Bild 1: In einem sehr kleinen Bauraum eines Mikroschalters mit 18 mm x 9 mm x 25 mm ist ein magnetischer Kleinstgenerator samt Powermanagement und Funk-Mikrocontroller/Transceiver untergebracht.ZF/Cherry
Drahtlose Technologie mit Energieernte führt zu einer Reduzierung von bis zu 80 % der Installationskosten und kann eine breite Palette von Applikationen erschließen, die mit Leitungen nicht möglich wären. 15 Millionen drahtlose Netze werden laut Vorhersage in den nächsten fünf Jahren installiert (Quelle: ON World Inc.) und die müssen mit Batterien oder besser mit Umgebungsenergie versorgt werden, oder möglicherweise mit einer Kombination von beiden.
Auf einen Blick
Das Energy Harvesting im Cherry Funkschalter, der von H&H Components vertrieben wird, ermöglicht kabel- und batterieloses Design von Schaltanwendungen. Möglich ist diese Lösung durch moderne ICs für das Powermanagement und durch Funk-Mikrocontroller, die Eingangssignale in sendefähige Protokolle umsetzen und die nötige Leistung an eine Antenne liefern. Der energieautarke Funkschalter kann flexibel und in verschiedene Systeme und auch im Automobil und Nutzfahrzeug integriert werden. Er macht auch Gebäude grüner und intelligenter.
Der von H&H Components erhältliche Cherry-Funkschalter arbeitet mit Energieernte aus Betätigungsbewegung und ist eine kostengünstige, batterielose Alternative zu kabelgebundenen Mikroschaltern (Bild 1). Vor allem in Anwendungen, bei denen der Verkabelungsaufwand in keinem Verhältnis zur Applikation steht, bietet der Energy Harvester viele Vorteile: Die benötigte Funkenergie wird ausschließlich über die mechanische Betätigung des Schalters erzeugt; die Datenübertragung erfolgt dann kabellos über Funk. Dadurch lassen sich teure und aufwändige Installationen und Steckverbindungen einsparen und auch ein etwaiger Verschleiß der Kabelverbindung entfällt. Dank seiner kompakten Abmessungen lässt sich der Schalter mit Schutzart IP67 leicht montieren – selbst an schwer zugänglichen Stellen und im Nassraum.
Bild 2: Das CAD-Modell zeigt den autarken Generator, der eine Umgebungsbewegung in elektrischen Strom umsetzt. Die Stromerzeugung erfolgt durch rasches Vorbeigleiten eines Permanentmagneten an einer Spule, ausgelöst durch die Betätigung des MikroschaltersZF/Cherry
Herz ist der autarke Generator
Der energieautarke Funkschalter mit seinem autarken Generator bietet eine hohe Energieausbeute mit 2 x 0,2 bis 0,5 mWs sowie eine hohe mechanische Lebensdauer von bis zu 1.000.000 Schaltspielen. Der autarke Generator ist ein weiteres Beispiel für innovative Konzepte auf Basis der ZF-Elektronikkompetenz ist. In einem sehr kleinen Bauraum (18 mm x 9 mm x 25 mm) ist dieser Kleinstgenerator untergebracht (Bild 2). Dieser erzeugt durch Nutzung der Betätigungsbewegung so viel Strom, dass ein Transceiver-Baustein ein Signal per Funk mittels der integrierten Antenne über eine Entfernung von bis zu 300 Metern an einen Empfänger übertragen werden kann. Da der Transceiver bidirektional arbeitet, kann er auch Bestätigungsprotokolle empfangen, die eine sichere Übertragung signalisieren. Der Kleinstgenerator arbeitet induktiv wie ein Dynamo. Bei Betätigung des Tasters des Mikroschalters läuft ein Permanentmagnetblock schlagartig entlang der Spule und induziert eine Spannung. Die Ausgangsspannung der Spule des Generators gelangt zu einer kleinen Platine, die einen für die Energieernte ausgelegten Powermanagement-IC und einen sende-/empfangsfähigen Funk-Mikrocontroller enthält sowie den Antennenanschluss. Die Generatorspannung wird im Powermanagement gleichgerichtet und lädt einen Kondensator, der den nachfolgenden Funk-Mikrocontroller versorgt. Ein gekoppeltes Federsystem im Bewegungsmechanismus des Magneten gewährleistet dabei, dass immer genügend Energie generiert wird, um die integrierte Platine betreiben zu können.
Je nach Übertragungsfrequenz kommt ein passender Funk-Mikrocontroller zum Einsatz. Die Funk-Controller/Transceiver arbeiten mit den entsprechenden kurzen angepassten Drahtantennen auf den verschiedenen für diese Zwecke zugelassenen Frequenzbändern (zum Beispiel ISM-Bänder 868 MHz, 915 MHz und 2,4 GHz) und ermöglichen so den weltweiten Einsatz in verschiedenen Anwendungsbereichen. Der batterielose Funkschalter ist dank des intelligenten Funk-µCs netzwerkfähig. Ein flexibles Pairing ermöglicht die Ansteuerung mehrerer Empfänger mit einem Schalter – und umgekehrt können mehre Funkschalter einen Empfänger ansprechen. Eine Unique ID schließt aus, dass es zu einer unerwünschten Beeinträchtigung und Fehlschaltungen beim Betrieb mehrerer Funkschalter kommt. Da keine Batterien ausgetauscht und somit auch nicht entsorgt werden müssen, leisten die Schalter einen aktiven Beitrag zur Kostenersparnis und auch zum Umweltschutz.
Funkschalter kommuniziert direkt mit Leuchtmittel
Bild 3: Mit Cherrys energieautarkem Funkschalter lassen sich Lampen, ausgerüstet mit dem Empfänger-IC J5168 von NXP, jetzt direkt schalten und dimmen.ZF/Cherry
Neben verschiedenen Applikationsbeispielen für seinen energieautarken Funkschalter aus der Haus- und Gebäudetechnik präsentierte Cherry zusammen mit seinem Kooperationspartner NXP bereits auf der Electronica 2012 ein weiteres Highlight: Mit Cherrys energieautarkem Funkschalter lassen sich Lampen jetzt auch direkt ohne Umweg schalten (Bild 3). Durch den Funkempfänger-IC JN5168 von NXP, der aufgrund seiner geringen Baugröße direkt in den standardmäßigen E27-Sockel einer LED-Lampe integriert werden kann, lässt sich jetzt jede mit einem entsprechenden Leuchtmittel ausgestattete Leuchte ohne weitere Installationen unmittelbar mit dem energieautarken Funkschalter von Cherry schalten und dimmen. Der NXP-Chip enthält die komplette Empfängereinheit. Die kleine Bauform des Funkschalter-Generators und die niedrigen Betätigungskräfte machen diesen universell einsetzbar, ob in flachen Aufputz-Wandschaltern oder Miniatur-Handsendern. Durch die batterielose Funktion ist die Betriebsbereitschaft des Funkschalters jederzeit gegeben und zudem wird noch die Umwelt geschont.
Siegfried W. Best
(jj)
