KMU-innovativ Verbundprojekt EaST - Entwicklung einer neuartigen Einbaugarnitur mit autark agierender körperschallbasierter Temperatur/Druck-Sensoreinheit zur Überwachung der Trinkwasserqualität

Abstract

Im Verbundprojekt EaST wurde eine konventionelle Einbaugarnitur für Trinkwasser-Hausanschlüsse zu einem intelligenten System zur kontaktlosen Erfassung und Übertragung von Zustandsdaten weiterentwickelt. Die Lösung kombiniert eine integrierte Temperatur- und Drucksensorik mit energieautarker Versorgung, akustischer Signalübertragung über Körperschall sowie einer intelligenten Auswerte- und Kommunikationseinheit. Die Datenerfassung erfolgt ohne Eingriff in die Trinkwasserleitung und ermöglicht somit eine sichere und wartungsarme Nachrüstung bestehender Infrastrukturen. Die Arbeiten der BTU Cottbus-Senftenberg konzentrierten sich auf die Entwicklung und Optimierung polymerbasierter Führungssysteme für die Einbaugarnitur. Hierzu wurden simulationsgestützte Struktur- und Schwingungsanalysen, werkstofftechnische Untersuchungen an carbonfaserverstärkten Polyamiden sowie Spritzgießprozessentwicklungen durchgeführt. Durch die gezielte Anpassung von Geometrie, Material und Struktursteifigkeit konnten die mechanische Leistungsfähigkeit und die Eigenschaften der Signalübertragung verbessert werden. Ergänzend wurden Fertigungsstrategien für eine wirtschaftliche Serienproduktion abgeleitet. Die Ergebnisse zeigen, dass faserverstärkte thermoplastische Leichtbaustrukturen eine geeignete Grundlage für intelligente Armaturensysteme darstellen. Der entwickelte Demonstrator bestätigt die technische Machbarkeit der Integration von Sensorik, Datenübertragung und Energieversorgung in bestehende Einbaugarnituren. Das Vorhaben schafft damit die Grundlage für eine zustandsorientierte Überwachung von Trinkwassernetzen, unterstützt die frühzeitige Erkennung von Betriebsstörungen und bietet ein hohes Potenzial für die Übertragung auf weitere Anwendungen der kritischen Infrastruktur. Within the joint research project EaST, a conventional installation fitting for drinking water service connections was transformed into an intelligent system for the contactless acquisition and transmission of condition-monitoring data. The developed solution combines integrated temperature and pressure sensing, autonomous energy supply, structure-borne acoustic signal transmission, and intelligent data processing and communication technologies. Data acquisition is performed without interfering with the drinking water network, enabling safe and low-maintenance retrofitting of existing infrastructure. The contribution of Brandenburg University of Technology Cottbus–Senftenberg focused on the development and optimization of polymer-based guide systems for the installation fitting. Simulation-driven structural and vibration analyses, material investigations on carbon-fibre-reinforced polyamides, and injection moulding process development were carried out. By optimizing geometry, material selection, and structural stiffness, both the mechanical performance and signal transmission characteristics of the system were improved. In addition, manufacturing strategies for cost-efficient large-scale production were derived. The results demonstrate that fibre-reinforced thermoplastic lightweight structures provide a suitable basis for intelligent valve and fitting systems. The developed demonstrator confirms the technical feasibility of integrating sensing, data transmission, and energy supply into existing installation fittings. The project therefore establishes a foundation for condition-based monitoring of drinking water networks, supports the early detection of operational failures, and offers significant transfer potential for further critical infrastructure applications.