DE102005016961B4 - Radnabeneinheit mit einer Übertragungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Radnabeneinheit mit einer Übertragungseinrichtung mit einem induktiven Übertrager, beinhaltend folgende Merkmale:- Der Übertrager ist wenigstens zweigeteilt ausgebildet,- ein Teil (31) des Übertragers ist an einem sich bestimmungsgemäß drehendem Element der Radnabeneinheit angeordnet und ein weiterer Teil (32) des Übertragers ist an einem weiteren sich bestimmungsgemäßnicht drehenden Element der Radnabeneinheit angeordnet,- jedes der Teile (31, 32) des Übertragers umfasst einen einzigen U-förmig ausgebildeten Spulenkern (35, 36) aus einem magnetisierbaren Material und eine elektrische Spule,- die Teile (31, 32) sind derart ausgebildet und an den Elementen angeordnet, dass im Laufe einer Umdrehung eine induktive Kopplung zwischen den Teilen (31, 32) bestimmungsgemäß variiert und wenigstens einmal ein Maximum erreicht, und- der Übertrager ist in einem Bereich um die maximale Kopplung herum zum Übertragen von Energie und Informationen ausgebildet.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Radnabeneinheit mit einer Übertragungseinrichtung mit einem induktiven Übertrager.
• 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.
• Aus der DE 35 03 347 C2 ist eine Vorrichtung zur drahtlosen Messsignalübertragung bei einem umlaufenden Teil einer Maschine bekannt, bei der für mehrere Sensoren, insbesondere Reifendrucksensoren jeweils separate Übertragungseinrichtungen vorgesehen sind.
• Aus der DE 102 35 947 A1 ist ein Verfahren zur Übertragung von Energie und Daten von einem mit einer Tür schließbaren Elektrogerät auf die Tür bekannt.
• Aus der EP 0 886 363 A1 ist ein elektrokontaktfreier Energieübertrager und aus der EP 0 810 108 A2 ein kurzreichender kabelloser elektrischer Kommunikationsübertrager bekannt.
• 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.
• 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.
• Bezugszeichenliste

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

Claims (11)

1. Radnabeneinheit mit einer Übertragungseinrichtung mit einem induktiven Übertrager, beinhaltend folgende Merkmale: - Der Übertrager ist wenigstens zweigeteilt ausgebildet, - ein Teil (31) des Übertragers ist an einem sich bestimmungsgemäß drehendem Element der Radnabeneinheit angeordnet und ein weiterer Teil (32) des Übertragers ist an einem weiteren sich bestimmungsgemäß nicht drehenden Element der Radnabeneinheit angeordnet, - jedes der Teile (31, 32) des Übertragers umfasst einen einzigen U-förmig ausgebildeten Spulenkern (35, 36) aus einem magnetisierbaren Material und eine elektrische Spule, - die Teile (31, 32) sind derart ausgebildet und an den Elementen angeordnet, dass im Laufe einer Umdrehung eine induktive Kopplung zwischen den Teilen (31, 32) bestimmungsgemäß variiert und wenigstens einmal ein Maximum erreicht, und - der Übertrager ist in einem Bereich um die maximale Kopplung herum zum Übertragen von Energie und Informationen ausgebildet.
2. Radnabeneinheit nach Anspruch 1, wobei die U-förmigen Spulenkerne (35, 36) derart angeordnet sind, dass sie bei maximaler Kopplung einen im wesentlichen O-förmigen magnetischen Kreis ausbilden.
3. Radnabeneinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Spule als Leiterbahn einer Leiterplatte ausgebildet ist.
4. Radnabeneinheit nach Anspruch 3, wobei der Spulenkern (35, 36) in die Leiterplatte eingreifend angeordnet ist.
5. Radnabeneinheit nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei auf der Leiterplatte weitere Elektronikbauteile integriert sind.
6. Radnabeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei für die Informationsübertragung ein Zeitmultiplex verwendet ist.
7. Radnabeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Teil (31) des Übertragers am sich drehenden Element mit mehreren Sensoren (21, 22) verbunden ist.
8. Radnabeneinheit nach Anspruch 7, wobei die Sensoren (21, 22), einen Sensor (22) zum Erfassen eines Drucks und einen Sensor (21) zum Erfassen einer Temperatur umfassen.
9. Radnabeneinheit nach Anspruch 8, wobei der Druck der eines Reifens ist.
10. Radnabeneinheit nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Temperatur die einer Bremsscheibe (16) und/oder eines Reifens ist.
11. Radnabeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Teil (31) des Übertragers am drehenden Element derart angeordnet ist, dass dessen Mittelpunkt je Umdrehung auf einer in sich geschlossenen Bahn umläuft.

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