DE10024035A1 - Komponente - Google Patents
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Abstract
Komponente, insbesondere für ein Getriebe oder einen Motor, wobei eine mitdrehbare und/oder stationäre Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenzen in oder mit der Komponente ausgebildet und/oder integriert ist, und wobei die Antenne derart gestaltet ist, dass das Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz für die Übertragung zur Energie zur Versorgung eines mitdrehbaren Sensors geeignet ist und für die Übertragung von Informationen an eine mit der stationären Antenne elektrisch verbundenen ersten elektronischen Schaltung, und wobei mittels des Sensors aufgenommene Messwerte physikalischer Größen zur Information gehören.
Description
Die Erfindung betrifft eine Komponente, insbesondere für ein Getriebe oder einen Motor, und ein
Verfahren zur Prozesssteuerung oder Diagnose, eine Baureihe von Vorrichtungen, insbesondere
von Getrieben oder Motoren und ein Verfahren zum Fertigen, Vertreiben und Liefern von
Antrieben, umfassend Getriebe, Umrichter und/oder Elektromotoren, für internationale Kunden.
Es sind verschiedene Systeme zur Messung physikalischer Größen bei einer drehbaren Welle
bekannt. Zu den physikalischer Größen zählen beispielhaft die Querkraft und das Drehmoment,
welche auf die drehbare Welle übertragen werden. Unter Querkraft wird in dieser Schrift die zur
Achse der drehbaren Welle radial wirkende Kraftkomponente, also die Radialkraft, verstanden.
Unter drehbarer Welle werden in dieser Schrift, soweit sinnvoll, immer auch in Verallgemeinerung
drehende Teile verstanden.
Gemeinsam ist allen heutigen Systemen, dass sie aufwendig und kostspielig sind. Diejenigen
Systeme, die einen oder mehrere Sensoren auf einer drehbaren Welle aufweisen, benötigen eine
Energieversorgung für den sich mitdrehbaren Teil der Elektronik. Teilweise werden hierfür
Batterien eingesetzt, die nach einer gewissen Betriebszeit ausgetauscht werden müssen und viel
Platz benötigen. Außerdem benötigt der mitdrehbare Teil der Elektronik ebenfalls Platz. Hohe
elektrische und/oder magnetische Felder können zusätzlich den Einsatz erschweren.
Der Erfindung liegt daher bezüglich eines solchen Systems die Aufgabe zugrunde, eine
Komponente, insbesondere für ein Getriebe oder einen Motor, und ein Verfahren zur
Prozesssteuerung weiterzubilden unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile. Insbesondere
soll die Komponente kostengünstig herstellbar sein, das Verfahren zur Prozesssteuerung mit
wenigen zusätzlichen Bauteilen oder weniger Bauteilen auskommen, die Baureihe von
Vorrichtungen, insbesondere Getrieben oder Motoren möglichst kostengünstig ausgeführt sein
und das Verfahren zum Fertigen, Vertreiben und Liefern von Antrieben, umfassend Getriebe,
Umrichter und/oder Elektromotoren, für internationale Kunden möglichst kostengünstig und
kundenfreundlich.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe
- - bei der Komponente, insbesondere für ein Getriebe oder einen Motor, nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und
- - bei dem Verfahren zur Prozesssteuerung nach den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen und
- - bei der Baureihe von Vorrichtungen, insbesondere von Getrieben oder Motoren, nach den in Anspruch 20 angegebenen Merkmalen und
- - bei dem Verfahren zum Fertigen, Vertreiben und Liefern von Antrieben, umfassend Getriebe, Umrichter und/oder Elektromotoren, für internationale Kunden Prozesssteuerung nach den in Anspruch 22 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei der Komponente sind, dass eine mitdrehbare und/oder
stationäre Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz in oder mit der
Komponente ausgebildet und/oder integriert ist, wobei die mitdrehbare Antenne derart gestaltet ist,
dass das Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz zumindest für die Übertragung von
Energie zur Versorgung eines mitdrehbaren, elektrisch mit der mitdrehbaren Antenne
verbundenen Sensors ausführbar ist, und dass die stationäre Antenne derart gestaltet ist, dass
das Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz für die Übertragung von Information
zumindest von einer mit der stationären Antenne elektrisch verbundenen ersten elektronischen
Schaltung ausführbar ist, und wobei mittels des Sensors aufgenommene Messwerte
physikalischer Größen zur Information gehören.
Von Vorteil ist dabei, dass Energie und Information über Messwerte berührungslos übertragbar
sind und die Komponente kostengünstig herstellbar ist. Außerdem ist die Lösung durch das
Kombinieren und Zusammenfassen der Komponente mit der Antenne kompakt und platzsparend.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass der Einsatz der Erfindung ohne oder ohne wesentliche
Änderung oder Umkonstruktion bestehender Bauteile ausführbar ist, da eine oder mehrere
Komponenten der sowieso vorhandenen Baureihe nur durch eine spezielle erfindungsgemäße
Komponente ersetzt werden müssen. Insbesondere ist keine Maßänderung wesentlicher
Komponenten nötig wegen der erwähnten Integration und Kompaktheit.
Darüber hinaus benötigt der mitdrehende Sensor vorteilhafterweise keinen wesentlichen
Energiespeicher, wie Batterie oder dergleichen, da die Energie an ihn mittels der mitdrehbaren
Antenne übertragen wird. Da kein Kontakt, also eine räumliche Trennung, zwischen stationärer
und mitdrehbarer Antenne vorhanden ist, ist die Erfindung auch bei Vorhandensein großer
elektrischer Feldstärken und bei geeigneter Ausführung des Sensors auch bei Vorhandensein
großer magnetischer Feldstärken einsetzbar. Bei geeigneter Ausführung der erfindungsgemäßen
Komponente ist sogar eine spezielle Antenne jeweils verzichtbar, insbesondere ist dies dann der
Fall, wenn ein metallisches Teil von einer isolierenden Schicht oder dergleichen umgeben ist. Ein
weiterer Vorteil ist die durch Luft und/oder die isolierenden Schichten erreichbare
Potentialtrennung.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass an einem Antrieb, umfassend
Getriebe und Motor, mindestens eine physikalische Größe, wie Drehmoment, Querkraft oder
dergleichen, an einem drehbaren Teil, wie Welle oder dergleichen, mittels eines sich mitdrehbaren
Sensors gemessen wird,
wobei der Getriebe und Motor Komponenten umfassen, zu denen mindestens ein Lager, ein Dichtring, ein Sicherungsring und ein Gehäuse gehören und die jeweils aus einem oder mehreren Teilen, insbesondere metallischen und/oder elektrisch isolierenden Teilen, zusammengesetzt sind,
wobei der Getriebe und Motor Komponenten umfassen, zu denen mindestens ein Lager, ein Dichtring, ein Sicherungsring und ein Gehäuse gehören und die jeweils aus einem oder mehreren Teilen, insbesondere metallischen und/oder elektrisch isolierenden Teilen, zusammengesetzt sind,
- - der Sensor berührungslos mit Energie zur Durchführung des Messvorgangs versorgt wird,
- - das Messergebnis als Information berührungslos zumindest vom Sensor an eine stationäre erste elektronische Schaltung mit Antenne übertragen wird,
- - und der Prozess in Abhängigkeit von dieser Messung beeinflusst und/oder gesteuert wird,
- - und mindestens eine Komponente oder ein Teil derselben als Antenne oder zumindest als Teil einer Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz verwendet wird.
Von Vorteil ist dabei ebenfalls, dass Energie und Information über Messwerte berührungslos
übertragbar sind und der Sensor kostengünstig herstellbar ist. Außerdem ist die Lösung durch das
Kombinieren und Zusammenfassen der Komponente mit der Antenne kompakt und platzsparend.
Darüber hinaus benötigt der mitdrehende Sensor keinen wesentlichen Energiespeicher, wie
Batterie oder dergleichen, da die Energie an ihn über die mitdrehbare Antenne übertragen wird.
Da kein Kontakt, also eine räumliche Trennung, zwischen stationärer und mitdrehbarer Antenne
vorhanden ist, ist die Erfindung auch bei Vorhandensein großer elektrischer Feldstärken und bei
geeigneter Ausführung des Sensors auch bei Vorhandensein großer magnetischer Feldstärken
einsetzbar. Bei geeigneter Ausführung der Erfindung ist sogar eine spezielle Antenne jeweils
verzichtbar, insbesondere ist dies dann der Fall, wenn ein metallisches Teil von einer isolierenden
Schicht oder dergleichen umgeben ist. Des Weiteren kommt das Verfahren mit wenigen
zusätzlichen Bauteilen oder weniger Bauteilen aus.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Komponente ist die Komponente ein Lager oder ein
Dichtring. Von Vorteil ist dabei, dass Komponenten, die sowieso vorhanden sind, verwendbar sind.
Außerdem sind diese Komponenten dicht an der drehenden Welle positioniert. Somit ist eine
besonders gute Übertragung und elektromagnetische Ankoppelung der stationären zur
mitdrehbaren Antenne ermöglicht. Außerdem ist durch eine derartige Positionierung der Antenne
entweder ein direkter Zugang zum vom Gehäuse und der Welle gebildeten Innenraum oder
Halbraum den elektromagnetischen Wellen ermöglicht. Dies bedeutet insbesondere, dass keine
Bohrung durchs Gehäuse angesetzt werden muss. Außerdem muss auch nicht eine Antenne
durch einen Gehäusedeckel oder Ähnliches geführt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Dichtring ein Bauteil, wie Zugfeder,
Versteifungsring oder dergleichen, auf, das als Antenne ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei,
dass eine metallische Komponente, die in oder auf einen elektrisch isolierenden Stoff gebettet
oder angeordnet ist, verwendbar ist. Außerdem liegt die Komponente zwischen dem Gehäuse,
das mittels des Dichtrings gegen die Welle abgedichtet wird, und der Welle. Somit werden von der
Antenne abgestrahlte elektromagnetische Wellen in diesem Raumbereich zwischen Gehäuse und
Welle verbreitet. Bei manchen Anwendungen, insbesondere im Fall der Ausführung der Welle als
Zwischenwelle, ist dieser Raumbereich geschlossen, was die Ausbreitung der Wellen bei
geeigneter Wahl der Hochfrequenz begünstigt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Dichtring zur Durchführung des von der
Antenne herführenden oder für die Antenne bestimmten elektrischen Stromes ausgebildet. Von
Vorteil ist dabei, dass keine zusätzliche Kabeldurchführung notwendig ist und die aufgezeigte
erfindungsgemäße Durchführung dicht ist oder in hoher Schutzart ausführbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens eine Anschlussleitung zum
elektrischen Verbinden der ersten elektronischen Schaltung mit der Antenne in eine Komponente,
insbesondere dem Dichtring, eingespritzt. Von Vorteil ist dabei, dass bei der Herstellung der
Komponente, insbesondere des Dichtrings, mittels eines Spritzgussverfahrens die
Anschlussleitung in einfacher und kostengünstiger Weise umspritzt wird. Somit ist eine elektrische
Verbindung zur Antenne geschaffen, die in hoher Schutzart ausgeführt ist und kostengünstig
herstellbar ist. Außerdem benötigt sie keinen wesentlichen zusätzlichen Raum und kann in die
Komponente völlig integriert werden. Ein weiterer Vorteil ist die somit erreichte elektrische
Isolierung der Anschlussleitung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antenne im Außenring des Lagers integriert.
Von Vorteil ist dabei, dass ein sowieso im Antrieb vorhandenes Teil verwendbar ist und die Lösung
äußerst kompakt ist und einen geringen Raumbedarf aufweist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die mitdrehbare Antenne im Innenring des
Lagers integriert. Die Vorteile entsprechen den vorgenannten. Bei keramischer Ausführung des
Lagers ergibt sich eine besonders gute elektromagnetische Ankoppelung der stationären Antenne
an die mitdrehbare Antenne.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die mitdrehbare Antenne im Innenring des
Lagers derart integriert und die Antenne im Außenring des Lagers derart integriert, dass sie sich
möglichst direkt gegenüberstehen und somit eine gute Ankopplung und verbesserte Übertragung
ausführbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine stationäre Antenne oder mindestens ein Teil
einer stationären Antenne im Versteifungsring eines Dichtrings integriert, der Versteifungsring wird
also als stationäre Antenne verwendet. Von Vorteil ist dabei, dass ein bei den meisten Dichtringen
vorhandenes Teil verwendbar ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Antenne einfach durch
Umspritzung kostengünstig herstellbar ist. Des Weiteren ist die Antenne besonders durch das
Material des Mantels des Dichtrings von Öl, Schmutz und/oder anderen aggressiven Stoffen
ferngehalten und geschützt, insbesondere gegen Korrosion, Zersetzung oder dergleichen. Ein
weiterer Vorteil ist, dass die Antenne einfach durch Umspritzung kostengünstig herstellbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die mitdrehbare Antenne elektrisch mit einem
OFW-Sensor verbunden und auf einer drehbaren Welle direkt oder integriert in eine sich mit der
Welle drehenden Komponente montiert und die stationäre Antenne ist elektrisch mit einer ersten
elektronischen Schaltung verbunden und in eine Komponente integriert, die zum Senden und/oder
Empfangen von Hochfrequenz, insbesondere 100 MHz bis 10 GHz, geeignet ausgeführt ist. Von
Vorteil ist dabei, dass insbesondere der OFW-Sensor bei hohen elektrischen und magnetischen
Feldstärken in seiner Umgebung verwendbar ist. Außerdem arbeitet die Energie- und
Informationsübertragung berührungslos. Somit sind physikalische Größen sowohl bei
nichtdrehender als auch bei drehender Welle verwendbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist die erste elektronische
Schaltung über einen Feldbus mit weiteren elektronischen Schaltungen und/oder Feldbus
teilnehmen, wie Zentralrechner oder dergleichen, verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die
Informationen über die Messwerte an weitere Vorrichtungen gemeldet werden und somit
Notabschaltungen oder andere Änderungen veranlassbar sind. Insbesondere sind die Messwerte
zum Steuern und/oder Regeln des Prozesses verwendbar. Statt Feldbus sind auch ähnliche
Systeme zur Informationsübertragung zwischen mehreren Teilnehmern verwendbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Komponente ein Dichtring mit Zugfeder, ein
Dichtring mit Versteifungsring, ein Außenring eines Lagers und/oder ein Innenring eines Lagers.
Von Vorteil ist dabei, dass eine sowieso vorhandene, insbesondere mechanische Komponente als
Antenne verwendbar ist. Dies spart Kosten, da keine zusätzliche Antenne gefertigt und montiert
werden muss.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Notabschaltung bei Überschreitung
kritischer Werte der physikalischen Größe ausgelöst. Von Vorteil ist dabei, dass abhängig von
Werten physikalischer Größen, wie beispielsweise das auf die Welle übertragenen Drehmoment,
der Prozess steuerbar oder regelbar, insbesondere abschaltbar, ist.
Von Vorteil ist bei der Baureihe von Vorrichtungen, dass die Baureihe in zumindest einer
Baugröße Vorrichtungen umfasst, deren Komponenten zumindest teilweise durch vorgenannte
Komponenten ersetzt sind. Somit können die Standard-Komponenten beispielsweise eines
Getriebes einfach ersetzt werden und es müssen keine wesentlich höheren Lagerbestände
aufgebaut werden.
In Weiterbildung ist bei mehreren Baugrößen dieselbe Axialbohrung, dasselbe Zwischenstück
und/oder derselben Sensor einsetzbar. Dadurch ist eine besonders kostengünstige Fertigung
ermöglicht.
Von Vorteil ist bei dem Verfahren zum Fertigen, Vertreiben und Liefern von Antrieben, umfassend
Getriebe, Umrichter und/oder Elektromotoren, für internationale Kunden, dass der Kunde eine
Bestellung an den Hersteller abgibt mit zumindest der Auswahlmöglichkeit der Bestellung
- - eines Antriebs,
- - einer vorgenannten Komponente,
- - oder eines Antriebs mit zumindest einer solchen Komponente,
und dass Komponenten des bestellten Antriebs in zentralen Fertigungsstätten angefertigt werden,
worauf die Komponenten an global verteilte Montagewerke geschickt werden,
und dass in den global verteilten Montagewerken der vom Kunden bestellte Antrieb zusammen
gestellt oder zusammengebaut und danach an den Kunden ausgeliefert wird. Somit ist der
Standard-Antrieb kundennah zusammenbaubar und äußerst schnell auslieferbar. Bei Bestellung
eines erfindungsgemäßen Systems kann die erforderliche Komponente von einer zentralen
Fertigungsstätte mit dem notwendigen Know-How gefertigt an den Kunden geliefert werden.
Außerdem wird das Know-How nur zentral vorgehalten und ist daher mit geringen Kosten
aufrechterhaltbar. Zusätzlich sind die Lagerkosten niedrig, da nur die spezielle erfindungsgemäße
Komponente in der zentralen Fertigungsstätte einen geeigneten Lagerraum mit zugehörigem
Support oder zugehöriger Logistik benötigt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
Fig. 1a zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Dichtrings mit doppelt geteilter
Antenne und zwei Anschlüssen. Fig. 1b zeigt eine zugehörige Schnittansicht.
Fig. 2a zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Dichtrings mit einfach geteilter
Antenne und zwei Anschlüssen. Fig. 2b zeigt eine zugehörige Schnittansicht.
Fig. 3a zeigt eine Prinzipdarstellung eine erfindungsgemäßen Dichtrings mit einfach geteilter
Antenne und einem Anschluss. Fig. 3b zeigt eine zugehörige Schnittansicht.
Fig. 4a zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Dichtrings mit ungeteilter Antenne
und einem Anschluss. Fig. 4b zeigt eine zugehörige Schnittansicht.
Fig. 5a zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Dichtrings mit Antenne in
Versteifungsring und Zugfeder. Fig. 5b zeigt eine zugehörige Schnittansicht.
Fig. 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Dichtring mit Antenne bei einer drehbaren Welle.
Fig. 7 zeigt ein erfindungsgemäßes Lager zur Führung einer drehbaren Welle im Gehäuse.
Fig. 8 zeigt das Lager in zugehöriger Vergrößerung.
In der Fig. 6 ist für ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel die drehbare Welle als
Abtriebswelle 60 eines Getriebes mit Getriebegehäuse 67 ausgeführt, wobei die Abtriebswelle 60
vom Lager 66 gestützt ist. Ein Sensor ist mittels einer Sensorpatrone 61 in eine Axialbohrung der
Abtriebswelle 60 eingebracht, wobei die Sensorpatrone 61 eingeklebt ist. Elektrisch wird der
Sensor mit der mitdrehbaren Antenne 64 mit Hilfe einer Verbindungsleitung 65 verbunden. Die
Verbindungsleitung 65 wird dabei durch eine kleine radiale Bohrung geführt. Die stehende, also
stationäre, Antenne ist im Dichtring 62 integriert und mittels ihrer Anschlussleitung mit dem
Anschluss 63 verbunden. Dabei ist die Integration insbesondere durch Verwendung der Zugfeder
des Dichtring 62 als Antenne ausgeführt. In den Fig. 1 bis 5 ist für verschiedene
erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele die Ausführung der jeweiligen Zugfeder deutlicher
gezeigt.
Bei einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird als Sensor in der Sensorpatrone
61 ein Transponder eingesetzt. Bei einem solchen System sendet die erste stationäre
elektronische Schaltung einen hochfrequenten elektromagnetischen Wellenzug, der über die
Zugfeder 62 im Dichtring abgestrahlt wird und von der mitdrehbaren Antenne 64 empfangen wird.
Unter Wellenzug wird in dieser Schrift immer auch eine Pulsfolge verstanden
Der Transponder weist eine weitere elektronische Schaltung auf, die ihre Versorgungsenergie aus
dem genannten Wellenzug bezieht. Außerdem umfasst diese weitere elektronische Schaltung
mindestens einen hochintegrierten Chip, wie Mikroprozessor oder dergleichen, an den kleinste
Messfühler, wie Piezoelemente oder Dehnungsmessstreifen oder dergleichen, zur Messung
physikalischer Größen angeschlossen sind. Die weitere elektronische Schaltung sendet nach dem
Beginn des Eintreffens des beschriebenen Wellenzuges einen Wellenzug zurück, der derart
moduliert und/oder codiert ist, dass Informationen über die von den Messfühlern aufgenommenen
Werte der physikalischen Größen von der ersten elektronischen Schaltung empfangen und
bearbeitet werden können.
Als physikalische Größen werden insbesondere die an der drehbaren Welle auftretende Querkraft
und/oder das an die Welle übertragene Drehmoment erfasst.
Vorteilhaft ist bei dem Einsatz der genannten Transponder, dass die Hochfrequenz fast beliebig
wählbar ist, insbesondere sind Transponder im erfindungsgemäßen System mit Frequenzen von
100 kHz oder auch bis 10 GHz einsetzbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind auch Transponder einsetzbar, bei
denen verschiedene Frequenzen für Energie- und Informationsübertragung verwendet werden.
Somit stören sich die zugehörigen Wellen nicht und es ist sogar eine im Wesentlichen gleichzeitige
Energieübertragung zum Transponder und Informationsübertragung vom und/oder zum
Transponder ausführbar.
Bei einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird als Sensor kein Transponder
verwendet, sonder ein Oberflächenwellen-Sensor (OFW-Sensor). Dabei liegt die von der ersten
elektronischen Schaltung über die Außenantenne im Dichtring 62 ausgestrahlte Hochfrequenz im
Bereich von etwa 3 GHz. Es sind aber auch Frequenzen von 100 MHz bis 10 GHZ einsetzbar. Der
über die mitdrehbare Antenne 64 empfangene Wellenzug wird als elektrische Spannung an
Piezoelemente angelegt, die dann im Takt des Wellenzuges sich verändern oder schwingen. Die
Piezoelemente sind auf einem Plättchen aufgebracht und erzeugen somit Oberflächenwellen die
bis zu ebenfalls auf dem Plättchen aufgebrachten Reflektoren laufen und dort dann reflektiert
werden. Die reflektierten Teile treffen zumindest teilweise wieder auf die Piezoelemente, die somit
wieder diese akustischen Oberflächenwellen in elektrische Spannungen umwandeln. Somit wird
sozusagen ein jeweils einem Reflektor zugeordneter Wellenzug zurückgestrahlt. Über die
Außenantenne im Dichtring 62 empfängt die erste elektronische Schaltung das Signal und
verarbeitet die Informationen, die mittels der Echos an sie übertragen werden.
Da die Laufzeit der akustischen Oberflächenwellen von physikalischen Größen, wie Temperatur
und Spannungszuständen des Plättchens abhängt, sind durch geeignete Anordnung der
Reflektoren Informationen über Stauchung und Dehnung in verschiedenen Richtungen des
Plättchens zugänglich und messbar. Das genannte Drehmoment und die genannte Querkraft sind
aus solchen Informationen von der ersten elektronischen Schaltung bestimmbar.
Fig. 1a zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Dichtrings mit doppelt geteilter
Antenne und zwei Anschlüssen. Fig. 1b zeigt eine zugehörige Schnittansicht. Die
Dichtringmantelfläche 1 weist den größten Durchmesser auf. Im Dichtring befinden sich eine erste
Zugfeder 2 und eine zweite Zugfeder 4, wobei diese beiden Zugfedern 2, 4 durch eine
Isolationskomponente 3 elektrisch getrennt sind. Die Zugfedern drücken nach Aufbringen des
Dichtrings auf eine Welle die Dichtkante 5 auf diese. Ein erster Anschluss 6 und ein
zweiter Anschluss 7 dienen zum Anschließen der schon beschriebenen ersten elektronischen
Schaltung.
Fig. 2a zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Dichtrings mit einfach geteilter
Antenne und zwei Anschlüssen. Fig. 2b zeigt eine zugehörige Schnittansicht. Die
Dichtringmantelfläche 21 weist wiederum den größten Durchmesser auf. Im Dichtring befinden
sich eine Zugfeder 22. Die Zugfeder 22 drückt nach Aufbringen des Dichtrings auf eine Welle die
Dichtkante 23 auf diese. Ein erster Anschluss 24 und ein zweiter Anschluss 25 sind durch die
Isolationskomponente 26 elektrisch isoliert und dienen zum Anschließen der schon beschriebenen
ersten elektronischen Schaltung.
Fig. 3a zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Dichtrings mit einfach geteilter
Antenne und einem Anschluss. Fig. 3b zeigt eine zugehörige Schnittansicht. Die
Dichtringmantelfläche 31 weist wiederum den größten Durchmesser auf. Im Dichtring befinden
sich eine Zugfeder 32. Die Zugfeder 32 drückt nach Aufbringen des Dichtrings auf eine Welle die
Dichtkante 33 auf diese. Ein Anschluss 35 ist mit dem einen Ende der Zugfeder 32 verbunden und
vom anderen Ende der Zugfeder 32 mittels der Isolationskomponente 34 elektrisch isoliert. Die
Fig. 4a und Fig. 4b unterscheiden sich von den entsprechenden Fig. 3a und 3b darin, dass
die Isolationskomponente 34 fehlt und die Zugfeder 42 geschlossen ist.
Dichtringmantelfläche 41, Dichtkante 43 entsprechen den aus den Fig. 3a und 3b bekannten.
Der Anschluss 44 ist mit der Zugfeder 42 elektrisch verbunden.
Fig. 5a zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Dichtrings mit Versteifungsring als
Antenne und Zugfeder als Antenne. Fig. 5b zeigt eine zugehörige Schnittansicht. Die
Dichtringmantelfläche 51 weist wiederum den größten Durchmesser auf. Im Dichtring befinden
sich eine Zugfeder 53, die als erste Antenne ausgebildet ist. Der metallische Versteifungsring 52
ist als zweite Antenne ausgeführt. Die Zugfeder 53 drückt nach Aufbringen des Dichtrings auf eine
Welle die Dichtkante 54 auf diese. Ein Anschluss 56 ist elektrisch mit der Zugfeder 53 verbunden.
Ein Anschluss 55 ist elektrisch mit dem Versteifungsring 52 verbunden.
Bei allen in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die drehbare Antenne in
geeigneter Art derart ausgeführt, dass die dortigen drehbaren Antennen elektrotechnisch optimal
zu den stationären Antennen der Fig. 1 bis 5 zur Energie- und Informationsübertragung
passen. Insbesondere ist die geometrische Ausführungsform geeignet für die jeweiligen
verwendeten Frequenzen und die Abstände zwischen stationären und mitdrehbaren Antennen.
Fig. 7 zeigt ein erfindungsgemäßes Lager zur Führung einer drehbaren Welle im Gehäuse.
Fig. 8 zeigt das Lager in zugehöriger Vergrößerung. Die Abtriebswelle 71 ist zum Gehäuse 73
hin mittels des Dichtrings 72 abgedichtet und vom Lager 75 geführt. Der Sicherungsring 74 sichert
die axiale Position des Lagers 75 ab. Der Sensor 78 ist auf der Abtriebswelle 71 angebracht und
mit der Leitung 77 mit der mitdrehbaren Antenne 85 im Lagerinnenring 84 verbunden. Die
metallische Lagerkugel 83 befindet sich zwischen Lageraußenring 81 und Lagerinnenring 84. Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind die Lagerkugeln 83 keramisch
ausgeführt. Im Lageraußenring 81 ist eine stationäre Antenne 82 integriert, die mit der Leitung 77
mit der ersten elektrischen Schaltung verbindbar ist.
Die Isolationskomponenten 3, 26, 34 weisen jeweils nicht nur die Funktion der mechanischen
Verbindung der Zugfederteile sondern auch die Funktion der elektrischen Trennung auf.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird die Antenne durch einen in die
Komponenten, insbesondere einen Dichtring, integrierten oder eingebauten Zusatzdraht gebildet.
Somit liegt eine einfach ausführbare Antenne vor, die kostengünstig herstellbar ist.
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden Antennen nicht nur in
Komponenten, wie Dichtring, Lager oder dergleichen, integriert sondern auch in andere
Komponenten. Beispielhaft sei hierbei der Sicherungsring 74 erwähnt.
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der in dieser Schrift jeweils erwähnte
stationäre Teil, also beispielsweise auch das Gehäuse des Getriebes und des Motors, der
gegenüber dem Bezugssystem der Umgebung drehende Teil. Die in dieser Schrift genannten
drehenden Teile sind dann gegenüber dem Bezugssystem der Umgebung ruhend. Die Erfindung
bezieht sich auch auf diese Analoga und allgemein auf alle Vorrichtungen, die durch
Transfomationen, insbesondere Dreh-Transformationen, von Bezugssysstemen beschreibbar
sind. Insbesondere gehören dazu auch Außenläufermotoren.
1
Dichtringmantelfläche
2
erste Zugfeder
3
Isolationskomponente
4
zweite Zugfeder
5
Dichtkante
6
erster Anschluss
7
zweiter Anschluss
21
Dichtringmantelfläche
22
Zugfeder
23
Dichtkante
24
erster Anschluss
25
zweiter Anschluss
26
Isolationskomponente
31
Dichtringmantelfläche
32
Zugfeder
33
Dichtkante
34
Isolationskomponente
35
Anschluss
41
Dichtringmantelfläche
42
Zugfeder (als Antenne)
43
Dichtkante
44
Anschluss
51
Dichtringmantelfläche
52
Versteifungsring
53
Zugfeder
54
Dichtkante
55
,
56
Anschluss
60
Abtriebswelle
61
Sensorpatrone
62
Dichtring
63
Anschluss
64
mitdrehbare Antenne
65
Verbindungsleitung
66
Lager
67
Gehäuse
71
Abtriebswelle
72
Dichtring
73
Gehäuse
74
Sicherungsring
75
Lager
76
Leitung
77
Leitung
78
Sensor
81
Lageraußenring
82
stationäre Antenne
83
Lagerkugel
84
Lagerinnenring
85
mitdrehbare Antenne
Claims (24)
1. Komponente, insbesondere für ein Getriebe oder einen Motor,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine mitdrehbare und/oder stationäre Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz
in oder mit der Komponente ausgebildet und/oder integriert ist,
wobei die mitdrehbare Antenne derart gestaltet ist, dass das Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz zumindest für die Übertragung von Energie zur Versorgung eines mitdrehbaren, elektrisch mit der mitdrehbaren Antenne verbundenen Sensors ausführbar ist,
und dass die stationäre Antenne derart gestaltet ist, dass das Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz für die Übertragung von Information zumindest von einer mit der stationären Antenne elektrisch verbundenen ersten elektronischen Schaltung ausführbar ist,
und wobei mittels des Sensors aufgenommene Messwerte physikalischer Größen zur Information gehören.
zumindest eine mitdrehbare und/oder stationäre Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz
in oder mit der Komponente ausgebildet und/oder integriert ist,
wobei die mitdrehbare Antenne derart gestaltet ist, dass das Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz zumindest für die Übertragung von Energie zur Versorgung eines mitdrehbaren, elektrisch mit der mitdrehbaren Antenne verbundenen Sensors ausführbar ist,
und dass die stationäre Antenne derart gestaltet ist, dass das Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz für die Übertragung von Information zumindest von einer mit der stationären Antenne elektrisch verbundenen ersten elektronischen Schaltung ausführbar ist,
und wobei mittels des Sensors aufgenommene Messwerte physikalischer Größen zur Information gehören.
2. Komponente nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Komponente ein Lager oder ein Dichtring ist.
3. Komponente nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dichtring ein Bauteil aufweist, das als Antenne ausgebildet ist.
4. Komponente nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil eine Zugfeder oder ein Versteifungsring ist.
5. Komponente nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die drehbare Antenne, die stationäre Antenne und/oder der Dichtring einen oder mehrere
elektrische Anschlüsse aufweist.
6. Komponente nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dichtring zur Durchführung des von der Antenne herführenden oder für die Antenne
bestimmten elektrischen Stromes ausgebildet ist
7. Komponente nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrischen Anschlüsse am Dichtring oder am Gehäuse angebracht sind.
8. Komponente nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die stationäre Antenne im Außenring des Lagers integriert ist und/oder die mitdrehbare Antenne
im Innenring des Lagers integriert ist.
9. Komponente nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die stationäre Antenne im Innenring des Lagers integriert ist und/oder die mitdrehbare Antenne im
Außenring des Lagers integriert ist.
10. Komponente nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine stationäre Antenne oder mindestens ein Teil einer stationären Antenne im Versteifungsring eines Dichtrings integriert ist
und/oder dass der Versteifungsring derart gestaltet ist, dass er zum Anschließen einer elektrischen Verbindungsleitung verwendbar ist.
eine stationäre Antenne oder mindestens ein Teil einer stationären Antenne im Versteifungsring eines Dichtrings integriert ist
und/oder dass der Versteifungsring derart gestaltet ist, dass er zum Anschließen einer elektrischen Verbindungsleitung verwendbar ist.
11. Komponente nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mitdrehbare Antenne elektrisch mit einem OFW-Sensor verbunden ist und auf einer drehbaren Welle direkt oder integriert in eine sich mit der Welle drehenden Komponente montiert ist und
die stationäre Antenne elektrisch mit einer ersten elektronischen Schaltung verbunden und in eine Komponente integriert ist, die zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz, insbesondere 100 MHz bis 10 GHz, geeignet ausgeführt ist.
die mitdrehbare Antenne elektrisch mit einem OFW-Sensor verbunden ist und auf einer drehbaren Welle direkt oder integriert in eine sich mit der Welle drehenden Komponente montiert ist und
die stationäre Antenne elektrisch mit einer ersten elektronischen Schaltung verbunden und in eine Komponente integriert ist, die zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz, insbesondere 100 MHz bis 10 GHz, geeignet ausgeführt ist.
12. Komponente nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Anschlussleitung zum elektrischen Verbinden der ersten elektronischen
Schaltung mit der Antenne in eine Komponente, insbesondere dem Dichtring, eingespritzt ist.
13. Komponente nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in mindestens eine Komponente ein Zusatzdraht integriert oder eingebaut ist, der als Antenne
verwendbar ist.
14. Verfahren zur Prozesssteuerung,
dadurch gekennzeichnet, dass
an einem Antrieb, umfassend Getriebe und Motor, mindestens eine physikalische Größe, wie Drehmoment, Querkraft oder dergleichen, an einem drehbaren Teil, wie Welle oder dergleichen, mittels eines sich mitdrehbaren Sensors gemessen wird,
wobei der Getriebe und Motor Komponenten umfassen, zu denen mindestens ein Lager, ein Dichtring, ein Sicherungsring und ein Gehäuse gehören und die jeweils aus einem oder mehreren Teilen, insbesondere metallischen und/oder elektrisch isolierenden Teilen, zusammengesetzt sind,
der Sensor berührungslos mit Energie zur Durchführung des Messvorgangs versorgt wird,
das Messergebnis als Information berührungslos zumindest vom Sensor an eine stationäre erste elektronische Schaltung mit Antenne übertragen wird,
kund der Prozess in Abhängigkeit von dieser Messung beeinflusst und/oder gesteuert wird,
und mindestens eine Komponente oder ein Teil derselben als Antenne oder zumindest als Teil einer Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz verwendet wird.
an einem Antrieb, umfassend Getriebe und Motor, mindestens eine physikalische Größe, wie Drehmoment, Querkraft oder dergleichen, an einem drehbaren Teil, wie Welle oder dergleichen, mittels eines sich mitdrehbaren Sensors gemessen wird,
wobei der Getriebe und Motor Komponenten umfassen, zu denen mindestens ein Lager, ein Dichtring, ein Sicherungsring und ein Gehäuse gehören und die jeweils aus einem oder mehreren Teilen, insbesondere metallischen und/oder elektrisch isolierenden Teilen, zusammengesetzt sind,
der Sensor berührungslos mit Energie zur Durchführung des Messvorgangs versorgt wird,
das Messergebnis als Information berührungslos zumindest vom Sensor an eine stationäre erste elektronische Schaltung mit Antenne übertragen wird,
kund der Prozess in Abhängigkeit von dieser Messung beeinflusst und/oder gesteuert wird,
und mindestens eine Komponente oder ein Teil derselben als Antenne oder zumindest als Teil einer Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz verwendet wird.
15. Verfahren zur Diagnose,
dadurch gekennzeichnet, dass
an einem Antrieb, umfassend Getriebe und Motor, mindestens eine physikalische Größe, wie Drehmoment, Querkraft oder dergleichen, an einem drehbaren Teil, wie Welle oder dergleichen, mittels eines mitdrehbaren Sensors gemessen wird,
wobei Getriebe und Motor Komponenten umfassen, zu denen mindestens ein Lager, ein Dichtring, ein Sicherungsring und ein Gehäuse gehören und die jeweils aus einem oder mehreren Teilen, insbesondere metallischen und/oder elektrisch isolierenden Teilen, zusammengesetzt sind,
der Sensor berührungslos mit Energie zur Durchführung des Messvorgangs versorgt wird,
das Messergebnis als Information berührungslos zumindest vom Sensor an eine stationäre erste elektronische Schaltung mit Antenne übertragen wird,
und die Messdaten zur Diagnose und/oder zur von den Messdaten abhängigen Ansteuerung von Mitteln zur Anzeige verwendet werden,
und mindestens eine Komponente oder ein Teil derselben als Antenne oder zumindest als Teil einer Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz verwendet wird.
an einem Antrieb, umfassend Getriebe und Motor, mindestens eine physikalische Größe, wie Drehmoment, Querkraft oder dergleichen, an einem drehbaren Teil, wie Welle oder dergleichen, mittels eines mitdrehbaren Sensors gemessen wird,
wobei Getriebe und Motor Komponenten umfassen, zu denen mindestens ein Lager, ein Dichtring, ein Sicherungsring und ein Gehäuse gehören und die jeweils aus einem oder mehreren Teilen, insbesondere metallischen und/oder elektrisch isolierenden Teilen, zusammengesetzt sind,
der Sensor berührungslos mit Energie zur Durchführung des Messvorgangs versorgt wird,
das Messergebnis als Information berührungslos zumindest vom Sensor an eine stationäre erste elektronische Schaltung mit Antenne übertragen wird,
und die Messdaten zur Diagnose und/oder zur von den Messdaten abhängigen Ansteuerung von Mitteln zur Anzeige verwendet werden,
und mindestens eine Komponente oder ein Teil derselben als Antenne oder zumindest als Teil einer Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz verwendet wird.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste elektronische Schaltung über einen Feldbus und/oder ein anderes der Vernetzung
mehrerer Teilnehmer dienendes System mit weiteren elektronischen Schaltungen und/oder
Teilnehmern oder Feldbusteilnehmern, wie Zentralrechner oder dergleichen, verbunden ist
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Komponente eine Zugfeder eines Dichtrings, ein Versteifungsring, ein Außenring eines Lagers
und/oder ein Innenring eines Lagers ist.
18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Notabschaltung bei Überschreitung kritischer Werte der physikalischen Größe ausgelöst wird.
19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mitdrehbare Antenne elektrisch mit einem OFW-Sensor verbunden ist und auf einer drehbaren Welle direkt oder integriert in eine sich mit der Welle drehenden Komponente montiert ist und
die stationäre Antenne elektrisch mit einer ersten elektronischen Schaltung verbunden und in eine Komponente integriert ist, die zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz, insbesondere 100 MHz bis 10 GHz, geeignet ausgeführt ist.
die mitdrehbare Antenne elektrisch mit einem OFW-Sensor verbunden ist und auf einer drehbaren Welle direkt oder integriert in eine sich mit der Welle drehenden Komponente montiert ist und
die stationäre Antenne elektrisch mit einer ersten elektronischen Schaltung verbunden und in eine Komponente integriert ist, die zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenz, insbesondere 100 MHz bis 10 GHz, geeignet ausgeführt ist.
20. Baureihe von Vorrichtungen, insbesondere von Getrieben oder Motoren,
mit zumindest einem drehenden Teil, insbesondere einer drehenden Welle,
wobei die Baureihe mindestens zwei Baugrößen umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Baureihe in zumindest einer Baugröße Vorrichtungen umfasst, deren Komponenten zumindest teilweise durch Komponenten nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 ersetzt sind.
mit zumindest einem drehenden Teil, insbesondere einer drehenden Welle,
wobei die Baureihe mindestens zwei Baugrößen umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Baureihe in zumindest einer Baugröße Vorrichtungen umfasst, deren Komponenten zumindest teilweise durch Komponenten nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 ersetzt sind.
21. Baureihe nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
in mindestens zwei Baugrößen der Baureihe gleiche Komponenten nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 einsetzbar sind und/oder diese Komponenten
und/oder dieselbe Antenne,
und/oder dieselbe Zugfeder,
und/oder denselben Versteifungsring,
und/oder dieselbe Dimensionierung, insbesondere Durchmesser, Wandstärke oder dergleichen,
und/oder dieselbe Bohrung, insbesondere Axialbohrung,
und/oder denselben Sensor,
und/oder dieselben Anschlussleitungen
aufweisen.
in mindestens zwei Baugrößen der Baureihe gleiche Komponenten nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 einsetzbar sind und/oder diese Komponenten
und/oder dieselbe Antenne,
und/oder dieselbe Zugfeder,
und/oder denselben Versteifungsring,
und/oder dieselbe Dimensionierung, insbesondere Durchmesser, Wandstärke oder dergleichen,
und/oder dieselbe Bohrung, insbesondere Axialbohrung,
und/oder denselben Sensor,
und/oder dieselben Anschlussleitungen
aufweisen.
22. Verfahren zum Fertigen, Vertreiben und Liefern von Antrieben, umfassend Getriebe, Umrichter
und/oder Elektromotoren, für internationale Kunden
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kunde eine Bestellung an den Hersteller abgibt mit zumindest der Auswahlmöglichkeit der Bestellung
eines Antriebs,
einer Komponente nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13,
oder eines Antriebs mit zumindest einer solchen Komponente,
und dass Komponenten des bestellten Antriebs in zentralen Fertigungsstätten angefertigt werden, worauf die Komponenten an global verteilte Montagewerke geschickt werden,
und dass in den global verteilten Montagewerken der vom Kunden bestellte Antrieb zusammen gestellt oder zusammengebaut und danach an den Kunden ausgeliefert wird,
der Kunde eine Bestellung an den Hersteller abgibt mit zumindest der Auswahlmöglichkeit der Bestellung
eines Antriebs,
einer Komponente nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13,
oder eines Antriebs mit zumindest einer solchen Komponente,
und dass Komponenten des bestellten Antriebs in zentralen Fertigungsstätten angefertigt werden, worauf die Komponenten an global verteilte Montagewerke geschickt werden,
und dass in den global verteilten Montagewerken der vom Kunden bestellte Antrieb zusammen gestellt oder zusammengebaut und danach an den Kunden ausgeliefert wird,
23. Verfahren nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Beschleunigung der Erledigung des Kundenauftrages die Komponente oder die Komponenten
nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 direkt von einer zentralen Fertigungsstätte an den
Kunden geliefert wird.
24. Verfahren nach Anspruch 22 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bestellung und/oder der zum Abarbeiten der Bestellung notwendige Informationsfluss
zumindest teilweise via Internet ausgeführt wird.
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