Printmagazin TECHNIK und WISSEN - Ausgabe 004
Technik und Wissen // www.technik-und-wissen.ch // berichtet in moderner Form für Fachleute aus der Industrie. Die Themen reichen vom 3D-Druck, neuen Materialien über Robotik, Montage und Zulieferindustrie bis hin zu Konstruktions- und den ganzen Digitalisierungsthemen. Technik und Wissen // www.technik-und-wissen.ch // berichtet in moderner Form für Fachleute aus der Industrie. Die Themen reichen vom 3D-Druck, neuen Materialien über Robotik, Montage und Zulieferindustrie bis hin zu Konstruktions- und den ganzen Digitalisierungsthemen.
WISSENSWERTES Ein Team von Ingenieuren der ZHAW und der Eawag hat eine Smart-Sensor-Lösung für die Überwachung von Trinkwasserleitungen entwickelt. Das System versorgt sich selbst mit Energie und überträgt die Daten drahtlos. Bild: ZHAW Selbstversorgende Sensoren detektieren Wasserlecks Weltweit geht aufgrund von Problemen in der Wasserinfrastruktur jedes Jahr viel Wasser verloren. Ein effizientes Monitoring von Wasserverteilungsnetzen ist deshalb Gegenstand von Forschungsarbeiten. Die ZHAW School of Engineering hat nun mit dem Wasserforschungsinstitut Eawag die batterielose Lösung «Adawim» entwickelt, welche die Wasserressourcen in Echtzeit überwacht. Adawim steht für «Autonomous and Distributed Architecture for Water Infrastructure Monitoring» und basiert auf einer drahtlosen intelligenten Sensortechnologie, die sich selbst mit Energie versorgen kann. Das System selbst kommt nicht mit dem Wasser in Berührung, sondern gewinnt die Energie hauptsächlich aus Temperaturunterschieden in der Betriebsumgebung, zum Beispiel zwischen einer Wasser- oder Abwasserleitung und dem Erdreich. In einer Variante werden auch hocheffiziente Solarzellen verwendet. Durch dieses Energy Harvesting lassen sich ober- und unterirdische Geräte und Sensoren für die Wasserinfrastruktur betreiben. «Energy Harvesting durch Temperaturunterschiede ist zwar weniger effizient als Solarenergie, aber dafür fast überall einsetzbar», erklärt Projektleiter Marcel Meili vom ZHAW-Institute of Embedded Systems. An den Demonstrationsanlagen der Eawag sowie an der von den Stadtwerken Winterthur zur Verfügung gestellten Infrastruktur ist das System bereits zum Einsatz gekommen. An allen Standorten zeigte sich, dass Adawim im Rahmen der Wasserinfrastruktur genügend Energie gewinnen kann, um Parameter wie Wasserfluss oder Bodenfeuchtigkeit zu messen. Die erfassten Daten werden lokal vorverarbeitet und drahtlos an einen Gateway übertragen. Dieser leitet die Daten in Echtzeit oder zu einem späteren Zeitpunkt an einen Server zur Verarbeitung und Visualisierung weiter. www.zhaw.ch 38 #004
Kühlsystem ohne schädliche Kältemittel Die EU hat seit längerer Zeit die Verwendung von fluorierten Kohlenwasserstoffen als Kältemittel eingeschränkt. Eine Alternative hierzu sind natürliche Kältemittel wie die brennbaren Gase Butan oder Propan. Während die in Haushaltskühlschränken enthaltene Menge als gefahrlos gilt, sind sie für grosse Kühlanlagen keine Option. Da es bisher keine überzeugenden Lösungen gibt, arbeiten Wissenschaftler weltweit an Alternativen. An einer solchen Alternative forschen auch der Physiker Dr. Kilian Bartholomé und sein Team am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg. Sie haben eine Kältemaschine entwickelt, welche die Energie nutzt, die eine Flüssigkeit beim Verdampfen freigibt. Basis ihres entwickelten Kühlsystems ist eine kreisförmige Heatpipe, die aus vielen kleinen Kammern besteht, in denen sich magnetokalorisches Material befindet und in deren Mitte ein Magnet rotiert. Damit die verwendete Lanthan-Eisen-Silizium-Legierung, die bei Raumtemperatur magnetokalorisch ist, vom Wasserdampf optimal durchdrungen werden kann, hat sie eine feinporöse Struktur. Der entwickelte Demonstrator soll Ende des Jahres fertig sein und eine Leistung von 300 Watt haben. Zum Vergleich: Der Kompressor eines Haushaltskühlschranks hat eine Leistung von 50 bis 100 Watt. Da das System schon jetzt mit hoher Frequenz gefahren werden kann, wollen die Freiburger Forscher mit ihrem Demonstrator einen Weltrekord für magnetokalorische Kühlsysteme brechen – und zwar bezüglich Aufbau eines magnetokalorischen Kühlsystems: In den grau dargestellten Segmenten befindet sich das magnetokalorische Material. Dieses wird durch den rotierenden Magneten abwechselnd erwärmt und abgekühlt. Durch den internen Aufbau der Segmente wird auf der rechten Seite Wärme an die Umgebung abgegeben, während links Wärme aus dem zu kühlenden Bereich abgeführt wird. Bild: Fraunhofer IPM der Systemfrequenz. Ihr Ziel ist es, 50 Prozent des theoretisch maximalen Wirkungsgrades zu erreichen. Vergleichbare bisherige Systeme erzielen heute rund 30 Prozent. www.ipm.fraunhofer.de Connected EVOLUTIONär für reibungslose Kommunikation Einfache und sichere Kommunikation – im Schwarm. Baumer Sensoren verfügen über IO-Link als standardisierte digitale Kommunikationsschnittstelle. Durch die bidirektionale Kommunikation sorgen wertvolle zusätzliche Daten für mehr Transparenz, erweiterte Einstellmöglichkeiten, für eine präzisere Konfi guration und nicht zuletzt eine sichere und verlustfreie Ausgabe von digitalen Signalen. Erfahren Sie mehr: www.baumer.com/io-link SE-PO-61_IO-Link_DE_210x146.indd 1 17.07.19 11:28
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Die EU hat seit längerer Zeit die Verwendung von fluorierten<br />
Kohlenwasserstoffen als Kältemittel eingeschränkt.<br />
Eine Alternative hierzu sind natürliche<br />
Kältemittel wie die brennbaren Gase Butan oder<br />
Propan. Während die in Haushaltskühlschränken enthaltene<br />
Menge als gefahrlos gilt, sind sie für grosse Kühlanlagen keine<br />
Option. Da es bisher keine überzeugenden Lösungen gibt,<br />
arbeiten Wissenschaftler weltweit an Alternativen.<br />
An einer solchen Alternative forschen auch der Physiker<br />
Dr. Kilian Bartholomé <strong>und</strong> sein Team am Fraunhofer-Institut<br />
für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg. Sie haben<br />
eine Kältemaschine entwickelt, welche die Energie nutzt,<br />
die eine Flüssigkeit beim Verdampfen freigibt. Basis ihres<br />
entwickelten Kühlsystems ist eine kreisförmige Heatpipe,<br />
die aus vielen kleinen Kammern besteht, in denen sich magnetokalorisches<br />
Material befindet <strong>und</strong> in deren Mitte ein<br />
Magnet rotiert. Damit die verwendete Lanthan-Eisen-Silizium-Legierung,<br />
die bei Raumtemperatur magnetokalorisch<br />
ist, vom Wasserdampf optimal durchdrungen werden kann,<br />
hat sie eine feinporöse Struktur.<br />
Der entwickelte Demonstrator soll Ende des Jahres fertig<br />
sein <strong>und</strong> eine Leistung von 300 Watt haben. Zum Vergleich:<br />
Der Kompressor eines Haushaltskühlschranks hat eine Leistung<br />
von 50 bis 100 Watt. Da das System schon jetzt mit hoher<br />
Frequenz gefahren werden kann, wollen die Freiburger<br />
Forscher mit ihrem Demonstrator einen Weltrekord für magnetokalorische<br />
Kühlsysteme brechen – <strong>und</strong> zwar bezüglich<br />
Aufbau eines magnetokalorischen Kühlsystems: In den grau dargestellten<br />
Segmenten befindet sich das magnetokalorische Material.<br />
Dieses wird durch den rotierenden Magneten abwechselnd erwärmt<br />
<strong>und</strong> abgekühlt. Durch den internen Aufbau der Segmente wird<br />
auf der rechten Seite Wärme an die Umgebung abgegeben, während<br />
links Wärme aus dem zu kühlenden Bereich abgeführt wird.<br />
Bild: Fraunhofer IPM<br />
der Systemfrequenz. Ihr Ziel ist es, 50 Prozent des theoretisch<br />
maximalen Wirkungsgrades zu erreichen. Vergleichbare<br />
bisherige Systeme erzielen heute r<strong>und</strong> 30 Prozent.<br />
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