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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Planetengetriebeanordnung mit einem Planetengetriebe und einem Sensormodul, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Bei Getrieben, wie beispielsweise Planetengetrieben, kann es erforderlich sein, verschiedene Zustände des Getriebes während des Betriebs zu überwachen. Hierzu kann ein Sensor in dem Getriebe vorgesehen sein. Da dieser Sensor jedoch mit Energie versorgt werden muss, ist er häufig in dem nicht-rotierenden Teil des Getriebes angeordnet, da hier auf einfache Weise eine Energieversorgung über Kabel möglich ist. Wird der Sensor jedoch in dem rotierenden Teil des Getriebes angeordnet, ist hierzu eine Energieversorgung über Batterie erforderlich, wobei die Batterie in dem rotierenden Teil angeordnet wird, um eine Verbindung mit dem Sensor zu ermöglichen. Durch eine solche Batterie kann jedoch nur für eine begrenzte Dauer Energie bereitgestellt werden, nämlich bis diese entladen ist.
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Aus der
DE 20 2016 106 888 U1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements, insbesondere eines Getriebes von Windkraftanlagen, bekannt. Dabei umfasst die Vorrichtung neben einem Sensorelement auch eine Energieversorgungseinheit, welche das Sensorelement mit elektrischer Energie versorgt. Bei der Energieversorgungseinheit kann es sich beispielsweise um einen Nanogenerator zur Erzeugung von elektrischer Energie, einen Energiespeicher oder eine kabellose Energieübertragung handeln. Die Übertragung der erfassten Zustandsgrößen kann dabei kabellos erfolgen. Das Sensorelement ist entweder unmittelbar an einem Entstehungsort der Zustandsgrößen integriert oder zumindest mittelbar über ein Koppelmedium mit dem Entstehungsort der Zustandsgrößen verbunden. Dies führt zu einer Verbesserung der Signalqualität der zu erfassenden Zustandsgrößen.
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Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, eine verbesserte Planetengetriebeanordnung bereitzustellen, bei der ein Sensor in dem rotierenden Teil des Planetengetriebes angeordnet und auf einfache Weise mit Energie versorgt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Planetengetriebeanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst, wobei die Planetengetriebeanordnung ein Planetengetriebe mit einem rotierenden Teil und einem nicht-rotierenden Teil und ein Sensormodul zum Erfassen von Eigenschaften des Planetengetriebes aufweist. Hierzu weist das Sensormodul einen Sensor sowie eine erste Sende-/Empfangseinheit und eine zweite Sende-/Empfangseinheit auf. Der Sensor und die erste Sende-/Empfangseinheit ist in dem rotierenden Teil angeordnet. Auf diese Weise kann direkt an dem rotierenden Teil eine Erfassung von Eigenschaften des Planetengetriebes erfolgen. Um den Sensor mit Energie zu versorgen und um die erfassten Eigenschaften von dem Sensor abzurufen, ist der Sensor mit der ersten Sende-/Empfangseinheit verbunden. Diese Verbindung kann über eine kabelgebundene Kopplung erfolgen.
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Die zweite Sende-/Empfangseinheit ist an dem nicht-rotierenden Teil angeordnet. Um den Sensor mit Energie versorgen zu können, sind die erste Sende-/Empfangseinheit und die zweite Sende-/Empfangseinheit dazu eingerichtet, während einer Rotation des rotierenden Teils induktiv gekoppelt zu werden. Während einer Rotation des rotierenden Teils wird dabei die erste Sende-/Empfangseinheit in regelmäßigen Abständen an der zweiten Sende-/Empfangseinheit vorbeigeführt, wobei eine induktive Kopplung stattfindet, wenn die beiden Sende-/Empfangseinheiten einander zugewandt sind. Es findet hierbei eine Energieübertragung von der zweiten Sende-/Empfangseinheit zu der ersten Sende-/Empfangseinheit statt. Diese erfolgt immer dann, wenn die beiden Sende-/Empfangseinheiten induktiv gekoppelt sind, d.h. wenn sie aneinander vorbeilaufen. Dies erfolgt einmal pro Rotationsrunde.
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Die Planetengetriebeanordnung kann mehrere Sensormodule aufweisen. Insbesondere kann die Planetengetriebeanordnung, die mehrere Planeten aufweist, ein Sensormodul pro Planet aufweisen. Jedes Sensormodul kann mehrere Sensoren beinhalten. Beispielsweise kann ein Sensormodul einen Vibrationssensor, einen Temperatursensor und/oder einen Beschleunigungssensor aufweisen. Der Sensor und die erste Sende-/Empfangseinheit können als eine integrale Einheit ausgebildet sein.
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Das Sensormodul kann eine Recheneinheit aufweisen, die in dem rotierenden Teil angeordnet ist. Diese kann dazu verwendet werden, eine Vor-Verarbeitung der erfassten Eigenschaften vorzunehmen. Auf diese Weise können bereits vor-verarbeitete Daten an die zweite Sende-/Empfangseinheit übertragen werden, wodurch die Menge an zu übertragendenden Daten reduziert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Sensor dazu eingerichtet, erfasste Eigenschaften des Planetengetriebes über die erste Sende-/Empfangseinheit an die zweite Sende-/Empfangseinheit zu übertragen. Diese Übertragung kann unter Verwendung der induktiven Kopplung zwischen den Sende-/Empfangseinheiten erfolgen. Gleichzeitig wird die induktive Kopplung zwischen den beiden Sende-/Empfangseinheiten verwendet, um die erste Sende-/Empfangseinheit mit Energie zu versorgen.
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Alternativ kann die Übertragung der erfassten Eigenschaften über eine Funkverbindung erfolgen. In diesem Fall weisen die erste und die zweite Sende-/Empfangseinheit zusätzlich ein Funkübertragungselement, beispielsweise ein RFID-Element, auf. Die Übertragung kann bidirektional ausgestaltet sein, so dass Informationen von der zweiten Sende-/Empfangseinheit, beispielsweise von einer externen Steuereinheit, an den Sensor übertragen werden können. Diese Informationen können dazu dienen, die Erfassung von Eigenschaften durch den Sensor zu initiieren.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die zweite Sende-/Empfangseinheit eine Sendespule und die erste Sende-/Empfangseinheit eine Empfangsspule auf. Mittels der Sendespule kann über eine induktive Kopplung, d.h. ohne direkte Verbindung, auf einfache Weise Energie an die Empfangsspule übertragen werden.
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Die Energie kann dabei gemäß einer Ausführungsform über die zweite Sende-/Empfangseinheit von einer externen Energieversorgung bereitgestellt werden, mit der die zweite Sende-/Empfangseinheit verbunden ist. Diese Verbindung kann beispielsweise über ein Kabel erfolgen, über welches die zweite Sende-/Empfangseinheit mit einer Strom-/Spannungsquelle verbunden werden kann. Bei einer induktiven Kopplung zwischen der Sende- und der Empfangsspule wird dabei die Energie von der externen Energieversorgung über die Sendespule an die Empfangsspule übertragen.
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Die induktive Kopplung zwischen den beiden Sende-/Empfangseinheiten dient also sowohl zur Übertragung von Energie, als auch zur Übertragung von Daten. Somit kann auf einfache Weise die erste Sende-/Empfangseinheit und der Sensor, der zur Erfassung von Eigenschaften des Planetengetriebes vorgesehen ist, in einem rotierenden Teil des Planetengetriebes angeordnet werden, während die Energieversorgung, die durch die zweite Sende-/Empfangseinheit erfolgt, in einem nicht-rotierenden Teil angeordnet sein kann.
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Da durch diese Anordnung keine Batterie in dem rotierenden Teil des Planetengetriebes vorgesehen sein muss, kann Raum innerhalb des Getriebes gespart werden. Durch die induktive Kopplung kann der Sensor jedoch auf einfache Weise mit Energie versorgt werden. Des Weiteren wird durch den Verzicht auf eine Batterie die Planetengetriebeanordnung robuster, da sie weniger anfällig für Ausfälle durch die Batterie ist. Hierdurch wird auch die Lebensdauer der gesamten Anordnung erhöht.
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Die zweite Sende-/Empfangseinheit kann mit einer Verarbeitungseinheit verbunden sein. Diese Verbindung kann in einer Ausführungsform über dasselbe Kabel wie die Verbindung mit der externen Energieversorgung erfolgen. Die Verarbeitungseinheit kann dazu eingerichtet sein, die von dem Sensor erfassten Eigenschaften des Planetengetriebes zu empfangen und zu verarbeiten, oder an weitere Einheiten weiterzuleiten. Die Verarbeitungseinheit kann als Gateway ausgebildet sein, das als eine Hard- und/oder Softwarekomponente zwischen dem Sensormodul und externen Systemen eine Verbindung herstellt. Dieses Gateway kann verschiedene Funktionen ausüben, wie beispielsweise das Empfangen und Übertragen von Daten zu/von dem Sensor (über die erste und zweite Sende-/Empfangseinheit) und das Versorgen der zweiten Sende-/Empfangseinheit mit Energie. Da das Gateway außerhalb des Getriebes angeordnet sein kann, ist ausreichend Raum vorhanden, um das Gateway durch eine Standardenergieversorgung mit Energie zu versorgen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Sende-/Empfangseinheit einen Energiespeicher aufweisen. Der Energiespeicher kann beispielsweise ein Kondensator sein. Der Energiespeicher kann bei jeder Umdrehung des rotierenden Teils aufgeladen werden, d.h. immer dann, wenn eine induktive Kopplung zwischen den beiden Sende-/Empfangseinheiten erfolgt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Sensor über die erste Sende-/Empfangseinheit ausreichend Energie zur Verfügung hat, um Messungen vorzunehmen. Der Energiespeicher muss jedoch nur so groß sein, dass er genug Energie speichern kann, um eine Versorgung des Sensors mit Energie sicherzustellen, bis ein erneutes Aufladen des Energiespeichers erfolgen kann. Beispielsweise kann durch den Energiespeicher genügend Energie gespeichert werden, um den Sensor mit Energie zu versorgen, auch wenn keine Umdrehung des rotierenden Teils erfolgt oder wenn während der Umdrehung keine induktive Kopplung vorliegt. Der Energiespeicher kann somit als Energiepuffer dienen.
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Es ist auch möglich, dass der Energiespeicher zunächst aufgeladen werden muss, bis er eine ausreichende Kapazität erreicht hat, um den Sensor mit Energie versorgen zu können.
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Im Gegensatz zu einer Batterie, die den Sensor mit Energie versorgen soll, wie es in bisher bekannten Systemen der Fall war, kann der hier vorgesehene Energiespeicher sehr klein ausgestaltet sein, da er nicht die gesamte Energieversorgung gewährleisten muss. Stattdessen wird die Energie über die induktive Kopplung bereitgestellt, wobei der Energiespeicher lediglich als Zwischenspeicher dient.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Energiespeicher in dem rotierenden Teil des Planetengetriebes, beispielsweise einer Welle, Achse oder Planetenpin, des Planetengetriebes angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Energiespeicher mit der ersten Sende-/Empfangseinheit zusammen rotieren.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
- 1: eine Schnittansicht einer Planetengetriebeanordnung mit einem Sensormodul;
- Fig: 2: eine perspektivische Ansicht einer Abdeckung der Planetengetriebeanordnung von 1 mit einer Energieversorgung; und
- 3: eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses der Planetengetriebeanordnung von 1 mit einer Verarbeitungseinheit.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist eine Planetengetriebeanordnung 100 gezeigt. Die Planetengetriebeanordnung weist ein rotierendes Teil 12, beispielsweise eine Welle, Achse oder Planetenpin auf, das in einem Planetenträger 14 gelagert ist. Das rotierende Teil 12, in 1 als Planetenpin dargestellt, wird durch eine Abdeckung 13 abgedeckt. Das rotierende Teil 12, die Abdeckung 13 und der Planetenträger 14 sind von einem Gehäuse 11 umgeben.
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Ein Sensormodul 20 ist vorgesehen, um Eigenschaften des Planetengetriebes zu erfassen. Hierbei ist eine erste Sende-/Empfangseinheit 21 in dem rotierenden Teil des Planetengetriebes, d. h. in diesem Fall der Abdeckung 13, vorgesehen. Eine zweite Sende-/Empfangseinheit 22 ist an einem nicht rotierenden Teil des Planetengetriebes angeordnet, in diesem Fall in dem Gehäuse 11.
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Die erste Sende-/Empfangseinheit 21 wird dabei durch eine induktive Kopplung mit der zweite Sende-/Empfangseinheit 22 mit Energie versorgt. Optional kann ein Energiespeicher bzw. eine Batterie 23 vorgesehen sein, die mit der erste Sende-/Empfangseinheit 21 gekoppelt ist. Wenn ein Energiespeicher 23 vorgesehen ist, kann dieser während einer induktiven Kopplung zwischen der zweiten Sende-/Empfangseinheit 22 und der ersten Sende-/Empfangseinheit 21 mit Energie versorgt und aufgeladen werden. Auf diese Weise kann die erste Sende-/Empfangseinheit 21, und damit ein Sensor, der Teil der ersten Sende-/Empfangseinheit 21 sein kann, auch mit Energie versorgt werden, wenn keine induktive Kopplung zwischen der zweiten Sende-/Empfangseinheit 22 und der ersten Sende-/Empfangseinheit 21 vorhanden ist.
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Der Energiespeicher 23 kann beispielsweise ein Kondensator sein, der bei jeder Umdrehung wird, d.h. immer dann, wenn eine induktive Kopplung zwischen den beiden Sende-/Empfangseinheiten 21, 22 erfolgt. Beispielsweise kann der Energiespeicher 23 bei jeder Umdrehung so lange Energie speichern, bis diese ausreicht, um den Sensor mit Energie zu versorgen, auch wenn keine Umdrehung erfolgt oder wenn während der Umdrehung keine induktive Kopplung vorliegt.
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Der (optionale) Energiespeicher 23 kann sehr klein ausgestaltet sein, da er nicht die gesamte Energieversorgung gewährleisten muss. Stattdessen wird die Energie über die induktive Kopplung bereitgestellt und der Energiespeicher 23 dient lediglich als Puffer.
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Das Sensormodul 20 kann zusätzlich einen externen Sensor 24 aufweisen, der beispielsweise in dem Planetenträger 14 vorgesehen ist. Ein solcher externer Sensor 24 kann beispielsweise verwendet werden, um eine Vibration oder Temperatur zu erfassen.
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Wie in 2 gezeigt ist, kann eine Energieversorgung 31 an dem Gehäuse 13 des Planetengetriebes vorgesehen sein. Die Energieversorgung 31 kann über ein Kabel 32 mit der zweiten Sende-/Empfangseinheit 22 des Sensormoduls 20 verbunden sein. Das Kabel 32 kann dabei durch Durchgangslöcher 33, die in dem Gehäuse 13 vorgesehen sind, durchgeführt werden.
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Daten, die durch das Sensormodul 20 erfasst werden, können über die zweite Sende-/Empfangseinheit 22 an eine externe Verarbeitungseinheit 34, die in 3 gezeigt ist, weitergeleitet werden. Die externe Verarbeitungseinheit kann dabei an dem Planetengehäuse 11 angeordnet sein. Die externe Verarbeitungseinheit 34, die auch als Gateway bezeichnet werden kann, ist dabei mit der zweiten Sende-/Empfangseinheit 22 gekoppelt, um von dieser Daten zu empfangen, die von der ersten Sende-/Empfangseinheit 21 übertragen wurden. Die externe Verarbeitungseinheit 34 kann mit weiteren Einheiten (nicht gezeigt) über ein Kabel 35 verbunden sein.
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Durch die vorgeschlagene Planetengetriebeanordnung ist es somit möglich, einen Sensor an einem rotierenden Teil des Planetengetriebes anzuordnen, der lediglich über eine induktive Kopplung mit Energie versorgt wird, und somit keinerlei Kabelverbindung zu dem nicht-rotierenden Teil der Planetengetriebeanordnung hat. Die Verbindung mit einer Energieversorgung und einer externen Verarbeitungseinheit erfolgt dabei lediglich über eine induktive Kopplung zwischen den Sende-/Empfangseinheiten.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Planetengetriebegehäuse
- 12
- rotierendes Teil
- 13
- Abdeckung
- 14
- Planetenträger
- 20
- Sensormodul
- 21
- erste Sende-/Empfangseinheit
- 22
- zweite Sende-/Empfangseinheit
- 23
- Energiespeicher
- 24
- externer Sensor
- 31
- Energieversorgung
- 32
- Kabel
- 33
- Durchgangsloch
- 34
- Verarbeitungseinheit
- 35
- Kabel
- 100
- Planetengetriebeanordnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202016106888 U1 [0003]
