DE102018209700A1

DE102018209700A1 - Baueinheit

Info

Publication number: DE102018209700A1
Application number: DE102018209700.3A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Eggimann; Rudolf Kamber
Original assignee: SKF Motion Technologies AB
Current assignee: Ewellix AB
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2019-12-19
Also published as: US11243064B2; US20190383595A1; CN110608663A; CN110608663B

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Baueinheit (12) für einen Linearaktuator, welche wenigstens einer Sensoreinheit (14) aufweist.Es wird vorgeschlagen, dass Die Sensoreinheit dazu ausgelegt ist, wenigstens eine Verformungskenngröße der Baueinheit zu messen.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Baueinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Druckschrift WO2017048788A1 ist ein Linearaktuator mit einem Rohr und einer Baueinheit bekannt, die aus dem Rohr ausfahrbar ist. Der Linearaktuator weist einen Sensor auf, der eine Kraft der Baueinheit misst. Weiterer Stand der Technik ist aus den Druckschriften DE102010050837A1 , JP2005201390A , EP1595681 A1 , US20060113940A1 , und US20080065354A1 bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine hohe Effizienz zu erreichen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus Baueinheit (12) für einen Linearaktuator, welche wenigstens eine Sensoreinheit (14) aufweist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit dazu ausgelegt ist, wenigstens eine Verformungskenngröße der Baueinheit zu messen. Dadurch kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Insbesondere kann sehr genau und auf einfache, kostengünstige Weise auf eine Kraft, welche die Baueinheit ausübt, geschlossen werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

1 zeigt eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Linearaktuators,
2 zeigt einen Querschnitt des Linearaktuators,
3 zeigt eine Baueinheit und eine Gewindespindel des Linearaktuators,
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Querschnitts der Baueinheit zusammen mit der Gewindespindel, und
5 zeigt einen Längsschnitt durch den Linearaktuator.

1 zeigt eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Linearaktuators. Der Linearaktuator weist ein äußeres Rohr 10 und eine Baueinheit 12 auf, die geradlinig relativ zu dem Rohr teilweise aus diesem heraus und wieder in dieses hinein bewegbar ist. Die Bewegung wird von einem Motor (nicht gezeigt) herbeigeführt, der eine Gewindespindel 40 (3 und 5), deren Schwerpunkt relativ zu dem Rohr 10 ruht, relativ zu dem Rohr 10 drehen kann, wodurch eine Mutter der Baueinheit 12, welche bezüglich einer Umfangsrichtung relativ zu dem Rohr 10 fixiert ist und in welche die Gewindespindel eingeschraubt ist, geradlinig zusammen mit der gesamten Baueinheit 12 relativ zu dem Rohr 10 bewegbar ist.
Ferner weist der Linearaktuator eine Sensoreinheit 14 auf, die dazu ausgelegt ist, Verformungskenngrößen der Baueinheit 12 zu messen. Die Sensoreinheit 14 ist an einem radialen Außenbereich 16 der Baueinheit angeordnet. Ein Rohr 42 der Baueinheit 12 umfasst eine Wand 18 der Baueinheit. Die Wand 18 weist eine Ausnehmung 26 auf, die als Durchgangsloch des Rohres ausgebildet ist. Die Sensoreinheit 14 ist in der Ausnehmung 26 angeordnet und liegt an einer Berandung der Ausnehmung 26 entlang eines Umfangs der Ausnehmung 26 an. Die Sensoreinheit 14 besitzt die Form eines Kreiszylinders, kann aber grundsätzlich auch eine andere Form aufweisen. In einer Ansicht entlang einer radialen Richtung des Rohres 42 auf die Ausnehmung 26 weist sowohl die Ausnehmung 26 als auch die Sensoreinheit 14 Kreisform auf, wodurch eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit sowohl der Ausnehmung 26 als auch der Sensoreinheit 14 gesichert ist.
Die Sensoreinheit 14 weist einen ersten Dehnungsmeßstreifen 20 auf, dessen Längsrichtung parallel zu einer Längsrichtung des Rohres 42 und parallel zu einer Längsrichtung 24 der Baueinheit 12 ist. Wird die Baueinheit 12 aus dem Rohr 10 ausgefahren, so kommt es vor, dass durch einen Aufsatz 44, der Teil der Baueinheit 12 ist und an einem Ende des Rohrs 42 befestigt ist, ein Ausüben einer Kraft in Längsrichtung 24 der Baueinheit 12 erfolgt. Durch diese Kraft wird das Rohr 42 verformt, sodass die Ausnehmung 26 ebenfalls in Längsrichtung 24 gestaucht wird und dadurch auch die Sensoreinheit 14 und der Dehnungsmeßstreifen 20 in Längsrichtung 24 gestaucht werden. Die Messergebnisse der Sensoreinheit 14 werden an eine Auswerteeinheit 22 des Linearaktuators, welche außerhalb des Rohrs 10 angeordnet ist, weitergeleitet. Aus Messergebnissen berechnet die Auswerteeinehit die Größe der Kraft. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit innerhalb des Rohrs 10 angeordnet. Der Dehnungsmeßstreifen 20 misst also, wie groß die Ausdehnung der Ausnehmung 26 entlang der Längsrichtung 24 bei einwirkende Kraft ist, was eine Verformungskenngröße der Baueinheit 12 darstellt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinheit ein Modul mit einem Blechträger, auf dem neben dem Dehnungsmeßstreifen 20 drei weitere Dehnungsmeßstreifen befestigt sind. Die vier Dehnungsmeßstreifen sind in einer Vollbrücke angeordnet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Sensoreinheit 14 nur einen einzigen Dehnungsmeßstreifen auf.
Die Baueinheit 12 weist ferner drei Beschleunigungssensoren auf, welche Beschleunigungen der Baueinheit 12, die jeweils senkrecht zueinander gerichtet sind, messen. In alternativen Ausführungsbeispielen weist die Baueinheit 12 zwei oder auch nur einen Beschleunigungssensor auf. Weiterhin umfasst die Baueinheit 12 einen Temperatursensor, welcher benachbart zu der Mutter der Baueinheit 12 angeordnet ist.
Außerdem umfasst der Linearaktuator eine Baueinheit 32, die zu einem senden von Daten durch elektromagnetische Strahlung ausgelegt ist und die zu einer drahtlosen Energieaufnahme und nachfolgenden Versorgung von einem elektrischen Verbraucher 34 mit der drahtlos aufgenommenen Energie auf elektrischem Weg ausgelegt ist. Der elektrische Verbraucher 34 ist die Sensoreinheit 14. Die Baueinheit 32 versorgt auch sich selbst mit elektrischer Energie. Die übrigen erwähnten Sensoreinheiten bzw. Sensoren werden ebenfalls durch die Baueinheit 32 mit Energie versorgt. Die Baueinheit 32 ist als NFC-Tag ausgebildet. Energie, welche durch die Baueinheit 32 gewonnen wird, wird zur Weiterleitung an den Verbraucher 34 durch einen Kondensator gepuffert. Weil die Baueinheit 32 Teil der Baueinheit 12 ist, ist diese aufgrund der Bewegbarkeit der Baueinheit 12 relativ zu dem Rohr 10 zeitweise innerhalb des Rohrs 10 angeordnet.
Des Weiteren weist der Linearaktuator eine elektronische Einheit 36 auf, die dazu ausgelegt ist, elektromagnetische Strahlung zur Übersendung von Informationen und zur Übersendung von Energie in einen Innenraum des Rohres 10 Abzustrahlen. Das Abstrahlen erfolgt durch eine an einer Innenseite des Rohres 10 angeordneten und befestigten Antenne 38 der elektronischen Einheit (1 und 5). Die Antenne 38 ist Teil eines NFC-Readers der elektronischen Einheit. Der NFC-Tag und der NFC-Reader sind jeweils dazu ausgelegt, miteinander zu interagieren. Zur Gewinnung von Energie empfängt der NFC-Tag elektromagnetische Wellen, die von dem NFC-Reader ausgestrahlt wurden, und wandelt diese in Energie um.
In anderen Ausführungsbeispielen sind NFC-Reader und NFC-Tag durch andere funktechnologische, einen ähnlichen Funktionsumfang aufweisende Baueinheiten ersetzt. Der NFC-Standard ist also für das Funktionieren der Erfindung und des Ausführungsbeispiels nicht entscheidend.
Ferner weist die elektronische Einheit eine Sendeeinheit auf (nicht dargestellt), die zu einem Senden von Informationen mittels elektromagnetischer Strahlung an einem von dem Linearaktuator beabstandet Empfänger ausgelegt ist. Durch diese Sendeeinheit können Daten, die von den Sensoreinheiten bzw. den Sensoren der Baueinheit 12 stammen, nachdem sie durch die Baueinheit 32 an die elektronische Einheit durch elektromagnetische Wellen, die von der Antenne empfangen werden, gesendet wurden, an den beabstandet Empfänger gesendet werden. Alternativ oder zusätzlich zu der Auswerteeinheit 22 kann dieser Empfänger eine Auswerteeinheit aufweisen, die die Daten auswertet. Außerdem kann die elektronische Einheit eine Empfangseinheit aufweisen, die zu einem Empfang von Informationen mittels elektromagnetischer Strahlung von einem von dem Linearaktuator beabstandet Sender ausgelegt ist. Der beabstandet Empfänger und der beabstandet Sender können in einer einzigen Vorrichtung verwirklicht sein. Durch den beabstandeten Empfänger bzw. Sender ist es der elektronischen Einheit ermöglicht, Daten an die Cloud zu senden und der Linearaktuator ist dadurch ein Teil des Internet of Things. Die Cloud kann die gesendeten Daten abspeichern. Ferner kann der Linearaktuator durch den beabstandeten Empfänger bzw. Sender eine Verbindung zu einem smart device, wie insbesondere einem Smartphone, herstellen.
Die Auswerteeinheit 22 ist als Recheneinheit ausgebildet, die durch ihrer Software dazu ausgelegt ist, aufgrund von Daten, welche die Recheneinheit in wenigstens einem Betriebsmodus von einem Sensor des Linearaktuators direkt oder indirekt übermittelt bekommt, eine Empfehlung für einen Austauschzeitpunkt einer mechanischen Komponente des Linearaktuators zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich übernimmt die Auswerteeinheit, die von dem Linearaktuator beabstandet ist, diese Bestimmung einer Empfehlung eines Austauschzeitpunkts.
Der Lastbereich, der mit der Sensoreinheit 14 messbar ist, hängt aufgrund der Anordnung der Sensoreinheit 14 in der Ausnehmung 26 von der Größe des Rohrs 42 ab. Wird die Ausbildung des Rohrs 42 entsprechend gewählt, so kann mittels der Sensoreinheit 14 und dem Dehnungsmeßstreifen 20 der gewünschte Lastbereich sensiert werden. Natürlich hängt auch die Auflösung des Dehnungsmeßstreifens 20 in Bezug auf Kraftbestimmungen sehr von der Größe des Rohrs 42 ab. Bei geeigneter Ausbildung des jeweiligen Rohrs 42 kann damit für verschieden große erfindungsgemäße Linearaktuatoren dieselbe Sensoreinheit 14 und derselbe Dehnungsmeßstreifen 20 verwendet werden.
Der Dehnungsmeßstreifen 20 kann direkt auf ein Substrat der Sensoreinheit 14 aufgedampft sein. In einer alternativen Ausführung kann der Dehnungsmeßstreifen 20 auch direkt auf die Baueinheit 12 bzw. das Rohr 42 aufgedampft sein. Prinzipiell ist auch denkbar, dass der Dehnungsmeßstreifen durch Dickfilmtechnologie hergestellt ist.
Die Übertragung der Daten zu dem vom Linearaktuator beabstandet Empfänger kann insbesondere durch Funk-Standards, wie beispielsweise durch den GSM-Standard oder den Bluetooth-Standard, erfolgen.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die elektronische Einheit 36 innerhalb des Rohrs 10 angeordnet.
Der elektrische Anschluss der Sensoreinheit und damit die Versorgung und Auswertung der Sensoren erfolgt über flexible elektrische Leiter.
In einem alternativ Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinheit 14 auf einer radialen Außenoberfläche des Rohrs 42 durch zwei Stifte befestigt. Die Sensoreinheit 14 misst dann die Veränderung der Entfernung der beiden Stifte.
Bezugszeichenliste

10: Rohr
12: Baueinheit
14: Sensoreinheit
16: Außenbereich
18: Wand
20: Dehnungsmessstreifen
22: Auswerteeinheit
24: Längsrichtung
26: Ausnehmung
32: Baueinheit
34: Verbraucher
36: Einheit
38: Antenne
40: Gewindespindel
42: Rohr
44: Aufsatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017048788 A1 [0002]
DE 102010050837 A1 [0002]
JP 2005201390 A [0002]
EP 1595681 A1 [0002]
US 20060113940 A1 [0002]
US 20080065354 A1 [0002]

Claims

Baueinheit (12) für einen Linearaktuator, welche wenigstens eine Sensoreinheit (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit dazu ausgelegt ist, wenigstens eine Verformungskenngröße der Baueinheit zu messen.
Baueinheit nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinheit an einem radialen Außenbereich (16) der Baueinheit angeordnet ist.
Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Sensoreinheit zumindest teilweise in einer Wand (18) der Baueinheit angeordnet ist.
Baueinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoreinheit wenigstens einen ersten Dehnungsmessstreifen (20) aufweist.
Baueinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verformungskenngröße eine Abmessungskenngröße einer Ausnehmung (26) der Baueinheit ist.
Baueinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoreinheit in wenigstens einer Ansicht rund und/oder kreisförmig ist.
Baueinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Baueinheit wenigstens eine zweite Sensoreinheit (28) aufweist, die beabstandet von ersten Sensoreinheit angeordnet ist.
Baueinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der elektrische Anschluss der Sensoreinheit und damit die Versorgung und Auswertung der Sensoren über flexible elektrische Leiter erfolgt.
Baueinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Baueinheit wenigstens einen Temperatursensor und/oder wenigstens einen Beschleunigungssensor aufweist.
Linearaktuator mit einer Baueinheit nach einem der vorherigen Ansprüche.
Linearaktuator nach Anspruch 10, wobei der Linearaktuator wenigstens eine Auswerteeinheit (22) aufweist, die dazu ausgelegt ist, aus wenigstens einem Messergebnis der Sensoreinheit und/oder aus wenigstens einem Messergebnis einer weiteren Sensoreinheit des Linearaktuators eine auf die Baueinheit wirkende Kraft, welche insbesondere in Längsrichtung (24) der Baueinheit wirkt, zu berechnen.