Effizient und zuverlässig 12.01.2015, 06:55 Uhr

Funkchip mit Solarschicht überwacht Fenster

Ein winziger Chip im Fensterrahmen montiert, kann künftig Hausbewohner daran erinnern, gekippte oder ganz geöffnete Fenster noch zu schließen, bevor sie das Haus verlassen. Außerdem bietet er einen zuverlässigen Einbruchschutz bei geschlossenen Fenstern. Der Chip ist mit einer Solarzelle beschichtet und versorgt sich daher selbständig mit Energie. 

Uups, wie ist denn im Sommer dieser junge Elchbulle in das Verwaltungsgebäude von Siemens in Dresden gekommen? Vermutlich durch ein offenes Fenster. An ungebetene Gäste dieser Art haben die Fraunhofer Forscher sicher nicht gedacht, die einen Chip mit integrierter Solarschicht entwickelt haben, der sämtliche Fenster eines Hauses überwachen kann. Wohl aber an gemeine Einbrecher.

Uups, wie ist denn im Sommer dieser junge Elchbulle in das Verwaltungsgebäude von Siemens in Dresden gekommen? Vermutlich durch ein offenes Fenster. An ungebetene Gäste dieser Art haben die Fraunhofer Forscher sicher nicht gedacht, die einen Chip mit integrierter Solarschicht entwickelt haben, der sämtliche Fenster eines Hauses überwachen kann. Wohl aber an gemeine Einbrecher.

Foto: Arno Burgi/dpa

Versehentlich offen gebliebene Fenster können bald der Vergangenheit angehören. Denn der von den Fraunhofer Forschern Dr. Gerd vom Bögel und Dr. Andreas Goehlich entwickelte Chip mit integrierter Solarschicht überwacht sämtliche Fenster eines Hauses. Unnötig hohe Heizkosten besonders im Winter, wenn die Heizung bei geöffnetem Fenster auf Hochtouren läuft, werden so vermieden. Per Funk sendet der Chip ein Signal an die Basisstation und informiert so den Bewohner.

Außerdem wird die Einbruchgefahr gesenkt. Denn die im Chip eingebauten Magnet- und Beschleunigungssensoren erkennen genau, ob beispielsweise mit einem Stemmeisen versucht wird gewaltsam einzudringen oder etwa nur ein Ball gegen die Scheibe donnert. Registriert der Sensor einen Einbruchsversuch meldet das System diesen innerhalb von nur einer Zehntelsekunde.

Genauso schmal wie die Isolierglasscheibe dick ist

Diese Überwachungsaufgaben schafft ein nur zehn Millimeter und damit fingernagelgroßer Funkchip, den die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg entwickelt haben. Eingesetzt wird der Chip zwischen die Glasscheiben auf das dort vorhandene Aluminiumprofil eines Fensters, welches für den Abstand der Scheiben sorgt.

Ohne Kabel und Batterien

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Den Entwicklern ist es gelungen, eine Solarzelle direkt auf die Chip-Oberfläche zu setzen. Eine besondere Herausforderung stellte dabei die durch verschiedene Leiterbahnen überzogene unebene Oberfläche dar. „Wir mussten deshalb einen Weg finden, um die Oberflächen vor der Beschichtung mit der Solarzelle wie ein Straßenprofil aufzufüllen und zu ebnen“, erklärte vom Bögel.

Der im Fensterrahmen angebrachte Chip versorgt sich selbst mit Energie.

Der im Fensterrahmen angebrachte Chip versorgt sich selbst mit Energie.

Quelle: Fraunhofer IMS

Bisher mussten Sensoren über Kabel mit der Alarmzentrale des Haus verbunden werden oder aber batteriebetriebene Funksensoren wurden eingesetzt. Aufgrund des hohen Wartungsaufwandes durch den ständigen Batteriewechsel ist hierbei keine zuverlässige Kontrolle möglich.

Extrem sparsam und geringe Produktionskosten

Jetzt versorgt sich der Chip selbst mit Energie und kann Strom für 30 Stunden Dunkelheit speichern. Künftig soll die Speicherkapazität sogar erweitert werden, sodass bis zu zwei Wochen Dunkelheit überbrückt werden können.

„Wir haben jedes mögliche Mikro-Ampere herausgeholt“, sagt vom Bögel. Die minimale Größe von Prozessor und Chip machen den Funkchip so extrem sparsam. Die Schaltungen verbrauchen wenig Energie und die Funkprotokolle sind sehr kurz gehalten. Außerdem kann sich der Sensor jederzeit in einen Ruhemodus schalten und je nach Einstellung in regelmäßigen Abständen Messungen vornehmen.

Die Produktionskosten für die Sensorchips sind sehr gering. Denn die Solarschicht wird direkt im Anschluss an die Herstellung der Chips aufgebracht. „Es sind nur einige zusätzliche Produktionsschritte nötig, sodass eine Fertigung auch in hohen Stückzahlen möglich ist“, erklärt vom Bögel.

Den Anstoß für die Entwicklung des Solarchips bekamen der Elektrotechniker vom Bögel und der Physiker Goehlich von der israelischen Firma SOLCHIP, die vor zwei Jahren nach Solarzellen auf Chips anfragte. SOLCHIP plant mit den neuartigen Solarchips den Straßenverkehr sowie die Klimabedingungen zu überwachen. Dabei denkt das Unternehmen auch an den Einsatz in Weinstöcken.

Die Fraunhofer-Forscher zeigen ihre Neuentwicklung vom 19. bis 24. Januar 2015 auf der Messe Bau in München in Halle C2, Stand 119.

 

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