Energy Harvesting: Wenn der Fenstergriff energieautark funkt

Seit 2008 entwickelt ZF am Prinzip des elektromechanischen Energy Harvesting. Zusammen mit Hoppe hat man jetzt einen Fenstergriff entwickelt, der energieautark funkt.

Smart Home ist beliebt und die Zahlen sollen in den nächsten Jahren weiter steigen. Doch neben weit verbreiteten Anwendungen wie Licht ist für jemanden, der sich Komponenten für ein Smart Home installiert, die Sicherheit ein wichtiges Argument. Dazu gehören vernetze Komponenten für Jalousien, Türen und Fenster.

Allein über die Stellung des Fenster- oder Türgriffs lässt sich beispielsweise die Heizung steuern. Einen energieautarken Funkschalter hat Hoppe in seine Griffe integriert. Die Technik dahinter hat ZF entwickelt. Der Griff erzeugt bei der Drehbewegung zum Öffnen oder Schließen des Fensters ausreichend Energie, um ein Funksignal auf Basis des EnOcean-Funkprotokolls zu versenden. Die Stellung des Fenstergriffs wird anschließend zuverlässig an eine Steuerzentrale gemeldet, welche daraufhin weitere Befehle ausführt.

Energy Harvesting im Smart Home

Herzstück des Fenstergriffs ist ein Modul bestehend aus monostabilen Generator und Sende-Leiterplatte. Außerdem ist er in bistabiler Form erhältlich. Daneben umfasst das Sortiment von ZF noch Funkmodule, Wipp- und Schnappschalter für die Industrieautomation sowie Schaltmodule mit unterschiedlichen Protokollversionen für die Gebäudeautomation. Der Generator basiert auf dem induktiven Prinzip. Dabei wird die benötigte Funkenergie ausschließlich über die mechanische Betätigung des Griffs durch den verbauten Funkschalter erzeugt. Die Datenübertragung erfolgt kabellos über Funk auf Basis des EnOcean-Funkprotokolls.

ZF sieht im Energy Harvesting Potenzial. Im Prinzip geht es hier um Energierückgewinnung: Wärmeunterschiede, Vibrationen, Luftströmungen, Radiowellen – alles Energielieferanten und damit viele Möglichkeiten Energie zu gewinnen, um beispielsweise schwer zugängliche Sensoren autark zu machen. Die Nachfrage nach Anwendungen mit Energy Harvesting steigt aufgrund der technischen Reife und des immer größeren Angebots. In der Gebäudeautomation und im Smart Home sind diese inzwischen weit verbreitet.

Energy Harvesting bei ZF seit 2008

Im Jahr 2008 begann ZF mit der Entwicklung von Energy Harvesting: Basierend auf dem Prinzip des elektromechanischen Energy Harvestings entwickelte ZF vor einigen Jahren den monostabilen Generator, der nur per Tastendruck ausreichend Energie zur Übertragung von Funktelegrammen erzeugt und somit ohne Batterien und Kabel auskommt. Darauf folgten die Entwicklung eines bistabilen Generators sowie verschiedener gehäuster Varianten.

Dazu Jana Pilhofer von ZF: „Zu Beginn der Entwicklungen lag der Fokus vor allem auf Entwicklungen mit ZF proprietärem Funkprotokoll. Inzwischen liefert ZF das weltweit erste energieautarke KNX-RF-Schaltmodul in Serie. Mit der Umsetzung der Funkstandards Bluetooth LE (Low Energy) und ZigBee Green Power werden die Einsatzmöglichkeiten noch weiter steigen.“

Warum nicht batteriebetriebene Anwendungen?

Betrachtet man rein die Kosten für Komponenten, sind batteriebetriebene Lösungen in der Erstanschaffung oft noch günstiger als energieautarke Lösungen. Hier ist es jedoch wichtig, die Systemkosten über die Lebensdauer zu betrachten. Bei energieautarken Entwicklungen entfallen Batteriewechsel und damit die regelmäßige Wartung/Kontrolle. Funksysteme können zudem Vorteile im Rahmen der Energieeinsparung bringen. „Zusammen mit unserem Partner ON Semiconductor arbeiten wir aktuell an serienreifen Lösungen für Bluetooth Low Energy und ZigBee Green Power. Darüber hinaus fokussieren wir uns auf Kundenprojekte für verschiedene Applikationen“, sagt Jana Pilhofer abschließend.

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