Wireless und ohne Batterie

Energy-Harvesting-Sensoren in der Fabrik der Zukunft

| Autor/ Redakteur: Sophie Hand / Jürgen Schreier

Obwohl Erdhörnchen zu den intelligentesten Tieren der Welt gehören, halten sie rund neun Monate im Jahr Winterschlaf. Dies könnte ein Beweis dafür sein, dass Ruhe und Erholung die nötige Energie für effizientes Arbeiten liefern. Dieser Beitrag geht der Frage nach, wie drahtlose Energy-Harvesting-Sensoren Energieverbrauch und Abläufe in der Fertigung verbessern könnten.

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Energy-Harvesting-Sensoren wurden ursprünglich mit dem Ziel entwickelt, die Überwachung von Kugel- und Stellventilen im Rahmen von Antriebstests zur Prognose der Ventillebensdauer zu verbessern.
Energy-Harvesting-Sensoren wurden ursprünglich mit dem Ziel entwickelt, die Überwachung von Kugel- und Stellventilen im Rahmen von Antriebstests zur Prognose der Ventillebensdauer zu verbessern.
( Bild: EU Automation )

Genau wie Erdhörnchen verbringen auch Energy-Harvesting-Sensoren nur einen geringen Teil ihrer Produktlebenszeit im Wachzustand. Diese Sensorart bleibt solange im Ruhezustand, bis dieser durch einen Auslöser unterbrochen wird. Daher rührt ihre Fähigkeit, Energie zu sparen. Doch warum sollten Produktionschefs diesen Sensoren den Vorzug gegenüber herkömmlichen, verkabelten Netzwerken geben?

Der Batterietausch - eine kostspielige Angelegenheit

Die Installation eines Sensorennetzwerks mithilfe von Kupferdraht, Leitungen und der unterstützenden Infrastruktur kann für Hersteller äußerst teuer werden - vor allem dann, wenn sie gerade erst damit anfangen, intelligente Technologie in ihre Fertigungsanlage zu integrieren. Auch wenn es für Sensoren drahtlose Protokolle wie ZigBee, Bluetooth und 6LowPAN (IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks) gibt, die eine verkabelte Datenkommunikation überflüssig machen, müssen Sensoren dennoch irgendwie mit Energie versorgt werden.

Häufig entscheiden sich Hersteller für den Batteriebetrieb. OnWorld Research prognostiziert für den erforderlichen Batterieaustausch jedoch Kosten in Höhe von einer Milliarde US-Dollar jährlich. Für die Industrie muss es eindeutig eine Alternative geben.

Energy-Harvesting-Sensoren werden durch bestimmte Arten von Energie betrieben: z.B. kinetische, Solar- und Wärmeenergie von einem bestimmten Maschinenteil. Sie nutzen diese für ihre Energiezufuhr. Demzufolge benötigen diese Sensoren keine Batterien, um Daten zu erfassen und zu versenden.

Fertigungsanlagen wartungs-, batterie- und kabelfrei gestalten

Der Einsatz dieser Geräte innerhalb von Maschine-zu-Maschine-Sensornetzwerken (M2M-Sensornetzwerken) könnte den Bedarf an netzgebundener Elektrizität und Primärbatterien überflüssig machen und die Datenerfassung und -übertragung in Fertigungsanlagen wartungs-, batterie- und kabelfrei gestalten.

Im aktiven Zustand versenden Energy-Harvesting-Sensoren Messdaten an ein zentrales System, bevor sie wieder in den Ruhezustand wechseln.

Die Sensoren kommen bereits bei zahlreichen Anwendungen zum Einsatz – vorwiegend bei solchen, bei denen Ereignisse im Zusammenhang mit Belastung, Temperatur, Strömungen, Spannungen und Magnetfeldern überwacht werden müssen. Sie wurden jedoch ursprünglich dazu entwickelt, um die Überwachung von Kugel- und Stellventilen im Rahmen von Antriebstests zur Prognose der Ventillebensdauer zu verbessern.

Energy Harvesting senkt CO2-Ausstoß

Energy Harvesting, also die Energieernte, ermöglicht den Einsatz umweltfreundlicher, sauberer Technologien, die den Energieverbrauch reduzieren und den Kohlendioxidausstoß reduzieren. In der Produktion könnte die Umstellung auf Sensoren dieser Art die Energiekosten reduzieren und zur Einhaltung von Energieeffizienzstandards wie ISO 14001 beitragen.

Diese Sensoren lassen sich im Rahmen eines Retrofit auch an bereits vorhandene Anlagen und Maschinen anpassen. Sie fungieren im Endeffekt als Stand-Alone-Komponenten und können an zahlreiche Maschinenteile wie Ventilantriebe oder Motoren angeschlossen werden.

Dies ermöglicht es, Maschinendaten zu erfassen, die in der Regel mit der Leistung zu tun haben und dazu genutzt werden können, Instandhaltungsmaßnahmen zu planen und Ausfälle zu identifizieren. Die Daten können also dazu beitragen, unnötige Anlagenstillstände und Ausfallzeiten zu vermeiden.

Sophie Hand ist Country Managerin UK bei EU Automation. Das Unternehmen "fahndet" mit einem mehrsprachigen Team weltweit nach obsoleten, gebrauchten und generalüberholten Ersatzteilen und Automatisierungskomponenten für Maschinen und Anlagen. Daneben werden Tausende solcher Ersatzteile bevorratet.

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