DE102020130091A1

DE102020130091A1 - Passfeder einer Welle-Nabe-Verbindung

Info

Publication number: DE102020130091A1
Application number: DE102020130091.3A
Authority: DE
Inventors: Sven Vogel; Dominik Großkurth; Eckhard KIRCHNER
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-05-19

Abstract

Es wird eine Passfeder einer Welle-Nabe-Verbindung bereitgestellt. Die Passfeder (6) ist dazu ausgebildet, in einen durch eine Wellennut (3) und durch eine gegenüber der Wellennut (3) positionierten Nabennut (5) bereitgestellten Raum aufgenommen zu werden, wobei die Passfeder (6) eine Sensorik mit wenigstens einem Sensorelement (7) zum Erzeugen eines Sensorsignals umfasst. Die Passfeder weist eine Kontaktschnittstelle auf, welche dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zwischen der Sensorik (8) und einer in der Welle (2) und/oder in der Nabe (4) vorhandenen Kontaktierungsvorrichtung (11) bereitzustellen, so dass das Sensorsignal über die Kontaktierungsvorrichtung (11) an eine Sendeeinrichtung (10) zum Senden an eine Empfangseinrichtung (12) weitergeleitet werden kann. Ferner wird eine Welle (2) und eine Nabe (4) einer Welle-Nabe-Verbindung (1) vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Passfeder. Im Speziellen betrifft die vorliegende Erfindung eine Passfeder einer Welle-Nabe-Verbindung.
Es sind Passfedern zur Bereitstellung einer mechanischen Verbindung zwischen einer Welle und einer Nabe bekannt. Mit der Digitalisierung der Industrie werden immer mehr mechanische Komponenten, darunter auch Passfedern, mit Sensoren versehen. Die Montage von bekannten sensorischen Passfedern ist jedoch sehr aufwändig, wodurch die Einsatzmöglichkeiten und die Verbreitung solcher Passfedern stark eingeschränkt wird.
Eine Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, eine Passfeder zur Bildung einer leicht montierbaren sensorintegrierten Welle-Nabe-Verbindung vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt durch wenigstens eine Passfeder einer Welle-Nabe-Verbindung gelöst. Die Passfeder ist dazu ausgebildet, in einen durch eine Wellennut und durch eine gegenüber der Wellennut positionierten Nabennut bereitgestellten Raum aufgenommen zu werden. Die Passfeder kann insbesondere dazu ausgebildet sein, eine mechanische Verbindung bzw. eine Drehmomentübertragung zwischen einer Welle und einer Nabe zu gewährleisten. Die Passfeder umfasst eine Sensorik mit wenigstens einem Sensorelement zum Erzeugen eines Sensorsignals, insbesondere zum Ermitteln wenigstens eines Sensorparameters. Die Passfeder weist eine Kontaktschnittstelle auf, welche dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zwischen der Sensorik und einer in der Welle und/oder in der Nabe vorhandenen Kontaktierungsvorrichtung bereitzustellen, so dass das Sensorsignal über die Kontaktierungsvorrichtung an eine Sendeeinrichtung zum Senden an eine Empfangseinrichtung weitergeleitet werden kann. In einigen Ausführungsformen ist die Sensorik im Wesentlichen vollständig in der Welle und/oder in der Nabe eingebettet, wodurch die Anzahl von elektronischen Komponenten in der Passfeder, welche der mechanischen Belastung ausgesetzt sind, minimiert werden kann. Die Welle-Nabe-Verbindungen können grundsätzlich zwei oder mehr Passfedern aufweisen.
Insbesondere kann die Kontaktschnittstelle derart ausgebildet sein, dass die elektrische Verbindung zwischen der Sensorelektronik und der in der Welle bzw. in der Nabe vorhandenen Kontaktierungsvorrichtung beim Einsetzen der Passfeder in die Wellennut bzw. Nabennut automatisch entsteht. Die Passfeder stellt somit eine sensorische bzw. sensorintegrierte Passfeder dar, die auf einfache Weise montiert werden kann, um eine sensorintegrierte Welle-Nabe-Verbindung bereitzustellen.
Das Aufrüsten der Welle-Nabe-Verbindung mit der Sensorik erfolgt somit im Wesentlichen in vorgelagerten Fertigungsschritten, so dass die Zusammenstellung der sensorintegrierten Welle-Naben-Verbindung im Zuge einer standardmäßigen Montage ohne Zusatzaufwand erfolgen kann. Die Passfeder und die Welle bzw. Nabe können somit als ein Modul betrachtet werden, welches in entsprechenden vorgelagerten Fertigungsschritten hergestellt werden kann. In der Endmontage werden die Welle bzw. die Nabe und Passfeder wie konventionelle Bauteile montiert und benötigen keine weiteren Montageschritte. Beispielsweise können solche mit Sensorik ausgestattete Bauteile in der Serienfertigung gleich wie Bauteile ohne Sensorik behandelt werden.
Mit der sensorischen Passfeder kann ein Sensorsignal lokal, insbesondere unmittelbar an der Passfeder, erfasst werden und auf einfache Weise über die Sendeeinrichtung an die Empfangseinrichtung insbesondere zur Weiterverarbeitung gesendet werden.
Die Sensorik, insbesondere das wenigstens eine Sensorelement und die Sensorelektronik, kann im Wesentlichen vollständig in der Passfeder eingehaust bzw. eingebettet sein. Durch das Einbetten bzw. Einhausung des Sensorelements und der Sensorelektronik in die Passfeder wird ermöglicht, dass die Passfeder bauraumneutral ohne zusätzliches Werkzeug auf einfache Weise montiert werden kann. Im Hinblick auf die Montage unterscheidet sich die Passfeder von einer konventionellen Passfeder nicht. Insbesondere kann die Passfeder in bestehende Produkte als ein einfaches Zukaufteil mit geringem Integrationsaufwand eingesetzt und mit bestehenden Prozessen verarbeitet werden. Somit bietet die Passfeder eine Universalllösung zum Bereitstellen einer sensorintegrierten Welle-Nabe-Verbindung über die Standardschnittstelle, wobei die bestehenden Konstruktionen und Montageprozesse weitgehend beibehalten werden können.
Die Sensorik kann eine Sensorelektronik zum Digitalisieren des erfassten Sensorsignals und zur Weiterleitung des digitalisierten Sensorsignals umfassen. Im Vergleich zu einem analogen Sensorsignal weist das digitalisierte Sensorsignal eine geringere Störanfälligkeit und kann mit einem geringeren Informationsverlust über die Sendeeinrichtung zur Weiterverarbeitung gesendet werden.
In einigen Ausführungsformen ist die Passfeder als Faraday'scher Käfig ausgebildet, in welchem die Sensorik und die Sensorelektronik eingeschlossen sind. Die Sensorelemente und die Sensorelektronik können somit von elektromagnetischen Störsignalen bzw. Störeinkopplungen abgeschirmt werden.
Die Kontaktschnittstelle kann wenigstens einen elektrischen Kontakt in Form eines Federkontakts bzw. eines federnden Kontakts umfassen. Mittels Federkontakte kann eine zuverlässige elektrische Kontaktierung der Sensorelektronik bei wiederholter Montage der Passfeder erzielt werden.
Das wenigstens eine Sensorelement kann zum Erfassen einer lastcharakteristischen Verformung der Passfeder ausgebildet sein. Insbesondere kann das wenigstens eine Sensorelement in Form eines Piezoelements und/oder eines Dehnungsmessstreifens ausgebildet sein, welches eine mechanische Verformung in eine elektrische Spannung umwandeln kann. Aufgrund der erfassten lastcharakteristischen Verformung der Passfeder kann auf die mechanische Belastung der Passfeder Rückschlüsse gezogen werden.
Das wenigstens eine Sensorelement kann zur Erfassung eines aktuellen Wertes des Wellendrehmoments ausgebildet sein. Mit einem solchen, in der Passfeder integrierten, Sensorelement kann das Drehmoment, unmittelbar dort erfasst werden, wo die Drehmomentübertragung zwischen der Nabe und der Welle stattfindet, so dass das Drehmoment präzise und zuverlässig bestimmt werden kann.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Kontaktschnittstelle einen oder mehrere plastisch verformbare Kontakte. Aufgrund der plastischen Verformbarkeit der Kontakte kann die Kontaktfläche erhöht und der Kontaktwiderstand vermindert werden. Die plastisch verformbaren Kontakte eignen sich insbesondere für die Bereitstellung einer nichtlösbaren elektrischen Verbindung mit einer besonders guten Kontaktqualität. Insbesondere kann das plastisch verformbare Material über eine Restelastizität verfügen, so dass durch die Rückfederung des Materials ein ausreichender Anpressdruck für Kontaktierung beibehalten wird.
Nach einem zweiten Aspekt wird eine Welle einer Welle-Nabe-Verbindung bereitgestellt. Die Welle umfasst wenigstens eine Wellennut zur Aufnahme einer Passfeder nach dem ersten Aspekt sowie eine Kontaktierungsvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zwischen der Sensorik der Passfeder und einer Sendeeinrichtung bereitzustellen, so dass das von der Sensorik bereitgestellte Sensorsignal an eine Empfangseinrichtung gesendet werden kann.
Mit der Welle kann eine sensorintegrierte Welle-Nabe-Verbindung mit der sensorischen Passfeder auf einfache Weise bereitgestellt werden. Insbesondere kann die sensorintegrierte Welle-Nabe-Verbindung im Zuge einer standardmäßigen Montage ohne Zusatzaufwand zusammengebaut werden.
Die Sendeeinrichtung kann fest mit der Welle verbunden oder in der Welle integriert bzw. als Teil der Welle ausgebildet sein. Die Sendeeinrichtung kann auch als eine abnehmbare Sendeeinrichtung ausgebildet sein, um die Montagearbeiten zu erleichtern. Die Sendeeinrichtung kann insbesondere eine Antenne aufweisen und dazu ausgebildet sein, elektromagnetische Signale an die Empfangseinrichtung zu senden. Alternativ oder zusätzlich kann die Sendeeinrichtung dazu ausgebildet sein, Signale basierend auf anderen kontaktlosen Datenübertragungsmethoden, wie beispielsweise Licht oder Schall, zu senden.
Die Sendeeinrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, von der Empfangseinrichtung Energie, beispielsweise elektromagnetische Energie, Licht- oder Schallenergie, aufzunehmen und in nutzbare elektrische Energie umzuwandeln. Diese von der Sendeeinrichtung erzeugte elektrische Energie kann dann zur Stromversorgung der Sensorelektronik verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Welle eine Batterie zur Stromversorgung der Sendeeinrichtung bzw. der Sensorik aufweisen. Die Empfangseinrichtung kann insbesondere in der Nähe der Sendeeinrichtung platziert sein, so dass eine zuverlässige Daten- bzw. Energieübertragung zwischen der Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung realisiert werden kann. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Sendeeinrichtung derart ausgebildet, dass die Sendeeinrichtung von der Empfangseinrichtung auch Daten empfangen kann. Beispielsweise kann die Datenkommunikation von der Empfangseinrichtung zu der Sendeeinrichtung zum Ändern der Messparameter und/oder zum Kalibrieren der Sensorik verwendet werden. Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung können ferner derart konfiguriert sein, dass eine hohe Abtastrate erzielt wird, wobei eine Verminderung der Auflösung in billigen in Kauf genommen wird. In einigen Ausführungsformen sind die Sende- und Empfangseinrichtung derart konfiguriert, dass eine robuste Datenübertragung auf Kosten der Menge der übertragenen Daten erzielt wird.
Die Kontaktierungsvorrichtung kann einen Stecker zum Verbinden mit der Sendeeinrichtung umfassen. Mit dem Stecker kann eine lösbare Verbindung zwischen der Kontaktierungsvorrichtung auf einfache Weise realisiert werden.
Die Sendeeinrichtung und/oder die Kontaktierungsvorrichtung können wenigstens teilweise in die Welle integriert sein. Durch die Integration der Sendeeinrichtung in die Welle kann eine besonders platzsparende Anordnung der Sendeeinrichtung realisiert werden.
Die Kontaktierungsvorrichtung kann wenigstens eine Kontaktleitung bzw. Kabel zum Bereitstellen der elektrischen Verbindung zwischen der Sensorelektronik und der Sendeeinheit umfassen. Mittels der Kontaktleitung kann der Abstand zwischen der Sensorelektronik und der Sendeeinrichtung erhöht werden, so dass die Sendeeinrichtung an einer von der Sendeeinrichtung entfernten Stelle, insbesondere an bzw. in der Welle, angeordnet werden kann.
Die Welle kann wenigstens eine Ausnehmung zur wenigstens teilweisen Aufnahme von elektrischen Komponenten, insbesondere der Sendeeinrichtung und/oder der Empfangseinrichtung, aufweisen. Die elektrischen Komponenten können derart in der Ausnehmung aufgenommen werden, dass die mechanische Funktionalität der Welle-Nabe-Verbindung nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt wird.
Die wenigstens eine Ausnehmung kann insbesondere in Form einer axialen Bohrung, insbesondere eine axiale Durchgangsbohrung, ausgebildet sein. Durch die axiale Bohrung kann eine weitgehend axialsymmetrische Masseverteilung der Welle sichergestellt werden. Zudem kann eine Empfangseinrichtung in die axiale Bohrung während des Betriebs der Welle-Nabe-Verbindung eingeführt und in die Nähe zu der Sendeeinrichtung positioniert werden, ohne die Drehbewegung der Welle zu beeinträchtigen.
Die Sendeeinrichtung kann derart ausgebildet und in der axialen Bohrung derart positioniert sein, dass eine in die axiale Bohrung eingeführte Empfangseinrichtung die axiale Position der Sendeeinrichtung erreichen kann. Insbesondere kann die Empfangseinrichtung mit der Sendeeinrichtung in axialer Richtung überlappen, wodurch die Zuverlässigkeit der Signal- bzw. der Energieübertragung zwischen der Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung verbessert werden kann.
In einigen Ausführungsformen weist die Ausnehmung ein Vergussmaterial, insbesondere ein Kunstharz, auf. Mit dem Vergussmaterial können die elektronischen Komponenten, wie Kontaktleitungen, Stecker und/oder Sendeeinheit, in ihrer Position fixiert und zugleich von äußeren Einflüssen geschützt werden, so dass die Welle als fertiges Modul in der Endmontage montiert werden kann.
Nach einem dritten Aspekt wird eine Nabe einer Welle-Nabe-Verbindung vorgeschlagen. Die Nabe weist eine Nabennut zur Aufnahme einer Passfeder nach dem ersten Aspekt sowie eine Kontaktierungsvorrichtung, wobei die Kontaktierungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zwischen der Sensorik der Passfeder und einer Sendeeinrichtung bereitzustellen, so dass das von der Sensorik bereitgestellte Sensorsignal an eine Empfangseinrichtung gesendet werden kann.
Mit der Nabe kann eine sensorintegrierte Welle-Nabe-Verbindung auf einfache Weise bereitgestellt werden. Insbesondere kann die sensorintegrierte Welle-Nabe-Verbindung im Zuge einer standardmäßigen Montage ohne Zusatzaufwand erfolgen.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Für gleiche oder gleichwirkende Teile werden in den Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer sensorintegrierten Passfeder gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer sensorintegrierten Passfeder gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel, und
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer sensorintegrierten Passfeder gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer sensorintegrierten Passfeder gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Welle-Nabe-Verbindung 1 umfasst eine Welle 2 mit einer Wellennut 3, eine Nabe 4 mit einer gegenüber der Wellennut 3 positionierten Nabennut 5 sowie eine Passfeder 6, welchen in dem durch die Wellennut 3 und durch den Nabennut 5 gebildeten Raum angeordnet ist.
Die Passfeder 6 weist Sensorelemente 7 und Sensorelektronik 8 auf, wobei die Sensorelemente 7 und Sensorelektronik 8 in der Passfeder 6 eingebettet sind. Die Welle 2 weist eine Ausnehmung 9 in Form einer axialen Bohrung in der Welle bzw. Wellenbohrung auf, in welcher eine Sendeeinrichtung 10 bzw. Antennenmodul angeordnet ist. Die Sendeeinrichtung 10 ist mit einer Kontaktierungsvorrichtung 11 mit der Sensorelektronik 8 elektrisch Verbunden. Die Passfeder 6 weist eine Kontaktschnittstelle (nicht gezeigt) auf, welche dazu ausbildet ist, die elektrische Verbindung zwischen der Sensorelektronik 8 und der Kontaktierungsvorrichtung 11 sicherzustellen. Die Kontaktierungsvorrichtung 11 weist Kontaktierungselemente bzw. Kontakte zum Kontaktieren der Kontaktierungsvorrichtung 11 auf. Die Kontaktschnittstelle der Passfeder 6 kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass beim Einsetzten der Passfeder 6 in die Wellennut 3 ein elektrischer Kontakt mit der Kontaktierungsvorrichtung 11 automatisch entsteht. Die Sendeeinrichtung 10 befindet sich somit innerhalb der Ausnehmung 9 und ist über in die Welle integrierte Kontakte mit der Passfeder 6 verbunden. Die integrierten Kontakte können als Federkontakte ausgelegt werden, um eine einfache und sicher wiederholbare Montage zu ermöglichen. Für nichtlösbare Montageschritte können die Kontakte so ausgelegt werden, dass sie bei der Montage plastische Verformung erfahren, um die Kontaktfläche ausreichen groß zu gestalten, wobei die elastische Rückfederung des Materials einen ausreichenden Anpressdruck bereitstellen kann. In einigen Ausführungsformen werden Sensorsignale von der Sendeeinrichtung 10 ausgewertet und/oder digitalisiert werden. Dadurch wird die Auswerteelektronik von der Passfeder zu der Sendeeinrichtung verlagert, wobei die Anzahl von Elektronikbaugruppen verringert wird. Eine solche Passfeder ist einfacher zu fertigen und die Auswerteelektronik wird der auf die Passfeder wirkende mechanischen Belastung nicht ausgesetzt.
Die Sensorelemente 7 können ein Piezo-Element und/oder ein Dehnungsmessstreifen umfassen und dazu ausgebildet sein, mechanische Belastung bzw. mechanische Verformung der Passfeder 6 zu erfassen. Die Sensorelektronik 8 kann dazu ausgebildet sein, Sensorsignal zu digitalisieren und ein digitalisiertes Sensorsignal an die Sendeeinrichtung 10 weiterzuleiten.
In einigen Ausführungsformen weist die Kontaktschnittstelle der Passfeder 6 eine oder mehrere Federkontakte zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Sensorelektronik 8 und der Sendeeinrichtung 10 auf. In einigen Ausführungsformen weist die Passfeder 6 zwei Federkontakte auf, die sowohl zur Spannungsversorgung als auch zur Datenübertragung, beispielsweise durch Lastmodulation, genutzt werden können.
1 zeigt auch eine Empfangseinrichtung 12. Die Empfangseinrichtung 12 ist innerhalb der Ausnehmung 9 bzw. Wellenbohrung an einer Haltevorrichtung 13 in Form eines Haltestabs derart angeordnet, dass sich die Sendeeinrichtung 10 und die Empfangseinrichtung 12 axial bzw. in der Richtung entlang der Wellenachse überlappen. Die Empfangseinrichtung 12 ist dazu ausgebildet von der Sendeeinrichtung 10 Sensorsignale zu empfangen. Die Sendeeinrichtung 10 und die Empfangseinrichtung 12 können ferner dazu ausgebildet sein, von der Empfangseinrichtung 12 Energie an die Sendeeinrichtung 10 zur Stromversorgung der Sensorik bzw. der Sensorelektronik 8 und der Sensorelemente 7 zu übertragen. Aufgrund der Überlappung der Sendeeinrichtung 10 und der Empfangseinrichtung 12 in der axialen Richtung kann ein besonders zuverlässige Signal- bzw. Energieübertragung zwischen der Sendeeinrichtung 10 und der Empfangseinrichtung erzielt werden.
1 zeigt ferner eine Halteklamme 14, welche in eine Ringnut 15 eingesetzt ist und dazu dient, die Nabe 4 in ihrer axialen Position zu fixieren.
Die in 1 dargestellte Welle-Nabe-Verbindung 1 kann auf einfache Weise zusammengebaut werden. Insbesondere kann die sensorische Passfeder 6 bauraumneutral genauso wie eine konventionelle bzw. nicht-sensorische Passfeder montiert werden. Im Hinblick auf die Montage unterscheidet sich somit die Welle-Nabe-Verbindung 1 von einer konventionellen Welle-Nabe-Verbindung im Wesentlichen nicht. Insbesondere kann die Kontaktierungsvorrichtung 11 und/oder Sendeeinrichtung 10 in vorgelagerten Fertigungsschritten montiert werden, so dass die Endmontage der sensorintegrierten Welle-Naben-Verbindung 1 im Zuge einer standardmäßigen Montage ohne Zusatzaufwand erfolgen kann.
Die Sendeeinrichtung 10 ist mit der Welle 2 mechanisch verbunden, so dass die Sendeeinrichtung 10 im Betrieb der Welle-Nabe-Verbindung 1 zusammen mit der Welle 2 rotieren kann. Die Empfangseinrichtung 12 ist hingegen von der Welle 2 mechanisch entkoppelt. Werden die Sendeeinrichtung 10 und die Empfangseinrichtung 12 zusammen als eine Signal- und Energieübertragungsvorrichtung angesehen, so stellt die Sendeeinrichtung 10 den Rotor der Vorrichtung und die Empfangseinrichtung 12 den Stator der Vorrichtung dar. In einigen Ausführungsformen weist die Empfangseinrichtung 12 bzw. die Haltevorrichtung 13 der Empfangseinrichtung 12 einen Dauermagneten auf, wobei die Sendeeinrichtung 10 Induktionsspulen aufweist. Beim Drehen der Welle 2 kann somit eine Spannung in die Spulen induziert und die Elektronik im Inneren der Passfeder und/oder in der Sendeeinrichtung 10 mit Energie versorgt werden.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer sensorintegrierten Passfeder gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Die in 2 gezeigte Welle-Nabe-Verbindung 1 entspricht im Wesentlichen der in 1 gezeigten Welle-Nabe-Verbindung, wobei die Sendeeinrichtung 10 und die Empfangseinrichtung 12 außerhalb der Welle 2 angeordnet sind. Die Welle-Nabe-Verbindung 1 der 2 weist zudem einen Stecker 16 zum Verbinden der Sendeeinrichtung 10 mit der Kontaktierungsvorrichtung 11 von der Stirnseite der Welle 2 auf. Die Kontaktierungsvorrichtung 11 umfasst ferner elektrische Verbindungen z.B. Kabel auf, die sich zwischen der Sensorelektronik 8 und dem Stecker 16 entlang der Ausnehmung 9 erstrecken. Die Sendeeinrichtung 10 der 2 ist von der Welle 2 abnehmbar. Denn der Stecker 16 stellt eine lösbare Verbindung zwischen der Sendeeinrichtung 10 und der Kontaktierungsvorrichtung 11 bereit. Die Sendeeinrichtung 10 kann somit erst nach dem Verbinden der Welle 2 mit der Nabe 4 auf die Welle 2 montiert werden, wodurch die Montage von größeren Antennenmodulen, die innerhalb der Welle 2 nicht untergebracht werden können, vereinfacht wird. In einigen Ausführungsformen wird die Sendeelektronik wenigstens teilweise in der Ausnehmung 9 und/oder in dem Stecker 16 untergebracht, so dass die Sendevorrichtung 10 im Wesentlichen auf ein Sendeantenne reduziert wird. Durch die Aufnahme der Sendeelektronik in die Ausnehmung 9 bzw. in den Stecker 16 wird die Sendeelektronik von äußeren Einflüssen besonders gut geschützt.
In einigen Ausführungsformen werden mechanische Befestigungselemente zum Fixieren von elektronischen Komponenten, wie Kontaktierungsvorrichtung 11, Stecker oder Sendeeinrichtung 10, vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel der 2 kann die Ausnehmung 9 eine Vergussmasse 17 bzw. Vergussmaterial aufweisen. Die Vergussmasse dient zum Fixieren und zum Schutz von den in die Welle 2 eingebetteten elektronischen Komponenten, wie elektrische Verbindungen der Kontaktierungsvorrichtung 11 und/oder Stecker 11. Als Vergussmasse 17 wird in einigen Ausführungsbeispielen Kunstharz o.ä. verwenden. Kunstharz ist leicht verfügbar und kann eine zuverlässige Fixierung von elektronischen Komponenten gewährleisten. Insbesondere können Kontakte, Kabel und Stecker in der Welle 2 eingegossen sein, so dass die Welle 2 als fertiges Modul in der Endmontage montiert werden kann.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer sensorintegrierten Passfeder gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Ausführungsbeispiel der 3 entspricht im Wesentlichen der Welle-Nabe-Verbindung 1 der 2, wobei die Sendeeinrichtung 10 stirnseitig in die Welle 2 eingebettet ist. Die Welle-Nabe-Verbindung 1 der 3 fällt durch besonders kompakte und einfache Bauweise auf und eignet sich gut für solche Fälle, wenn die Empfangseinrichtung 12 nicht innerhalb der Welle 2 untergebracht werden kann. In der Welle-Nabe-Verbindung 1 der 3, ähnlich wie in dem Ausführungsbeispiel der 1, ist die Sendeeinrichtung 10 mit der Welle fest verbunden, wodurch eine besonders robuste Bauweise der Welle-Nabe-Verbindung 1 erzielt werden kann.
Bei der Sendeeinrichtung 10 kann es sich insbesondere um eine mit einer Antenne ausgestatteten elektromagnetischen Sendeeinrichtung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann die Sendeeinrichtung 10 ein anderes Medium, wie beispielsweise Licht oder Schall, zur kontaktlosen Datenübertragungsmedium verwenden. Zudem wandelt die Sendeeinrichtung 10 die von der Empfangseinrichtung 12 zur Verfügung gestellte Energie in nutzbare elektrische Energie für die Stromversorgung der Sensorik um. Alternativ oder zusätzlich kann die Welle-Nabe-Verbindung 1 eine beispielsweise in der Welle 2 eingebettete Batterie aufweisen, um die Stromversorgung der Sensorik sicherzustellen.
Die Empfangseinrichtung 12 nimmt die von der Sendeeinrichtung 10 gesendeten Daten auf und stellt Energie für die Passfeder bereit. Die Empfangseinrichtung 12 kann in der Nähe der Welle 2, wie in den 2 und 3 gezeigt, oder in die Wellenbohrung hineinragend, wie in 1 gezeigt, platziert werden. Dabei kann die Empfangseinrichtung mit einer Haltevorrichtung festgehalten werden, so dass sie sich nicht mit der Welle dreht.
Es ist anzumerken, dass die oben beschriebenen Prinzipien in anderen Konfigurationen von Welle-Naben-Verbindungen umgesetzt werden können. Insbesondere kann auch die Nabe 4, ähnlich wie die Welle 2 in den obigen Beispielen, mit einer Kontaktierungsvorrichtung ausgestattet werden, um das von der Sensorelektronik 8 bereitgestellte digitalisierte Sensorsignal an eine Empfangseinrichtung zu versenden. Insbesondere kann die in der Nabe 2 vorgesehene Kontaktierungsvorrichtung dazu ausgebildet sein, eine elektrische Verbindung zwischen der Sensorik der Passfeder und einer Sendeeinrichtung mit einer Antenne, beispielsweise mit einer Ringantenne, bereitzustellen, so dass das von der Sensorik bereitgestellte Sensorsignal an eine Empfangseinrichtung gesendet werden kann.
Die hier beschriebene sensorische Passfeder kann ohne weiteres in bestehende Produkte als ein Zukaufteil mit geringem Integrationsaufwand eingesetzt und mit bestehenden Prozessen verarbeitet werden. Somit bietet die Passfeder eine Universalllösung zum Bereitstellen einer sensorintegrierten Welle-Nabe-Verbindung über die Standardschnittstelle, wobei die bestehenden Konstruktionen und Montageprozesse weitgehend beibehalten werden können. Solche mit Passfedern ausgestatteten sensorischen Welle-Nabe-Verbindungen ermöglichen es, Sensorparameter, wie beispielsweise Drehmoment, unmittelbar in der Welle-Nabe-Verbindung lokal und präzise zu ermitteln. Solche Welle-Nabe-Verbindungen können dazu beitragen, dass der Betrieb von Maschinen und Vorrichtungen mit schwenkbaren bzw. drehbaren Komponenten, wie beispielsweise in der Antriebstechnik, in Wickelmaschinen, in Schwenk- bzw. Rotationsventilen, besser kontrolliert werden können.
Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Welle-Nabe-Verbindung
2: Welle
3: Wellennut
4: Nabe
5: Nabennut
6: Passfeder
7: Sensorelement
8: Sensorelektronik
9: Ausnehmung
10: Sendeeinrichtung
11: Kontaktierungsvorrichtung
12: Empfangseinrichtung
13: Haltervorrichtung
14: Halterklammer
15: Ringnut
16: Stecker
17: Vergussmasse

Claims

Passfeder einer Welle-Nabe-Verbindung, wobei die Passfeder (6) dazu ausgebildet ist, in einen durch eine Wellennut (3) und durch eine gegenüber der Wellennut (3) positionierten Nabennut (5) bereitgestellten Raum aufgenommen zu werden, und wobei die Passfeder (6) eine Sensorik mit wenigstens einem Sensorelement (7) zum Erzeugen eines Sensorsignals umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Passfeder eine Kontaktschnittstelle aufweist, welche dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zwischen der Sensorik und einer in der Welle (2) und/oder in der Nabe (4) vorhandenen Kontaktierungsvorrichtung (11) bereitzustellen, so dass das Sensorsignal über die Kontaktierungsvorrichtung (11) an eine Sendeeinrichtung (10) zum Senden an eine Empfangseinrichtung (12) weitergeleitet werden kann.
Passfeder nach Anspruch 1, wobei die Sensorik im Wesentlichen vollständig in der Passfeder (6) eingebettet bzw. eingehaust ist.
Passfeder nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensorik eine Sensorelektronik (8) zum Digitalisieren des erfassten Sensorsignals und zur Weiterleitung des digitalisierten Sensorsignals umfasst.
Passfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktschnittstelle wenigstens einen elektrischen Kontakt in Form eines Federkontakts umfasst.
Passfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Sensorelement (7) zum Erfassen einer lastcharakteristischen Verformung der Passfeder (6) ausgebildet ist.
Passfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Sensorelement (7) zur Erfassung eines aktuellen Wertes des Wellendrehmoments ausgebildet ist.
Welle einer Welle-Nabe-Verbindung, wobei die Welle wenigstens eine Wellennut zur Aufnahme einer Passfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie eine Kontaktierungsvorrichtung aufweist, wobei die Kontaktierungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zwischen der Sensorik der Passfeder und einer Sendeeinrichtung bereitzustellen, so dass das von der Sensorik bereitgestellte Sensorsignal an eine Empfangseinrichtung gesendet werden kann.
Welle nach Anspruch 7, wobei die Kontaktierungsvorrichtung (11) einen Stecker (16) zum Verbinden der Sendeeinheit (10) mit der Kontaktierungsvorrichtung (11) umfasst.
Welle nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Sendeeinrichtung (10) und/oder die Kontaktierungsvorrichtung (11) wenigstens teilweise in die Welle (2) integriert sind.
Welle nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Kontaktierungsvorrichtung (11) wenigstens eine Kontaktleitung zum Bereitstellen der elektrischen Verbindung zwischen der Sensorelektronik (8) und der Sendeeinheit (10) umfasst.
Welle nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Welle wenigstens eine Ausnehmung (9) zur wenigstens teilweisen Aufnahme von elektrischen Komponenten aufweist.
Welle nach Anspruch 11, wobei die wenigstens eine Ausnehmung (9) in Form einer axialen Bohrung ausgebildet ist.
Welle nach Anspruch 12, wobei die Sendeeinrichtung (10) derart ausgebildet und in der axialen Bohrung derart positioniert ist, dass eine in die axiale Bohrung eingeführte Empfangseinrichtung (12) die axiale Position der Sendeeinrichtung (12) erreichen kann.
Welle nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Ausnehmung (9) ein Vergussmaterial (17) aufweist.
Nabe einer Welle-Nabe-Verbindung, wobei die Nabe (4) wenigstens eine Nabennut (5) zur Aufnahme einer Passfeder (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und eine Kontaktierungsvorrichtung aufweist, wobei die Kontaktierungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zwischen der Sensorik der Passfeder (6) und einer Sendeeinrichtung bereitzustellen, so dass das von der Sensorik bereitgestellte Sensorsignal an eine Empfangseinrichtung gesendet werden kann.