DE102020006784B4

DE102020006784B4 - Reifenkupplung für die Verbindung zweier Wellen mit einem überwachten Reifen

Info

Publication number: DE102020006784B4
Application number: DE102020006784.0A
Authority: DE
Inventors: Jörg Hübler; Hagen Bankwitz; Markus Ballmann; Wolfgang Janzen
Original assignee: Hochschule Mittweida FH
Current assignee: Hochschule Mittweida FH
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2022-11-24
Anticipated expiration: 2040-11-03
Also published as: DE102020006784A1

Abstract

Reifenkupplung für die Verbindung zweier Wellen mit einem überwachten Reifen (1), dadurch gekennzeichnet, dass sich auf wenigstens einer der Stirnseiten des Reifens (1) der Reifenkupplung eine elastische elektrisch leitfähige Schicht (2) befindet, welche ein Bestandteil eines elektrischen Stromkreises mit einer elektrischen Energiequelle und einer Schaltung zur Messung des durch die Schicht (2) fließenden elektrischen Stromes und/oder einer Schaltung zur Messung des elektrischen Widerstands der Schicht (2) ist, dass die Schaltung zur Messung des durch die Schicht (2) fließenden elektrischen Stromes und/oder die Schaltung zur Messung des elektrischen Widerstands mit einem Datenverarbeitungssystem verbunden ist oder sind und dass das Datenverarbeitungssystem mit einem Sender elektromagnetischer Wellen oder einem Sendeempfänger elektromagnetischer Wellen verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft Reifenkupplungen für die Verbindung zweier Wellen mit einem überwachten Reifen.
Durch die Druckschrift US 7 832 263 B2 ist ein Reifen mit drahtlosen Sensoren bekannt. Die Sensoren können dazu insbesondere als Schicht oder Komponente eingebettet sein. Die Sensoren können Daten zu Parametern von unter anderem Temperatur, Druck, Seitenwandbiegung, Spannung und Dehnung bereitstellen. Ein Stromkreis, der vom Reifen erzeugte Energie verwendet, kann die Sensoren mit Strom versorgen.
Die Druckschrift EP 1 279 526 B1 beinhaltet ein Verfahren und ein System zum Überwachen des Betriebs eines Fahrzeugreifens sowie Fahrzeugreifen. Dazu ist ein Temperatursensor in den Schulterbereich des Reifens eingebettet. Weiterhin wird das Ausgangssignal des Temperatursensors hinsichtlich seiner Höhe und seines zeitlichen Verlaufs ausgewertet. Damit wird eine Möglichkeit geschaffen, nicht nur einen augenblicklichen unzureichenden Luftdruck eines Fahrzeugreifens anzuzeigen oder zu überwachen, sondern auch die Betriebszuverlässigkeit des Reifens zu überwachen und zu prognostizieren.
Reifenkupplungen dienen insbesondere für die Verbindung zweier Wellen. Der Reifen weist eine Trennung auf, so dass dieser leicht sowohl montierbar als auch demontierbar ist. So ist durch die Druckschrift DE 202 16 820 U1 eine elastische Kupplung bekannt. Zwei Kupplungsteile sind mit wenigstens einem Reifensegment miteinander verbunden, wobei das Reifensegment an seinen gegenüberliegenden Randbereichen durch Befestigungsmittel an jedem Kupplungsteil relativ zu einer Kupplungsdrehachse radial eingespannt ist.
Eine Verschleißüberwachung des Reifens der Reifenkupplung erfolgt durch eine Sichtkontrolle des Reifens, so dass sie regelmäßig überprüft werden müssen um festzustellen, ob ein Austausch notwendig ist oder nicht. Alternativ dazu kann die Kupplung in regelmäßigen Intervallen ausgetauscht werden, um ein Versagen zu vermeiden. Bei beiden Varianten wird die Kupplung entweder zu früh oder zu spät gewechselt. Desweiteren kann ein plötzlicher Kupplungsausfall zu Anlagenschäden und/oder Stillstandszeiten führen.
Eine Temperaturüberwachung im Betrieb erfolgt nur durch extern angebrachte Sensoren und nur auf der Außenseite der Reifenkupplung.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Reifen von Reifenkupplungen für die Verbindung zweier Wellen insbesondere bei ihrem Betrieb einfach zu überwachen.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Reifenkupplungen für die Verbindung zweier Wellen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Reifen überwachbar sind.
Dazu befindet sich auf wenigstens einer der Stirnseiten des Reifens der Reifenkupplung eine elastische elektrisch leitfähige Schicht, welche ein Bestandteil eines elektrischen Stromkreises mit einer elektrischen Energiequelle und einer Schaltung zur Messung des durch die Schicht fließenden elektrischen Stromes und/oder einer Schaltung zur Messung des elektrischen Widerstands der Schicht ist. Die Schaltung zur Messung des durch die Schicht fließenden elektrischen Stromes und/oder die Schaltung zur Messung des elektrischen Widerstands ist oder sind mit einem Datenverarbeitungssystem verbunden, welches weiterhin mit einem Sender elektromagnetischer Wellen oder einem Sendeempfänger elektromagnetischer Wellen verbunden ist.
Der Reifen der Reifenkupplung als Maschinenelement kann so vorteilhafterweise einfach in Echtzeit und/oder automatisch in Intervallen mittels der elektrisch leitfähigen Schicht als Sensor überwacht werden. Natürlich kann das auch individuell geschaltet erfolgen. Dazu wird während des Betriebs der Verschleiß und/oder die Temperatur ermittelt. Somit kann jederzeit überprüft werden, ob der Reifen verschlissen ist und weitere Maßnahmen, beispielsweise die Veranlassung eines Austauschs, eingeleitet werden müssen. Weiterhin können vorteilhafterweise durch die integrierte Temperaturüberwachung Fehler bei der Auslegung und dem Betrieb des Reifens erkannt und behoben werden. Dies können beispielsweise falsche Annahmen hinsichtlich Betriebstemperatur und dynamischer Belastung oder sich während des Betriebs ändernde Anlagenparameter sein.
Mittels einer permanenten Kontrolle des Reifens der Reifenkupplung kann die Lebensdauer des Maschinenelements effizient ausgenutzt und Wechselintervalle besser geplant werden. Der Sensor gibt dem Nutzer zusätzlich Informationen darüber, ob die Belastung oder die Umgebungstemperatur zu hoch ist. So kann der Nutzer Maßnahmen einleiten bevor die Kupplung übermäßig verschlissen ist. Durch plötzliche Änderungen der Kupplungstemperatur ist in manchen Fällen auch ein Rückschluss auf Fehler im Betriebsverhalten der Anlage möglich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 10 angegeben.
Die Elastizität/Strukturdehnung der Schicht ist vorteilhafterweise gleich oder größer des Materials des Reifens.
Der im Stromkreis fließende elektrische Strom ist vorteilhafterweise ein Maß des Verschleißes des Reifens.
Vorteilhafterweise ist der elektrische Widerstand der Schicht ein Maß des Verschleißes des Reifens.
Der elektrische Widerstand der Schicht ist vorteilhafterweise ein Maß der Temperatur der elektrischen Schicht und damit des Reifens.
Auf den Stirnseiten des Reifens kann sich jeweils eine elastische elektrisch leitfähige Schicht befinden, welche jeweils ein Bestandteil eines elektrischen Stromkreises mit einer elektrischen Energiequelle und einer Schaltung zur Messung des durch die Schicht fließenden elektrischen Stromes und/oder einer Schaltung zur Messung des elektrischen Widerstands der Schicht ist. Die Schaltung zur Messung des durch die Schicht fließenden elektrischen Stromes und/oder die Schaltung zur Messung des elektrischen Widerstands ist oder sind mit dem Datenverarbeitungssystem verbunden.
Das Datenverarbeitungssystem ist optional mit wenigstens einem externen Datenspeicher verbunden. Der externe Datenspeicher kann so ein Bestandteil von Cloud-Computing sein.
Die elektrisch leitfähige Schicht ist vorteilhafterweise ein Sensor. Die durch den Sensor erfassten und mittels des Datenverarbeitungssystems in Daten gewandelten Messwerte des Sensors sind Daten des Verschleißes der Reifenkupplung. Darüber hinaus können die Daten auch zugeordnete Standortdaten der Klauenkupplung enthalten, die so neben den Betriebsdaten der Reifenkupplung über das Datennetz einen Empfänger übertragbar und/oder in wenigstens einem zentralen Datenspeicher gespeicherte und damit lesbare Daten sind.
Die Daten können im Vergleich des Datenverarbeitungssystems mit wenigstens einem Grenzwert das Wechseln des Reifens der Reifenkupplung bestimmte Daten sein.
Die elektrisch leitfähige Schicht ist ein Sensor. Die durch den Sensor erfassten und mittels des Datenverarbeitungssystems in Daten gewandelten Signale des Sensors können insbesondere Daten zur Überwachung des Reifens der Reifenkupplung sein, so dass die Daten zur Überwachung des Reifens der Reifenkupplung und diesen Daten zugeordnete Standortdaten der Reifenkupplung über ein Datennetz abrufbare und/oder in wenigstens einem zentralen Datenspeicher gespeicherte und damit abrufbare Daten einer Überwachung der Reifenkupplung sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigt:

1 ein Reifen einer Reifenkupplung für die Verbindung zweier Wellen mit einer elektrisch leitfähigen Schicht als Sensor zur Überwachung des Betriebs.

Ein überwachter Reifen 1 einer Reifenkupplung besitzt im Wesentlichen eine elastische elektrisch leitfähige Schicht 2 wenigstens auf einer der Stirnseiten des Reifens 1, einen elektrischen Strommesser, einen elektrischen Widerstandsmesser, ein Datenverarbeitungssystem und einen Sendeempfänger elektromagnetischer Wellen.
Die 1 zeigt einen Reifen 1 einer Reifenkupplung für die Verbindung zweier Wellen mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 2 als Sensor zur Überwachung des Betriebs in einer prinzipiellen Darstellung.
An den Stirnseiten des Reifens 1 befindet sich eine elastische elektrisch leitfähige Schicht 2, welche als Sensor fungiert. Diese Schicht 2 weist eine Elastizität/Strukturdehnung auf, die gleich oder größer des Materials des Reifens 1 ist. Der Reifen 1 kann dazu aus einem Gummi bestehen. Die Endenbereiche der Schicht 2 sind Kontakte 3 oder die Schicht 2 ist mit an den Stirnseiten angeordneten Kontakten 3 verbunden.
Die Schicht 2 als Sensor ist ein Bestandteil eines elektrischen Stromkreises mit einer elektrischen Energiequelle und einer Schaltung zur Messung des durch die Schicht 2 fließenden elektrischen Stromes, die mit einem Datenverarbeitungssystem verbunden ist. Schaltungen zur Messung des durch die Schicht 2 fließenden elektrischen Stromes sind bekannt. Das Datenverarbeitungssystem ist weiterhin mit einem Sendeempfänger elektromagnetischer Wellen verbunden. Im unverschlissenen Betrieb des Reifens 1 fließt ein Messstrom ungehindert zwischen den Kontakten des Sensors. Im Laufe des Betriebs reist das Material des Reifens 1, beginnend an den beiden Enden des Reifens 1. Sind die Risse durchgängig, wird der elektrische Stromfluss zwischen den beiden Kontakten 3 unterbrochen. Dieser Zustand wird über das Datenverarbeitungssystem erfasst und über den Sendeempfänger an einen externen Datenspeicher oder ein externes Datenverarbeitungssystem als Verschleißwarnung übermittelt. Da an den Stirnseiten der Start des Verschleißes gemessen wird, bleibt dem Nutzer genügend Zeit den Austausch des Reifens 1 zu veranlassen. Das Datenverarbeitungssystem, der Sendeempfänger und die elektrische Energiequelle in Form einer Batterie oder eines Akkumulators können sich der Nabe der Reifenkupplung befinden. Bei längerem Betrieb kann der Akkumulator über den Sendeempfänger bekannterweise (RFID - radio-frequenzy identifikation) aufgeladen werden.
In einer Ausführungsform ist die Schicht 2 als Sensor ein Bestandteil eines elektrischen Stromkreises mit einer elektrischen Energiequelle und einer Schaltung zur Messung des elektrischen Widerstands der Schicht 2, die mit einem Datenverarbeitungssystem verbunden ist. Schaltungen zur Messung des elektrischen Widerstands sind bekannt. Das Datenverarbeitungssystem ist weiterhin mit einem Sendeempfänger elektromagnetischer Wellen verbunden. Damit wird der Widerstand der Schicht 2 und damit des Sensors gemessen. Liegt dieser über einen definierten Grenzwert ist der Reifen 1 verschlissen.
Weiterhin kann über die Messung des Widerstands eine Temperaturmessung über diesen Sensor erfolgen. Ändert sich die Temperatur ändert sich auch der Widerstand. So kann auch eine Überlastung des Reifens 1 der Reifenkupplung zeitnah erfasst und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Ist die Schicht 2 unterbrochen, ist die Funktion der Temperaturmessung allerdings nicht mehr gegeben. Dies ist jedoch dann auch nicht mehr notwendig, da die Kupplung zeitnah instandgesetzt werden muss.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor ein Bestandteil eines elektrischen Stromkreises mit einer elektrischen Energiequelle und einer Schaltung zur Messung des durch die Schicht 2 fließenden elektrischen Stromes und einer Schaltung zur Messung des elektrischen Widerstands der Schicht 2. Damit wird der Stromfluss durch den Sensor und dessen Widerstand gemessen. Der Strommesser und der Widerstandsmesser sind dazu mit dem Datenverarbeitungssystem verbunden.
Die durch die Schaltungen zur Messung des durch die Schicht 2 fließenden elektrischen Stromes und/oder zur Messung des elektrischen Widerstands erfassten und mittels des Datenverarbeitungssystems in Daten gewandelten Signale sind Daten zur Überwachung des Reifens 1 der Reifenkupplung, so dass die Daten zur Überwachung der Reifenkupplung und diesen Daten zugeordnete Standortdaten der Reifenkupplung über ein Datennetz abrufbare und/oder in wenigstens einem zentralen Datenspeicher gespeicherte und damit abrufbare Daten einer Überwachung der Reifenkupplung sind.

Claims

Reifenkupplung für die Verbindung zweier Wellen mit einem überwachten Reifen (1), dadurch gekennzeichnet, dass sich auf wenigstens einer der Stirnseiten des Reifens (1) der Reifenkupplung eine elastische elektrisch leitfähige Schicht (2) befindet, welche ein Bestandteil eines elektrischen Stromkreises mit einer elektrischen Energiequelle und einer Schaltung zur Messung des durch die Schicht (2) fließenden elektrischen Stromes und/oder einer Schaltung zur Messung des elektrischen Widerstands der Schicht (2) ist, dass die Schaltung zur Messung des durch die Schicht (2) fließenden elektrischen Stromes und/oder die Schaltung zur Messung des elektrischen Widerstands mit einem Datenverarbeitungssystem verbunden ist oder sind und dass das Datenverarbeitungssystem mit einem Sender elektromagnetischer Wellen oder einem Sendeempfänger elektromagnetischer Wellen verbunden ist.
Reifenkupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität/Strukturdehnung der Schicht (2) gleich oder größer des Materials des Reifens (1) ist.
Reifenkupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Stromkreis fließende elektrische Strom ein Maß des Verschleißes des Reifens (1) ist.
Reifenkupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand der Schicht (2) ein Maß des Verschleißes des Reifens (1) ist.
Reifenkupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand der Schicht (2) ein Maß der Temperatur der elektrischen Schicht (2) und damit des Reifens (1) ist.
Reifenkupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf den Stirnseiten des Reifens (1) jeweils eine elastische elektrisch leitfähige Schicht (2) befindet, welche jeweils ein Bestandteil eines elektrischen Stromkreises mit einer elektrischen Energiequelle und einer Schaltung zur Messung des durch die Schicht (2) fließenden elektrischen Stromes und/oder einer Schaltung zur Messung des elektrischen Widerstands der Schicht (2) ist, und dass die Schaltung zur Messung des durch die Schicht (2) fließenden elektrischen Stromes und/oder die Schaltung zur Messung des elektrischen Widerstands mit dem Datenverarbeitungssystem verbunden ist oder sind.
Reifenkupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungssystem mit wenigstens einem externen Datenspeicher verbunden ist.
Reifenkupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (2) ein Sensor ist und dass die durch den Sensor erfassten und mittels des Datenverarbeitungssystems in Daten gewandelten Messwerte des Sensors Daten des Verschleißes des Reifens (1) der Reifenkupplung sind.
Reifenkupplung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten im Vergleich des Datenverarbeitungssystems mit wenigstens einem Grenzwert das Wechseln des Reifens (1) bestimmte Daten sind.
Reifenkupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (2) ein Sensor ist und dass die durch den Sensor erfassten und mittels des Datenverarbeitungssystems in Daten gewandelten Signale des Sensors Daten zur Überwachung des Reifens (1) der Reifenkupplung sind, so dass die Daten zur Überwachung des Reifens (1) und diesen Daten zugeordnete Standortdaten der Reifenkupplung über ein Datennetz abrufbare und/oder in wenigstens einem zentralen Datenspeicher gespeicherte und damit abrufbare Daten einer Überwachung der Reifenkupplung sind.