Sensorik

Datenfunk ohne Batterie

26.09.2006 | Redakteur: Gerd Kucera

Datenübertragung per Funk ermöglicht in der Automatisierungstechnik eine hohe Flexibilität bei der Systemintegration von Sensoren. Damit gewinnt diese Technik zusehends an Bedeutung. Doch wichtige...

Datenübertragung per Funk ermöglicht in der Automatisierungstechnik eine hohe Flexibilität bei der Systemintegration von Sensoren. Damit gewinnt diese Technik zusehends an Bedeutung. Doch wichtige Kriterien wie Wartungsfreiheit und hohe Signalsicherheit sind Voraussetzung. Die nachfolgend beschriebene Technik erfüllt gestellte Anforderungen quer durch unterschiedliche Branchen. Und der besondere Clou dabei: Sie kommt ohne Batterie als Energiequelle aus.Die EnOcean GmbH wurde im Oktober 2001 als Spin-off der Siemens AG gegründet. Das Unternehmensgründerteam besteht aus fünf erfahrenen ehemaligen Siemens-Managern. Mit den eingebrachten Patentrechten sowie Unterstützung durch die Siemens Technology Accelerator GmbH existiert eine ideale Basis für den Aufbau eines erfolgreichen Unternehmens. EnOceans Mission klingt einfach: Bisher ungenutzte Energien werden auf völlig neuartige Weise nutzbar gemacht. Wartungsfreie, batterie- und drahtlose Schalter und Sensoren ermöglichen die zuverlässige und kostengünstige Übertragung von Signalen durch Umwandlung von Prozessenergien in nutzbare elektrische Energie. Derzeit sind 23 fest angestellte Mitarbeiter für den Erfolg verantwortlich. Für ihre wegweisende und weltweit einzigartige Technologie wurde das Unternehmen in Oberhaching bei München mit dem Bayerischen Innovationspreis 2002 ausgezeichnet.Die Grundidee für diese innovative Technologie beruht auf einer einfachen Beobachtung: Wenn ein Sensor Messwerte erfasst, verändert sich dabei gleichzeitig auch der Energiezustand. Ein Schalter wird gedrückt, die Temperatur ändert sich oder die Beleuchtungsstärke variiert. In diesen Vorgängen steckt genug Energie, um Funksignale über eine Entfernung von bis zu 300 m zu übertragen. Die einzigartige Funktechnologie, die batterielos Schaltsignale und Messwerte übermitteln kann, besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten:Zunächst wird die lokal verfügbare Umgebungsenergie in elektrische Energie umgewandelt (Piezogenerator, Solarzelle u.a.). Dann bereitet eine außerordentlich Strom sparende Elektronik die zu übertragenden Daten auf und sendet sie in Form von Funktelegrammen an eine spezielle Empfangseinheit. Das Funkprotokoll ist optimiert, Informationen besonders energiearm und mit höchster Sicherheit zu übertragen. Es ist dabei garantiert, dass Produkte von Kunden, die die EnOcean-Technologie einsetzen, zueinander kompatibel sind.Gemeinsam mit Leitkunden werden die entsprechenden Produkte definiert und marktgerecht entwickelt. Die erste Entwicklung fand in der Gebäudeautomatisierung besondere Aufmerksamkeit: Funkschalter, die einfach auf die Wand geklebt werden und ihre Energie aus dem Schalterdruck beziehen. Ein kleiner Energiegenerator von EnOcean nutzt einen Piezokristall, wie er auch in Feuerzeugen den Funken springen lässt. Ein weiteres Beispiel sind Gebäudesensoren mit sehr kleinen Solarzellen, die genauso flexibel und wartungsfrei zum Einsatz kommen können. Die entsprechenden Empfangsmodule sind entweder direkt in den Steuergeräten für Leuchten, Jalousien und Klimageräten integriert oder werden als Gateway zu multifunktionalen Gebäudeautomatisierungssystemen benutzt.Die gleichen Module sind aber auch in der Industrie einsetzbar, zum Beispiel in Endlagenschaltern für Fertigungsanlagen, Temperatursensoren für die Prozessindustrie oder in neuartigen Sensoren an bewegten Maschinenteilen. Als weiteres wichtiges Marktsegment spricht EnOcean die Automobilindustrie an. Die Technologie ermöglicht hier beispielsweise, dass die heute gebräuchliche Batterie in Reifendrucksensoren ersetzt werden kann.Eine Funklösung ist ebenso flexibel wie wartungsfreiAll diesen Applikationen ist eines gemeinsam: Es handelt sich um Funklösungen, die sich flexibel nutzen lassen und dabei aber genauso wartungsfrei sind wie bisherige bedrahtete Lösungen. Neben Flexibilität, Zeitgewinn bei der Installation und Kostenreduktion durch Einsparung von Montagearbeiten und Material, liegt der Hauptnutzen in den optimalen Übertragungseigenschaften sowie der Batterielosigkeit. Dadurch ist einerseits keine Wartung nötig, die problematische Batterieentsorgung entfällt, andererseits ist sichergestellt, dass die Lösungen unabhängig von sich verbrauchenden Energiequellen, rund um die Uhr funktionieren.Weil die Endprodukte für die verschiedenen Marktsegmente von etablierten Partnern der jeweiligen Branche basierend auf EnOcean-Funkmodulen entwickelt werden, ist gewährleistet, dass alle Produkteigenschaften den Anforderungen entsprechen. Die Funkkompetenz liefert EnOcean in Form von einfach zu integrierenden, bereits zugelassenen Funkmodulen. Dadurch sind sehr kurze Entwicklungszeiten ohne große Investitionen möglich. Die einzelnen Endprodukte sind zueinander kompatibel, sodass sehr komplexe Systemlösungen mit verschiedenen EnOcean-basierten Produkten realisierbar und konfigurierbar sind. EnOcean unterstützt diesen Lösungsansatz, indem schon frühzeitig gemeinsam mit Systemintegratoren Anforderungsprofile für zukünftige Module diskutiert werden. So arbeitet man heute bereits an neuartigen Energiewandlern, die aus geringen Vibrationen oder Temperaturunterschieden genug Energie für die Funksensorik generieren. Mit einer weiteren Miniaturisierung der Energiewandler und der dazugehörenden Elektronikkomponenten öffnet das Unternehmen völlig neue Einsatzgebiete bei Endkundenprodukten, in Industrie und Medizintechnik.In der Vision der Oberhachinger wird die Funktechnik zukünftig in Miniaturschaltern, winzigen drahtlosen Temperatursensoren und Sensormodulen stecken, die beispielsweise in Maschinenteile eingegossen werden können. Eines Tages wird es ein Pflaster geben, das mittels eines speziellen eingebauten Energiewandlers die Temperaturdifferenz zwischen Haut und Umgebungstemperatur ausnutzt und so Körperfunktionen wie Temperatur oder Blutdruck misst und drahtlos weiterleitet.

Andreas Schneider

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