Serie Düsseldorfer Erfinder Die Vordenker für die Industrie
Düsseldorf · Zwei spektakuläre Patente von Wissenschaftlern der FH: Energiesparen im großen Stil und Lärmdämpfung in Flugzeugen.
Die Industrie verbraucht Unmengen an Energie. Gleichzeitig aber verpuffen Unmengen überschüssiger Energie ungenutzt. Dieses weitgehend ungelöste Problem hat die Forscher der Düsseldorfer Fachhochschule beflügelt. Sie fragten sich: Was wäre, wenn man etwa die Hitze, die bei Schmiedeprozessen notwendig ist, wieder in Strom umwandeln würde? Die Ergebnisse von Dirk Ebling, Dozent für Thermoelektrik und Energierückgewinnung und Vizepräsident der FH, lässt die Industrie in ganz Deutschland aufhorchen. Denn offenbar ist es durch die Erfindung seines Energiewandlers möglich, Strom im großen Stil zu sparen.
Das Prinzip, das der Idee des Wissenschaftlers zugrunde liegt, ist aus dem Alltag bekannt: Im Auto ist es möglich, mit einer Stromquelle Zigarettenanzünder und Getränkekühler zu betreiben. Dieser physikalische Effekt wird auch für den Energiewandler genutzt - nur umgekehrt. Vereinfacht gesagt wird ein elektronisches Bauelement zwischen zwei Oberflächen - eine erhitzt, die andere abgekühlt - mit starkem Druck aufeinander gepresst. In dem Bauelement entsteht durch den Temperaturunterschied Strom, den man mit einem Kabel ableiten kann. Wer im Physikunterricht aufgepasst hat, wird sich vielleicht an den so genannten "Seebeck-Effekt" erinnern.
In einem Labor im Keller der FH hat Dirk Ebling einen Prototyp konstruiert und das Verfahren der "thermischen Abkopplung" zum Patent angemeldet. "Unser Ziel ist es, dieses physikalische Prinzip für die Industrie nutzbar zu machen." Denkbar wäre der Einsatz überall dort, wo überschüssige Energie verpufft wie bei Gieß- und Schmiedeprozessen mit Temperaturen von mehr als 1200 Grad. Die Idee der Düsseldorfer Wissenschaftler: Ihre Bauelemente könnten direkt auf die Transportbänder montiert werden, auf denen die fertig geschmiedeten Teile abkühlen. Ob sich das System tatsächlich an Industrieprozesse anpassen lässt, wird zurzeit in einer Schmiede im Sauerland unter Alltagsbedingungen getestet.
Das Projekt wird als Beispiel industrienaher Forschung vom Land gefördert. Die Ergebnisse werden auch von der Automobilindustrie mit Spannung erwartet. "Denn nur 15 bis 20 Prozent des gesamten Spritverbrauchs wird tatsächlich fürs Fahren verwendet", erläutert Ebling, "35 Prozent aber verpuffen durchs Abgasrohr." Der Wissenschaftler stellt eine einfache Rechnung auf: Bei 50 Millionen Autos in Deutschland, ließe sich mit dem Energiewandler etwa ein Prozent der Energie zurückgewinnen. Nicht viel? Ebling: "Das entspricht etwa der Kapazität eines Atomkraftwerks im Jahr."
Sein Kollege Frank Kameier, Professor für Strömungstechnik und Akustik, ist mit seiner Erfindung schon über das Erprobungsstadium hinaus. Er hat mit seinem Team ein kleines Bauteil mit großer Wirkung entwickelt und patentieren lassen, durch das Geräusche in Flugzeugen deutlich gedämpft werden. Jeder Reisende kennt das: Beim Fliegen entsteht Lärm aus ganz unterschiedlichen Quellen - vor allem durch die Triebwerke, aber es gibt auch andere Krachschläger.
Normalerweise wird Atemluft für die Kabine aus den Triebwerken ins Innere des Flugzeugs geblasen. Boeing aber hat für seinen "Dreamliner", Maschinen des Typs 787, ein völlig neues Verfahren entwickelt. Frank Kameier: "Frischluft wird durch Klappen, groß wie Briefkastenschlitze, von außen angesaugt und im Innenraum aufbereitet, denn Luft in großer Höhe hätte ja sonst zu wenig Sauerstoff." Anschließend wird die verbrauchte Luft wieder hinaus gepustet. Dabei entstehen normalerweise ziemlich heftige Geräusche. Um die zu unterdrücken, wurden die neuartigen Ventile an den Öffnungsklappen angebracht, sie mildern die Geräusche. Zu welchem Unterschied das führt, verdeutlicht Frank Kameier mit einem Vergleich: Vorher war der Geräuschpegel etwa mit dem von extrem lauter Musik gleichzusetzen, nun allenfalls mit dem eines leisen Staubsaugers.
Solche Turbulenzregler sind auch aus der Autoindustrie bekannt, an den Außenspiegeln von Cabrios unterdrücken die kleinen Keile zum Beispiel unangenehme Pfeifgeräusche. Die Akustik-Experten von der Fachhochschule arbeiten schon seit Jahren mit Boeing zusammen, die ersten Ventile wurden bereits im Jahr 2009 eingebaut, seitdem wurde das Konzept weiter verfeinert - auch für immer längere Maschinen. Kameier und sein Team konnten dabei in direktem Kontakt mit den Ingenieuren von Boeing experimentieren. Dabei geht es nicht nur darum, dass Fliegen leiser und somit für Passagiere angenehmer wird. Bei Frischluft aus den Triebwerken wurde auch immer wieder befürchtet, dass Öldämpfe ins Innere des Flugzeugs gelangen könnten. Kameier: "Boeing hat mit der neuen Technik einen Riesenschritt gemacht."
Ein Gewinn war die Erfindung auch für die Düsseldorfer Fachhochschule: Sie hat dadurch rund eine halbe Millionen Euro von der Industrie kassiert.
