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MICRO ENERGY HARVESTING

Mechanische Systeme

Piezomagnetismus


Beim Piezomagnetismus (o. piezomagnetischer Effekt) handelt es sich um die Erzeugung einer Magnetisierung durch eine mechanische Spannung.

Der in einigen antiferromagnetischen Kristallen auftretende anisotrope, lineare Effekt ist analog zum piezoelektrischen Effekt und wird durch ein Fehlen von bestimmten Symmetrieelementen in einer Kristallstruktur ermöglicht.

Die erste experimentelle Beobachtung von Piezomagnetismus in den Fluoriden von Kobalt und Mangan erfolgte im Jahr 1960 durch A. S. Borovik-Romanov in der damaligen Sowjetunion.

Über Anwendungen im Bereich des Micro Energy Harvesting habe ich bislang noch nichts finden können.


Regentropfen


Anfang 2008 stellen Französische Forscher um Jean-Jacques Chaillout vom Minatec-Innovationszentrum der Atomenergiebehörde CEA in Grenoble einen Mikro-Generator vor, der aus der Wucht aufprallender Regentropfen Strom erzeugen kann.

Regentropfen-Einschlag

Regentropfen-Einschlag

Hauptkomponente ist eine nur 25 µm dünne Oberfläche aus dem piezoelektrischen Kunststoff Polyvinylidenfluorid (PVDF), der auf Druck hin eine elektrische Spannung aufbaut.

Die nur wenige Quadratzentimeter großen Versuchsmodule erbringen bereits eine Leistung bis zu einigen Tausendstel Watt, was beispielsweise ausreicht um autonome Sensoren mit Energie zu versorgen. Durch Simulationen wird ermittelt, daß ein einziger großer Regentropfen eine potentielle Ausbeute von bis zu 12 mW besitzt.


Die Idee wird Ende 2008 von dem Designer Sang-Kyun Park aufgegriffen, der aus der PVDF-Folie (logischerweise) einen Regenschirm herstellt, dessen Stromertrag auch gleich in eingebaute LEDs fließt, um den Schirmträger und seinen Weg nachts zu beleuchten.

Interessanter Effekt: Je stärker es regnet desto heller leuchtet der Lightdrops-Schirm auf.


Der 18-jährige türkische Schüler Ceren Burçak Dag aus Nisantasi, Türkei, gewinnt den von ITT gesponserten Stockholm Junior Water Prize 2009 für ein Projekt, in dem er ebenfalls zeigt, wie Regentropfen verwendet werden können um Strom zu erzeugen. Auch er nutzt hierzu das ‚smarte’ PVDF-Material.

Dag erhält immerhin einen Preis von 5.000 $ - sowie eine bezahlte Reise nach Orlando, Florida, um seine Erkenntnisse im Oktober 2009 auf der jährlichen World Environment Federation Konferenz zu präsentieren, dem größten Wasser-Qualitäts- und Technologie-Event in Nordamerika.


Ein weiterer Finalist mit dieselben Idee ist der 14 Jahre alte Kanadier Raymond Wang, der sich damit im Mai 2012 an der Google Science Fair beteiligt, einem Online-Wettbewerb, der für alle Schüler im Alter von 13 – 18 Jahren aus der ganzen Welt offen ist.

Wang entwirft ein System, welches das Potential hat, breit umgesetzt zu werden, um Energie aus dem Wetter zu ernten, weshalb er ein Modell-Haus mit einem piezoelektrischen Dach baut.

Bei einer Reihe von Tests mit tatsächlichem und simuliertem Wetter wie Regen, Hagel und Wind kann deren Energie erfolgreich in Strom umgewandelt und auf einem Kondensator gespeichert werden.


Im April 2016 erscheint der Ansatz erneut in den Fachblogs. Diesmal sind es Forscher der Ocean University of China in Qingdao und der Yunnan Normal University in Kunming, die eine Allwetter-Solarzelle entwickelt haben, die auch Energie produziert, wenn es regnet.

Allwetter-Solarzelle Grafik

Allwetter-Solarzelle (Grafik)

Die neue Solarzelle kann durch einfallendes Licht an sonnigen Tagen und Regentropfen an Regentagen angeregt werden und erreicht einen Solar-zu-Strom-Wirkungsgrad von 6,53 %, während mit simulierten Regentropfen ein Strom von mehreren Mikroampere mit einer Spannung von einigen Hundert Mikrovolt gewonnen werden kann. Das Team um Prof. Qunwei Tang erreicht dies durch die Kombination einer mit Elektronen angereicherten Graphen-Elektrode mit einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle.

In wässrigen Lösungen kann Graphen positiv geladene Ionen an seine Elektronen binden. Diese Eigenschaft wird in graphenbasierten Prozessen verwendet, um Bleiionen und organische Farbstoffe aus Lösungen zu entfernen. Das Phänomen inspiriert die Forscher dazu, Graphenelektroden zu verwenden, um Energie aus dem Aufprall von Regentropfen zu gewinnen.

Regentropfen sind nicht reines Wasser; sie enthalten Salze, die in positive und negative Ionen dissoziieren. Die positiv geladenen Ionen, einschließlich Natrium-, Kalzium- und Ammoniumionen können sich an die Graphen-Oberfläche binden. Bei Kontakt zwischen dem Regentropfen und und dem Graphen wird das Wasser mit positiven Ionen angereichert, während das Graphen mit delokalisierten Elektronen angereichert wird. Dies führt zur Entstehung einer Doppelschicht aus Elektronen und positiv geladenen Ionen, was als Pseudokondensator bezeichnet wird. Die Potentialdifferenz ist ausreichend, um eine Spannung und Strom zu erzeugen.

An regnerischen Tagen können die neuen Solarzellen mit dem Film aus reduziertem Graphenoxid (Reduced Graphene Oxide, rGO) nach oben gedreht werden, um Strom aus dem Aufschlag von Regentropfen zu erzeugen. Dabei ergibt jedes Tröpfchen bei einer Größe von 4,52 mm (?) eine Spannung und Ausgangsleistung von 152,6 mV bzw. 7,17 pW.

Ein Niedertemperatur-Verfahren zur Herstellung von stark reduzierten Graphenoxids hatte übrigens ein Team der Tsinghua University in Peking um Hongbin Feng gemeinsam mit Kollegen der University of California, Los Angeles, bereits im Februar 2013 vorgestellt.


Stoßdämpfer


Im Januar 2009 meldet die Fachpresse, daß stromerzeugende Stoßdämpfer nach ausreichenden Feldtests nun bald zur Serienreife gelangen werden. Bislang wird die ungewünschte Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt und nutzlos an die Umwelt abgegeben.

Die 2008 von Woody Neeley gegründete Electric Truck LLC (ET) in Connecticut hatte exklusiv die kommerziellen Rechte an einer Technik übernommen, die von dem emeritierten Prof. Ronald B. Goldner und seinem Kollegen Peter Zerigian an der Tufts University und dem Argonne National Laboratory entwickelt worden war (US-Nr. 6.952.060, angemeldet 2001, erteilt 2005).

Mit der patentierten Technologie der regenerativen elektromagnetischen Stoßdämpfer (Power-Generating Shock Absorber, PGSA) sollen die Batterien von Hybrid- und Elektroautos während der Fahrt aufgeladen werden.

Das System funktioniert mit einem elektromagnetischen Lineargenerator, der die intermittierende Verschiebung in nutzbare elektrische Energie umwandelt. Eingesetzt wird dabei in der Regel ein zylindrischer, bürstenloser 3-Phasen Permanentmagnet-Elektromotor, der manchmal auch als ,ServoRam’ bezeichnet wird. ServoRams wurden in den 1990er Jahren entwickelt, um die hydraulische Stoßdämpfer von Bewegungssimulatoren in der Unterhaltungsindustrie zu ersetzen.

Im Juni 2010 wird ET mit einen Zuschuß der Office of Energy Policy Management des Bundesstaates Connecticut ausgezeichnet. Außerdem gewinnt der Stoßdämpfer den Energy Harvesting and Storage USA award für die beste Technologie-Entwicklung im Bereich des Energy Harvesting. Die benötigte Finanzierung in Höhe von 50.000 – 100.000 $ für die Weiterentwicklung scheint die Firma aber nicht zusammen zu bekommen.

Davon unabhängig gewinnt ein Team der Stony Brook University um Prof. Lei Zuo - das seine Technologie ebenfalls der ET lizensiert - im Jahr 2011 für die Entwicklung von Nachrüst-Energy-Harvesting-Stoßdämpfern, welche unter normalen Fahrbedingungen die Vibrationen, Stöße und Bewegungen durch die Aufhängung eines Fahrzeugs oder Zuges in 100400 W elektrische Energie umwandeln, einen renommierten R&D 100 Award – der als der ,Oscar der Erfindungen’ bezeichnet wird. Dieses Team wird uns im Kapitelteil Vibration nochmals begegnen.

Damit tatsächlich auf den Markt gekommen scheint das Unternehmen bislang aber nicht.


Wissenschaftler der Stony Brook University im US-Bundesstaates New York unter der Leitung von Prof. Lei Zuo veröffentlichen im Februar 2010 einen Bericht über die Konstruktion und Charakterisierung eines elektromagnetischen Energiewandlers für Fahrzeugaufhängungen, bei dem Dauermagnete aus seltenen Erden und hochdurchlässige Magnetschleifen verwendet werden, um einen Vier-Phasen-Lineargenerator mit erhöhter Effizienz und geringem Gewicht zu konstruieren.

Zudem werden experimentelle Studien mit einem Prototyp im Maßstab 1: 2 durchgeführt, deren Ergebnisse sehr gut mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmen. Bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von etwa 70 km/h auf einer normalen Strecke leistet das System 28 W. Es wird aber erwartet, daß ein System in Originalgröße deutlich leistungsfähiger ist und bei normalen Straßenbedingungen pro Rad etwa 64 W erreicht, insgesamt also rund 256 W.

Nach Angaben der Forscher soll sich der Wirkungsgrad eines Autos bei Einsatz der Energy-Harvesting-Stoßdämpfer auf einer normalen Stecke um 2 % steigern lassen, während sich der Wirkungsgrad auf Holperstrecken sogar um bis zu 10 % erhöhen soll.

Gemeinsam mit Xiudong Tang und Pei Sheng Zhang meldet Zuo 2011 das Patent für die stromproduzierenden Stoßdämpfer an (US-Nr. 20130127175, veröffentlicht 2013). Nach Angaben der Forscher soll sich der Wirkungsgrad eines Autos bei Einsatz der Energy-Harvesting-Stoßdämpfer auf einer normalen Stecke um 2 % steigern lassen, während sich der Wirkungsgrad auf Holperstrecken sogar um bis zu 10 % erhöhen soll.

Im November 2012 ist zu erfahren, daß das Zuo-Team für seinen Eisenbahn-basierten Harvester namens Mechanical Motion Rectifier (MMR) mit einer nationale Auszeichnung der Konferenz ,Energy Harvesting and Storage USA’  geehrt wird. Als Einsatzbereich der Erfindung, die Strom aus den Schwingungen erntet, die von Zügen erzeugt werden, bietet sich das Schienennetz der USA an – das mit über 225.00 km als das längste der Welt gilt.

Zuo-Modell

Zuo-Modell

Durch die Verwendung von zwei Einwegkupplungen können die MMR-basierten Bahnenergie-Harvester die unregelmäßigen oszillierenden auf-und-ab-Vibrationsbewegung von Eisenbahnschienen erfassen und in eine unidirektionale Drehung wandeln, die wiederum leicht als Strom geerntet werden kann. Aus der Zug-induzierten Spurablenkung sollen sich 200 W erzielen lassen, um streckenseitige elektrische Geräte zu betreiben, wobei von einer Energierückgewinnungen in Höhe von 70 – 90 % ausgegangen wird.

Unterstützt wird die Entwicklung der Technologie vom University Transportation Research Center (UTRC-II) des U.S. Department of Transportation, der New York State Energy Research and Development Authority (NYSERDA) und der SUNY Research Foundation.

Und auch diese Entwicklung wird der Firma ET lizenziert, die das Projekt von Anfang an unterstützt hat und inzwischen als Electric Truck LLC/Harvest NRG Inc. mit Sitz in Greenwich, Connecticut, auftritt.

Weitere Meldungen darüber gibt es erst wieder im August 2015, als Zuo, der inzwischen an der Virginia Polytechnic Institute and State University (Virginia Tech) in Blacksburg unterrichtet und forscht, von Fortschritten bei der Gewinnung von Energie aus Unebenheiten der Straße berichtet. Diesmal sind auch weitere Details zu erfahren. So z.B. daß seine Stoßdämpfer die bidirektionale Auf- und Abbewegung in eine Drehbewegung übersetzen, welche einen Generator antreibt.

Eine besondere Kombination von Zahnrädern ermöglicht es, die Bewegungen in beiden Richtungen umzuwandeln, was die gewonnene Energiemenge verdoppelt. Die ermöglicht dem Generator zudem mit einer konstanten Geschwindigkeit zu laufen, was die Last auf die Zahnradzähne reduziert und das System effizienter und zuverlässiger macht. Außerdem dreht sich der Generator weiter, selbst nachdem die Schwingung endet, wasdie Energiemenge weiter maximiert.

Bei Tests auf den Straßen des Campus erreicht das aktuelle Modell einen Wirkungsgrad von etwa 60 %. Es wird erwartet, daß ein mit Präzisionskomponenten hergestelltes Systems sogar 85 % erreicht. Zur Verbesserung der Leistung will Zuo zudem eine selbstversorgende semi-aktive Steuerung integrieren, bei der ein Mikroprozessor die Bedingungen des Fahrzeugs erkennt und die Fahrwerkseinstellungen entsprechend anpaßt.


Ein nahezu identisches Konzept, das von David A. Oxenreider aus Boiling Springs, Pennsylvania, entwickelt worden ist, hatte übrigens den zweiten Preis des ‚Emhart Create the Future’ Design-Wettbewerbs 2005 gewonnen. Über weiterführende Schritte ist auch in diesem Fall nichts zu finden.

Active Suspension System von Bose

Active Suspension System
(Bose)


Finden lassen sich dagegen Vorläufer dieser innovativen Technologie – und zwar in Gestalt der gut bekannten Audio-Fima Bose. Das Unternehmen behauptet nämlich, bereits seit 1980 an einem ‚Active Suspension System’ zu arbeiten, das ebenfalls lineare Schrittmotoren verwendet um konventionelle Stoßdämpfer samt ihrer Federung zu ersetzen.

Man hätte bereits mehr als 100 Mio. $ in diese Technologie investiert und erwarte, daß sie bis 2009 bei High-End-Luxus-Fahrzeugen zum Einsatz kommt. Ob das Bose-System eine Energierückgewinnung besitzt, konnte ich bislang nicht herausfinden.


Das Rennen scheint jedoch ein anderes System zu machen, obwohl es auf den ersten Blick wesentlich komplizierter wirkt.

Eine Gruppe von Sudenten des Massachusetts Institute of Technology (MIT) um Zack Anderson und Shakeel Avadhany, die neben Paul Abel und Vladimir Tarasov auch die Patentinhaber sind, präsentiert nach zweijähriger Arbeit im Februar 2009 einen Stoßdämpfer, dessen Öl durch kleine Turbinen geleitet wird, welche wiederum Stromgeneratoren antreiben (US-Nr. 8.376.100, angemeldet 2008, erteilt 2013)..

In ersten Tests erzielen die GenShock Prototypen bei einem dreiachsigen LKW auf einer normalen Straße eine Leistungsgabe von bis zu 1 kW pro Rad bzw. Stoßdämpfer. Mit dieser Energie könne beispielsweise das Kühlaggregat eines Anhängers betrieben werden, in Hybridfahrzeugen könnten die Stoßdämpfer wiederum die Akkus laden. Die Studenten glauben, daß ihre Stoßdämpfer die Effizienz eines Autos um 2 - 10 % steigern und den Kraftstoffverbrauch um 1,5 - 6 % senken könnte. Da zudem eine Elektronik die Dämpfung aktiv steuert, ermöglichen die neuartigen Stoßdämpfer auch eine ruhigere Fahrt als herkömmliche Modelle.

Unterstützt wird das Team von Venture Mentoring Service des MIT, und beraten wird es von Yet-Ming Chiang, Professor für Keramik bei Kyocera und Gründer von A123 Systems, einem Anbieter von Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien (s.d.). Interesse an der Erfindung bekunden bereits mehrere amerikanische Lkw-Hersteller sowie der US-Autohersteller AM General, der unter anderem das High Mobility Multipurpose Wheeled Vehicle baut (kurz: HMMWV, besser bekannt als Humvee).

Um die GenShock-Stoßdämpfer schnell auf den Markt zu bringen, hatten Anderson und Avadhany 2009 die Startup-Firma Levant Power Corp. gegründet, die bereits im Mai desselben Jahres den mit 10.000 $ dotierten MIT Clean Energy Award gewinnt und nun hofft, das Gerät in den folgenden 18 Monaten bis zur Marktreife zu bringen.

Mithilfe einer Förderung der National Science Foundation werden die GenShocks an Hybrid-Trucks im praktischen Betrieb getestet. Auf den Markt kommen sollen die neuartigen Stoßdämpfer bereits im zweiten Quartal 2011. Was jedoch nicht klappt.

Im Juni 2011 folgt die Meldung, daß das Automotive Research, Development, and Engineering Center (TARDEC) der U.S. Army vor kurzem einen vierwöchigen Haltbarkeitstest der GenShock-Technologie an Bord eines M1152 HMMWV durchgeführt habe. Trotz der anspruchsvollen militärischen Geländeprofile zeigt GenShock für die Dauer des Tests einen vollkommen störungsfreien Betrieb und erzeugt dabei Strom, der an ein simuliertes Bordnetz geliefert wird.

Levant Power Turbine Grafik

Levant Power Turbine
(Grafik)

Bei Geschwindigkeiten von über 1,5 m/s können Spitzenausgangsleistungen von über 600 W erreicht werden. Da die Stoßdämpfer Energie zurückgewinnen, bleiben sie darüber hinaus kühler als die konventionellen Ausführungen. Thermische Tests zeigen, daß die GenShock-Produkte 71 % länger brauchen, bevor ihre Temperatur steigt. Nun sollen im Laufe des Jahres zusätzliche Tests im Labor und auf dem Versuchsgelände erfolgen, wobei das Unternehmen plant, die kommerzielle Produktion im 4. Quartal 2012 zu starten.

Einem Pressebericht vom November 2011 zufolge soll sich die Levant Power inzwischen abervon den überdimensionalen Stoßdämpfer abgewendet haben, um nun Strom mittels eines elektrodynamischen Harvesters mit kleinen Permanentmagneten zu erzeugen, der einfach in konventionelle Modelle eingesetzt werden kann. Die neue Ausführung soll einen Wirkungsgrad von 45 – 50 % erreichen.

Als zweite Priorität der Firma werden 3.000 Signalbojen auf dem Meer genannt, die typischerweise Solar- und Wellenkraft verwenden und jeweils 50 kW benötigen. Da die Levante-Geräte effizienter sein sollen, als die bislang eingesetzte Technik, kooperiert das Unternehmen auf diesem Sektor mit der Firma Battelle, um die OceanGen genannte Meerestechnik auf den Markt zu bringen. Doch auch dieses Projekt kommt augenscheinlich nicht voran, denn spätere Meldungen darüber gibt es keine mehr.

Im August 2013 wird bekannt, daß die inzwischen in Woburn beheimatete Levant Power eine Partnerschaft mit der deutschen Firma ZF Friedrichshafen AG eingegangen ist, welche die neuen Stoßdämpfer nun in großer Zahl herstellen soll. Bisher hatte Levant – vermutlich manuell – nur einige hundert seiner Geräte für Testzwecke produziert.

Dies scheint bislang aber auch das Ende der Fahnenstange zu sein – denn neuere Informationen über die Pläne oder gar ihre Umsetzung gibt es keine. Laut einer ungenannten Quelle in der Firma wurde bislang auch noch kein Prototyp gebaut und getestet (Stand 2015).


Im Juni 2009 folgt eine Meldung, der zufolge der französische Erfinder Christophe Verna aus Bordeaux ebenfalls ein System vorstellt, das die Klimaanlagen und Heizungen von Fahrzeugen aller Art, Zügen und Straßenbahnen versorgen kann, ohne hierfür zusätzliche Energie zu benötigen.

ClimaVerna Prototyp

ClimaVerna Prototyp

Das ClimaVerna genannte System dient zur Rückgewinnung der Kraft, die durch die Bewegungen der Aufhängung relativ zum Rahmen eines fahrenden Fahrzeugs erzeugt wird. Einer der Anker wird mit dem Chassis des Autos, LKWs, der Bahn oder ein anderen Fahrzeugs verbunden, während der andere an dem Aufhängungssystem vorne oder hinten am Fahrzeug angebracht wird. Ein mit Rückschlagventilen versehener Zylinder dient als Kompressor, der Luft, Hydrauliköl oder einer anderen Flüssigkeit komprimiert.

Obwohl der Erfinder auf seiner Seite mit diversen animierten Grafiken aufwartet und auch das Foto eines Prototyps veröffentlicht, ist nichts davon festzustellen, daß sich die Erfindung bislang zum Produkt gemausert hätte.


Nachdem Vertreter der niederländischen Technischen Universität Eindhoven im Dezember 2010 auf der Future of Electric Vehicles Konferenz in San Jose über die Forschungsergebnisse mit einer neuen elektromagnetischen Fahrzeugaufhängung berichtet hat, wird im April 2011 während der AutoRAI Ausstellung in Amsterdam erstmals ein Testfahrzeug vorgestellt, das mit der Aufhängung ausgestattet ist, welche die „Gesamtfahrqualität von Autos um 60 % verbessern“ soll. Die Universität entwickelt das System in Zusammenarbeit mit der schwedischen Mechatronik-Firma SKF aus Göteborg, welche die Technologie hat patentieren lassen und sie in Zukunft auf vermarkten will.

Nun veröffentlicht die Universität auch weitere Details über die Technologie, die unter der Leitung von Prof. Elena Lomonova von Bart Gysen im Rahmen seiner Doktorarbeit entwickelt wurde. Demnach ist die Aufhängung nicht nur elektromagnetisch, sondern auch aktiv, was bedeutet, daß es sie nicht nur stur auf die Unebenheiten der Straße reagiert, sondern von einem Bordcomputer gesteuert wird. Dieser empfängt Informationen von Beschleunigungs- und anderen Sensoren am Fahrzeug, und paßt die Aufhängung innerhalb des Bruchteils einer Sekunde entsprechend an.

Im Gegensatz zu früheren Systemen der aktiven Federung, die zumindest bei Autos nichts Neues sind und vor allem in hydraulischen Systemen integriert werden, kann das neue elektromagnetische System wesentlich schneller reagieren und die Fahrt damit signifikant glatter machen.

Mit etwa der gleichen Größe eines herkömmlichen Stoßdämpfers, besteht das System aus einer passiven Feder, einem elektromagnetischen Stellglied, einer Steuereinheit und Batterien. Die Feder bietet – sinnigerweise – die Federwirkung, während die Magnete die passive Absorption von Stößen liefern. Sollten die Batterien ausfallen, arbeitet das System immer noch als eine rein mechanische Aufhängung.

Mit einem Spitzenverbrauch von 500 W verwendet die Aufhängung nur etwa ein Viertel der Leistung hydraulischer Systeme. Zudem streckt sie auch die Lebensdauer der Batterie, indem es die Erschütterungen durch die Straßen nutzt, um Elektrizität zu erzeugen. Wieviel das ist, wird allerdings nicht mitgeteilt. Im vergangenen November hat ein Testwagen mit installierten Systemen an zwei seiner Räder Versuchsfahrten durchgeführt, wobei im Moment jedes mit der Aufhängung ausgestattete Rad noch unabhängig agiert. Im weiteren Verlauf der Arbeiten soll daher ein System entwickelt werden, bei dem die einzelnen Federungseinheiten miteinander kommunizieren und ihre Aktionen koordinieren. Doch wie auch in den vorangegangen Fällen läßt sich nichts darüber finden, daß die Sache später weiter verfolgt worden wäre.


Eine etwas ferne Variante, die hier aber trotzdem gut hineinpaßt, kursiert im Dezember 2011 in den Fachblogs.

Bei dem Energy Return Wheel (ERW) des Erfinders Brian A. Russell handelt es sich um einen nicht-pneumatischen Reifen ohne Luftschlauch, der im Gegensatz zu anderen, ähnlichen Reifen, wie z.B. die der Firmen Resilient Technologies (NPT) oder Bridgestone (Tweel), nicht passiv ist, sondern Energie aktiv absorbiert und wieder freisetzt (US-Nr. 8.127.809, angemeldet 2009, erteilt 2012; vgl. US-Nr. 9.004.120, angemeldet 2011, erteilt 2015).

Wie der Name schon sagt, wandelt der ERW die Energie der Stoßdämpfung in ein gewisses Maß an Vorwärtsbewegung um. Das aufgehängte ,Rad innerhalb eines Rades’ ist im Wesentlichen eine Feder, die Energie von Stößen absorbiert und wieder an die Straße abgibt. Es besteht aus zwei Stahlreifen, von denen einer innerhalb des anderen eingebettet und durch eine Reihe von Federn aufgehängt ist. Der äußere Ring hat, wie ein typischer Reifen, einen Gummimantel und ein innere Membran, während der innere Ring Bolzen hat, welche die Federn mit dem Rad verbinden und angezogen werden können, um den Reifen mehr oder weniger stark elastisch zu machen.

Anderen Quellen zufolge werden die Stöße und die dabei erzeugte Schwingung von den Federn abgefangen und in Energie umgewandelt, um sie anschließend in einem externen Akku abzuspeichern.

Später läßt sich die 2002 gegründete Firma Britek Tire and Rubber aus Littleton, Colorado, die ERW-Technologie lizenzieren, obwohl nicht klar ist, wie weit die Entwicklung fortgeschritten ist. Zudem scheint die Firma mit dem Erfinder identisch zu sein. Auf der Homepage werden nun Reifen für Fahrräder mit derselben Technologie angeboten – zu Preisen zwischen 1.625 und 2.699 $ das Paar. In Kommentaren wird allerdings Ende 2012 behauptet, daß es sich bei dieser Firma bzw. Person um einen Betrug handelt, da trotz Vorauszahlungen keine Räder geliefert werden.


Wesentlich seriöser wirkt demgegenüber das Forschungsprojekt ,Entwicklung eines elektromechanischen Dämpfersystems für Straßenfahrzeuge’ von Prof. Ulrich Grau an der Georg-Simon-Ohm-Hochschule Nürnberg (TH Nürnberg), das im Juli 2012 startet, bis Ende Dezember 2013 läuft und von der gemeinnützigen STAEDTLER-Stiftung mit 40.000 € unterstützt wird.

In dem Vorhaben sollen in insgesamt drei Phasen die Potentiale, aber auch die Anwendungsgrenzen der neuen Technik für Personenkraftwagen untersucht werden. Dabei soll ein elektromechanischer Dämpfer ausgelegt, konstruiert und anschließend experimentell untersucht werden. Später ist aber trotz der Seriösität nichts weiter darüber zu hören.


Daß der Ansatz der Energierückgewinnung aus Stoßdämpfern zumindest im Marketing auch weiterhin aktuell ist, belegt der sogenannte Mercedes Vision G-Code SUV („SUC-Studie aus Asien für Asien“), der im November 2014 bei der Eröffnung des neuen Entwicklungszentrums der Firma in Peking präsentiert wird.

Neben einer besonderen Lackfarbe namens ,multi-voltaic silver’, die wie eine Art riesige Solarzelle mit großer Effizienz das Sonnenlicht nutzt und zudem durch Fahrtwind oder natürlichen Wind elektrostatisch aufgeladen werden kann, verfügt das Fahrzeug auch noch über eine ,power on the move’-Aufhängung, die in der Lage ist, die Bewegung der Stoßdämpfer in elektrische Energie umzuwandeln. Wenn das Gefährt jemals gebaut wird.


Auch German Gresser und seine Würzburger Firma Intertronic Gresser GmbH entwickelt einen stromproduzierenden Stoßdämpfer, der die Reichweite von Elektroautos deutlich erweitern soll. Er präsentiert seine Idee erstmals im Mai 2016 auf der ,E-mobility Reinvented’, einer Kongressmesse für Elektromobilität in Berlin.

Gresser läßt die Erfindung unter dem Namen ,Stromgewinnungs-Federungssystem für Hybrid-und Elektroautos’ patentieren (US-Nr. 8.874.291, angemeldet 2010, erteilt 2014). Das System basiert auf Linear-Generatoren mit Dauermagneten, wobei vier Stück pro 100 Kilometer bis zu 18,6 kWh erzeugen sollen. In einer Beispielrechnung kommt er auf eine Fahrleistung von 500 km bei einem Auto, das normalerweise nur 300 km schafft.

Im Vergleich zu dem System von Levante soll das Gresser-System eine viel höhere Energieausbeute erreichen, da die herkömmlichen Stahlfedern und Stoßdämpfer vollständig eliminiert worden sind und als Ergebnis mehr Kräfte in die Leistungsumwandlung in elektrische Energie fließen.

eROT Grafik

eROT (Grafik)

Bislang sind jedoch nur einige Computer-Animationen zu sehen, einen Prototypen gibt es noch nicht. Interessanterweise hatte Gresser bereits 2007 auch ein Patent angemeldet, bei dem es um Strom aus der Straße geht (s.d.).


Daß auch die Firma Audi mit rekuperativen Stoßdämpfern experimentiert, wird im August 2016 bekannt. Audis Lösung, bei der die herkömmlichen hydraulischen Stoßdämpfer durch elektromechanische ersetzt sind, trägt die Bezeichnung eROT. Dabei steht das ,ROT’ im Kürzel für rotatorisch, weil die Längsbewegung der Radaufhängung von einem Hebelarm aufgenommen und über ein Getriebe in eine drehende umgesetzt wird, wie sie für konventionelle E-Maschinen benötigt wird, die im Gegensatz zu Linearmotoren bei Zulieferern häufiger im Angebot sind.

Die Rekuperationsleistung beträgt im Testbetrieb auf deutschen Straßen von 3 W auf einer frisch asphaltierten Autobahn bis zu 613 W auf einer holprigen Nebenstraße. Eine Serienfertigung soll sich allerdings nur in Verbingung mit einem effizienten 48-Volt-Bordnetz lohnen, das ein zentraler Baustein der Elektrifizierungsstrategie von Audi ist.

 

Weiter mit den Straßengeneratoren...