Entwicklung und Aufbau eines autarken Funkmoduls zum Betrieb von Sensoren auf rotierenden Horizontal-Achsen-Systemen mittels Energy-Harvesting

Inhaltsverzeichnis

• Zusammenfassung / Abstract
• Einleitung & Motivation
• Ziele in der Anwendung
• Ziele dieser Arbeit
• Energy-Harvesting - Warum gerade jetzt?
• Einschränkungen
• Energy-Harvesting im Überblick / Stand der Technik
• Grundlagen, Klassifizierung und Definitionen
• Anforderungen an Generator und Wandler für Energy-Harvesting
• Mechanische Quellen und Generatoren
• Nicht-mechanische Quellen und Generatoren
• Elektrische Wandlerschaltung
• Energiespeicher
• Exkurs: Primär-Batterien - die Alternative
• Datenverarbeitung und Übertragung bei niedrigem Energiebedarf
• Forschungsaktivitäten und Anbieter
• Entwurf und Entwicklung
• Energy-Harvesting im Getriebe einer Windkraftanlage
• Entwicklung: Induktiver Generator
• Entwicklung: Wandlerschaltung
• Entwicklung: Spannungsüberwachter Speicher
• Entwicklung: Datenverarbeitung und –Übertragung
• Anwendungsfall: Körperschall
• Lebensdauerbetrachtung
• Prototypen, Simulationen & Tests
• Generator
• AC/DC Wandlerschaltung

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines autarken Funkmoduls, das mithilfe von Energy-Harvesting Sensoren auf rotierenden Horizontal-Achsen-Systemen betreiben kann. Die Arbeit untersucht die Herausforderungen der Energiegewinnung aus mechanischen Schwingungen und den Aufbau einer autarken Stromversorgung für Sensoren. Dabei werden unterschiedliche Energieerzeugungs- und -Speicherungskonzepte betrachtet, um die Anforderungen an eine zuverlässige und effiziente Energieversorgung zu erfüllen.

• Energy-Harvesting-Technologien
• Entwicklung eines induktiven Generators
• Entwurf einer effizienten AC/DC-Wandlerschaltung
• Integration von Energiespeicher und Datenübertragung
• Bewertung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit

Zusammenfassung der Kapitel

Die Einleitung stellt die Motivation und Zielsetzung der Arbeit vor. Sie erläutert den Hintergrund des Themenfeldes Energy-Harvesting und die Bedeutung der Entwicklung autarker Sensoren. Anschließend werden die Ziele und Einschränkungen der Arbeit beschrieben.

Kapitel 3 bietet einen umfassenden Überblick über den Stand der Technik im Bereich Energy-Harvesting. Es werden die Grundlagen, Klassifizierung und Definitionen verschiedener Energiegewinnungstechnologien diskutiert. Zudem werden Anforderungen an Generator und Wandler für Energy-Harvesting-Anwendungen sowie unterschiedliche mechanische und nicht-mechanische Energiequellen beleuchtet. Das Kapitel behandelt auch wichtige Aspekte wie elektrische Wandlerschaltungen, Energiespeicher, Datenverarbeitung und Übertragung bei niedrigem Energiebedarf sowie relevante Forschungsaktivitäten und Anbieter.

Kapitel 4 beschreibt die Entwicklung des autarken Funkmoduls. Es wird der Einsatzort im Getriebe einer Windkraftanlage sowie die Entwicklung eines induktiven Generators, einer Wandlerschaltung, eines spannungsüberwachten Speichers und der Datenverarbeitung und -übertragung detailliert dargestellt. Zudem werden Anwendungsfälle und die Lebensdauerbetrachtung des Systems behandelt.

In Kapitel 5 werden die Prototypen, Simulationen und Tests des entwickelten Systems vorgestellt. Es werden die Ergebnisse der Generator-, Wandler- und Gesamtsystemtests präsentiert und diskutiert. Die Schlussfolgerungen und der Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten runden die Arbeit ab.

Schlüsselwörter

Energy-Harvesting, Autarkes Funkmodul, Sensoren, Rotierende Systeme, Induktiver Generator, AC/DC Wandler, Spannungsüberwachter Speicher, Datenverarbeitung, Übertragung, Lebensdauer, Zuverlässigkeit, Simulation, Prototypen, Tests, Windkraftanlage, Körperschall