Bild 1: Der mechanische Energiewandler ECO 200 von EnOcean.EnOcean
Mit dem ECO 200 hat EnOcean aktuell die dritte Generation ihrer mechanischen Energiewandler auf den Markt gebracht. In Kombination mit dem Funksendemodul PTM 330 entsteht ein Komplettsystem, das bereits alle Komponenten und Funktionen des batterielosen Funks vereint. Das batterielose Funkmodul lässt sich lötfrei über Federkontakte mit dem Energiewandler verbinden und einfach in passende Plastikgehäuse einrasten. Es ist sowohl in 868 MHz als auch in 315 MHz verfügbar und daher weltweit einsetzbar. Damit bildet das Paar die Basis, um schnell und einfach individuelle, energieautarke Schaltlösungen zu verwirklichen. So ermöglicht die Lösung in optimierten Anwendungen mehr als eine Million Schaltzyklen. Dadurch eignet sich das Komplettsystem auch für Industrieanwendungen, beispielsweise für CO2-Sensoren, Ventilsteuerungen, batterielose Handsender oder Funk-Positionsschalter. Der besondere Vorteil: Entwickler können allein mit mechanischem Wissen schnell und einfach individuelle Funkschaltlösungen auf Basis der batterielosen Funktechnologie umsetzen.
Effizienter Wirkungsgrad
Bild 2: Aus der Kombination von Energiewandler ECO 200 und Funkmodul PTM330 lassen sich individuelle Schalternanwendungen entwickeln.EnOcean
Mechanische Energie findet sich überall – in der Bewegung von Türen und Fenstern oder Maschinenteilen, der Vibration von Motoren, dem Betätigen von Klinken oder Schaltern. Diese meist ungenutzten Energie-Quellen lassen sich dank Energy Harvesting erschließen, um elektronische Geräte mit Strom zu versorgen. Für einen möglichst vielseitigen Einsatz muss ein Energiewandler bestimmte Eigenschaften erfüllen. Neben einem effizienten Wirkungsgrad spielen eine hohe Lebensdauer, eine kleine Bauform und niedrige Kosten eine wichtige Rolle.
Die neueste Generation der Energiewandler vereinbart diese unterschiedlichen Forderungen: Ein kleiner, aber sehr starker Magnet treibt einen magnetischen Fluss durch zwei magnetisch leitende Ankerbleche, dieser schließt sich in einem U-förmigen Kern. Um diesen Kern ist eine Induktionsspule gewickelt. Der durch die Spule führende U-förmige Kern ist beweglich – er kann zwei Positionen einnehmen, in denen er die jeweils gegenüberliegenden Ankerbleche berührt – und in jeder Endstellung ist der magnetische Fluss im U-Kern entgegengesetzt. Diese Konstruktion liefert eine maximale magnetische Flussänderung durch die Spule mit einer minimalen Bewegung des Kerns – und damit eine hohe Effizienz. Zudem ist die Energieabgabe unabhängig von der Geschwindigkeit der Betätigung. Dafür sorgt ein mechanischer Energiespeicher in Form einer Blattfeder. Sobald der Federmechanismus einen Umschlagpunkt erreicht, wird der Magnetfluss durch eine Spule schlagartig umgepolt. Jede Betätigung liefert somit einen kleinen elektrischen Impuls, der sofort für den kurzzeitigen Betrieb elektronischer Schaltungen genutzt werden kann. Die Anzahl der Schaltzyklen, die der Wandler bietet, hängt von der Präzision der Anregung ab. Bei kleineren Schaltwegen sind deutlich mehr als eine Million Schaltzyklen möglich. Damit lässt sich ein Schalter über mehr als 25 Jahre täglich 100-mal betätigen.
In der Praxis
Bild 3: Anwendungsbeispiel batterielose Kabelbaumprüfung.SEMD
Aktuell gibt es bereits erste Produkte, welche die neue Generation der Energiewandler in Kombination mit dem batterielosen Funkmodul einsetzen. Für die Automobilproduktion hat beispielsweise die Rottendorfer Firma SEMD eine Lösung für eine verdrahtungsfreie Kabelbaumprüfung entwickelt. Dabei werden für die Prüfung anstatt herkömmlicher Verkabelungstechnik kabellose Funksensoren eingesetzt. Mit einem einfachen Drücken der Tastereinheit wird genug Energie erzeugt, um feststellen zu können, ob die einzelnen Anbauelemente an dem Kabelbaum richtig angelegt sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass die klassische Verkabelung, die sich auf der Rück- beziehungsweise Unterseite des Montagebrettes befindet, wesentlich verringert wird. Ein Kabelbaumhersteller kann mit der Verwendung verdrahtungsfreier Kabelbaumprüfung nicht nur die Produktionszeit, sondern auch die Produktionskosten erheblich senken.
Bild 4: Anwendungsbeispiel Bus-Stopptaste.BMAC
Die batterielose Funktechnologie dient aber auch der Überwachung und Steuerung großer Industrieanlagen. Darüber hinaus kann die Technologie eingesetzt werden, um Schranken zu kontrollieren, Tore zu entriegeln, Kühlketten oder auch den Zustand von Containertüren während des Transports zu überwachen. Eine weitere Anwendung ist die kabellose Bus-Stopptaste der Firma BMAC. Während andere Signaltasten über viele Kabelmeter mit der Batterie des Busses verbunden werden müssen, kommt die Bus-Stopptaste mit einem kleinen batterielosen Mikrochip aus. Drückt ein Fahrgast die Stopptaste, setzt der EnOcean-Energiewandler diese kleine Bewegung in elektrischen Strom um und ein Funksignal geht an das Empfangsmodul, das an die Fahrzeugelektrik angeschlossen ist. Die batterielose Lösung spart bis zu 100 Meter Kabel im Bus ein, auch der oft aufwändige Austausch defekter Kabel entfällt.
Die batterielose Funktechnologie bietet noch zahlreiche weitere Anwendungsfelder in Gebäuden, Transport und Industrie. Der besondere Vorteil: Mit dem sofort einsatzfähigen Komplettsystem können Gerätehersteller allein mit mechanischem Know-how schnell und einfach individuelle Funkschaltlösungen auf Basis der batterielosen Funktechnologie umsetzen.
Frank Schmidt
(jj)
