Energy Harvesting

Losjoggen und Handy aufladen

11.05.17 | Autor: Thomas Kuther

Mirko Demter überprüft die Verbindungen zur Ladeelektronik, die dafür sorgt, dass der Apparat eine gleichmäßige Spannung produziert, die dann angeschlossen ans Handy in Strom umgewandelt wird.
Mirko Demter überprüft die Verbindungen zur Ladeelektronik, die dafür sorgt, dass der Apparat eine gleichmäßige Spannung produziert, die dann angeschlossen ans Handy in Strom umgewandelt wird. (Bild: FH Münster/Pressestelle)

Studierende der FH Münster entwickeln mobile Systeme, die aus Bewegung elektrische Energie machen.

Jetzt im Frühling macht Joggen wieder doppelt so viel Spaß – und wie praktisch wäre es, dabei sein Handy aufzuladen, wo es wegen des Musikhörens sowieso schon dabei ist. Das dachten sich auch 40 Masterstudierende am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik der FH Münster. Sie erforschten, wie genau sie elektrische Energie zum direkten Verbrauch aus Bewegung gewinnen können.

Aus Bewegungsenergie beim Joggen wird elektrische Energie

„Letztendlich ging es uns darum, die Bewegungsenergie, die beim Joggen entsteht, in elektrische Energie umzuwandeln“, erzählt Mirko Demter, Masterstudent im dritten Semester, der einen Fachartikel zum Thema schreiben möchte. „So kann man auch unabhängig vom Stromnetz mobile Geräte direkt versorgen. ‚Energy Harvester‘ nennt sich das.“

Dafür haben die einzelnen Gruppen zunächst nach ähnlichen Produkten gesucht. „Wir haben zum Beispiel eine Schütteltaschenlampe auseinandergeschraubt und geschaut, wie sie konzipiert ist. Aber das war nur für die erste Ideengewinnung, in den Gruppen haben wir letztendlich ganz unterschiedliche Konzepte verfolgt.“

Der „Schüttelapparillo“ im kompletten Stromkreislauf: Beim Joggen oder bei anderen Bewegungen bräuchte man nur den blauen Zylinder mit sich tragen und das Handy anschließen, um Strom zum direkten Verbrauch zu gewinnen.
Der „Schüttelapparillo“ im kompletten Stromkreislauf: Beim Joggen oder bei anderen Bewegungen bräuchte man nur den blauen Zylinder mit sich tragen und das Handy anschließen, um Strom zum direkten Verbrauch zu gewinnen. (Bild: FH Münster/Pressestelle)

Zum Beispiel mit drei Magneten in einem schmalen Zylinder aus Kunststoff: Zwei entgegengesetzt ausgerichtete Magnete haben die Studierenden jeweils an den Enden des Zylinders befestigt. Dazwischen befindet sich ein weiterer Magnet, der von den Endmagneten abgestoßen wird. Sobald Bewegung den inneren Magneten aus der Ruhelage bringt, schießt er zwischen den beiden Endmagneten hin und her.

Das passiert zum Beispiel beim Joggen: Die erste Idee der Studierenden war es nämlich, sich den „Schüttelapparillo“ – wie sie das System nennen – ans Bein zu kletten. Statt der äußeren Magnete haben manche Teams auch Federn verwendet und dazwischen eine Gewindestange mit Magnet eingebaut.

Draht um den Zylinder als Spule

„So oder so: Bei allen Systemen mussten wir einen feinen Draht um den Zylinder wickeln, das sind unsere Spulen“, erklärt Demter weiter. „Die Feldlinien des sich bewegenden Magneten im Zylinder schneiden dann die Windungen der Spule. So entsteht eine Spannung in unserem System – die bezeichnet man als induzierte Spannung. Wir nutzen sie dann für die Aufladung des Akkus.“

Strom fließt erst, wenn Apparat und Verbraucher – im Jogging-Fall der Energiespeicher Handyakku – einen geschlossenen Stromkreis bilden.

Je kleiner und leichter, desto besser

Prof. Dr. Peter Glösekötter hat das Projekt betreut und nur Vorgaben zum Bauraum gemacht – Planen, Simulieren und Entwickeln war angesagt. „Vorgegeben waren bloß eine maximale Höhe und ein maximaler Durchmesser. Aber wenn der Apparat beim Joggen zum Einsatz kommen soll, ist je kleiner und leichter natürlich desto besser“, sagt Glösekötter.

Die Studierenden mussten Zylinder, Federn und Außenverkleidung komplett selbst am PC konstruieren und an einem der fünf 3D-Drucker am Fachbereich drucken. „Und wir durften während der Konzeptionsphase nicht die Theorie wie das Induktionsgesetz vernachlässigen, da nicht zuletzt die Spulengeometrie für die induzierte Spannung – und somit letztendlich auch für die gewonnene elektrische Leistung – verantwortlich ist“, fügt Demter hinzu.

Handy anschließen und loslaufen

Theoretisch fehlt nicht mehr viel, bis der Energy Harvester beim Joggen eingesetzt werden kann. Die Ladeelektronik, die für eine gleichmäßige Spannung sorgt, muss noch an die Außenverkleidung der Spule angepasst werden. „Dann muss man nur noch sein Handy anschließen und loslaufen“, erzählt der Masterstudent. „Und generell könnte man ihn überall einsetzen, wo Schwingungen auftreten.“

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