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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung, wie sie beispielsweise als Bestandteil eines Arbeitshandschuhs ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Datenerfassungssystem und ein Verfahren zur Auswertung von Arbeitsabläufen, insbesondere im Logistikbereich.
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Stand der Technik
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Sensoreinrichtungen als Bestandteil von Arbeitshandschuhen o.ä. sind beispielhaft aus der
DE 11 2015 004 929 T5 bekannt. Der in der genannten Schrift offenbarte Arbeitshandschuh weist im Bereich jedes Fingers eine Sensoreinrichtung auf, die mittels piezoresistiver Materialien die Erfassung beispielsweise von Bewegungen der Finger ermöglicht.
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Weiterhin ist aus der nachveröffentlichten
DE 10 2019 201 761 A1 der Anmelderin eine Generatoreinrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Stroms bekannt, bei der eine Spulenanordnung von einem Fluidkreis durchflossen wird, in dem magnetisierbare Teilchen strömen. Durch Ausrichtung der magnetisierbaren Teilchen im Bereich der Spulenanordnung bei gleichzeitiger Strömungsbewegung wird in der Spulenanordnung eine Spannung erzeugt, die an einer Last einen Stromfluss zur Folge hat. Der Fluidfluss der magnetischen Teilchen wird durch eine Pumpeinrichtung erzeugt.
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Weiterhin sind aus der
US 9887610 B2 , der
WO 2001/039217 A1 und der
US 5429000 A Sensoreinrichtungen bekannt, in denen ein magnetisches oder magnetisierbares Material verwendet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht es, bei relativ einfachem konstruktiven Aufbau insbesondere Bewegungen eines Aktuators zum Antreiben einer Pumpeinrichtung einer Energieerzeugungseinrichtung zu nutzen, wobei die von der Energieerzeugungseinrichtung erzeugten elektrischen Spannungen ausgewertet werden können, um die Bewegungen detektieren bzw. auswerten zu können. Dabei wird der Aktuator beispielsweise durch das Anheben einer Last betrieben, sodass dadurch auch auf die Anwesenheit der Last selbst geschlossen werden kann.
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Somit sieht es die Lehre bezüglich der Sensoreinrichtung vor, eine Sensoreinrichtung vorzusehen, die eine Energieerzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer elektrischen Spannung umfasst, wobei die Energieerzeugungseinrichtung einen Fluidkreis mit einem Fluid aufweist, das ein magnetisches oder magnetisierbares Material umfasst, das zumindest in einem Ausrichtungsbereich des Fluidkreises in einer Vorzugsrichtung ausrichtbar ist, mit einer Spuleneinrichtung mit einem Schleifenquerschnitt, welchen der Fluidkreis im Ausrichtungsbereich zumindest teilweise durchläuft, sowie mit einer Pumpeinrichtung zur Bewegung des Fluids entlang des Fluidkreises, wobei die Pumpeinrichtung von einem Aktuator antreibbar ist, und zuletzt mit Auswertemitteln zum Auswerten eines Zustands des Aktuators durch Auswerten der von der Energieerzeugungseinrichtung erzeugen Spannung.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Hinsichtlich der Ausbildung des Aktuators bzw. des Fluidkreises gibt es grundsätzlich zwei denkbare Ansätze: Einerseits kann es vorgesehen sein, dass der Aktuator als integraler Bestandteil des Fluidkreises ausgebildet ist. Gemeint ist hierbei, dass beispielsweise durch eine elastische Wand des Fluidkreises der Aktuator durch Deformation der Wand des Fluidkreises den benötigen Fluidstrom in dem Fluidkreis erzeugt. Der Fluidkreis und der Aktuator bilden somit ein und dasselbe Bauteil aus bzw. sind Bestandteil ein und derselben Baugruppe, beispielsweise eines Arbeitshandschuhs. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass der Aktuator als ein von dem Fluidkreis und der Pumpeinrichtung separates Element ausgebildet ist, das bei einer Betätigung die Pumpeinrichtung antreibt.
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Beispielsweise kann der Aktuator bei der Ausbildung als separates Element eine elektrische Spannung oder aber einen hydraulischen oder pneumatischen Druck erzeugen, wobei die elektrische Spannung bzw. der hydraulische oder der pneumatische Druck wiederum zum Antreiben der Pumpeinrichtung dient. In diesem Fall kann die Energieerzeugungseinrichtung somit beispielsweise in relativ großem Abstand von dem Aktuator angeordnet sein.
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Ganz besonders bevorzugt ist, wenn der Aktuator Teil eines zumindest bereichsweise verformbaren Arbeitsmittels, insbesondere eines Arbeitshandschuhs ist. Somit führt eine Bewegung bzw. Deformation des Aktuators bzw. des Arbeitshandschuhs zu einer zumindest mittelbaren Erzeugung eines Fluidstroms im Fluidkreis. Dieser Fluidstrom erzeugt wiederum eine elektrische Spannung, die mittels der Auswertemittel erfasst wird, um daraus auf eine Bewegung bzw. Betätigung des Arbeitshandschuhs bzw. Aktuators schließen zu können.
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Zur Optimierung und Vereinfachung der Auswertung der von der Energieerzeugungseinrichtung erzeugten Spannung kann es vorgesehen sein, dass in dem Fluidkreis wenigstens eine hydraulische Gleichrichtereinrichtung angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, einen Fluidfluss des Fluids in einer Richtung oder abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen des Fluidkreises zu erzeugen, oder dass eine elektrische Gleichrichterschaltung vorgesehen ist, die mit der Spuleneinrichtung elektrisch verschaltet ist.
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Um nicht nur einzelne Ereignisse bzw. Betätigungen des Aktuators zu erfassen, sondern über einen längeren Zeitraum die Auswertung beispielsweise von Arbeitsabläufen zu ermöglichen, sieht es eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Auswertemittel dazu ausgebildet sind, den zeitlichen Verlauf der Spannung auszuwerten. Unter einer derartigen Auswertung wird dabei beispielsweise die Frequenz oder die Häufigkeit innerhalb bestimmter Zeitintervalle beim Auftreten von bestimmten Mindestspannungen durch die Energieerzeugungseinrichtung verstanden, durch die z.B. auf definierte Bewegungen des Aktuators, z.B. infolge einer Deformation eines Arbeitshandschuhs durch Anheben einer bestimmten Last, geschlossen werden kann.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Energieerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Spannungsquelle zu laden. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es z.B., die von der Energieerzeugungseinrichtung erzeugte Spannung für andere Anwendungen zusätzlich nutzen zu können oder aber z.B., die Auswerteeinrichtung über einen Energiespeicher bzw. eine Pufferbatterie betreiben zu können.
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Weiterhin umfasst die Erfindung ein Datenerfassungssystem, mit einer soweit beschriebenen Sensoreinrichtung sowie mit Übertragungsmitteln zur Übermittlung der von den Auswertemitteln der Sensoreinrichtung ermittelten Daten an eine zentrale Erfassungseinheit.
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In einer Weiterbildung eines derartigen Datenerfassungssystems ist es vorgesehen, dass die Übertragungsmittel als drahtlose Übertragungsmittel ausgebildet sind und/oder dass die Übertragungsmittel als Speichereinrichtung ausgebildet sind. Bei der Ausbildung als drahtlose Übertragungsmittel können z.B. Arbeitsabläufe online bzw. ohne Zeitverzögerung erfasst und ausgewertet werden. Die Ausbildung der Übertragungsmittel als Speichereinrichtung ermöglicht es, insbesondere wenn die drahtlosen Übertragungsmittel beispielsweise aufgrund baulicher Maßnahmen o.ä. keinen Sendebetrieb ermöglichen, Arbeitsabläufe o.ä. nachträglich auswerten zu können.
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Zuletzt umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur Auswertung von Arbeitsabläufen, insbesondere im Logistikbereich, unter Verwendung einer soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung bzw. eines soweit beschriebenen Datenerfassungssystems.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Sensoreinrichtung unter Verwendung einer elektrischen Energieerzeugungseinrichtung,
- 2 eine schematische Darstellung entsprechend der 1 bei einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung,
- 3a den zeitlichen Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids innerhalb einer Energieerzeugungseinrichtung gemäß den 1 und 2,
- 3b den Spannungsverlauf der von der Energieerzeugungseinrichtung erzeugten Spannung aufgrund des Fluidflusses gemäß der 3a,
- 4 eine Blockdarstellung zur Erläuterung verschiedener Schritte eines Verfahrens zur Auswertung von Arbeitsabläufen,
- 5 Bestandteile eines Datenerfassungssystems in einer schematischen Darstellung und
- 6 ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf eines Arbeitsablaufs in einer schematischen Darstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist eine elektrische Energieerzeugungseinrichtung 10 als Bestandteil einer Sensoreinrichtung 100 dargestellt, die einen Permanentmagneten 12 aufweist. Der Permanentmagnet 12 erzeugt einen Magnetkreis MK, der innerhalb eines Ausrichtungsbereichs AB auf den Querschnitt A eines Fluidkreises 14 wirkt. Innerhalb des Fluidkreises 14, der als geschlossenes Volumen ausgebildet ist, ist ein Fluid 16, insbesondere in Form eines Gels, angeordnet. Zusätzlich zum Fluid 16 ist innerhalb des Fluidkreises 14 magnetisierbares Material 18 angeordnet. Das magnetisierbare Material 18 besteht beispielsweise aus ferromagnetischen Partikeln. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Material 18 selbst aus magnetisiertem Material besteht. Innerhalb des Ausrichtungsbereichs AB wird das Material 18 durch den Magnetkreis MK des Permanentmagneten 12 in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet.
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Der Fluidkreis 14 umfasst darüber hinaus eine Pumpeinrichtung 20 zum Fördern des Fluids 16 und des Materials 18 beispielsweise in Richtung des Pfeils 22. Ergänzend wird erwähnt, dass die Pumpeinrichtung 20 mittels wenigstens einer hydraulischen Gleichrichtereinrichtung 23, 24 derart ausgebildet sein kann, dass das Fluid 16 und das Material 18 entweder in Richtung des Pfeils 22, oder aber entgegengesetzt des Pfeils 22 innerhalb des Fluidkreises 14 förderbar ist.
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Der Querschnitt des Fluidkreises 14, in dem das Material 18 innerhalb des Ausrichtungsbereichs AB ausgerichtet ist, ist von einer Spuleneinrichtung 25 umgeben. An der Spuleneinrichtung 25 bzw. deren Drahtenden ist eine Spannung Ui abgreifbar. Die Spannung Ui wird in die Spuleneinrichtung 25 durch den Strom des Fluids 16 mit dem Material 18 beim Durchströmen des Querschnitts im Bereich der Spuleneinrichtung 25 induziert.
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Der Antrieb der Pumpeinrichtung 20 erfolgt bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beispielhaft indirekt durch einen Aktuator 30, der in Form ebenfalls rein beispielhaft eines Arbeitshandschuhs 32 ausgebildet ist. Beispielsweise bei dem Anheben einer Last L, wie einer Kiste o.ä., werden Teilbereiche des Handschuhs 32 komprimiert, wobei ebenfalls rein beispielhaft ein Fluid oder ein Gas unter Druckerhöhung verdrängt wird, welches über eine Leitung 34 mit der Pumpeinrichtung 20 zusammenwirkt. Dabei ist das in dem Arbeitshandschuh 32 befindliche Medium (Flüssigkeit bzw. Gas) getrennt von dem Fluidkreis 14, derart, dass über den Arbeitshandschuh 32 ein mittelbares Antreiben der Pumpeinrichtung 20 ermöglicht wird. Der Arbeitshandschuh 32 und die Pumpeinrichtung 20 stellen somit separate Bauteile dar, die örtlich voneinander getrennt angeordnet sein können.
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Die soweit beschriebene Energieerzeugungseinrichtung 10 ermöglicht es, im Zusammenhang mit der von der Spuleneinrichtung 25 erzeugten Spannung Ui Arbeitsabläufe zu analysieren bzw. zu detektieren. Somit ist die Energieversorgungseinrichtung 10 gleichzeitig Bestandteil einer Sensoreinrichtung 100. Hierzu ist die Spannung Ui mittels einer Auswerteeinrichtung 36 auswertbar.
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Zur Erläuterung der Auswerteeinrichtung 36 wird zunächst auf die 3a und 3b verwiesen: In der 3a ist der Strom des Fluids 16 mit dem Material 18 mit der Geschwindigkeit v über der Zeit t dargestellt. Beispielhaft wird innerhalb des Fluidkreises 14 in regelmäßigen Abständen ein Strömen des Fluids 16 und des Materials 18 erzeugt. Synchron mit der Erzeugung des Fluidstroms wird auch das Material 18 im Fluidkreis 14 in Richtung des Pfeils 22 im Ausrichtungsbereich AB bewegt. Die Bewegung des Materials 18 erzeugt die Spannung Ui, deren Höhe beispielsweise proportional zur Größe des Fluidstroms FS bzw. zur Strömungsgeschwindigkeit v ist. Wie bereits oben erläutert, wird beispielhaft beim Anheben der Last L über den Arbeitshandschuh 32 die Pumpeinrichtung 20 (mittelbar) betätigt, sodass die Spannung Ui erzeugt wird.
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Die Generierung der Spannungen Ui ist in der 4 durch den Block 41 symbolisiert. Die Auswerteeinrichtung 36 umfasst darüber hinaus in einem Block 42 eine Signalvorbereitung der in dem Block 41 generierten Spannungen Ui. Diese umfasst beispielsweise Filtermittel zur Filterung von Störsignalen o.ä. In einem an den Block 42 anschließenden weiteren Block 43 der Auswerteeinrichtung 36 wird anschließend beispielsweise der zeitliche Verlauf der Spannungen Ui hinsichtlich Frequenz, Amplitude usw. erfasst bzw. ausgewertet. In einem Block 44 der Auswerteeinrichtung 36 werden die in dem Block 43 ausgewerteten Daten dahingehend analysiert bzw. weiter ausgewertet, dass beispielsweise auf die Anzahl n von angehobenen Lasten L o.ä. geschlossen werden kann.
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In der 2 ist eine gegenüber 1 modifizierte Energieerzeugungseinrichtung 10a dargestellt. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass kein Permanentmagnet 12 wie bei der Energieerzeugungseinrichtung 10 vorhanden ist. Hier wird die Spannung Ui im Ausrichtungsbereich AB dadurch erzeugt, dass das Material 18 magnetisierte Teilchen 19 umfasst, die sich innerhalb des Ausrichtungsbereichs AB aufgrund ihrer Polarität selbstständig ausrichten. Die in der 2 dargestellte Energieerzeugungseinrichtung 10a ist darüber hinaus unmittelbarer Bestandteil, d.h. integral in dem Arbeitshandschuh 32 angeordnet. Somit die Pumpeinrichtung 20 z.B. dadurch antreibbar, dass beim Anheben einer Last eine elastische Außenhaut 58 des Fluidkreises 14 deformiert wird, die gleichzeitig eine Außenwand des Arbeitshandschuhs 32 und die Pumpeinrichtung 20 selbst darstellt, was zu einem Verdrängen des Fluids 16 und des Materials 18 im Fluidkreis 14 führt mit einer entsprechenden Bewegung des Fluids 16 und des Materials 18.
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Die von der Auswerteeinrichtung 36 generierten Daten können innerhalb eines Datenerfassungssystems 50 weiterverwendet werden. Beispielhaft umfasst das Datenerfassungssystem 50 eine mit der Auswerteeinrichtung 36 verbundene Übertragungseinrichtung 52. Die Übertragungseinrichtung 52 kann entsprechend der Darstellung der 5 beispielhaft über einen Energiespeicher ES betrieben werden, der wiederum ebenfalls rein beispielhaft über die Spuleneinrichtung 25 gepuffert bzw. geladen wird. Die Übertragungsmittel 52 können entweder als drahtlose Übertragungsmittel 52 ausgebildet sein oder aber als Speichermedium 54 zur zumindest zeitweise Speicherung der Daten der Auswerteeinrichtung 36. Mittels der Übertragungsmittel 52 lassen sich die ermittelten Daten an eine zentrale Stelle 56 übermitteln oder aber einspeisen, beispielsweise an die Zentrale einer Logistikeinheit.
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In der 6 ist dargestellt, dass in der zentralen Einheit 56 die Daten der Auswerteeinrichtung 36 ausgewertet werden, indem beispielsweise die Anzahl n der angehobenen Lasten L über der Zeit t ermittelt wird. Dies lässt Rückschlüsse auf beispielsweise innerhalb eines Lagerbereichs getätigte Arbeitsvorgänge zu.
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Die soweit beschriebene Energieversorgungseinrichtung 10, 10a, die Sensoreinrichtung 50 und das Datenerfassungssystem 100 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht in der Verwendung einer Energieversorgungseinrichtung 10, 10a als zumindest mittelbarer Bestandteil einer Sensoreinrichtung 50 zur Erfassung von Arbeitsvorgängen o.ä.
