GED mit Meilensteinen auf der MEDICA 2023

GED auf der MEDICA 2023

Bahnbrechendes IoT SensorNode Baukastensystem und Partnerschaft mit dem Foliensensorhersteller accsensors

Auf der MEDICA 2023 in Düsseldorf enthüllte GED neueste Entwicklungen im Bereich der Sensortechnik. Zwei Highlights waren das revolutionär kleine und leistungsstarke SensorNode Baukastensystem für MIoT, das Mobile Internet of Things, und „Digital Health“  sowie das GED eigene Medizinprodukt, das Biofeedbacksystem EQUIVert zur Schwindeltherapie.

Intelligente Multisensorik – flexibel auf kleinstem Raum

Das SensorNode Baukastensystem von GED ist eine vielseitige, intelligente Multisensor-Plattform. Sie bietet Entwicklern im Bereich Life Science, Medizintechnik, Bio Tech eine flexible Lösung zur schnellen Integration modernster Sensoren und intelligenter Auswerteelektronik mit integrierter KI.

Ein aktuelles Beispiel ist die Entwicklung des Fraunhofer Instituts ITEM und der Firma AC Aircontrols GmbH eines neuartigen Beatmungsfilters mit integriertem Viren- und Bakterienfilter. Er benötigt fünf verschiedene Sensoren und nutzt den SensorNode von GED als Hardwareplattform für die komplette Sensorik. Mit kleinen Anpassungen der Softwaretreiber für den CO2-Sensor war der Demonstrator mithilfe des SensorNode Baukastens innerhalb von nur zwei Monaten lauffähig. In der Kombination mit den Möglichkeiten des 3D-Drucks für das Gehäuses gelang so ein sehr schnelles „Time to Market“ auch bei einer komplexen Sensoranwendung.

 

Innovativer Beatmungsfilter mit fünf Sensoren
Innovativer Beatmungsfilter mit fünf Sensoren

 

Die elektronische Basis dafür bildet der GED SensorNode mit Steckmodulen, die nicht größer als ein Stück Zucker sind (16 x 18 mm). Damit ist der SensorNode äußerst kompakt und kann selbst in engsten Bauräumen eingesetzt werden, also möglichst direkt an der Messstelle. Dieses Miniatur-Sensorsystem bietet eine breite Palette an Funktionen, darunter Gyro- und Beschleunigungssensoren, Akustik- und optische Sensoren sowie Kraft- und Drucksensoren mit 16 oder 24 bit Auflösung. Das neueste Messmodul für amperometrische, voltametrische und Impedanzmessungen erweitert die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten für elektrochemische und Impedanzmessungen. Für den Datenaustausch sind BLE 5.0 sowie Drahtschnittstellen USB, SPE u. a. vorhanden.

Bild SensorNode mit 5 Sensoren neben 2-Cent-Münze

Die Module können nach Bedarf einfach zusammengesteckt werden und konfigurieren sich selbstständig über Plug & Play. Die dazu gehörige Embedded Software ermöglicht eine leistungsstarke, programmierbare Multisensor-Datenvorverarbeitung durch die integrierten Daten-Filter und einen einstellbaren Ablaufautomaten. Über die PC Software SensorHost kann der Sensorknoten sehr einfach konfiguriert und eingestellt werden. Die zugehörige App eröffnet dabei völlig neue Möglichkeiten, um ganze Geschäftsmodelle mit dem intelligenten SensorNode abzubilden.

Das „KI on the Edge“-Framework AIfES® (Artifical Intelligence for Embedded Systems, Fraunhofer IMS) erweitert die Funktionalität des SensorNode durch die Integration von Funktionen für Künstliche Intelligenz und Machine Learning, die lokal auf dem 32bit SensorNode Mikrocontroller laufen. Diese flexible Plattform eröffnet neue Möglichkeiten für Regressions- und Klassifizierungsaufgaben.

 

Innovationen auf Folien

Bild Foliensensor

Direkt neben dem GED Messestand präsentierte der GED Kooperationspartner accsensors auf der MEDICA sein umfangreiches Portfolio an hochmodernen Foliensensoren. Neben den klassischen kundenspezifischen Foliensensoren bietet accensors ganz neu die SMD-Sensorsticker (SMD, surface-mounted device) die man von der Rolle im SMD-Automaten auf einen Träger, z. B. eine Folie, aufkleben kann.

Mit einer kompakten Größe von 5,6 x 7,6 mm messen sie Parameter wie pH-Wert, Temperatur, Kraft sowie chemische und bioelektrische Größen. Die Foliensensoren sind vielseitig einsetzbar und finden Anwendung in Bereichen wie der Medizintechnik, Biotechnologie und Lebensmittelindustrie. Sie sind sowohl für Smartpatches im Gesundheitswesen einsetzbar, als auch in Laboranwendungen und in der Lebensmittelindustrie.

Kompetenz und Service à la GED

Für viel Aufmerksamkeit sorgte neben der vorgestellten Technik auch der Vortrag des GED Entwicklungsleiters Frank Ueberschar auf dem Podium des MEDICA-Landesgemeinschaftsstands NRW. Ueberschar zeigte die Komplexität der Medizinproduktentwicklung auf und lieferte Beispiele für die Herausforderungen dabei durch die erhöhten Anforderungen für die Zulassung gemäß der neuen Medical Device Regulation (MDR). Das Vortrags-Video finden Sie hier auf YouTube .

Ob in der Medizintechnik oder in anderen Anwendungsbereichen, der Service von GED umfasst ein dreistufiges Entwicklungsangebot:

1.      Evaluierung der Messaufgabe mit dem SensorNode

2.      Entwicklung eines Demonstrators mit dem SensorNode

3.      Entwicklung eines Serienproduktes mit dem SensorNode oder auch einer angepassten Bauform

Alle drei Stufen können Kunden einzeln oder im Komplettpaket beauftragen. Kundenspezifische Anpassungen von PC-Oberflächen und der App sind natürlich möglich.

 

Die MEDICA 2023 als weltweit größte medizinische B2B-Fachmesse mit ihren 80.000 Besuchern war für uns eine inspirierende und bereichernde Erfahrung. Wir bedanken uns herzlich bei allen MEDICA-Gästen, die unseren Stand besucht und sich mit uns über die Zukunft der Sensor- und Medizintechnik ausgetauscht haben!

 

Weitere Informationen zu diesem innovativen Baukastensystem finden Sie auf der GED-Webseite, zum Beispiel hier und hier, und auf der accsensors-Webseite .

Mehr zum GED SensorNode und zu EQUIVert erfahren Sie in unserem Info-Flyer zur MEDICA.

Sensorfizierung – Produkte einfach intelligent machen

GED und accensors Baukasten-Plattform

Ein neuartiges, multimodales Baukastensystem aus Sensoren und intelligenter Auswerteelektronik mit integrierter KI ermöglicht jetzt eine schnellere und effizientere Sensofizierung und Produktrealisierung, speziell für die Märkte LifeScience, Medizintechnik und BioTech.

Die Karriere eines Entwicklers oder einer Entwicklerin wird meist schon in jungen Jahren geprägt. Zum Geburtstag oder zu Weihnachten gibt es die ersten Baukästen, mit denen spielerisch das Zusammenbauen der ersten Modelle von Gebäuden oder Fahrzeugen erlernt wird. Später im Beruf am Schreibtisch steht man vor der Herausforderung für Produkte mit zunehmender Komplexität möglichst schnell optimale Lösungen zu finden, die – insbesondere auch für neue Anwendungen wie im Internet of Things (IoT) – mehrere verschiedene Sensorelemente und eine autarke Energieversorgung benötigen.

Hier kommen die Partner accensors und GED Gesellschaft für Elektronik und Design mit ihren bahnbrechenden neuen Entwicklungen ins Spiel. Gemeinsam wurde das Know-how aus der langjährigen Zusammenarbeit mit Forschungsinstituten und ihren eigenen Erfahrungen vereint, um Entwicklern eine Baukastenlösung anzubieten, die eine Integration von Sensoren und Auswerteeinheiten mit entsprechender Energieversorgung erheblich erleichtert.

Die Idee: Ähnlich wie die Hersteller der Baukästen, die unsere Kindheit geprägt haben, setzen accensors und GED auf ein multimodales Baukastensystem. Dieses System besteht aus einzelnen Sensoren sowie Elektronik- und Softwaremodulen, die sich individuell zusammenfügen lassen, um kundenspezifische Sensorsysteme und Auswerteeinheiten zu realisieren. Das Ergebnis ist eine schnelle, kosteneffiziente Lösung für die Herausforderungen der Sensorintegration in Industrie-4.0-Anwendungen für die Entwicklung von Cyber-physischen Systemen (CPS) mit einem deutlich schnelleren „Time to Market“.

accensors SMD Foliensensoren: Innovative Sensoren, einfach wie Sticker

Die sensorische Komponente dieses Systems bilden die hochmodernen SMD-Foliensensoren von accensors. Diese Sensoren ermöglichen es, präzise Messungen durchzuführen, indem sie wie Sticker einfach aufgeklebt werden. Mit einer Größe von nur 7,60 mm x 5,60 mm und einer aktiven Messfläche von Ø 2,5 mm bieten sie eine bemerkenswerte Leistung auf kleinstem Raum. Diese Sensoren sind ready-to-use und können problemlos an verschiedenen Kontaktierungspunkten angebracht werden, um eine Vielzahl von Parametern wie pH-Wert, Temperatur, chemische- und bioelektrische Größen zu messen. Dank additiv hergestellter Sensortechnologie ermöglicht accensors eine einfache Massenproduktion, welches die Verfügbarkeit und Skalierbarkeit der Sensoren erhöhen. Die Flexibilität dieser Sensoren macht Messungen auch abseits von starren PCBs möglich, was ihre Anwendbarkeit in verschiedenen Branchen wie der Medizintechnik, Biotechnologie und Lebensmittelindustrie erweitert.

 

Grafik: Der Baukasten: Intelligente Sensoren mit “KI on the Edge“
Baukasten mit vier Modulen: Intelligente Sensoren mit “KI on the Edge“

 

GED SensorNode: Konfigurierbares Sensor-Modulsystem

GED ergänzt mit dem SensorNode Hard- und Software Baukasten die Möglichkeit für die einfache Konfiguration eines miniaturisierten leistungsstarken Multi-Sensorsystems. Mit Steckmodulen, die nicht größer wie ein Stück Würfelzucker sind (16x 18 mm), ist der GED-SensorNode äußerst kompakt und kann selbst in engsten Bauraumverhältnissen eingesetzt werden. Dank integriertem Bluetooth-Funk, Akku sowie optionalem Energy Harvesting sind keine Kabel notwendig. Neben dem Controller- und Energiemodul stehen weitere Module mit

Bild: GED SensorNode Host-Software zur Konfiguration und zur Datenvisualisierung auf dem PC
GED SensorNode Host-Software zur Konfiguration und zur Datenvisualisierung auf dem PC

MEMS-Sensoren zur Verfügung, wie Gyro- und Beschleunigungssensor, akustische- und optische Sensoren, Kraft- und Drucksensoren, die ein  breites Spektrum an hochintegrierter Sensorfunktionalität abdecken. Das neueste Modul ist das Messmodul für die amperometrische-voltametrische Messung und Impedanzmessung, welches auf einem hochintegrierten ASIC-Baustein basiert. Für die Echtzeitübertragung auch in rauer Umgebung stehen Module mit Drahtschnittstellen für I2C, USB und das neue Single Pair Ethernet (SPE) zur Verfügung. Die Module können nach Bedarf zusammengesteckt werden und konfigurieren sich selbstständig über Plug & Play.

Der zugehörige dritte Baukasten für die Softwaremodule besteht aus der Embedded Software mit Konfigurierbarkeit des Sensor-Frontends über die Draht- oder die BLE-Schnittstelle. Mit der „SN-App“ können Multi-Sensorwerte sowie Alarmierungen per Smartphone oder Tablett direkt an den Bediener übermittelt werden. Für die lokale Bedienung und Datenanzeige dient die SN-Hostsoftware, die auf dem PC läuft. Die Embedded Software des SensorNode verfügt über eine leistungsstarke, programmierbare Multisensor-Datenvorverarbeitung sowie zuschaltbare spezielle Datenfilter. Mit diesen innovativen Funktionen lasen sich die Datenmengen im Netz und auf den Servern erheblich reduzieren. Das bietet auch eine optimale Basis bei multisensorische Anwendungen für „Predictive Maintenance“.

„KI on the Edge“ Framework

Mit dem vierten Baukastenmodul „AIfES“ können Funktionen für die Künstliche Intelligenz und dem Machine Learning  programmiert werden, die lokal auf dem 32bit SensorNode Mikrocontroller laufen. Die Basis ist ein Feedforward Neural Network (FNN), welches in nahezu allen Parametern konfigurierbar ist und auch tiefe Netzstrukturen ermöglicht. Das Künstliche Neuronale Netz (KNN) wird nur mit einer Hauptfunktion konfiguriert und berechnet. Regressions- und Klassifizierungsaufgaben sind möglich. Der Netzaufbau kann an die aktuelle technische Aufgabe angepasst werden. AIfES steht für „Artificial Intelligence for Embedded Systems“, ein AI-Framework vom Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS, und wurde im Rahmen des BMBF-Forschungsprojekts KiNo gemeinsam vom IMS und GED auf den Mikrocontroller des SensorNode portiert.

Übersicht der Ki:

Sensofizierung Bild4

 

-Anzahl der Inputs und Outputs sind frei definierbar

-Anzahl der Hidden-Layer und der Neuronen pro Layer sind frei definierbar.

-Unterschiedliche Aktivierungsfunktionen mit Zusatzparametern: Sigmoid, Softsign, ReLU, PReLU, Softmax

 

 

Partner für die Zukunft der Sensorfizierung

Die Partnerschaft zwischen accensors und GED ermöglicht es Entwicklerinnen und Entwicklern jetzt, hochpräzise Sensoren und innovative Mess-, Auswertungs- und Datentransferelektronik schnell und kostengünstig zu konfigurieren. GED bietet umfassende Unterstützung bei der Anpassung des SensorNode an kundenspezifische Anforderungen. Dieses Baukastensystem eröffnet eine aufregende Zukunft für die Sensorimplementierung, in der Kreativität und Technologie miteinander verschmelzen. Die Idee der Spielzeug-Baukästen ist nun mit der Technologie verbunden, um eine Welt mit intelligenteren, sensorgestützten Produkten in kürzester Zeit zu realisieren.

Weiter Informationen zu accensors finden Sie hier.

Dieser Artikel ist im Dezember 2023 in der Fachzeitschrift „Markt und Technik“ erschienen. Den Originalartikel finden Sie hier zum Download.

Ausgeklügelte Lösung im Miniformat: GED SensorNode Systembaukasten

Ausgeklügelte Lösung im Miniformat: Systembaukasten GED SensorNode 

Eine schnelle und individuelle Entwicklung von „intelligenten Multisensoren“ für cyberphysische Systeme im Internet of Things (IoT) ist jetzt mit dem Baukastensystem „GED SensorNode“ möglich. GED hat in den letzten vier Jahren zusammen mit Partnern wie Fraunhofer IZM, TU Berlin, oder Schaeffler diese Lösung entwickelt, die neue Maßstäbe im Bereich der IoT-Sensorik für die Industrie 4.0 setzt.  

Der Baukasten für Sensorknoten von IoT-Industrieanwendungen ermöglicht eine multifunktionale und raumsparende individuelle Konfiguration von Funktionen und Bauform. In das miniaturisierte und hochintegrierte Messsystem lassen sich mehrere Sensoren, zum Beispiel für Temperatur und Luftfeuchtigkeit, sowie DMS-Kraftsensoren integrieren. Der leistungsstarke ARM3-Mikrocontroller mit integriertem Bluetooth-Funk (BLE) übernimmt die Sensorsteuerung und eine Sensordatenvorverarbeitung. Das integrierbare Energy Harvesting erfolgt z. B. über eine Solarzelle oder via induktiver Übertragung. Weitere Methoden sind adaptierbar und bereits in der intelligenten Powersteuerung vorbereitet.

Bild: Konzept des IoT-SensorNode von GED
Konzept des GED SensorNode

 

Durch Einsatz des 3D-Drucks lassen sich jetzt „smarte Multisensor-Lösungen“ in freier Formgebung realisieren. Dabei können Sensoren, Energy Harvesting und ein Akku inklusive der gesamten Elektronik und der Antenne in einem Gehäuse mit sehr kleinen Bauraumabmessungen integriert werden. Die komplette Elektronik für den Smart-Sensor ist auf Fingernagelgröße (20 x17 mm) miniaturisiert.

Freie Bauform durch Freiformkonzept

Bild: GED IoT-MultisensorNode mit Gehäuse in nur 40 x 20mm Baugröße
GED SensorNode mit Gehäuse in nur 40 x 20mm Baugröße

Ein großer Vorteil des GED SensorNode liegt darin, dass die Bauform an die Einbaubedingungen flexibel anpassbar ist. Da die Sensorelektronik eine sehr kleine Baugröße hat und keine Kabel für die Datenübertragung bzw. die Energieversorgung benötigt, lässt sich der preisgünstige Sensor optimal in der Maschine oder Anlage montieren. Durch ein Freiformkonzept lassen sich Kunststoffgehäuse kundenspezifisch umsetzen. Natürlich sind auch Metallgehäuse möglich, wie im Bild für einen Sensor für Backenfutter von Drehmaschinen, mit Kraftmessung und Drehzahlmessung.

Neue Einsatzgebiete

Neue Einsatzgebiete für die IoT-Sensorik liegen beispielsweise im Bereich des „Predictive Maintenance“. Hier überwachen Sensoren zeitgleich einen Verschleiß, so dass sich die Wartung effizient an den tatsächlichen Verschleiß anpassen lässt. Damit werden zum einen Maschinenstillstandzeiten erheblich reduziert sowie zum anderen unnötige, vorzeitige Wartungen erspart. Für die statistische Betrachtung von Verlaufsdaten sind bereits Filter im GED SensorNode implementiert, die etwa mittels Medianfilter oder Mittelwertbildung Funktionen bieten, die damit eine einfache Überwachung von Veränderungen ermöglichen.

Bild: Messdaten des DMS-Kraftsensors aus dem ADC mit und ohne Filterung (von oben nach unten: Median, Mittelwert, Rohdaten)
Messdaten des DMS-Kraftsensors aus dem ADC mit und ohne Filterung (von oben nach unten: Median, Mittelwert, Rohdaten)

Intelligente Multisensorik

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit der multisensorischen Datenauswertung, die im Software-Konzept von GED ebenfalls implementiert ist. So ermöglichen zum Beispiel der Temperaturwert und der Frequenzwert eine Ableitung des Verschleißes von Lagern. Der GED IoT- SensorNode kann also durch den integrierten µController bereits Steuerungsfunktionen übernehmen. Das bedeutet: Es werden nicht mehrere einzelne Sensoren benötigt, deren Daten dann eine Recheneinheit mit Analogeingängen zur Umsetzung der Sensorsignale (SPS) auswertet. Dies übernimmt stattdessen eigenständig der „intelligente Multisensor“ in einem extrem kleinen Gehäuse zu sehr günstigen Kosten.

Oberfläche zur Konfiguration des GED SensorNode per BLE-Notifications

GED hat für die Konfiguration des Sensorknotens eigens eine Oberfläche programmiert, über die Anwender den Sensor sehr komfortabel konfigurieren können. Vom PC oder zukünftig auch Smartphone aus lassen sich die integrierten Sensoren via Bluetooth in sehr weitem Maß einstellen. So können Parameter wie die Genauigkeit bzw. Auflösung, die Anzahl der Messung je Zeiteinheit, Schwellen- und Alarmwerte und v. a. m. in einem Sensorprofil hinterlegt werden. Somit können Nutzer den Sensorknoten jederzeit energetisch optimal frei konfigurieren, um das Antwortverhalten möglichst ideal an die jeweilige Anwendung anzupassen. Die Konfiguration wird im nicht-flüchtigen Speicher des Sensorknotens gespeichert.

 

Bild: Konfiguration des Sensorknotens und Anzeige von Messdaten, hier des Kraftmess-Sensors, des Beschleunigungs-Sensors sowie der Temperatur im Sensorknoten.
Konfiguration des Sensorknotens und Anzeige von Messdaten, hier des Kraftmess-Sensors, des Beschleunigungs-Sensors sowie der Temperatur im Sensorknoten.

 

Über die sogenannten „BLE-Notifications“ kann das autarke Senden von neu eingetroffenen Messwerten als Datagramm aktiviert werden. Außerdem ist der Echtzeit-Export von Messdaten in eine CSV-Logdatei möglich.

Die Vorteile liegen auf der Hand:

•       Keine unnötigen Abfragen durch den Host/Gateway

•       Erhöhung des maximal möglichen Datendurchsatzes

•       Senkung des Energiebedarfs

GED bietet auf Basis des Baukastens den kompletten Service für die Entwicklung von Form- und Leistungs-angepassten IoT-Sensorknoten an.

Für die drei Funktionsebenen stehen fertige Schaltungsmodule zur Verfügung, mit der Möglichkeit unterschiedlichste Sensoren zu implementieren:

a.       Sensor Frontend

b.       Mikrocontroller und BLE-Funk

c.       Powering und Energy Harvesting

Ein Modul mit einem hochauflösenden ADC ermöglicht zum Beispiel die Implementierung von mehreren PT100 oder PT1000 Temperatursensoren oder Drucksensoren. Ein anderes Sensormodul hat einen kombinierte Kraftmesssensor für DMS-Brücken und einen Beschleunigungssensor. Eine Besonderheit: Die Verarbeitung der Signale der Dehnungsmessstreifen erfolgt in einem ASIC über ein spezielles Zeitmessverfahren (TDC), dass eine Auflösung von 24 Bit ermöglicht. Natürlich lassen sich auch digitale Sensoren per SPI- oder I2C-Bus integrieren.

Bild: IoT-Sensorknoten mit Funk und Energy-Harvesting-Schaltung, der zusammengefaltet die Größe eines Fingernagels aufweist (15 x 20mm)
IoT-Sensorknoten mit Funk und Energy-Harvesting-Schaltung, der zusammengefaltet die Größe eines Fingernagels aufweist (15 x 20mm)

 

Die Möglichkeiten, wie sich die Elektronik in kundenspezifische Bauformen integrieren lässt, werden in einem späteren Beitrag erklärt.

Ihr Ansprechpartner für den Service der GED IoT-SensorNodes ist GED-Geschäftsführer Hanno Platz.

 

 

Möchten Sie mehr wissen, haben Sie Fragen? Gern informieren wir Sie persönlich über den GED IoT-SensorNode!

Energy-Harvesting-Lösungen für die Sensorik

Energy-Harvesting Lösungen für die Sensorik

Bahnbrechende Entwicklungen für neue Anwendungen und Produkte

Als Energy-Harvesting (wörtlich „Energie-Ernten“) bezeichnet man die Gewinnung kleiner Mengen elektrischer Energie aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen für mobile Geräte mit geringer Leistung. Die dafür eingesetzten Strukturen werden auch als Nanogenerator bezeichnet. Der Vorteil von Energy-Harvesting: Man vermeidet bei drahtlosen Anwendungen die Einschränkungen durch kabelgebundene Stromversorgung oder Batterien. Energy-Harvesting kommt damit eine wachsende Bedeutung für die Energieversorgung von Miniaturgeräten zu, etwa in der Sensorik und bei anderen mobilen Lösungen, aber auch im Bereich Wearable Electronics.

GED hat im Rahmen der vom BMBF geförderten Forschungsprojekte „FreiForm“ und „HySeP“ spezielle Hardware-Konzepte für Smart-Sensor-Systeme entwickelt. Sie ermöglichen es, sogenannte cyberphysische Systeme energieautark zu betreiben. Jetzt stehen die ersten beiden Harvesting-Lösungen bereit, um Sensoren in Produktionsmaschinen elektrisch zu versorgen.

Die Funktionen in einem Sensorknoten oder in einer „funktionalen Elektronikeinheit“:

Energyharvesting Funktionen im Sensorknoten
Funktionen im Sensorknoten

 

Herausforderung Energieversorgung

Eine wichtige Funktion im Sensor stellt die Energieversorgung dar. Autarke Sensorsysteme, die ohne jegliche Kabel auskommen und vor allem möglichst wartungsarm funktionieren, benötigen eine optimierte Energiequelle. Rein batteriebetriebene Geräte sind für industrielle Anwendungen zumeist unbrauchbar. Ein Batteriewechsel ist oft nur durch aufwändige Demontage möglich. Daher hat man in den letzten Jahren sogenannte Energy-Harvesting-Techniken erforscht und entwickelt. Potenzielle Energiequellen im Umfeld wie Wärme, Bewegung oder Licht werden genutzt und in elektrischen Strom umgewandelt. Ein Nachteil dieser „Erntemethoden“ liegt allerdings darin, dass mit solchen Verfahren bislang nur einige wenige Mikroampere an Energie erzeugt werden konnten.

Übersicht: Verschiedene Harvesting Lösungen

 

Im Zusammenhang mit der BMBF-Förderinitiative KMU-innovativ hat GED „Freiform“-Energy-Harvesting-Lösungen weiterentwickelt, die verschiedenen Anwendungen und Einbauorten für Industrie-4.0-Anwendungen gerecht werden:

  • Ein Verfahren, das Licht als Energiequelle nutzt, arbeitet mit einer neuen Hochleistungs-Solarzelle. Mithilfe einer speziellen Beschaltung ermöglicht sie den komplett autarken Sensorbetrieb eines Kraft- und Temperatur-Sensorknotens in einer Drehmaschine. In Anwendungen, bei denen kein oder wenig Licht zur Verfügung steht, kann eine künstliche Energiequelle (IR-Strahler) die kontaktlose Energieübertragung ermöglichen.
  • Die zweite Variante zur Energieversorgung basiert auf induktivem Harvesting. Eine Spule im Sensor wird durch einen fest angebrachten Magneten erregt, die erzeugte Energy in einem Akku gespeichert. Diese Lösung eignet sich zum Beispiel für Sensorsysteme in drehenden Bearbeitungsmaschinen.
Grafik Induktives Harvesting für Sensorknoten in rotativen Anwendungen
Induktives Harvesting für Sensorknoten in rotativen Anwendungen

 

Elementar für den energieeffizienten Betrieb der Sensorsysteme sind energieoptimierte Schaltungskonzepte, die an die Betriebsbedingungen flexibel anpassbar sind. GED hat daher mit den Projektpartnern Fraunhofer IZM und TU Berlin Konzepte und Algorithmen entwickelt, die eine Skalierbarkeit des Messbetriebs ermöglichen und die eine eigene Intelligenz zur Energieoptimierung implementiert haben. Damit lassen sich etwa intelligente Servicesensoren (Maintenance Sensors) realisieren, die auf individuell angepasste Grenzwerte oder Schwellwerte reagieren.

Für das Projekt FreiForm hat GED zusammen mit den Projektpartnern einen Sensor-Hardware- und Softwarebaukasten entwickelt, der auf drei Grundmodulen basiert:

  1. AFE Analog Front End mit ADC und Controller für DMS-Signale
  2. µController und Funk, mit Bluetooth-Low-Energy-Technik
  3. Powering für verschiedene Energy-Harvesting-Methoden

 

Grafik Konzept von GED
Konzept von GED

 

Flexible Energy-Harvesting Lösung von GED

Ein Ergebnis der Entwicklungen: GED kann Kunden eine flexible Standardlösung anbieten, wenn sie angepasste Sensorknoten für ihre IoT-Industrieanwendungen benötigen. Das hochintegrierte Messsystem beinhaltet mehrere Sensoren, etwa für Temperatur und Luftfeuchtigkeit, und den Anschluss von zwei DMS-Sensoren, einem ARM3-Mikrocontroller mit Bluetooth-Funk (BLE) sowie dem Powering für eine 3D-Solarzelle in der Größe einer LED. Die komplette Elektronik ist auf Fingernagelgröße (20 x17 mm) miniaturisiert.

Die Lösung zeigt: Smarte Sensor-Anwendungen sind energieautark realisierbar! GED unterstützt Kunden bei der Integration und dem Housing mit besonders kleinen Gehäusebauformen für unterschiedliche Umgebungsbedingungen. Dafür kann GED auf verschiedene Energy-Harvesting-Lösungen zurückgreifen – gegebenenfalls mit einem Akku für die Zwischenspeicherung. Die Lösungen lassen sich inklusive der gesamten Elektronik und der Antenne in einem Gehäuse mit sehr kleinen Bauraumabmessungen integrieren.

Sie möchten Energy-Harvesting Lösungen entwickeln? Sprechen Sie mit uns über Ihre Anforderungen! 

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