Batterielose Funkschalter und Sensoren (Smart)

Industrie 4.0 und das Internet der Dinge (IoT – Internet of Things) die Schlagworte in der heutigen Industrie, besser gesagt, in der industriellen Revolution in der vierten Stufe. Dazu gehören zahlreiche technische Einrichtungen, wobei immer mehr dieser Einrichtungen auf die Vernetzung per Funk setzen. Eine wichtige Komponente in diesem Bereich ist die Steuerung und Überwachung von Anlagen oder Komponenten mit Funkschaltern oder Sensoren, die ebenfalls mit Funksignalen arbeiten. Im Zuge der Wartungsfreundlichkeit verwendet man hierzu gerne batterielose Geräte. Ein gutes Beispiel ist die bekannte Anwendung RFID, bei der ebenfalls häufig batterielose Lösungen zum Einsatz kommen. Es handelt sich um sehr flexibel einsetzbare und wartungsfreie Anwendungen. Die Einsatzbereiche sind äußerst vielfältig. Dies sind nur einige der möglichen Anwendungsbeispiele:

  • der Bereich der Gebäudeautomation
  • Smart Home
  • die Lichtsteuerung im privaten oder gewerblichen Bereich
  • verschiedenste Arten von Industrieanwendungen
  • im Entwicklungsbereich (beispielsweise für neue Servicemodelle)
  • zur Kostenersparnis wegen geringerer Wartungs- und Materialkosten

Sensordaten batterielos und drahtlos verarbeiten

Im Vordergrund steht die Datenverarbeitung auch größerer Mengen von Sensordaten, und das sowohl im privaten als auch im industriellen Alltag. Die Sensoren stellen praktisch die Sinnesorgane des Internet der Dinge dar, und das völlig wartungsfrei, da die Stromversorgung der Sensoren dauerhaft sichergestellt ist. Einsetzen lassen sich die Sensoren für die Steuerung und Überwachung großer Industrieanlagen wie beispielsweise in der Serienfertigung. Einer der Hauptvorteile besteht neben der batterielosen Anwendung in der deutlichen Reduktion von Verkabelungsaufwand sowie der damit verbundenen Verringerung der Wartungsarbeiten. Woher beziehen aber die Sensoren dabei ihre Energie? Die Lösung ist ebenso einfach wie genial. Die Sensoren oder Schalter nutzen einfach die kleinsten Mengen an Energie aus der Umgebung und wandeln diese in elektrischen Strom um.

Die Nutzung von Energie aus der Umgebung

Heute umgeben uns überall Funksignale aus unterschiedlichsten Anwendungsbereichen, welche prinzipiell alle Energiequellen bzw. Energiewolken darstellen. Die batterielosen Funklösungen nutzen genau diese Energie. Ein Anwendungsbeispiel ist die RFID, welche zum eigenen Betrieb die Sendeenergie des jeweiligen Gegenstücks nutzt. Die Funksensoren der Zukunft gehen noch einen Schritt weiter, nutzen sie Energie von Funksignalen aus der Umgebung, um sich selbst mit Strom zu versorgen. Dabei sind die zur Verfügung stehenden Mengen an elektrischer Energie sehr gering, allerdings reichen sie für den Betrieb der Funksensoren aus.

Energy Harvesting als Lösung für die Energieversorgung

Das Ganze bezeichnet man als Energy Harvesting (Energiegewinnung) aus Funksignalen. Zu diesem Zweck werden heute verschiedene Technologien oder Systeme entwickelt, die allesamt den einen Zweck verfolgen, nämlich die Stromversorgung ohne Kabel oder das Nachladen von mobilen Geräten. Genutzt werden können nicht nur geringste Energiemengen aus Funksignalen, sondern auch andere Energiearten wie beispielsweise Vibrationen an Geräten, Maschinen oder sogar an Bauwerken. Auch Temperaturunterschiede, wie diese in der Umgebung und gerade im Industriebereich auftreten, können zur Erzeugung und Bereitstellung elektrischer Energie genutzt werden. Die hierbei anfallenden, relativ kleinen Energiemengen reichen dabei völlig aus, um Funksensoren oder Schalter mit ausreichend elektrischer Energie zu versorgen. Man unterscheidet hauptsächlich zwischen thermoelektrischer Energieversorgung oder mechanischer Energieversorgung, wie diese Arten der Energiegewinnung beispielhaft genannt wurden. Versorgt werden damit verschiedene Sensoren für eine automatisierte Überwachung von Maschinen oder Industrieanlagen, wobei eine kostengünstige Erweiterung und Wartung der industriell genutzten Systeme jederzeit möglich ist.

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