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Montag, 23.10.2017
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Sensoren: Temperaturdifferenzen als Stromquelle

Energie-autarke Sensoren überwachen Außenhaut von Flugzeugen

Mehr Sicherheit für Flugzeuge: Künftig könnten spezielle Sensoren in der Außenhaut des Fliegers deren Zustand kontinuierlich überwachen – und dies autark, ganz ohne Stromversorgung. Denn ihre Energie schöpfen die neuen Sensoren aus der großen Temperaturdifferenz zwischen Umgebung und Innenraum.
In die Außenhaut integrierte Sensoren

In die Außenhaut integrierte Sensoren

Fliegt ein Vogel gegen ein Flugzeug, hat das oft nicht nur für das gefiederte Lebewesen fatale Folgen: Der Aufprall kann die Struktur des Flugzeugrumpfs verformen – es können Spannungen im Material und später Risse entstehen. Künftig jedoch könnten Sensoren in der Flugzeughülle solche Schäden frühzeitig aufspüren und die Wartung und Reparatur vereinfachen. Entdecken sie Beulen oder Risse, funken sie dies an eine Überwachungseinheit.

Die vom Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) in Freiburg gemeinsam mit EADS Innovation Works entwickelten Sensoren sind leicht – Kabel und Batterien brauchen sie nicht. Die nötige Energie gewinnen sie aus dem Temperaturunterschied zwischen der Umgebung mit etwa minus 20 bis minus 50 Grad Celsius und der Passagierkabine mit etwa plus 20 Grad Celsius. Da man keine Batterien wechseln muss, lassen sich die Sensoren auch an unzugänglichen Stellen anbringen.

Strom aus Temperaturgefälle


„Wir verwenden thermoelektrische Generatoren, die die Micropelt GmbH zusammen mit uns entwickelt, und adaptieren sie so, dass sie effizient arbeiten“, erklärt Dirk Ebling, Wissenschaftler am IPM. Thermoelektrische Stoffe sind Halbleiter, bei denen ein Temperaturunterschied eine elektrische Spannung hervorruft. Schaltet man viele thermoelektrische Elemente hintereinander, reicht die Energie, um kleine Sensoren zu versorgen –, sowie für eine Funkeinrichtung, die die Ergebnisse der Messungen an eine zentrale Einheit sendet.


„Zudem optimieren wir den Wärmefluss“, nennt der Forscher eine weitere Aufgabe. Wie koppelt man den thermoelektrischen Generator so an die warme und kalte Seite an, dass genügend Wärme durch ihn transportiert wird? Um dies zu testen, haben die Wissenschaftler eine Klimakammer eingerichtet, in der das Temperaturprofil des Flugzeugrumpfs nachempfunden ist.

Vom Prototyp zu vielfältigen Anwendungen


Erste optimierte Prototypen existieren bereits. In etwa drei Jahren soll ein Prototyp des gesamten Systems, Sensor, thermoelektrischer Generator, Energiespeicher, Ladeelektronik und Funkmodul, entwickelt sein – damit könnte das System in eine Serienfertigung gehen.

Die Anwendungen für solche energieautarke Sensoren sind zahlreich: Im Auto könnten sie dabei helfen, Gewicht zu sparen, denn schwere Kabelzuleitungen sind überflüssig. Auch bei der Überwachung von Altbauten sind die Sensoren hilfreich: Sie lassen sich einfach an die Wände kleben, wo sie dann beispielsweise die Feuchtigkeit messen. Selbst im medizinischen Bereich sind sie denkbar: So könnten Sportler etwa ihren Puls über ein in das T-Shirt integriertes Sensorsystem messen oder Hörgeräte ihre Energie aus der Körperwärme beziehen.
(Fraunhofer Gesellschaft, 07.10.2009 - NPO)
 
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