Wasserqualitätsüberwachung Dynamische Antriebstechnik für mobile Wasserlabore

Wasser ist für unser Überleben essenziell. Doch Klimawandel und Bodennutzung haben Auswirkungen auf die aquatische Umwelt, und es ist wichtig, diese Veränderungen zu messen und zu überwachen. Das «Water Institute» der Dublin City University (DCU) entwickelt neue Technologien, um die Zukunft unserer Wasserqualität vorauszusagen.

Das irische Marine Institute finanziert diverse Projekte, um verschiedenste Standorte und deren Trinkwasserqualität zu messen und überwachen. Dazu hat ein Team unter der Leitung von Professorin Fiona Regan, bestehend aus Joyce O’Grady, Doktorandin an der Dublin City University (DCU), und Dr. Nigel Kent, Direktor des Centre of Research and Enterprise in Engineering am Institute of Technology Carlow, ein Messgerät zur Ermittlung niedriger Phosphatwerte durch Echtzeitüberwachung entwickelt. Phosphate sind ein Mass für Nährstoffbelastung und beeinflussen die Geschwindigkeit, mit der Algen und Wasserpflanzen wachsen – ein idealer Gradmesser für die Wasserqualität. Zum Vermischen und Messen der Wasser­probe und der Reagenzflüssigkeit haben O’Grady und Kent eine Microfluid-Zentrifugalscheibe gebaut – eine Art mobiles Labor. Damit können sechs Tests gleichzeitig durchgeführt werden. Ein solches mobiles Labor reduziert die Gefahr von Verunreinigungen, führt zu schnelleren Ergebnissen und liefert Daten in Echtzeit.

Mit Unterstützung von Maxon

Für das mobile Labor setzte das Team auf einen angepassten Maxon-DC-Motor DCX 22 mm, der in Kombination mit dem robusten 3-Kanal-Encoder ENX 10 Easy eingesetzt wird. Die Motorwelle wurde modifiziert, da zur Montage der Zentrifugalscheibe eine längere Welle mit flacher Kante erforderlich war. Der Antrieb musste eine Drehzahl von mehr als 5000 bis 6000 U/min erreichen, um die Flüssigkeiten mindestens 60 Sekunden lang zur Aussenkante der Scheibe zu drücken. Zudem muss er die Scheibe während der Messphase über jeweils 60° mit einer Präzision von 1° inkrementieren können. DC-Motor und Encoder bilden einen Teil eines umfassenderen integrierten Firmware­systems. Das System musste zur Reduzierung einer Kontamination für einen minimalen Probenkontakt vollständig integriert werden. Maxon konnte Kent und O’Grady aber nicht nur beim mobilen Labor weiterhelfen. Das Unternehmen hat das Team ausserdem mit dem Young Engineers Program (YEP) in Verbindung gebracht. Dieses Programm, das für Studenten und Start-up-Unternehmen ins Leben gerufen wurde, unterstützt innovative Projekte mit elektrischen Antriebssystemen. Es bietet technische Unterstützung und Maxon-Produkte zu günstigeren Preisen. Dr. Kent hatte die Produkte der Antriebsspezialisten bisher ausschliesslich für Endanwendungen in Betracht gezogen, jedoch nicht für Prototypen. Er sagt: «Ich bin davon ausgegangen, dass der Preis ein Hindernis darstellen würde, aber durch das YEP-Programm fiel uns die Wahl ganz leicht. Die vielseitigen Anpassungsmöglichkeiten insbesondere bei solch geringen Stückzahlen waren wirklich beeindruckend, und die Ratschläge von Maxon waren für das Projekt von unschätzbarem Wert.»

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Viele Einsatzbereiche

Das Messgerät ist nun vollständig validiert, und die Studien werden in anderen Bereichen mit dem Komplettsystem fortgeführt. Kent ergänzt: «Industrie 4.0, oder IoT, wird den Weg in die verschiedensten Branchen finden. Die Art von System, welches zum Beispiel Joyce O’Grady gegenwärtig entwickelt, spielt dann in Bereichen wie Agri 4.0 eine bedeutende Rolle: autonome Messsonden, die vor Ort Informationen zum Zustand von Flüssen oder Seen in Echtzeit übermitteln. Der Vernetzungsgrad der Technologie kann beispielsweise helfen, den Wasserabfluss zu verringern – durch intelligenten Sprühmitteleinsatz mit Drohnen – und so die Verschmutzung des Wassers zu verhindern und unsere Trinkwasserressourcen zu schützen. Dies wird für die nächsten 10 bis 15 Jahre der Fokus der Branche sein.» 

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