T8 - Low Power Sensorknoten mit photovoltaischer Energieversorgung zur funkbasierten Prozessüberwachung beim Gewinden

 Wettbewerbsfähige Fertigungsprozesse erfordern insbesondere vor dem Hintergrund von Industrie 4.0 eine optimale Ausnutzung von Maschinen und Werkzeugen sowie eine frühzeitige Fehlererkennung und Qualitätssicherung durch applikationsspezifische Überwachungssysteme. Derzeit genutzte Systeme verwenden zur kabellosen Daten- und Energieübertragung meist induktive Kopplungen oder aktive Funksysteme (868 MHz bzw. 2,45 GHz) in Kombination mit einem Akku. Keines dieser Systeme erfüllt simultan die industriellen Anforderungen wie kleine Abmessungen, hohe Datenrate (mind. 16 kbit/s) und Übertragungsreichweite (mind. 0,5m), Einsatzzeiten von mindestens 12 Stunden, weltweite Funkzulassung und robuste Integration.

Einen Ansatz zur Lösung der Laufzeitprobleme bei akkugespeisten Systemen bei gleichzeitiger Verbesserung der Datenübertragungsperformance bietet das im Teilprojekt L2 des SFB 653 für nicht-rotierende Werkstücke entwickelte Prinzip eines über Solarzellen versorgten 24 GHz-Kommunikationssystems. Der im Werkstück verbaute Sensor-Transponder arbeitet in einem lizenzfreien ISM-Frequenzband und nutzt eine über Rückstreumodulation realisierte Funkverbindung mit einem Schreib- / Lesegerät (Reader), wodurch transponderseitig der Energiebedarf für die Datenübertragung auf ein Minimum reduziert werden kann. Durch die im Transponder integrierten Solarzellen in Verbindung mit einer externen Lichtquelle kann der Sensorknoten zudem unabhängig von den vorherrschenden Lichtverhältnissen betrieben werden.

Bild 1: Low Power Sensorsystem zur Übertragung von Daten von einem rotierenden Werkzeughalter

Das Ziel des Transferprojektes besteht darin, das Grundlagenwissen aus dem Teilprojekt L2 für rotierende Anwendungen mit Drehzahlen bis 20000 U/min weiterzuentwickeln und einen Prototyp für einen Low Power Sensorknoten mit photovoltaischer Energieversorgung zur funkbasierten Prozessüberwachung beim Gewinden sowie ein industrietaugliches Schreib- / Lesegerät zu entwickeln. Um einen robusten Betrieb sicherzustellen, erfordert dies zudem ein erweitertes Kommunikationsprotokoll, das optional auch den parallelen Betrieb von mindestens vier Sensorknoten ermöglichen soll. Um einen robusten Betrieb auch unter Einsatz von Kühlschmiermittel und Öl zu ermöglichen, wird ferner untersucht, wie die einzelnen Komponenten geschützt werden können, ohne die optische Versorgung zu beeinträchtigen.

TRANSFERPROJEKTLEITER

Dr.-Ing. Bernd Geck
Institut für Hochfrequenztechnik und Funksysteme
Dr.-Ing. Bernd Geck
Institut für Hochfrequenztechnik und Funksysteme