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Forschung und Entwicklung

KIT: Mikro-Energieversorgung ohne Batterie und Kabel

Kraftwerke so klein wie Zuckerwürfel, die für Zuhause genauso geeignet sind wie für die Industrie: Thermoelektrische Generatoren (TEG) wandeln selbst geringe Temperaturunterschiede in der Umgebung in elektrische Energie um.

Die otego GmbH, eine Ausgründung aus dem KIT Karlsruher Institut für Technologie, hat ein solches Elektronikbauteil jetzt erstmals im indust-riellen Maßstab für den Markt entwickelt: Den „oTEG“ stellen die Entwickler vom 23. bis 27. April 2018 auf der Hannover Messe vor. Das Team von otego macht TEG durch neuartige Materialien und großindustrielle Produktionsverfahren massenmarkttauglich, die Produktion einer Prototypenserie soll noch in diesem Jahr starten. Der innovative Energieumwandler „oTEG“ verspricht zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Industrie 4.0 und Smart Home. Ähnlich wie Solarzellen Licht in elektrische Energie umwandeln, können TEG Strom aus der Umgebungswärme gewinnen und damit eine kontinuierliche Versorgung gewährleisten. So lassen sich nach Aussage von Frederick Lessmann, einer der Unternehmensgründer, verschiedenste Sensoren, Auswerteelektronik und Funkanbindungen batterielos betreiben: Von einfachen Produkten wie einem drahtlos kommunizierenden Datentracker bis hin zu verteilten Sensorknoten in Industrieanlagen und künftig auch elektronischen Thermostaten an Heizkörpern.

Polymermaterialien machen den oTEG mechanisch flexibel und unempfindlich gegenüber Stößen und Vibrationen, weshalb er über längere Zeit ohne Wartung eingesetzt werden kann. Außerdem kommt er ohne Schwermetalle aus und schont damit wichtige Ressourcen. Das Umwandeln von Energie aus Umgebungswärme ermöglicht der Seebeck-Effekt: Herrscht innerhalb eines thermoelektrischen Halbleitermaterials ein Temperaturgefälle, wird darin eine elektrische Spannung aufgebaut. Kombiniert man ein weiteres Halbleitermaterial mit möglichst gegensätzlichem Spannungsverhalten, kann das Potential dieses „Thermopaares“ als Spannungsquelle für kleine Verbraucher genutzt werden. Im oTEG sind tausende dieser Thermopaare in Reihe geschaltet. Die erzeugte Spannung liegt im einstelligen Volt-Bereich und reicht aus, um Mikroelektronik-Schaltungen zu versorgen. Die Besonderheit der oTEGs liegt im selbstentwickelten Produktionsverfahren: Die elektrischen Leiterbahnen werden auf extrem dünne Kunststofffolien gedruckt – das geht in etwa so schnell wie beim Zeitungsdruck. Die bedruckten Folien werden anschließend mithilfe der speziellen automatisierten Origami-Faltung in eine kompakte Form gebracht.

In der zweiten Jahreshälfte 2018 will otego eine Prototypenserie produzieren, um mit Unternehmenspartnern konkrete Produktanwendungen zu realisieren. Dem Start up geht es nicht nur darum, die Generatoren in bestehende Systeme zu integrieren, sondern auch neue Wege zu beschreiten. Während bislang Batteriespeicher oder Versorgungskabel nicht wegzudenken waren, ermöglichen die autarken und wartungsfreien oTEGs ganz neue Herangehensweisen für Produkte.