Energieversorgung aus Temperaturunterschieden
Drahtlose Sensornetzwerke überwachen Maschinen und Anlagen in Fabriken, Autos oder Kraftwerken. Die Energie, die sie zum Übertragen der Messwerte brauchen, „ernten“ sie immer öfter aus ihrer Umgebung und sind somit autark. Fraunhofer-Forscher stellen jetzt einen gedruckten Thermogenerator vor, der zukünftig die Energieversorgung von Sensoren aus Temperaturunterschieden generiert.
Überwachung mit energieautarken Sensoren
Der Rechner gibt Alarm: Der Motor einer Maschine droht zu überhitzen, meldet der Thermosensor am Motorgehäuse. Die Information geht an den Wartungsdienst; der kümmert sich darum, dass die Ursache gefunden wird. Sensoren gehören in Fabriken, Automobilbau und vielen anderen Bereichen zum Alltag. Sie messen Temperaturen, Feuchtigkeit oder Abnutzung, per Funk werden die Daten an Rechner übertragen und ausgelesen. Das erlaubt Rückschlüsse auf den Zustand der Teile – etwa ob Wartungsarbeiten oder Reparaturen anstehen.
Immer häufiger kommen dabei heute drahtlose Sensornetzwerke zum Einsatz, die kaum Energie verbrauchen und den Strom, den Sensor, Recheneinheit und Funkmodul benötigen, statt aus einer Batterie sogar direkt aus der Umgebung „ernten“. Elektrische Energie lässt sich zum Beispiel aus Wärme oder Bewegung gewinnen. Forscher am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen haben einen gedruckten Thermogenerator entwickelt, der exakt an die technische Oberfläche angepasst werden kann.
„Drahtlose Sensornetzwerke helfen dabei, sicherheitsrelevante Bauteile einfacher zu überwachen“«, erklärt Dr. Volker Zöllmer, Abteilungsleiter Funktionsstrukturen, der sich am Fraunhofer IFAM mit dem Thema Energy Harvesting beschäftigt. Damit die Sensoren optimal arbeiten, müssen sie direkt auf die Oberfläche der Bauteile aufgebracht oder sogar in diese integriert werden. Die Stromversorgung erfolgt meist per Kabel oder Batterie. „Doch die begrenzte Speicherkapazität und Lebensdauer der Batterien sowie das Thema Recycling sind kritische Punkte für die Anwender“, weiß Zöllmer. „Unserer Erfahrung nach definiert eine zu wechselnde Batterie das Design einer Anwendung maßgeblich mit und schränkt somit die flexible Auslegung ein“.