FAQ’s Energy Harvesting

Um eine Verbindung zwischen einem Funksender und einem Funkempfänger herzustellen, müssen diese miteinander gekoppelt werden. Der Fachbegriff hierfür lautet Pairing. Der Funkempfänger wird mittels eines Tastendrucks in den Pairing-Modus geschaltet. Wird nun an einem oder mehreren Funksendern ein Signal ausgelöst, werden all diese Sender an den Empfänger gekoppelt.

Die Empfangs- und Übertragungssicherheit eines Funksystems hängen von unterschiedlichen Faktoren ab. Neben technischen Größen wie der Sendeleistung des Funksenders und der Empfindlichkeit des Funkempfängers sind vor allem auch die Umgebungsbedingungen ausschlaggebend. Hindernisse wie z.B. Wände oder Decken in Gebäuden dämpfen oder reflektieren Funkwellen und können die Übertragungs-sicherheit beeinträchtigen. Störungen der Funkübertragung können auch durch andere Funkteilnehmer verursacht werden, wenn diese Funkfrequenzen im selben Bereich verwenden. Hinweise zum Betrieb und zur Installation unseres Funksystems können dem entsprechenden Anwendungshinweis (Application Note) entnommen werden.

Hindernisse wie z.B. Wände und Decken in Gebäuden dämpfen oder reflektieren Funkwellen. Deshalb ist bei der Installation darauf zu achten, dass möglichst wenig Wände oder Decken zwischen Funksender und Funkempfänger vorhanden sind. Um eine Störung durch andere Funkteilnehmer zu minimieren, werden die Funktelegramme mehrfach gesendet. Hinweise zum Betrieb und zur Installation unseres Funksystems können dem entsprechenden Anwendungshinweis (Application Note) entnommen werden.

Für die Auswahl einer Funkfrequenz sind grundsätzlich zwei Faktoren ausschlaggebend: die technische Ausbreitungseigenschaften und regulatorische bzw. gesetzliche Anwendbarkeit. Bezüglich der technischen Ausbreitungseigenschaften gilt grundsätzlich, dass niedrigere Frequenzen eine größere Übertragungsreichweite besitzen. Auch die Ausbreitungs-eigenschaften in Gebäuden sind bei niedrigeren Frequenzen besser. Deshalb sind die sog. Sub-GHz-Frequenzen, also unterhalb 1 GHz, besonders attraktiv. Aufgrund internationaler und nationaler Bestimmungen können aber nicht alle Frequenzen überall eingesetzt werden. Nur das 2.4 GHz Band ist nach internationaler Definition der ITU (International Telecommunication Union) als sog ISM Band weltweit anwendbar. Das Frequenzband um 868MHz ist nur in Europa und China verwendbar. In USA und Kanada darf dieses Band nicht umgesetzt werden. Hier muss alternativ auf die 915 MHz ausgewichen werden.

Da die Aufgabe einer Antenne darin besteht, die erzeugte Sendeleistung möglichst verlustarm in den Raum abzustrahlen (Sendeantenne) bzw. viel Sendeleistung einzufangen (Empfangsantenne), kann die Ausrichtung der Antenne entscheidende Auswirkungen auf die Funkeigenschaften haben. Bei den ZF Funkprodukten kommt entweder eine Drahtantenne oder eine gedruckte Leiterplattenantenne zum Einsatz. Wird eine Drahtantenne verwendet, ist dieser isolierte Draht aus dem Gehäuse herausgeführt. Um eine optimale Abstrahlung zu gewährleisten, sollte die Antenne nicht stark verbogen oder aufgewickelt werden. Auch sollte eine unmittelbare Berührung oder eine mittelbare Abschirmung durch metallische Oberflächen vermieden werden. Dies gilt auch für Produkte mit integrierter Antenne, die direkt auf der Elektronikplatine als Leiterbahn ausgeführt ist. Bei diesem Produkten können Anmerkungen zur Installation dem entsprechenden Anwendungshinweis (sog. Application Note) entnommen werden.

Die sog. Resonanzfrequenz ist ein wichtiger Faktor bei der Antennenkonstruktion. Bei dieser Frequenz sind die Verluste der Antenne am geringsten. Die Resonanzfrequenz ist in der Regel die gewollte Kommunikationsfrequenz und durch die Einstellungen im Funkchip vorgegeben. Die Antenne wurde genau für diese Frequenz konstruktiv ausgelegt. Das heißt die Länge der Drahtantenne entspricht exakt der konstruktiven Auslegung. Eine Verkürzung der Antenne führt somit zu Übertragungseinbußen und sollte auf keinen Fall durchgeführt werden.

Die Funkkommunikation kann entweder nur vom Sender zum Empfänger erfolgen (unidirektional) oder auch vom Sender zum Empfänger und umgekehrt (bidirektional). Eine bidirektionale Kommunikation macht dann Sinn, wenn der Sender sein Signal solange absetzt, bis er eine Empfangsbestätigung (sog. Acknowledgement) vom Empfänger erhält.

Der Funkschalter liefert elektrische Energie beim Betätigen oder Loslassen des Induktionsgenerators. Die gesamte erzeugte elektrische Energie wird für das Versenden eines oder mehrerer Funktelegramme verbraucht. Es wird keine Energie gespeichert. Für das Empfangen von Funktelegrammen steht keine Energie aus der Generatorbetätigung zur Verfügung. Der ZF Funkschalter kann somit nur unidirektional kommunizieren.

Der ZF Funkschalterprodukte für Industrieapplikationen und das Generator Modul unterstützen die Standardprotokolle KNX-RF, ZigBee Greenpower und EnOcean. Bluetooth, Z-Wave und WiFi werden momentan nicht unterstützt.

Der induktive Generator wandelt mechanische Kraft zu elektrischer Energie in Form eines induktiven Spannungsimpulses um. Das Energiemanagement auf der angelöteten Elektronik formt diesen Spannungsimpuls durch Gleichrichtung und Zwischenpufferung in eine konstante Betriebsspannung für den Funkchip um.

Die erzeugte elektrische Energie wird nicht gespeichert. Die Energie wird mit Hilfe eines Kondensators zwischengepuffert, um die Verfügbarkeit für den Betrieb des Funkchips möglichst lange zu gewährleisten. Die gesamte Energie wird für die Versendung von Funktelegrammen aufgebraucht.

ZF hat verschiedene Patente für Energy Harvesting angemeldet. Diese Patente umfassen die Technologie, das Design und den Aufbau der Produkte, sowie Applikationen. Details der angemeldeten Patente können von der ZF Internetseite heruntergeladen werden.

Der Festsitz des Energiewandlers muss über die gesamte Lebensdauer gegeben sein. Beim Einbau des Generators ein Gehäuse sind die entsprechenden Vorgaben für die Einpresspositionen zu beachten, um mögliche Beschädigungen des Energiewandlers zu vermeiden. Des Weiteren ist ein Verspannen des Energiewandlers im Einbau ist zu vermeiden. Die beweglichen Teile dürfen nicht geklemmt oder in ihrer Bewegung behindert werden. Die spezifizierte Lebensdauer und Energieausbeute sind nur gewährleistet, wenn der exakte Betätigungspunkt beachtet wird. Alle wichtigen Informationen können der technischen Spezifikation entnommen werden.

Die kompakte und kleine Bauform einerseits und die große Energieausbaute andererseits zeichnen den ZF Energiegenerator aus. Dadurch wird sowohl der Einbau in industriellen Schalterapplikationen möglich, als auch die Integration in Anwendung aus der Gebäudeautomatisierung