Energy Harvesting

Entwicklung eines energieautarken Sensorsystems

10. März 2014, 15:39 Uhr | Von Stephan Benecke und Rolf Thomasius

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Anwendungsbeispiele

Beispiel für ein autonomes Sensorsystem mit Funkschnittstelle in einem industriellen Condition-Monitoring-System
Bild 5. Beispiel für ein autonomes Sensorsystem mit Funkschnitt- stelle in einem industriellen Condition-Monitoring-System.
© Fraunhofer IZM

Im Verbundprojekt Energieautarkes Condition Monitoring System (ECoMoS) wurden mittels Energy Harvester betriebene Sensoren mit Funkschnittstelle (Bild 5) für das Anwendungsfeld Condition Monitoring von Industrieanlagen weiterentwickelt [3]. Längst wurde das Potenzial autarker Funksensorsysteme für diesen Applikationsbereich erkannt: Der Einbau von autarken Sensoren in komplexe Maschinen und Anlagen bietet die Grundlage für fortgeschrittene Konzepte der Zustandsüberwachung. Dabei liefert der kabelfreie Betrieb Vorteile gegenüber konventionellen Systemen. Messdaten können mit hoher örtlicher Auflösung auch an schwer zugänglichen Orten erfasst werden; der Installations- und Wartungsaufwand für den Sensor selbst ist durch die autarke Energieversorgung erheblich reduziert.

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Lückenlose Dokumentation der Transportbedingungen mit einem autonomen System. Die Energie wird aus den beim Transport auftretenden Erschütterungen durch einen Piezowandler gewonnen
Bild 6. Lückenlose Dokumentation der Transportbedingungen mit einem autonomen System. Die Energie wird aus den beim Transport auftretenden Erschütterungen durch einen Piezowandler gewonnen.
© Fraunhofer IZM

Energieautarke Datenlogger lassen sich zur lückenlosen Überwachung des Transportes stoß- und temperaturempfindlicher Güter einsetzen. Sie messen und speichern die relevanten Größen abrufbereit bis zur weiteren Übergabe an den nächsten Frachtführer. So können Grenzwertüberschreitungen sowohl quantitativ als auch qualitativ bewertet werden.

Dies ist ein besonderer Vorteil gegenüber kommerziellen, nicht reversiblen Farbumschlagsindikatoren. Das in [2] vorgestellte System (Bild 6) gewinnt seine Energie aus den beim Transport auftretenden Erschütterungen durch einen Piezowandler und verwendet dabei als Energiezwischenspeicher einen Doppelschichtkondensator. Ein Temperatursensor misst periodisch die Temperatur der Fracht und speichert die Daten auf einem internen Speicher-Chip zur lückenlosen Dokumentation der Transportbedingungen. Verletzungen der Transportbedingungen werden sofort über ein bistabiles Display dauerhaft sichtbar gemacht. Über eine bidirektionale Funkschnittstelle lassen sich die aufgezeichneten Daten bei Bedarf auslesen und auswerten.

 

Literatur

[1] Thomasius, R.; Guttowski, S.: A SystemC Based Framework for the Evaluation of Proactive Power-Management Approaches in Distributed Energy Harvesting Systems. The Fourth International Conference on Sensor Technologies and Applications SENSORCOMM, Venice/Mestre, 2010. [2] Thomasius, R.; Guttowski, S.; Brockmann, C.; Benecke, S.; Kravcenko, E.; Nachsel, R. und Niedermayer, M.: Drahtlose Sensorsysteme für die zustandsorientierte Instandhaltung und Logistik. tm – Technisches Messen (2013), 80(2), 45–52. doi:10.1524/teme.2013.0006 [3] Niedermayer, M.; Wirth, R.; Kravcenko, E.; Benecke, S.: Frühwarnsystem für Maschinenausfälle: Energieautarke Funksensorsysteme zum Condition Monitoring. Zeitschrift für Produktion von Leiterplatten und Systemen PLUS, Bd. 14, Bad Saulgau (2012).

 

Stephan Benecke 

studierte Elektrotechnik mit dem Schwerpunkt Mikrosystemtechnik an der Technischen Universität Berlin. Seine Di-plomarbeit zur Bewertung der Umweltverträglichkeit der Energy Harvester wurde mit dem 1. ECODESIGN-Preis der Zeitschrift Elektronik ausgezeichnet. Der Fokus seiner Forschungsarbeiten liegt auf der systemorientierten Modellierung von Energy-Harvesting-Systemen zur applikationsgerechten Absicherung der Funktion unter Optimierung der Umwelt-Performance. Er ist Mitarbeiter der Gruppe Nachhaltige Technologien am Forschungsschwerpunkt Technologien der Mikroperipherik der TU Berlin. 
Rolf Thomasius 
studierte Technische Informatik an der TU Berlin. Als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Forschungsverbund des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) und der TU Berlin unterstützt er kleine und mittelständische Unternehmen bei der Entwicklung elektronischer Systeme. Die energieeffiziente Realisierung und Verifikation energetischer Anforderungen sind dabei zwei seiner Schwerpunkte. Derzeit beschäftigt er sich mit der Optimierung der Energieversorgung von Kleinstsatelliten in der Raumfahrt.

  1. Entwicklung eines energieautarken Sensorsystems
  2. Entwicklung thermoelektrischer Wandler
  3. Anwendungsbeispiele

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