Sensoren versorgen sich selbst mit Energie

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Kabelbruch oder ein verschmutzter Stecker? Streikt in einer Fabrik eine Maschine, kann das zahlreiche Ursachen haben. Autarke Sensoren, die sich selbst mit Energie versorgen, sollen die Maschinen robuster machen.

Versagt eine Maschine in einer Fabrik, ist guter Rat oft teuer. Häufig steht die Produktion still, bis der Fehler endlich gefunden ist – mitunter stundenlang. Ursachen gibt es viele, häufig sind einzelne Kontakte unterbrochen. Viele Unternehmen wünschen sich daher schon lange eine Technik, die ohne empfindliche Strom- und Datenkabel auskommt.

Grundsätzlich scheint das durchaus möglich: Mit kleinen Geräten, die Energie aus der Umgebung ‘ernten’ und sich damit wie der Solar-Taschenrechner selbst versorgen – Experten sprechen von energieautarken Sensor-Aktor-Systemen. Diese Hightech-Bausteine bestehen meist aus einem Sensor, einer Recheneinheit und einem Funkmodul. Sie messen Positionen, Kräfte oder Temperaturen und versenden die aktuellen Werte per Funk. Ganz ohne Verkabelung gelangen so wichtige Maschinendaten in die Steuerzentrale. Läuft die Maschine heiß? Ist die Antriebswelle verschlissen?

Bisher gibt es jedoch kaum einbaufertige energieautarke Lösungen. Forscher der Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe TEG in Stuttgart haben jetzt mit Industriepartnern und Universitäten im Projekt EnAS einen transportablen Demonstrator gebaut: eine druckluftbetriebene Förderanlage im Miniformat, die kleine Bauteile im Endloskreislauf transportiert. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.

Die runden Werkstücke werden von einem Vakuumgreifer aufgenommen, transportiert und auf einem kleinen Träger abgelegt, der die Teile zum Ausgangspunkt zurückbefördert. Alle Prozessschritte werden wie üblich von Sensoren überwacht. Das Besondere dieses Demonstrators: Die Messfühler sind energieautark.

Über Photodioden überprüft die Anlage beispielsweise, ob der Träger korrekt beladen wurde – bei ordnungsgemäßer Beladung werden die Dioden von den Werkstücken verdeckt. Solarzellen versorgen diesen Werkstückdetektor mit Energie.

Ein weiteres Beispiel sind Drucksensoren, die die Arbeit des Vakuumgreifers überwachen. Hier übernehmen Piezobiegewandler die Energieversorgung. Die Piezoelemente enthalten Keramiken, die Strom erzeugen, wenn man sie verformt. Diese Deformation findet während des An- und Ausschaltens der Vakuumpumpe statt. Der dadurch erzeugte Strom reicht aus, um ein OK-Signal an die Zentrale zu schicken. Der Sensor zieht seine Energie also aus Druckluft, die sowieso vorhanden ist. In den kommenden zwei Jahren sollen die verschiedenen Systemkomponenten den Sprung in den Industriealltag schaffen.