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Dokumentenidentifikation DE102005016961A1 26.10.2006
Titel Übertragungseinrichtung und Radnabeneinheit mit der Übertragungseinrichtung
Anmelder AB SKF, Göteborg/Gotenburg, SE
Erfinder Graf, Jens, 97421 Schweinfurt, DE;
Dittmar, Rico, 98574 Schmalkalden, DE
Vertreter Gosdin, M., Dipl.-Ing.Univ. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 97422 Schweinfurt
DE-Anmeldedatum 13.04.2005
DE-Aktenzeichen 102005016961
Offenlegungstag 26.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2006
IPC-Hauptklasse H02J 17/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H04B 5/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B60C 23/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Übertragungseinrichtung mit einem induktiven Übertrager beinhaltet folgende Merkmale:
- Der Übertrager ist wenigstens zweigeteilt ausgebildet,
- ein Teil des Übertragers ist an einem Element angeordnet und ein weiterer Teil des Übertragers ist an einem weiteren Element angeordnet, wobei wenigstens eines der Elemente gegenüber dem anderen drehbar ist, und
- die Teile sind derart ausgebildet und an den Elementen angeordnet, dass im Laufe einer Umdrehung eine induktive Kopplung zwischen den Teilen bestimmungsgemäß variiert und wenigstens einmal ein Maximum erreicht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Übertragungseinrichtung mit einem induktiven Übertrager und eine Radnabeneinheit mit der Übertragungseinrichtung.

Beispielsweise aus der DE 102 34 893 A1 ist eine Vorrichtung mit einem stationären und einem bewegbaren Bauteil und einer Einrichtung zur gleichzeitigen Übertragung von elektrischer Energie und Informationen zwischen diesen Bauteilen bekannt, bei der in jedem der beiden Bauteile einander unmittelbar gegenüberliegend ringartige Transformatorkerne mit U-förmigem Profil angeordnet sind.

Mit der vorausgehend beschriebenen Vorrichtung ist ein unterbrechungsfreies Übertragen möglich, wobei bei Anbringung eines der ringartigen Transformatorkerne auf einem Mantel einer Welle je nach Wellendurchmesser vergleichsweise große und damit kostenintensive ringartige Transformatorkerne erforderlich sind. Weiterhin ist oftmals an einem Wellenende, an dem prinzipiell ringartige Transformatorkerne kleinen Durchmessers eingesetzt werden könnten, der dafür erforderliche Einbauraum aufgrund konstruktiver Vorgaben nicht verfügbar.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Energie und zusätzlich von Informationen zwischen zwei zueinander drehbaren Elementen zu schaffen, so dass bei hinreichender Funktionserfüllung, im Hinblick auf Energie- und Datenübertragung, die Übertragungseinrichtung einfach und damit kostengünstig ausgestaltet ist.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß Anspruch 1 beinhaltet eine Übertragungseinrichtung mit einem induktiven Übertrager folgende Merkmale:

  • – Der Übertrager ist wenigstens zweigeteilt ausgebildet,
  • – ein Teil des Übertragers ist an einem Element angeordnet und ein weiterer Teil des Übertragers ist an einem weiteren Element angeordnet, wobei wenigstens eines der Elemente gegenüber dem anderen drehbar ist, und
  • – die Teile sind derart ausgebildet und an den Elementen angeordnet, dass im Laufe einer Umdrehung eine induktive Kopplung zwischen den Teilen bestimmungsgemäß variiert und wenigstens einmal ein Maximum erreicht.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass für viele Anwendungen die Möglichkeit, Energie und Daten zwischen zwei zueinander drehbaren Elementen zeitkontinuierlich ohne Unterbrechungen übertragen zu können, gar nicht erforderlich ist, sondern ein Übertragen von Zeitpunkt zu Zeitpunkt mit dazwischenliegenden Pausenabschnitten vollkommen ausreichend ist. Dies trifft insbesondere auf zwischen einem sich drehenden und einem sich nicht drehenden Teil einer Radnabeneinheit zu übertragende Energie und Daten zu, bei denen im ruhenden Zustand kein Übertragen gefordert ist. Gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen werden durch die Lösung gemäß Anspruch 1 unter anderem die Vorteile erzielt, dass der Einfluss auf die mechanische Konstruktion des Gesamtsystems weitaus geringer ist, dass eine höhere mechanische Robustheit erzielt wird und dass durch die kompakte Bauweise der mechanische Aufwand, einschließlich für Montage und Service geringer ist, womit auch Kostenvorteile einhergehen.

Weiterhin werden durch die Lösung gemäß Anspruch 1 gegenüber vergleichbaren Lösungen mittels einer Batterie oder ähnlichem deren Nachteile verhindert, beispielsweise eine eingeschränkte Lebensdauer der Batterie, die Empfindlichkeit der Batterie hinsichtlich der Temperatur und/oder Vibrationen und eine begrenzte Kapazität der Batterie, so dass nur eine begrenzte Anzahl von Sensoren mit ein und derselben Batterie versorgbar sind und nur eine langsame Update-Rate der Sensoren möglich ist. Weiterhin stellt die Übertragung von Daten nach dem transformatorischen Prinzip gegenüber anderen drahtlosen Datenübertragungsmethoden eine gegenüber Störungen überaus unanfällige Methode dar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

1 ausschnittsweise und mit teilweisem Freischnitt eine perspektivische Ansicht einer Radnabeneinheit, umfassend eine zweigeteilte Übertragungseinrichtung und Sensoren und

2 eine Prinzipskizze der zweigeteilten Übertragungseinrichtung aus 1.

Die 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ausschnittsweise und mit teilweisem Freischnitt eine perspektivische Ansicht einer Radnabeneinheit. Dabei umfasst die Radnabeneinheit einen feststehenden Achsstummel 12, auf dem über ein zweireihiges Kegelrollenlager eine mit einem Außenring 14 des Kegelrollenlagers verschraubte Bremsscheibe 16 sowie ein mitverschraubter Flansch 18 mit daran verschraubter Radfelge 19 drehbar gelagert sind. Dabei ist in die Radfelge 19 ein erster Sensor 21 zum Erfassen eines Reifendrucks und/oder einer Reifentemperatur integriert und in einen Bremsscheibenträger 17 der Bremsscheibe 16 ein zweiter Sensor 22 zum Erfassen einer Temperatur der Bremsscheibe 16.

Beide Sensoren 21 und 22 sind über jeweils eine Verbindungsleitung 25 und 26 mit einem ersten Teil 31 einer zweigeteilt ausgebildeten Übertragungseinrichtung verbunden. Dabei umfasst das erste Teil 31 der Übertragungseinrichtung einen ersten Teil eines zweigeteilt ausgebildeten induktiven Übertragers. Das erste Teil 31 der Übertragungseinrichtung ist dabei im hinteren Bereich eines Außenmantels des zum Drehen vorgesehenen Außenrings 14 des Kegelrollenlagers angeordnet.

Der zweite Teil 32 der Übertragungseinrichtung ist dabei am feststehenden Teil der Radnabeneinheit derart angeordnet, dass insbesondere eine Energieübertragung vom zweiten Teil 32 zum ersten Teil 31 und ein Übertragen der von den Sensoren 21 und 22 aufgenommenen Daten vom ersten Teil 31 zum zweiten Teil 32 aber auch umgekehrt ermöglicht ist. Der zweite Teil 32 umfasst dabei den zweiten Teil des induktiven Übertragers, wobei die Teile des induktiven Übertragers derart ausgebildet und angeordnet sind, dass je Umdrehung die Teile des induktiven Übertragers genau einmal einander derart gegenüberliegen, dass maximale induktive Kopplung auftritt.

Der erste und der zweite Teil 31 und 32 der Übertragungseinrichtung umfassen dabei jeweils eine Leiterplatte, auf der ein U-förmiger Spulenkern 35 bzw. 36 des induktiven Übertragers, als Leiterbahnen der Leiterplatte ausgebildete Windungen einer dem Spulenkern 35 bzw. 36 zugehörigen Spule und weitere Elektronik 37 bzw. 38 angeordnet sind. Dabei sind die Spulenkerne 35 und 36 derart angeordnet, dass beide Spulenkerne 35 und 36 einmal je Umdrehung einen im wesentlichen geschlossenen O-förmigen magnetischen Kreis bilden, was dann dem Zustand maximaler induktiver Kopplung entspricht. Dabei wird der Zustand der maximalen induktiven Kopplung sowie der unmittelbar vorausgehende und nachfolgende Zustand, in dem die einander gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Spulenkerne 35 und 36 in axialer Richtung wenigstens teilweise überlappen, zum Übertragen genutzt wird. Dabei wird für die Datenübertragung ein Zeitmultiplex verwendet. Die 2 zeigt dazu in Form einer Prinzipskizze die beiden Spulenkerne 35 und 36 samt der ihnen zugeordneten Elektronik 37 und 38.

12
Achsstummel
14
Außenring
16
Bremsscheibe
17
Bremsscheibenträger
18
Flansch
19
Radfelge
21, 22
Sensor
25, 26
Verbindungsleitung
31, 32
Teil einer Übertragungseinrichtung
35, 36
Spulenkern
37, 38
Elektronik


Anspruch[de]
Übertragungseinrichtung mit einem induktiven Übertrager, beinhaltend folgende Merkmale:

– Der Übertrager ist wenigstens zweigeteilt ausgebildet,

– ein Teil des Übertragers ist an einem Element angeordnet und ein weiterer Teil des Übertragers ist an einem weiteren Element angeordnet, wobei wenigstens eines der Elemente gegenüber dem anderen drehbar ist, und

– die Teile sind derart ausgebildet und an den Elementen angeordnet, dass im Laufe einer Umdrehung eine induktive Kopplung zwischen den Teilen bestimmungsgemäß variiert und wenigstens einmal ein Maximum erreicht.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der Teile des Übertragers einen Spulenkern aus einem magnetisierbaren Material umfasst. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Spulenkern U-förmig ausgebildet ist. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die U-förmigen Spulenkerne derart angeordnet sind, dass sie bei maximaler Kopplung einen im wesentlichen O-förmigen magnetischen Kreis ausbilden. Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedes der Teile des Übertragers eine elektrische Spule umfasst. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Spule als Leiterbahn einer Leiterplatte ausgebildet ist. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei der Spulenkern in die Leiterplatte eingreifend angeordnet ist. Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei auf der Leiterplatte weitere Elektronikbauteile integriert sind. Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Übertrager in einem Bereich um die maximale Kopplung herum zum Übertragen von Energie und Informationen ausgebildet ist. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 9, wobei für die Informationsübertragung ein Zeitmultiplex verwendet ist. Radnabeneinheit mit der Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der eine Teil des Übertragers an einem sich bestimmungsgemäß drehenden Element der Radnabeneinheit und der weitere Teil des Übertragers an einem sich bestimmungsgemäß nicht drehenden Element der Radnabeneinheit angeordnet ist. Radnabeneinheit nach Anspruch 11, wobei der Teil des Übertragers am sich drehenden Element mit mehreren Sensoren verbunden ist. Radnabeneinheit nach Anspruch 12, wobei die Sensoren, einen Sensor zum Erfassen eines Drucks, insbesondere eines Reifens, und einen Sensor zum Erfassen einer Temperatur, insbesondere einer Bremsscheibe und/oder eines Reifens, umfassen. Radnabeneinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Teil des Übertragers am drehenden Element derart angeordnet ist, dass dessen Mittelpunkt je Umdrehung auf einer in sich geschlossenen Bahn umläuft.






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