Mehr Energie mit weniger Batterien

Das HSG-IMIT kann auf 17 Jahre Erfahrung in der Mikrostrukturierung und Mikrosystemtechnik zurückblicken. Ziel im Bereich der Energieautonomen Systeme ist es, Sensoren und Aktoren von der externen Stromversorgung durch Batterien oder Netzspeisung langfristig immer unabhängiger zu machen. Schließlich haben Batterien lediglich eine begrenzte Betriebsdauer, sind nur befristet einsetzbar, führen zu Wartungskosten und sind aufwendig in der Entsorgung.

Ein Lösungsansatz dafür liegt im Energy-Harvesting, dem Ernten von Energie aus der Umwelt mit Kombinationen aus kapazitiven, induktiven, piezoelektrischen, thermoelektrischen Mikrogeneratoren, Photovoltaik und Bio-Brennstoffzellen.

Das HSG-IMIT hat daher das Projekt „Energie Effiziente Autonome System“ initiiert: Ziel des Vorhabens ist es, Energiesysteme für die Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik zu entwickeln, die voll autonom sind, über eine unbegrenzte Betriebszeit verfügen, keine Wartung erfordern und dabei einfach zu installieren sind.

Mit dem nichtresonanten Vibrationsgenerator für Energieautonome Systeme präsentiert das HSG-IMIT ein vollkommen neues Prinzip. Dieses Konzept ermöglicht erstmals, für große Frequenzbereiche effektiv elektrische Leistung zu generieren. Damit erschließt sich eine Vielzahl von Anwendungen erstmals auch dort, wo die exakten Vibrationsfrequenzen nicht bekannt sind oder sich die Vibration mit der Zeit verändert. Dies ist beispielsweise bei Motoren mit sich verändernder Drehzahl der Fall.

Die miniaturisierten Vibrationsgeneratoren sind in der Lage, kinetische Energie in Form von Vibration in elektrische Energie umzuwandeln. Wenn die Generatoren in „Wireless Sensor und Aktor Netzwerke“ eingesetzt werden, sollen damit endliche Energiespeicher wie etwa Batterien und Akkumulatroen ersetzt werden. Der Vorteil ist, dass damit theoretisch eine unbegrenzte Lebensdauer möglich wird und eine Wartung – wie etwa ein Batteriewechsel oder das Aufladen eines Akkumulators – nicht mehr notwendig ist.

Die Idee des miniaturisierten Vibrationsgenerators basiert darauf, eine lineare Bewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln. Vibriert ein rotatorisch gelagertes Pendel, dann ensteht unter bestimmten Umständen eine Drehbewegung, die induktiv in elektrische Energie umgewandelt wird. Da das Gesamtsystem ohne Federelement auskommt, funktioniert dieser Effekt für nahezu alle Frequenzen. Wird das System mikro-miniaturisiert, so ergeben sich weitere Vorteile: die Energie aus höheren Schwingungsmodi kann ebenfalls konvertiert werden und die Wandlung niederer Frequenzen mit einem Mikrosystem ist möglich.

Das vom HSG-IMIT zum Patent angemeldete Verfahren wurde mit dem „Best-Poster-Award“ auf dem Power-MEMS-Kongress 2005 in Tokio ausgezeichnet. Das Design der Prototypen wird weiter optimiert. Dabei liegt der wichtigste Entwicklungsschritt in der rotatorischen Lagerung der Unwucht.

Pressekontakt
Moritz Faller, Leiter Marketing/PR Hahn-Schickard-Gesellschaft
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