Entwicklung eines drahtlosen und energieautarken Sensorsystems in industriellen Anwendungen für eine hohe Anzahl von Sensormodulen

Im industriellen Umfeld von Fertigungsanlagen bietet sich für eine Vielzahl von Messaufgaben zur Prozessüberwachung die Nutzung eines Thermoelektrischen Generators (TEG) zur Energieversorgung eines drahtlosen Sensormoduls an. Dieser Beitrag beschreibt die verschiedenen Aspekte bei der Entwicklung eines energieautarken Systems am Beispiel Kühlmittelüberwachung. Dabei soll eine kontinuierliche Druck- und Temperaturmessung an jedem Spritzgießwerkzeug eines Kühlmittelverteilsystems erfolgen. Weiterhin ist eine drahtlose Übertragung der Daten zu einer zentralen Steuerung erforderlich, wobei sich über 50 Sensormodule einen Funkkanal teilen müssen. Die Energie zum Betrieb des Sensormoduls liefert ein TEG aus der Temperaturdifferenz am Kühlmittelrohr und der "warmen" Umgebung. Zur Erreichung der stabilen Energieversorgung wurden verschiedene TEG und Aufbauweisen mit kontrolliertem Wärmefluss evaluiert und optimiert. Zusammen mit einem spezifischen Powermanagement ist eine robuste und industrietaugliche Lösung entstanden.

The industrial environment of a manufacturing plant is a suitable field of application for a variety of measuring tasks for process monitoring on the use of thermoelectric generators (TEG) for the power supply of wireless sensor modules. This paper describes the various aspects of the development of a self-sustaining system using the example of coolant monitoring and control. Subject is a continuous pressure and temperature measurement at each mold of a cooling system. Furthermore, wireless transmission of data to a central base station is required, wherein more than 50 sensor modules have to share one radio channel. The energy for operation of the sensor module is provided by a TEG using the temperature difference between the coolant tube and the "warm" environment. To attain a stable energy supply, various TEG and construction practices with controlled heat flow have been evaluated and optimized. In combination with a specific power management a robust, industry-compliant solution has been realized.