Strömungsgenerator

• Umwandlung von Strömungsenergie in elektrische Energie

• Nutzung von oszillierenden piezoelektrischen Biegebalken

Es werden Verfahren entwickelt, die es erlauben die Strömungsenergie von Gasen oder Flüssigkeiten in elektrische Energie umzuwandeln ohne rotierende Teile zu benutzen. Prinzipiell werden dazu piezoelektrische Biegebalken durch die Strömung zum Schwingen angeregt. Die Oszillationskräfte werden von künstlich erzeugten Wirbelstraßen (von Kármánsche Wirbelstraße) hervorgerufen. Die Wirbel werden gezielt durch den Einsatz von Störkörpern in der Strömung erzeugt. Wenn piezoelektrische Biegebalken hinter diesen Störkörpern fixiert sind, können diese durch die auftretenden Druckunterschiede in der Wirbelstraße zum Schwingen angeregt werden. Durch die Oszillation des Piezomaterials werden in diesen Ladungen generiert, die an entsprechenden Oberflächenelektroden abgenommen werden können.

Auf der Basis von FEM-Simulationen und analytischen Berechnungen können die Biegebalkenanordnungen an die jeweilige Stömung angepasst werden. Es wurden bereits eine Vielzahl verschiedener makroskopischer Prototypen hergestellt und in gasförmigen und flüssigen Strömungen getestet. Dabei zeigte sich unter anderem, dass die Biegebalken stehts mit ihrer Resonanzfrequenz schwingen. Damit ist immer eine optimale Energieumwandlung gegeben. Eine Anpassung an die Frequenz einer externen Schwingungsquelle ist nicht erforderlich. Da durch die Verkleinerung der Biegeelemente auch deren Eigenfrequenz ansteigt, die Eigenfrequenz aber maßgeblich den Energieumsatz bestimmt, ist die Reduktion der Baugröße der Biegeelemente bei gleichzeitiger Optimierung des Energieumsatzes Ziel der aktuellen Forschungsarbeit.

Applikationsfelder

• Einsatz in beispielsweise Rohrleitungen, Klimaanlagen oder vergleichbaren Bereichen

• Dezentrale Versorgung von Sensorknoten

Kontakt

Dipl.-Ing. Maximilian Spornraft