DE3402351A1

DE3402351A1 - Einrichtung zur kontaktlosen uebertragung von wechselspannungen zwischen zwei relativ zueinander um eine achse drehbaren maschinenteilen

Info

Publication number: DE3402351A1
Application number: DE19843402351
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Ing. 7512 Rheinstetten Schröder; Wolfgang 6729 Wörth Stiehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-01-24
Filing date: 1984-01-24
Publication date: 1985-07-25

Description

Einrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Wechselspannun-
gen zwischen zwei relativ zueinander um eine Achse drehbaren Maschinenteilen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Wechselspannungen zwischen einem rotierenden und einem feststehenden Maschinenteil, insbesondere zum Betrieb von Sensoren, mit einem induktiv gekoppelten ersten Spulenpaar zur Meßdatenübertragung und einem induktiv gekoppelten zweiten Spulenpaar zur Hilfsenergieübertragung.
Derartige Einrichtungen sind bekannt. So wird beispielsweise in der DE-PS 958 600 eine Anordnung zur Temperaturmessung an umlaufenden Wellen beschrieben, bei der die beiden Spulenpaare einander gegenüberstehend konzentrisch zur Welle angeordnet und mit topfartigen Eisenschirmen umgeben sind. Die Meßdaten werden in Form von Impulsreihen übertragen, die Übertragung der Hilfsenergie erfolgt mit Netzfrequenz. Die Ausführung der Spulenpaare als eisengeschirmt Aggregate erfordert bereits bei der Konstruktion besondere Vorkehrungen hinsichtlich Platzbedarf und Aufbau der Übertragungseinrichtung. Die als Übertragungsfrequenz gewählte Netzfrequenz bedingt einen erheblichen Aufwand an Siebmitteln.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, eine Übertragungseinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sie in einfacher Weise an konstruktive Gegebenheiten anpaßbar ist, d. h., daß entsprechende Maschinenkonstruktionen ohne weiteres mit dieser Einrichtung nachrüstbar sind und daß sie einfach aufgebaut und betrieben werden kann.
Eine Lösung der Aufgabe ist mit der Lehre des Anspruchs 1 gegeben.
Die Ausführung der Spulenpaare als eisenfreie zylindrische Luftspulen läßt eine Anpassung der Durchmesser in großem Umfang zu, derartige Luftspulen sind mit einfachen Mitteln an den beiden relativ zueinander verdrehbaren Maschinenteilen zu befestigen.
Die Frequenzen der energie- und der meßdatenübertragenden Wechselspannungen unterscheiden sich um eine bis drei dezimale Größenordnungen, so daß eine gegenseitige Beinflussung vermieden wird. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Frequenz der Wechselspannung zur Hilfsenergieübertragung 10 kHz, die der Trägerfrequenz für die Meßdaten liegt in der Größenordnung von 1 MHz.
Dadurch können auch aufwendige Abschirmmittel entfallen, da Störeinstreuungen in diesen Frequenzbereichen in geringerem, gut beherrschbarem Umfang auftreten. Die Meßdaten selbst werden beispielsweise digital mit Hilfe von Frequenzumtastung der Trägerfrequenz übertragen.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur 1 ein Beispiel für den mechanischen Aufbau der Übertragungseinrichtung dargestellt.
Figur 2 zeigt eine Schaltungsanordnung mit der Einrichtung zur Energieübertragung.
In Figur 1 ist ein rotierendes Maschinenteil 1, beispielsweise eine Welle eines Drehgelenks, in einem fest angeordneten Maschinenteil 2 koaxial gelagert.
Von den am vorderen, hier nicht gezeigten Ende des Maschinenteils 1 angeordneten Sensoren, bei denen es sich um Meßwertaufnehmer für Druck, Temperatur, Abstand'oder insbesondere um taktile Sensoren an einer Roboterhand handeln kann, führen Zuleitungen zu der Primärspule 1.1 eines ersten Spulenpaars zur Meßdatenübertragung. Die Sekundärspule 1.2 dieses ersten Spulenpaares ist an einem Träger 3, dieser an dem feststehenden Maschinenteil 2 befestigt.
Koaxial dazu und in Achsrichtung folgen die Spulen des zweiten Spulenpaares 2.1, 2.2 für die Übertragung der Hilfsenergie vom feststehenden Maschinenteil 2 auf das rotierende Maschinenteil 1 zum Betrieb der dort angeordneten Sensoren und Signalaufbereitungsschaltungen.
Die Primärspule 2.1 ist an dem Träger 3 und die Sekundärspule 2.2 auf dem drehbaren Maschinenteil 1 befestigt, beispielsweise durch Aufkleben. Die Spulen beider Spulenpaare sind als eisenlose zylindrische Luftspulen ausgeführt, die zur Erhöhung der mechanischen Stabilität mit Gießharz vergossen sein können.
Der Abstand a zwischen den Primär- und Sekundärspulen der jeweiligen Spulenpaare ist so bemessen, daß er klein gegenüber dem Spulendurchmesser d ist, vorzugsweise d N a/100.
Wie aus der Figur zu ersehen ist, sind die Primär- und Sekundärspulen der Spulenpaare in radialer Richtung übereinander angeordnet, so daß einfache konstruktive Maßnahmen zu ihrer Anbringung genügen.
Figur 2 zeigt ein Schaltungsschema mit der Übertragungseinrichtung zwischen dem feststehenden Maschinenteil 1 und dem rotierenden bzw. um eine Achse drehbaren Maschinenteil 2, auf welchem ein Meßwertaufnehmer 4 angebracht ist, dessen Ausgangssignal einer Schaltung 5 zur Signalaufbereitung, z. B. einem Mikroprozessor, zugeführt ist. Deren vorzugsweise digitales Ausgangssignal steuert einen Modulator 6, dessen Trägerfrequenz von 1 MHz durch Frequenzumtastung mit den Meßdaten moduliert wird. Mit Hilfe des ersten Spulenpaars mit der Primärspule 1.1 und der Sekundärspule 1.2 werden die Meßdaten einem Demodulator 7 und einer weiteren meßwertverarbeitenden Schaltung 8 zugeführt.
Als Hilfsenergie wird in einem fest angeordneten Generator 9 eine konstante Wechselspannung mit der Frequenz 10 kHz erzeugt, der Primärspule 2.1 des zweiten Spulenpaars zuge- führt und auf die Sekundärspule 2.2 auf dem beweglichen Maschinen teil 2 übertragen, wo sie in einer Gleichrichterschaltung 10 gleichgerichtet und geglättet wird. Die an ihrem Ausgang verfügbare konstante Gleichspannung dient zur Speisung der elektronischen Baugruppen, wie z. B. der meßwertverarbeitenden Schaltung 5 und dem Modulator 6, gegebenenfalls auch zur Hilfsenergieversorgung des Meßwertaufnehmers 4.
6 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche Einrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Wechselspannungen, insbesondere zum Betrieb von Sensoren zwischen einem rotierenden und einem feststehenden Maschinenteil, mit einem induktiv gekoppelten ersten Spulenpaar zur Meßdatenübertragung und einem induktiv gekoppelten zweiten Spulenpaar zur Hilfsenergieübertragung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spulen (1.1, 1.2, 2.1, 2.2) als eisenfreie zylindrische, konzentrisch angeordnete Luftspulen ausgebildet sind, deren radialer Abstand (a) in der Größenordnung von 1/100 des Spulendurchmessers (d) liegt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Primärspule (1.1) des datenübertragenden ersten Spulenpaars (1.1, 1.2) und die Sekundärspule (2.2) des hilfsenergieübertragenden zweiten Spulenpaars (2.1, 2.2) in Achsrichtung hintereinander auf dem rotierenden, die Sekundärspule (1.2) des ersten Spulenpaars und die Primärspule (2.1) des zweiten Spulenpaars in entsprechender Anordnung an dem feststehenden Maschinenteil (2) befestigt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Frequenzen der energie-und der datenübertragenden Wechselspannungen sich um eine bis drei dezimale Größenordnungen unterscheiden.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Frequenz der Wechselspannung zur Übertragung der Hilfsenergie 10 kHz und die Trägerfrequenz für die Meßdaten 1 MHz beträgt.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Datenübertragung mit Hilfe von Frequenzumtastung erfolgt.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ihre Verwendung an einem Roboter-Drehgelenk.