Fraunhofer-Gesellschaft

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Von der Energie zum Funk: Energieautarke Sensor-Aktor-Systeme am Beispiel eines Druckwächters

 
: Tonner, F.; Ramirez, J.I.

Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Institut für Mechatronische Systeme, Zürich:
Intelligente mechatronische Systeme : Internationales Forum Mechatronik, 12.-13. September 2007, Winterthur
Winterthur, 2007
ISBN: 978-3-033-01192-2
S.461-479
Internationales Forum Mechatronik <2007, Winterthur>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer TEG ()
Aktor-Sensor-Einheit; Drucksensor; Aktor; Druckaufnehmer; Sensor

Abstract
Per Funk kommunizierende Sensornetzwerke machen die industrielle Umgebung zunehmend intelligenter und flexibler. Zusammen mit lokal am Sensor gewonnener Energie können Sensorsysteme vollständig autark, ohne weitere Verkabelung und damit auch an schwierig zugänglichen Stellen installiert werden. Insbesondere die Überwachung von Zuständen und die Fehlerdiagnose werden durch den Einsatz eines ganzen Netzwerks von autarken Sensoren extrem vereinfacht. Ein aufwändiger Service der Sensoren für einen etwaigen Austausch von Batterien entfällt.
Im Rahmen des vom BMWi geförderten Projekts "Energieautarke Aktor- und Sensorsysteme für die intelligente drahtlose Vernetzung von Produktionsanlagen" entwickelt die Fraunhofer TEG zusammen mit den Projektpartnern Festo und EnOcean entsprechende Komponenten. Am Beispiel eines energieautarken Druckwächters für ein pneumatisches System soll der Weg von der Energieerzeugung bis zur Konzeption der Funkübertragungsstrecke aufgezeigt werden. Als Energiequellen bieten sich in der industriellen Umgebung Solarzellen, Temperaturunterschiede aber auch die mechanische Energie eines Luftstroms an. Piezobasierte Schwingungswandler wurden entwickelt, die aus dem Luftstrom die nötige Energie gewinnen, um zusammen mit einem Energiemanagement-System die Energieversorgung der Drucksensorik und des Funkmoduls zu gewährleisten. Die noch nicht optimierten Wandlersysteme nach dem Prinzip der durchschlagenden Zunge einer Mundharmonika weisen Ausgangsleistungsdaten von 100µ bis 1,8mW auf. In Bezug auf den pneumatischen Energiebedarf besteht noch Verbesserungspotenzial; die Nutzung funktionsbedingter Abluft erbringt jedoch einen Mehrwert ohne energetische Zusatzkosten. Vorzüge der experimentell untersuchten Lösung sind Einfachheit, geringer Platzbedarf, einfache Integration in einen Vakuumsauggreifer, Robustheit durch Fehlen von Festkörperreibung und geringe Kosten.
Andere hier diskutierte Ansätze zur Energiekonversion an pneumatischen Systemen sind: Magnetohydrodynamische Wandlung, Wirbelstraßenenergienutzung und fluidische Oszillatoren zur Schwingungserzeugung.
Eine zukünftige Standardisierung und Modularisierung von Energiewandlern und Energiemanagementsystemen in Hinsicht auf verschiedene Anwendungs- und Energiebereiche bietet enorme Chancen für eine effiziente Entwicklung von autarken Sensornetzwerken.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-89730.html