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Energy Harvesting Technologie2020-02-24T14:59:39+00:00

Autarke Funkübertragung von Schaltsignalen ohne Batterie und Kabel

Ein energieautarker Schalter, der auf seine Umwelt reagiert und ohne Energie auskommt. Die von ZF entwickelte Lösung basiert auf dem Prinzip des Energy Harvestings und kommt ohne Kabel aus. Funktion ohne Hilfsenergie, so kann man Energy Harvesting kurz zusammenfassen. Anstatt eine Hilfsenergie durch eine integrierte Energiequelle zu erzeugen oder über eine externe Energieversorgung zuzuführen, wird Energie gewandelt, die in der Umgebung zur Verfügung steht oder die auf das System einwirkt. Somit ist ein Energy Harvester physikalisch betrachtet ein Energiewandler.

Das energieautarke Funkschaltersystem von ZF wandelt die mechanische Eingangsenergie der Schaltbetätigung in elektrische Energie um, die beispielsweise über eine Funkelektronik eine Schaltinformation an einen Funkempfänger übermittelt. Die Vorzüge dieses Systems bestehen darin, einen Schalter ohne Verkabelung an einer beliebigen Stelle anzubringen, wo dieser wartungsfrei und ohne Batteriewechsel über seine komplette Lebensdauer seine Funktion erfüllt. Der Funkschalter wird mit verschiedenen Eingangsgrößen gespeist und ist in der Lage, auf seine Umgebung zu reagieren.

Energy Harvester RF Switch System

Diese Systemdarstellung mit den vier Haupt-Parametern lässt sich in zwei Hauptsysteme unterteilen, die Versorgungsspannung sowie den Verbraucher, welche sich wiederum in fünf Teilsysteme untergliedern lassen.

Overall system batteryless RF switch

Die Betätigungsmechanik führt die Schaltbetätigung durch geeignete Umlenkungen in die für den Energiewandler benötigte Kraft, Weg und Richtung über.

Der Energiewandler besteht aus einem elektromagnetischen Generator, welcher durch schlagartige Verschiebung eines Magneten den magnetischen Fluss in den Spulen ändert und einen elektrischen Impuls beim Betätigen und einen weiteren beim Loslassen des Funkschalters erzeugt.

RF Mechanical Actuation

Im Energiemanagement wird die so erzeugte elektrische Energie kurzzeitig gespeichert und durch eine Spannungskonverter-Einheit möglichst verlustarm in eine vorgegebene Versorgungsspannung überführt. Mit dieser Versorgungsspannung wird der Verbraucher, hier eine Funkelektronik, gespeist, die die eingeprägten Funkprotokolle mit den Nutzinformationen über das Antennensystem an einen Empfänger versendet.

Das energieautarke Funkschaltersystem von ZF arbeitet hierfür mit den Frequenzen 868 MHz, 915 MHz und 2,4 GHz. Zur Übermittlung der Schaltinformation werden ein proprietäres und kundenspezifische Protokolle verwendet, aber auch Funk-Standards wie KNX-RF, ZigBee oder Bluetooth Low Energy.

EHS Technology

Gateway-Anbindung

  • Meist nur einfache Befehle übertragbar
  • Nur sehr einfache Pairing-Konzepte darstellbar
  • Zentrale Systemkonfiguration nur schwer möglich
  • Gateway kostet Geld
  • Für neue Systeme muss nur das Gateway angepasst werden

Vollintegration

  • Alle spezifizierten Befehle übertragbar
  • Auch komplexe Pairing-Kozepte darstellbar
  • Lösungen für zentrale Systemkonfiguration vollständig nutzbar
  • Alle Komponenten müssen die Sprache des Gesamtsystems sprechen

Systemvorteile

  • Einsparung von Steckverbindungen
  • Leichte Montage an schwer zugänglichen Stellen
  • Keine aufwändige Kabel-Montage
  • Wartungsfrei, da keine Batterien ausgetauscht werden müssen
  • Netzwerkfähig
  • Sehr hohe Energieausbeute
  • Hohe mechanische Lebensdauer
  • Flexibles Pairing ermöglicht den Betrieb mehrerer Empfänger mit einem Schalter und umgekehrt
  • Unique ID schließt die gegenseitige Beeinflussung mehrerer Funkschalter aus