Kontakt | Impressum | 19.01.2019 _ 18:42 h

Energy Harvesting: Vom Druck zum Strom

Ein autarkes Energieversorgungssystem, das sich nach kurzer Zeit amortisiert, langlebig, stabil und belastbar ist – das sind wesentliche Eigenschaften von energieerzeugenden Bodendruckplatten. Der Maschinenbautechniker Sebastian Winkler hat in seiner Projektarbeit zusammen mit einem Studienkollegen aus der Elektrotechnik einen Prototyp gebaut.

„Unsere Idee war es, Alternativen zu endlichen Energieträgern zu finden, die sich im kleinen Maßstab umsetzen lassen. Daher kamen wir auf Energy Harvesting, das heißt die Gewinnung kleiner Mengen elektrischer Energie aus der Umgebung. Jetzt wandelt unsere energieerzeugende Bodendruckplatte mechanische in elektrische Energie um“, erklärt Sebastian Winkler. „Diese umweltfreundliche Energielösung eignet sich bestens für Bereiche mit vielen Passanten wie zum Beispiel Fußgängerzonen oder Flughäfen.“ 

Komplexes System zur Kraftübertragung

Sebastian Winkler übernahm in der Teamarbeit den Part der mechanischen Energieübertragung und Kraftverstärkung; dabei orientierte er sich erst auf dem Markt: „Es gibt nur wenige Produkte und die sind durch Patente geschützt – keine Chance, Einblick in Funktionsweisen und technische Daten zu erhalten. Daher erarbeitete ich eigene Konzeptvarianten und entschied mich schließlich für den so genannten Kniehebel. Hier wirkt die komplette auftretende Kraft durch die Kraftzentrierung auf das Gelenk des Hebels und wird dadurch verstärkt. Dieses komplexe Kraftübertragungssystem innerhalb der Platte zeigt bei minimalem Einbauraum eine große Wirkung.“

Der zur Erzeugung der elektrischen Spannung eingesetzte Piezokristall hat eine Fläche von 3600 mm². „Da seine Depolarisierung bei einem Druck von 60 MPa, also 60 N/mm², beginnt, darf die maximal auf ihn wirkende Kraft nicht größer als 216 kN sein – das entspricht einem Gewicht von 22 Tonnen. Meine Konstruktion ist so ausgelegt, dass die auf den Piezokristall wirkende Kraft weit darunter liegt“, so der gelernte Industriemechaniker. 

Von Entwicklung & Konstruktion bis zur Technischen Mechanik – aus der Theorie in die Praxis

Das Wissen aus dem Unterricht kam ganz praktisch zum Einsatz, als Sebastian Winkler die auf die Bauteile wirkenden Kräfte berechnete und konstruktive Details festlegte: „Berechnungen zur Abscherung der Stahlbolzen, zur Lochleibung sowie zur Knickung der Wellen gehörten genauso zur Entwicklung des Prototyps wie Festlegungen beispielsweise hinsichtlich Bolzensicherung oder Führung der Piezodruckplatte, denn sie gewährleisten später eine einwandfreie Funktion.“ 

Von der Entwicklung mittels Autodesk Inventor...
… bis zum Prototyp...
... präsentiert von Sebastian Winkler. Die stabile und kompakte Bauweise macht die Bodendruckplatte hoch belastbar und flexibel im Einbau.
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