Luft und Wasser, die sich in Leitungen bewegen, besitzen viel kinetische Energie. Fraunhofer-Forschern ist es jetzt gelungen, daraus elektrische Energie zu erzeugen. Sensoren könnten sich mithilfe des neu entwickelten so genannten Fluidwandlers künftig selbst mit Strom versorgen.
Druckluftanlagen arbeiten in vielen Betrieben. Tritt irgendwo im System ein Leck auf, sinkt der Luftdruck und die Produktion steht still, bis die durchlässige Stelle gefunden ist. Um Kostenausfälle durch Fehler in der Anlage gering zu halten, überwachen Sensoren konstant den Druck. Bisher werden sie mit Batterien gespeist oder aufwändig technisch verkabelt. An unzugänglichen Stellen können sie allerdings oft nur mit Mühe oder gar nicht angebracht werden.
Forscher der Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe TEG aus Stuttgart haben jetzt eine neue Technologie entwickelt, mit der sich energieautarke und damit wartungsarme Sensoren realisieren lassen. „Unser System eignet sich bestens für pneumatische Anlagen, da wir die kinetische Energie aus Luft oder Wasser in Strom wandeln können“, erklärt José Israel Ramirez von der TEG.
Strom im Mikro- oder Milliwatt-Bereich erzeugt
Der fluidische Energiewandler erzeugt Strom im Mikro- oder Milliwatt-Bereich. Das genügt, um zyklisch arbeitende Sensoren mit so viel Energie zu versorgen, dass die Daten ausgelesen und übertragen werden können.
Die fluid-elektrische Wandlung erfolgt innerhalb einer festen Geometrie, durch die das Medium in einer bestimmten Bahn geleitet wird. Dabei wird der konstante Fluidstrom in Oszillation versetzt. Es entsteht eine periodische Druckschwankung in den Rückkopplungszweigen, die wiederum an Piezokeramiken gekoppelt wird.
„So wandeln wir die fluidische Energie mittels Piezokeramiken in elektrische Energie um“, fasst Teamleiter Axel Bindel das Prinzip zusammen. Die Thermowandlung ist einfach und kostengünstig. „Der Vorteil ist, dass sowohl Luft als auch Wasser zur Energieerzeugung genutzt werden können. Dazu kommt, dass wir keine beweglichen Teile in unserer Geometrie haben. Die Struktur kann man mit einfachen Verfahren herstellen – das spart Kosten.“
Wasserzähler werden Energie-autark
Das neue Verfahren kann überall da eingesetzt werden, wo Flüssigkeiten oder Gase durch feste Geometrien geleitet werden – beispielsweise in Versorgungsnetzen oder in der Medizintechnik. „Unser Ziel ist es, in absehbarer Zeit bisher batteriebetriebene Geräte wie Wasserzähler autark mit Energie zu versorgen, so dass komplett unabhängige Systeme entstehen“, sagt Bindel.
Einen Prototypen des Fluidwandlers stellen die Fraunhofer-Forscher auf der Messe Electronica vom 11. bis 14. November 2008 in München vor.
(idw – Fraunhofer-Gesellschaft, 23.10.2008 – DLO)
