Energy Harvesting

Batterielose Funktechnik senkt Produktionskosten in der Industrie

| Autor / Redakteur: Frank Schmidt / Reinhold Schäfer

Der Energiewandler macht sich das Energy-Harvesting-Prinzip zunutze: Denn ob in der Bewegung von Türen, Fenstern oder Maschinenteilen, dem Betätigen von Klinken oder Schaltern oder der Vibration von Motoren – mechanische Energie findet sich überall. Dank Energy Harvesting lassen sich diese meist ungenutzten Energiequellen für die Stromversorgung elektronischer Geräte erschließen.

Um eine möglichst große Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten zu gewährleisten, muss ein Energiewandler bestimmte Eigenschaften erfüllen. So spielen außer einem hohen Wirkungsgrad, der eine effiziente Nutzung kleiner Kräfte und Bewegungen ermöglicht, vor allem eine lange Lebensdauer, eine kleine Bauform sowie niedrige Kosten eine wichtige Rolle.

Optimierte Energieausnutzung bei maximaler Zyklenanzahl

Der ECO 200 erfüllt genau diese unterschiedlichen Anforderungen. Ein kleiner, aber sehr starker Magnet treibt einen magnetischen Fluss durch zwei magnetisch leitende Ankerbleche, dieser schließt sich in einem U-förmigen Kern, um den eine Induktionsspule gewickelt ist (Bild 1). Die magnetisch wirksamen Teile halten eine federnde Klammer und einen Kunststoffrahmen in Position (Bild 2). Der durch die Spule führende U-förmige Kern ist beweglich: Er kann zwei Positionen einnehmen, bei denen er die entsprechenden, ihm gegenüberliegenden Ankerbleche berührt.

In jeder Endstellung ist dann der magnetische Fluss im U-förmigen Kern entgegengesetzt gerichtet. Diese Konstruktion liefert eine maximale magnetische Flussänderung durch die Spule mit einer minimalen Bewegung des Kerns – und damit eine hohe Effizienz. Zudem ist die Energieabgabe unabhängig von der Geschwindigkeit der Betätigung. Dafür sorgt ein mechanischer Energiespeicher in Form einer Blattfeder, die die Schnittstelle zur Betätigung des ECO 200 bildet. Wird die Blattfeder zunehmend verbogen, speichert sie so lange mechanische Energie, bis die magnetischen Selbsthaltungskräfte den U-förmigen Kern nicht mehr in seiner Position halten können. Übersteigen die Federkräfte die Selbsthaltekraft in Höhe von etwa 3,5 N, klappt der durch die Feder beschleunigte Kern in seine zweite Position und in der Induktionsspule wird ein Spannungspuls erzeugt.

Geschwindigkeit des Umklappens bestimmt die Energiemenge

Die Geschwindigkeit des Umklappens bestimmt dabei wesentlich die Energiemenge, die der Spule entnommen werden kann. Sie bleibt aber dennoch konstant, weil die Feder den U-förmigen Kern stets ähnlich beschleunigt, unabhängig davon, wie schnell sie gespannt wurde. So liefert jede Betätigung einen kleinen elektrischen Impuls, der sofort für den kurzzeitigen Betrieb elektronischer Schaltungen genutzt werden kann.

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