EP4320369A1 - Energieführungskette mit eigener energiequelle und kettenglied hierfür - Google Patents

Energieführungskette mit eigener energiequelle und kettenglied hierfür

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Publication number
EP4320369A1
EP4320369A1 EP22717205.3A EP22717205A EP4320369A1 EP 4320369 A1 EP4320369 A1 EP 4320369A1 EP 22717205 A EP22717205 A EP 22717205A EP 4320369 A1 EP4320369 A1 EP 4320369A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
chain
chain link
energy converter
converter
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Withdrawn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
EP22717205.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Habering
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.)
Igus GmbH
Original Assignee
Igus 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
Application filed by Igus GmbH filed Critical Igus GmbH
Publication of EP4320369A1 publication Critical patent/EP4320369A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16G—BELTS, CABLES, OR ROPES, PREDOMINANTLY USED FOR DRIVING PURPOSES; CHAINS; FITTINGS PREDOMINANTLY USED THEREFOR
    • F16G13/00—Chains
    • F16G13/12—Hauling- or hoisting-chains so called ornamental chains
    • F16G13/16—Hauling- or hoisting-chains so called ornamental chains with arrangements for holding electric cables, hoses, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16G—BELTS, CABLES, OR ROPES, PREDOMINANTLY USED FOR DRIVING PURPOSES; CHAINS; FITTINGS PREDOMINANTLY USED THEREFOR
    • F16G13/00—Chains
    • F16G13/02—Driving-chains
    • F16G13/06—Driving-chains with links connected by parallel driving-pins with or without rollers so-called open links
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G11/00—Arrangements of electric cables or lines between relatively-movable parts
    • H02G11/006—Arrangements of electric cables or lines between relatively-movable parts using extensible carrier for the cable, e.g. self-coiling spring
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems

Definitions

  • the invention relates generally to the field of movable line guides. It affects one in particular
  • Energy guiding chain for the dynamic guiding of lines, such as cables, hoses or the like, and a chain link for this.
  • Cable drag chains are used to protect cables between two connection points, of which at least one can be moved or moved relative to the other.
  • Energy chains typically consist of articulated and/or pivoted chain links that form a receiving space for the cables and can protect any type of flexible cable, e.g. cables for electrical power and/or signal supply or hoses for the supply of liquid or gaseous operating materials.
  • Energy guiding chains are usually provided as components of industrial machines and systems for supplying movable machine or system components, for the protected routing of at least one supply line, eg between a base or a fixed point and a driver that can move relative thereto. They serve to protect the supply lines routed in them from damage due to kinking or overstressing during the process and possibly also external influences.
  • Cable drag chains usually form a moving strand, a stationary strand and a deflection bend in between, which runs at half the speed of the moving strand.
  • the cables also in a wide variety of designs, are usually used to supply at least one mobile external consumer (outside the energy chain) with electricity, data and/or media, usually from one or more supply sources at a typically stationary connection point.
  • at least one mobile external consumer outside the energy chain
  • electricity, data and/or media usually from one or more supply sources at a typically stationary connection point.
  • cable drag chains have already been proposed, which have been expanded to include appropriate sensor and communication modules that intelligently
  • WO 2018/115528 A1 describes examples of such monitoring systems for energy chains.
  • values such as acceleration, speed, temperature and other required data can be recorded, which can be used in particular to calculate the minimum failure-free running time or to predict the service life, and transmitted wirelessly, as also in WO 2018/ 115528 A1 describe (cf. there to FIG.6A-FIG.9).
  • Devices of this type require electronics to implement the desired information and communication technology and must therefore be fed electrically or supplied with power.
  • a simple solution to this would be to use an additional supply line that is laid within the energy guiding chain.
  • the energy supply via supply lines makes retrofitting of sensors in existing energy guiding chain systems expensive and is not possible under all circumstances, e.g. if the receiving space of the energy guiding chain is already completely filled. Furthermore, such an additional supply line would also have to be renewed when it reaches its limited service life due to wear.
  • a power supply via energy storage or battery is relatively maintenance-intensive since batteries have to be replaced at regular intervals. In addition to high material and labor costs, this can lead to undesirably long downtimes of the system or machine, especially in large systems with many energy chains and multiple modules, i.e. it is impractical for applications with high availability.
  • a first object of the present invention is therefore to improve the power supply of such modules and sensors in such a way that the disadvantages mentioned above are at least partially eliminated or in such a way that an uncomplicated retrofitting of existing energy guiding chain installations with information and communication technology, in particular with sensors to record parameters or states or other IoT technology (Internet of Things).
  • an energy guiding chain having the features of claim 1 and also, independently thereof, by a chain link according to claim 2.
  • Cable drag chains are intended to lead cables to non-stationary, moving connection points.
  • a power transmission chain is thus intended to be moved at least in sections, in particular moved back and forth in alternation. The movement is typically carried out by the machine or system part to be supplied, which itself is moved depending on the application.
  • the present invention is based in particular on the basic idea, which appears simple in hindsight, of utilizing mechanical energy, in particular kinetic energy, occurring as intended within the energy chain, in particular in the moving strand and/or in the deflection bend, in order to be able to supply a consumer on or in the energy chain.
  • an energy converter is provided which is designed to convert mechanical energy, in particular kinetic energy of the energy guiding chain, which occurs when the energy guiding chain is moved as intended the energy chain is transferred to exploit and convert this mechanical or kinetic energy into electrical energy.
  • the mechanical or kinetic energy is typically transferred from the moving part of the machine or system to be supplied to the energy guiding chain.
  • the electrical energy generated in this way on or in the energy transmission chain itself can be used simply to supply the consumer provided on the energy transmission chain, depending on the application.
  • This surprisingly simple This approach makes it possible to generate electrical energy independently and with as little maintenance as possible, and to secure the electrical supply.
  • the energy guiding chain is thus designed or expanded to generate electrical energy itself and to feed it to one or more consumers, in particular consumers which are soz This eliminates the need to lay another supply line from one of the connection points to the consumer through the energy chain or to replace used batteries.
  • the energy converter can be particularly preferably designed to convert mechanical, in particular kinetic, energy into electrical energy.
  • any suitable electromechanical energy converter can be used for this purpose.
  • this is not mandatory, so, for example, another converter principle can also be used in addition or as an alternative, e.g. solar cells.
  • electromechanical energy converters are particularly preferred, with different principles known per se being usable on the energy chain for this purpose, e.g. rotary generators for converting rotary motion, particularly in the case of rolling roller chains, linear generators for utilizing the travel motion in the longitudinal direction, a shaking generator or vibration converter or similar so-called Energy harvesters, etc., piezoelectric converters are also conceivable.
  • a individual chain link according to claim 2 be equipped according to the invention so that it has an energy converter, which is designed to provide electrical energy to supply a consumer on or in the energy chain, ie possibly also on or in another chain link, can be used.
  • movable strand means the length section of the power transmission chain that is moved as intended, which depends on the travel path or the current position during the process is variable in length.
  • stationary or “resting” strand means the length section of the cable drag chain in a momentary consideration, which is stationary compared to the movable strand. In principle, however, depending on the application, both ends or strands of the chain can also be moved traveling or moving transition between the strands, in which the swiveling chain links are deflected while maintaining the predetermined minimum radius to protect the cables.
  • the energy guiding chain can have at least one sensor module as a consumer for implementing predictive maintenance or avoiding failures.
  • the sensor module can be designed to record at least one operating parameter, such as the distance traveled up to now or the number of driving cycles, the travel speed, the temperature, etc. It is preferred that at least one sensor module is designed for wireless communication with a higher-level monitoring system, such as a cloud system or the like. Such a From the transmitted operating parameters, the monitoring system can determine or calculate an expected remaining service life of the energy chain and/or of the individual chain link in order to enable predictive or anticipatory maintenance and to optimize the use of the service life.
  • a wirelessly communicating sensor module is supplied with electrical energy by the energy converter, the sensor module can be operated completely independently and maintenance-free.
  • the energy converter can, in particular, with interruptions, e.g. only when the
  • the invention is particularly advantageous in connection with wirelessly communicating sensor modules, since neither maintenance-prone supply lines nor batteries to be replaced are necessary and in particular the intensity of the usable mechanical or kinetic energy inherently increases with the wear of the energy chain due to movement wear. Reliability of the power supply in critical applications is then inherent.
  • the energy converter is designed in the form of a rotary generator based on the principle of electromagnetic induction.
  • the rotary generator is operatively connected to an assigned roller or arranged on it and can use the rotational movement or rotational energy of the roller.
  • the rotary generator preferably has an induction winding that is stationary on the chain link and to which at least one excitation magnet is attached the roller interacts.
  • several permanent magnets can preferably be integrated into the roller and interact with at least one induction coil attached to the side plate of the chain link.
  • This solution can be implemented in a compact and robust manner and allows a relatively high energy yield.
  • several permanent magnets are provided over the circumference of the impeller on this, preferably an even number with alternating pole directions in the circumferential direction and/or on the outside of the circumference.
  • individually distributed magnets for example, a round magnet with different pole areas can also be used as a rotor, but distributed individual magnets save weight and can be more easily integrated into existing rollers or retrofitted.
  • the rotary generator but also the excitation magnets on the side bracket and / or
  • Induction coil may be provided on the impeller. It is also conceivable to use electromagnets instead of or in addition to permanent magnets, possibly also using the dynamo-electric principle.
  • sensors for measuring operating parameters can also be integrated into such a rotary generator.
  • the distance covered by the roller assigned to the rotary generator can be determined, for example in the form of the speed, and transmitted wirelessly to at least one processing electronic system.
  • a measurement of the current previously generated by the rotary generator also provides a valuable Information, because this is directly dependent on the distance covered by the respective roller chain link and can therefore also be used to estimate the remaining service life of the energy guiding chain or its parts.
  • Another embodiment of the device according to the invention - which is also suitable, for example, for self-supporting energy chains - provides for an electrical generator, in particular based on the principle of an electrical linear generator, to interact with a number of magnets distributed along the length of the chain.
  • an effective conversion of kinetic energy of the energy guiding chain into electrical energy can be achieved in particular when moving through the magnets in the induction coil of the energy converter.
  • the magnets can form a linear generator with the winding(s) of the energy converter.
  • a number of magnets, preferably permanent magnets can be provided as a stator, e.g. Alternatively or additionally, a number of permanent magnets and/or electromagnets can be provided on a bracket arranged laterally to the energy transmission chain, such as a side wall of a guide trough.
  • Energy yield several energy converter units with respective induction windings can also be distributed along the length of the chain, preferably in the area of the driver-side first third of the chain, which typically performs the longest movement strokes.
  • solutions are advantageous which convert the mechanical or kinetic energy as much as possible wear-free and without contact via an induction coil, so that the energy converter itself can be operated with little or no maintenance.
  • the sensor module can have at least one integrated
  • each permanent magnet can be provided on every nth chain link, in particular on the transverse link or separating link of a chain link of the energy transmission chain.
  • the arrangement of the permanent magnets on the outside of a transverse web facing the other strand is particularly efficient in order to minimize the distance between the permanent magnets and the induction coil and to increase the magnetic flux.
  • the permanent magnets can preferably be arranged in the area of the last third of the stationary strand on the driver side, so that the energy converter crosses the permanent magnets as often as possible.
  • the induction coil is preferably also attached to one or more transverse webs, preferably outside of the accommodation space for the lines, for example with a coil axis perpendicular to the longitudinal direction and parallel to the side straps.
  • the energy converter can comprise a vibration energy converter or a type of shaking generator, which converts the kinetic energy of the moving strand.
  • the energy converter can be attached, for example, to a moving end region of the first run on the driver side.
  • the vibration energy converter can in particular be comparatively small, for example as a so-called energy harvester, and possibly also micromechanically.
  • an oscillating energy converter has at least one induction coil and at least one permanent magnet as an exciter, which is mounted in a freely oscillating manner by a bearing unit.
  • the bearing unit can in particular comprise at least one spring element for the resilient mounting of the permanent magnet.
  • a bar magnet for example, can be mounted in a tubular guide with play as a permanent magnet.
  • Oscillating energy converters can be produced by reciprocating movement of the energy transmission chain, e.g. vibration of the permanent magnet in the longitudinal direction of the
  • Combinations of one are also conceivable as converters
  • Mechanical drive device with a flywheel similar to a wristwatch mechanism, which drives a compact rotary generator so that electricity can be generated comparatively constantly between driving cycles.
  • the centrifugal mass can in particular be mounted in such a way that it is actuated or deflected again each time the chain link pivots in the deflection curve.
  • the energy converter can comprise a piezoelectric component, which is provided for generating voltage from mechanical pressure.
  • the piezo component can be arranged between interacting stops of adjacent chain links.
  • this can alternatively or preferably in addition to the already mentioned embodiments, such as the vibration energy converter, include a solar cell for generating electrical energy, so that electrical energy can be generated by the solar cell even when the energy supply chain is at a standstill.
  • an energy converter can thus be designed in the form of a solar cell attached to a chain link of the energy transmission chain or to a sensor module.
  • it can be advantageous to provide energy converters only in the form of solar cells, so that there is no conversion of kinetic energy into electrical energy. This can be an advantage, for example, in installation environments in which a particularly low weight of the energy chain is required, so that a kinetic energy converter would be disadvantageous due to its own weight caused by permanent magnets and other electromechanical components and if, for example, in applications in which no magnetic elements may be used, so that the use of an induction generator is not possible.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention can be an electrical energy storage unit, in particular an accumulator or a capacitor store, in order to store electricity that is discontinuously generated by the energy converter for the required supply of the or a consumer.
  • One embodiment of the device according to the invention provides a sensor module for detecting an operating parameter of the energy chain, which is connected to the energy converter for the power supply and/or in which the energy converter for the power supply is integrated, the sensor module preferably comprising the energy storage unit and this via a charging circuit connected to the energy converter.
  • the sensor module preferably comprising the energy storage unit and this via a charging circuit connected to the energy converter.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the sensor module is supplied exclusively by the one or more energy converters and interacts wirelessly with a monitoring system and/or wirelessly with a portable terminal device, with the sensor module preferably comprising at least one acceleration sensor, one temperature sensor and one radio data transmission unit ,
  • the radio data transmission in particular via Bluetooth, Wi-Fi or mobile data network such as LTE can be done.
  • FIG. 1A and 1B a sketched cross section of an embodiment of an energy guiding chain according to the invention, which has an energy converter, wherein FIG. 1A is a cantilevered moveable strand, and FIG. 1B show a sliding movable strand;
  • FIG. IC a basic diagram of an embodiment of an energy converter used with the energy guiding chain according to the invention with an integrated induction coil and an integrated sensor;
  • FIG. ID shows a perspective view of a chain link of an embodiment with two permanent magnets attached to a crossbar;
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section of an embodiment of an energy guiding chain according to the invention with a self-supporting upper strand
  • FIG. 3A cross section of an embodiment with a vibration energy converter, an additional module and a sensor module
  • FIG. 3B is a schematic diagram of a vibrational energy converter as shown in FIG. 3A;
  • FIG. 4 shows a longitudinal section of two pivotally connected chain links with an energy converter in the form of a piezo element
  • FIG. 5A-5B Two particularly preferred exemplary embodiments with a side plate of a roller chain link of a roller chain with a rotary generator as an energy converter, in cross section (FIG. 5A) and in a perspective view
  • FIG. 6 shows a basic diagram of an energy guiding chain according to the invention, which has energy converters in the form of solar cells.
  • an energy transmission chain is shown only schematically and is generally denoted by 1.
  • the energy guiding chain 1 has chain links 2 which can be pivoted in one plane and which can be of a type known per se.
  • the energy guiding chain 1 can be divided into a movable strand 11 and a stationary or stationary strand 12 .
  • the strands 11, 12 have a variable length depending on the travel position and are connected by a deflection bend 15, which changes its position as the movable strand 11 moves.
  • the energy guiding chain 1 is composed of a large number of individual chain links 2 which are movably connected to one another and provide a receiving space 7 .
  • Energy guiding chain 1 each have end attachments 5A, 5B, namely a stationary end attachment 5A
  • the energy supply chain 1 has its own electrical generator as an energy converter 18.
  • the energy supply chain 1 has a cantilevered movable strand 11 (FIG.1A, FIG.2), or a sliding or rolling strand 11 (FIG. 1B).
  • Permanent magnets 4 and/or electromagnets are attached to a number of the chain links 2 of the stationary run 12 as excitation magnets for generating electricity through electromagnetic induction by means of an induction winding or
  • Induction coil 8 of the energy converter 18 is provided.
  • the permanent magnets 4 form in FIG.1A-1D and FIG.2 with the energy converter 18 a linear electrical induction generator.
  • the position of the energy converter 18, which includes at least one induction coil, within the movable strand is shown in FIGS. 1A and 1B are only indicated as examples and should always be selected depending on the travel path, e.g. in the area of the driver-side first third of the energy guiding chain near the driver 5B. So the energy converter 18 can
  • FIG. 1B describes a further embodiment of the energy guiding chain 1 according to the invention as shown in FIG. 1A.
  • the essential difference to that in FIG. 1A is that the movable strand 11 rests on the stationary strand 12 and slides over it, i.e. the distance between the induction coil 8 and the permanent magnets 4 is reduced.
  • FIG. IC shows an energy self-sufficient assembly, as in the in FIG. 1A and 1B shown embodiment of the energy guiding chain according to the invention can be used. This is designed to expand an energy chain with additional functions, in particular IoT functions or sensor technology for status or
  • a sensor module 10 which in particular determines operating parameters such as temperature or material conditions of the energy guiding chain 1, e.g. the state of wear, and transmits them to a higher-level monitoring unit, in particular wirelessly.
  • the induction coil 8 is connected to a conversion unit 9 .
  • the conversion unit 9 is equipped with rectifier, smoothing electronics and the like for converting the current induced by the at least one induction coil 8 in order to feed the at least one sensor module 10 or an electrical energy store for supplying the sensor module 10 .
  • FIG. ID shows a chain link 2 according to WO 2018/115528 A1.
  • the chain link 2 has two permanent magnets 4 attached to one of the non-releasably and/or releasably attached transverse webs 6.
  • the permanent magnets 4 can be subsequently attached to the transverse webs 6 by means of a magnet holder 21, e.g installation is enabled.
  • the induction coil 8 can also be fastened to the chain link using a correspondingly dimensioned holder in the form of an injection molded part (not shown).
  • FIG. 2 A further embodiment of an energy guiding chain 1 with an energy converter 18 is shown in FIG. 2 shown with a cantilevered upper run 11.
  • the movable upper run 11 of the energy guiding chain 1 runs along a Support rail 16 in the longitudinal direction.
  • the rail 16 has a large number of permanent magnets 4 and/or electromagnets, which interact with the energy converter 18 in the movable strand 11 of the energy chain 1 as it moves, whereby a voltage is induced in the induction coil 8 provided in the energy converter 18 .
  • a further embodiment provides for the use of a second, structurally identical mounting rail 16 on the opposite side. This increases the number of magnets 4 to achieve higher magnetic flux.
  • FIG. 3A shows a cross section of an embodiment of an energy guiding chain 1 according to the invention with an alternative energy converter in the form of a vibration energy converter 14 for supplying a sensor module 10, e.g. preferably via a chargeable capacitor store (not shown).
  • the sensor module 10 of FIG. 3A detects wear in the pivot pin connection between two selected chain links.
  • the vibration energy converter 14 also supplies an additional module 17 with at least one integrated circuit, which among other things
  • Sensor module 10 processes data generated and preferably transmits it wirelessly to a monitoring unit, e.g. via WLAN, Bluetooth, or the like.
  • the vibration energy converter 14 and the modules 17 and 10 each have a crossbar mount 30 on the top and bottom for attachment to the crossbars 6
  • the energy converter 14 and the modules 17 and 10 are fastened between the transverse webs 6 in the receiving space 7 in a manner similar to known separating webs and are distributed here, for example, over three chain links, with a more compact design also being possible, for example a sensor module
  • vibration energy converter 14 which is completely included in a single chain link or z whose cross bar is attached.
  • FIG. 3B An exemplary energy converter in the form of a vibrational energy converter 14 is shown in FIG. 3B shown in a principle sketch.
  • the vibrational energy converter 14 comprises a permanent magnet 32, e.g. in the form of a strong neodymium
  • Bar magnets, two coil springs 33 and an induction coil 31 are each attached with one of their ends to a holding point 34 and the respective free end is attached to the bar magnet 32, so that the bar magnet 32 occurs after a
  • the bar magnet 32 is mounted in a tubular or hollow-cylindrical guide 35 so that it can be displaced axially without friction. This arrangement can with the
  • the guide axis of the bar magnet 32 or the hollow-cylindrical guide 35 can be arranged in particular parallel to the direction of travel of the movable strand 11, as indicated in FIG. 3A, or perpendicular to the direction of travel of the movable strand 11.
  • the bar magnet 32 is caused to vibrate by moving back and forth, by pivoting in the deflection bend 15 and/or by vibration or oscillations of the movable strand 11 .
  • the movement axis can be arranged in such a way that the deflection of the chain link 2 in the deflection bend 15 leads to the oscillation of the bar magnet 32 .
  • the energy converter 14 should be provided at a longitudinal position of the energy guiding chain 1 at which the chain link experiences the most frequent movement, e.g. in the middle area of the chain length.
  • the kinetic energy when moving back and forth in the longitudinal direction of the energy guiding chain 1 be used close to the driver 5B.
  • FIG. 4 schematically shows an embodiment of an energy converter integrated into the chain link connection according to DE29607492U1 of a first chain link 41 and a second chain link 42.
  • the energy converter is formed by a deformable piezoelectric element 40 that is placed in a stop and protrudes, for example, on an upper or lower stop surface 45, 46 of the stop 44.
  • the piezoelectric element 40 is subjected to pressure through the upper or lower stop surface 45, 46 by the counter stop of the other chain link 41, whereby a tension is generated in this.
  • FIG. 5A-5B a side flap 3 is shown in a cross section.
  • This side link corresponds to the principle of a chain link 2 of a rolling power transmission chain 1, which is particularly suitable for long travel distances.
  • the chain link 2, in FIG. 5A e.g. according to WO 99/57457 A1, is composed of two opposite side plates 3 connected via two transverse webs (detachable here, not shown).
  • the movable strand 11 of an energy guiding chain 1 according to WO 99/57457 A1 moves with rollers 53 on a running surface on the narrow sides of the stationary lower strand of the stationary strand 12 in order to reduce the required tensile force or increase the maximum usable length, i.e. to enable greater travel distances .
  • the rollers 53 are mounted about an axis of rotation, which is in the lateral direction, in particular perpendicular to the plane that is spanned by the longitudinal direction of the energy guiding chain 1 and the vertical direction of the side plate 2 .
  • FIG. 5A-5B show an inventive development of a rolling energy guiding chain 1 or side link 3 with rollers 53.
  • This development provides an energy converter in the form of a rotary generator 50, here with excitation magnets 51 on the roller 53 and at least one induction coil 52 on the side link 2 - another, for example, inverted arrangement being conceivable .
  • the rotary generator 50 generates electricity using the rotary movement of the rollers 53.
  • the rotary generator 50 does not have a rotary magnet, but rather several individual, strong permanent magnets distributed over the circumference of the roller 53 as excitation magnets 51, for example neodymium magnets.
  • the excitation magnets 51 are attached to the roller 53, preferably in an even number with alternating pole directions.
  • the induction coil 52 is attached to the inner surface 54 of the side plate 3 in the receiving space 7 of the chain link 2 .
  • the excitation magnets 51 are aligned with their main direction of the magnetic field parallel to the axis of rotation of the roller 53 .
  • the induction coil 52 is provided in a prefabricated receptacle in the chain link 2 in order to reduce the distance between the exciter magnet 51 and the induction coil 52 . This allows the magnetic flux to increase and thus leads to an increase in the induced current.
  • the receptacle 55 is prefabricated with the side flap 3, which is preferably made of plastic using an injection molding process and thus forms an electrically insulating receptacle 55. In contrast to FIG.
  • the field magnets 51 in FIG. 5B are aligned with their pole directions or the main magnetic flux radially with respect to the axis of rotation of the roller 53.
  • An even number of excitation magnets 51 here for example six excitation magnets 51 each at an angular distance of 60°, is preferably distributed evenly around the circumference and provided with alternating poles towards the induction winding 52.
  • FIG. 5B also shows only one induction coil 52, although a plurality of induction coils 52 can also be provided adjacent to the circumference of the impeller.
  • the assembly of the arrangement according to FIG. 5B does not require any significant volume within the receiving space 7 and allows retrofitting of roller chains that are known per se.
  • FIG. 6 shows another embodiment of a roller chain with rollers 53 with one or more rotary generators 50
  • the solar cells 63 generate electricity as long as they are exposed to at least one light source.
  • Solar cells 63 can be added to a electromechanical generator, for example an oscillating energy converter according to FIG.3A-3B, in order to charge the energy store, if present, even when the energy chain 11 is at rest, if, for example, the sensor module 10 is to be able to transmit information even when at rest.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energieführungskette (1) zur Führung von Leitungen, wie Kabeln, Schläuchen oder dergleichen, zwischen zwei Anschlusspunkten, von denen wenigstens einer relativ zum anderen verfahrbar ist. Erfindungsgemäß weist die Energieführungskette (1) einen Energiewandler (14; 18; 40; 50) auf, welcher ausgeführt ist um mechanische Energie, insbesondere kinetische Energie, der Energieführungskette (1) beim Verfahren der Energieführungskette (1), insbesondere des verfahrbaren ersten Trums (11) und/oder des Umlenkbogens (15), in elektrische Energie umzuwandeln, und welcher zur Versorgung des Verbrauchers mit diesem verbunden bzw. verbindbar ist.

Description

Energieführungskette mit eigener Energiequelle und
Kettenglied hierfür
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der beweglichen Leitungsführungen. Sie betrifft insbesondere eine
Energieführungskette zur dynamischen Führung von Leitungen, wie Kabeln, Schläuchen oder dergleichen, und ein Kettenglied hierfür .
Energieführungskette dienen zum Schutz von Leitungen zwischen zwei Anschlusspunkten, von denen wenigstens einer relativ zum anderen beweglich bzw. verfahrbar ist. Energieführungsketten bestehen typisch aus gelenkig und/oder schwenkbar miteinander verbundenen Kettengliedern, die einen Aufnahmeraum für die Leitungen bilden und können jegliche Art flexibler Leitung schützen, z.B. wie Kabel zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalversorgung oder Schläuche zur Versorgung mit flüssigen oder gasförmigen Betriebsmitteln .
Energieführungsketten werden meist als Bestandteile von Industriemaschinen und -anlagen zum Versorgen beweglicher Maschinen- bzw. Anlagenbestandteile vorgesehen, zum geschützten Führen mindestens einer Versorgungsleitung, z.B. zwischen einer Basis bzw. einem Festpunkt und einem dazu relativbeweglichen Mitnehmer. Sie dienen dem Schutz der darin geführten Versorgungsleitungen, vor Beschädigungen durch Abknicken bzw. Überbeanspruchung beim Verfahren und ggf. auch äußeren Einflüssen. Energieführungsketten bilden meist ein bewegliches Trum, ein stationäres Trum und dazwischen einen Umlenkbogen, welcher mit der halben Geschwindigkeit des beweglichen Trum fährt.
Es sind Energieführungsketten unterschiedlichster Bauweisen bekannt. Gleitende oder abrollende Varianten von Energieführungsketten, bei welchen das bewegte Obertrum auf dem ruhenden Untertrum bzw. einer Gleitschiene gleitet oder abrollt, werden insbesondere bei relativ langen
Verfahrwegen, z.B. in Hafenkränen genutzt. Bei kürzeren Verfahrwegen werden oft freitragende Energieführungsketten genutzt, mit einem freitragenden bewegten Trum.
Die geführten Leitungen, ebenfalls in verschiedensten Bauarten, dienen in aller Regel zur Versorgung mindestens eines beweglichen externen Verbrauchers (außerhalb der Energieführungskette) mit Strom, Daten und/oder Medien, meist ausgehend von einer oder mehreren Versorgungsquellen an einem typisch stationären Anschlusspunkt. Im Zuge der intelligenten Vernetzung von Maschinen und
Abläufen in der Industrie mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnologie („Industrie 4.0") und dem damit verbundenen Bestreben nach zusätzlicher Funktionalität und der Optimierung von Prozessen werden in vielen Bereichen, vor allem in der industriellen Produktion, Neuerungen umgesetzt. Ein Beispiel hierfür sind Überwachungssysteme, insbesondere kabellose Überwachungssysteme, die in bisher nicht überwachte wartungsanfällige Bauteile von z.B. Fertigungslinien integriert werden. In diesem Kontext wurde bereits vorgeschlagen, eine Energieführungskette selbst um zumindest einen zur Überwachung dienenden Verbraucher elektrischer Energie zu erweitern, der an oder in der Energieführungskette angeordnet ist.
Konkret sind bereits Energieführungsketten vorgeschlagen worden, welche um entsprechende Sensor- und Kommunikationsmodule erweitert wurden, die intelligente
Funktionen im Sinne der Industrie 4.0 bieten, insbesondere zur Überwachung des Betriebs und/oder zur Bestimmung von Wartungsintervallen bzw. zur präventiven Wartung.
Die WO 2018/115528 Al beschreibt Beispiele derartiger Überwachungssysteme für Energieführungsketten. Am Markt erhältlich ist z.B. unter der Handelsbezeichnung EC.M angebotene Modul der Firma igus GmbH, D-51147 Köln. Mit diesem Modul zum Erstausrüsten oder Nachrüsten von Energieführungsketten können Werte wie die Beschleunigung, Geschwindigkeit, Temperatur und weitere benötigte Daten erfasst werden, welche insbesondere zur Berechnung der ausfallfreien Mindestlaufzeit bzw. zur Lebensdauervorhersage verwendbar sind, und drahtlos übermittelt werden, wie auch in WO 2018/115528 Al beschreiben (vgl. dort zu FIG.6A- FIG.9).
Derartige Vorrichtungen benötigen Elektronik zur Realisierung der gewünschten Informations- und Kommunikationstechnik und müssen somit elektrisch gespeist bzw. mit Leistung versorgt werden. Eine einfache Lösung hierzu wäre eine Speisung durch eine zusätzliche Versorgungsleitung, die innerhalb der Energieführungskette verlegt wird.
Denkbar ist auch ein eigener Energiespeicher im Modul, wie in WO 2018/115528 Al vorgeschlagen, um kabelgebundene Stromversorgung zu vermieden. Als Energiespeicher kommen dabei z.B. Batterien in Betracht.
Die Energieversorgung über Versorgungsleitungen macht ein Nachrüsten von Sensoren in bestehende Energieführungsketten- Systeme aufwendig und ist nicht unter allen Umständen, z.B. wenn der Aufnahmeraum der Energieführungskette schon vollständig befüllt ist, möglich. Des Weiteren müsste auch eine solche zusätzliche Versorgungsleitung ebenfalls erneuert werden, wenn sie ihre verschleißbedingt begrenzte Lebensdauer erreicht. Auch eine Stromversorgung via Energiespeicher bzw. Batterie ist relativ wartungsaufwendig da Batterien in regelmäßigen Abständen erneuert werden müssen. Dies führt nebst hohen Material- und Arbeitskosten, insbesondere bei großen Systemen mit vielen Energieführungsketten und jeweils mehreren Modulen zu ggf. unerwünscht langen Ausfallzeiten der Anlage bzw. Maschine, d.h. ist für Anwendungen mit hoher Verfügbarkeit unpraktikabel.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Stromversorgung solcher Module und Sensoren dahingehend zu verbessern, dass die oben genannten Nachteile zumindest teilweise behoben werden bzw. dahingehend, dass eine unkomplizierte Nachrüstung von bereits bestehenden Energieführungsketten-Installationen mit Informations- und Kommunikationstechnologie, insbesondere mit Sensorik zur Erfassung von Parametern bzw. Zuständen oder sonstiger IoT- Technik (Internet-of-Things), ermöglicht wird.
Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung durch eine Energieführungskette mit den Merkmalen aus Anspruch 1 und weiterhin, unabhängig hiervon durch ein Kettenglied nach Anspruch 2. Energieführungsketten sind dazu vorgesehen Leitungen zu nicht ortsfesten, bewegten Anschlussstellen zu führen. Eine Energieführungskette wird bestimmungsgemäß somit zumindest abschnittsweise bewegt, insbesondere alternierend hin- und herbewegt. Die Bewegung erfolgt typisch durch den zu versorgenden Maschinen- oder Anlagenteil, welcher selbst anwendungsabhängig bewegt wird.
Die vorliegende Erfindung beruht insbesondere auf dem im Nachhinein einfach erscheinenden Grundgedanken, bestimmungsgemäß auftretende mechanische, insbesondere kinetische Energie innerhalb der Energiekette, insbesondere im bewegten Trum und/oder im Umlenkbogen auszunutzen, um einen Verbraucher an oder in der Energiekette versorgen zu können. Beruhend auf dieser Erkenntnis wird bei einer gattungsgemäßen Energieführungskette nach dem Oberbegriff aus Anspruch 1 gemäß einem ersten Kernaspekt der Erfindung vorgeschlagen, dass ein Energiewandler vorgesehen ist, welcher ausgeführt ist, um mechanische Energie, insbesondere kinetische Energie der Energieführungskette, die beim bestimmungsgemäßen Verfahren der Energieführungskette auf die Energieführungskette übertagen wird auszunutzen und diese mechanische bzw. kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die mechanische bzw. kinetische Energie wird typisch von dem zu versorgenden beweglichen Teil der Maschine oder Anlage auf die Energieführungskette übertragen .
Die so an bzw. in der Energieführungskette selbst erzeugte elektrische Energie kann einfach zur Versorgung des anwendungsabhängig an der Energieführungskette vorgesehenen Verbrauchers genutzt werden. Dieser überraschend einfache Ansatz erlaubt es, autark und möglichst wartungsfrei elektrische Energie zu erzeugen bzw. die elektrische Versorgung zu sichern.
Gemäß einem Kerngedanken der Erfindung ist somit die Energieführungskette dazu ausgebildet bzw. erweitert, selbst elektrische Energie zu erzeugen und mit dieser einen oder mehrere Verbraucher zu speisen, insbesondere Verbraucher welche soz. als „interne Verbraucher" in oder an der Energieführungskette angeordnet bzw. mitfahrend angeordnet sind. Damit entfällt die Notwendigkeit, eine weitere Versorgungsleitung von einem der Anschlusspunkte zum Verbraucher durch die Energiekette zu verlegen bzw. die Notwendigkeit eines Austauschens aufgebrauchter Batterien.
Der Energiewandler kann dabei besonders bevorzugt gestaltet sein um mechanische, insbesondere kinetische, in elektrische Energie umzuwandeln. Dazu kann grundsätzlich jeder geeignete elektromechanische Energiewandler genutzt werden. Dies ist jedoch nicht zwingend, so kann z.B. auch ergänzend oder alternativ ein anderes Wandler-Prinzip genutzt werden, z.B. Solarzellen.
Besonders bevorzugt sind jedoch elektromechanische Energiewandler, wobei hierzu unterschiedliche an sich bekannte Prinzipien an der Energiekette nutzbar sind, z.B. Drehgeneratoren zur Umwandlung von Drehbewegung, insbesondere bei abrollenden Rollenketten, Linear- Generatoren zur Ausnutzung der Fahrbewegung in Längsrichtung, ein Schüttelgenerator bzw. Schwingungswandler oder ähnliche sog. Energy-Harvester, usw. auch piezoelektrische Wandler sind denkbar. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann somit ein einzelnes Kettenglied nach Anspruch 2 erfindungsgemäß so ausgestattet sein, dass es einen Energiewandler aufweist, welcher ausgeführt ist um elektrische Energie bereitzustellen die zur Versorgung eines Verbrauchers an oder in der Energieführungskette, d.h. ggf. auch an oder in einem anderen Kettenglied, nutzbar ist.
Im Folgenden bezeichnet „Vorrichtung" zur Verkürzung entweder eine Energieführungskette oder ein Kettenglied, wobei die Mehrzahl der erwähnten Merkmale dann für beide gleichermaßen gelten. Der Begriff bewegliches Trum meint den bestimmungsgemäß bewegten Längenabschnitt der Energieführungskette, welcher in Abhängigkeit des Verfahrweges bzw. der Momentanstellung beim Verfahren variabel lang ist. Der Begriff stationäres bzw. ruhendes Trum meint den Längenabschnitt der Energieführungskette in Momentanbetrachtung, welcher gegenüber dem beweglichen Trum ruht. Im Prinzip können, je nach Anwendung, jedoch auch beide Enden bzw. Trume der Kette bewegt werden. Der Umlenkbogen bezeichneten den mitfahrenden bzw. beweglichen Übergang zwischen den Trumen, in welchem die schwenkbaren Kettenglieder unter Einhaltung des vorbestimmten minimalen Radius zum Schutz der Leitungen umgelenkt werden.
In einer Ausführungsform kann die Energieführungskette als Verbraucher zumindest ein Sensormodul zur Realisierung prädiktiver Wartung bzw. Vermeidung von Ausfällen aufweisen. Das Sensormodul kann insbesondere zur Erfassung mindestens eines Betriebsparameters, wie z.B. der bisher gefahrenen Strecke oder Anzahl Fahrzyklen, der Verfahrgeschwindigkeit, der Temperatur, usw. ausgebildet sein. Bevorzugt ist, dass zumindest ein Sensormodul zur drahtlosen Kommunikation mit einem übergeordneten Überwachungssystem, wie z.B. einem Cloudsystem oder dgl., ausgeführt ist. Ein solches Überwachungssystem kann aus übermittelten Betriebsparametern eine zu erwartende Restlebensdauer der Energiekette und/oder des einzelnen Kettengliedes bestimmen bzw. berechnen um dadurch eine prädiktive bzw. vorausschauende Wartung zu ermöglichen und die Nutzung der Lebensdauer zu optimieren.
Wenn ein drahtlos kommunizierendes Sensormodul durch den Energiewandler mit elektrischer Energie versorgt wird, kann das Sensormodul vollkommen autark und wartungsfrei betrieben werden. Der Energiewandler kann insbesondere mit Unterbrechungen, z.B. nur bei Bewegung der
Energieführungskette, oder weitgehend unterbrechungsfrei z.B. über einen an das Sensormodul angeschlossenen und über den Energiewandler aufgeladenen Kondensator oder Akkumulator den Verbraucher, z.B. das Sensormodul, versorgen. In Verbindung mit drahtlos kommunizierenden Sensormodulen ist die Erfindung besonders vorteilhaft, da weder wartungsanfällige Versorgungsleitungen noch auszutauschende Batterien nötig sind und insbesondere die Intensität der nutzbaren mechanischen bzw. kinetischen Energie inhärent mit der Abnutzung der Energiekette durch Bewegungsverschleiß steigt. Zuverlässigkeit der Energieversorgung in kritischen Anwendungen ist dann inhärent gegeben.
Eine besonders bei abrollenden Energieführungsketten für lange Verfahrwegen vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Energiewandler in Form eines Drehgenerators nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion ausgeführt ist. Der Drehgenerator ist mit einer zugeordneten Laufrolle wirkverbunden bzw. an dieser angeordnet und kann die Drehbewegung bzw. Rotationsenergie der Laufrolle nutzen. Der Drehgenerator hat vorzugsweise eine am Kettenglied ortsfeste Induktionswicklung, mit der mindestens ein Erregermagnet an der Laufrolle zusammenwirkt. Dazu können vorzugsweise mehrere Permanentmagneten (Dauermagneten) in die Laufrolle integriert sein und mit mindestens einer an der Seitenlasche des Kettenglieds angebrachten Induktionsspule Zusammenwirken. Diese Bauweise erlaubt bei geeigneten Seitenlaschen mit Rollenketten u.a. auch ein Nachrüsten durch Austausch der Rolle und Montage einer Spuleneinheit. Diese Lösung lässt sich kompakt und robust realisieren und erlaubt eine relativ hohe Energieausbeute. Bevorzugt sind dabei mehrere Permanentmagneten über den Umfang des Laufrads an diesem gleichverteilt vorgesehen, vorzugsweise eine geradzahlige Anzahl mit in Umfangsrichtung alternierenden Polrichtungen und/oder außen am Umfang. Alternativ zu einzelnen verteilten Magneten kann z.B. auch ein Rundmagnet mit unterschiedlichen Polbereichen als Rotor zum Einsatz kommen, verteilte Einzelmagnete sparen jedoch Gewicht und können ggf. leichter in bestehende Laufrollen integriert bzw. nachgerüstet werden.
Alternativ können beim Drehgenerator jedoch auch die Erregermagneten an der Seitenlasche und/oder
Induktionsspule (n) am Laufrad vorgesehen sein. Denkbar ist auch die Verwendung von Elektromagneten anstelle von oder ergänzend zu Permanentmagneten, ggf. unter auch Anwendung des dynamoelektrischen Prinzips. In einen derartigen Drehgenerator können zugleich auch Sensoren zur Messung von Betriebsparametern integriert werden. Die zurückgelegte Weglänge der dem Drehgenerator zugeordneten Laufrolle lässt sich z.B. in Form der Drehzahl, ermitteln und kabellos, an zumindest eine verarbeitende Elektronik übermitteln. Auch eine Messung des bisher vom Drehgenerator erzeugten Stroms liefert eine wertvolle Information, denn dieser steht in direkter Abhängigkeit der zurückgelegten Wegestrecke des jeweiligen Rollenkettenglieds und kann somit ebenfalls zur Abschätzung einer Restlebensdauer der Energieführungskette bzw. ihrer Teile verwendet werden.
Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung - welche z.B. auch für freitragende Energieführungsketten geeignet ist - sieht vor, einen elektrischen Generator, insbesondere nach dem Prinzip eines elektrischen Lineargenerators, mit einer Anzahl entlang der Kettenlänge verteilten Magneten Zusammenwirken zu lassen. Hierzu kann insbesondere beim Verfahren durch die Magneten in der Induktionsspule des Energiewandlers eine effektive Umwandlung kinetischer Energie der Energieführungskette in elektrische Energie erzielt werden. Die Magneten können mit der bzw. den Wicklungen des Energiewandlers einen Lineargenerator bilden. Hierzu kann als Stator z.B. zumindest an einem Längsabschnitt der Energieführungskette, insbesondere in der Längshälfte hin zum Festpunkt des stationären Trums, eine Anzahl Magneten, vorzugsweise Permanentmagneten, vorgesehen sein. Alternativ oder ergänzend kann eine Anzahl Permanent- und/oder Elektromagneten an einer seitlich zur Energieführungskette angeordneten Halterung, wie z.B. einer Seitenwand einer Führungsrinne, vorgesehen sein. Zur Erhöhung der
Energieausbeute können auch mehrere Energiewandler-Einheiten mit jeweiligen Induktionswicklungen verteilt entlang der Kettenlänge angeordnet sein, vorzugsweise im Bereich des mitnehmerseitigen ersten Drittels der Kette, welches typisch die längsten Bewegungshübe ausführt.
Grundsätzlich sind Lösungen vorteilhaft, welche die Wandlung der mechanischen bzw. kinetischen Energie möglichst verschleißfrei und berührungslos über eine Induktionsspule bewirken, sodass der Energiewandler selbst wartungsarm oder vollständig wartungsfrei betrieben werden kann.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Sensormodul zumindest eine integrierte
Induktionsspule zur Stromerzeugung durch elektromagnetische Induktion aufweisen. Durch eine derartige integrierte Bauweise kann eine einfache Installation und eine unkomplizierte Nachrüstbarkeit in bestehende Energieketteninstallationen gewährleistet werden, weil lediglich die Permanentmagnete und das zumindest eine Sensormodul an einer Energiekette angebracht werden müssen, ohne Notwendigkeit einer zusätzlichen Verkabelung .
In einer Ausführungsform mit Permanentmagneten die an der Energieführungskette angebracht sind, kann jeder Permanentmagnet jeweils an jedem n-ten Kettenglied insbesondere an Quersteg oder Trennsteg eines Kettengliedes der Energieführungskette vorgesehen sein. Besonders effizient ist dabei die Anordnung der Permanentmagnete an der dem anderen Trum zugewandten Außenseite eines Querstegs zur Minimierung des Abstandes der Permanentmagnete zur Induktionsspule und zur Erhöhung des Magnetflusses. Zur weiteren Erhöhung der Energieausbeute können die Permanentmagneten vorzugsweise im Bereich des mitnehmerseitigen letzten Drittels des stationären Trums angeordnet sein, sodass der Energiewandler die Permanentmagnete möglichst häufig überquert. Die Induktionsspule ist dabei bevorzugt ebenfalls an einem oder mehreren Querstegen, vorzugsweise außerhalb des Aufnahmeraums für die Leitungen angebracht, z.B. mit einer Spulenachse senkrecht zur Längsrichtung und parallel zu den Seitenlasehen . Alternativ oder ergänzend kann der Energiewandler einen Schwingungs-Energiewandler bzw. eine Art Schüttel-Generator umfassen, welcher die Bewegungsenergie des bewegten Trums umwandelt. Hierbei kann der Energiewandler z.B. an einem mitnehmerseitigen bewegten Endbereich des ersten Trums angebracht sein. Ein Vorteil eines Schwingungs- Energiewandlers besteht darin, dass vergleichsweise kompakte und preiswerte, Bauweisen am Markt erhältlich sind, die ggf. auch leicht nachzurüsten sind, z.B. wenn in ein Modul integriert ist. Es kann z.B. die Notwendigkeit weiterer Elemente wie z.B. Permanentmagneten, die gesondert angebracht werden müssten, vermieden werden was den Materialaufwand, aber auch den Installations- und Nachrüstaufwand erheblich verringert. Der Schwingungs- Energiewandler kann insbesondere vergleichsweise klein, z.B. als sog. Energy-Harvester, und ggf. auch mikromechanisch ausgeführt sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform mit Schwingungs- Energiewandler hat dieser zumindest eine Induktionsspule, und zumindest einen Permanentmagneten als Erreger der von einer Lagereinheit frei schwingend gelagert ist. Die Lagereinheit kann insbesondere zumindest ein Federelement zur federnden Lagerung des Permanentmagneten umfassen. Als Permanentmagnet kann z.B. ein Stabmagnet in einer rohrförmigen Führung mit Spiel gelagert sein. Mit dem
Schwingungs-Energiewandler kann durch hin- und herfahrende Bewegung der Energieführungskette, z.B. eine Schwingung des Permanentmagneten in der Längsrichtung der
Energieführungskette oder senkrecht hierzu erzeugt werden, um ein veränderliches Magnetfeld innerhalb der
Induktionsspule zu erzeugen, das Spannung induziert.
Denkbar sind als Wandler auch Kombinationen aus einer mechanischen Antriebsvorrichtung mit Schwungmasse, ähnlich einer Armbanduhren-Mechanik, welche einen kompakten Drehgenerator antreibt, sodass auch zwischen den Fahrzyklen vergleichsweise konstant Strom erzeugt werden kann. Dabei kann die Schwungmasse insbesondere so gelagert sein, dass diese bei jedem Verschwenken des Kettenglieds im Umlenkbogen erneut betätigt bzw. ausgelenkt wird.
In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Energiewandler eine piezoelektrische Komponente umfassen, welche zur Erzeugung von Spannung aus mechanischem Druck vorgesehen ist. Die Piezo-Komponente kann z.B. zwischen zusammenwirkenden Anschlägen benachbarter Kettenglieder angeordnet sein.
In einer Ausführungsform des Energiewandlers kann dieser alternativ oder vorzugsweise zusätzlich zu bereits erwähnten Ausführungsformen, wie z.B. dem Schwingungs-Energiewandler, eine Solarzelle zur Erzeugung elektrischer Energie umfassen, sodass auch während eines Stillstands der Energieführungskette elektrische Energie durch die Solarzelle erzeugt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann somit ein Energiewandler in der Form einer an einem Kettenglied der Energieführungskette oder an einem Sensormodul angebrachten Solarzelle ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann es vorteilhaft sein Energiewandler lediglich in der Form von Solarzellen vorzusehen, sodass keine Wandlung von kinetischer Energie in elektrische Energie erfolgt. Dies kann z.B. in Installationsumgebungen von Vorteil sein, in welchen ein besonders geringes Gewicht der Energiekette von Nöten ist, sodass ein Bewegungsenergiewandler aufgrund seines durch Permanentmagneten und weitere elektromechanische Bestandteile bedingtes Eigengewicht unvorteilhaft wäre und wenn z.B. in Anwendungen in welchen keine magnetischen Elemente verwendet werden dürfen, sodass die Verwendung eines Induktionsgenerators nicht möglich ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine elektrische Energiespeichereinheit, insbesondere ein Akkumulator oder Kondensatorspeicher um durch den Energiewandler diskontinuierlich erzeugten Strom zur bedarfsweisen Versorgung des bzw. eines Verbrauchers zu speichern.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht ein Sensormodul zur Erfassung eines Betriebsparameters der Energieführungskette vor, welches mit dem Energiewandler zur Stromversorgung verbunden ist und/oder in welches der Energiewandler zur Stromversorgung integriert ist, wobei das Sensormodul vorzugsweise die Energiespeichereinheit umfasst, und diese über eine Ladeschaltung mit dem Energiewandler verbunden ist. Derartige integrale Bauweisen können dafür sorgen den Einbauaufwand erheblich zu reduzieren.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Sensormodul ausschließlich durch den einen oder mehrere Energiewandler versorgt wird und drahtlos mit einem Überwachungssystem und/oder drahtlos einem tragbaren Endgerät zusammenwirkt, wobei das Sensormodul vorzugsweise zumindest einen Beschleunigungssensor, einen Temperatursensor und eine Funkdatenübertragungseinheit umfasst, wobei die Funkdatenübertragung insbesondere über Bluetooth, Wi-Fi oder mobiles Datennetz wie z.B. LTE erfolgen kann.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Wirkungen der Erfindung werden im Folgenden anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG. 1A und 1B einen skizzierten Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energieführungskette, welche einen Energiewandler aufweist, wobei FIG. 1A ein freitragendes bewegliches Trum und FIG. 1B ein abgleitendes bewegliches Trum zeigen;
FIG. IC ein Prinzipschema eines Ausführungsbeispiels eines mit der erfindungsgemäßen Energieführungskette verwendeten Energiewandlers mit integrierter Induktionsspule und integriertem Sensor; FIG. ID eine Perspektivansicht eines Kettengliedes eines Ausführungsbeispiels mit zwei an einem Quersteg angebrachten Permanentmagneten;
FIG. 2 einen schematischen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energieführungskette einem freitragenden Obertrum;
FIG. 3A Querschnitt eines Ausführungsbeispiels mit einem Schwingungs-Energiewandler, einem Zusatzmodul und einem Sensormodul;
FIG. 3B ein Prinzipschema eines Schwingungs- Energiewandlers wie in FIG.3A dargestellt;
FIG. 4 einen Längsschnitt zweier drehgelenkig verbundener Kettenglieder mit Energiewandler in Form eines Piezoelements;
FIG . 5A-5B : zwei besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele mit einer Seitenlasche eines Rollen-Kettenglieds einer Rollenkette mit Drehgenerator als Energiewandler, im Querschnitt (FIG.5A) und in perspektivischer Ansicht
(FIG.5B) von Innen; und
FIG . 6 ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Energieführungskette, welche Energiewandler in Form von Solarzellen aufweist. In den FIG.1-6 ist eine Energieführungskette nur schematisch dargestellt und allgemein mit 1 bezeichnet. Die Energieführungskette 1 hat zueinander in einer Ebene schwenkbare Kettenglieder 2, die eine an sich bekannte Bauart haben können. Die Energieführungskette 1 lässt sich im Betrieb in ein bewegliches Trum 11 und ein ruhendes bzw. stationäres Trum 12 unterteilen. Die Trume 11, 12 haben je nach Verfahrposition variable Länge und sind durch einen Umlenkbogen 15 verbunden, welcher mit verfahrendem beweglichen Trum 11 seine Lage verändert. Des Weiteren ist die Energieführungskette 1 aus einer Vielzahl einzelner, beweglich miteinander verbundener und einen Aufnahmeraum 7 bereitstellender Kettenglieder 2 zusammengesetzt. Die in Längsrichtung letzten Kettenglieder 2 der
Energieführungskette 1 weisen jeweils Endbefestigungen 5A, 5B auf, nämlich eine stationäre Endbefestigung 5A
(Festpunkt) zur Befestigung des stationären Trums 12 an einer Maschine oder Anlage bzw. eine mitnehmerseitige Endbefestigung 5B zur Befestigung des beweglichen Trums 11 an dem Mitnehmer des relativbeweglichen, zu versorgenden Teils der Maschine oder Anlage. Die Figuren zeigen eine horizontal verfahrbare Energieführungskette 1, diese könnte aber auch anders, z.B. vertikal hängend angeordnet sein.
Im Beispiel aus FIG.1A-1D und FIG.2 hat die Energieführungskette 1 jeweils einen eigenen elektrischen Generator als Energiewandler 18. Die Energieführungskette 1 hat ein freitragendes bewegliches Trum 11 (FIG.1A, FIG.2), oder ein abgleitendes oder abrollendes Trum 11 (FIG.1B).
An einer Anzahl der Kettenglieder 2 des stationären Trums 12 sind Permanentmagnete 4 und/oder Elektromagnete, als Erregermagneten zur Stromerzeugung durch elektromagnetische Induktion mittels einer Induktionswicklung bzw.
Induktionsspule 8 des Energiewandlers 18 vorgesehen. Die Permanentmagnete 4 bilden in FIG.1A-1D und FIG.2 mit dem Energiewandler 18 einen linearen elektrischen Induktionsgenerator. Die Position des zumindest eine Induktionsspule umfassenden Energiewandlers 18 innerhalb des beweglichen Trums ist in den FIG. 1A und 1B lediglich beispielhaft angedeutet und sollte stets in Abhängigkeit des Verfahrweges, z.B. im Bereich des mitnehmerseitigen ersten Drittels der Energieführungskette nahe dem Mitnehmer 5B gewählt werden. So kann der Energiewandler 18 die
Magnetfelder der Permanentmagneten 4 möglichst häufig durchqueren, um die Anzahl der Magnetfeldänderungen d.h. die Energieausbeute zu maximieren.
FIG. 1B beschreibt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieführungskette 1 wie in FIG. 1A dargestellt. Der wesentliche Unterschied zu der in FIG. 1A dargestellten Ausführungsform ist, dass das bewegliche Trum 11 auf dem stationären Trum 12 aufliegt und über dieses gleitet, d.h. der Abstand zwischen Induktionsspule 8 und Permanentmagnete 4 ist reduziert.
FIG. IC zeigt eine energieautarke Baugruppe, wie sie in der in FIG. 1A und 1B gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieführungskette Verwendung finden kann. Diese ist ausgebildet zur Erweiterung einer Energiekette um zusätzliche Funktionen, insbesondere IoT- Funktionen bzw. Sensortechnik zur Zustands- oder
Betriebsparameter-Erfassung. Hierzu ist ein Sensormodul 10, vorgesehen, welches insbesondere Betriebsparameter wie Temperatur oder Materialzustände der Energieführungskette 1, z.B. den Verschleiß-Zustand bestimmt und an eine übergeordnete Überwachungseinheit, insbesondere kabellos, übermittelt. Die Induktionsspule 8 ist mit einer Wandlungseinheit 9 verbunden. Die Wandlungseinheit 9 ist mit Gleichrichter-, Glättungselektronik und dgl. ausgerüstet zur Konvertierung des durch die zumindest eine Induktionsspule 8 induzierten Stroms, um das zumindest eine Sensormodul 10 bzw. einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung des Sensormoduls 10 zu speisen.
In FIG. ID ist ein Kettenglied 2 gemäß WO 2018/115528 Al dargestellt. Das Kettenglied 2 hat an einem der nicht lösbar und/oder lösbar befestigten Querstege 6 zwei an diesem angebrachte Permanentmagnete 4. Dabei können die Permanentmagnete 4 durch eine Magnethalterung 21, z.B. einem Spritzguss-Formteil nachträglich auf Querstegen 6 befestigt werden, wodurch eine schnelle und einfache Installation ermöglicht wird. Entsprechend kann auch die Induktionsspule 8 anhand einer entsprechend dimensionierten Halterung in Form eines Spritzguss-Formteils am Kettenglied befestig werden (nicht gezeigt).
Eine weitere Ausführungsform einer Energieführungskette 1 mit Energiewandler 18 wird in FIG. 2 gezeigt, mit einem freitragenden oberen Trum 11. Das bewegliche obere Trum 11 der Energieführungskette 1 verläuft entlang einer Halterungsschiene 16 in Längsrichtung. Die Schiene 16 weist eine Vielzahl an Permanentmagneten 4 und/oder Elektromagneten auf, welche beim Verfahren der Energiekette 1 mit dem Energiewandler 18 im beweglichen Trum 11 dieser wechselwirken, wodurch in der im Energiewandler 18 vorgesehenen Induktionsspule 8 eine Spannung induziert wird. Eine weitere Ausführungsform sieht die Verwendung einer zweiten, baugleichen Halterungsschiene 16 auf der gegenüberliegenden Seite vor. Dies erhöht die Anzahl an Magneten 4, um einen höheren magnetischen Fluss zu erzielen.
FIG. 3A zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energieführungskette 1 mit einem alternativen Energiewandler in Form eines Schwingungs- Energiewandlers 14 zur Versorgung eines Sensormoduls 10, z.B. vorzugsweise über einen aufladbaren Kondensatorspeicher (nicht gezeigt). Das Sensormodul 10 aus FIG.3A erkennt Verschleiß in der Gelenk-Bolzen-Verbindung zwischen zwei ausgewählten Kettengliedern. Der Schwingungs-Energiewandler 14 versorgt weiterhin ein Zusatzmodul 17 mit mindestens einer integrierten Schaltung, welches u.a. die vom
Sensormodul 10 erzeugten Daten verarbeitet und vorzugsweise drahtlos an eine Überwachungseinheit überträgt, z.B. per WLAN, Bluetooth, oder dgl. Der Schwingungs-Energiewandler 14 und die Module 17 und 10 haben jeweils an einer Ober- und Unterseite eine Querstegaufnahme 30 zur Befestigung an den Querstegen 6. Der Energiewandler 14 und die Module 17 und 10 werden dabei ähnlich wie an sich bekannte Trennstege zwischen den Querstegen 6 im Aufnahmeraum 7 befestigt und sind hier z.B. über drei Kettenglieder verteilt, wobei auch eine kompaktere Bauweise möglich ist, z.B. ein Sensormodul
10 mit Schwingungs-Energiewandler 14, welches vollständig in einem einzigen Kettenglied aufgenommen wird oder z.B. an dessen Quersteg angebracht ist.
Ein beispielhafter Energiewandler in Form eines Schwingungs- Energiewandlers 14 wird in FIG. 3B in einer Prinzip-Skizze gezeigt. Der Schwingungs-Energiewandler 14 umfasst einen Permanentmagneten 32, z.B. in Form eines starken Neodym-
Stabmagneten, zwei Spiralfedern 33 und eine Induktionsspule 31. Die zwei Spiralfedern 33 zur Rückstellung sind jeweils mit einem ihrer Enden an einem Haltepunkt 34 befestigt sind und das jeweils freie Ende an dem Stabmagneten 32 befestigt ist, sodass der Stabmagnet 32 nach einer erfolgten
Auslenkung zwischen den beiden Haltepunkten 34 und innerhalb der Induktionsspule 31 möglichst lange schwingen kann. Der Stabmagnet 32 ist in einer rohrförmigen bzw. hohlzylindrischen Führung 35 reibungsfrei axial verschieblich gelagert. Diese Anordnung kann mit der
Führungsachse des Stabmagneten 32 bzw. der hohlzylindrischen Führung 35 insbesondere parallel zur Verfahrrichtung des beweglichen Trums 11 angeordnet sein, wie in FIG.3A angedeutet, oder aber senkrecht zur Verfahrrichtung des beweglichen Trums 11.
Im Schwingungs-Energiewandler 14 wird durch das Hin- und Herfahren, durch das Umschwenken im Umlenkbogen 15 und/oder durch Vibration bzw. Schwingungen des beweglichen Trums 11 der Stabmagnet 32 in Schwingung versetzt. Die Bewegungsachse kann dabei so angeordnet sein, dass die Umlenkung des Kettenglieds 2 im Umlenkbogen 15 zur Schwingung des Stabmagneten 32 führt. Der Energiewandler 14 sollte an einer Längsposition der Energieführungskette 1 vorgesehen werden, an welcher das Kettenglied möglichst häufige Bewegung erfährt, z.B. im mittleren Bereich der Kettenlänge.
Alternativ kann z.B. die kinetische Energie beim Hin- und Herbewegen in Längsrichtung der Energieführungskette 1 auch nahe am Mitnehmer 5B genutzt werden.
FIG.4 zeigt schematisch eine in die Kettengliederverbindung nach DE29607492U1 eines ersten Kettenglieds 41 und eines zweiten Kettenglieds 42 integrierte Ausführungsform eines Energiewandlers. Der Energiewandler wird durch ein in einen Anschlag eingebrachtes, z.B. an einer oberen oder unteren Anschlagfläche 45, 46 des Anschlags 44 vorstehendes verformbares Piezoelement 40 gebildet. Bei Verschwenken der der beiden Kettenglieder 41, 42 zueinander in die gestreckte Lage wird durch die obere bzw. untere Anschlagfläche 45, 46 das Piezoelement 40 mit Druck durch den Gegenanschlag des anderen Kettenglieds 41 beaufschlagt, wodurch in diesem eine Spannung erzeugt wird.
In FIG. 5A-5B ist eine Seitenlasche 3 in einem Querschnitt dargestellt. Diese Seitenlasche entspricht dem Prinzip eines Kettenglieds 2 einer abrollenden Energieführungskette 1, das besonders für lange Verfahrwege geeignet ist. Das Kettenglied 2, in FIG.5A z.B. gemäß WO 99/57457 Al, setzt sich aus zwei gegenüberliegenden und über zwei Querstege (hier lösbar, nicht gezeigt) verbundenen Seitenlaschen 3 zusammen. Das bewegliche Trum 11 einer Energieführungskette 1 nach WO 99/57457 Al verfährt mit Laufrollen 53 auf einer Lauffläche an den Schmalseiten des ruhenden Untertrums des stationären Trums 12 um die erforderliche Zugkraft zu reduzieren bzw. die maximal nutzbare Länge zu erhöhen, d.h. größere Verfahrwege zu ermöglichen. Die Laufrollen 53 sind dabei um eine Drehachse gelagert, welche in Seitenrichtung liegt, insbesondere senkrecht zur Ebene liegt die durch die Längsrichtung der Energieführungskette 1 und der Höhenrichtung der Seitenlasche 2 aufgespannt ist.
FIG. 5A-5B zeigen eine erfindungsgemäße Weiterbildung einer abrollenden Energieführungskette 1 bzw. Seitenlasche 3 mit Laufrollen 53. Diese Weiterbildung sieht einen Energiewandler in Form eines Drehgenerators 50 vor, hier mit Erregermagneten 51 an der Laufrolle 53 und zumindest einer Induktionsspule 52 an der Seitenlasche 2 - wobei auch eine andere z.B. invertierte Anordnung denkbar ist. Der Drehgenerator 50 erzeugt Strom unter Ausnutzung der Drehbewegung der Laufrollen 53. Anders als bei konventionellen Dynamos umfasst der Drehgenerator 50 keinen Drehmagneten, sondern mehrere einzelne über den Umfang der Laufrolle 53 verteilte, starke Permanentmagneten als Erregermagneten 51, z.B. Neodym Magneten. Die Erregermagneten 51 sind an der Laufrolle 53 befestigt, vorzugsweise in gerader Anzahl mit alternierenden Polrichtungen. Wenn sich die Laufrolle 53 dreht, wird in der Induktionsspule 52, welches durch das drehende und ggf. wechselnde Magnetfeld der Erregermagneten 51 Spannung induziert. Nicht gezeigt sind weitere typische Schaltungskomponenten an sich bekannter Bauart zur Stromversorgung, wie z.B. eine Schaltung zum Gleichrichten und ggf. Glätten der erzeugten Spannung bzw. zum Speisen eines Energiespeichers.
Im Beispiel aus FIG. 5A ist die Induktionsspule 52 im Aufnahmeraum 7 des Kettenglieds 2 an der Innenfläche 54 der Seitenlasche 3 angebracht. Die Erregermagnete 51 sind mit ihrer Hauptrichtung des Magnetfelds parallel zur Drehachse der Laufrolle 53 ausgerichtet. In vorteilhafter Ausführungsform ist die Induktionsspule 52 in einer vorgefertigten Aufnahme im Kettenglied 2 vorgesehen, um den Abstand der Erregermagneten 51 zur Induktionsspule 52 zu verringern. Dies erlaubt die Erhöhung des Magnetflusses und führt somit zur Erhöhung des induzierten Stroms. Im Beispiel aus FIG.5B ist die Induktionsspule 52 in einer Aufnahme 55 innerhalb der Seitenlasche 3 angeordnet. Die Aufnahme 55 ist mit der Seitenlasche 3 vorgefertigt, welche bevorzugt aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt ist und somit eine elektrisch isolierende Aufnahme 55 bildet. Im Unterschied zu FIG.5A sind die Erregermagneten 51 in FIG.5B mit ihren Polrichtungen bzw. dem magnetischen Hauptfluss radial bzgl. der Drehachse der Laufrolle 53 ausgerichtet. Vorzugsweise wird eine gerade Anzahl Erregermagnete 51, hier z.B. sechs Erregermagnete 51 je in 60° Winkelabstand, umfänglich gleichverteilt und mit zur Induktionswicklung 52 hin alterierenden Polen vorgesehen. FIG.5B zeigt ebenfalls lediglich eine Induktionsspule 52, wobei jedoch auch mehrere Induktionsspulen 52 an den Umfang des Laufrads angrenzend vorgesehen werden können. Die Montage der Anordnung nach FIG.5B erfordert kein nennenswertes Volumen innerhalb des Aufnahmeraums 7 und erlaubt eine Nachrüstung an sich bekannter Rollenketten.
Anstelle der Aus- bzw. Nachrüstung einer Rollenkette mit Laufrollen 53 durch eine oder mehrere Drehgeneratoren 50 ist es auch denkbar eine grundsätzlich abgleitende Kette gezielt mit einem oder mehreren Kettengliedern 2, mit Laufrollen 53 und Drehgenerator 50 auszurüsten, um elektrische Energie aus der Bewegung des Obertrums 11 zu generieren. FIG. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer
Energieführungskette 1 mit Energiewandlern in Form von an den Außenseiten der Kettenglieder 2 befestigten Solarzellen 63. Mehrere Solarzellen 63 sind an verschiedenen Positionen an der Außenseite der Kettenglieder 2, d.h. radial außen in Bezug auf den Umlenkbogen 15, angebracht. Die Solarzellen 63 erzeugen Strom solange diese zumindest einer Lichtquelle ausgesetzt sind. Solarzellen 63 können ergänzend zu einem elektromechanischen Generator, z.B. einem Schwingungs- Energiewandler nach FIG.3A-3B vorgesehen werden, um auch bei Ruhen der Energiekette 11 den ggf. vorhandenen Energiespeicher zu laden, wenn z.B. das Sensormodul 10 auch im Ruhezustand Information übermitteln können soll.
Energieführungskette mit eigener Energiequelle und
Kettenglied hierfür
Bezugszeichenliste
FIG.1A-1D
1 Energieführungskette
2 Kettenglied 3 Seitenlasche
4 Permanentmagnet
5A, 5B Endbefestigungen
6 Quersteg
7 Aufnahmeraum 8 Induktionsspule
9 Wandlungseinheit
10 Sensormodul
11 Obertrum / bewegliches Trum
12 Untertrum / ruhendes Trum 14 Energiewandler (Schwingungs-Energiewandler)
15 Umlenkbogen
16 Führungsrinne
17 Zusatzmodul
18 Energiewandler 21 Magnethalterung FIG.3A-3B
30 Querstegaufnahme
31 Induktionsspule
32 Stabmagnet 33 Spiralfeder
34 Haltepunkt
35 Führung FIG.4
40 Piezoelement
41 erstes Kettenglied
42 zweites Kettenglied
43 Drehlager 44 Anschlag
45 obere Anschlagfläche
46 untere Anschlagfläche
FIG.5A-5B 3 Seitenlasche
50 Energiewandler (Drehgenerator)
51 Permanentmagnet
52 Induktionsspule
53 Laufrollen 54 Innenfläche
55 Aufnahme
FIG.6
1 Energieführungskette 11 bewegliches Trum
12 ruhendes Trum 15 Umlenkbogen
63 Solarzelle

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Energieführungskette (1) zur Führung von Leitungen, wie Kabeln, Schläuchen oder dergleichen, zwischen zwei Anschlusspunkten, von denen wenigstens einer relativ zum anderen verfahrbar ist, die Energieführungskette (1) umfassend:
- miteinander verbundene Kettenglieder (2), die zueinander schwenkbar sind, wobei die
Energieführungskette insbesondere mit einem ersten Trum (11) relativ zu einem zweiten Trum (12) verfahrbar ist und dabei zwischen den Trumen einen Umlenkbogen (15) aufweist; und
- zumindest einen Verbraucher elektrischer Energie, der an oder in der Energieführungskette angeordnet ist, insbesondere zumindest ein Sensormodul (10) an einem Kettenglied zur Erfassung eines Betriebsparameters der Energieführungskette (1); dadurch gekennzeichnet, dass die Energieführungskette (1) einen Energiewandler (14; 18; 40; 50) aufweist, welcher ausgeführt ist um mechanische Energie, insbesondere kinetische Energie, der Energieführungskette (1) beim Verfahren der Energieführungskette (1), insbesondere des verfahrbaren ersten Trums (11) und/oder des Umlenkbogens (15), in elektrische Energie umzuwandeln, und welcher zur Versorgung des Verbrauchers mit diesem verbunden bzw. verbindbar ist.
2. Kettenglied (2), insbesondere für eine Energieführungskette (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kettenglied (2) einen Energiewandler (14; 18; 40;
50; 73) aufweist, welcher ausgeführt ist um elektrische Energie bereitzustellen zur Versorgung eines Verbrauchers an oder in der Energieführungskette (1).
3. Energieführungskette (1) nach Anspruch 1 oder Kettenglied (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das der zumindest eine Energiewandler (14; 18; 50) eine Induktionsspule (8; 31; 52) zur Stromerzeugung durch elektromagnetische Induktion umfasst.
4. Energieführungskette (1) nach Anspruch 1 oder 3 oder Kettenglied (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese(s) zumindest ein Sensormodul (10) zur Erfassung eines Betriebsparameters der Energieführungskette (1) aufweist, insbesondere ein drahtlos mit einem Überwachungssystem zusammenwirkendes Sensormodul (10), und dass das zumindest eine Sensormodul (10) vom Energiewandler (18) mit elektrischer Energie versorgt wird.
5. Vorrichtung (1; 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere Energieführungskette (1) nach Anspruch 1 bzw. Kettenglied (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieführungskette als Rollenkette mit Laufrollen (53) ausgeführt ist bzw. das Kettenglied mindestens eine Laufrolle (53) aufweist, wobei der Energiewandler (50) in Form eines Drehgenerators ausgeführt ist und an einer zugeordneten Laufrolle (53) angeordnet ist um aus der Drehbewegung der Laufrolle (53) elektrische Energie zu erzeugen.
6. Vorrichtung (1; 2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufrolle mindestens einen Permanentmagneten (51) umfasst und das Rollen- Kettenglied mindestens eine Induktionsspule aufweist, welche vorzugsweise in einer vorgefertigten Aufnahme in einer Seitenlasche des Kettenglieds (2) aufgenommen ist.
7. Vorrichtung (1; 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere Energieführungskette (1) nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiewandler (18) ein elektrischer Generator mit einer Anzahl Magneten (4) vorgesehen ist, welche beim Verfahren mit einer Induktionsspule (8) des Energiewandlers (18) zur Umwandlung kinetischer Energie der Energieführungskette (1) in elektrische Energie Zusammenwirken, wobei vorzugsweise die Magneten mit der Induktionsspule (8) einen Linear-Generator bilden und:
- eine Anzahl Permanentmagneten (4) zumindest an einem Längsabschnitt der Energieführungskette (1) vorgesehen sind; und/oder
- eine Anzahl Permanent- und/oder Elektromagneten an einer seitlich zur Energieführungskette angeordneten Halterung (16) vorgesehen sind.
8. Energieführungskette (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Permanentmagnet (4) jeweils an einem Quersteg (6) oder Trennsteg eines Kettengliedes (2) der Energieführungskette (1) vorgesehen ist, bevorzugt an der dem anderen Trum zugewandten Außenseite eines Querstegs (6) und/oder an einem lösbar befestigten Quersteg.
9. Vorrichtung (1; 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere Energieführungskette (1) nach Anspruch 1 bzw. Kettenglied (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Energiewandler (18) als Schwingungs- Energiewandler (14) ausgeführt ist und insbesondere in bzw. an der mitnehmerseitigen Längshälfte der Energieführungskette (1) an angebracht ist.
10. Vorrichtung (1; 2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungs-Energiewandler (14) zumindest eine Induktionsspule (8), zumindest eine Lagereinheit, insbesondere umfassend zumindest ein Federelement, zur Lagerung der Induktionsspule (8) und zumindest einen Permanentmagneten (4) umfasst, sodass durch hin- und herfahrende Bewegung der Energieführungskette (1) ein veränderliches Magnetfeld innerhalb der Induktionsspule (8) erzeugt und eine Spannung in dieser induziert wird, wobei der Permanentmagnet vorzugsweise in einer rohrförmigen Führung (35) beweglich gelagert ist.
11. Vorrichtung (1; 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere Energieführungskette (1) nach Anspruch 1 bzw. Kettenglied (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (18) eine piezoelektrische Komponente umfasst, welche - zur Erzeugung von Spannung aus mechanischem Druck zwischen zwei im Anschlag befindlichen Kettengliedern angeordnet ist; oder
- in einer dem gegenüberliegenden Trum zugewandten Gleitkufe eines Kettenglieds angeordnet ist, um bei Abgleiten auf dem gegenüberliegenden Trum piezoelektrisch Spannung zu erzeugen.
12. Vorrichtung (1; 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, insbesondere Kettenglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (18) eine Solarzelle zur Erzeugung elektrischer Energie umfasst, wobei die Solarzelle vorzugsweise in einen Quersteg oder einen Trennsteg eines Kettenglieds integriert ist.
13. Vorrichtung (1; 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere Energieführungskette (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 bzw. Kettenglied (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Energiespeichereinheit, insbesondere ein Akkumulator oder Kondensatorspeicher, an der Energieführungskette (1) bzw. dem Kettenglied (2) vorgesehen ist, um durch den Energiewandler (18) diskontinuierlich erzeugten Strom zur bedarfsweisen Versorgung des bzw. eines Verbrauchers zu speichern.
14. Vorrichtung (1; 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, insbesondere Energieführungskette (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bzw. Kettenglied (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensormodul (10) zur Erfassung eines Betriebsparameters der Energieführungskette (1) vorgesehen ist, welches mit dem Energiewandler (18) zur Stromversorgung verbunden ist und/oder in welches der Energiewandler (18) zur Stromversorgung integriert ist, wobei das Sensormodul (10) vorzugsweise die Energiespeichereinheit umfasst.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (10) ausschließlich durch den einen oder mehrere Energiewandler (18) versorgt wird und drahtlos mit einem Überwachungssystem und/oder drahtlos einem tragbaren Endgerät zusammenwirkt, wobei das Sensormodul (10) vorzugsweise zumindest einen Beschleunigungssensor, einen Temperatursensor und eine Funkdatenübertragungseinheit umfasst.
16. Rollen-Kettenglied mit Laufrolle für eine Energieführungskette (1; 2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufrolle mehrere umfänglich verteilte Permanentmagneten (51) umfasst.
17. Vorrichtung (1; 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, insbesondere Energieführungskette (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 bzw. Kettenglied (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenglieder (2) einen Aufnahmeraum (7) für die Leitungen definieren und der Energiewandler (14; 18; 40) seitlich am Aufnahmeraum vorgesehen ist, insbesondere an oder in einer Seitenlasche (3), einem Quersteg (6) oder einem Trennsteg des Kettenglieds (2); und/oder dass mehrere Kettenglieder (2) mit einem jeweiligen Energiewandler (14; 18; 40) vorgesehen sind; und/oder die Kettenglieder (2) gelenkig mit miteinander verbunden sind, insbesondere in einer Ebene zueinander schwenkbar zur Bildung eines Umlenkbogens.
18. Verwendung einer Energieführungskette (1) nach
Anspruch 1 bzw. eines Kettenglieds (2) nach Anspruch 2 zur Stromversorgung eines Sensormoduls das an der Energieführungskette (1) bzw. am Kettenglied (2) vorgesehen ist und mindestens einen Betriebsparameter erfasst.
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