Vorwärts kommen mit Piezoelektrizität

Ungenutzte Kräfte in Energien umwandeln
Kennen Sie das: ein Feuerzeug, das per Knopfdruck eine Flamme erzeugt. Ein Klick und das Feuer entspringt. Bei genauerem Hinsehen kann man erkennen, dass ein kleiner Funke beim Klicken entsteht. Wie ist das möglich? Mit der Piezoelektrizität.
Das Anwendungsgebiet von Piezokristallen ist enorm. Nebst der Anwendung in der Sensortechnik gibt es auch Lautsprecher, die auf dieser Basis funktionieren. Mit der vorliegenden Idee könnte diese physikalische Eigenschaft sogar bei Fahrzeugen nutzbar sein.

Anwendungsmöglichkeit
Jedes Strassenfahrzeug ist für sehr viele Kräfte ausgelegt. Die Strassen sind nicht nur eben, sondern teilweise auch holprig. Selbst beim Beschleunigen oder Bremsen wirken die Kräfte auf verschiedene Baugruppen des Fahrzeugs. Ein Bereich davon sind die Stossdämpfer. Das vorliegende und beliebig erweiterbare Beispiel zeigt eine Anwendungsmöglichkeit auf.

Beachten Sie, dass die Simulation nur mit einem leistungsfähigen PC funktioniert.

Control Unit
Set Speed
Energy Bilance
 Set Bump
Number of bumps: 0
Power ahead: 0 J
Power behind: 0 J
Power total: 0 J
Saved way: 0 Meter
Speed Simulation
Bump Simulation
Energy
Simulation

Berechnungsgrundlagen

Für die o.a. Simulation wurden Annahmen getroffen, da bisher diese Erfindung noch nicht umgesetzt wurde. Folgende Annahmen wurden definiert:

Fahrzeugdaten
Fahrzeuggewicht1400 KG
Gewichtsverteilung vorne800 KG
Gewichtsverteilung hinten600 KG
Wirkungsgrade
Wirkungsgrad Pieozoeffekt40%
Wirkungsgrad Control Unit95%
Wirkungsgrad Motor90%
Gesamtwirkungsgrad34%
Zur Veranschaulichung wird beim Gesamtwirkungsgrad zusätzlich 46% dazugerechnet. Diese stehen für Kurven, Beschleunigen und Bremsen.
Berechnungsgrundlagen
Boden-Erhebungen in der Simualtion4 cm
Die Berechnungen wurden mit potentielle Lage- und kinetsche Energien berechnet.

Wie funktioniert ein Piezokristall?

Das Wort «Piezo» kommt vom Altgriechischen und bedeutet «drücken». Wird ein Piezomaterial unter Druck gesetzt bzw. gedrückt, entsteht eine elektrische Spannung. Beim oben aufgeführten Simulator drückt die Federung auf ein Piezoelement.

Im nebenstehenden Beispiel wird die Funktionsweise vereinfacht dargestellt. Wird eine Kraft auf die Feder ausgeübt, leitet man diese auf das Piezoelement weiter. Das Element reagiert mit einer Spannung. (Die erzeugte Spannungshöhe ist nur für die Veranschaulichung gedacht.)

           Kraft
Piezoelement
            Voltmeter


Rückmeldungen sind gerne willkommen.
Die Simulation kann nur mit einem PC bzw. entsprechende Bildschirmgrösse betrachtet werden.
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