WO2002005240A2

WO2002005240A2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer belastung, welcher ein erzeugnis ausgesetzt ist

Info

Publication number: WO2002005240A2
Application number: PCT/DE2001/002551
Authority: WO
Inventors: Wolf-Eckhart Bulst; Franz Dollinger
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2002-01-17
Also published as: DE10033113A1; WO2002005240A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Belastung, welcher ein Erzeugnis (2) ausge-setzt ist. Die Vorrichtung hat eine dem Erzeugnis (2) zugehö-rige Einrichtung (3) mit einem Wandler (7) zur zyklischen Er-zeugung elektrischer Energie aus der Belastung, einem Sammler (8, 9) zur Ansammlung der Energie, einem Auslöser (10), der aus der angesammelten Energie bei jedem Erreichen eines Schwellwertes einen hochfrequenten elektrischen Impuls er-zeugt, und einem Codierer (11, 12), welcher aus dem Impuls ein für das Erzeugnis (2) charakteristisches hochfrequentes Signal (6) erzeugt, sowie einen Empfänger (4), welcher aus einer Folge solcher Signale (6) die Belastung bestimmt. Ver-fahren und Vorrichtung sind auch geeignet zur Bestimmung meh-rerer Belastungen, deren jeder jeweils ein Erzeugnis (2) aus einem Satz von mehreren Erzeugnissen (2) ausgesetzt ist.

Description

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Belastung, welcher ein Erzeugnis ausgesetzt ist

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei welchem zyklisch elektrische Energie aus einer Belastung eines Erzeugnisses erzeugt und angesammelt, aus der angesammelten elektrischen Energie bei jedem Erreichen eines Schwellwertes ein hochfre- quenter elektrischer Impuls erzeugt und aus dem Impuls ein für das Erzeugnis charakteristisches hochfrequentes Signal erzeugt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, umfassend ein Erzeugnis und eine diesem zugehörige Einrichtung mit einem Wandler zur zyklischen Erzeugung elektri- scher Energie aus einer Belastung des Erzeugnisses, einem Sammler zur Ansammlung der Energie, einem Auslöser, der aus der angesammelten^' elektrischen Energie bei jedem Erreichen eines Schwellwertes einen hochfrequenten elektrischen Impuls erzeugt, sowie einem Codierer, welcher aus dem Impuls ein für das Erzeugnis charakteristisches hochfrequentes Signal erzeugt.

Auch betrifft die Erfindung eine Vorrichtung umfassend mehrere Erzeugnisse sowie für jedes Erzeugnis eine diesem zugehö- rige Einrichtung wie vorstehend beschrieben.

Ein solches Verfahren sowie solche Vorrichtungen gehen hervor aus der WO 98/36395 A2. In diesem Dokument beschrieben sind eine Anordnung und ein Verfahren zur Erzeugung codierter Hochfrequenzsignale. Dabei wird eine aus einer Umgebung verfügbare nicht-elektrische Primärenergie in einem Wandler in elektrische Energie umgesetzt. Aus der elektrischen Energie wird mittels eines an den Wandler ' angekoppelten Elementes mit nicht-linearer Kennlinie ein hochfrequenter elektrischer Im- puls erzeugt und anschließend in einer an dieses Element angekoppelten Codierungseinrichtung ein codiertes hochfrequentes Signal erzeugt. Die Codierungseinrichtung kann zusätzlich verbunden sein mit einem Sensor und dies derart, dass das codierte Hochfrequenzsignal eine Information über einen mittels des Sensors gewonnenen Messwert enthält. Der Messwert kann einer Temperatur, einer Kraft oder einer anderen Größe ent- sprechen.

Ein Reifen für ein Kraftfahrzeug mit einem Sensor und einem zugeordneten Transponder geht hervor aus der EP 0 937 615 A2. Der Sensor bildet mit dem Transponder und einer zugehörigen Antenne ein Sensorsystem, und der Transponder besteht aus einem Oberflächenwellenele ent. Das Sensorsystem stellt einen vollständig passiven elektronischen Schaltkreis dar, das heißt es erfordert keine eigene Energieversorgung. Das Sensorsystem arbeitet folgendermaßen: Ein Auswertegerät sendet einen hochfrequenten elektromagnetischen Impuls an das Sen- sorsystem, welcher über die Antenne auf das Oberflächenwellenelement gelangt. Dort wird auf einem piezoelektrischen Substrat mittels eines elektroakustischen Wandlers eine akustische Oberflächenwelle erzeugt, die sich ausbreitet und von einer Anordnung akustischer Reflektoren auf dem Substrat zu dem Wandler zurückgeworfen wird. Die Reflexionseigenschaften der Anordnung werden durch den Sensor in definierter Weise beeinflusst; der Sensor ist beispielsweise ein druckempfindlicher elektrischer Widerstand, welcher an die Anordnung der Reflektoren angeschlossen ist und deren Reflexionseigenschaften bestimmt; alternativ ist der Sensor ein piezoelektrischer Kristall und erzeugt unter einer mechanischen Belastung eine elektrische Spannung, welche die Kapazität einer Kapazitätsdiode, die an die reflektierende Anordnung geschaltet ist, bestimmt und so die Reflexionseigenschaft der Anordnung beeinflusst. Auf diese Weise ist es möglich, verschiedene Kenngrößen des Reifens zu messen.

Auch die aus der erwähnten WO 98/36395 A2 erkennbare Anord- nung beinhaltet ein elektroakustisch.es Oberflächenwellenelement wie vorstehend beschrieben und umfasst zusätzlich eine Einrichtung zur Erzeugung der betriebsnotwendigen elektri- sehen Energie aus einem Umgebungsparameter. Diese Anordnung arbeitet, ohne von einer spezifischen, dauernd vorhandenen elektrischen Energiequelle abhängig zu sein und ohne zur Gewinnung eines gewünschten Signals mit einem elektromagneti- sehen Impuls beaufschlagt werden zu müssen; sie ist dementsprechend weitgehend autonom.

Weitere Dokumente des Standes der Technik, die den maßgeblichen technologischen Hintergrund betreffen, sind US-Patent 5,841,214, US-Patent 5,919,779, US-Patent 5,910,779, EP 0 749 775 Bl, EP 0 619 906 Bl, EP 0 655 701 Bl und EP 0 651 344 Bl . Ebenfalls von Interesse ist die DE 198 60 058 Cl .

Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs beschriebene Verfahren und die eingangs beschriebenen Vorrichtungen wesentlich zu vereinfachen.

Zur Lösung dieser Aufgabe angegeben wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Belastung, welcher ein Erzeugnis ausgesetzt ist, bei welchem a) zyklisch elektrische Energie aus der Belastung erzeugt und angesammelt, aus der angesammelten elektrischen Energie bei jedem Erreichen eines Schwellwertes ein hochfre- quenter elektrischer Impuls erzeugt und aus dem Impuls ein für das Erzeugnis charakteristisches hochfrequentes Signal erzeugt wird; und b) aus einer Folge solcher Signale die Belastung bestimmt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird weiter angegeben eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Belastung, welcher ein Erzeugnis ausgesetzt ist, umfassend a) eine dem Erzeugnis zugehörige Einrichtung mit einem Wand- 1er zur zyklischen Erzeugung elektrischer Energie aus der Belastung, einem Sammler zur Ansammlung der Energie, einem Auslöser, der aus der angesammelten Energie elektri-

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wird. Dieses Signal wird anschließend ausgesendet und von einem geeigneten Empfänger empfangen. Der Empfänger wertet die Folge dieser Signale aus und bestimmt daraus, insbesondere aus den Abständen zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfol- genden Signalen, die Belastung. Diese Bestimmung kann gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines entsprechend programmierten herkömmlichen Computers erfolgen.

Die nachfolgend zu beschreibenden bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung beziehen sich sowohl auf das Verfahren wie auch auf die Vorrichtungen wie vorstehend beschrieben; es können auch mehrere beschriebene Weiterbildungen miteinander kombiniert werden.

Die Erfindung kommt vorzugsweise dann zur Realisierung in Betracht, wenn die zu bestimmende Belastung eine mechanische Belastung ist und die elektrische Energie mittels eines piezoelektrischen Wandlers erzeugt wird, oder wenn die Belastung eine thermische Belastung ist und die elektrische Energie mittels eines pyroelektrischen Wandlers erzeugt wird.

Vorzugsweise wird die zyklisch aus der Belastung erzeugte e- lektrische Energie in dem jeweiligen Wandler angesammelt; dies kommt insbesondere dann in Betracht, wenn der Wandler ausgebildet ist als Kondensator mit einem Dielektrikum, welches für die Erzeugung der elektrischen Energie aus der Belastung funktionell wesentlich ist - beispielsweise ein piezoelektrisches oder pyroelektrisches Dielektrikum.

Der hochfrequente elektrische Impuls wird vorzugsweise erzeugt durch passives Auslösen, insbesondere über eine Zener- diode oder eine Funkenstrecke.

Das charakteristische Signal wird vorzugsweise durch Filtern und kombiniertes Verzögern des entsprechenden Impulses erzeugt. Das kombinierte Verzögern kann insbesondere in einem elektroakustischen Oberflächenwellenelement erfolgen, wobei das Oberflächenwellenelement zumindest teilweise für das Filtern herangezogen werden kann. Vorzugsweise wird es mit einem herkömmlichen Bandpaßfilter als zusätzliches Filter kombiniert.

Weiterhin vorzugsweise wird jedes charakteristische Signal elektromagnetisch zu einem Empfänger, welcher die Belastung bestimmt, gesendet. Zu diesem Zweck weist die entsprechende Einrichtung eine Antenne auf. Es versteht sich, dass auch der Empfänger in diesem Zusammenhang über eine entsprechende Antenne nebst weiteren entsprechenden Schaltkreisen in analoger oder digitaler Technologie verfügt.

Die Belastung wird vorzugsweise derart bestimmt, dass zumin- dest eine Länge eines Zeitintervalls zwischen zwei Signalen, welche unmittelbar aufeinander folgen, gemessen wird. Das Erzeugnis führt während der Bestimmung der Belastung insbesondere eine Bewegung relativ zu einem Empfänger, welcher die Folge der Signale empfängt, aus. Diese Bewegung ist insbeson- dere eine Rotation.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass neben der erwähnten Belastung eine weitere Belastung eines weiteren Erzeugnisses gemessen wird, in dem in Analogie zu den beschriebenen Elementen des Verfahrens a) zyklisch weitere elektrische Energie aus der weiteren Belastung erzeugt und angesammelt, aus der angesammelten e- lektrischen Energie bei jedem Erreichen eines Schwellwertes ein weiterer hochfrequenter elektrischer Impuls er- zeugt und aus dem weiteren Impuls ein für das weitere Erzeugnis charakteristisches weiteres hochfrequentes Signal erzeugt wird; und b) aus einer Folge solcher weiteren Signale die weitere Belastung bestimmt wird.

Im Rahmen dieser Weiterbildung erfolgt also eine Bestimmung mehrerer Belastungen parallel. Dabei ist vorzugsweise zum Empfangen der Folge der Signale sowie der Folge der weiteren Signale ein einziger Empfänger vorgesehen.

Der Wandler, der Sammler und der Auslöser sind vorzugsweise direkt mit dem Erzeugnis verbunden. Dabei ist weiter vorzugsweise der Sammler ein Kondensator und der Auslöser ein durch eine elektrische Spannung gesteuerter passiver Auslöser, insbesondere eine Funkenstrecke. Der Sammler ist ferner vorzugsweise mit dem Wandler vereinigt, wie bereits an voriger Stel- le beschrieben.

Der Codierer umfasst vorzugsweise ein Oberflächenwellenele- ment und insbesondere zusätzlich ein Filter.

Das Erzeugnis ist insbesondere ein Reifen eines Kraftfahrzeuges. In diesem Zusammenhang kann der Empfänger zur Auswertung zur Folge der Signale insbesondere in dem Kraftfahrzeug positioniert sein; auch ist es in diesem Zusammenhang möglich und bevorzugt, alle gemeinsam betriebenen Reifen des Kraftfahr- zeuges mit jeweils einer Einrichtung wie beschrieben auszustatten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung ist als schematische Darstellung zu verstehen; in den Figuren sind nur diejenigen Elemente dargestellt, die für die nachfolgenden Ausführungen von Bedeutung sind. Zur Realisierung der dargestellten Ausführungsbeispiele ist in jedem Fall das einschlägige Fachwissen, insbesondere wie umrissen in den zitierten Dokumenten des Standes der Technik, heranzuziehen. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine Vorrichtung zur Bestimmung von Belastungen mehrerer Erzeugnisse; und

Figur 2 eine Schaltung, aus welcher eine Einrichtung zur zyklischen Erzeugung elektrischer Energie aus einer

Belastung nebst einem Codierer hervorgeht. cυ cυ M M P> P¹

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variablen Widerstand 17 bestimmten Reflektivität des Reflektors 15. Es versteht sich, dass ein Oberflächenwellenelement 12 in der Regel eine Vielzahl von Reflektoren enthält, wobei es freigestellt ist, wie viele Reflektoren 14 und 15 vorgese- hen sind.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung einer Belastung, welcher ein Erzeugnis (2) ausgesetzt ist, bei welchem a) zyklisch elektrische Energie aus der Belastung erzeugt und angesammelt, aus der angesammelten elektrischen Energie bei jedem Erreichen eines Schwellwertes ein hochfrequenter elektrischer Impuls erzeugt und aus dem Impuls ein für das Erzeugnis (2) charakteristisches hochfrequentes Signal (6) erzeugt wird; und b) aus einer Folge solcher Signale (6) die Belastung bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Belastung eine me- chanische Belastung ist und die elektrische Energie mittels eines piezoelektrischen Wandlers (7) erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Belastung eine thermische Belastung ist und die elektrische Energie mittels eines pyroelektrischen Wandlers (7) erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, bei dem die elektrische Energie in dem jeweiligen Wandler (7) angesammelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem jeder Impuls mittels eines passiven Auslösens ausgelöst wird.

6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem jedes charakteristische Signal (6) durch Filtern und kombiniertes

Verzögern des entsprechenden Impulses erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Belastung bestimmt wird, indem zumindest eine Länge eines Zeitintervalls zwischen zwei Signalen (6), welche unmittelbar aufeinander folgen, gemessen wird.

8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem jedes charakteristische Signal (6) elektromagnetisch zu einem Emp^¬ fänger (4) gesendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, während dessen das Erzeugnis (2) eine Bewegung relativ zu dem Empfänger (4) ausführt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Bewegung eine Ro^¬ tation ist.

11. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem zusätzlich eine weitere Belastung eines weiteren Erzeugnisses (2) gemessen wird, indem a) zyklisch weitere elektrische Energie aus der weiteren Be- lastung erzeugt und angesammelt, aus der angesammelten e- lektrischen Energie bei jedem Erreichen eines Schwellwertes ein weiterer hochfrequenter elektrischer Impuls erzeugt und aus dem weiteren Impuls ein für das weitere Erzeugnis (2) charakteristisches weiteres hochfrequentes Signal (6) erzeugt wird; und b) aus einer Folge solcher weiteren Signale (6) die weitere Belastung bestimmt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Folge der für das Erzeugnis (2) charakteristischen Signale (6) und die Folge der für das weitere Erzeugnis (2) charakteristischen weiteren Signale (6) von einem einzigen Empfänger (4) empfangen werden.

13. Vorrichtung zur Bestimmung einer Belastung, welcher ein Erzeugnis (2) ausgesetzt ist, umfassend a) eine dem Erzeugnis (2) zugehörige Einrichtung (3) mit einem Wandler (7) zur zyklischen Erzeugung elektrischer E- nergie aus der Belastung, einem Sammler (8, 9) zur Ansamm- lung der Energie, einem Auslöser (10), der aus der angesammelten elektrischen Energie bei jedem Erreichen eines Schwellwertes einen hochfrequenten elektrischen Impuls er- zeugt, sowie einem Codierer (11, 12), welcher aus dem Impuls ein für das Erzeugnis (2) charakteristisches hochfrequentes Signal (6) erzeugt; und b) einen Empfänger (4) , welcher aus einer Folge solcher Sig- nale (6) die Belastung bestimmt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der der Wandler (7), der Sammler (8, 9) und der Auslöser (10) direkt mit dem Erzeugnis (2) verbunden sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14, bei der der Sammler (8, 9) ein Kondensator (8, 9) und der Auslöser (10) ein durch eine elektrische Spannung gesteuerter passiver

Auslöser (10), insbesondere eine Funkenstrecke (10), ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Sammler (8, 9) mit dem Wandler (7) vereinigt ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei der der Codierer (11, 12) ein Oberflächenwellenelement (12) um- fasst.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Codierer (11, 12) ein Filter (11) umfasst.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei der die Einrichtung eine Antenne (16) zur Aussendung der Signale (6) aufweist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei der das Erzeugnis (2) ein Reifen (2) eines Kraftfahrzeuges (1) ist.

21. Vorrichtung zur Bestimmung mehrerer Belastungen, deren jeder jeweils ein Erzeugnis (2) aus einem Satz von mehreren Erzeugnissen (2) ausgesetzt ist, umfassend a) für jedes Erzeugnis (2) eine diesem zugehörige Einrichtung (3) mit einem Wandler (7) zur zyklischen Erzeugung elektrischer Energie aus der Belastung, einem Sammler (8, 9) zur Ansammlung der Energie, einem Auslöser (10), der aus der angesammelten elektrischen Energie bei jedem Erreichen eines Schwellwertes einen hochfrequenten elektrischen Impuls erzeugt, sowie einem Codierer (11, 12), welcher aus dem Impuls ein für dieses Erzeugnis (2) charakteristisches hochfrequentes Signal (6) erzeugt; und b) einen Empfänger (4), welcher aus allen Folgen solcher je-^' weils für eines der Erzeugnisse (2) charakteristischen Signale (6) alle Belastungen bestimmt.