EP3094955A1 - SYSTEM ZUR ERMITTLUNG VON MESSGRÖßEN AN EINEM ROTIERENDEN BAUTEIL - Google Patents

SYSTEM ZUR ERMITTLUNG VON MESSGRÖßEN AN EINEM ROTIERENDEN BAUTEIL

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Publication number
EP3094955A1
EP3094955A1 EP15700678.4A EP15700678A EP3094955A1 EP 3094955 A1 EP3094955 A1 EP 3094955A1 EP 15700678 A EP15700678 A EP 15700678A EP 3094955 A1 EP3094955 A1 EP 3094955A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
rfid
sensor
rfid reader
sensor unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15700678.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Gross
Markus Klaus Becker
Andreas Nicola
Khalid KHALLAYOUNE
Steffen KÄMMERER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102014200639.2A external-priority patent/DE102014200639A1/de
Priority claimed from DE102014204392.1A external-priority patent/DE102014204392A1/de
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP3094955A1 publication Critical patent/EP3094955A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/021—Gearings
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/40—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wireless architecture
    • H04Q2209/47—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wireless architecture using RFID associated with sensors

Definitions

  • the invention relates to a system for determining Meßgössen on a rotating component, such as a shaft or a rotating body comprising at least a passive RFID sensor unit with a sensor, a Energyversor- supply unit, a transmitting unit and an antenna and an RFID reader with an antenna wherein the RFID reader is arranged on a base and the RFID sensor unit on the component.
  • condition monitoring US 2010 0 315 204 A1 discloses a system based on RFID technology in which a sensor is mounted on the surface of a shaft and the measured data is then applied via a RFID transponder transmitted to an RFID reader.
  • the proposed systems have the disadvantage that the measurement data or the energy can only be transmitted if the field profiles of the antennas of transmitter and receiver are aligned.
  • the sensor unit In the arrangement of the sensor unit on the planet carrier so once per revolution.
  • the well-known RFID technology works in general in the 125 kHz technology which is best suited for the reading out of fixed data (IDs).
  • IDs fixed data
  • The- The RFID chips carrying the data enter the field of the antenna, are activated and interrogated, and then leave the field of the antenna again. Only very slow relative speeds are provided (up to 10 m / s) and large antenna areas and antenna areas (a few m 2 ).
  • rotary bodies such as turbo couplings, in which it is particularly interesting to know the temperature of the working fluid during operation, there are currently only unsatisfactory solutions such as fuse screws over which the working fluid in overheating in the environment will drain (harm to the environment ).
  • a switch can be placed in the rotating system when a temperature has been exceeded. Both methods are irreversible and only work when the coupling is rotating. At standstill, both systems have no effect.
  • An object of the invention is therefore to propose a system by means of the Meßgössen to a rotating component, such as a shaft or a rotating body, can be detected continuously and safely.
  • a system for determining measurement casings on a rotating component, such as a shaft or a rotating body, comprising at least one passive RFID sensor unit with a sensor, a power supply unit, a transmission unit and an antenna and an RFID reader with an antenna, wherein the RFID reader is arranged on a base and the RFID sensor unit is arranged on the component.
  • the system is characterized in that the antenna of the RFID reader and the antenna of the RFID sensor unit are arranged in such a way that the antenna of the RFID sensor unit moves during the movement essentially in the antenna field region of the antenna of the RFID reader, so a substantially uninterrupted transmission of energy and / or data is ensured.
  • a passive RFID sensor unit also referred to as RFID transponder or TAG, means a unit without its own energy unit, such as a battery. The required energy is induced via the antenna. - -
  • the RFID sensor unit or TAG can be arranged on or in a component or a shaft or a rotating body.
  • the rotary body may also be a fluid-filled hollow body, such as a turbo coupling, which consists of two independently rotatably mounted paddle wheels.
  • the base on which the RFID reader is arranged is a holding device by means of which the reader or in particular its antenna is held in position relative to the component.
  • the base comprises an annular antenna carrier for the reader antenna, which is arranged centrally with respect to the axis of rotation of the component.
  • the RFID reader can be connected to an evaluation unit, such as a computer, which in turn is connected to the control of the transmission.
  • the energy required to measure operating parameters is transmitted from the RFID reader to the TAG, wherein an energy storage unit can alternatively be arranged on the TAG for temporary storage of energy.
  • the RFID sensor unit or TAG is connected to at least one sensor.
  • the sensor can be arranged on the TAG or electrically connected thereto.
  • the antenna can be designed as a double-flow antenna.
  • Two-flow antennas are antennas which are loop-shaped or whose antenna wire is guided in a loop.
  • the reader antenna can be embodied such that it forms a rotationally symmetrical or annular antenna field on the movement radius of the rotating TAG antenna.
  • the reader antenna may comprise a plurality of parallel windings, which are arranged offset to one another.
  • a multi-core reader antenna cable can be used, which is positioned in a tube loop which is bent in an annular manner or in a plastic carrier. This ensures that it is in the antenna overlap - - Field to a smaller field fluctuation comes, so that even at high speeds a virtually uninterrupted antenna function is guaranteed.
  • the reader antenna and the TAG antenna can be arranged in two essential orientations to each other, in the axial or radial direction.
  • temperature sensors and sensors can be used by means of which one of the following operating parameters pressure, humidity, torques and / or vibrations can be detected.
  • the senor can be arranged on or within the component and detect operating parameters there.
  • the sensor is arranged such that the temperature of the fluid can be measured at least in a standstill position and during operation
  • the several RFID tags are provided, all of which communicate by means of an RFID reader 's and are powered by them with energy. Wherein coded data can be transmitted to divide the measuring points.
  • Figure 1 a schematically known from the prior art functional principle of an RFID system is shown.
  • the illustrated system allows - - a contactless signal and energy transfer.
  • the system consists of a sensor 6 which is connected to an RFID sensor unit 2 and an RFID reader 1 which is connected to an apparatus unit 25.
  • the antenna fields of the antennas 3a and 3b of Reader 1 and TAG 2 interlock.
  • Figure 1 b shows the more detailed structure of the RFID system. In this illustration, all components that can be arranged on a reader 1 and a TAG 2 are shown.
  • RFI D-TAG 2 and RFID reader 1 must be positioned in the radio range to each other or the antennas are positioned to each other such that the field characteristics of Mesh antennas.
  • the RFID tag 2 in addition to the circuit for transmitting and receiving signals and energy having a power supply unit, which provides for the power supply of the circuits. For storing the energy, an energy storage unit may be provided.
  • a passive RFID tag is therefore generally referred to as a smart sensor.
  • FIGS. 2a to 2e show a turbo coupling in different views or sections.
  • Figure 2a shows a turbo coupling 7 at a standstill.
  • the turbo coupling is arranged between a drive and a transmission.
  • the torque transmission takes place by means of the hydrodynamic principle.
  • in the working space of the turbo coupling formed by the first and second impeller, so long forms a circulation flow until in nominal operation there is almost a speed equality.
  • As long as no speed equality forms a circulation flow.
  • the higher the Diffenenzcard between the first and second paddle wheel the greater the power loss through which the working fluid is heated. In the event of a malfunction, overheating of the working medium can occur very quickly, which requires a shutdown of the drive.
  • Figure 2b is the view of the first paddle wheel 8, the drive side, shown with the RFI D measuring system.
  • the RFID tag 2 is fastened or screwed on the paddle wheel 8 such that the sensor extends into the working space 10.
  • the positioning of the TAG ' s 2 and the sensor 6 is so - - chosen that the measurement takes place at the outer radius of the working space 1 1, since the highest temperatures can prevail here.
  • the RFID reader unit consisting of the reader 1 and the antenna 3a.
  • the antenna 3a is positioned on an antenna carrier 21, which is arranged as a ring around the shaft region 15.
  • the antenna 3a is designed as a loop, so that a double-flow antenna is formed, which is connected to the antenna board 19 such that the antenna overlap region 17 causes as possible no field weakening.
  • the one or multi-wire antenna wire can be cast in the grooves 14.
  • the reader 1 is connected to the antenna via an antenna feed line 20.
  • FIG. 3 shows embodiments of the RFID reader antenna 3a.
  • the antenna 3a In order to be able to construct an antenna field region by means of the antenna 3a, which ensures a substantially uninterrupted transmission of energy and / or data, the antenna 3a must be designed in such a way that a double-flow antenna is produced. This is achieved by the antenna wire as shown in FIG. - - As a loop is formed into an annular structure. Between the feed and return wire an antenna field is created whose field strength is amplified perpendicular to the ring surface.
  • Such a designed antenna generates a directional antenna field perpendicular to the ring surface, concentrating the field area in front of the antenna and less affecting the environment, thereby improving the EMC characteristics.
  • the field increase or weaken the field but only affects a small section area of the antenna ring surface, so that an essentially uninterrupted transmission can take place.
  • the antenna wire can be mounted on an antenna support or alternatively guided in a metal tube 23, the tube then being deformed to form an annular structure in which the tube forms two concentric circles enclosing an annular surface.
  • a single or multi-core antenna wire can be used or the tube 23 itself serve as an antenna wire.
  • the circular ring diameter or the distance of the loop ie the distance between the external antenna and internal antenna is dependent on the movement of the RFID tag 's or the antenna 3b. That is, the antenna ring 3a must be designed so that the antenna 3b of the RFID-TAG ' s always remains in the region of the annular surface during the rotation.
  • the antenna overlap region 17, the antenna 3a, as shown in FIG. 3c, can be made multi-core.
  • Each core forms its own ring surface, that is, the individual wires are connected in parallel. Due to the spatial displacement of the individual turns to each other a field fluctuation can be well balanced.
  • the individual windings are connected accordingly on the antenna board.
  • 4 shows an embodiment of a tag 's 2 is exemplified. Especially at high temperatures, it is necessary that the tag board is too large. - - ze is protected.
  • the illustrated housing 26 of the TAG ' s 2 is designed as a Einschraubgepatuse, the sensor 6 is positioned at the top and can be brought so close to a temperature range.
  • the TAG board 2 on the other hand, is well shielded from heat. For further isolation from the heat and for attachment, the TAG is fixed in the housing 26 by means of an insulating material 24.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine System zur Ermittlung von Messgössen an einem rotierenden Bauteil, wie einer Welle oder eines Rotationskörpers, umfassend zumindest eine passive RFID-Sensoreinheit (2) mit einem Sensor (6), einer Energieversorgungseinheit, einer Sendeeinheit sowie einer Antenne (3b) und einen RFID-Reader (1) mit einer Antenne (3a), wobei der RFID-Reader (1) an einer Basis (13) und die RFID-Sensoreinheit (2) an dem Bauteil (8, 9, 10) angeordnet ist. Um eine kontinuierliche und sichere Erfassung von Daten zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dassdie Antenne (3a) des RFID-Readers (1) und die Antenne (3b) der RFID-Sensoreinheit (2) derart zueinander angeordnet sind, dass sich die Antenne (3b) der RFID-Sensoreinheit (2) während der Bewegung im Wesentlichen in dem Antennenfeldbereich der Antenne (3a) des RFID-Readers (1) bewegt, sodass eine im Wesentlichen unterbrechungsfreie Übertragung von Energie und/oder Daten gewährleitet ist.

Description

System zur Ermittlung von Messgrößen an einem rotierenden
Bauteil
Die Erfindung betrifft ein System zur Ermittlung von Messgössen an einem rotierenden Bauteil, wie einer Welle oder eines Rotationskörpers, umfassend zumindest eine passive RFID-Sensoreinheit mit einem Sensor, einer Energieversor- gungseinheit, einer Sendeeinheit sowie einer Antenne und einen RFID-Reader mit einer Antenne, wobei der RFID-Reader an einer Basis und die RFID- Sensoreinheit an dem Bauteil angeordnet ist.
Die Überwachung von Maschinenbauteilen, insbesondere von rotierenden Bauteilten wie Wellen und Rotationskörpern, wird immer wichtiger. Die Maschinenbetrei- ber wünschen immer häufiger eine online Überwachung, die dazu geeignet ist, Betriebszustände auszuwerten, um daraus Schlüsse für die nächste Inspektion oder Instandhaltung zu treffen und insbesondere einem vorzeitigen Ausfall ohne Vorankündigung vorzubeugen. Allgemein wird die Überwachung als„Condition- Monitoring" bezeichnet. So ist aus der US 2010 0 315 204 A1 ein System bekannt, welches auf Basis der RFID Technologie arbeitet. Dabei wird ein Sensor auf der Oberfläche einer Welle angebracht und die Messdaten dann über eine RFID Transponder auf ein RFID Reader übermittelt.
Weiterhin ist aus der WO 201 1/104433 ein Monitoring-System für ein Planetenge- triebe bekannt, welches eine drahtlose Übertragung von Daten und Energie vorsieht.
Die vorgeschlagenen Systeme haben den Nachteil, dass die Messdaten bzw. die Energie nur dann übertragen werden kann, wenn die Feldverläufe der Antennen von Sender und Empfänger fluchten. Bei der Anordnung der Sensoreinheit auf dem Planetenträger also einmal je Umdrehung.
Die bekannte RFID Technologie arbeitet im Allgemeinen vor allem in der 125 kHz Technologie die für das Auslesen von fixen Daten (IDs) bestens geeignet ist. Die- se RFID-Chips, die die Daten tragen, betreten das Feld der Antenne, werden aktiviert und abgefragt und verlassen danach das Feld der Antenne wieder. Es sind nur sehr langsame Relativgeschwindigkeiten vorgesehen (bis 10m/s) und große Antennenflächen und Antenneniesebereiche (einige m2). Für Rotationskörpern wie beispielsweise Turbokupplungen, bei denen es besonders Interessant ist, die Temperatur des Arbeitsmediums während des Betriebs zu kennen, gibt es zur zeit nur unbefriedigende Lösungen wie z.B. Schmelzsicherungsschrauben, über die das Arbeitsmedium bei Überhitzung in die Umwelt ablassen wird (Schaden für die Umwelt). Bei einer anderen Variante kann im drehenden System ein Schalter umgelegt werden, wenn eine Temperatur überschritten wurde. Beide Verfahren sind irreversibel und funktionieren nur bei drehender Kupplung. Im Stillstand sind beide Systeme ohne Wirkung.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein System vorzuschlagen mittels dem Messgössen an einem rotierenden Bauteil, wie einer Welle oder eines Rotationskörpers, kontinuierlich und sicher erfasst werden können.
Erfindungsgemäß wird ein System zur Ermittlung von Messgössen an einem rotierenden Bauteil, wie einer Welle oder eines Rotationskörpers, umfassend zumindest eine passive RFID-Sensoreinheit mit einem Sensor, einer Energieversor- gungseinheit, einer Sendeeinheit sowie einer Antenne und einen RFID-Reader mit einer Antenne, wobei der RFID-Reader an einer Basis und die RFID- Sensoreinheit an dem Bauteil angeordnet ist, vorgeschlagen.
Das System ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne des RFID-Readers und die Antenne der RFID-Sensoreinheit derart zueinander angeordnet sind, dass sich die Antenne der RFID-Sensoreinheit während der Bewegung im Wesentlichen in dem Antennenfeldbereich der Antenne des RFID-Readers bewegt, sodass eine im Wesentlichen unterbrechungsfreie Übertragung von Energie und/oder Daten gewährleistet ist.
Unter einer passiven RFID-Sensoreinheit, auch als RFID-Transponder oder TAG bezeichnet, versteht man eine Einheit ohne eigene Energieeinheit wie eine Batterie. Die benötigte Energie wird über die Antenne induziert. - -
RFID-Sensoreinheit bzw. TAG kann an oder in einem Bauteil bzw. einer Welle oder eines Rotationskörpers angeordnet sein. Der Rotationskörper kann auch ein Fluidgefüllter Hohlkörper, wie eine Turbokupplung sein, die aus zwei unabhängig drehbar gelagerten Schaufelrädern besteht. Die Basis an der der RFID-Reader angeordnet ist, ist eine Haltevorrichtung, mittels der der Reader bzw. insbesondere dessen Antenne in Position gegenüber dem Bauteil gehalten wird. Vorzugsweise umfasst die Basis ein ringförmiger Antennenträger für die Reader-Antenne, der zentrisch in Bezug auf die Drehachse des Bauteils angeordnet ist. Weiterhin kann der RFID-Reader mit einer Auswert- einheit, wie einem Computer, verbunden sein, die wiederum mit der Steuerung des Getriebes in Verbindung steht.
Die zum Messen von Betriebsparametern benötigte Energie wird vom RFID- Reader aus auf den TAG übertragen, wobei auf dem TAG alternativ auch eine Energiespeichereinheit angeordnet sein kann, zum kurzzeitigen speichern von Energie.
Die RFID-Sensoreinheit bzw. TAG ist mit mindestens einem Sensor verbunden. Dabei kann der Sensor auf dem TAG angeordnet oder mit diesem elektrisch verbunden sein.
Um eine im Wesentlichen unterbrechungsfreie Verbindung von RFID-Reader und TAG zu gewährleisten kann die Antenne als zweiflutige Antenne ausgeführt sein. Zweiflutige Antennen sind Antennen die schlaufenförmig ausgeführt sind bzw. deren Antennendraht in einer Schlaufe geführt wird.
Die Reader-Antenne kann derart ausgeführt sein, dass sie auf dem Bewegungsradius der rotierenden TAG-Antenne ein rotationssymmetrisches bzw. ringförmi- ges Antennenfeld ausbildet.
Zur weiteren Verbesserung des Antennenfeldbereichs kann die Reader-Antenne mehrere parallele Windungen umfassen, die zueinander versetzt angeordnet sind. So kann ein mehradriges Reader-Antennenkabel verwendet werden, dass in einem Rohrschlaufe, die ringförmig gebogen ist, oder in einen Kunststoffträger ein- gelegt positioniert sein. Dadurch wird erreicht, dass es im Antennenüberlappungs- - - bereich zu einer geringeren Feldschwankung kommt, sodass auch bei hohen Drehzahlen eine nahezu unterbrechungsfreie Antennenfunktion gewährleistet ist.
Die Reader Antenne und die TAG Antenne können in zwei wesentliche Ausrichtungen zueinander angeordnet sein, in axialer oder radialer Richtung. Neben Temperatursensoren können auch Sensoren eingesetzt werden, mittels denen einer der folgenden Betriebsparameter Druck, Feuchte, Drehmomente und/oder Schwingungen erfassbar sind.
Insbesondere kann der Sensor an oder innerhalb dem Bauteil angeordnet sein und dort Betriebsparameter erfassen. Bei einer Turbokupplung, also einem hohlem Rotationskörper, der zumindest teilweise mit einem Fluid gefüllt ist, ist der Sensor derart angeordnet, dass zumindest in einer Stillstandposition und im Betrieb die Temperatur des Fluides messbar ist
Das mehrere RFID-Tags vorgesehen sind, die alle mittels eines RFID-Reader's kommunizieren und durch diese mit Energie versorgt werden. Wobei zur Unter- Scheidung der Messstellen codierte Daten übermittelt werden können.
Mittels des erfindungsgemäßen Systems sind besonders vorteilhaft Messungen im Stillstand wie auch im Betrieb eines Rotationskörpers möglich.
Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Systems und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.
In diesen zeigen:
Figur 1 a, b Funktionsprinzip des RFID-Systems Figur 2a bis e Turbokupplung mit Messsystem Figur 3a bis c Antenne von RFID Reader Figur 4 TAG
In Figur 1 a wird schematisch das aus dem Stand der Technik bekannte Funktionsprinzip eines RFID-Systems dargestellt. Das dargestellte System ermöglicht - - eine berührungslose Signal- und Energieübertragung. Im Wesentlichen besteht das System aus einem Sensor 6 der mit einer RFID-Sensoreinheit 2 verbunden ist und einem RFID-Reader 1 der mit einer Aüswerteinheit 25 verbunden ist. Die Antennenfelder der Antennen 3a und 3b von Reader 1 und TAG 2 greifen ineinander. Figur 1 b zeigt den genaueren Aufbau des RFID-Systems. In dieser Darstellung sind alle Bauteile die auf einem Reader 1 und einen TAG 2 angeordnet sein können dargestellt.
Die Energieübertragung wie auch die Datenübertragung erfolgt über die Antennen 3a, 3b der beiden Bauteile 1 , 2. Dazu müssen RFI D-TAG 2 und RFID-Reader 1 in Funkreichweite zueinander positioniert werden bzw. die Antennen derart zueinander positioniert sein, dass die Feldverläufe der Antennen ineinandergreifen.
Der RFID-TAG 2 kann neben dem Schaltkreis zum Senden und Empfangen von Signalen und Energie eine Energieversorgungseinheit aufweisen, welche für die Stromversorgung der Schaltkreise sorgt. Zur Speicherung der Energie kann eine Energiespeichereinheit vorgesehen sein. Ein derartiger passiver RFID-TAG wird daher allgemein auch als Smartsensor bezeichnet.
In den Figuren 2a bis 2e ist eine Turbokupplung in unterschiedlichen Ansichten bzw. Schnitten dargestellt. So zeigt figur 2a eine Turbokupplung 7 im Stillstand. Die Turbokupplung ist zwischen einem Antrieb und einem Getriebe angeordnet. Die Drehmomentübertragung erfolgt mittels des hydrodynamischen Prinzips. Dabei bildet sich im Arbeitsraum der Turbokupplung, gebildet vom ersten und zweiten Schaufelrad, so lange eine Kreislaufströmung aus, bis im Nennbetrieb nahezu eine Drehzahlgleichheit besteht. Solange keine Drehzahlgleichheit bildet sich eine Kreislaufströmung. Je höher die Diffenenzdrehzahl zwischen ersten und zweiten Schaufelrad ist, desto größer ist die Verlustleistung durch die das Arbeitsmedium erhitzt wird. Bei einer Störung kann es so sehr schnell zu einer Überhitzung des Arbeitsmediums kommen, die eine Abschaltung des Antriebs erfordert.
In der persektivischen Darstellung, Figur 2b ist der Blick auf das erste Schaufelrad 8, der Antriebseite, mit dem RFI D-Messsystem dargestellt. Der RFID-TAG 2 ist am Schaufelrad 8 derart befestigt bzw. eingeschraubt, dass der Sensor in den Arbeitsraum 10 hineinreicht. Die Positionierung des TAG's 2 bzw. des Sensors 6 ist so - - gewählt, dass die Messung am Außenradius des Arbeitsraumes 1 1 erfolgt, da hier die höchsten Temperaturen herrschen können.
Des Weiteren ist die RFID-Readereinheit , bestehend aus dem Reader 1 und der Antenne 3a, dargestellt. Dabei ist die Antenne 3a auf einem Antennenträger 21 positioniert, der als Ring um den Wellenbereich 15 angeordnet ist. Die Antenne 3a ist als Schlaufe ausgeführt, so dass eine zweiflutige Antenne entsteht, die auf der Antennenplatine 19 derart geschaltet ist, dass der Antennenüberlappungsbereich 17 möglichst keine Feldschwächung bewirkt. Der ein oder mehradrige Antennendraht kann dabei in die Nuten 14 eingegossen sein. Der Reader 1 ist mit der An- tenne über eine Antennenzuleitung 20 verbunden.
In den Figuren 2c und 2d die sie Turbokupplung im Nennbetrieb und im Stillstand dargestellt. Während des Nennbetriebes, wenn nur noch ein geringer Schlupf zwischen den Schaufelrädern 8, 9 vorhanden ist, gibt es keine Kreislaufströmung mehr und die Temperatur des Arbeitsmediums wird nicht mehr erhöht. Nach einem Abbremsvorgang, durch den die Bremsenergie zu einer starken Erhitzung des Arbeitsmediums führt, sammelt sich das heiße Arbeitsmedium im unteren Arbeitsraumbereich. Je nach Stillstands-Position ist der Sensor dann in einer Position in der er die Temperatur des Arbeitsmediums nicht messen kann, wie in Figur 2e dargestellt. Um nun zu erreichen, dass in jeder Stillstandsposition die Temperatur gemessen werden kann, müssen mehere TAG's eingebaut werden oder die Stillstandsposition so geregelt werden, dass der Sensor immer unterhalb des Füllstands bleibt.
Weiterhin ist es denkbar, dass durch gezieltes langsames Drehen der Turbokupp- lungsantriebsseite der Kühlvorgang des Arbeitsmediums beschleunigt wird. Wobei die Temperaturschwankung dazu genutzt werden kann, die optimale Drehzahl für die bestmögliche Kühlung zu ermitteln.
In Figur 3 sind Ausführungen der RFID-Reader-Antenne 3a dargestellt. Damit mittels der Antenne 3a ein Antennenfeldbereich aufgebaut werden kann, das eine im Wesentlichen unterbrechungsfreie Übertragung von Energie und/oder Daten ge- währleistet, muss die Antenne 3a derart gestaltet sein, dass eine zweiflutige Antenne entsteht. Dies wird erreicht, indem der Antennendraht wie in Figur 3a darge- - - stellt als Schlaufe zu einem ringförmigen Gebilde geformt wird. Zwischen dem Zuführ- und Rückführdraht entsteht ein Antennenfeld, dessen Feldstärke senkrecht zur Ringfläche verstärkt wird.
Eine derartig gestaltete Antenne erzeugt ein gerichtetes Antennenfeld senkrecht zur Ringfläche, wobei sich der Feldbereich vor der Antenne konzentriert und die Umgebung weniger beeinflusst wird, wodurch die EMV-Eigenschaften verbessert werden. Lediglich an der Nahtstelle bzw. dem Antennenüberlappungsbereich 17 kommt es, je nach Ausführung, zu einer Feldüberhöhung oder zu einer Feldschwächung, die aber nur eine kleinen Abschnittsbereich der Antennenringfläche beeinflusst, so dass im Wesentlichen eine unterbrechungsfreie Übertragung stattfinden kann.
Der Antennendraht kann auf einem Antennenträger aufgebracht oder alternativ in einem Metallrohr 23 geführt sein, wobei das Rohr dann derart verformt ist, dass ein ringförmiges Gebilde entsteht, bei dem das Rohr zwei konzentrische Kreise bildet, die eine Ringfläche einschließen^ Fig 3b)
Alternativ kann ein ein- oder mehradriger Antennendraht verwendet werden oder das Rohr 23 selbst als Antennendraht dienen.
Die Kreisringdurchmesser bzw. der Abstand der Schlaufe, also der Abstand zwischen der Außenantenne und Innenantenne ist dabei von der Bewegung des RFID-TAG's bzw. der Antenne 3b abhängig. Das heißt, der Antennenring 3a muss derart ausgelegt sein, dass die Antenne 3b des RFID-TAG's während der Drehung immer im Bereich der Ringfläche bleibt.
Um die Beeinflussung an der Nahtstelle, dem Antennenüberlappungsbereich 17 möglichst gering zu halten, kann die Antenne 3a, wie in Figur 3c dargestellt, mehradrig ausgeführt werden. Dabei bildet jede Ader einen eigene Ringfläche, das heißt, die einzelnen Adern sind parallel geschaltet. Durch die räumliche Versetzung der einzelnen Windungen zueinander kann eine Feldschwankung gut ausgeglichen werden. Die einzelnen Windungen sind auf der Antennenplatine entsprechend verschaltet. In Figur 4 ist beispielhaft eine Ausführung eines TAG's 2 dargestellt. Insbesondere bei hohen Temperaturen ist es notwendig, dass die Tag-Platine vor zu großer Hit- - - ze geschützt ist. Das dargestellte Gehäuse 26 des TAG's 2 ist als Einschraubgehäuse ausgeführt, wobei der Sensor 6 an der Spitze positioniert ist und so nahe an einen Temperaturbereich herangeführt werden kann. Die TAG-Platine 2 ist dagegen gut gegenüber Hitze abgeschirmt. Zur weiteren Isolierung gegenüber der Hitze und zur Befestigung ist der TAG mittels eines Isoliermaterials 24 in dem Gehäuse 26 fixiert.
- -
Bezuqszeichenliste
1 RFID-Reader
2 RFI D-TAG
3a, b Antenne
4 Energieversorgung
5 Datenaustausch
6 Sensor
7 Turbokupplung
8 erstes Schaufelrad
9 zweites Schaufelrad
10 Arbeitsraum
1 1 Schaufel
12 Gehäuse
13 Arbeitsmedium
14 Nut für Antenne
15 Wellenteil
16 Lager
17 Antennenüberlappungsbereich 18 Feldbereich
19 Antennenplatine
20 Antennenzuleitung
21 Antennenträger
22 Gehäuse
23 Metallrohre
24 Isoliermaterial
25 Auswerteinheit
26 TAG-Gehäuse

Claims

Patentansprüche
1 . System zur Ermittlung von Messgössen an einem rotierenden Bauteil, wie einer Welle oder eines Rotationskörpers, umfassend zumindest eine passive RFID-Sensoreinheit (2) mit einem Sensor (6), einer Energieversorgungseinheit, einer Sendeeinheit sowie einer Antenne (3b) und einen RFID-Reader (1 ) mit einer Antenne (3a), wobei der RFID-Reader (1 ) an einer Basis (13) und die RFID-Sensoreinheit (2) an dem Bauteil (8, 9, 10) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antenne (3a) des RFID-Readers (1 ) und die Antenne (3b) der RFID- Sensoreinheit (2) derart zueinander angeordnet sind, dass sich die Antenne (3b) der RFID-Sensoreinheit (2) während der Bewegung im Wesentlichen in dem Antennenfeldbereich der Antenne (3a) des RFID-Readers (1 ) bewegt, sodass eine im Wesentlichen unterbrechungsfreie Übertragung von Energie und/oder Daten gewährleitet ist.
2. System nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Basis einen ringförmig Antennenträger für die Antenne (3a) aufweist, der zentrisch in Bezug auf die Drehachse des Bauteil angeordnet ist.
3. System nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antenne (3a) als zweiflutige Antenne ausgeführt ist.
4. System nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antenne (3a) mehrere parallele Windungen umfasst, die zueinander versetzt angeordnet sind.
5. System nach einem der Ansprüchel bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antenne (3a) und die Antenne (3b) in axialer oder radialer Richtung zueinander angeordnet sind.
6. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass mittels des Sensors (6) zumindest einer der folgenden Betriebsparameter Temperatur, Druck, Feuchte und/oder Schwingungen messbar ist.
7. System nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor (6) an oder innerhalb dem Bauteil anordbar ist und dort Betriebsparameter erfasst.
8. System nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotationskörper ein Hohlkörper ist, der zumindest teilweise mit einem Fluid gefüllt ist und der Sensor derart angeordnet ist, dass zumindest in einer Stillstandposition und im Betrieb die Temperatur des Fluides messbar ist.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotationskörper eine Turbokupplung ist.
10. System nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antenne über eine Steckverbindung mit dem Reader verbunden ist.
1 1 . System nach Anspruch 2 oder 10
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antenne in dem ringförmige Antennenträger eingegossen ist.
12. System nach Anspruch 2 oder 1 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antenne zusammen mit dem ringförmige Antennenträger mehrteilig ausge- führt ist.
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