Simulationsgestützte Konfiguration von piezoelektrischen Energy-Harvesting-Generatoren für die Versorgung von energieautarken Sensoren im Schienengüterverkehr und anderen Anwendungen

Energy Harvesting ermöglicht die Versorgung messtechnischer Systeme durch Wandlung der vor Ort vorhandenen, zumeist erneuerbaren Umgebungsenergie. Obwohl eine Vielzahl interessanter potentieller Anwendungen wie zum Beispiel autonome drahtlose Sensoren für den Schienengüterverkehr erforscht wurden, haben bisher nur wenige Energy-Harvesting-Systeme Marktreife erlangt. Ein Grund hierfür ist, dass die Energiebilanz eines durch Energy-Harvesting statt mit Batterien versorgten Systems in vielen Fällen nur schwierig vorhersagbar ist, was aber die Voraussetzung für die Beurteilung der Anwendbarkeit der Technologie in der Praxis darstellt. Bei der Auslegung zuverlässiger Energy-Harvesting-Systeme sollten daher die Charakteristika der Energiequelle und des Verbrauchers Berücksichtigung finden. Zur Steigerung der Marktrelevanz und Verwertbarkeit von Energy-Harvesting-Sensoren sind hierfür praxistaugliche Ansätze notwendig, die es ermöglichen, die Systeme einfach und anwendungsspezifisch zu konfigurieren. Diese Veröffentlichung stellt eine simulationsgestützte Methode vor, mit der sich vibrationsbasierte Energy-Harvesting-Sensoren auf verschiedene Befestigungspunkte mit stark schwankenden Vibrationseigenschaften konfigurieren lassen. Ziel ist die einfache Auswahl eines geeigneten Energiewandlers unter Berücksichtigung der realen Vibration, sodass eine festgelegte messtechnische Aufgabe energieautark und zuverlässig im späteren Betrieb abläuft. Die Umsetzung erfolgt mit einem leicht handhabbaren Werkzeug, um so den Einsatz von Energy-Harvesting-Sensoren in der industriellen Anwendung zu erleichtern.