Fraunhofer auf der Electronica 09. Nov 2022 Von Elke von Rekowski

5G: Funkmodule energieautark versorgen

Energy Harvesting aus Energiequellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen funktionierte bei Systemen mit höherem Energieverbrauch bislang nicht. Nun haben Forschende einen Weg gefunden, um auch stromhungrigere 5G-Funkmodule auf diesem Weg energieautark zu versorgen.

Sensoren im Gebäude-Condition-Monitoring werden ohne Batterie und Kabel mit Energie versorgt. Schlüssel hierfür ist auch in Produktionsumgebungen 5G-Mobilfunktechnik. Wie das funktioniert, zeigt das Fraunhofer IIS auf der kommenden Fachmesse Electronica (15. bis 18. 11. 2022).
Foto: Kurt Fuchs/ Fraunhofer IIS

Als zentrale Elemente im Internet der Dinge (IoT) sammeln Sensoren Informationen, zum Beispiel über den Zustand einer Maschine oder einer Infrastruktur, verarbeiten sie und geben sie dann weiter. Die dafür benötigte Energie erhalten die Sensoren meist aus Batterien oder via Kabelanbindung. Mit der Entwicklung der Fraunhofer-Forschenden lässt sich aus den Vibrationen an Maschinen, Geräten oder Bauwerken sowie aus Temperaturunterschieden zwischen Rohren, Leitungen oder Ventilen und der Umgebung ausreichend Energie ernten und zum Betrieb dieser Sensoren einsetzen.

„Durch die Versorgung eines Sensorknotens aus Energy-Harvesting-Quellen wird dieser autark von anderen Energielieferanten“, sagt Dr. Peter Spies vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Nürnberg. Das erspare die Kosten für den Energiespeicher, etwa einer Batterie, und der Wartungsaufwand für Batteriewechsel oder kabelgebundene Versorgung und deren Installation entfalle. Die autarken Sensoren lassen sich zum Beispiel bei der Datenerfassung und -übertragung einsetzen, etwa bei der Überwachung von Maschinen oder Gebäuden, aber auch beim Smart Metering.

Produktion: Wenn das Material zum Sensor wird

5G: Versorgungsdaten erfassen und ermitteln

Die Forschenden haben ein NarrowBand-IoT-Modul entwickelt, das in einem 5G-Netz Versorgungsdaten erfasst und übermittelt. Die Module und Sensoren wurden speziell vermessen, um energieautark betrieben werden zu können. Dadurch lassen sich nicht nur sogenannte LPWANs (Low Power Wide Area Networks), sondern auch andere Funksysteme mit höherem Energieverbrauch und weitergehenden Funktionalitäten, zum Beispiel einer bidirektionalen Kommunikation, mit Umgebungsenergie versorgen.

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Modul auf der Electronica zu sehen

Am Beispiel des NarrowBand-IoT-Moduls und eines Mioty-Funksensors zeigen die Wissenschaftler auf der Electronica (15. bis 18.11. in München), wie sich derartige Sensoren unabhängig von Kabel oder Batterie über einen Thermogenerator oder Vibrationswandler betreiben lassen. Ausgestellt wird zudem eine Schraubverbindung, deren Vorspannkraft sich dank energieautarker Sensorik fernüberwachen lässt. Dadurch ließe sich zum Beispiel verhindern, dass Schrauben zum Sicherheitsrisiko für Brücken, Maschinen oder Gebäude werden.

Chip-Zukunft fest im Blick

Electronica mit 2000 Ausstellern

Die Electronica findet erstmals seit vier Jahren wieder als Präsenzveranstaltung statt. Rund 2000 Aussteller wollen auf dem Münchener Messegelände ihre Technologien und Lösungen zeigen. Schwerpunkte der Veranstaltung sollen unter anderem der Wandel hin zu einer All-Electric-Society sowie der Klimaschutz sein. Weitere Themen sind zum Beispiel E-Mobility, Cyber Security, Embedded Systems, Industrial IoT, Sustainability, Smart Energy, Connectivity, KI sowie Sensorik und Messtechnik. Begleitend zur Messe gibt es einen Konferenzteil. Parallel zur Electronica findet außerdem die Mikroelektronikmesse Semicon Europa statt.

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