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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Diagnosemodul für eine Vorrichtung, beispielsweise für eine hydraulische Maschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem Diagnosemodul.
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Hintergrund der Erfindung
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In der
DE 10 2009 021 717 A1 ist eine hydraulische Axialkolbenmaschine offenbart. Diese weist ein Bauteil auf, das eine elektronische, autarke Sensoranordnung hat. Die Sensoranordnung weist hierbei eine Energieversorgungsvorrichtung auf, mit der Lichtenergie, Wärmeenergie oder Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelbar ist. Über einen Sender und Empfänger können Sensordaten drahtlos übertragen werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Diagnosemodul zu schaffen, das auf einfache Weise bei einer Vorrichtung anordbar ist. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zu schaffen, bei der auf vorrichtungstechnisch einfache Weise ein Betriebszustand überwacht werden kann.
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Diese Aufgabe hinsichtlich des Diagnosemoduls wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein Diagnosemodul für eine Vorrichtung vorgesehen, bei der im Betrieb Abwärme und/oder Vibrationen auftreten. Bei der Vorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Maschine oder um eine hydraulische Maschine. Das Diagnosemodul hat vorzugsweise zumindest einen Sensor, beispielsweise zum Überwachen eines Betriebszustands der Vorrichtung. Des Weiteren kann das Diagnosemodul eine Energieerzeugungsvorrichtung aufweisen, die, beispielsweise kinetische und/oder thermische, Energie oder Verlustenergie von der Vorrichtung aufnimmt und in elektrische Energie umwandelt. Des Weiteren kann das Diagnosemodul eine Kommunikationsvorrichtung, beispielsweise ein Funkmodul, aufweisen, mit der zumindest Daten des zumindest einen Sensors drahtlos übertragbar sind. Vorteilhafterweise ist das Diagnosemodul derart eingerichtet, dass es von außen an ein Gehäuse der Vorrichtung montierbar ist.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass im Vergleich zum Stand der Technik das Diagnosemodul äußerst einfach an der Vorrichtung, beispielsweise der Maschine, vorgesehen werden kann und nicht aufwendig in die Vorrichtung integriert werden muss. Durch die drahtlose Übertragung kann vorteilhafterweise auf eine kostenintensive einheitliche kabelbasierte Schnittstelle verzichtet werden, wodurch eine Nachrüstfähigkeit des Diagnosemoduls verbessert ist, da keine Verkabelung montiert werden muss. Dies ist äußerst vorteilhaft bei Vorrichtungen in Form von mobilen Anwendungen oder Nebenaggregaten, da hier ein Montage- und Materialaufwand im Vergleich zu kabelbasierten Lösungen äußerst gering ist, da keine kostenintensiven industrierobusten Kabel eingesetzt werden müssen. Durch die Energieerzeugungsvorrichtung kann das Diagnosemodul, obwohl es außen an der Vorrichtung angeordnet ist, autark Energie aufbringen. Somit ist keine Energieversorgung über Primär- oder Sekundärbatterien notwendig, was bei anspruchsvollen Umweltbedingungen, wie beispielsweise hohe Temperaturen am Aggregat, und hinsichtlich Batteriewechselzyklen, bei der zukünftig vermutlich massiv ansteigenden Anzahl von elektrischen Verbrauchern, nicht sinnvoll wäre. Sind Primär- und/oder Sekundärbatterien vorhanden, so können durch das Diagnosemodul deren Lebensdauer verlängert werden. Somit ist mit dem Diagnosemodul ermöglicht, Vorrichtungen beispielsweise in Form von Aggregaten, Antriebsmaschinen und Anlagen, mit vernetzter, kostengünstiger Sensorik auszustatten, um beispielsweise die Lebensdauer vorherzusagen, um Verschleiß frühzeitig zu erkennen und ungeplante Stillstandzeitzeiten aufgrund von Reparatur oder Wartung nach Möglichkeit zu vermeiden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Energieerzeugungsvorrichtung ein Kinetische-Energie-Harvester vorgesehen ist. Mit diesem kann mechanische in elektrische Energie umgewandelt werden. Für die Umsetzung der kinetischen Energie sind Wandlungsmechanismen bekannt, die beispielsweise auf piezoelektrischen, triboelektrischen, kapazitiven oder induktiven Prinzipien basieren. Durch die Nutzung kinetischer Restenergie, die in der Regel über seismische Massen - also Trägheitskräfte - in den Kinetische-Energie-Harvester eingekoppelt wird, können beliebige räumliche Beschleunigungen, wie beispielsweise Richtungsänderungen, insbesondere Rotationen, genutzt werden, um Energie zu gewinnen. Beispielsweise können vibrationsbasierte oder resonanzbasierte Kinetische-Energie-Harvester eingesetzt sein, die eine Relativbewegung zwischen einer seismischen Masse und einem Montageort zur Erzeugung elektrischer Energie nutzen, wobei als Montageort das vibrierende Gehäuse der Vorrichtung vorteilhafterweise vorgesehen sein kann. Beispielsweise liefert der resonanzbasierte beziehungsweise vibrationsbasierte Kinetische-Energie-Harvester bei einer Anregung durch eine einzelne Frequenz (in seiner Eigenfrequenz) seine Maximalleistung. Ein Kinetische-Energie-Harvester ist beispielsweise aus der
EP 1 987 551 bekannt, weswegen neben den vor- und nachstehenden Ausführungen für zusätzliche Informationen auf diese Druckschrift verwiesen wird.
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Der Kinetische-Energie-Harvester ist vorzugsweise derart angeordnet, dass über diesen Vibrationen und/oder Schwingungen der Vorrichtung zur Generierung von Nutzleistung verwendbar sind. Somit kann auf einfache Weise das Diagnosemodul mit Energie versorgt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass als Energieversorgungsvorrichtung ein Thermischer-Energie-Harvester eingesetzt ist. Dieser ist vorzugsweise derart angeordnet, dass über die Energieerzeugungsvorrichtung ein Wärmefluss oder Temperaturunterschied der Vorrichtung oder Maschine zur Generierung von Nutzleistung verwendbar ist. Somit kann auf vorrichtungstechnisch einfache Weise eine autarke Energieversorgung des Diagnosemoduls ermöglicht sein. Ist eine Kombination von einem Kinetische-Energie-Harvester und einem Thermische-Energie-Harvester vorgesehen, so kann ersterer beispielsweise bei einem Kaltstart der Vorrichtung zur Energieversorgung eingesetzt werden und nach der Aufwärmung der Vorrichtung kann dieser durch den Thermische-Energie-Harvester unterstützt werden.
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Der oder die Harvester können somit die charakteristischen und betriebsbedingt nicht vermeidbaren Vibrationen des Gehäuses der Vorrichtung und/oder Temperaturunterschiede zwischen einem Arbeitsfluid, dem Gehäuse und der Umgebung, an einer oder an mehreren für eine Sensorik vorgesehenen Bohrung/en nutzen.
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Vorzugsweise hat der Thermische-Energie-Harvester einen thermoelektrischen Generator. Mit diesem kann dann mittels eines Temperaturgefälles zwischen einer Heißseite und einer Kaltseite vorrichtungstechnisch einfach Energie generiert werden. Hierfür wird der sogenannte Seebeck-Effekt eingesetzt. Je nach verwendeter Spannungswandler-Elektronik kann dann bereits bei wenigen Kelvin Temperaturdifferenz ausreichend Nutzleistung generiert werden.
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Die Heißseite des thermoelektrischen Generators ist beispielsweise direkt mit einem, insbesondere verdrängtem, Fluid der hydraulischen Maschine oder Verdrängermaschine oder Vorrichtung in Kontakt, um direkt Wärme abzugreifen, was zu einem hohen Wirkungsgrad des Harvesters führt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Heißseite des Thermische-Energie-Harvesters an einem Sensorgehäuse des Sensors anliegen. Ist der Sensor beispielsweise als ein Drucksensor vorgesehen, so ist dieser üblicherweise im Fluidkontakt, wobei es sich bei dem Fluid beispielsweise um Druckmittel einer Maschine in Form einer Verdrängermaschine handelt. Somit kann auf einfache Weise Wärme vom Fluid über den Sensor zur Heißseite geführt werden, um über den Thermische-Energie-Harvester Energie zu gewinnen.
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In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Heißseite des Thermische-Energie-Harvester an einem Wärmeleitelement, beispielsweise einem Plattenteil, anliegt, das den zumindest einen Sensor vorrichtungstechnisch einfach umgreift, um Wärme vom Sensor abzuführen. Mit dem Wärmeleitelement kann dann großräumig Wärme abgeführt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Diagnosemodul ein Modulgehäuse aufweisen, das derart ausgestaltet ist, dass das Modulgehäuse in eine Sensoraufnahme, beispielsweise eines Gehäuses der Vorrichtung oder Maschine, einsetzbar oder einschraubbar ist.
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Das Wärmeleitelement oder das Modulgehäuse kann vorzugsweise einen Gewindeabschnitt des Sensors, beispielsweise anliegend, umfassen. Wird der Sensor dann in das Gehäuse der Vorrichtung eingeschraubt, so kann er dann zur Halterung des Diagnosemoduls dienen.
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Es ist denkbar, dass das Wärmeleitelement oder das Modulgehäuse einen Hülsenabschnitt hat. Dieser kann dann in eine Sensoraufnahme aufgenommen sein. In dem Hülsenabschnitt wiederum kann dann der Sensor eingesetzt sein. Somit kann das Modulgehäuse zum einen zum Haltern des Diagnosemoduls verwendet werden und zum anderen zum Haltern des Sensors eingesetzt werden. Es ist dann beispielsweise eine Vormontage möglich, indem der Sensor in den Hülsenabschnitt eingesetzt wird und dann das Modulgehäuse mit dem Hülsenabschnitt in einen weiteren Montageschritt in das Gehäuse der Maschine eingesetzt wird. Zur Aufnahme des Sensors kann der Hülsenabschnitt beispielsweise ein Innengewinde haben.
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Vorzugsweise hat das Modulgehäuse eine Wärmezuleitkomponente und/oder eine Wärmeableitkomponente. Über die Wärmezuleitkomponente kann Wärme effektiv zur Heißseite des thermoelektrischen Generators geführt sein. Als Wärmeableitkomponente kann beispielsweise eine Wärmeleitvorrichtung, wie beispielsweise eine Kühlrippe vorgesehen sein, um auf einfache Weise einen Wärmestrom von der Kaltseite des thermoelektrischen Generators abzuführen. Als Wärmeableitkomponente kann/können auch zumindest ein Oberflächenbereich oder Oberflächenbereiche des Modulgehäuses zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein.
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Vorzugsweise hat das Modulgehäuse mehrere äußere Oberflächenabschnitte, die angewinkelt zueinander sind. Diese können dann als Wärmeableitkomponente eingesetzt sein. Denkbar ist zusätzlich am zumindest einen Oberflächenabschnitt oder einem jeweiliger Oberflächenabschnitt eine Wärmeableitkomponente, wie beispielsweise Kühlrippen vorzusehen. Eine Kühlleistung kann hierdurch vorteilhafterweise unabhängig oder zumindest weitestgehend unabhängig von der Einbaulage des Diagnosemoduls oder von benachbarten Komponenten sein. Mehrere Oberflächenabschnitte sind beispielsweise um, beispielsweise etwa, 90° zueinander angeordnet. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass Kühlstrukturen an der Oberfläche des Diagnosemoduls an verschiedenen Oberflächen, welche 90° zueinander orientiert sein können, ausgeführt sind.
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Als Sensor kann beispielsweise ein Drucksensor und/oder ein Temperatursensor vorgesehen sein, um mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand auf einen aktuellen Betriebszustand der Vorrichtung oder Maschine zu schließen. Denkbar ist auch zusätzlich oder alternativ einen Drehzahlsensor oder Schwenkwinkelsensor bei einer entsprechend ausgestalteten Maschine oder Vorrichtung vorzusehen. Besonders vorteilhaft kann als Sensor zusätzlich oder alternativ ein Beschleunigungs- und/oder Vibrationssensor eingesetzt sein. Hierdurch kann dann über charakteristische Eigenfrequenzen oder Eigenmoden auf eine Lebensdauer oder einen Verschleiß der Vorrichtung oder Maschine geschlossen werden. Charakteristische Eigenmoden und deren höhere Ordnungen können jeweils direkt proportional von einer Betriebsdrehzahl der Vorrichtung abhängen, womit auf einfache Weise ein breiter Drehzahlbereich über alle jeweils möglichen Arbeitspunkte durch den Beschleunigungs- und/oder Vibrationssensor überwachbar ist. Außerdem ist eine Bewertung auch beispielsweise in einem Zeitbereich denkbar.
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Durch die Kommunikationsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass Daten drahtlos übermittelt, beispielsweise gesendet und empfangen, werden können. Hierbei kann beispielsweise ein Gateway und/oder eine Steuereinheit vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass ein Betriebszustand der Vorrichtung überwacht werden kann und/oder Sensordaten, wie beispielsweise physikalisch zu messende Größen, übertragen werden können, ohne aufwendig eine Verkabelung vorzusehen. Durch die fehlende Verkabelung des Diagnosemoduls ist ein Montage- und Installationsaufwand äußerst gering.
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Mit anderen Worten ist ein energieautarkes Diagnosemodul mit Funkdatenübertragung und einem Sensor oder vielfältiger Sensorik - einzeln oder in Kombination - zur Energierückgewinnung und/oder Betriebsdatenerfassung vorgesehen. Die Betriebsdatenerfassung kann zur Lastkollektivbildung und/oder zu Fehlererkennung/Diagnose und/oder zur Restlebensdauerprognose, beispielsweise mittels Vibrationssensorik für beispielsweise hydraulische Verdrängermaschinen vorgesehen sein. Durch geschickte Platzierung/lntegration des Sensors oder der vielfältigen Sensorik über das Diagnosemodul entfallen externe Sensoren, wie beispielsweise Druck- und/oder Temperatur- und/oder Drehzahlsensoren und/oder sonstige Sensoren, die zur Bestimmung des aktuellen Betriebs-/Verschleißzustandes notwendig wären. Die Nutzbarmachung von bisher ungenutzter thermischer und kinetischer Umgebungsenergie kann dann zum energieautarken kabellosen Betrieb über Thermische- und/oder Kinetische-Energie-Harvester erreicht werden.
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Der Kinetische-Energie-Harvester kann derart ausgelegt sein, dass er mehrere Vibrationsstrukturen unterschiedlicher Resonanzfrequenz zur Energiegewinnung verwenden kann, um breitbandige Anregungsfrequenzen der Maschine oder Verdrängermaschine, welche zeitlich veränderlich sein können, beispielsweise im typischen Frequenzbereich von 0 bis 1000 Hz, besonders bevorzugt im Frequenzbereich von 100 bis 600 Hz, besonders bevorzugt im Frequenzbereich von 200 bis 500 Hz, verwenden kann. Es ist auch denkbar Frequenzbereiche bis 5 kHz für Energiegewinnung einzusetzen.
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Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung, beispielsweise eine hydraulische Kraft- und/oder Arbeitsmaschine oder Verdrängermaschine oder ein Elektromotor oder ein Getriebe, mit einem Diagnosemodul gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass das Diagnosemodul bei der Vorrichtung einfach nachgerüstet werden kann. Durch das Diagnosemodul kann somit mit geringem Vorrichtungs- und Montageaufwand eine Betriebsüberwachung vorgesehen werden.
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Die Vorrichtung weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, das eine Sensoraufnahme für einen Sensor, beispielsweise für einen Druck- oder Temperatursensor, hat. In die Sensoraufnahme oder an der Sensoraufnahme kann dann vorrichtungstechnisch einfach das Diagnosemodul befestigt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, dass das Diagnosemodul ein Zwischenstück zwischen einer mit der Vorrichtung, beispielsweise der Verdrängermaschine, fluidisch verbundenen Strömungspfad oder Fluidleitung oder Fluidkanal bildet. Das Diagnosemodul kann dann beispielsweise zwischen einer Vor- und/oder Rücklaufleitung angeordnet sein. Somit kann das Diagnosemodul auf vorrichtungstechnisch einfache Weise in einen Fluidkreislauf integriert werden. Die Vor- und/oder Rücklaufleitung kann/können extern von der Maschine vorgesehen sein und mit dieser verbunden sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorzugsweise die Kaltseite des Thermische-Energie-Harvesters an einer Wärmeableitvorrichtung der Maschine anliegbar und/oder mit der Wärmeableitvorrichtung verbindbar. Somit kann die vorhandene Wärmeableitvorrichtung kostengünstig zur Wärmeabfuhr verwendet werden. Bei der Wärmeableitvorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine oder mehrere Kühlrippen und/oder um einen oder mehrere Stützstege und/oder um eine oder mehrere Haltevorrichtungen. Mit anderen Worten kann ein Wärmestrom an der Kaltseite des Thermische-Energie-Harvesters über die ohnehin am Gehäuse der Maschine vorhandenen Wärmeableitvorrichtungen abgeleitet werden. Denkbar ist auch, dass die Kaltseite des Thermische-Energie-Harvesters einen thermischen und/oder mechanischen Kontakt mit einer Oberfläche des Gehäuses der Vorrichtung hat, wobei die Oberfläche dann zur Wärmeableitung dient. Insbesondere weist die Oberfläche eine oder mehrere Kühlrippen auf.
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Vorzugsweise hat die Maschine einen aktiven Kühlkreislauf mit einem Kühlmedium. Eine Heißseite des Thermische-Energie-Harvesters kann dann mit einem Arbeitsfluid der Verdrängermaschine und/oder die Kaltseite kann mit dem Kühlmedium in Wirkverbindung stehen. Somit kann auf vorrichtungstechnisch einfache Weise die Abwärme des Arbeitsfluids zur Wärmezufuhr und/oder das Kühlmedium zur Wärmeabfuhr verwendet werden. Die Heißseite und/oder die Kaltseite werden hierbei beispielsweise angeströmt oder umströmt. Mit anderen Worten kann bei Kraft- und Arbeitsmaschinen mit aktiver Kühlung durch einen Kühlkreislauf die Heißseite durch das Arbeitsfluid realisiert werden, während die Kaltseite durch den Kühlkreislauf gestaltet werden kann.
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Vorzugsweise hat die Maschine einen aktiven Kühlkreislauf mit einem Kühlmedium, wobei dann die Heißseite des Thermischen-Energie-Harvesters mit dem erwärmten Kühlmedium des Rücklaufs und/oder die Kaltseite mit dem gekühlten Kühlmedium des Vorlaufs in Wirkverbindung steht. Die Heißseite und/oder die Kaltseite kann dann beispielsweise angeströmt oder umströmt sein. Somit ist ein einziges Kühlmedium zur Energiegewinnung vorrichtungstechnisch einfach für den Thermischen-Energie-Harvester vorgesehen. Mit anderen Worten kann bei Kraft- und Arbeitsmaschinen mit aktiver Kühlung durch einen Kühlkreislauf die Heißseite durch den erwärmten Rücklauf des Kühlkreislaufs gestaltet werden, während die Kaltseite in Form des Kühlkreisvorlaufs realisiert werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Anregungsachse des Kinetische-Energie-Harvesters, beispielsweise etwa, im Parallelabstand zur Bewegungsachse eines oder mehrerer Kolben der Maschine in Form einer Verdrängermaschine angeordnet sein. Somit kann auf einfache Weise möglichst viel Energie über den Kinetische-Energie-Harvester produziert werden. Mit anderen Worten ist der Kinetische-Energie-Harvester derart angeordnet, dass die Anregungsachse räumlich parallel zur Achse der Kolbenbewegung der Verdrängermaschine liegt.
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Die Maschine kann beispielsweise bei mobilen Anwendungen, im Anlagenbau oder in der Fabrikautomation eingesetzt werden. Ist als Maschine eine Verdrängermaschine vorgesehen, so weist diese üblicherweise eine hohe Robustheit, eine gute und einfache Regelbarkeit, sowie eine hohe Leistungsdichte auf. Ein Leistungsspektrum kann beispielsweise zwischen 1,2 bis 1000 kW liegen. Denkbar ist auch die Verdrängermaschine im stationären Bereich, wie beispielsweise in einer Tunnelvortriebsmaschine oder in Stahlwerken oder in Pressen, einzusetzen. In mobilen Anwendungen kann die Verdrängermaschine beispielsweise in einem Bagger, in einem landwirtschaftlichen Gerät, wie beispielsweise einem Traktor, oder in Kommunalfahrzeug vorgesehen sein.
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Figurenliste
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 in einer stark vereinfachten Seitenansicht eine Verdrängermaschine mit einem Diagnosemodul gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 die Verdrängermaschine aus 1 mit einem Diagnosemodul gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 3 bis 5 jeweils in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung ein Diagnosemodul gemäß einem jeweiligen Ausführungsbeispiel, und 6 in einer Seitenansicht einen Ausbruch einer Axialkolbenmaschine.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Gemäß 1 ist eine Maschine in Form einer Verdrängermaschine 1 dargestellt. Diese hat eine Triebwelle 2, über die Kolben 4 antreibbar sind, oder die von Kolben 4 angetrieben wird. Anstelle von Kolben 4 ist denkbar Schieber oder andere verdrängende Körper anzutreiben. Die Verdrängermaschine 1 hat eine erste hydraulische Seite 6 und eine zweite hydraulische Seite 8. Die hydraulische Seite 6 kann hierbei als Saugseite oder Vorlauf und die hydraulische Seite 8 als Rücklauf oder Druckseite dienen. Umgekehrt ist auch denkbar, dass die hydraulische Seite 8 als Vorlauf oder Saugseite und die Seite 6 als Rücklauf oder Druckseite dient. Die Verdrängermaschine 1 ist beispielsweise als Axialkolbenmaschine ausgebildet, womit die Kolben 4 eine Verdrängungsrichtung 10 haben, die sich beispielsweise, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, etwa im Parallelabstand zur Triebwelle 2 erstreckt. Die hydraulischen Seiten 6, 8 sind durch innenliegende Fluidkanäle ausgebildet, die in einem Maschinengehäuse 12 vorgesehen sind. Am Maschinengehäuse 12 ist des Weiteren ein Hydraulik-Regler 14 vorgesehen.
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Zum Überwachen der Verdrängermaschine 1 ist ein Diagnosemodul 16 von außen an dem Maschinengehäuse 12 angeordnet. Das Diagnosemodul 16 hat einen Temperatursensor 18 und einen Drucksensor 20. Der/die Sensoren 18 und/oder 20 ist/sind dabei in Fluidkontakt mit einem Fluid der hydraulischen Seite 8. Das Diagnosemodul 16 hat des Weiteren ein Gehäuse 22. In diesem sind neben den Sensoren 18 und 20 eine Energieerzeugungsvorrichtung in Form eines Kinetische-Energie-Harvesters 24 und eine Kommunikationsvorrichtung in Form eines Funkmoduls 26 angeordnet. Der Harvester 24 wird über Vibrationen des Maschinengehäuses 12, die in Verdrängungsrichtung 10 wirken, zum Energie erzeugen angeregt. Die Kolben 4 stellen hierbei eine Vibrationsquelle da, deren Vibrationen über das Maschinengehäuse 10 übertragen werden. Über den Harvester 24 ist dann das Diagnosemodul 16 autark mit Energie versorgbar. Über das Funkmodul 26 können dann von den Sensoren 18 und 20 erfasste Daten beispielsweise an eine Steuereinheit gesendet werden. Da das Diagnosemodul 16 kabellos ausgestaltet ist, kann das Gehäuse 22 nach außen geschlossen sein. Zum Befestigen ist das Diagnosemodul 16 in eine Gehäuseöffnung 28 des Maschinengehäuses 12 eingesetzt.
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Gemäß 2 ist die Verdrängermaschine 1 dargestellt, wobei im Unterschied zur 1 ein Diagnosemodul 30 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Dieses hat ebenfalls den Temperatursensor 18 und den Drucksensor 20. Des Weiteren hat es das Funkmodul 26. An Stelle des Kinetische-Energie-Harvesters weist das Diagnosemodul 30 einen Thermische-Energie-Harvester 32 auf. Der Harvester 32 hat einen thermoelektrischen Generator mit einer Heißseite 34 und einer Kaltseite 36. Die Kaltseite 36 durchsetzt das Gehäuse 22. Von außen ist dann an die Kaltseite 36 ein Kühlkörper 38 zur verbesserten Wärmeabfuhr angeschlossen. Die Heißseite 34 ist hierbei in Kontakt mit dem Fluid der hydraulischen Seite 8, womit dann anhand eines Temperaturgefälles zwischen einer Umgebung der Verdrängermaschine 1 und dem Fluid der Harvester 32 Energie gewinnen kann. In 2 ist schematisch mit einem Pfeil ein Wärmestrom 40 gekennzeichnet.
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Im Gehäuse 22 der Diagnosemodule 16 und 30 aus 1 und 2 können bei Bedarf eine oder mehrere elektronische Komponente/n oder eine oder mehrere Steuereinheit/en, beispielsweise für ein Energiemanagement, angeordnet sein.
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Gemäß 3 ist eine weitere Ausführungsform eines Diagnosemoduls 42 gezeigt. Dieses weist den Drucksensor 20 auf, der ein nicht dargestelltes Außengewinde hat, über das er in ein Innengewinde 44 des Maschinengehäuses 12 eingeschraubt ist. Der Thermische-Energie-Harvester 32 weist auf seiner Heißseite 34 ein Befestigungselement oder Plattenteil oder Wärmeleitelement oder Wärmeleitkomponente oder Schelle 46 auf, die den Drucksensor 20 umgreift. Die Schelle 46 liegt hierbei am Außengewinde des Drucksensors 20 an, womit dann die Heißseite 34 über die Schelle 46 thermisch kontaktiert ist. Somit kann ein Wärmestrom über den Drucksensor 20, der beispielsweise in Fluidkontakt stehen kann, zur Schelle 46 und über diese zur Heißseite 34 fließen.
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Des Weiteren kann gemäß 3 vorgesehen sein, dass das Diagnosemodul 42 über den Drucksensor 20 am Maschinengehäuse 12 festgelegt ist. Somit kann das Diagnosemodul 42 über den Drucksensor 20 am Innengewinde 44 befestigt sein. Ist bei einer Verdrängermaschine 1 ein Drucksensor vorgesehen, so kann dann ein derartiges Diagnosemodul 42 vorteilhafterweise einfach nachgerüstet werden.
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Gemäß 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Diagnosemoduls 48 dargestellt. Dieses weist im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen eine Gewindehülse 50 auf, die in eine Gehäuseöffnung 52 des Maschinengehäuses 12, siehe beispielsweise auch 1, eingesetzt ist. Die Gewindehülse 50 ist ein Teil des Gehäuses 22 und weist ein Innengewinde auf, in das dann der Drucksensor 20 eingeschraubt ist. Die Gewindehülse 50 ist dann über ein Wärmeleitelement 54 mit der Heißseite 34 des Thermische-Energie-Harvesters 32 verbunden. Da die Gewindehülse 50 den Drucksensor 20 haltert und/oder umgibt, kann großflächig Wärme vom Drucksensor 20 auf die Gewindehülse 50 übertragen werden und von diesem über das Wärmeleitelement 54 zur Heißseite 34 fließen.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Diagnosemoduls 56. Der Thermische-Energie-Harvester 32 hat hierbei einen hülsenartigen thermoelektrischen Generator mit einer hülsenartigen Heißseite 34 und Kaltseite 36. Die Heißseite 34 ist dabei endseitig auf den Drucksensor 20 gesetzt. Die Heißseite 34 kann hierbei stirnseitig am Drucksensor 20 anliegen und/oder die Außenumfangswandung des Drucksensors 20 umfassen. Außenumfangsseitig ist die Heißseite 34 dann von der Kaltseite 36 umgriffen. Die Kaltseite 36 erstreckt sich dann mit einem Hülsenabschnitt weg vom Drucksensor 20 und weist endseitig dann einen Bodenabschnitt auf. Der Hülsen- und Bodenabschnitt bilden hierbei eine Art Büchsenform aus. Der Bodenabschnitt ist dann außenseitig mit dem Kühlkörper 38 verbunden. Mit anderen Worten ist die Heißseite 34 über eine Vorrichtung konzipiert, welche auf dem Drucksensor 20 von hinten aufgesetzt wird.
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Die hydraulische Verdrängermaschine 26 kann für mobile und stationäre Anwendungen vorgesehen sein. Des Weiteren ist denkbar, das Diagnosemodul 16; 30; 42; 48; 56 für ein Getriebe oder für einen Elektromotor in einer mobilen oder stationären Anwendung vorzusehen.
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Gemäß 6 ist in einer Seitenansicht eine Verdrängermaschine in Form einer Axialkolbenmaschine 58 mit einem Ausbruch dargestellt. Diese hat eine Gehäuse 60, das von einer Triebwelle 62 durchsetzt ist. Diese ist drehbar gelagert und mit einer Zylindertrommel 64 verbunden. In der Zylindertrommel 64 sind eine Vielzahl von Kolben 66 axial beweglich geführt und begrenzen jeweils einen Zylinderraum 68. Die Kolben 66 stützen sich jeweils über einen Kolbenschuh an einer Schwenkwiege 70 ab. Diese ist über eine Verstellvorrichtung 72 verschwänkbar, um ein Förder- oder Schluckvolumen der Zylinderräume 68 einzustellen. Eines oder mehrere der vorherstehend in den 1 bis 5 angeführten Diagnosenmodule kann/können dann beispielsweise entsprechend der vorhergehenden Ausführungen bei der Verdrängermaschine 58 angeordnet werden. Weist das Diagnosemodul einen Kinetische-Energie-Harvester auf, so ist dessen Hauptanregungsachse oder Arbeitsrichtung vorzugsweise im Parallelabstand oder etwa im Parallelabstand zur Bewegungsrichtung der Kolben 66 angeordnet.
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Offenbart ist ein Diagnosemodul für eine Vorrichtung, die Abwärme produziert und/oder Vibrationen im Betrieb aufweist. Das Diagnosemodul ist hierbei von außen an ein Gehäuse der Vorrichtung montierbar. Über zumindest einen Sensor kann das Diagnosemodul beispielsweise einen Zustand der Vorrichtung erfassen. Zur Energieversorgung ist eine Energieerzeugungsvorrichtung vorgesehen, die Verlustenergie der Vorrichtung aufnimmt und in elektrische Energie umwandelt. Zum Datenaustausch ist eine kabellose Kommunikationsvorrichtung beim Diagnosemodul vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1; 58
- Verdrängermaschine
- 2; 62
- Triebwelle
- 4; 66
- Kolben
- 6, 8
- hydraulische Seite
- 10
- Verdrängungsrichtung
- 12
- Maschinengehäuse
- 14
- Hydraulikregler
- 16; 30; 42; 48; 56
- Diagnosemodul
- 18
- Temperatursensor
- 20
- Drucksensor
- 22; 60
- Gehäuse
- 24
- Kinetische-Energie-Harvester
- 26
- Funkmodul
- 28
- Gehäuseöffnung
- 32
- Thermische-Energie-Harvester
- 34
- Heißseite
- 36
- Kaltseite
- 38
- Kühlkörper
- 40
- Wärmestrom
- 44
- Innengewinde
- 46
- Schelle
- 50
- Gewindehülse
- 52
- Gehäuseöffnung
- 54
- Wärmeleitelement
- 64
- Zylindertrommel
- 68
- Zylinderraum
- 70
- Schwenkwiege
- 72
- Verstellvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009021717 A1 [0002]
- EP 1987551 [0008]
