Energieautarke Sensoren fürs Flugzeug

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 sollen Sensoren in der Flugzeughülle solche Schäden frühzeitig aufspüren und die Wartung und Reparatur vereinfachen. Die 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.

EADS Innovation Works leitet das Entwicklungskonsortium. Um die Energieversorgung der Sensoren kümmern sich Forscher des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg. »Wir verwenden thermoelektrische Generatoren, die die Micropelt GmbH zusammen mit uns entwickelt, und adaptieren sie so, dass sie effizient arbeiten«, sagt Dr. 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. 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 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.