Die Gewinnung von elektrischem Strom aus dem Fahrtwind von Autos, durch Kauen und Sprechen oder durch Vibrationen, die tanzende Menschen erzeugen, wird heute als „Energy Harvesting“ bezeichnet. Dass dem Ernten von Energie scheinbar keine Grenzen gesetzt sind zeigt auch die Linz Center of Mechatronics GmbH (LCM), die mitten in bahnbrechenden Forschungen zu diesem Thema steckt. Ein Projekt, das gemeinsam mit den Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB), der Firma Bluetechnix Mechatronische Systeme GmbH und der Technischen Universität Wien (TU Wien) befindet sich sogar schon im Testbetrieb. 

Vielseitig verwendbar.

Der Einsatz von „Energy Harvesting“ ist in vielen alltäglichen Bereichen möglich. So werden einige Armbanduhren schon seit längerem durch die Bewegung des Handgelenks angetrieben. Die Energie, die am Körper gesammelt wird, kann auch zum Betrieb von Hörgeräten verwendet werden. Sehr große Energiemengen werden interessanterweise bei der Bewegung des Kiefers erzeugt – also beim Kauen oder Sprechen. Sogar in Diskotheken setzt man bereits auf die Technologie und lässt die Tanzenden selbst für den Strom sorgen. „Zur Spannungsversorgung von Mobilelektronik werden heute in der Regel teure und umweltbelastende Stromquellen verwendet“, sagt LCM-Geschäftsführer Gerald Schatz. „Energy Harvesting ist zweifellos eine hervorragende und ausbaufähige Alternative zu Batterien, Akkus und Ladegeräten.“ 

Bahnbrechend ...

Im Güterverkehr kann es immer wieder einmal vorkommen, dass sich Container quasi in Luft auflösen. Trotz hochkomplexer Logistiklösungen und größten Sicherheitsvorkehrungen bleiben Behälter manchmal wie vom Erdboden verschluckt. Gefunden werden schließlich alle, aber die Suche nach ihnen gestaltet sich als äußerst aufwändig. Ein Projekt der LCM in Zusammenarbeit mit den ÖBB, Bluetechnix und der TU Wien soll diesem Problem Abhilfe schaffen.

„Unter ‚Energy Harvesting’ versteht man die Versorgung eines Systems mit Energie aus seiner unmittelbaren Umgebung“, erklärt Florian Maier, Senior Researcher am LCM. „In den Fokus der Betrachtungen rücken vor allem mechanische Bewegungen wie Vibrationen und Luftströmungen, Lichtenergie und Temperaturunterschiede.“

Bei dem Projekt mit den ÖBB und der TU Wien nützen die Forscher Schwingungen der auf den Eisenbahnwaggons beförderten Container. Auf sie wird ein Harvester montiert, der die mechanischen Vibrationen, die während der Bahnfahrt entstehen, in elektrische Energie umwandelt. Mit dem erzeugten Strom wird ein Knoten eines Sensornetzwerks betrieben, der Messdaten erfasst und sowohl besondere Betriebszustände als auch ein Positionssignal an das Logistikzentrum aussendet. „Dort kann dann zu jeder Tages- und Nachtzeit nachvollzogen werden, wo sich ein Container gerade befindet“, sagt Stefan Dierneder, zuständiger Projektleiter von LCM.

Erfolgreiche Versuche.

Erste Versuche mit einem Prototyp laufen bereits und die Ergebnisse sind äußerst vielversprechend. Bei der Entwicklung des aus Wandler, Power Management und Sensorknoten bestehenden Energy Harvesters hatten die Forscher von LCM und TU Wien gleich mehrere große Herausforderungen zu bewältigen: die Optimierung eines effizienten elektromechanischen Wandlers, die Entwicklung eines nahezu reibungsfreien Linearlagers und die Anpassung des Powermanagements an den Leistungsbedarf des zu versorgenden Sensorknotens. Der Energy Harvester von LCM zeichnet sich außerdem durch Robustheit und Kompaktheit aus und erreicht einen Wirkungsgrad von mehr als 80 Prozent. Das drahtlose System ermöglicht auch eine Energieversorgung an schwer zugänglichen Stellen. So wurden beispielsweise Reifendruckmessungen realisiert, die zur Reduzierung von Verkehrsunfällen beitragen.