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Batterieloser Funk für Industrie und Produktion

Batterielose Funklösungen auf Basis von Energy Harvesting lassen sich unter anderem bei der Steuerung und Überwachung großer Industrieanlagen genauso einsetzen wie in der Serienfertigung. Der große Vorteil der Technologie besteht in der Reduktion von Wartungs- und Verkabelungsaufwand.

Bild: SEMD

Mithilfe von Energy Harvesting lassen sich ungenutzte Energiequellen in der Umgebung erschließen, um zum Beispiel Funksensoren oder -schalter batterielos mit Strom zu versorgen. Wie der Begriff ‚Harvesting‘ schon sagt, ‚ernten‘ dabei so genannte Energiewandler kleine Mengen Energie und wandeln diese in nutzbaren Strom um. Die dazu benötigte Energie findet sich quasi überall – in der Bewegung von Türen und Fenstern, der Vibration von Motoren, dem Betätigen von Schaltern, in Licht, Druck oder auch Wärme.

Auch Industrie und Produktion machen sich dieses Prinzip deshalb immer häufiger zunutze. Insbesondere bei der Steuerung und Überwachung großer Industrieanlagen kommen zunehmend batterielose Funklösungen zum Einsatz, die einen effizienten und reibungslosen Betrieb unterstützen. Im Gegensatz zu verdrahteten oder batteriebetriebenen Geräten lassen sich Anlagen, Gebäude und Systeme mithilfe von Energy Harvesting-Funklösungen einfacher und flexibler vernetzen: Sie arbeiten ohne Kabel oder Batterien und sind in dieser Hinsicht wartungsfrei.

Die Einsatzmöglichkeiten reichen dabei von Fenster- oder Türsensoren, über Industrieschalter und Funk-Positionsschalter bis hin zu Funktransmittern für Zugangsdaten. Für den Einsatz in Industrie und Produktion eignen sich vor allem Lösungen mit einem mechanischen Energiewandler, der aus einem Tastendruck genug Energie erzeugt, um ein Funksignal zu senden.

Energiewandler für Industrieanwendungen

Ein mechanischer Energiewandler setzt Bewegung in elektrische Energie um und stellt diese unmittelbar für das Senden eines Funksignals zur Verfügung. Um möglichst vielseitig einsetzbar zu sein, benötigt der Energiewandler bestimmte Eigenschaften. Zunächst spielen eine kleine Bauform, niedrige Kosten und eine hohe Lebensdauer eine wichtige Rolle. Zudem sollte er einen guten Wirkungsgrad haben, um Bewegungen sowie kleine Kräfte effizient zu nutzen und dabei gleichzeitig möglichst keine Energie zu verschwenden. Mit dem ECO 200 hat Enocean aktuell die dritte Generation ihrer mechanischen Energiewandler für batterielose Funkschalter als Serienprodukt auf den Markt gebracht, die diese unterschiedlichen Forderungen vereinbart.

Ein kleiner, aber sehr starker Magnet treibt einen magnetischen Fluss durch zwei magnetisch leitende Ankerbleche. Dieser schließt sich in einem U-förmigen Kern, um den eine Induktionsspule gewickelt ist. Der durch die Spule führende U-förmige Kern ist beweglich und kann zwei Positionen einnehmen, in denen er die jeweils gegenüberliegenden Ankerbleche berührt. Dabei ist der magnetische Fluss im U-Kern in jeder Endstellung entgegengesetzt. Diese Konstruktion liefert eine maximale magnetische Flussänderung durch die Spule mit einer minimalen Bewegung des Kerns – und damit eine hohe Effizienz. Die Energieabgabe ist dabei unabhängig von der Geschwindigkeit der Betätigung. Dafür sorgt ein mechanischer Energiespeicher in Form einer Blattfeder. Sobald der Federmechanismus einen Umschlagpunkt erreicht, wird der Magnetfluss durch eine Spule schlagartig umgepolt.

Jede Betätigung liefert somit einen kleinen elektrischen Impuls, der sofort für den kurzzeitigen Betrieb elektronischer Schaltungen genutzt werden kann. Die Anzahl der Schaltzyklen, die der Wandler bietet, hängt von der Präzision der Anregung ab. Bei den maximal erlaubten Schaltwegen von 1,2 Millimetern sind weitaus mehr als 300.000 Schaltzyklen möglich. Mit kleineren Schaltwegen und unter optimalen Bedingungen lassen sich sogar mehr als eine Million Schaltzyklen umsetzen. Damit lässt sich ein Schalter über mehr als 25 Jahre täglich 100-mal betätigen.

In Kombination mit dem Funksendemodul PTM 330 entsteht ein Komplettsystem, das alle Komponenten und Funktionen des batterielosen Funks umfasst und sich damit insbesondere für Industrieanwendungen wie batterielose Handsender, Ventilsteuerungen oder Funk-Positionsschalter eignet. Über Federkontakte lässt sich der Sender lötfrei mit dem Harvesting-Modul verbinden und in passende Plastikgehäuse einrasten. Damit bildet das Paar die Basis, auf der Entwickler allein mit mechanischem Wissen schnell und einfach individuelle, energieautarke Schaltlösungen umsetzen können.

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