Eine Mikroturbine mit Magneten an den Laufschaufeln liefert Energie für die Aktorik der berührungslos gesteuerten Wasserhähne – eingebaut direkt in die Armatur und angetrieben vom Wasser. Der Netzanschluss entfällt komplett.
Ressourcen schonen und Energie effizienter nutzen setzt oft Sensorik und Aktorik voraus – die ihrerseits selbst Energie benötigt. Bei berührungslos gesteuerten Armaturen, die beispielsweise in öffentlichen Waschräumen die sonst üblichen Einhandmischer ersetzen und den Wasserverbrauch deutlich senken, soll sich das zukünftig ändern. Der eingesetzte Infrarotsender und die zugehörige Aktorik benötigen zwar auch weiterhin Strom, doch keinen Stromanschluss mehr. Der Trick: Die erforderliche Energie wird direkt aus dem Fluid – hier dem Wasser – gewonnen.
PowerFluid heißt das entsprechende Projekt, in dem die Gemü Gebr. Müller Apparatebau GmbH & Co. KG aus Ingelfingen-Criesbach, die Grohe AG aus Düsseldorf, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die zur Balluff GmbH gehörende SIE Sensorik Industrie-Elektronik GmbH aus Viernheim und die Staiger GmbH & Co. KG aus Erligheim eine entsprechende Lösung erarbeiten, gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung. Grohe ist dabei für das Gesamtkonzept der Wasserarmatur verantwortlich. „Zurzeit befinden sich die im letzten Jahr hergestellten 15 Prototypen der PowerFluid-Armatur in einem umfangreichen Lebensdauertest“, berichtet Eckhard Gransow, Head of Pre-Development & New Technologies bei Grohe. „Die Erkenntnisse, die wir dabei gewinnen, fließen in die Fertigung unterschiedlicher Armaturen mit berührungsloser Steuerung ein.“ Gransow erwartet, dass die neuen Produkte in absehbarer Zeit auf den Markt kommen könnten.
Das PowerFluid-Prinzip gewinnt die benötigte Energie aus dem abfließenden Wasser. Dazu haben Ingenieure des Instituts für Produktionstechnik (Wbk) des KIT ein Wandlersystem aus einer Mikroturbine entwickelt, an deren Laufschaufeln Magnete angebracht sind. Diese erzeugen durch Rotation ein Magnetfeld, über das ein Generator elektrische Energie erzeugen kann. Auch die Anwendung in anderen Bereichen ist denkbar, erläutert Martin Weis, Ingenieur am Wbk. „Das Prinzip eignet sich für sehr viele, mit Flüssigkeiten betriebene Systeme.“ Aus dem Bereich Energy Harvesting (Umwandlung und Nutzung vorhandener, bisher ungenutzter Energie) des Wbk stammt zudem die Lösung für die Solarzelle, die den Sensor mit Strom versorgt, der den Start- und Stoppvorgang des Wassers aus der Armatur regelt.
Auf diese Weise sei die Armatur auch über Jahre vollkommen unabhängig von externen Stromlieferanten, sind die Forscher überzeugt. Auch der Einsatz von Batterien ist nicht mehr erforderlich. Das vermeidet deren aufwendige und umweltschädliche Entsorgung. Gerade im öffentlichen Bereich, in dem viele automatische Armaturen im Einsatz sind, bietet das PowerFluid-Konzept deswegen große Vorteile hinsichtlich der Wasser- und Energieeinsparung, verglichen mit herkömmlichen Armaturen.
Ziel des Projektes ist es außerdem, einen nachrüstbaren Baustein für die Energiegewinnung zu entwickeln, der sich über vorhandene, standardisierte Schnittstellen in ein Gesamtsystem implementieren lassen soll. Im Rahmen des Projekts wurden dazu neben der Versorgungseinheit verschiedene Mikroventile, Mikrosensoren und die notwendige Low-Power-Schaltungstechnik entwickelt und untersucht. os
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