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Smart Valve

Autor: Roman Klein, Manager Public Relations, und Stefan Schwamberger, Entwicklungsingenieur, PM DM Precision Motors Deutsche Minebea GmbH
Ausgabe 01-2016: alle Artikel online lesen als PDF lesen

Die PM DM GmbH stellt das Heizkörperventil Smart Valve® vor, das ohne Batterien auskommt und den benötigten Strom mittels eines thermoelektrischen Generators (TEG) selbst produziert. Schon in der Entwicklungsphase gewann der Smart Valve® den Energy Harvester Award in Berlin.

Heizkörperventil (PM DM Design)

Der TEG besteht aus in Serie kontaktierten Thermoelementen und zwei verschiedenen elektrischen Leitern. Das neu entwickelte Ventil nutzt die Wärmedifferenz zwischen Heizkörper und Raum, um elektrische Energie zu erzeugen (Energy Harvesting).

Bei Vorlauftemperaturen über 40 °C und Raumtemperaturen um die 20 °C beträgt der Temperaturunterschied mindestens 15 °C. Der chipartige TEG baut damit eine Spannung von etwa 1 V auf. Kompressible Wärmeleitfolien vermeiden Lufteinschlüsse und verringern dadurch den Wärmewiderstand. Der Kühlkörper hat den größten Einfluss auf die generierte TEG-Spannung, darum wurde mit hohem Simulationsaufwand ein ausgeklügeltes thermisches Design entwickelt. Das Getriebe benötigt fünf- bis zehnmal weniger Energie als herkömmliche Bauarten, um eine Ventilverstellung zu fahren.

Höchste Effizienz

Der erreichte Energienutzungsgrad liegt heute bei weit über 80%. Als Energiespeicher dient ein Doppelschichtkondensator, der kaum noch Verluste durch Eigenleckagen aufweist. Außerdem kommt er mit den kleinen Ladeströmen sehr gut zurecht. Als Motortreiber kommen integrierte Endstufen zum Einsatz, da sie Leckströme von unter 100 nA besitzen. Ein Ultra-Low-Power-Mikrocontroller ist die Intelligenz des Systems und kontrolliert Antrieb, Positionierung, Kommunikation sowie das Powermanagement. Er verbraucht im Schlafmodus weniger als 3 µW, wird über einen Timer zyklisch aufgeweckt und kann alle nötigen Betriebsparameter messen.

Schlaf- und Wachphasen

Auch der kapazitive Positionssensor braucht nur noch einen Bruchteil der Energie früherer Systeme. Alle nicht benötigten Komponenten werden konsequent von der Energieversorgung getrennt, beispielsweise in der Sommerzeit, in der der TEG keine Energie liefert. Sobald die Heizperiode im Herbst beginnt, wacht das System automatisch wieder auf. Das Ventil ist für alle gängigen energiesparsamen Protokolle offen, z.B. Bluetooth Low Energy, Zigbee oder EnOcean.