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Batterielose Funktechnik für Cyber-Physical Systems

 

Im Zukunftsfeld »Industrie 4.0« übernehmen Cyber-Physical Systems das funktionale Geschehen im Internet der Dinge. Experten wie der Produktionswissenschaftler Prof. Dr. Detlef Zühlke kündigten eine Autarkie der CPS an, die dazu führen würde, dass die Feldbussysteme in der Produktionswelt entbehrlich werden. Hierzu könnte die batterielose Funktechnik EnOcean einen wesentlichen Beitrag leisten.

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Grafiken: enocean

Cyber-Physical Systems (CPS) oder in der migrierten Form Cyber-Physical Production Systems (CPPS) sind in der Fabrik der Zukunft die eigentlichen Akteure des Shopfloor-Bereichs. Diese mit Intelligenz (Mikrocomputer mit Software) und IT ausgestatteten Systeme müssen, um im Internet der Dinge untereinander in Beziehung treten zu können, möglichst Energie-autark sein. Dies erfordert die Berücksichtigung einer neuen Technik im Produktionsumfeld. Damit ist eine Reihe von Herausforderungen verbunden:

• Systeme mit der Technologie Harvesting Energy müssten produktionssicher sein oder werden. Diese die Anforderungen sichernde Informationen sind bisher nicht bekannt.

• Die funktionale Sicherheit in automatisierten Produktionssystemen müsste auch die Technologie der Harvesting Energy aufnehmen und hinreichend begründen.

• Die funkbasierten Kommunikationstechniken müssten ebenfalls hinsichtlich ihrer Echtzeitfähigkeit, der Sicherheit und der voll umfänglichen Funktionsfähigkeit qualifiziert werden.

Die Entwicklung der EnOcean-Technologie ging von Deutschland aus und wurde vom gleichnamigen Unternehmen federführend betrieben. Auf den großen Fachmessen (Light&Building, ISH) werden diese Einsatzmöglichkeiten im Rahmen von Gemeinschaftsständen sowie von vielen Unternehmen präsentiert. Seit dem Frühjahr 2012 ist die EnOcean-Technologie auch Internationaler Standard. Die in der ISO/IEC 14543-3-10 spezifizierte Technik ist zudem der einzige zurzeit verfügbare Funkstandard mit besonders niedrigem Energieverbrauch und Energy Harvesting. Während die höchste Reichweite der IEEE 802.15.4 Funktechniken bei 100 m im Freifeld liegt, bietet die EnOcean-Technologie eine Reichweite von 300 m im Freifeld. Aber damit nicht genug, denn das Unternehmen EnOcean kündigte zuletzt eine Entwicklung an, bei der die Reichweite auf 3 km ausgedehnt wird. Hierzu bieten sich Anwendungen außerhalb von Gebäuden an.

Kerntechnik der EnOcean-Technologie bleibt der robuste Kinetik-Wandler, der Bewegungsenergie in elektrische Energie wandelt. Kinetische Energie gibt es zur Genüge, heißt es von EnOcean, denn Bewegung ist überall vorhanden, beim Öffnen von Fenstern, Türen, der Bewegung von Maschinen oder deren Vibrationen. Für die nahe Zukunft ist ein neuartiger Wandler angekündigt, der die Energie von strömenden Flüssigkeiten und Gasen wandeln soll. Diese Wandler sollen Daten von Messgeräten übertragen und damit in Millionen von Geraten die Batterien ersetzen. Übrigens reduziert der Entfall von Batterien den Serviceaufwand erheblich.

Die EnOcean-Technologie der batterielosen Funktechnik bietet den CPS die Möglichkeit, Energie-autark die vorgesehenen und implementierten Funktionen durchzuführen. Damit gewinnt das Internet der Dinge völlig neue Dimensionen. Aber die eingangs angeführten Fragen müssen auch im Fall der EnOcean-Technologie zunächst zufriedenstellend  beantwortet werden.

Wolfgang Klinker

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