Nominee 2000

Autarke Funksensoren

Autarke Funksensoren: Eine neue Generation von Sensoren, die keine externe Energieversorgung mehr benötigt

Dipl.-Phys. Wolf-Eckhart Bulst
Siemens AG, München

Dipl.-Phys. Wolf-Eckhart Bulst

Sensoren sind die Sinnesorgane der Elektronik. Ihr Manko: Sie verbrauchen kostbaren Strom. Wie lässt sich den sensiblen Bauteilen der Appetit auf elektrische Energie nehmen?

Der Siemens-Forscher Wolf-Eckhart Bulst und sein Team haben sich dafür etwa völlig Neues ausgedacht: einen Sensor, der sich per Funk meldet, wenn er eine Veränderung bemerkt - und die dafür erforderliche Energie aus dem gemeldeten Ereignis bezieht. Wolf-Eckart Bulst leitet bei dem Münchner Technologiekonzern das Fachzentrum Oberflächenwellentechnik und Hochfrequenzsysteme.

Der Saft kommt aus dem Netz oder per Funk

Sensoren sind die Augen und Ohren der Elektronik. Millionenfach verbergen sie sich in zahlreichen Dingen des Alltags: zum Beispiel in Feuermeldern, in den Airbags im Auto und im Thermostat der Heizungsanlage. Die meisten dieser Sensoren sind fest mit dem Stromnetz verbunden: Die Energie für ihren Betrieb erhalten sie über die elektrische Anschlussleitung.

Daneben gibt es seit einiger Zeit fernabfragbare Sensoren - etwa Oberflächenwellensensoren, um Fahrzeuge zu identifizieren, die Temperatur des Motors zu messen oder den Reifendruck zu bestimmen. Auch in Fernbedienungen, Lichtschaltern oder Notruftasten lassen sich solche Sensoren einsetzen. Die Energie schickt ihnen ein Hochfrequenzsender per Funk.

Feuerzeugtechnik liefert Strom für den Sensor

Das Kernstück des von den Forschern bei Siemens entwickelten neuen Sensors sind piezo- oder pyroelektrische Materialien. Sie reagieren auf eine Änderung von Druck oder Temperatur. Ein bekanntes Beispiel für eine Anwendung des piezoelektrischen Effekts sind Feuerzeuge, die damit zünden, sowie Bewegungsmelder zum Einschalten der Beleuchtung. Jede Veränderung erzeugt bei einem piezo- oder pyroelektrischen Werkstoff eine elektrische Spannung. Überschreitet sie einen bestimmten Wert, kommt es zu einem elektrischen Durchschlag. Die dabei erzeugte Energie wird an einen Oberflächenwellensensor geleitet, der eine Information über das registrierte Ereignis - zum Beispiel die Überhitzung eines Bauteils - über eine Funkantenne an einen Empfänger übermittelt. Der Sensor prägt der Funkwelle dazu sowohl seinen Identifikationscode als auch die Messinformation auf. Das so modulierte Funksignal wird aufgefangen und ausgewertet - der ganze Vorgang dauert nur ein paar Millionstel Sekunden.

Bisher schafften es die Forscher aus München, mit einfachen Antennen Reichweiten von etwa 20 Metern zu überbrücken. Durch verbesserte Sensoren und Antennen sollten über 100 Meter Reichweite möglich sein. Ein Pluspunkt der neuartigen, autarken Sensoren ist ihre Umweltfreundlichkeit: Sie sparen nicht nur Energie, sondern auch Material für Leitungen und Batterien - und sie haben eine lange Lebensdauer.

Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.

Das Projekt "Autarke Funksensoren" wurde von der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring vorgeschlagen.

Weitere Details

Lebensläufe

Dipl.-Phys. Wolf-Eckhart Bulst

Dipl.-Phys. Wolf-Eckhart Bulst

11.2.1945
geboren in Görlitz, Sachsen
1962 – 1965
Berufsausbildung mit Abitur im Uhren- und Maschinenkombinat Ruhla/Thüringen
1965
Abitur und Gesellenbrief als Maschinenbauer
1965 – 1970
Studium der Physik an der Technischen Universität Dresden
1970
Diplom
1970 – 1971
FuE-Ingenieur im Uhren- und Maschinenkombinat Ruhla/Thüringen
1973
FuE-Ingenieur in der Zentralabteilung Technikder Siemens AG München
1980 – 1984
Laborleiter für Oberflächenwellentechnik
1984 – 1988
Leiter der Fachgruppe für Oberflächenwellentechnik
seit 1988
Leiter des Fachzentrums für Oberflächenwellentechnik und Hochfrequenzsysteme

Ehrungen:

1977
Preis der Nachrichtentechnischen Gesellschaft (NTG)

Kontakt

Projektsprecher:

Dipl.-Phys. Wolf-Eckhart Bulst
Siemens AG
Zentralabteilung Technik
ZT MS 1
81730 München
Tel.: +49 (0) 89 / 63 65 29 99
Fax: +49 (0) 89 / 63 64 53 96
E-Mail: wolf-eckhart.bulst@mchp.siemens.de

Pressekontakt:

Dr. Hartmut Runge
Pressereferat
Forschung und Technik (UKPZT)
81730 München
Tel.: +49 (0) 89 / 63 64 90 30
Fax: +49 (0) 89 / 63 64 92 20
E-Mail: hartmut.runge@uk.siemens.de

 

Beschreibung der Institute und Unternehmen zu ihren nominierten Projekten

Die Siemens-Forscher in München-Perlach haben sich etwas ganz Neues ausgedacht: einen Sensor, der sich per Funk selbst meldet, und zwar nur dann, wenn sich etwas geändert hat. Die für das Funksignal erforderliche Energie bezieht der Sensor dabei aus dem gemeldeten Ereignis selbst.

Die Anwendungsvielfalt solcher Sensoren, die weder Batterien noch Stromleitungen brauchen, ist beinahe unerschöpflich: Klingel, Notruf, Fernbedienung, Alarm, Lichtschalter, Türöffner, Überwachung von Türen, Fenstern, Jalousien, Schließfächern, Gas- und Wasserzählern, Außen- und Innenthermometer, Temperaturüberwachung von Heizkörpern, Kühlgut, Kochgut, Autoreifen usw.. Ähnlich vielfältige Anwendungen sind in den Feldern Energie und Industrie, Gebäudetechnik, Reise und Verkehr sowie Umwelt möglich.

Sensoren sind die Sinnesorgane der Elektronik. Wir alle werden täglich von festangeschlossenen Messfühlern geschützt, z. B. von Feuermeldern oder dem Sensor für den Airbagauslöser. Normalerweise werden sie über die Anschlussleitung mit Energie versorgt.

Seit einiger Zeit gibt es auch fernabfragbare Sensoren, etwa Oberflächenwellensensoren zur Fahrzeugidentifikation oder zur Messung von Temperatur und Druck. Die notwendige Energie wird diesen Sensoren von einem Hochfrequenzsender zugeführt.

Kernstück des bei Siemens entwickelten neuen Sensors sind piezo- oder pyroelektrische Materialien, die auf Druck oder Temperaturänderung reagieren. Ein bekanntes Beispiel hierfür sind piezoelektrisch gezündete Feuerzeuge oder Bewegungsmelder zum Lichtschalten. Bei jeder Änderung wird beim piezo-/pyro-elektrischen Material eine Spannung erzeugt. Beim Überschreiten eines bestimmten Spannungswertes kommt es zu einem elektrischen Durchschlag. Die beim Durchschlag erzeugte Energie wird einem Oberflächenwellensensor zugeführt. Dieser Oberflächenwellensensor prägt der hochfrequenten Welle sowohl seinen Identifikationscode als auch die Messinformation auf. Das so modulierte Funksignal wird über eine Antenne abgestrahlt und von einem Empfänger aufgefangen und ausgewertet. Der ganze Vorgang dauert nur ein paar Millionstel Sekunden.

Jeder Sensor meldet sich also spontan mit seinem Code und übermittelt damit das Ereignis sowie eventuell gewünschte Messdaten. Bisher wurden mit einfachen Antennen Reichweiten von 20 Metern erzielt. Verbesserte Sensoren und Antennen lassen mehr als 100 Meter Reichweite erwarten.

Hervorzuheben ist die besondere Umweltfreundlichkeit dieser „autarken Funksensoren“: Sie benötigen keinerlei Hilfsenergie, sparen Leitungen und Batterien, senden nur ereignisgesteuert und haben eine lange Lebensdauer.

Informationen und Kontakt zum Deutschen Zukunftspreis unter:

E-Mail: info@deutscher-zukunftspreis.de
Internet: www.deutscher-zukunftspreis.de

Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.

Das Projekt „Autarke Funksensoren“ wurde von der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring vorgeschlagen.

Nominiert 2000 · TEAM 3