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Intelligente Sensorik und Übertragungstechnik: Die Stuttgarter FraunhoferTechnologie-Entwicklungsgruppe TEG entwickelt energieautarke Systeme
Kleinste Kraftwerke
für neue Nanowelten
Die Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe TEG hat ein
Kompetenzteam „Energieeffiziente Systeme“ eingerichtet, um für kommende
Entwicklungsaufgaben auf diesem hoch innovativen Gebiet gerüstet zu sein.
Mit einer „intelligenten Kaffekanne“, die völlig energieautark ihre jeweiligen
Füllstände an die Küche funkt, zeigen die Stuttgarter Fraunhofer TEGIngenieure unter anderem auch, wie bestehende und künftige Nanosysteme
intelligent mit Energie versorgt werden können.
„Wir können uns hohe Energieeinsparungen mit kleinen und kleinsten
Systemen vorstellen. Sperrige, schwere und ineffiziente Energiespeicher wie
herkömmliche Batterien werden mehr und mehr überflüssig“, erklärt Dipl.-Ing.
Ivica Kolaric, Leiter der Abteilung Prozessengineering Funktioneller
Materialien bei der TEG und definiert das Ganze als die „Integration kleinster
elektronischer Komponenten in energieeffiziente Systeme“. Für diese etwas
sperrige Bezeichnung haben die TEG-Ingenieure eine sehr anschauliche
Anwendung parat: eine auf den ersten Blick handelsübliche Kaffeekanne. Die
TEG-Kanne gehört allerdings zu den intelligenteren ihrer Art, denn in die
Praxis umgesetzt, wüsste das Küchenpersonal z. B. während einer Tagung
immer exakt, an welchem Tisch frischer Kaffe fehlt. Die Kanne selbst meldet
per Funkübertragung „bald leer“ oder „Kaffee zu kalt“. Die Technik, die
dahinter steckt ist allerdings alles andere als kalter Kaffee, sondern eine neu
entwickelte, hochsensible Sensorik, die völlig energieunabhängig arbeitet. Die
elektrische Energie für ein LCD-Display und das Funkmodul bezieht die
Kanne ohne Batterie direkt aus der Temperaturdifferenz zwischen Inhalt und
Umgebungstemperatur. Fraunhofer-Mitarbeiter Dr. Friedemann Tonner: „Die
Energieaufbereitung ist bereits ab einer Temperaturdifferenz von drei Grad
Kelvin möglich. Dabei generiert ein geeigneter Thermowandler die elektrische
Energie aus dem Wärmefluss.“ Zu dem autarken System gehören außerdem
ein Sensor mit Energiemanagement, ein Low-Power-Mikrocontroller zur
Auswertung der Signale und ein Funkmodul zur Kommunikation. Das
Besondere dabei ist laut Friedemann Tonner das so genannte Energy
Harvesting: „Die notwendige Schaltung, um aus der minimalen Spannung des
Thermowandlers eine verwendbare Spannung zu bekommen, wurde eigens
an der TEG entwickelt.“ Neben der Energie aus Wärme könnten auch andere
Energiequellen wie Licht oder Vibrationen herangezogen werden, was das
Einsatzspektrum energieautarker Systeme nochmals erweitert.
Dass sich diese kleinen autarken Kraftwerke bestens als Energiespender für
noch kleinere Systeme anbieten, liegt auf der Hand. Da trifft es sich gut, dass
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in Kolarics Prozessengineering-Abteilung das zweite beherrschende Thema
ultrakleine Nanosysteme sind. Hier haben die TEG-Forscher in jüngster
Vergangenheit erstaunliche Durchbrüche erzielen können. So gibt es
Aktuatoren auf Basis kleinster Carbon Nanotubes (CNT). Und inzwischen ist
es den Stuttgarter Ingenieuren auch gelungen, die Nano-Kohlenstoffröhrchen
in Composit-Werkstoffe einzubauen, um damit Scheiben- oder Sitzheizungen
im Automobil zu realisieren – ohne Drähte, allein durch die in der
Beschichtung mitverarbeiteten CNTs. In Koproduktion mit den
energiesparenden Sensoriksystemen eröffnen sich hier völlig neue Visionen.
Und zwar nicht nur für die Automotive-Industrie, die sich durch den ständig
steigenden Energiebedarf für Komfort-, Sicherheits- und Kontrollfeatures
einerseits sowie durch die Forderung nach Energieeinsparung andererseits
längst in der Zwickmühle befindet.
Die Fraunhofer-Entwickler zeigen mit ihrem Kaffekannen-Beispiel aber auch,
dass sich dieses Prinzip für unzählige industrielle Prozesse einsetzen ließe:
„Im Industriekontext sind Kraft, Druck, Geschwindigkeit, Temperatur
interessante Messgrößen. An schwer zugänglichen Stellen oder bei
beweglichen Maschinenteilen ist unsere energieautarke Sensorik und
Übertragungstechnik schlichtweg konkurrenzlos“, ist Ivica Kolaric überzeugt,
nennt aber auch noch andere Applikationsmöglichkeiten, z.B. in der
Ventiltechnik, bei pneumatischen Systemen oder auch im FacilityManagement: „Die neue Art der Mikro-Sensorik ist überall dort –
energieunabhängig – einsetzbar, wo Prozesse gesteuert oder überwacht
werden müssen.“
Weitere Informationen und Kontakt:
Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe TEG
Herr Dipl.-Ing. Ivica Kolaric, Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart,
Tel.: (0711) 970-37 29, Fax: (0711) 970-95 35 00
E-Mail: [email protected]