况下操作。
[0011]该支撑件优选地由玻璃纤维织物和环氧树脂(FR4)的复合材料制造，并且锆钛酸铅(PZT)优选地用作压电层材料。
[0012]关于该组件的目标也通过用来将机械功转变为电能的组件实现，并且该组件包括弯曲换能器，该弯曲换能器具有条带形式的支撑件并且具有附接到其上的至少一个压电层，其中条带形式的该支撑件以浮动(floating)的方式被安装。条带形式的支撑件的浮动安装自身被看作独立发明。因此，保留基于上文对发明的描述来划分本申请的权利。
[0013]由于支撑件的浮动安装，使得支撑件相对于支撑件安装件的较小移动成为可能，并且弯曲换能器的质量几乎与安装件隔离。以这种方式，保证在偶然出现的冲击效果的情况下，不发生弯曲换能器的弯曲，而弯曲换能器当故意致动致动机构时弯曲。如果该组件是例如口袋格式的计数装置的一部分，则诸如当计数装置被携带在身体上或跌落在地面上时引起的冲击效果通常不导致弯曲换能器的弯曲，而故意地且特别地由计数装置的使用者执行的致动机构的致动导致弯曲换能器的弯曲。
[0014]特别地每当不设置能量存储或能量缓冲时，并且每当电子组件不仅被供给所产生的电能还要在需要时借助其被激活时，如此设计的组件具有优点。在这种情况中，该激活仅当致动机构被致动时发生并且不是不合需要地由于冲击效果、振动或振荡发生。
[0015]根据条带形式的支撑件的浮动安装的特别简单构造，支撑件的至少一个端部松弛地且具有空隙地搁置在保持件或插座(术语保持件或插座在这里可互换地使用)中。外壳壁中的凹陷部或凹槽在这里例如用作插座，并且条带形式的支撑件的至少一个端部在由该空隙提供的在相关联保持器或插座中的运动自由度优选地为沿支撑件的纵向方向的?ο μ m到500 μ mo在有利的改进中，条带形式的支撑件的两个端部分别松弛地搁置在插座中，该支撑件优选地在致动机构的初始状态(其中致动机构不被致动)中能够沿支撑件的纵向方向相对于两个插座运动ΙΟμ??到500 μm，而两个插座相对彼此固定。
[0016]也有利的是，条带形式的支撑件具有轻微的且尤其是弓形的预弯曲。当致动机构致动时，这预定出条带形式的支撑件的弓形弯曲方向，并且因此在沿支撑件纵向方向的机械力作用下，预定出弯曲换能器的弓形弯曲方向。或者，这种希望的预定也可以例如通过以下被实现:该支撑件被设计成使得该支撑件的弹性模量相对于该支撑件的纵向方向横向地逐渐地或者阶段性地改变。
[0017]根据该组件的优选构造，精确地一个压电层被施加在条带形式的支撑件上，该压电层更优选地仅在条带形式的支撑件上的中间区域上延伸。由于使用仅仅一个压电层，并且因此使用单态弯曲换能器，当存在弯曲换能器的弯曲时压电层的极化可以借助于特别简单的换能器电路使用，以产生供电电压以供给电子组件。与多态弯曲换能器相比，例如可以省去另外的整流电路。此外，当存在仅仅一个压电层时，用于弯曲换能器的弯曲力的必要花费减小。
[0018]此外，压电层优选地被施加到条带形式的支撑件，使得当致动机构被致动时，这个层显著地经受拉伸变形，并且在弯曲换能器弯曲下的压电层极化沿表面法线方向指向(在基础物理学中，所谓的D31原理)，并且较低电势位于面向支撑件的