-
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Sensoren an Baumaschinen, insbesondere Straßenbaumaschinen wie beispielsweise Straßenfertiger oder Straßenfräsen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Aufnahmevorrichtung für eine Baumaschine, auf einen Sensor zur Überwachung einer Baumaschine sowie auf ein System umfassend die Aufnahmevorrichtung und den Sensor. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Anzeige und eine Aufnahme für die Anzeige.
-
Bekannt sind beispielsweise Ultraschall-Abstandsensoren an Baumaschinen (siehe
DE 8810671 U1 und
DE 3816198 C1 ), welche zur Befestigung an der Oberseite des Gehäuses entsprechende Montagehalterungen aufweisen. Mittels derartigen Halterungen können die Sensoren über an der Maschine angeordnete Schnellspannvorrichtungen einfach und schnell montiert bzw. demontiert sowie in ihrer Lage zu beispielsweise einer Referenz ausgerichtet werden. Weiterhin ist an dem Gehäuse der Sensoren eine Steckverbindung zur Verbindung des Sensors mit der Bordspannung (Versorgung mit elektrischer Energie, Spannungsversorgung) und zum Anschluss an ein Bussystem, beispielsweise CAN-Bus, angeordnet.
-
Die Spannungsversorgung der Sensoren liegt üblicherweise im Bereich von 10 V bis 30 V. Die zu verbrauchende Leistung der Sensoren ist unterschiedlich, liegt aber beispielsweise beim Ultraschall-Abstandsensor sowie beim GPS-Empfänger deutlich unter 10 W. Bei einem Laser-Empfänger hängt die Strom- bzw. Leistungsaufnahme von der Stärke des Umgebungslichtes ab - bei starker Sonneneinstrahlung steigt die Stromaufnahme, so dass die aufgenommene Leistung des Empfängers durchaus auch über 10 W liegen kann.
-
Ausgehend von den bereits bekannten Ultraschall-Abstandsensoren, Laser- und GPS-Empfängern wurde noch folgender Stand der Technik in Form von Schutzrechtsanmeldungen recherchiert:
- Die DE 10 2012 223 752 A1 offenbart ein Verfahren zum Betätigen eines drahtlosen Sensors einer Straßenbaumaschine, wobei an der Baumaschine eine Klammer bzw. Halterung angeordnet ist, welche einen Magneten aufweist und einen Drahtlossensor aufnehmen kann. Der drahtlose Sensor weist ein Gehäuse mit einer Vielzahl von Batterien zur Versorgung des Sensors mit Energie sowie einen Aktuator auf, wobei der Drahtlossensor nur betriebsbereit ist, wenn dieser an der Klammer bzw. Halterung angebracht ist.
-
Nachteilig hierbei ist, dass der Sensor nicht während des Betriebs der Baumaschine aufgeladen wird und somit der Ladezustand der Batterien während des Betriebes des Sensors an der Baumaschine unter einen kritischen Wert fallen kann, bei dem der Sensor ausfällt, d.h. nicht mehr betriebsbereit ist.
-
Aus der
DE 10 2014 216 681 A1 ist ein Multi-Sonic-Sensor mit mehreren am Boden des Gehäuses angeordneten Schallsensoren bekannt, wobei auf der Oberseite des Gehäuses ein Ladeanschluss, eine Halterung sowie ein Kontrollpaneel mit einem Ein-/Aus-Knopf, einer Batterie- und Drahtlosanzeige angeordnet. Der Ladeanschluss kann dabei auch eine CAN-Leitung und ein Adressierungs-Kontaktstift.
-
Nachteilig bei dem Sensor ist, dass zum Laden der im Sensor vorhandenen Batterien während des Betriebs der Baumaschine und/oder zum Übertragen von Daten auf den CAN-Bus der Maschine immer ein entsprechendes Anschlusskabel an den Sensor angesteckt werden muss. Im Batteriebetrieb kann der Ladezustand der Batterien während des Betriebes des Sensors an der Baumaschine unter einen kritischen Wert fallen, so dass der Sensor ausfallen kann, d.h. nicht mehr betriebsbereit ist.
-
Ferner ist aus der
DE 20 2006 001 305 U1 ein Asphalt-Bodenbelag mit einem darin angeordneten Sensor zur Bestimmung der Kerntemperatur bekannt, wobei der Sensor Kommunikationsmittel in Form einer Induktionsschleife zur Übertragung der gemessenen Kerntemperatur an eine Auswertestation aufweist. Die Induktionsschleife kann dabei auch zur Energieübertragung und somit zur Stromversorgung des Sensors verwendet werden.
-
-
Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz. Aufgabe ist es ein Konzept zu schaffen, welches es ermöglicht, jegliche Art von Sensorik für Baumaschinen auf einfache und flexible Art und Weise an Baumaschinen zu befestigen und anzuschließen.
-
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
-
Ausführungsbeispiele schaffen eine Aufnahmevorrichtung für eine Baumaschine mit:
- - einem mechanischen Aufnehmer zur Aufnahme eines Sensors; und
- - ein Energieübertragungselement, welches ausgebildet ist, um zur Energieversorgung des Sensors an ein Energieempfangselement des Sensors eine elektrische Energie zu übertragen.
-
Die Aufnahmevorrichtung umfasst weitere Merkmale gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.
-
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen Sensor zur Überwachung einer Baumaschine, mit:
- - einem mechanischen Verbinder, über welchen der Sensor an einen mechanischen Aufnehmer eine Aufnahmevorrichtung ankoppelbar ist; und
- - einem Energieempfangselement, welches ausgebildet ist, um zur Energieversorgung des Sensors elektrische Energie von einem Energieübertragungselement zu empfangen.
-
Weitere Merkmale sind durch den unabhängigen Patentanspruch 6 definiert.
-
Des Weiteren wird die Aufgabe durch den Gegenstand der weiteren unabhängigen Patentansprüche gelöst.
-
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein System umfassend die Aufnahmevorrichtung sowie den Sensor.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es vorteilhaft ist, eine Aufnahmevorrichtung für nahezu alle Sensoren zu schaffen, die den Sensor gleichzeitig hält und mit Energie in drahtloser Form (z.B. induktiv) versorgt. Weiter kann diese Aufnahmevorrichtung auch dazu ausgebildet sein, die entsprechenden Sensordaten zu übertragen. Das Gegenstück zu der Aufnahmevorrichtung bildet der Sensor oder der Sensor Rohling selbst, der ebenfalls eine drahtlose Energieschnittstelle sowie einen mechanischen Verbinder zur Ankopplung an die Aufnahmevorrichtung umfasst. Dadurch, dass die Energieübertragungselemente direkt in der Aufnahmevorrichtung bzw. direkt im Sensor angeordnet sind, ist es möglich, hohe Leistungen, wie z.B. größer 10 W, zu übertragen und damit alle möglichen Sensoren (wie z.B. Ultraschallsensoren, Laserempfänger oder GPS-Sensoren) mit ausreichend Energie zu versorgen.
-
Also beziehen sich Ausführungsbeispiele auf eine an einer Baumaschine angeordnete Vorrichtung zur drahtlosen Energieübertragung an einen Sensor, beispielsweise einen Ultraschall-Abstandsensor, einen Laser-Empfänger, einen GPS-Empfänger usw. Derartige Sensoren werden an Straßenbaumaschinen üblicherweise zur Höhenregulierung, d.h. zur Nivellierung, oder auch zur Positionsbestimmung verwendet.
-
Erfindungsgemäß umfasst das Energieübertragungselement eine Induktionsschleife oder Induktionsspule oder ist ausgebildet, um induktiv elektrische Energie zu übertragen.
-
Gemäß Ausführungsbeispielen kann das Energieübertragungselement ferner ausgebildet sein, um zusammen mit der elektrischen Energie Daten mit dem Energieempfangsgerät des Sensors auszutauschen.
-
Gemäß Ausführungsbeispielen kann die mechanische Aufnahme eine Klemmaufnahme, Schnellspanneinheit, Schraubelement oder eine andere Aufnahme basierend auf einem Formschluss oder einem Reibschluss sein.
-
Ausführungsbeispiele schaffen eine Aufnahmevorrichtung, die eine Mehrzahl an mechanischen Aufnehmern mit jeweils einer Mehrzahl an Energieübertragungselementen für eine Mehrzahl an Sensoren umfasst. Hierbei kann einen Verkabelung vorgesehen sein, über welche das Energieübertragungselement mit elektrischer Energie von der Baumaschine versorgt wird.
-
Oben genannter Sensor umfasst gemäß Ausführungsbeispielen mindestens ein Sensorelement. Das Sensorelement kann ein Ultraschallsensor zur Abstandsmessung, einen Laserempfänger zum Empfangen eines Lasersignals, einen GPS-Sensor zur Ermittlung der Position, einen Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur und/oder einen weiteren Baumaschinensensor umfassen.
-
Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Energieempfangselement ausgebildet, um mindestens 5 W oder 10 W elektrische Energie zu empfangen und mindestens 5 W oder 10 W elektrische Energie einem Sensorelement oder einer elektrischen Schaltung bereitzustellen. Hierzu hat z.B. das Energieempfangselement eine Induktionsschleife oder Induktionsspule oder ist ausgebildet, um induktiv elektrische Energie zu empfangen.
-
Das Energieempfangselement kann ferner ausgebildet sein, um Daten auszutauschen.
-
Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Sensor ohne Batterie funktionsfähig. Er weist beispielsweise auch keine äußeren elektrischen Kontakte auf.
-
Gemäß Ausführungsbeispielen kann der mechanische Verbinder einen Halteknauf umfassen.
-
Ferner sei angemerkt, dass die Baumaschine eine Straßenbaumaschine, wie z.B. ein Straßenfräser oder ein Straßenfertiger ist; und/oder der Sensor zur Höhenregelung, Nivellierung oder Positionsbestimmung der Baumaschine dient.
-
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Aufnahmevorrichtung für eine Baumaschine. Die Aufnahmevorrichtung umfasst einen mechanischen Aufnehmer zur Aufnahme einer Anzeige und ein Energieübertragungselement, welches ausgebildet ist, um zur Energieversorgung der Anzeige an ein Energieempfangselement der Anzeige eine elektrische Energie zu übertragen.
-
Zusätzliche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die entsprechende Anzeige für die Baumaschine. Die Anzeige umfasst einen mechanischen Verbinder, über welchen die Anzeige an einen mechanischen Aufnehmer einer Aufnahmevorrichtung ankoppelbar ist, und ein Energieempfangselement, welches ausgebildet ist, um zur Energieversorgung der Anzeige elektrische Energie von einem Energieübertragungselement zu empfangen.
-
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen gezeigt:
- 1 zeigt ein System zur drahtlosen Energieübertragung an einen Sensor;
- 2 zeigt das Energieübertragungselement einer Aufnahmevorrichtung in Kombination mit dem Energieempfangselement eines Sensors;
- 3a-3b zeigen Konstruktionsdarstellungen des Systems aus 1 bzw. des hier zum Einsatz kommenden Sensors; und
- 3c zeigt eine dreidimensionale Darstellung des im System aus 1 und 3 zum Einsatz kommenden Sensors.
-
Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele anhand der Figuren erläutert.
-
1 zeigt ein System zur drahtlosen Energieübertragung an einen Sensor 100 mit einer Halterung/Aufnahme 10 der Aufnahmevorrichtung sowie einem Sensor 20. Wie anhand des gestrichelt und damit optionalen Blocks 22 angedeutet ist, muss der Sensor 20 nicht zwingend die Sensorelektronik 22 integriert haben, sondern kann auch eine Art Rohling-Sensor 20 sein, in welchem die eigentliche Sensorik, wie z.B. ein Ultraschallwandler, Laserempfänger oder GPS-Empfänger integriert werden kann. Von einer anderen Seite betrachtet heißt es, dass der Sensor 20 optional die Sensorik 22 umfassen kann, wobei diese beiden Elemente auch getrennt voneinander sein können, so dass der Sensor 20 eigentlich nur eine Schnittstelle zwischen der Aufnahme 10 und der Sensorik 22 darstellt.
-
Der Sensor 20 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel hier den Sensorknauf 24, der zur mechanischen Halterung des Sensors 20 mit der Halterung 10 in Eingriff ist. Der Sensorknauf kann beispielsweise als Schnellspannvorrichtung, aber auch anders realisiert sein (Stichwort Formschluss und Reibschluss).
-
Zur Übertragung bzw. zur Versorgung der Sensorik 22 mit elektrischer Energie umfasst der Sensor 20, wie auch die Aufnahme Energieübertragungselemente, wie z.B. induktive Spulen, welche in 2 gezeigt sind.
-
2 zeigt die Aufnahme 10 mit der Spule 12, wobei in die Aufnahme 10 der Sensorknauf 24 eingeklinkt ist, der ebenfalls mit einer Spule 26 ausgestattet ist. Die Spule 12 überträgt als Energieübertragungselement die elektrische Energie an die Spule 26 als Energieempfangselement. Andere Ausführungen der Energieübertragung sind ebenso denkbar.
-
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann gleichzeitig mit der Energie zwischen den Elementen 12 und 26 auch eine Datenübertragung / Datenaustausch erfolgen.
-
3a zeigt eine weitere Ausführung mit der Aufnahmevorrichtung sowie einem Sensor 20. Die Aufnahmevorrichtung ist durch die Aufnahme 10 mit zwei Klemmschrauben 10a und einem Befestigungsrohr 11 geformt. Der Sensor 20 umfasst den Aufnahmezapfen 24, sowie das Gehäuse 25. Ferner sind auch die Elemente zur Energieübertragung 12 und 26 illustriert (vgl. 3b), wobei angemerkt sei, dass die Position dieser nicht zwingend neben dem Zapfen 24 an der Oberseite des Gehäuses erfolgen muss. Im Allgemeinen bzw. bevorzugt sind die Elemente 12 und 26 derart angeordnet, dass sich diese im eingebauten Zustand zumindest partiell überlappen. Wie insbesondere aus 3b hervorgeht ist, kann das Gehäuse 25 als Schraubkonstruktion gebildet sein.
-
Das Vorgehen beim Einsetzen des Sensors 20 in die Aufnahme 10 kann wie folgt beschrieben werden:
- - Klemmschraube am Befestigungsrohr 11 lösen;
- - Runden Aufnahmezapfen 24 an der Oberseite des Sensorgehäuses 25 (senkrecht) in das Befestigungsrohr 11 / Aufnahme 10 führen;
- - Sensor 20 entsprechend der Bewegungsrichtung verdrehen;
- - Aufnahmezapfen 24 des Sensors 20 mit Klemmschrauben 10a feststellen.
-
3c zeigt eine Ausführungsform des Sensors 20 (hier ein Ultraschallsensor) mit Knauf 24, Gehäuse 25 und Sensorelektronik 22, in welche auch das Energieempfangselement 26 eingebettet sein kann. Die Sensorelektronik 22 ist beispielsweise seitlich versetzt neben dem Knauf 24 im Gehäuse 26 angeordnet.
-
Vorteile dieser Ausführungsbeispiele liegen insbesondere darin, dass keine Anschlusskabel zur Übertragung von Energie bzw. auch zur Übertragung von Daten vorgesehen sein müssen, so dass die Haltevorrichtung mit einer festen Verkabelung (d.h. keine Kabel/Stecker) zur Versorgung der Aufnahmen 10 mit elektrischer Energie ausgestattet sein kann.
-
Ein detailliertes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend zusammen mit den resultierenden Vorteilen erläutert:
- Mittels der vorliegenden Erfindung soll über die Schnellspannvorrichtung an der Baumaschine und die Montagehalterung am Sensor dieser mit der notwendigen Energie versorgt werden. Dazu kann, in der Schnellspannvorrichtung und in der Montagehalterung jeweils eine Induktionsschleife (Spule) angeordnet sein, über welche die Energie eingekoppelt wird. Gegebenenfalls können über die Induktionsschleife auch Daten (Busdaten, CAN-Bus) übertragen werden, so dass kein separates Funkmodul im Sensor notwendig wäre.
-
Das Prinzip wäre für alle Sensoren mit entsprechender Montagehalterung anwendbar, wie beispielsweise Ultraschall-Abstandssensoren, Laser-Empfänger, GPS-Empfänger, etc.
-
Daraus ergeben sich folgende Vorteile.
- - Kabel an der Maschine könnten fest (d.h. nicht mehr lös-bzw. entfernbar) angebracht sein, sog. feste Verkabelung
- - Kein Anschlusskabel am Sensor notwendig (Kabel sind verschleißanfällig)
- - Kein Steckkontakt am Sensor notwendig (keine mechanische Verbindung, Steckkontakte korrodieren mit der Zeit durch Umweltbedingungen wie beispielsweise Feuchtigkeit etc.)
- - Keine Batterien im Sensor notwendig (diese könnten mit der Zeit defekt werden, so dass diese ausgetauscht werden müssten)
-
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann mittels der für den Sensor konzipierte Halterung auch eine Anzeigeeinheit, wie beispielsweise ein Display, mit der Baumaschine verbunden werden, wobei verbinden hier ebenfalls elektrische (i.S. von energetisch und ggf. informatorisch) und mechanisch bedeutet. Deshalb beziehen sich weitere Ausführungsbeispiele auf eine Halterung einer Baumaschine für eine Anzeige mit:
- - einem mechanischen Aufnehmer zur Aufnahme einer Anzeige; und
- - ein Energieübertragungselement , welches ausgebildet ist, um zur Energieversorgung der Anzeige an ein Energieempfangselement der Anzeige eine elektrische Energie zu übertragen.
-
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Anzeige für eine Baumaschine mit:
- - einem mechanischen Verbinder, über welchen die Anzeige an einen mechanischen Aufnehmer einer Aufnahmevorrichtung ankoppelbar ist; und
- - einem Energieempfangselement, welches ausgebildet ist, um zur Energieversorgung der Anzeige elektrische Energie von einem Energieübertragungselement zu empfangen.
-
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen weist die Anzeigevorrichtung ein LCD-Display auf.
-
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Halterung für die Anzeige sowie die Anzeige auch die oben im Rahmen des Sensors bzw. der Sensorhalterung beschriebenen optionalen Merkmale, wie Datenaustausch über die Spule, mechanische Ankopplung mittels Schnellverschluss und/oder feste Verkabelung an der Baumaschine umfassen kann.
-
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
