DE102020212399A1

DE102020212399A1 - rotating element

Info

Publication number: DE102020212399A1
Application number: DE102020212399.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Spies; Tobias Dräger; Johannes Knauer; Henrik ZESSIN; Sandro Thalmann; Oliver Haala; Hendrik Rentzsch
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2022-03-31
Also published as: JP2023547780A; WO2022069413A1; EP4221925A1

Abstract

Element, insbesondere rotierendes Element, mit folgenden Merkmalen: einer zusammen mit dem rotierenden Element bewegenden oder rotierenden Induktivität, die ausgebildet ist, bei Bewegung in einem Magnetfeld eine elektrische Energie bereitzustellen; und einem zusammen mit dem rotierenden Element bewegenden oder rotierenden Verbraucher, der durch die bereitgestellte elektrische Energie betreibbar ist.Element, in particular rotating element, having the following features: an inductance which moves or rotates together with the rotating element and which is designed to provide electrical energy when moving in a magnetic field; and a consumer which moves or rotates together with the rotating element and which can be operated by the electrical energy provided.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Element, wie z.B. ein rotierendes Element, insbesondere ein (rotierendes) Element mit einer Art Energieversorgungsmitteln. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Bohrfutter oder Bohrerhalter. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Rotationsmaschine, insbesondere eine Bohr- oder Fräsmaschine mit einem rotierenden Element.Embodiments of the present invention relate to an element such as a rotating element, in particular a (rotating) element with some kind of power supply means. Further exemplary embodiments relate to a drill chuck or drill holder. Further exemplary embodiments relate to a rotary machine, in particular a drilling or milling machine with a rotating element.

Ein Bohrfutter ist ein klassisches rotierendes Element, dem in erster Linie vor allem nur mechanische Aufgaben zukommen. Eine typische Aufgabe ist es, ein Werkzeug, wie zum Beispiel einen Bohrer, aufzunehmen und diesen mit der Rotationsenergie der Bohrmaschine anzutreiben. Im Stand der Technik kommen drei unterschiedliche Bohrfuttertypen beziehungsweise Bohrerverbindungen zum Einsatz. Entsprechend einer Variante kann ein Bohrfutter sowohl auf der rotierenden Antriebs- als auch auf der rotierenden Abtriebsseite Mittel zur Eingriffnahme aufweisen. Auf Antriebsseite wird dann das Bohrfutter an eine rotierende Welle der Bohrmaschine gekoppelt, während auf Abtriebsseite beispielsweise mittels einer Schnellspannverbindung ein Bohrer eingespannt werden kann. Alternativ wäre es auch denkbar, dass das Werkzeug beziehungsweise der Bohrer fest mit dem Bohrfutter verbunden ist und immer das gesamte Bohrfutter samt Werkzeug gewechselt wird. Entsprechend einer dritten Variante wäre es auch denkbar, dass das Bohrfutter fest mit der Bohrmaschine verbunden ist und das beispielsweise als Schnellspannbohrfutter ausgeführte Bohrfutter dann unterschiedliche Werkzeuge aufnehmen kann. Bei allen Varianten ist das Bohrfutter als eine Art Kupplung zwischen einer rotierenden Welle und einem rotierenden Werkzeug vorgesehen. Bezüglich der Automatisierung und Überwachung wird Sensorik vorgesehen, die teilweise auch in die rotierenden Bauteile eingebracht wird. Diese Elektronik kann beispielsweise mittels einer Batterie versorgt werden.A drill chuck is a classic rotating element that primarily has only mechanical tasks. A typical task is to pick up a tool, such as a drill, and drive it with the rotational energy of the drill. In the prior art, three different drill chuck types or drill connections are used. According to a variant, a drill chuck can have means of engagement both on the rotating input side and on the rotating side driven. On the drive side, the drill chuck is then coupled to a rotating shaft of the drill, while a drill can be clamped on the output side, for example by means of a quick-release connection. Alternatively, it would also be conceivable that the tool or the drill is permanently connected to the drill chuck and the entire drill chuck including the tool is always changed. According to a third variant, it would also be conceivable for the drill chuck to be firmly connected to the drill and for the drill chuck, for example designed as a keyless drill chuck, to then be able to accommodate different tools. In all variants, the drill chuck is intended as a type of coupling between a rotating shaft and a rotating tool. With regard to automation and monitoring, sensors are provided, some of which are also incorporated into the rotating components. These electronics can be powered by a battery, for example.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, ein rotierendes Element, wie zum Beispiel ein Bohrfutter, mit Elektronik auszustatten.The object of the present invention is to be seen in equipping a rotating element, such as a drill chuck, with electronics.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The object is solved by the subject matter of the independent patent claims.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Element, insbesondere rotierendes Element beziehungsweise rotierbares Element mit einer zusammen mit dem (rotierenden) Element bewegenden / rotierenden Induktivität sowie einem zusammen mit dem (rotierenden) Element bewegenden rotierenden Verbraucher. Die Induktivität ist ausgebildet, um bei Bewegung, wie zum Beispiel bei einer Rotationsbewegung in einem Magnetfeld, eine elektrische Energie bereitzustellen. Der Verbraucher wird durch die bereitgestellte elektrische Energie betrieben.Exemplary embodiments of the present invention create an element, in particular a rotating element or rotatable element, with an inductance that moves/rotates together with the (rotating) element and a rotating load that moves together with the (rotating) element. The inductance is designed to provide electrical energy during movement, such as a rotational movement in a magnetic field. The consumer is operated by the electrical energy provided.

Entsprechend Ausführungsbeispielen kann der Verbraucher beispielsweise eine Elektronik aufweisen. Diese kann entsprechend Ausführungsbeispielen wiederum als Aktorik (beispielsweise Ultraschallaktor oder Stellglied) und/oder eine Sensorik, die ausgebildet ist, eine (Sensor-) Information auszugeben, umfassen. Als Sensorinformation kommt beispielsweise eine Information bezüglich einer Kraft, einer Schwingung, einer Akustik, einer mechanischen Spannung, einer Temperatur, einem Drehmoment, einer Drehzahl und/oder einer Beschleunigung infrage.According to exemplary embodiments, the load can have electronics, for example. According to exemplary embodiments, this can in turn comprise an actuator system (for example an ultrasonic actuator or control element) and/or a sensor system which is designed to output (sensor) information. For example, information relating to a force, vibration, acoustics, mechanical stress, temperature, torque, rotational speed and/or acceleration can be considered as sensor information.

Entsprechend Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der Bewegung um eine Rotationsbewegung durch Rotation des rotierenden Elements, wobei an dieser Stelle angemerkt sei, dass auch andere Arten von Bewegung, wie zum Beispiel eine zyklische Bewegung oder auch eine stoßartige Bewegung, entkoppelt von der Rotation des rotierbaren Elements zum Einsatz kommen.According to exemplary embodiments, the movement is a rotational movement caused by rotation of the rotating element, it being noted at this point that other types of movement, such as a cyclical movement or also a sudden movement, are decoupled from the rotation of the rotatable element come into use.

Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Element, insbesondere einem rotierenden beziehungsweise rotierbaren Element zur Stromversorgung eines Verbrauchers in dem Element unter zu Hilfenahme einer Spule beziehungsweise allgemein einer Induktivität, eine elektrische Energie geharvestet werden kann, wenn das (rotierende bzw. rotierbare) Element sich in einem Magnetfeld bewegt. Denkbar wäre hierbei zum Beispiel, dass das Magnetfeld von extern anlegt, das heißt also, dass das Magnetfeld im Umfeld zu dem (rotierenden) Element erzeugt beziehungsweise bereitgestellt wird, so dass infolge der Bewegung des rotierenden Elements, z. B. einer Rotation in dem Magnetfeld, ein Strom induziert wird. Entsprechend Ausführungsbeispielen wäre es denkbar, dass Magnete zur Bereitstellung des Magnetfeldes am Gehäuse der Bohrmaschine im Bereich des Bohrfutters angeordnet sind. Vorteilhaft bei Ausführungsbeispielen ist, dass ein Verbraucher, der zusammen mit dem rotierenden Element rotiert, direkt über die rotierende Induktivität mit Strom versorgt werden kann. Somit entsteht kein Verkabelungsaufwand durch etwa Schleifer, um elektrische Energie bereitzustellen oder ein elektrisches Signal von dem nicht rotierenden auf das rotierende Element zu übertragen. Ferner werden Schnittstellenprobleme, falls das rotierende Element ausgetauscht werden soll, vermieden.Exemplary embodiments of the present invention are based on the finding that in the case of an element, in particular a rotating or rotatable element for supplying power to a consumer in the element with the aid of a coil or generally an inductance, electrical energy can be harvested if the (rotating or rotatable) element moves in a magnetic field. It would be conceivable here, for example, for the magnetic field to be applied externally, which means that the magnetic field is generated or provided in the vicinity of the (rotating) element, so that as a result of the movement of the rotating element, e.g. B. a rotation in the magnetic field, a current is induced. According to exemplary embodiments, it would be conceivable for magnets to provide the magnetic field to be arranged on the housing of the drill in the area of the drill chuck. It is advantageous in the case of exemplary embodiments that a load which rotates together with the rotating element can be supplied with current directly via the rotating inductance. This means that there is no cabling effort, for example due to wipers, in order to provide electrical energy or to transmit an electrical signal from the non-rotating element to the rotating element. Furthermore, interface problems are avoided if the rotating element is to be replaced.

Entsprechend Ausführungsbeispielen weist das rotierende Element eine Energieversorgungsschaltung auf, die mit der Induktivität gekoppelt ist, um über diese elektrische Energie bereitzustellen. Hierbei kann die Energieversorgungsschaltung beispielweise einen Gleichrichter und/oder einen Pufferspeicher und/oder einen Kondensator und/oder einen Akku aufweisen. Die Energieversorgungsschaltung ermöglicht vorteilhafter Weise, relativ unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit (Umdrehungszahl), dem Verbraucher beziehungsweise der Elektronik ein kontinuierliches Energiesignal bereitzustellen. Auch kann im Falle eines Stillstandes durch eine Energieversorgungsschaltung mit einem Pufferspeicher eine kontinuierliche Energieversorgung des Verbrauchers sichergestellt werden.According to embodiments, the rotating element has a power supply circuit coupled to the inductance, to provide this electrical energy. In this case, the energy supply circuit can have, for example, a rectifier and/or a buffer memory and/or a capacitor and/or a rechargeable battery. The energy supply circuit advantageously makes it possible to provide a continuous energy signal to the consumer or the electronics, relatively independently of the movement speed (number of revolutions). In the event of a standstill, a continuous energy supply to the load can also be ensured by an energy supply circuit with a buffer memory.

Wie oben bereits erläutert, kann der Verbraucher entsprechend Ausführungsbeispielen als eine Art Sensorik oder als Aktorik ausgebildet sein. Hierbei wäre es denkbar, dass ein Drehzahlmesser, ein Beschleunigungsmesser, ein Kraftmesser oder ein Schwingungsmesser integriert ist. Entsprechend Ausführungsbeispielen fungiert die Induktivität als Sensorik. Das induzierte Signal, zum Beispiel induzierter Strom, wird als Messsignal verwendet, da er einen Rückschluss auf eine physikalische Größe, wie zum Beispiel die Drehzahl oder die Vibration, zulässt. Auch kann ein Aktor, z. B. ein Ultraschallaktor, zur Verbesserung der Spanbildung bei einem Bohrvorgang vorgesehen sein.As already explained above, according to exemplary embodiments, the consumer can be designed as a type of sensor system or as an actuator system. It would be conceivable here for a tachometer, an accelerometer, a dynamometer or a vibration meter to be integrated. In accordance with exemplary embodiments, the inductance functions as a sensor system. The induced signal, e.g. induced current, is used as a measurement signal because it allows conclusions to be drawn about a physical variable, such as speed or vibration. An actor, e.g. B. an ultrasonic actuator may be provided to improve chip formation during a drilling operation.

Die Sensorik kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen per Funk die gewonnene Information nach extern übermitteln. Analog hierzu kann mittels einem Funkmodul auch die Aktorik angesteuert werden. Alternativ zur Kommunikation der Information nach extern wäre es auch möglich, die Information direkt darzustellen, z. B. durch eine in das rotierende Element integrierte Anzeige. Diese kann beispielsweise durch farbcodierte LEDs (farbcodierte Statusinformationen) ausgebildet sein. Auch wäre eine Art akustische Anzeige durch einen Warnton, z. B. bei Überlast, denkbar.According to further exemplary embodiments, the sensor system can transmit the information obtained externally by radio. In the same way, the actuators can also be controlled using a radio module. As an alternative to communicating the information externally, it would also be possible to display the information directly, e.g. B. by a display integrated into the rotating element. This can be formed, for example, by color-coded LEDs (color-coded status information). A kind of acoustic display by a warning tone, e.g. B. overload, conceivable.

Nachdem nun die Funktionalität des Verbrauchers im Detail erläutert wurde, wird nachfolgend auf die Implementierung der Energie-Harvesting-Funktion, also der Induktivitäten, eingegangen.Now that the functionality of the consumer has been explained in detail, the implementation of the energy harvesting function, i.e. the inductances, will be discussed below.

Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die Induktivität durch eine oder mehrere Spulen gebildet sein. Hierbei kann optionaler Weise jede Spule mit einem Ferritkern oder einem anderen Kern ausgeführt sein. Entsprechend Ausführungsbeispielen sind als Induktivität mehrere Spulen vorhanden, die translatorisch um eine Rotationsachse des rotierenden Elements verteilt oder sogar gleich verteilt angeordnet sind. Die Spulen müssen dann elektrisch geeignet über eine elektronische Schaltung miteinander verbunden sein, um die einzelnen Energieerträge zu summieren und gesammelt einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Die translatorische Anordnung von mehreren Spulen ist vorteilhaft, da so eine höhere Energieausbeutung erreicht wird. Die bereitgestellte elektrische Energie hängt entsprechend Ausführungsbeispielen von der Anzahl der Induktivitäten ab. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die bereitgestellte Energie auch von Dimensionierung der Induktivitäten sowie von der Dimensionierung des das magnetfelderzeugenden Elements abhängen. In Längssicht, das heißt also entlang der Längsachse, können die Induktivitäten in einer ersten Hälfte angeordnet sein, während der Verbraucher beispielsweise in der zweiten Hälfte angeordnet ist. Die erste Hälfte ist beispielsweise die Seite, mit welcher das rotierende Element mit einem Abtrieb, z. B. der Bohrmaschine, verbunden wird. Insofern weist das rotierende Element entsprechend Ausführungsbeispielen in der ersten Hälfte eine Art Kupplung zur mechanischen Verbindung mit einer Rotationsmaschine auf. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann in der zweiten Hälfte das rotierende Element eine Werkzeugaufnahme für ein Werkzeug oder einen Bohrer aufweisen.According to exemplary embodiments, the inductance can be formed by one or more coils. In this case, each coil can optionally be designed with a ferrite core or another core. According to exemplary embodiments, a plurality of coils are present as the inductance, which are distributed in a translatory manner about an axis of rotation of the rotating element or are even distributed in the same way. The coils must then be suitably electrically connected to one another via an electronic circuit in order to add up the individual energy yields and make them available to a consumer in aggregate. The translatory arrangement of several coils is advantageous since a higher energy yield is achieved in this way. According to exemplary embodiments, the electrical energy provided depends on the number of inductances. According to a further exemplary embodiment, the energy provided can also depend on the dimensioning of the inductances and on the dimensioning of the element that generates the magnetic field. In a longitudinal view, that is to say along the longitudinal axis, the inductances can be arranged in a first half, while the consumer is arranged in the second half, for example. The first half is, for example, the side with which the rotating element is connected to an output, e.g. B. the drill is connected. In this respect, according to exemplary embodiments, the rotating element has a type of coupling for the mechanical connection to a rotary machine in the first half. According to exemplary embodiments, the rotating element can have a tool holder for a tool or a drill in the second half.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Bohrfutter beziehungsweise einen Bohrerhalter mit einem rotierenden Element. Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Rotationsmaschine, insbesondere eine Bohrmaschine, mit einem rotierenden Element sowie einem rotierenden Abtrieb. Hierbei ist das rotierende Element mit dem rotierenden Abtrieb gekoppelt. Beispielsweise kann entsprechend Ausführungsbeispielen die Kupplung zwischen dem rotierenden Element und dem rotierenden Abtrieb durch eine Art Schnellverschluss ausgebildet sein. Das macht insbesondere dann Sinn, wenn das rotierende Element beim Werkzeugwechsel ausgetauscht wird. Derartige Vorrichtungen sind häufig in hochautomatisierten Bohr- beziehungsweise Fräsmaschinen vorgesehen, bei welchen mittels einem Werkzeugrevolver unterschiedliche Bohrköpfe verwendet werden können.A preferred embodiment relates to a drill chuck or a drill holder with a rotating element. A further exemplary embodiment relates to a rotary machine, in particular a drill, with a rotating element and a rotating output. Here, the rotating element is coupled to the rotating output. For example, according to exemplary embodiments, the coupling between the rotating element and the rotating output can be formed by a type of quick-release fastener. This makes particular sense when the rotating element is exchanged when the tool is changed. Such devices are often provided in highly automated drilling or milling machines, in which different drill heads can be used by means of a tool turret.

Bezüglich des magnetfelderzeugenden Elements sei angemerkt, dass entsprechend Ausführungsbeispielen die Rotationsmaschine ein oder mehrere Magnete im Bereich des Abtriebs und/oder im Bereich der Induktivitäten des rotierenden Elements vorgesehen hat. With regard to the magnetic field-generating element, it should be noted that, according to exemplary embodiments, the rotary machine has one or more magnets in the area of the output and/or in the area of the inductances of the rotating element.

Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass die Magneten bei Rotation des rotierenden Elements in Ruhe verharren. Insofern wäre bei diesem Ausführungsbeispiel die Bewegung des rotierenden Elements, die eine Induktion von elektrischer Energie bewirkt, eine Rotationsbewegung. Entsprechend Ausführungsbeispielen sind die rotierenden Elemente rotatorisch um die Rotationsachse entlang angeordnet. Auch eine halbmondförmige Anordnung wäre denkbar. Eine derartige Anordnung ermöglicht vorteilhafter Weise, dass immer noch ein guter Zugriff auf diesen Bereich vorgesehen ist. Die Anordnung an der Bohrmaschine ist insgesamt vorteilhaft, da hier auch ein Retrofit, z. B. durch einen nachträglich angebrachten Halter, möglich ist. Entsprechend Ausführungsbeispielen sind die Magnete mit abwechselnder Polarität, z. B. in Form eines Halbach-Arrays, angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht ein sich stark wechselndes Magnetfeld, so dass insgesamt eine hohe elektrische Energie geharvestet werden kann.This advantageously allows the magnets to remain stationary as the rotating member rotates. In this respect, in this exemplary embodiment, the movement of the rotating element which causes an induction of electrical energy would be a rotational movement. According to exemplary embodiments, the rotating elements are arranged in a rotational manner about the axis of rotation. Also a crescent shaped arrangement would be conceivable. Such an arrangement advantageously allows good access to this area to still be provided. The arrangement on the drill is advantageous overall, since a retrofit, e.g. B. by a subsequently attached holder is possible. According to embodiments, the magnets are of alternating polarity, e.g. B. in the form of a Halbach array. This arrangement enables a strongly changing magnetic field, so that a high level of electrical energy can be harvested overall.

Auch, wenn bei obigen Ausführungsbeispielen davon ausgegangen wurde, dass das Element ein rotierendes Element beziehungsweise ein rotierbares Element ist, sei an dieser Stelle angemerkt, dass auch jegliche Arten von anderen Elementen zum Einsatz kommen. Deshalb schafft ein weiteres Ausführungsbeispiel ein Element mit einer zusammen mit dem Element bewegbaren oder rotierbaren Induktivität, die ausgebildet ist, bei Bewegung in einem Magnetfeld, eine elektrische Energie bereitzustellen, sowie ein zusammen mit dem Element bewegenden oder rotierenden Verbraucher, der durch die bereitgestellte elektrische Energie betreibbar ist.Even if it was assumed in the above exemplary embodiments that the element is a rotating element or a rotatable element, it should be noted at this point that any types of other elements are also used. A further exemplary embodiment therefore creates an element with an inductance that can be moved or rotated together with the element and is designed to provide electrical energy when moving in a magnetic field, and a consumer that moves or rotates together with the element and that is powered by the electrical energy provided is operable.

Weitere Bildungen sind in den Unteransprüchen definiert. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines rotierenden Elements gemäß einem Basisausführungsbeispiel;
2a und 2b eine schematische Darstellung eines rotierenden Elements gemäß einem erweiterten Ausführungsbeispiel; und
3a und 3b schematische Diagramme zur Illustration von möglichen Anordnungen von Spulen und Magnete sowie den resultierenden geharvesteten Leistungen.

Further formations are defined in the dependent claims. Exemplary embodiments of the present invention are explained with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 a schematic block diagram of a rotating element according to a basic embodiment;
2a and 2 B a schematic representation of a rotating element according to an extended embodiment; and
3a and 3b schematic diagrams to illustrate possible arrangements of coils and magnets and the resulting harvested power.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar beziehungsweise austauschbar ist.Before exemplary embodiments of the present invention are explained below with reference to the accompanying drawings, it should be noted that elements and structures that have the same effect are provided with the same reference symbols, so that the description of them can be applied to one another or are interchangeable.

1 zeigt ein rotierendes Element 10, hier in Form eines Bohrfutters oder einer Bohreraufnahme, das von einem optionalen Abtrieb, hier einer Abtriebswelle 12, angetrieben wird. Das rotierende Element weist beispielsweise in einer oberen Hälfte ein oder mehrere Induktivitäten 14a beziehungsweise 14b auf. Neben den Induktivitäten 14a und 14b weist das rotierende Element einen Verbraucher 16 auf. An dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das rotierende Element nicht zwingend rotieren muss, aber im Regelfall rotierbar sein soll. 1 shows a rotating element 10, here in the form of a drill chuck or a drill holder, which is driven by an optional output, here an output shaft 12. The rotating element has, for example, one or more inductances 14a or 14b in an upper half. In addition to the inductances 14a and 14b, the rotating element has a consumer 16 . At this point it should be pointed out that the rotating element does not necessarily have to rotate, but should generally be rotatable.

Entsprechend Ausführungsbeispielen kann sich das rotierende Element beispielsweise auch rund um die Rotationsachse herum (vgl. Bezugszeichen 10r) erstrecken.According to exemplary embodiments, the rotating element can, for example, also extend around the axis of rotation (cf. reference number 10r).

Ebenfalls um die Rotationsachse herum sind hier externe, das heißt nicht zu dem rotierenden Element gehörende Magnete 18, geordnet, die ein Magnetfeld M bereitstellen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es nicht darauf ankommt, wie das Magnetfeld M durch die Magnete 18 bereitgestellt wird, sondern, dass dieses Magnetfeld M vorhanden ist und zwar bevorzugter Weise in einem Bereich, in welchem sich die Spulen 14a und 14b bewegen können.External magnets 18, ie magnets not belonging to the rotating element, which provide a magnetic field M, are also arranged around the axis of rotation. At this point it should be pointed out that it is not important how the magnetic field M is provided by the magnets 18, but rather that this magnetic field M is present, preferably in a range in which the coils 14a and 14b can move .

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass hier das rotierende Element 10 beispielsweise ein Bohrfutter sein kann, wie anhand des Bohrers 11 illustriert ist. Dieser rotiert auf der Rotationsachse 10r in Richtung R. Die Rotation in Richtung R stellt eine Bewegung dar, wobei an dieser Stelle darauf hingewiesen ist, dass die Bewegung nicht zwingend rotorisch sein muss. Durch die Bewegung R der Spulen 14a und 14b, die translatorisch um die Rotationsachse 10r angeordnet sein können, erfolgt eine Bewegung der Spulen 14a und 14b in dem Magnetfeld M. Daraus resultiert ein induzierter Strom, der dem Verbraucher 16 bereitgestellt wird. Dieser induzierte Strom stellt eine geharvestete Energie E dar.For the sake of completeness, it should be pointed out that the rotating element 10 can be a drill chuck, for example, as illustrated by the drill 11 . This rotates on the axis of rotation 10r in direction R. The rotation in direction R represents a movement, it being pointed out at this point that the movement does not necessarily have to be rotary. The movement R of the coils 14a and 14b, which can be arranged translationally about the axis of rotation 10r, causes the coils 14a and 14b to move in the magnetic field M. This results in an induced current that is made available to the load 16. This induced current represents a harvested energy E.

Somit wird vorteilhafter Weise, ausgehend von der Rotationsbewegung, eine Energie erzeugt, so dass die in dem rotierenden Element 10 eingebettete Elektronik energieautark agieren kann. Bei der Elektronik kann es sich beispielsweise um Sensorik und/oder Aktorik und/oder auch Kommunikationsmittel, wie zum Beispiel ein Funkkommunikationsmittel, handeln, die dann mit Energie versorgt werden. Somit ist der Verbraucher 16 kabellos mit Energie versorgbar, so dass auf Schleifkontakte zur Spannungsversorgung verzichtet werden kann.Energy is thus advantageously generated, starting from the rotational movement, so that the electronics embedded in the rotating element 10 can act in an energy-autonomous manner. The electronics can be, for example, sensors and/or actuators and/or communication means, such as radio communication means, which are then supplied with energy. The consumer 16 can thus be supplied with energy wirelessly, so that there is no need for sliding contacts for the voltage supply.

Auch wenn bei obigen Ausführungsbeispielen das rotierende Element 10 als eine Art Bohr- oder Fräswerkzeug erläutert wurde, sei darauf hingewiesen, dass auch andere Anwendungen, wie zum Beispiel in Form von Turbinen oder Windrädern, möglich wären. Wenn man beispielsweise davon ausgeht, dass das rotierende Element 10 die Nabe einer Turbine oder eines Windrades darstellt, kann hier eine Elektronik, z. B. eine Drehzahlsensorik oder auch eine Aktorik, zur Verstellung der Turbinenräder vorgesehen sein. Auch wäre eine Anwendung in Förderbändern, z. B. in Rollenförderern, denkbar. Hierbei wird dann in ein Lagerelement des Rollenförderers das rotierende Element eingebettet, so dass hier ein Überwachen des Förderbandes oder auch ein Antrieb des Förderbandes denkbar ist. Weitere Anwendungen sind die Integration in ein Lager, Antriebsräder, beziehungsweise Räder allgemein. Wichtig ist bei diesem Ausführungsbeispiel, dass ein externes Magnetfeld bereitgestellt werden kann. Das ist bei den gerade angesprochenen Turbinen, Windrädern, Förderbändern oder Lagern möglich, da die Magnete beispielsweise am entsprechenden Lagerbock angebracht werden können. Auch bei Antrieben oder einem Rad wäre es beispielsweise denkbar, dass die Magnete im Bereich von eventuellen Bremseinrichtungen oder Aufhängungen vorgesehen sind.Even though the rotating element 10 was explained as a type of drilling or milling tool in the above exemplary embodiments, it should be pointed out that other applications, such as in the form of turbines or wind turbines, would also be possible. If one assumes, for example, that the rotating element 10 represents the hub of a turbine or a wind wheel, electronics, e.g. B. a speed sensor or an actuator may be provided for adjusting the turbine wheels. An application in conveyor belts, e.g. B. in roller conveyors, conceivable. In this case, a bearing element of the Roller conveyor embedded the rotating element, so that here a monitoring of the conveyor belt or a drive of the conveyor belt is conceivable. Other applications are integration into a bearing, drive wheels, or wheels in general. What is important in this exemplary embodiment is that an external magnetic field can be provided. This is possible with the turbines, wind turbines, conveyor belts or bearings just mentioned, since the magnets can be attached to the corresponding bearing block, for example. In the case of drives or a wheel, for example, it would also be conceivable for the magnets to be provided in the area of any braking devices or suspensions.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel bezieht sich auf eine Kupplung, wie zum Beispiel eine Rutschkupplung oder ähnliches, die intern sensiert oder gesteuert werden soll. Eine Kupplung hat die Aufgabe, zwei rotierende Elemente miteinander zu verbinden, beziehungsweise allgemeine Rotationsenergie zu übertragen, was auch hier beim Ausführungsbeispiel aus 1 der Fall ist. Hierbei wird ein Rotationselement von dem Abtrieb 12 auf den Bohrer 11 übertragen. Das rotierende Element 10 stellt dabei die Kupplung dar.Another application example relates to a clutch, such as a slip clutch or the like, which is to be sensed or controlled internally. A clutch has the task of connecting two rotating elements to one another, or to transmit general rotational energy, which is also the case here in the exemplary embodiment 1 the case is. Here, a rotary element is transferred from the output 12 to the drill 11 . The rotating element 10 represents the clutch.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 2a und 2b ein erweitertes Ausführungsbeispiel eines Bohrfutters erläutert.In the following, reference is made to 2a and 2 B an extended embodiment of a drill chuck explained.

2a zeigt das rotierende Element 10' in einem nicht eingerasteten Zustand, wobei das rotierende Element 10' in 2b entsprechend eingerastet ist. Das Einrasten bezieht sich auf die Abtriebsseite, die mit den Bezugszeichen 12', 12g' und 18 versehen ist. 2a 12 shows the rotating element 10' in an unlatched state, with the rotating element 10' in FIG 2 B is locked accordingly. The latching refers to the output side, which is provided with the reference symbols 12', 12g' and 18.

Der Abtrieb setzt sich im Wesentlichen aus zwei Elementen zusammen, nämlich einem statischen Teil, zugehörig zu einer Spindel 12g' und einer Spindel 12', die das rotierende Teil der Werkzeugmaschine darstellt. Der Abtrieb beziehungsweise die Abtriebswelle 12' ist in einer Art Lager/Lagerbock/Gehäuse 12g' beziehungsweise allgemein in dem statischen Teil 12g' gelagert. Mit dem statischen Teil 12g' sind die Magnete verbunden. Diese sind beispielsweise rotationssymmetrisch oder auch nur halbkreisförmig um die Rotationsachse 10r angeordnet.The output is essentially composed of two elements, namely a static part belonging to a spindle 12g' and a spindle 12', which represents the rotating part of the machine tool. The output or the output shaft 12' is mounted in a type of bearing/bearing block/housing 12g' or generally in the static part 12g'. The magnets are connected to the static part 12g'. These are arranged, for example, in a rotationally symmetrical manner or only in a semicircle around the axis of rotation 10r.

Das rotierende Element 10' weist eine Zylinderform auf, wobei in der ersten Hälfte des Zylinders eine Art Eingriffnahmeabschnitt 10k1' ausgebildet wird, über welchen das rotierende Element 10' mit der rotierenden Spindel 12' der Werkzeugmaschine verbunden ist (vgl. 2b). In der zweiten Hälfte kann ein weiterer Eingriffnahmeabschnitt 10k2' vorhanden sein, um das Werkzeug 11 anzukoppeln. In diesem Ausführungsbeispiel ist dieser zweite Eingriffnahmeabschnitt 10k2' durch eine Schraube beziehungsweise Madenschraube realisiert, die eine Kraft senkrecht zur Rotationsachse 10r' auf das in das Bohrfutter 10' eingeführte Werkzeug 11 ausübt und dieses dadurch fixiert.The rotating element 10' has a cylindrical shape, with a type of engagement section 10k1' being formed in the first half of the cylinder, via which the rotating element 10' is connected to the rotating spindle 12' of the machine tool (cf. 2 B) . In the second half, there may be another engaging portion 10k2' to couple the tool 11. In this exemplary embodiment, this second engagement section 10k2' is realized by a screw or grub screw, which exerts a force perpendicular to the axis of rotation 10r' on the tool 11 inserted into the drill chuck 10' and thereby fixes it.

In elektronischer Hinsicht umfasst das rotierende Element 10' zumindest eine oder mehrere Induktivitäten 14 zum Energie Harvesting. Diese sind in der ersten Hälfte (vgl. Kupplung 10k1') angeordnet und zwar so, dass sie in axialer Hinsicht in derselben Höhe beziehungsweise in dem Bereich der Magnete 18 angeordnet sind (vgl. 2b), wenn das rotierende Element 10' mit der Spindel 12' gekoppelt ist. Zusätzlich weist das rotierende Element 10' auch noch einen Energieverbraucher auf. Hier umfasst der Energieverbraucher drei Elemente, wobei auch andere Konfigurationen entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen zum Einsatz kommen können. Die drei Elemente sind Antenne und Funkmodul 16f', Steuerelektronik und Datenaufbereitung 16p' (allgemein Prozessor) sowie Sensorik 16s'. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Sensorik im Bereich der Kupplung 10k2' angeordnet und dient zur Überwachung des Werkzeuges 11. Beispielsweise könnte ein übertragendes Drehmoment, eine Vibration, eine Temperatur, usw. überwacht werden. Die mit dem Sensor 16s' erhaltenen Daten werden dann mit dem Prozessor 16p' aufbereitet und per Funk mit dem Funkmodul 16f', das auch eine Antenne integriert hat, nach extern übertragen. Die Stromversorgung aller drei Elemente 16f', 16p' und 16s' erfolgt über die Induktivitäten 14. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Induktivitäten 14 auch noch mit einem Stromversorgungselement (Teil der Elektronik) verbunden sein können, das eine Aufbereitung der elektrischen Energie, z. B. durch Gleichrichtung, Zwischenspeicherung oder Pufferung, vorsieht und Summierung der einzelnen Erträge der Induktivitäten ausführt. Der Pufferung kommt eine bedeutende Rolle zu, wenn keine Bewegung r der Induktivitäten 14 in dem durch die Magnete 18 bereitgestellten Magnetfeld M erfolgt. Somit können auch kurz nach dem Energie harvesten die Komponenten 16t', 16p' und 16s' mit Energie versorgt werden.In electronic terms, the rotating element 10' comprises at least one or more inductances 14 for energy harvesting. These are arranged in the first half (cf. coupling 10k1') in such a way that they are arranged axially at the same height or in the area of the magnets 18 (cf. 2 B) when the rotating member 10' is coupled to the spindle 12'. In addition, the rotating element 10' also has an energy consumer. Here, the energy consumer comprises three elements, with other configurations corresponding to further exemplary embodiments also being able to be used. The three elements are antenna and radio module 16f', control electronics and data processing 16p' (general processor) and sensors 16s'. In this exemplary embodiment, the sensor system is arranged in the area of the clutch 10k2' and serves to monitor the tool 11. For example, a transmitted torque, a vibration, a temperature, etc. could be monitored. The data obtained with the sensor 16s' are then processed with the processor 16p' and transmitted externally by radio with the radio module 16f', which also has an integrated antenna. All three elements 16f', 16p' and 16s' are supplied with power via the inductances 14. It should be noted at this point that the inductances 14 can also be connected to a power supply element (part of the electronics) which processes the electrical energy, e.g. B. by rectification, intermediate storage or buffering, and summation of the individual yields of the inductors performs. The buffering plays an important role when there is no movement r of the inductances 14 in the magnetic field M provided by the magnets 18 . Thus, the components 16t′, 16p′ and 16s′ can also be supplied with energy shortly after the energy harvest.

Bezüglich der Bewegung R sei angemerkt, dass auch bei diesem Ausführungsbeispiel davon ausgegangen wird, dass die Induktivitäten 14 sich in dem Magnetfeld M der Magnete 18 rotorisch bewegen. Eine derartige Bewegung und Energie Harvesting ist bei Generatoren typisch, wobei im Unterschied zu Generatoren hier die Energie von den Spulen 14 nicht nach extern übertragen wird, sondern intern in dem rotorischen Element 10' verbraucht wird. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist es nicht zwingend erforderlich, dass eine Rotationsbewegung 10r erfolgt. Wenn man beispielsweise von einer Schlagbohrmaschine ausgeht, kann die Rotationsbewegung auch einen Hubanteil entlang der Rotationsachse 10r aufweisen. Insofern ist allgemein von einer zyklischen Bewegung auszugehen. Im Extremfall kann der Rotationsanteil sogar vollkommen entfallen, wie es beispielsweise bei einem Meißel oder einem Nietgerät der Fall ist. Allen Varianten rotorischer Bewegung 10r, rotorischer Bewegung mit Hubanteil oder nur Hubanteil, ist gemein, dass die Induktivitäten 14 sich in dem Magnetfeld M, das durch die Magnete 18 bereitgestellt wird, bewegen. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann von einer zyklischen Bewegung ausgegangen werden, wobei die Bewegung nicht zwingend regelmäßig sein muss. Das Energie Harvesting ist hier mit dem Pfeil in 2b angedeutet.With regard to the movement R, it should be noted that it is also assumed in this exemplary embodiment that the inductances 14 move in a rotary manner in the magnetic field M of the magnets 18 . Such movement and energy harvesting is typical in generators, where in contrast to generators here the energy from the coils 14 is not transferred externally but is consumed internally in the rotor element 10'. According to exemplary embodiments, it is not absolutely necessary for a rotational movement 10r to take place. For example, if you If it is based on a percussion drill, the rotational movement can also have a stroke component along the axis of rotation 10r. In this respect, a cyclical movement can generally be assumed. In extreme cases, the rotational component can even be omitted entirely, as is the case with a chisel or a riveting tool, for example. All variants of rotary movement 10r, rotary movement with a stroke component or only a stroke component, have in common that the inductances 14 move in the magnetic field M that is provided by the magnets 18. According to exemplary embodiments, a cyclic movement can be assumed, with the movement not necessarily having to be regular. The energy harvesting is here with the arrow in 2 B implied.

Wie anhand von 2a und 2b gezeigt wurde, wird also durch die Kombination der Elemente 14 und 18 eine Energieumwandlung einer Rotationsbewegung in elektrische Energie ermöglicht. Hierbei formen die Elemente 14 und 18 zusammen einen elektrodynamischen Generator. Dieser ermöglicht es beispielsweise eine Funksensorik mit Energie zu versorgen, so dass diese autark und kabellos in einem rotierenden Element, wie zum Beispiel einem Spanfutter, eingesetzt werden kann. Für die Funkübertragung aus dem rotierenden, metallischen System kommen unterschiedliche Funkstandards (z.B. UWIN, Bluetooth, BLE, Analogfunk oder andere Varianten) zum Einsatz.How based on 2a and 2 B was shown, the combination of the elements 14 and 18 thus enables an energy conversion of a rotational movement into electrical energy. Here, the elements 14 and 18 together form an electrodynamic generator. This makes it possible, for example, to supply a wireless sensor with energy so that it can be used autonomously and wirelessly in a rotating element, such as a chuck. Different radio standards (e.g. UWIN, Bluetooth, BLE, analog radio or other variants) are used for radio transmission from the rotating, metallic system.

Auch wenn in obigen Ausführungsbeispielen davon ausgegangen wurde, dass das Element 16s' als Sensorik fungiert, so sei an dieser Stelle angemerkt, dass auch eine Aktorik, wie zum Beispiel eine Piezoaktorik, zum Einsatz kommt. Bei der Aktorik ist der Energiebedarf höher, wobei nachfolgend erläutert werden wird, wie der höhere Energiebedarf durch die Kombination von den Elementen 14 und 18 gedeckt werden kann. Der höhere Energiebedarf hängt einerseits von anderen Anwendungen, aber andererseits auch von unterschiedlichen Größen des rotierenden Elements 10' ab.Even if it was assumed in the above exemplary embodiments that the element 16s′ functions as a sensor system, it should be noted at this point that an actuator system, such as a piezo actuator system, is also used. In the case of actuators, the energy requirement is higher, with it being explained below how the higher energy requirement can be covered by the combination of elements 14 and 18 . The higher energy requirement depends on the one hand on other applications, but on the other hand also on different sizes of the rotating element 10'.

Wie im Zusammenhang mit 1 schon erläutert wurde, ist entsprechend einer bevorzugten Variante die Anordnung der Induktivitäten 14 beziehungsweise 14a und b derart gestaltet, dass diese sich translatorisch um die Rotationsachse erstrecken. Wenn man beispielsweise von zwei oder drei Spulen 14 ausgeht, so erstreckt sich also der jeweilige Spulenkern entsprechend einem Ausführungsbeispiel senkrecht zu der Rotationsachse 10r. Bevorzugter Weise sind bei zwei Spulen dann die Achsen der Spulen im 180°-Winkel angeordnet, während bei drei Spulen dann eine 120°-Anordnung möglich wäre. Über die Anzahl der Spulen lässt sich der unterschiedliche Energiebedarf anpassen. Somit kann bei einem kleinen rotierenden Element 10' mit den gleichen Magneten 18 eine niedrigere Energie geharvestet werden, als mit einem großen rotierenden Element, bei welchem mehr Spulen integriert werden. Entsprechend weiteren Ausführungsbespielen wäre alternativ oder additiv auch eine Dimensionierung der Spule variierbar. Eine weitere Variationsmöglichkeit, um die effektive elektrische Leistung zu variieren, besteht in der Anordnung und Dimensionierung der Magnete 18. In 3b ist die effektive Leistung in einer Spule für unterschiedliche Drehzahlen in unterschiedlichen Magnethöhen mit insgesamt sechs Diagrammen dargestellt. Ein weiterer Variationsfaktor (vgl. X-Achse) ist die Anzahl der genutzten Kurvenwinkel. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Magnete über verschiedene Kurvenwinkel angebracht sind. Wie zu erkennen ist, nimmt die abgegebene Leistung mit der Nutzung von zusätzlichen Kurvenwinkeln zu. Ebenso nimmt die elektrische Leistung mit höheren Drehzahlen zu. Ebenso nimmt die elektrische Leistung mit der Magnethöhe zu. Wenn man beispielsweise davon ausgeht, dass je Spule beispielsweise 18 Watt (vgl. 16 mm-Magnet bei 9000 Umdrehungen und genutzten Kurvenwinkeln von 240°) generiert werden, so kann bei der Verwendung von 18 Spulen eine Leistung von bis zu 200 Watt geharvestet werden.As related to 1 has already been explained, according to a preferred variant, the arrangement of the inductances 14 or 14a and b is designed in such a way that they extend translationally around the axis of rotation. If, for example, two or three coils 14 are assumed, then the respective coil core extends perpendicularly to the axis of rotation 10r according to an exemplary embodiment. With two coils, the axes of the coils are then preferably arranged at a 180° angle, while with three coils a 120° arrangement would then be possible. The different energy requirements can be adjusted via the number of coils. Thus, a lower energy can be harvested with a small rotating element 10' with the same magnets 18 than with a large rotating element in which more coils are integrated. According to further exemplary embodiments, dimensioning of the coil would also be variable as an alternative or in addition. Another possible variation to vary the effective electrical power consists in the arrangement and dimensioning of the magnets 18. In 3b shows the effective power in a coil for different speeds in different magnet heights with a total of six diagrams. Another variation factor (see X-axis) is the number of curve angles used. This assumes that the magnets are attached across different curve angles. As can be seen, the power output increases with the use of additional turning angles. Likewise, the electrical power increases with higher speeds. Likewise, the electrical power increases with the height of the magnet. If one assumes, for example, that 18 watts are generated per coil (cf. 16 mm magnet with 9000 revolutions and used curve angles of 240°), then when using 18 coils a power of up to 200 watts can be harvested.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass nicht nur der ausgenutzte Raumwinkel entscheidend ist, sondern auch die Anzahl der Magnete. Hier wurde davon ausgegangen, dass zwölf Magnete bei 240° Raumwinkel verwendet werden. Selbstverständlich ist auch eine andere Zahl denkbar. Ferner ist auch ein Raumwinkel von > 240°, z. B. 360°, denkbar. Alle diese Faktoren tragen dazu bei, die elektrisch übertragene Leistung entsprechend skalieren zu können.At this point it should be noted that not only the used solid angle is decisive, but also the number of magnets. It was assumed here that twelve magnets are used at a solid angle of 240°. Of course, another number is also conceivable. Furthermore, a solid angle of >240°, e.g. B. 360 °, conceivable. All of these factors contribute to being able to scale the electrically transmitted power accordingly.

An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, dass die Magnete nicht beliebig eng aneinander angeordnet werden können, wie in Bezug auf 3a deutlich wird.It should also be noted at this point that the magnets cannot be placed arbitrarily close to one another, as in relation to FIG 3a becomes clear.

3a zeigt eine Sicht in axialer Richtung auf die Magnete 18a, 18b und 18c, die mit einer Spule 14 interagieren. Die Magnete 18a, 18b und 18c bilden jeweils Magnetlinien M aus, die hier über die Fläche entsprechend dargestellt sind. In dem Magnetfeld M bewegt sich die Spule, die tangential in dem Werkzeughalter aus Eisen angeordnet ist. Die Spule kann beispielsweise einen Ferritkern aufweisen. Über die Graustufen ist die magnetische Flussdichte gezeigt, wobei die weißen Linien das magnetische Vektorpotenzial in Z-Richtung (in Wb/m) darstellen. 3a FIG. 12 shows an axial view of magnets 18a, 18b and 18c interacting with a coil 14. FIG. The magnets 18a, 18b and 18c each form magnetic lines M, which are shown here correspondingly over the surface. The coil, which is arranged tangentially in the iron tool holder, moves in the magnetic field M. The coil can have a ferrite core, for example. The magnetic flux density is shown across the grayscale, with the white lines representing the magnetic vector potential in the Z direction (in Wb/m).

3b zeigt den Betrag der Flussdichte. Bei dem Ausführungsbeispiel aus 3b wird davon ausgegangen, dass die Magnete abwechselnd orientiert sind, was die magnetische Flussänderung maximiert. Auch weitere Anordnungen/Ausrichtungen wären denkbar, beispielsweise in Form eines Halbach Arrays, was den magnetischen Fluss im Bereich der Induktivitäten maximieren würde oder eine gleich orientierte Anordnung. 3b shows the magnitude of the flux density. In the embodiment of 3b it is assumed that the magnets are oriented alternately, which means that the change in magnetic flux is maxi mated. Other arrangements/alignments would also be conceivable, for example in the form of a Halbach array, which would maximize the magnetic flux in the area of the inductances, or an arrangement oriented in the same way.

Bei obigem Ausführungsbeispiel wurde insbesondere davon ausgegangen, dass eine Rotationsbewegung vorliegt. Wie bereits erläutert wurde, sind auch andere Bewegungen, zum Beispiel zyklische Bewegungen oder unkorrelierte Bewegungen, denkbar. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel muss es sich bei dem rotierenden Element gar nicht um ein rotierendes Element, sondern um ein einfaches Element handeln, das beispielsweise nur eine Hubbewegung, z. B. entlang der Achse 10r aus 1, ausführt. Bei einer derartigen zyklischen Hubbewegung werden ebenfalls die Spulen 14a und 14b in dem durch die Magnete 18 bereitgestellten Magnetfeld bewegt, so dass es zu einer Induzierung von Strom in dem bewegten Element kommt.In the above exemplary embodiment, it was assumed in particular that a rotational movement is present. As already explained, other movements, for example cyclical movements or uncorrelated movements, are also conceivable. According to a further exemplary embodiment, the rotating element does not have to be a rotating element at all, but rather a simple element which, for example, only performs a lifting movement, e.g. B. along the axis 10r 1 , executes. With such a cyclic lifting movement, the coils 14a and 14b are also moved in the magnetic field provided by the magnets 18, so that current is induced in the moving element.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass nicht zwingend Magnete, sondern auch andere magnetfelderzeugende Elemente, wie zum Beispiel Elektromagnete, verwendet werden können, was es vorteilhafter Weise ermöglicht, die Magnetstärke zu steuern.At this point it should be pointed out that it is not mandatory to use magnets, but also other elements that generate a magnetic field, such as electromagnets, for example, which advantageously makes it possible to control the magnet strength.

Bei obigen Ausführungsbeispielen wurde erläutert, dass eine Energieversorgungsschaltung, z. B. mit einem Kondensator oder einem Akku, vorgesehen sein kann. Der Akku kann auch entsprechend groß dimensioniert sein, dass durch kurzzeitige Bewegung eine Aufladung erfolgt, und die Leistungsdimmension des Akkus in Relation zum potentiellen Verbrauch hoch ist. Das ist insbesondere bei den Verbrauchern mit niedriger verbrauchter Leistung möglich, wie zum Beispiel Sensorik.In the above embodiments, it has been explained that a power supply circuit, e.g. B. can be provided with a capacitor or a battery. The rechargeable battery can also be dimensioned to be sufficiently large so that charging takes place as a result of brief movement, and the performance dimension of the rechargeable battery is high in relation to the potential consumption. This is particularly possible for consumers with low power consumption, such as sensors.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschreibt die Erzeugung elektrischer Energie aus Rotation ohne Stator, insbesondere die Erzeugung elektrischer Energie an einem rotierenden Objekt zur Versorgung von Funksensoren. Dafür wird eine Induktivität genutzt, die relativ zu einem festen Magnet bewegt wird. Die Induktivität besteht aus ein oder mehreren Drahtwindungen und ist mit einem Gleichrichter und einer Energieversorgungseinheit verbunden. Der Magnet befindet sich auf dem rotierenden Objekt, ist aber so gelagert, dass eine Relativbewegung zur Induktivität stattfinden kann. Die Energieversorgungseinheit kann einen Sensor, Aktor oder ein Funkmodul versorgen. Der Sensor erfasst Information auf dem rotierenden Objekt und überträgt diese Informationen drahtlos. Das Funkmodul kann auch Daten empfangen, um damit den Aktor anzusteuern. Das System kann beispielsweise auf Bohrfuttern, Kopplungen oder Achsen eingesetzt werden.A preferred exemplary embodiment describes the generation of electrical energy from rotation without a stator, in particular the generation of electrical energy on a rotating object to supply wireless sensors. An inductance is used for this, which is moved relative to a fixed magnet. The inductance consists of one or more turns of wire and is connected to a rectifier and a power supply unit. The magnet is located on the rotating object, but is mounted in such a way that it can move relative to the inductance. The energy supply unit can supply a sensor, actuator or radio module. The sensor captures information on the rotating object and wirelessly transmits that information. The radio module can also receive data in order to control the actuator. The system can be used on drill chucks, couplings or axles, for example.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass obige Ausführungsbeispiele nur illustrativ sind und der Schutzbereich durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert wird.At this point it should be noted that the above exemplary embodiments are only illustrative and the scope of protection is defined by the following patent claims.

Bezugszeichenlistereference list

(12, 12')(12, 12'): Abtriebdownforce
(10, 10')(10, 10'): Rotorisches ElementRotor element
(18)(18): Magnetmagnet
(14, 14a, 14b)(14, 14a, 14b): Induktivitätinductance
(11)(11): Werkzeugtool
(10k1')(10k1'): Erste HälfteFirst half
(10k2')(10k2'): Zweite HälfteSecond half
(R)(r): BewegungMove
(10r)(10r): Rotationsacherotation thing
(16)(16): Verbraucherconsumer
(M)(m): Magnetfeldmagnetic field
(E)(E): Energieenergy
(16f')(16f'): Funkmodulradio module
(16s')(16s'): Sensorsensor

Claims

Element (10, 10'), in particular rotating element (10, 10'), with the following features: an inductor (14, 14a, 14b) which moves or rotates together with the element (10, 10') and which is designed to provide electrical energy (E) during movement (R) in a magnetic field (M); and a consumer (16) which moves or rotates together with the element (10, 10') and which can be operated by the electrical energy (E) provided.

Element (10, 10') according to claim 1 , wherein the consumer (16) comprises electronics.

Element (10, 10') according to claim 1 or 2 , wherein the inductor (14, 14a, 14b) is coupled to an energy supply circuit, via which the electrical energy (E) is provided; or wherein the inductance (14, 14a, 14b) is coupled to an energy supply circuit via which the electrical energy (E) is provided, the energy supply circuit having a rectifier and/or a buffer store and/or a capacitor and/or a rechargeable battery.

Element (10, 10') according to one of the preceding claims, wherein the consumer (16) has an actuator, an ultrasonic actuator and/or an actuator.

Element (10, 10') according to one of the preceding claims, wherein the electrical load (16) has a sensor system which is designed to output information; or wherein the electrical load (16) has a sensor system (16s') which is designed to output information, the sensor system (16s') being designed to detect a force, vibration, acoustics, mechanical stress, temperature, to detect a torque, a speed and/or an acceleration; and/or wherein the inductor (14, 14a, 14b) is designed to function as a sensor system (16s') and/or an inductor (14, 14a , 14b) that allows conclusions to be drawn about a physical variable, in particular a speed or vibrations.

Element (10, 10') according to one of the preceding claims, which further comprises a radio module (16f') which is designed to externally transmit information obtained in the element (10, 10').

Element (10, 10') according to any one of the preceding claims, wherein the inductance (14, 14a, 14b) is formed by one or more coils or wherein the inductance (14, 14a, 14b) is formed by one or more coils with a ferrite core; or the inductance (14, 14a, 14b) being formed by a plurality of coils which are distributed in translation about an axis of rotation (1 0r) of the element (10, 10') or are distributed equally; and or wherein the electrical energy (E) provided depends on the number of inductances (14, 14a, 14b) and/or on the dimension of the inductances (14, 14a, 14b) and the existing magnetic field (M).

Element (10, 10') according to one of the preceding claims, wherein the inductance (14, 14a, 14b) is arranged in a first half along the longitudinal axis, and/or wherein the load (16) is arranged in the second half along the longitudinal axis is.

Element (10, 10') according to one of the preceding claims, wherein the element (10, 10') has a tool holder for a tool (11) and/or a drill in a second half along the longitudinal axis.

An element (10, 10') according to any one of the preceding claims, wherein the element (10, 10') has a coupling for mechanical connection to a rotating machine in a first half along the longitudinal axis.

Element (10, 10') according to one of the preceding claims, wherein the element (10, 10') is a display, in particular a colored display or LED, which is designed to output status information or color-coded status information, or wherein the element (10, 10 ') has a display, in particular an acoustic display, which is designed to output status information or acoustic status information.

Drill chuck or drill holder with an element (10, 10') according to one of the preceding claims.

Rotary machine, in particular a drill, with a rotating output (12, 12 ') and an element (10, 10') according to one of Claims 1 until 11 , wherein the element (10, 10 ') with the rotating output (12, 12') is coupled.

according to rotary machine Claim 13 , wherein the coupling between the element (10, 10') and the rotary output (12, 12') is formed by a quick connection.

according to rotary machine Claim 13 or 14 , wherein one or more magnets (18) in the area of the output (12, 12 ') and / or in the area of the inductors (14, 14a, 14b) of the element (10, 10') are arranged on the rotary machine, so that the Magnets (18) remain at rest when the element (10, 10') rotates.

according to rotary machine claim 15 , A plurality of magnets (18) being arranged around the axis of rotation (10r) of the element (10, 10') or in a semicircle around the axis of rotation (10r) of the element (10, 10').

according to rotary machine claim 15 or 16 , wherein several magnets (18) are arranged with alternating polarity and/or in the form of a Halbach array.