Home > Ergebnisse > Datenerfassung > pQ-Sensor > Energieversorgung pQ-Sensor - Energieversorgung Da sowohl die Datenübertragung der Sensoren als auch die Energieversorgung ohne Kabel realisiert werden soll, muss die Bereitstellung der notwendigen elektrischen Energie vor Ort erfolgen. Die unterschiedlichen Sensorvarianten weisen einen unterschiedlichen Energiebedarf auf, deswegen werden zwei unterschiedliche Verfahren eingesetzt. Im ortsveränderlichen "Ad hoc"-Sensor kommt ein geeigneter Akku zum Einsatz. Verwendet wird ein Li-Ion-Akkumulator mit 3,7V Nennspannung, bestehend aus 3 parallel geschalteten CoinPower-Knopfzellen von Varta mit einer Gesamtkapazität von 270 mAh. Es lässt sich eine Sensorlaufzeit von mindestens 10 Stunden erreichen, danach muss der Akku geladen werden. Im Fall des ortsveränderlichen Sensors stellt das Aufladen des Akkus kein Problem dar, da dieser ohnehin flexibel und ortsveränderlich eingesetzt werden soll. Die Notwendigkeit, einen Akku aufzuladen wäre im Fall der fest installierten pQ-Sensoren nach MS6-Bauart allerdings nicht praktikabel. Daher wird in diesem Fall ein Teil der vorhandenen Druckluft verwendet, um über eine eigens entwickelte Turbine-Generator-Einheit elektrische Energie zu erzeugen und den Sensor zu versorgen. Die Turbinen-Generator-Einheit ist für eine autarke Energieerzeugung innerhalb einer Prozessumgebung mit einer pneumatischen Infrastruktur gedacht. Sie besteht im Wesentlichen aus einem schaltbaren Pneumatik-Elektrik-Wandler (PE-Wandler) mit Turbine und Generator, einer Energiemanagement-Platine und einem entsprechenden elektrischen Speicher. Folgende Anforderungen hat der PE-Wandler hierbei zu erfüllen: Kompakte mechanische Bauform realisierbare mechanische Konstruktion möglichst geringe Drehzahlen zur Geräuschminimierung und Verschleißreduktion hoher Wirkungsgrad möglichst großer Arbeitsbereich bezogen auf die abgegebene Leistung Leistungsabgabe größer als 1 Watt Anhand dieser Anforderungen wurden diverse Turbinenprinzipien verglichen und letztlich das Wirkprinzip einer Francis-Turbine umgesetzt. Das Wirkprinzip der Francis Turbine ist von Turboladern bekannt, bei denen über einen großen Querschnitt Luft durch ein angetriebenes Schaufelrad, in das Innere des Gehäuses angesaugt wird. Eine definierte Schaufel- und Gehäusegeometrie verdichtet anschließend die angesaugte Luft. In einer Francis Turbine ist das Wirkprinzip allerdings umgedreht. Die nutzbare rotatorische Energie an der Turbine ergibt sich zum Einen aus der kinetische Energie des Fluids an den Schaufelrädern zum Anderen aus der Expansionsenergie der komprimierten Luft über die spezielle Geometrie der Turbinenschaufeln. Die Vorteile der Francis-Turbine liegen prinzipiell am geringeren Druckniveau, der verringerten Drehzahl und dem relativ hohen Drehmoment. Erste Prototypen konnten mithilfe eines Rapid Prototype Verfahrens hergestellt und untersucht werden. Im weiteren Projektverlauf wurden die Turbinen auf einen geringen Bauraum hin optimiert, auf die spezifische Anforderungen des Fertigungsverfahrens angepasst und hinsichtlich Montageaufwand vereinfach. Nach einigen Messreihen und Verbesserungen wurden schließlich die endgültige Version in einer Kleinserie produziert und montiert. Einige technische Daten finden sich in der folgenden Tabelle: Technische Daten Turbine-Generator-Einheit Einsetzbarer Druckbereich 4bar bis 10bar Elektrische Leistung 1,0W bis 2,4W Drehzahlbereich über 70.000 Upm Turbinenrad Durchmesser 18mm Maße Turbinenblock 25x25x17mm Höhe mit Generator 45mm Die folgenden Abbildungen zeigen die Einzelteile der Turbine-Generator-Einheit sowie das komplett zusammengebaute Modul mit der Turbine im unteren Kunststoffblock und dem Generator, der sich vertikal in der Mitte des Moduls befindet Gehäuse und Laufrad Turbinenlaufrad TGE-Modul Messbereiche Hardware-Varianten Energieversorgung Funktionsweise Nahfeld-Kommunikation Das beschriebene Vorhaben wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter den Förderkennzeichen 16SV6036 bis 16SV6043 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt des Internetauftritts liegt bei den Autoren. © ESIMA