TEIL C

MUSKELKRAFT

Weitere Innovationen (II)

Wesentlich weniger Kraft steckt im Druck eines Fingers auf einen Schalter. Trotzdem läßt sich auch dieser sinnvoll nutzen. Seit 2002 stellt die Firma EnOcean GmbH aus Oberhaching bei München Funkschalter für Lampen her, mit der das Kabel, das den Schalter normalerweise mit der Lampe verbindet, überflüssig wird.

Statt dessen bewegt sich eine kleine Spule durch ein Magnetfeld, sobald jemand den Schalter drückt. Die dadurch erzeugte Energie reicht aus, um per Funk eine kurze Botschaft an den Empfänger in der Lampenfassung zu schicken – worauf die Glühbirne erstrahlt, oder eben ausgeht.

Die Technik lohnt sich vor allem in großen Bürokomplexen wie beispielsweise einem 55-stöckigen Hochhaus in Madrid, das die Firma Anfang 2008 mit 4.200 Schaltern ausstattet, wobei viele Kilometer Kupferkabel eingespart werden können.

Interessant ist auch eine Umsetzung, die im Juli 2012 bekannt wird, als die Presse meldet, daß die neuen Londoner Doppeldecker-Busse mit Hybridantrieb ebenfalls die Energy Harvesting-Funktechnologie von EnOcean verwenden. Das Drücken der Stopptaste des batterie- und drahtlosen Stopptasten-Systems der britischen Firma BMAC Ltd. erzeugt der integrierte miniaturisierte mechanische Energiewandler ECO 200 ausreichend elektrischen Strom, um ein Funksignal zur Aktivierung der Halteanzeige und des akustischen Haltesignals zu senden.

Die batterielose Lösung spart bis zu 100 m Kabel pro Bus ein, und auch der oft aufwendige Austausch defekter Kabel entfällt. 6010

Über die Nutzung von Druck mittels piezoelektrischer Systeme habe ich weiter oben schon ausführlich berichtet (s.d.).

Verblüffend einfach und einsichtig ist ein Konzept von Pent Talvet aus Estland, mit dem er sich 2003 an dem Pop Sci and Core77 Wettbewerb beteiligt.

Sein Vorschlag betrifft einen Mensch-bewegten Fahrstuhl, der sich allerdings nur zwischen jeweils zwei Etagen einsetzen läßt und ein wenig an die geniale, inzwischen leider selten gewordene Paternoster-Technologie erinnert.

Talvets Fahrstuhl besteht aus zwei runden Kabinen, die sich um eine gemeinsame Achse drehen. Man betritt eine der Kabinen und läuft (wie ein Hamster in seinem Rad) los, wodurch sich die Kabine langsam auf die andere Etage hebt bzw. senkt. Leider ist danach nie wieder etwas über den interessanten Ansatz zu hören.

Etwas skurril mutet dagegen die Beteiligung von Yifei Zha aus China an dem gleichen Wettbewerb an, denn Yifei will aus dem (männlichen) Ablaß-Strahl am Pissoir Energie gewinnen – wobei die Urinierenden gleichzeitig dazu motiviert werden sollen, genau auf die Miniturbine zu zielen, deren Energie – als Belohnung für das hygienische Verhalten – eine kleine Melodie abspielt.

Es ist zu befürchten, daß sich solch ein Konzept schneller durchsetzt als die anderen hier erwähnten – denn „noch verrückter geht immer!“

Sechs Jahre später, im August 2009, präsentiert der mexikanische Designer Miguel Melgarejo die passende Ergänzung dazu: Er erfindet eine Halterung namens Pillet, die aus der Drehbewegung beim Abrollen des Toilettenpapiers Energie erzeugt und damit eine eingebaute Lampe speist.

Besonders clever ist, daß man den Halter auch auseinander- und abnehmen kann, um ihn als Notlicht zu nutzen.

Von praktischen Umsetzungen ist in beiden Fällen bislang noch nichts zu sehen.

Wesentlich kräftiger (als auf die Blase) muß man drücken, wenn man durch eine Drehtür hindurch geht. Häufig werden diese inzwischen von Motoren angetrieben – womit es nahe lag, diese Technik umzudrehen und statt dem Motor einen Generator zu integrieren.

Das entsprechende Konzept erscheint Anfang 2008 in den Blogs und stammt von Jennifer Broutin Farah und Carmen Trudell aus dem Fluxxlab Studio in New York. Die beiden hatten die Entwicklung bereits während ihres Studiums an der Columbia University begonnen und im Jahr 2006 eine einfachere Vorrichtung für normale, nicht drehende Türen namens Door Dynamo vorgestellt.

Diese verbindet den Dynamo einer Handkurbel-Taschenlampe mit einem automatischen Türschließer, um die kinetische Energie beim Öffnen und Schließen der Tür in Strom umzuwandeln. Das Gerät wird im Rahmen einer Studie an einer Tür der Lerner Hall-Cafeteria der Columbia University installiert – wo die Menge an Energie, die durch die Tür geerntet wird, mit der Menge an Kalorien verglichen wird, die durch ihre Benutzer verbraucht werden.

Die Tür funktioniert zwar, aber die Energieleistung ist zu klein, weshalb die beiden Erfinderinnen nach alternativen Umsetzungsmöglichkeiten suchen. Für die Fortführung der Entwicklung werden sie im Herbst 2006 vom Eyebeam Art and Technology Center in New York City finanziell in Höhe von 5.000 $ gefördert. Darüber hinaus bekommen sie einen großen Raum mit Zugang zu einer kompletten Werkstatt samt Laser-Cutter und 3D-Drucker.

Im Januar 2007 wird das Konzept erstmals auf einer interaktiven Architekturkonferenz in New York präsentiert, es gibt ein gemeinsames Stipendium mit Natalie Jeremijenko sowie Unterstützung durch die Organisationen Guestroom 2010, welche das Design und die Herstellung einer Tür sponsert, die auf dem HITEC-Kongreß in Austin, Texas, gezeigt wird.

Für diese Ausstellung wird der Prototyp Powerslide entwickelt, der die gleitende Bewegung von Bauteilen wie Türen, Fenstern und Schubladen in eine Energiequelle verwandelt.

Die Strommengen, die durch den Door Dynamo und den Powerslide generiert werden, sind relativ gering. Beide Produkte sind laut FLUXXlab aber eher dafür entwickelt worden, Menschen zu erziehen, als um ihre Gebäude mit Energie zu versorgen. Weshalb die beiden Initiatorinnen den Schritt zur eingangs erwähnten Drehtür tätigen.

Die besonders leichten Türblätter der zum Patent angemeldeten Revolution Door sind über ihre Zentralachse mit einer kreisförmigen Drahtspulen-Platte, sich drehenden Magneten und einem Zahnrad/Schwungrad-System verbunden. Im März 2008 ist zu erfahren, daß die New York University Fluxxlab einen Zuschuß gewährt hat, um auf dem Campus einen funktionierenden Prototypen der Revolution Door zu installieren.

Gemeinsam mit ihren Projektpartnern warten die beiden Initiatorinnen nun gespannt darauf, wann Architekten und Bauunternehmer die neue Art der Energiegewinnung mittels der Revolution Door umsetzen werden.

Und tatsächlich dauert es nicht lange, bis der holländische Türenhersteller Royal Boon Edam Ende 2008 eine – allerdings selbst entwickelte – mit Energie-Generator ausgestattete Drehtür in dem Naturcafé La Port installiert. Die Tür ist Teil der von dem Architekturbüro RAU entworfenen Renovierung des Bahnhofs Driebergen-Zeist, einem Durchgangsbahnhof der niederländischen Bahngesellschaft NS auf dem Gebiet der Gemeinde Utrechtse Heuvelrug.

Die Drehtür ist mit einer Reihe von Super-Kondensatoren ausgestattet, welche die erzeugte Energie als Puffer speichern und dadurch den LED-Leuchten an der Decke eine andauernde Stromversorgung bieten. Es wird erwartet, daß die Energie-Drehtür rund 4.600 kWh Strom im Jahr erzeugt.

Die Entwickler entschieden sich dabei für eine transparente Decke, um zu zeigen wie das System funktioniert. Aufleuchtende grüne LEDs auf einem Display belegen, wie viel Energie jedes Mal erzeugt wird, wenn jemand durch die Tür geht.

Im Dezember 2008 präsentiert der Industriedesigner Mac Funamizu aus Japan zwei Sportgeräte, mit denen bei Gebrauch gleichzeitig Strom erzeugt werden kann.

Das eine ist der Golf Club Charger (o. Swing-N’Charge), ein Trainingsgerät für Amateur-Golfer, das nicht nur einige Verletzungen verhindern würde, sondern auch das iPhone oder andere Mobiltelefone aufladen könnte, indem die kinetische Energie des Schwungs nutzbar gemacht wird. Das Gerät hat nur den Handgriff und keinen Kopf, was dem Benutzer hindert, tatsächlich einen Golfball damit zu schlagen. Er soll ja auch nur das Schwingen eines Schlägers imitieren.

Wird der Griff eine bestimmte Anzahl von Malen geschwungen, soll genug Energie aufgenommen werden, um anschließend Mobiltelefone und andere tragbare Kleinelektronik für ein paar Stunden mit Strom zu versorgen. Das zweite Gerät ist ein Hand-Trainer (Grip), der die Energie beim Zusammendrücken erntet.

Für Zuhause gedacht ist der muskelbetriebene Electrolis-Bodenreiniger der studentischen Designerin Amy Neo von der Swinburne University of Technology in Melbourne. Die Entwicklerin scheint sich an die Unterrichtsstunden über statische Elektrizität erinnert zu haben, denn ihre Reinigungsmaschine für Teppiche und harte Böden ist ein Produkt ohne Stromverbrauch.

Ich freue mich ganz besonders über diese im Dezember 2008 veröffentlichte Innovation, weil das naturwissenschaftliche Phänomen der statischen Elektrizität noch viel zu wenig untersucht und umgesetzt wird. Diese Elektrizitätsform wird durch den Kontakt zweier Materialien erzeugt, die in der triboelektrischen Reihe der Elektronenaffinität an weit voneinander entfernten Punkten stehen. Je weiter ein Material am positiven Ende der Reihe steht, desto mehr Elektronen gibt es bei Berührung oder Reibung an ein anderes Material ab, welches weiter am negativen Ende der Reihe steht.

Gut sichtbar wird der Effekt, wenn man mit einem weichen Wolltuch beispielsweise ein Plastiklineal reibt, worauf dieses wie ein Magnet (nichtmagnetische) Materialien wie Papierschnipsel und ähnliches anzieht – und zwar mit beachtlicher Kraft.

Durch die Nutzung der kinetischen Energie des Benutzers startet im Electrolis ein sogenannter Van de Graaff-Bandgenerator, der eine Metallplatte an der Unterseite des Produkts statisch auflädt, sodaß diese die Haare und Partikel vom Boden anzieht. Leider ist bislang aber nichts von einer Umsetzung zu sehen.

Im Januar 2019 wird in den Blogs ein Staubsauger-Konzept der in Deutschland lebenden Designerin Hiroyuki Morita vorgestellt, das durch einfaches Drehen eines Knopfes funktioniert und keinen Strom benötigt. Der OMIT ist zwar nicht so leistungsstark wie ein herkömmlicher Staubsauger, arbeitet dafür aber geräuschlos und ist handlich. Die Designerin kam auf diese Idee, als sie herausfand, daß vor den elektrischen Staubsaugern im 19. Jahrhundert manuelle Staubsauger verwendet wurden.

Der kompakte OMIT funktioniert durch mehrmaliges Drehen des Knopfes, wobei die Kraft durch einen speziellen Mechanismus auf das Sauggebläse übertragen wird, indem die Anzahl der Umdrehungen erhöht wird. Er verwendet das Prinzip des Freilaufs in seinem Mechanismus, eine Drehfeder und ein Planetengetriebe – und benötigt fünf Umdrehungen des Drehknopfes, um zehn Sekunden lang zu arbeiten. Der gesammelte Staub wird in einem auswaschbaren Behälter gesammelt, der leicht zu reinigen ist.

Der Prototyp gewinnt beim Pure Talents Contest 2020 den 2. Preis und wird auf der Möbelmesse imm cologne präsentiert, doch leider ist bislang nichts von einer Weiterentwicklung zum Produkt zu sehen.

Vielleicht schon bald kann man die neuartigen kinetischen Stehlampen kaufen, die – ähnlich wie früher Standuhren – durch das Aufziehen schwerer Gewichte betrieben werden. Hier setzen diese Gewichte jedoch kein Uhrwerk, sondern einen kleinen Generator in Gang, der den Strom für die LEDs produziert.

Beim SaloneSatellite (Salone del Mobile di Milano) 2008 gewinnen Anna Blattert und Daniel Gafner von Postfossil, einer Gruppe junger Schweizer Designer, die sich 2007 zusammengetan haben, einen Design-Preis für ihre First Light reading lamp, die weder auf das Stromnetz noch auf wiederaufladbare Batterien oder Solarzellen angewiesen ist.

Die Stehlampe benutzt dagegen eine Reihe von Getrieben, Zahnrädern und Gewichten, um die LEDs zu versorgen. Jedenfalls solange man die Lampe mittels der eigenen Muskelkraft hin und wieder brav aufzieht.

Die ebenfalls kinetisch betriebene Stehlampe Gravia des Virginia-Tech-Studenten Clay Moulton aus Springfield, Virginia, hatte bereits 2007 bei dem Urban Re:vision’s Re:volt online Designwettbewerb eine Anerkennung erhalten – und gehört nun im Jahr 2008 zu den Gewinnern der Greener Gadgets Design Competition, wo sie den zweiten Platz erringt.

Diese 120 cm hohe Acryl-Lampe besitzt 10 LEDs, die rund vier Stunden lang ein diffuses Licht von 600 – 800 lumen abgeben, was in etwa dem einer früheren 40 W Glühbirne entspricht.

Das Design ist Teil der Abschlußarbeit Moultons am Virginia Polytechnic Institute. Ein Patent ist ebenfalls schon angemeldet. Die Lebenszeit des Mechanismus wird im Übrigen auf 200 Jahre geschätzt.

Eine weiter Leuchte, die auf Gewichten basiert, stammt von dem Entwickler und Diplomphysiker Werner Rau aus Keltern, der im Jahr 2011 einen Prototyp vorstellt, bei dem das Produkt aus Gewicht (20 kg) mal Hubhöhe (1 m) ausreicht, um eine Kerosinlampe für eine Stunde zu ersetzen. Der Mikrohubspeicher besteht aus einer kleinen Seilwinde mit Freilauf, einem Getriebegenerator und einer darauf abgestimmten LED-Leuchte. Diese und weitere seiner Entwicklungen sind ausführlich im Kapitelteil der Lageenergiespeicher beschrieben (s.d.).

Im Dezember 2012 folgt eine Einfachversion namens GravityLight (o. GL01), die ebenfalls die Anziehungskraft der Erde nutzt, um Strom zu produzieren und eine Lichtquelle anzutreiben. Die Laternen für die 3. Welt werden aufgehangen und ein 9 kg (andere Quellen: 12 kg) schweres Gewicht an die LED-Lampe gehängt. Das Gewicht – ein mit Sand oder Steinen gefüllter Sack – muß manuell nach oben gezogen werden, was drei Sekunden dauert, um sich im Anschluß langsam nach unten zu senken und dabei mittels eines Riemens und eines Getriebes einen kleinen 0,1 W Generator anzutreiben.

Die LED-Lampe funktioniert dann 20 Minuten lang, bevor das Seil erneut gezogen werden muß. Die Helligkeit kann an die jeweilige Aufgabe angepaßt werden, um die Leuchtdauer zu erhöhen. Das Gerät ist zudem so konzipiert, daß es über Anschlüsse an der Vorderseite auch andere Geräte, wie z.B. ein Radio, mit Strom versorgen oder Batterien aufladen kann.

Das Projekt Gravity Lights begann 2009, als die Wohltätigkeitsorganisation SolarAiddie englische Design- und Innovationsfirma Therefore Ltd. damit beauftragt, eine extrem kostengünstige Solarleuchte zu entwickeln. Die Designer Martin Riddiford und Jim Reeves stellen jedoch fest, daß zu diesem Zeitpunkt Batterien und PV-Module zu teuer sind, um daraus eine ausreichend preiswerte Solarlaterne zu konstruieren, und suchen nach einer anderen Möglichkeit der Stromerzeugung.

Nach mehr als zwei Jahren des Experimentierens haben die beiden einen funktionierenden Prototyp, der sich das Energiepotential der Schwerkraft zunutze macht. Dabei hofft das Team, die Kosten für das GravityLight auf weniger als 5 $ senken zu können.

Die Ende 2012 laufende Crowdfunding-Kampagne auf Indiegogo ist sehr erfolgreich: Das Finanzierungsziel von 55.000 $ – die für die Entwicklung, Herstellung und Verteilung von mindestens 1.000 gravitationsbetriebenen Lampen in Afrika und Indien verwendet werden sollen – wird um ein Vielfaches überboten, als 6.219 Unterstützer einen Gesamtbetrag von 399.590 $ aufbringen, um das Projekt zu realisieren. Dabei sponsert man mit 60 $ ein GravityLight für einen Menschen in Afrika oder Indien und erhält auch selbst ein Exemplar der Schwerkraftlampe.

Nach Feldtests mit GravityLight in 26 verschiedenen Ländern wird das Design vor der größeren Markteinführung noch verbessert. Außerdem wird innerhalb der Therefore eine Forschungsinitiative namens deciwatt.org gegründet, die sich auf stromsparende Geräte konzentriert.

Im Jahr 2014 wird zudem die gemeinnützige GravityLight Foundation mit Sitz in London gegründet, um als Wohltätigkeitsorganisation die Armut zu lindern, die durch den fehlenden Zugang zu Elektrizität und die Abhängigkeit von Kerosin verursacht wird.

Eine zweite Kampagne im Juli 2015, bei der es um eine weiterentwickelte Version GL02 geht, die einfacher zu bedienen, robuster und heller ist, erweist sich ebenfalls als sehr erfolgreich: Obwohl das Finanzierungsziel diesmal auf 199.000 $ hochgesetzt wird, kommt durch 3.452 Unterstützer ein Gesamtbetrag von 401.077 $ zusammen, mit dem in Kenia eine Fertigung aufgebaut und ein Vertriebspilotprojekt finanziert wird.

Obwohl die GL02-Leuchten während des Pilotprojekts in Kenia gut funktionieren, geben die Nutzer an, daß sie sich helleres Licht über längere Zeiträume und die Möglichkeit zum Aufladen von Mobiltelefonen wünschen. Da hierzu ein neuer Ansatz erforderlich ist, der mehr Energie liefert, wird 2019 die Produktion von GravityLight eingestellt und das neue Produkt NowLight entwickelt.

Dieses erzeugt Strom und Licht, indem es die menschliche Muskelkraft effizient über ein Seilzugsystem nutzt: Wenn man nur eine Minute lang an einem Kabel zieht, kann man über zwei Stunden lang Licht genießen. Zudem kann das NowLight über USB-Anschlüsse zum Aufladen von kleinen elektronischen Geräten verwendet werden. Das 650 g schwere Gerät mit den Maßen 98 x 119 x 115 mm wird für 119 € angeboten, in Kombination mit zwei ‚Satelliten-Lichtern‘ für 150 €.

Mehr über solche seilzugbetriebene Systeme findet sich in dem entsprechenden Kapitelteil (s.d.).

Im Mai 2013 folgen zwei Lampenkonzepte der New Yorker Designerin Danielle Trofe, die sie beim diesjährigen WantedDesign Wettbewerb einreicht.

Eines der Designkonzepte stellt eine 1,2 m hohe Tisch/Stehlampe dar, die sich um ein mittiges Scharnier drehen läßt, das andere einen umklappbaren Stuhl. Beide sind Sanduhren, welche die kinetische Energie des fallenden Sandes nutzen, um energieffiziente LEDs zum Leuchten zu bringen.

Und wie schon bei der altbekannten Eieruhr: Ist der Sand einmal durchgelaufen, müssen die Hourglass Lamps mittels Muskelkraft wieder umgedreht werden - was als Nebeneffekt das Bewußtsein der Nutzer gegenüber der Endlichkeit der Energiequellen schärfen soll, wie die Designerin meint, die später mit der organischen, nachhaltigen und biologisch abbaubaren Leuchtenkollektion MushLume bekannt wird, die sie selbst aus Pilzmyzel anbaut und verkauft.

 

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