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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft allgemein das sichere Betreiben von Antriebs-/Getriebeeinheiten, insbesondere solche mit einem Zugmittel, wie sie in der Landwirtschaft angewendet werden.
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Hintergrund der Erfindung
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In landwirtschaftlichen Maschinen erfolgt eine Überwachung des dort oft genutzten Riementriebs nicht oder nur mittels fest installierten und verkabelten Geräten. Nachteilig ist, dass, wenn überhaupt eine Überwachung erfolgt, diese unflexibel ist und einen hohen Verkabelungsaufwand erfordert, was ein hohes Gewicht und hohe Kosten (Montageaufwand, Leitungen) nach sich zieht.
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Die
DE 10 2011 051 438 A1 offenbart eine Umlenkeinheit für ein Zugmittel einer Hubeinrichtung und betrifft das technische Gebiet der Hubvorrichtungen. Diese Umlenkeinheit weist einen Sensorabschnitt auf und einen Kommunikationsabschnitt, der zur kabellosen Übertragung eines Übertragungssignals auf Basis eines Sensorsignals an eine Auswerteeinrichtung ausgebildet ist. Nachteilig ist, dass die Umlenkeinheit nicht flexibel an verschiedenen Orten der Hubeinrichtung einsetzbar ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, Mittel zur Überwachung und/oder Steuerung einer Antriebs-/Getriebeeinheit bereitzustellen, die flexibler einsetzbar sind und die kostengünstig und mit geringem Gewicht realisierbar sind.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch ein Modul zur Ergänzung einer betriebsbereiten Antriebs-/Getriebeeinheit, wobei das Modul einen Sensor oder einen Aktor aufweist und wobei das Modul eine Kommunikationseinheit und eine elektrische Energiequelle aufweist und die Energiequelle eingerichtet ist, mindestens eine Komponente des Moduls mit elektrischer Energie zu versorgen, und wobei das Modul einen an einem Stator drehbar gelagerten Rotor aufweist, der an eine bewegliche Komponente der betriebsbereiten Antriebs-/Getriebeeinheit heranführbar und kinematisch ankoppelbar ist.
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Hierdurch wird ein Modul bereitgestellt, welches flexibel einsetzbar ist und kostengünstig und mit geringem Gewicht verwendbar ist. Darüberhinaus ist damit eine bestehende Antriebs-/Getriebeeinheit ohne großen Aufwand nachrüstbar. Das Modul ist flexibel einsetzbar als Aktormodul und/oder Sensormodul, je nachdem ob das Modul einen Aktor und/oder einen Sensor aufweist. Es ist kein Verkabelungsaufwand zur Energieversorgung notwendig, da das Modul eine elektrische Energiequelle aufweist. Zudem weist das Modul eine Kommunikationseinheit auf, so dass ein Verkabelungsaufwand für Signalleitungen reduziert oder eliminiert werden kann. Mittels des Rotors, welcher gegen eine bewegliche Komponente der Antriebs-/Getriebeeinheit heranführbar ist, wird erstmals einen Möglichkeit bereitgestellt, ein Modul kinematisch an eine bestehende Antriebs-/Getriebeeinheit zu koppeln, so dass durch diese Kopplung eine Energieversorgung und/oder eine Winkel- und/oder Drehzahlmessung ermöglicht wird.
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Als Modul wird bevorzugt eine von übrigen Maschinenelementen trennbare Funktionseinheit verstanden. Das Modul ist bevorzugt ein zusammenhängender Verbund verschiedener Bauteile, insbesondere eine Baugruppe.
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Eine Antriebs-/Getriebeeinheit wird erfindungsgemäß als Oberbegriff für Antriebseinheiten und Getriebeeinheiten verstanden. Die Erfindung ist primär auf Getriebeeinheiten mit einer Antriebs- und Abtriebswelle gerichtet, jedoch ist das Modul auch zur Ergänzung einer reinen Antriebseinheit vorgesehen, bei welcher Antriebs- und Abtriebswelle identisch sind, d. h. es ist kein Getriebe zwischengeschaltet. Besonders bevorzugt ist die Antriebs-/Getriebeeinheit eine Antriebs-/Getriebeeinheit einer landwirtschaftlichen Maschine, z. B. ein selbstfahrendes Erntegerät wie Feldhäcksler, ein selbstfahrender Schwadmäher, ein Mähaufbereiter, ein Rübenroder, ein Kartoffelvollernter, eine Zugmaschine Traktor), eine Ballenpresse, eine Sähmaschine, ein Ladewagen oder ein Heuwender.
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Eine betriebsbereite Antriebs-/Getriebeeinheit ist bevorzugt eine solche, die bereits alle notwendigen Maschinenelemente zur Übertragung des Moments von der Antriebs- zur Abtriebswelle aufweist. Besonders bevorzugt weist eine solche Antriebs-/Getriebeeinheit alle notwendigen Getrieberäder oder Zugmittelscheiben, insbesondere Riemenscheiben, mit Lagerungs- oder Umlenkungsfunktion auf.
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Eine Ergänzung einer betriebsbereiten Antriebs-/Getriebeeinheit wird bevorzugt als ein Hinzufügen einer zusätzlichen Funktion der Antriebs-/Getriebeeinheit zur Primärfunktion der Antriebs-/Getriebeeinheit (Momentenübertragung) verstanden. Durch das Modul wird insbesondere eine Überwachungs- und/oder Steuerungsfunktion der Antriebs-/Getriebeeinheit hinzugefügt. Z. B. wird die Funktion der Überwachung von Riemen oder drehenden Wellen hinzugefügt. Bevorzugt dient das Modul der Antriebs-/Getriebeeinheit, insbesondere dem Zugmittel, nicht als Lagerungs- oder Umlenkungspunkt. Bevorzugt ist das Modul nicht an der Momentübertragung von der Antriebs- zur Abtriebswelle beteiligt.
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Bevorzugt ist ein Modul oder eine ihm übergeordnete Zentraleinheit unter Verwendung des Moduls eingerichtet
- I.) Überlast Zugmittel, insbesondere am Riementrieb, zu erkennen, aufgrund der damit verbundenen Drehzahländerungen (z. B. indem überwacht wird, ob sich die Drehzahl reduziert oder wie schnell die Drehzahl sich reduziert) und/oder
- II.) Blockadesituationen zu erkennen (z. B. indem überwacht wird, ob trotz eines Antriebsmoments die Drehzahl bei 0 oder annähernd 0 liegt) und/oder
- III.) Indikatoren zu erhalten um alle Abtriebselemente optimal einzustellen und so z. B. einen wirtschaftlichen Erntebetrieb sicherzustellen und/oder
- IV.) Überlast an der Montageposition zu detektieren und/oder
- V.) Riemenlängenänderungen durch Ansteuerung integrierter oder externer Aktoren auszugleichen.
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Bevorzugt ist ein Modul oder eine dem Modul übergeordnete Zentraleinheit eingerichtet, eine Funktion gemäß III.) mittels Drehzahlveränderung einzelner Antriebs-/Abtriebselemente durch Ansteuerung eines in der Antriebs-/Getriebeeinheit integrierten Aktors durchzuführen (z. B. mittels Durchmesserveränderung einer ein Zugmittel führenden Scheibe) und/oder einzelne Antriebs-/Abtriebselemente bei Bedarf zu entkoppeln (z. B. bei überkritischen Betriebsbedingungen).
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Bevorzugt ist ein Modul oder eine dem Modul übergeordnete Zentraleinheit eingerichtet, eine Funktion gemäß V.) durchzuführen, indem ein/mehrere Riementriebselement/e einen Umschlingungswinkel des Riemens verändert/n, z. B. durch Durchmesserveränderung der Riemenscheibe, was z. B. durch ein axial verschiebbares Kegelscheibenpaar möglich ist, wie es in stufenlosen Getrieben zum Einsatz kommt.
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Ein Sensor ist bevorzugt ein elektronischer Sensor. Er ist bevorzugt eingerichtet, mindestens einen Betriebszustand der Antriebs-/Getriebeeinheit zu erfassen bzw. zu messen, wie z. B. eine Drehzahl, ein Moment, eine Kraft, eine Schwingung, eine Temperatur.
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Ein Aktor ist bevorzugt ein elektronisch ansteuerbarer Aktor, z. B. ein elektronisch steuerbarer Pneumatik- oder Hydraulikkolben oder ein Elektromotor.
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Die Kommunikationseinheit weist bevorzugt einen Sender (insb. im Falle eines im Modul vorhandenen Sensors) und/oder einen Empfänger (insb. im Falle eines im Modul vorhandenen Aktors) auf, besonders bevorzugt für digital codierte Signale. Sie ist bevorzugt eingerichtet, Signale des Sensors entgegenzunehmen und an eine Zentraleinheit und/oder ein anderes Modul weiterleiten und/oder selbst auszuwerten. Alternativ oder zusätzlich ist sie bevorzugt eingerichtet, Steuerbefehle von einer Zentraleinheit und/oder einem anderen Modul zu empfangen und/oder selbst zu erzeugen und den Aktor entsprechend eines Steuerbefehls anzusteuern. Bevorzugt weist die Kommunikationseinheit eine Recheneinheit auf oder ist mit einer Recheneinheit des Moduls verbunden. Sie ist besonders bevorzugt eine Telemetrieeinheit. Die Kommunikationseinheit ist bevorzugt eingerichtet, Signale drahtlos zu senden bzw. zu übermitteln und/oder zu empfangen. Bevorzugt ist sie eingerichtet, Informationen von und/oder zu einer Zentraleinheit zu übermitteln, besonders bevorzugt von und/oder zu einem weiteren, bevorzugt erfindungsgemäßen Modul. Auf diese Weise wird ein zusammenhängendes Sensor-/Aktornetz ermöglicht.
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Eine elektrische Energiequelle ist bevorzugt ein elektrischer Energiespeicher (z. B. eine Batterie, ein Akku, ein Kondensator wie z. B. Elko oder Supercap) und/oder ein elektrischer Generator. Sie ist bevorzugt ein Element zur Energiebereitstellung. Besonders bevorzugt weist die Energiequelle einen Generator und einen Akku oder Kondensator auf, welcher durch den Generator aufladbar ist. Hierdurch ist kein oder nur selten ein Auswechseln des Akkus oder Kondensators erforderlich, während auch bei Stillstand der Maschine eine Stromversorgung durch das Modul gewährleistet ist.
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Unter Komponente des Moduls wird bevorzugt der Sensor, der Aktor, die Energiequelle, die Kommunikationseinheit oder eine anderer, im weiteren Verlauf der Beschreibung benannter Bestandteil des Moduls verstanden.
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Mit elektrischer Energie zu versorgen bedeutet bevorzugt, dass der Energiebedarf einer vorsorgten Komponente durch die Energiequelle gedeckt wird.
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Der Rotor ist bevorzugt ein Ritzel, besonders bevorzugt eine Rolle. Bevorzugt weist die Rolle eine glatte äußere Mantelfläche auf, besonders bevorzugt eine an einen Riemen der Antriebs-/Getriebeeinheit angepasst profilierte äußere Mantelfläche.
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Eine bewegliche Komponente der betriebsbereiten Antriebs-/Getriebeeinheit ist bevorzugt ein Maschinenteil, welches an der Momentübertragung von Antriebs- zur Abtriebswelle beteiligt ist. Z. B. ist eine solche Komponente ein Getrieberad, eine Riemenscheibe, eine Welle (jeweils Rotationsbewegung) oder ein Zugmittel, z. B. Kette, insbesondere Riemen (jeweils Translationsbewegung). Bevorzugt ist die bewegliche Komponente zusätzlich eine sich bewegende Komponente. Das Modul ist somit bevorzugt eingerichtet, während des laufenden Betriebs einer Antriebs-/Getriebeeinheit herangeführt und kinematisch angekoppelt zu werden.
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Der Rotor ist bevorzugt heranführbar, indem er von einer entfernten Position, in welcher der Rotor noch nicht in direktem physischen Kontakt zu der sich bewegende Komponente der betriebsbereiten Antriebs-/Getriebeeinheit (d. h. bevorzugt der kinematisch vollständigen Antriebs-/Getriebeeinheit) steht, in eine Position bring bar ist, in welcher der Rotor die Komponente kontaktiert – dies entspricht auch einer bevorzugten Art eines Heranführens des nachfolgend noch beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens. Z. B. wird hierunter auch ein manuelles Anbringen des Rotors an die Komponente (z. B. durch Anschrauben des Moduls in der Nähe der Komponente) der bereits zuvor betriebsbereiten Antriebs-/Getriebeeinheit verstanden. Besonders bevorzugt nimmt der Rotor keine lagernde Position oder Funktion ein.
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Unter kinematisch ankoppelbar wird bevorzugt verstanden, dass bei Vorliegen einer derartigen Kopplung eine Bewegung der Komponente, an die der Rotor angekoppelt wird, auf den Rotor übertragen wird, so dass der Rotor in Drehung versetzt wird. Bevorzugt erfolgt die Kopplung bzw. der Schritt des kinematischen Ankoppelns per Formschluss, z. B. über einer Verzahnung des Rotors, besonders bevorzugt per Kraftschluss (Reibkraft zwischen der Komponente und dem Rotor). Besonders bevorzugt ist der Rotor an die bewegliche Komponente andrückbar, wobei mittels der Andruckkraft eine kinematische Ankopplung erreichbar ist.
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Die Aufgabe wird weiterhin insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebs-/Getriebeeinheit enthaltend die Schritte:
- a) Heranführen eines an einem Stator drehbar gelagerten Rotors eines Moduls an eine bewegliche Komponente der betriebsbereiten Antriebs-/Getriebeeinheit;
- b) Kinematisches Ankoppeln des drehbar gelagerten Rotors an die bewegliche Komponente der betriebsbereiten Antriebs-/Getriebeeinheit;
- c) Versorgen einer Komponente eines Moduls mit elektrischer Energie aus einer elektrischen Energiequelle des Moduls;
weiterhin enthaltend die Schritte d) und e) oder die Schritte f) und g):
- d) Messen eines Betriebszustands mittels eines Sensors (10) des Moduls (1);
- e) Übermitteln eines den Betriebszustand kennzeichnenden Messwerts mittels einer Kommunikationseinheit (30) des Moduls (1);
- f) Empfangen eines Steuerbefehls mittels der Kommunikationseinheit (30) des Moduls (1);
- g) Steuern des Betriebszustands mittels eines Aktors (20) des Moduls (1).
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Mittels dieses Verfahrens wird ermöglicht, eine Antriebs-/Getriebeeinheit flexibel und kostengünstig zu überwachen und/oder zu steuern. Insbesondere bereits bestehende Antriebs-/Getriebeeinheiten (z. B. im Maschinenpark eines Landwirts) können auf diese Weise ergänzt und somit überwacht oder gesteuert werden.
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Ein den Betriebszustand kennzeichnender Messwert oder ein Steuerbefehl (z. B. Spannen oder Lockern des Zugmittels) ist z. B. durch ein digitales Datensignal repräsentiert.
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Ein Steuern des Betriebszustands ist besonders bevorzugt eine Anpassung der Zugmittelspannung, z. B. über einen Zugmittelspanner, besonders bevorzugt ein Ändern einer Dreh-/Translationsgeschwindigkeit oder ein An- oder Abkoppeln einer Komponente der Antriebs-/Getriebeeinheit.
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Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren alle Schritte d), e), f), g). Es wird sowohl ein Betriebszustand gemessen und (ein anderer oder der gemessene) Betriebszustand wird gesteuert.
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Bevorzugt werden mehrere Module verwendet, z. B. ein Modul, um einen Betriebszustand zu messen, ein anderes Modul, um einen (anderen oder den gemessenen) Betriebszustand zu steuern. Das Verfahren wird hierfür gleichzeitig zweimal ausgeführt, einmal in einer Variante mit den Schritten d) und e) für ein Modul und einmal in der Variante mit den Schritten f) und g) für das andere Modul. Zusätzlich werden besonders bevorzugt die Schritte einer Auswertung des gemessenen Betriebszustands und einer Erzeugung eines Steuerbefehls in Abhängigkeit der Auswertung durchgeführt.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Modul weist eine Vorspanneinrichtung auf, welche eingerichtet ist, den Rotor an die bewegliche Komponente der betriebsbereiten Antriebs-/Getriebeeinheit heranzuführen und gegen die bewegliche Komponente der betriebsbereiten Antriebs-/Getriebeeinheit vorzuspannen. In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird der Rotor mittels einer Vorspanneinrichtung entsprechend herangeführt und vorgespannt. Bevorzugt ist der Rotor und die Vorspanneinrichtung durch eine Andruckrolle oder einen Riemenspanner gebildet.
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Auf diese Weise ist durch eine Komponente des Moduls eine kraft- und/oder formschlüssige Ankopplung des Rotors an die sich bewegende Komponente der Antriebs-/Getriebevorrichtung gewährleistet.
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Die Vorspanneinrichtung ist bevorzugt eine Baugruppe, welche ein Vorspannmittel wie z. B. eine Feder (z. B. Metall- oder Gas- oder Hydraulikfeder) aufweist. Bevorzugt erzeugt die Vorspanneinrichtung im eingebauten Zustand des Moduls eine Andruckkraft des Rotors auf die bewegliche Komponente der Antriebs-/Getriebeeinheit. Bevorzugt weist sie einen Führungsarm auf, an dem der Rotor gelagert ist. Bevorzugt ist der Führungsarm an einem ersten Lager- oder Einspannpunkt des Vorspannmittels von dem Vorspannmittel beaufschlagt.
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Besonders bevorzugt ist der Führungsarm schwenkbar über einen Haltearm (der bevorzugt auch Teil der Vorspanneinrichtung ist) oder unmittelbar an einem Maschinenbauteil im Bereich der Antriebs-/Getriebeeinheit anbringbar. Alternativ ist der Führungsarm linear verfahrbar mittels eines Linearlagers (z. B. Langloch) über einen Haltearm oder unmittelbar an dem Maschinenbauteil anbringbar. Besonders bevorzugt beaufschlagt in beiden Alternativen das Vorspannmittel über einen zweiten Lager- oder Einspannpunkt den Haltearm oder das Maschinenbauteil.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Modul weist als Sensor einen Winkel- und/oder Drehzahlsensor auf, der eingerichtet ist, ein Signal auszugeben, das von einem Rotationszustand und/oder von einer Rotationsbewegung des Rotors abhängig ist, oder es weist einen Generator auf, der eingerichtet ist, eine kinetische Energie des Rotors in elektrische Energie zu wandeln. In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren beinhaltet das Messen eines Betriebszustands ein Messen eines Rotationszustands und/oder einer Rotationsbewegung des Rotors mittels eines Winkel- und/oder Drehzahlsensors des Moduls oder ein Wandeln kinetischer Energie des Rotors in elektrische Energie mittels eines Generators des Moduls.
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Auf diese Weise wird in beiden Varianten (einen Winkel- und/oder Drehzahlsensor einerseits, Generator andererseits) die kinematische Kopplung des Rotors vorteilhaft ausgenutzt.
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Der Winkel- und/oder Drehzahlsensor bewirkt, dass über diesen ein Betriebszustand der sich bewegenden Komponente der Antriebs-/Getriebeeinheit erfassbar ist, insbesondere die Winkelposition, Drehzahl, Beschleunigung und/oder Verzögerung einer Welle oder eines Getrieberads oder einer Getriebescheibe (bevorzugt bei Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses der Kopplung) oder die Zugmittelposition, Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Verzögerung eines Zugmittels. Für die Erfassung der Zugmittelposition weist das Modul besonders bevorzugt alternativ oder zusätzlich ein hallbasierendes, magnetoresistives, optisches oder taktiles Messsystem auf, wobei auch ein im Rotor integrierter Drehgeber (absolut oder relativ) möglich ist.
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Das Modul oder eine dem Modul übergeordnete Zentraleinheit ist bevorzugt eingerichtet, mittels Winkel- und/oder Drehzahlsensor sowie alternativ oder zusätzlich mittels eines Zugmittelpositionssensors mindestens eine der Überwachungsfunktionen zu I.), II.) oder IV.) auszuführen.
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Unter Winkel- und/oder Drehzahlsensor wird ein Obergriff für Sensoren verstanden, die einen Winkel und/oder eine Drehzahl messen, z. B. Drehgeber absolut oder relativ), Hall-Effekt-basierte Sensoren, optische, induktive, kapazitive Sensoren etc.
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Ein Rotationszustand ist z. B. die Drehstellung bzw. der Drehwinkel des Rotors bezüglich des Stators.
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Mittels des Generators ist es möglich, eine oder mehrere Modulkomponenten mit Energie autark zu versorgen. Es ist somit kein oder nur selten ein Austausch von eventuellen Energiespeichern notwendig.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Modul weist sowohl den Winkel- und/oder Drehzahlsensor als auch den Generator auf und der Winkel- und/oder Drehzahlsensor ist durch den Generator gebildet. In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ein Messen eines Rotationszustands und/oder einer Rotationsbewegung mittels des Generators als Winkel- und/oder Drehzahlsensor.
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Auf diese Weise können zwei Funktionen mit nur einem Bauteil bereitgestellt werden. Es werden Kosten und Bauraum eingespart. Das Generatorausgangssignal (d. h. z. B. die Modulversorgungsspannung) wird bevorzugt als Sensorsignal verwendet. Besonders bevorzugt werden die Perioden des Generatorsystems abgetastet, und das Modul ist eingerichtet, diese Abtastung durchzuführen.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Modul weist einen oder mehrere der folgenden Sensoren auf:
- – einen Drucksensor, der eingerichtet ist, ein Signal auszugeben, das von einem Druck, den der Rotor auf die bewegliche Komponente der Antriebseinheit aufbringt, abhängig ist;
- – einen Vibrationssensor, der eingerichtet ist, ein Signal auszugeben, das von einer Vibration, der das Modul ausgesetzt ist, abhängig ist;
- – einen Temperatursensor, der eingerichtet ist, ein Signal auszugeben, das von einer Temperatur, der das Modul ausgesetzt ist, abhängig ist.
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In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren beinhaltet das Messen eines Betriebszustands einen oder mehrere der folgenden Schritte:
- – Messen eines Drucks, den der Rotor auf die bewegliche Komponente der Antriebseinheit aufbringt, mittels eines Drucksensors des Moduls;
- – Messen einer Vibration, der das Modul ausgesetzt ist, mittels eines Vibrationssensors des Moduls;
- – Messen einer Temperatur, der das Modul ausgesetzt ist, mittels eines Temperatursensors des Moduls.
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Das Modul oder eine ihm übergeordnete Zentraleinheit ist bevorzugt eingerichtet, mittels eines Drucksensors (z. B.: POF, Piezo) und/oder eines Vibrationssensors (Beschleunigungssensor, z. B.: Piezo, MEMS) und bevorzugt einem Austausch der Sensorinformationen zwischen bevorzugt erfindungsgemäßen Modulen und oder der Zentraleinheit eine der Überwachungsfunktionen zu I.), II.) oder IV.) auszuführen.
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Mittels des Drucksensors wird bevorzugt die Zugmittelspannung, besonders bevorzugt die Riemenspannung erfasst.
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Mittels des Vibrationssensors und/oder Temperatursensors werden bevorzugt kritische Maschinenzustände (Überlastung, Verschleiß, ...) erfasst.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Modul weist einen Aktor auf, der eingerichtet ist, eine mechanische Spannung eines Zugmittels der Antriebs-/Getriebeeinheit ein zustellen. In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels eines Aktors des Moduls eine mechanische Spannung eines Zugmittels der Antriebs-/Getriebeeinheit eingestellt.
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Auf diese Weise sind Änderungen der Zugmittelspannung ausgleichbar.
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Bevorzugt ist der Aktor in der Vorspanneinheit integriert. Bevorzugt ist der Aktor durch das steuerbare Vorspannmittel der Vorspanneinheit gebildet.
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Alternativ oder zusätzlich ist der Aktor eingerichtet, den Durchmesser des Rotors zu verändern. Auch auf diese Weise ist, z. B. wenn das Modul nicht gelagert sondern fix eingespannt ist, die Spannung des Zugmittels einstellbar.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Modul ist die Kommunikationseinheit eingerichtet, ein Zugmittel der Antriebs-/Getriebeeinheit als ein Übertragungsmedium für Signale zu nutzen. In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren werden mittels der Kommunikationseinheit Signals über ein Zugmittel der Antriebs-/Getriebeeinheit übertragen.
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Auf diese Weise ist ohne zusätzliche Verkabelung und ohne Funk eine Übertragung möglich. Zum Beispiel sind auf diese Weise Informationen aus/in stark elektromagnetisch geschirmten Maschinenbereichen übermittelbar.
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Eine Übertragung erfolgt bevorzugt kapazitiv oder induktiv, insbesondere über den Riemen. Z. B. weist der Riemen eine Kupfergewebeeinlage und/oder Glasfasergewebe als Übertragungsmedium und/oder eine Magnetspur und/oder ein magnetisierbares Band und/oder Speicherzellen (z. B. in Form von Kondensatorelementen) bzw. Riementrieb auf. Ein Vorteil einer Kupfergewebeeinlage und/oder Glasfasergewebe ist eine besonders verzögerungsarme Übertragung.
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Die Kommunikationseinheit weist bevorzugt eine Lese- und/oder Schreibeinheit auf, z. B. einen Ladungsträgergenerator (Schreiben mittels elektrostatischer Ladung), ein elektrostatisches Voltmeter (Lesen mittels elektrostatischer Ladung) und/oder eine Spule (Schreiben und Lesen mittels Magnetisierung).
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Modul ist zumindest eine Untermenge einer Menge bestehend aus:
- – den vorhandenen Sensoren oder Aktoren,
- – der Kommunikationseinheit und
- – der elektrischen Energiequelle
im Stator oder Rotor integriert.
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Auf diese Weise ist eine besonders kompakte Bauweise möglich.
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Bevorzugt ist der Stator an der Vorspanneinrichtung angeordnet oder Teil einer Vorspanneinrichtung. Z. B. sind sämtliche Komponenten zumindest am Führungsarm der Vorspanneinrichtung als Stator oder sogar am Rotor angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass an der Maschine nur ein Befestigungspunkt, nämlich die Lagerung oder Einspannung des Führungsarms oder Haltearms notwendig ist und die übrigen Komponenten nicht extra an der Maschine angeordnet werden brauchen. Besonders bevorzugt ist eine Untermenge der genannten Komponenten innerhalb eines, durch den Rotor begrenzten Raumes am Stator angeordnet.
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Die Aufgabe wird weiterhin insbesondere gelöst durch eine Betriebsvorrichtung für eine Antriebs-/Getriebeeinheit, wobei die Betriebsvorrichtung ein erfindungsgemäßes Modul sowie eine Zentraleinheit mit einer weiteren Kommunikationseinheit aufweist, wobei die weitere Kommunikationseinheit eingerichtet ist, mit der Kommunikationseinheit des Moduls zu kommunizieren.
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Mittels dieser Betriebsvorrichtung sind verschiedene Module verwendbar, die bevorzugt auch untereinander kommunizieren. Bevorzugt weist dabei mindestens ein Modul einen Aktor auf und mindestens ein (anderes oder dasselbe) Modul einen Sensor.
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Die Zentraleinheit ist bevorzugt im Führerstand einer Landwirtschaftsmaschine integriert. Sie weist bevorzugt die bereits zuvor beschriebenen Merkmale einer Zentraleinheit auf.
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Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung mindestens zwei Module auf, die eingerichtet sind, miteinander oder mit der Zentraleinheit zumindest teilweise über ein Zugmittel als Übertragungsmedium zu kommunizieren, insbesondere untereinander (Daten-)Signale zu senden und/oder empfangen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung wird nun beispielhaft durch Figuren veranschaulicht, dabei zeigt
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1 ein erfindungsgemäßes Modul,
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2 ein erfindungsgemäßes Modul mit einem Sensor und einer drahtlosen Kommunikationseinheit,
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3 eine erfindungsgemäße Betriebsvorrichtung mit erfindungsgemäßen Modulen,
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4 ein erfindungsgemäßes Modul mit rotor-/statorintegrierten Bauweise,
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5 erfindungsgemäße Module, welche eingerichtet sind, ein Zugmittel als Übertragungsmedium zu nutzen.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Modul 1. Das Modul 1 weist eine elektrische Energiequelle 40, eine Kommunikationseinheit 30, einen Sensor 10 und/oder Aktor 20 auf. Die Energiequelle 40 ist eingerichtet die Kommunikationseinheit 30 und/oder den Sensor 10 und/oder Aktor 20 mit elektrischer Energie zu versorgen, was schematisch durch einen Energieversorgungspfad 41 angedeutet ist. Das Modul 1 weist einen an einem Stator 51 drehbar angeordneten Rotor 52 auf, der an eine bewegliche Komponente 101, 102, 103 einer betriebsbereiten Antriebs-/Getriebeeinheit 100 heranführbar und kinematisch ankoppelbar ist. Die betriebsbereite Antriebs-/Getriebeeinheit 100 weist hier Wellen 101 (eine Antriebs- und eine Abtriebswelle), Zugmittelscheiben 102 sowie ein Zugmittel 103 auf.
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Zum Betrieb der Erfindung wird der Rotor 52 an die betriebsbereite Antriebs-/Getriebeeinheit 100 herangeführt und kinematisch an eine bewegliche oder sogar sich bewegende Komponente 101, 102, 103 angekoppelt. Über die Energiequelle 40 wird die Kommunikationseinheit 30 und/oder der Sensor 10 und/oder der Aktor 20 mit elektrischer Energie versorgt. Mittels des Sensors 10 wird ein Betriebszustand der Antriebs-/Getriebeeinheit 100 gemessen und mittels der Kommunikationseinheit 30 übermittelt, z. B. zu einer Zentraleinheit (nicht gezeigt), und/oder es wird ein Steuerbefehl mittels der Kommunikationseinheit 30 empfangen und über den Aktor 20 wird gemäß des Steuerbefehls ein Betriebszustand der Antriebs-/Getriebeeinheit 100 beeinflusst bzw. eingestellt.
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Hierdurch ist es möglich, mit einfachen Mitteln ein autark arbeitendes Modul zur Messung und/oder Steuerung an eine beliebige bewegliche Komponente einer Antriebs-/Getriebeeinheit auch nachträglich anzubringen und die Antriebs-/Getriebeeinheit zu überwachen und/oder Betriebszustände zu steuern oder gar zu regeln.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Modul 1 ähnlich dem Modul der 1, mit einem Sensor 10 und einer hier drahtlosen Kommunikationseinheit 30. Im weiteren Unterschied zu 1 ist der Sensor 10 ein Hall-Sensor. Zusätzlich ist ein Informationspfad zwischen Sensor 10 und Kommunikationseinheit 30 angedeutet (strichpunktierte Linie) sowie eine optional im Modul 1 vorhandene Recheneinheit 60. Die Kommunikationseinheit 30 ist eine Telemetrieeinheit, welche eingerichtet ist, einen (bevorzugt durch die Telemetrieeinheit 30 oder Recheneinheit 60 aufbereiteten und/oder ausgewerteten) Messwert des Sensors 10 drahtlos zu einer Zentraleinheit und/oder einem anderen Modul zu senden. Die Energiequelle 40 weist einen Generator 42 auf, bevorzugt ist sie der Generator 42.
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Im Betrieb des Moduls 1 sendet die Kommunikationseinheit 30 Messsignale des Sensors 10 drahtlos. Weiterhin stellt der Generator 42 elektrische Energie bereit mittels einer Wandlung der kinetischen Energie des Rotors 52, wobei der Rotor 52 die kinetische Energie an der Antriebs-/Getriebeeinheit 100 (hier nicht gezeigt) aufnimmt.
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Hierdurch wird kinetische Energie der Antriebs-/Getriebeeinheit 100 genutzt, um das Modul 1 mit elektrischer Energie zu versorgen. Zudem wird eine Signalverkabelung zwischen dem Modul 1 und der Zentraleinheit oder einem anderen Modul eingespart.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Betriebsvorrichtung mit erfindungsgemäßen Modulen 1.1, 1.2, 1.3. Das Modul 1.1 ist an eine Welle mittels einer Feder einer Vorspanneinrichtung 50.1 mit einem Führungsarm 56.1 und einem Haltearm 55.1 angedrückt und kinematisch angekoppelt. Ebenso ist das Modul 1.2 (über ein Zugmittel) an eine Zugmittelscheibe angedrückt und kinematisch angekoppelt und das Modul 1.3 ist an ein Zugmittel angedrückt und kinematisch angekoppelt. Die Vorrichtung weist zudem eine Zentraleinheit 70 mit einer weiteren Kommunikationseinheit 71 auf.
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Im Betrieb der Erfindung senden die Module 1.1, 1.2 und 1.3 Messdaten an die Zentraleinheit 70 oder an ein vorhandenes Modul 1.1, 1.2 oder 1.3 oder empfangen Steuersignale von der Zentraleinheit 70 oder einem vorhandenen Modul 1.1, 1.2 oder 1.3. Die Zentraleinheit 70 empfängt die Messdaten drahtlos mittels der Kommunikationseinrichtung 71 oder sendet Steuerbefehle (z. B. stärkeres Spannen des Riemens an Modul 1.3) an ein oder mehrere Module 1.1, 1.2, 1.3.
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Hierdurch wird eine flexible zentrale Überwachung und Steuerung mit einer Mehrzahl von Modulen durchgeführt.
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4 zeigt ein erfindungsgemäßes Modul 1 mit einer rotor-/statorintegrierten Bauweise. Ein Generator 42, welcher zugleich als Winkel- und/oder Drehzahlsensor 11 eingerichtet ist, weist Komponenten am Stator 51 (Spulen 44), der gleichzeitig als Führungsarm 56 dient, sowie am Rotor 52 (Magnete oder magnetisches Material 43) auf. Eine Kommunikationseinheit ist bevorzugt auf einer Platine 15 angeordnet, welche am Stator 51 angeordnet ist. Die Spulen 44 sowie die Platine 15 sind innerhalb eines durch den Rotor 52 zumindest radial, bevorzugt auch axial begrenzten Raumes (Rotorinnenraum) am Stator 51 angeordnet. Bevorzugt weist der Rotor 52 Kühlrippen 54 auf, welche umlaufend an der Mantelinnenfläche des Rotors 52 angeordnet sind. Bevorzugt ist der Rotorinnenraum stirnseitig mittels einer Abdeckkappe 16 abgedeckt. Der Führungsarm 56 des Moduls 1 weist bevorzugt eine Lagermöglichkeit, Insbesondere Bohrung 53 auf, mittels welcher das Modul 1 entweder direkt oder über einen Haltearm (nicht gezeigt) an ein Maschinenelement in der Nähe, bevorzugt gegenüber einer beweglichen, bevorzugt sich drehenden Komponente einer Antriebs-/Getriebeeinheit befestigbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich zum Generator 42 weist das Modul 1 einen Energiespeicher (z. B. Batterie, Akku) auf, der bevorzugt ebenfalls im Rotorinnenraum angeordnet und besonders bevorzugt durch die Abdeckkappe 16 abgedeckt ist.
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5 zeigt erfindungsgemäße Module 1.1, 1.2, welche eingerichtet sind, ein Zugmittel 103 als Übertragungsmedium zu nutzen. Es sind zwei mögliche Übertragungsprinzipien in einer Zeichnung vereint dargestellt. Im unteren Bereich ist ein Modul 1.1 gezeigt, bei welchem die Kommunikationseinrichtung (nicht gezeigt) einen Ladungsgenerator 31 aufweist, im oberen Bereich ein Modul 1.2, bei welchem die Kommunikationseinrichtung (nicht gezeigt) eine Spule 32 zur Magnetisierung des Zugmittels 103 oder zum Auslesen einer Magnetisierung des Zugmittels 103 aufweist. Ladungsgenerator 31 und Spule 32 sind im jeweiligen Rotor 52.1, 52.2 angeordnet. Die eben genannten Schreib-/Leseeinrichtungen sind bevorzugt im Rotor 52 angeordnet oder innerhalb des Rotors 52 am Stator 51.
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Das Zugmittel 103 weist bevorzugt Speicherzellen auf, im unteren Beispiel als Kondensatoren angedeutet, im oberen Beispiel als Rechtecke.
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Hierdurch wird auf eine zur drahtlosen Signalübertragung alternative oder ergänzende Weise eine Verkabelung zur Signalübertragung umgangen.
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Mit der Erfindung wurde ein universell einsetzbares Modul bereitgestellt, das an verschiedenen Wellen oder Riemen einer Maschine platziert werden kann und die Betriebszustände bzw. Betriebsbedingungen einer solche Komponente oder im Bereich einer solchen Komponente weitermeldet. Dabei ist diese Einheit komplett autark, d. h. diese wandelt aufgrund der Drehbewegung kinetische Energie in elektrische oder verfügt über einen Energiespeicher (primär integrierte Energieträger). Diese Energie versorgt die Sensorik und die Telemetrie. Das Modul wird im Antriebs-/Getriebesystem befestigt und die Betriebsdaten werden mittels eines zentralen Empfängers/Senders per Telemetrie empfangen und bevorzugt ausgewertet. Auch können mittels dieses Moduls aktiv Daten an die Antriebs-/Getriebeeinheit, insbesondere einen Riementrieb (z. B. zur Erhöhung der Riemenspannung), gesendet werden.
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Erfindungsgemäß ist bevorzugt eine Telemetrieeinheit mit Generator, Energiespeicher und Sensorsystem für die Erfassung von Temperatur, Position, Drehrichtung, Drehmoment, Kraft und/oder Drehzahl in einem Modul integriert, das z. B. als Riemenspanner, Riemenscheibe oder Andruckrolle ausgeführt ist. Das Modul ist bevorzugt direkt in einem Riementrieb montierbar, z. B. als Riemenscheibe, oder ist als Andruckrolle oder Spanner (Riemen-, Ketten-, Seilspanner) an jeder gewünschten Abgreifstelle andrückbar, z. B. an eine Welle, eine Scheibe, ein Kettenrad oder einen Riemen. Dieses Messsystem- und Telemetriemodul ist einfach an den gewünschten Messstellen anbringbar. Das Modul läuft bevorzugt autark, d. h. es erzeugt für Messung/Steuerung und Datenübertragung benötigte Energie selbst und ist somit von der Umgebung unabhängig. Bevorzugt wird das Zugmittel, insbesondere der Riemen selbst, zur Datenübertragung genutzt (bevorzugt mittels integrierter Speicherzellen wie z. B. Magnete, Kondensatoren oder Gewebeeinlagen wie z. B. Glasfaser und Kupfer). Bevorzugt werden die Inhalte der Speicherzellen durch die Einheit verändert oder es werden Übertragungskanäle durch die Einheit verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Modul
- 10
- Sensor
- 11
- Winkel- und/oder Drehzahlsensor
- 15
- Platine
- 16
- Abdeckkappe
- 20
- Aktor
- 30
- Kommunikationseinheit
- 31
- Ladungsgenerator
- 32
- Spule
- 40
- elektrische Energiequelle
- 41
- Energieversorgungspfad
- 42
- Generator
- 43
- Magnet/magnetisches Material
- 44
- Spule
- 50
- Vorspanneinrichtung
- 51
- Stator
- 52
- Rotor
- 53
- Lagermöglichkeit/Bohrung
- 54
- Kühlrippe
- 55
- Haltearm
- 56
- Führungsarm
- 60
- Recheneinheit
- 70
- Zentraleinheit
- 71
- weitere Kommunikationseinheit
- 100
- Antriebseinheit
- 101
- Welle
- 102
- Zugmittelscheibe
- 103
- Zugmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011051438 A1 [0003]
