Der Strom kommt
aus der Luft

Die PM DM GmbH stellt ein Heizungsventil vor, das ohne Batterien auskommt und den benötigten Strom selbst produziert. Das neu entwickelte Heizungsventil des Unternehmens nutzt die Wärmedifferenz zwischen Heizkörper und Raum, um elektrische Energie mittels eines Thermoelektrischen Generators (TEG) zu gewinnen.
In vielen Wohnungen haben die neuesten Generationen der Raumtemperaturregelung Einzug gehalten. Bis dato ist das alte herkömmliche Thermostatventil (Handventil) mit einem Dehnstoffelement allgegenwärtig. Die meiste Heizenergie spart man jedoch durch programmierbare elektronische Thermostatventile. Hersteller sprechen von bis zu 30% Heizkosteneinsparung, die nur durch gezieltes Heizen erreichbar sind. Größter Schwachpunkt moderner Heizungsventile – die Batterie! Je nach Regelungsbeanspruchung müssen diese einmal jährlich gewechselt werden, um eine optimale Stromversorgung garantieren zu können. In Privatwohnungen mag der Wechsel ja noch halbwegs überschaubar sein, in Wirtschaftsgebäuden indessen ist er mit enormem Aufwand und Kosten verbunden. Servicekräfte müssten stets dafür sorgen, dass in allen Systemen volle Batterien sind. Um zu vermeiden, dass z.B. Hotelgäste im Kalten sitzen, müssen Batterien zyklisch gewechselt werden, egal wie viel Energie sie noch besitzen. Die PM DM GmbH hat nun ein Heizungsventil entwickelt, das ohne Batterien auskommt und den benötigten Strom selbst produziert. Das neu entwickelte Heizungsventil von PM DM nutzt die Wärmedifferenz zwischen Heizkörper und Raum, um elektrische Energie mittels eines Thermoelektrischen Generators (TEG) zu gewinnen.

Aus Wärme wird Strom

Bei Vorlauftemperaturen über 40°C und Raumtemperaturen um die 20°C, beträgt der Temperaturunterschied mindestens 15°C. Der chipartige TEG baut mit der Temperaturdifferenz eine Spannung von 1V auf. Der Kühlkörper hat den größten Einfluss auf die generierte TEG-Spannung, darum wurde mit hohem Simulationsaufwand ein ausgeklügeltes thermisches Design entwickelt. Den Ingenieuren von PM DM war jedoch schnell klar, dass man die bestehenden batterie- oder kabelbetriebenen Systeme nicht einfach mit einem thermoelektrischen Generator umrüsten kann. Normalerweise redet man bei ‚Energy Harvesting‘ von Mikro-/Milliwatt (mW). An einem normalen Wintertag liefert das TEG geringe Milliwatt. Diese müssen bei optimaler Funktion möglichst verlustarm gespeichert werden. Damit die gespeicherte und ständig gewandelte elektrische Energie für einen reibungslosen Betrieb ausreicht, wurde das komplette System neu überdacht.

Energiebedarf für Ventilverstellung fünf- bis zehnmal geringer

Das neue System besteht aus Getriebe, Powermanagement, Speicher, Mikrocontroller und Sensorik. Ein neuartiges Getriebe entstand, das fünf- bis zehnmal weniger Energie benötigt, um eine Ventilverstellung zu fahren. Natürlich kamen die Erfahrung aus der Motoren- und Gleitlagerentwicklung, Kerngeschäft der PM DM GmbH, zur Geltung. Sämtliche Komponenten, welche Reibung verursachen, wurden unter die Lupe genommen und modifiziert. Dazu kommt das findige Umsetzen der Drehbewegung in die Linearbewegung, um den Ventilstößel zu stellen. Der Stößel im Heizkörper ist federnd gelagert und bringt eine Gegenkraft bis zu 40N. Um das benötigte Drehmoment am Motor zu reduzieren, wurde eine intelligente Mechanik für einen Kräfteausgleich im Getriebe integriert. Des Weiteren wurde jede Komponente der Elektronik auf Leckströme und niedrigen Energieverbrauch analysiert und optimiert. Angefangen bei der Eingangswandlerschaltung, welche die generierte Energie des TEG in eine nutzbare Spannung umwandelt und sich dabei adaptiv auf die Quelle einstellt. Der erreichte Energienutzungsgrad liegt heute weit über 80%. Weiter geht es mit einem Doppelschichtkondensator als Energiespeicher, der kaum noch Verluste durch Eigenleckage hat und mit den kleinen Ladeströmen zurechtkommt. Für den Motortreiber kamen integrierte Endstufen zum Einsatz, da sie Leckströme von unter 100nA besitzen, was um ein Vielfaches besser ist, als bei einer diskreten MosFET- oder Bipolar-Endstufe.

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