DE102005016961A1 - Energy and data transmission device for use in wheel hub unit, has inductive transducer with two parts fixed at rotatable outer ring and fixed unit of hub unit, respectively, and rotate to obtain maximum inductive coupling for transmission - Google Patents

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Abstract

The device has an inductive transducer with two parts (31, 32) that are arranged in an outer jacket of a rotatable outer ring of a tapered roller bearing and a fixed unit of a wheel hub unit, respectively. The two parts face each other during each rotation of the parts of the transducer to obtain a maximum inductive coupling for transmission of energy and sensors` data, where the sensor data is transmitted in a time multiplexing manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Übertragungseinrichtung mit einem induktiven Übertrager und eine Radnabeneinheit mit der Übertragungseinrichtung.The The invention relates to a transmission device with an inductive transformer and a hub unit with the transmission device.

Beispielsweise aus der DE 102 34 893 A1 ist eine Vorrichtung mit einem stationären und einem bewegbaren Bauteil und einer Einrichtung zur gleichzeitigen Übertragung von elektrischer Energie und Informationen zwischen diesen Bauteilen bekannt, bei der in jedem der beiden Bauteile einander unmittelbar gegenüberliegend ringartige Transformatorkerne mit U-förmigem Profil angeordnet sind.For example, from the DE 102 34 893 A1 a device comprising a stationary and a movable member and a device for the simultaneous transmission of electrical energy and information between these components is known in which in each of the two components immediately opposite ring-like transformer cores are arranged with U-shaped profile.

Mit der vorausgehend beschriebenen Vorrichtung ist ein unterbrechungsfreies Übertragen möglich, wobei bei Anbringung eines der ringartigen Transformatorkerne auf einem Mantel einer Welle je nach Wellendurchmesser vergleichsweise große und damit kostenintensive ringartige Transformatorkerne erforderlich sind. Weiterhin ist oftmals an einem Wellenende, an dem prinzipiell ringartige Transformatorkerne kleinen Durchmessers eingesetzt werden könnten, der dafür erforderliche Einbauraum aufgrund konstruktiver Vorgaben nicht verfügbar.With the device described above, an uninterrupted transmission is possible, wherein when mounting one of the ring-like transformer cores on one Sheath of a shaft depending on the shaft diameter comparatively large and thus costly ring-shaped transformer cores are required. Furthermore, often at a shaft end, on the principle ring-like Transformer cores of small diameter could be used, the required for this Installation space not available due to design specifications.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Energie und zusätzlich von Informationen zwischen zwei zueinander drehbaren Elementen zu schaffen, so dass bei hinreichender Funktionserfüllung, im Hinblick auf Energie- und Datenübertragung, die Übertragungseinrichtung einfach und damit kostengünstig ausgestaltet ist.A The object of the invention is a transmission device for transmitting of energy and additionally information between two mutually rotatable elements so that, with sufficient functional performance, in terms of energy efficiency, and data transmission, the transmission device simple and therefore inexpensive is designed.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The The object is solved by the subject matter of patent claim 1. advantageous Embodiments are described in the subclaims.

Gemäß Anspruch 1 beinhaltet eine Übertragungseinrichtung mit einem induktiven Übertrager folgende Merkmale:

  • – Der Übertrager ist wenigstens zweigeteilt ausgebildet,
  • – ein Teil des Übertragers ist an einem Element angeordnet und ein weiterer Teil des Übertragers ist an einem weiteren Element angeordnet, wobei wenigstens eines der Elemente gegenüber dem anderen drehbar ist, und
  • – die Teile sind derart ausgebildet und an den Elementen angeordnet, dass im Laufe einer Umdrehung eine induktive Kopplung zwischen den Teilen bestimmungsgemäß variiert und wenigstens einmal ein Maximum erreicht.
According to claim 1, a transmission device with an inductive transformer includes the following features:
  • The transmitter is at least two-part,
  • A part of the transformer is arranged on one element and another part of the transformer is arranged on a further element, at least one of the elements being rotatable relative to the other, and
  • - The parts are designed and arranged on the elements that in the course of a revolution, an inductive coupling between the parts varies as intended and at least once reaches a maximum.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass für viele Anwendungen die Möglichkeit, Energie und Daten zwischen zwei zueinander drehbaren Elementen zeitkontinuierlich ohne Unterbrechungen übertragen zu können, gar nicht erforderlich ist, sondern ein Übertragen von Zeitpunkt zu Zeitpunkt mit dazwischenliegenden Pausenabschnitten vollkommen ausreichend ist. Dies trifft insbesondere auf zwischen einem sich drehenden und einem sich nicht drehenden Teil einer Radnabeneinheit zu übertragende Energie und Daten zu, bei denen im ruhenden Zustand kein Übertragen gefordert ist. Gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen werden durch die Lösung gemäß Anspruch 1 unter anderem die Vorteile erzielt, dass der Einfluss auf die mechanische Konstruktion des Gesamtsystems weitaus geringer ist, dass eine höhere mechanische Robustheit erzielt wird und dass durch die kompakte Bauweise der mechanische Aufwand, einschließlich für Montage und Service geringer ist, womit auch Kostenvorteile einhergehen.The The invention is based on the recognition that for many Applications the possibility Energy and data between two mutually rotatable elements time-continuous transmitted without interruptions to be able to is not necessary, but a transfer from time to Time with intermediate pause sections perfectly adequate is. This is especially true between a spinning one and a non-rotating part of a hub unit to be transmitted Energy and data too, where in the dormant state no transfer is required. Compared to the initially described solutions be through the solution according to claim 1 among other things, the advantages that the influence on the mechanical construction of the overall system is much lower, that a higher one mechanical robustness is achieved and that by the compact Construction of the mechanical effort, including for assembly and service lower is, with which also cost advantages go hand in hand.

Weiterhin werden durch die Lösung gemäß Anspruch 1 gegenüber vergleichbaren Lösungen mittels einer Batterie oder ähnlichem deren Nachteile verhindert, beispielsweise eine eingeschränkte Lebensdauer der Batterie, die Empfindlichkeit der Batterie hinsichtlich der Temperatur und/oder Vibrationen und eine begrenzte Kapazität der Batterie, so dass nur eine begrenzte Anzahl von Sensoren mit ein und derselben Batterie versorgbar sind und nur eine langsame Update-Rate der Sensoren möglich ist. Weiterhin stellt die Übertragung von Daten nach dem transformatorischen Prinzip gegenüber anderen drahtlosen Datenübertragungsmethoden eine gegenüber Störungen überaus unanfällige Methode dar.Farther be through the solution according to claim 1 opposite comparable solutions by means of a battery or similar their disadvantages prevented, for example, a limited life the battery, the sensitivity of the battery in terms of Temperature and / or vibration and a limited capacity of the battery, leaving only a limited number of sensors with one and the same Battery are available and only a slow update rate of the sensors possible is. Furthermore, the transmission stops of data according to the transformative principle over other wireless Data Transfer Methods one opposite Disturbances exceedingly unanfällige method dar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the embodiment of the invention described below the figures. Showing:

1 ausschnittsweise und mit teilweisem Freischnitt eine perspektivische Ansicht einer Radnabeneinheit, umfassend eine zweigeteilte Übertragungseinrichtung und Sensoren und 1 a partial view and with partial cutout a perspective view of a hub unit, comprising a two-part transmission device and sensors and

2 eine Prinzipskizze der zweigeteilten Übertragungseinrichtung aus 1. 2 a schematic diagram of the two-part transmission device 1 ,

Die 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ausschnittsweise und mit teilweisem Freischnitt eine perspektivische Ansicht einer Radnabeneinheit. Dabei umfasst die Radnabeneinheit einen feststehenden Achsstummel 12, auf dem über ein zweireihiges Kegelrollenlager eine mit einem Außenring 14 des Kegelrollenlagers verschraubte Bremsscheibe 16 sowie ein mitverschraubter Flansch 18 mit daran verschraubter Radfelge 19 drehbar gelagert sind. Dabei ist in die Radfelge 19 ein erster Sensor 21 zum Erfassen eines Reifendrucks und/oder einer Reifentemperatur integriert und in einen Bremsscheibenträger 17 der Bremsscheibe 16 ein zweiter Sensor 22 zum Erfassen einer Temperatur der Bremsscheibe 16.The 1 shows as an embodiment of the invention in fragmentary and partial free cut a perspective view of a hub assembly. The wheel hub unit comprises a fixed stub axle 12 , on which a double-row tapered roller bearing with an outer ring 14 screwed the tapered roller bearing brake disc 16 and a mitverschraubter flange 18 with wheel rim bolted to it 19 are rotatably mounted. It is in the wheel rim 19 a first sensor 21 integrated for detecting a tire pressure and / or a tire temperature and in a brake disc carrier 17 the brake disc 16 a second sensor 22 for detecting a temperature of the brake disc 16 ,

Beide Sensoren 21 und 22 sind über jeweils eine Verbindungsleitung 25 und 26 mit einem ersten Teil 31 einer zweigeteilt ausgebildeten Übertragungseinrichtung verbunden. Dabei umfasst das erste Teil 31 der Übertragungseinrichtung einen ersten Teil eines zweigeteilt ausgebildeten induktiven Übertragers. Das erste Teil 31 der Übertragungseinrichtung ist dabei im hinteren Bereich eines Außenmantels des zum Drehen vorgesehenen Außenrings 14 des Kegelrollenlagers angeordnet.Both sensors 21 and 22 are each via a connecting line 25 and 26 with a first part 31 a two-part transmission device connected. This includes the first part 31 the transmission means a first part of a two-part inductive transformer. The first part 31 The transmission device is in the rear region of an outer shell of the outer ring provided for rotation 14 arranged the tapered roller bearing.

Der zweite Teil 32 der Übertragungseinrichtung ist dabei am feststehenden Teil der Radnabeneinheit derart angeordnet, dass insbesondere eine Energieübertragung vom zweiten Teil 32 zum ersten Teil 31 und ein Übertragen der von den Sensoren 21 und 22 aufgenommenen Daten vom ersten Teil 31 zum zweiten Teil 32 aber auch umgekehrt ermöglicht ist. Der zweite Teil 32 umfasst dabei den zweiten Teil des induktiven Übertragers, wobei die Teile des induktiven Übertragers derart ausgebildet und angeordnet sind, dass je Umdrehung die Teile des induktiven Übertragers genau einmal einander derart gegenüberliegen, dass maximale induktive Kopplung auftritt.The second part 32 The transmission device is arranged on the fixed part of the hub unit such that in particular an energy transfer from the second part 32 to the first part 31 and transmitting the from the sensors 21 and 22 recorded data from the first part 31 to the second part 32 but also vice versa is possible. The second part 32 in this case comprises the second part of the inductive transformer, wherein the parts of the inductive transformer are designed and arranged such that each revolution, the parts of the inductive transformer just once opposed to each other such that maximum inductive coupling occurs.

Der erste und der zweite Teil 31 und 32 der Übertragungseinrichtung umfassen dabei jeweils eine Leiterplatte, auf der ein U-förmiger Spulenkern 35 bzw. 36 des induktiven Übertragers, als Leiterbahnen der Leiterplatte ausgebildete Windungen einer dem Spulenkern 35 bzw. 36 zugehörigen Spule und weitere Elektronik 37 bzw. 38 angeordnet sind. Dabei sind die Spulenkerne 35 und 36 derart angeordnet, dass beide Spulenkerne 35 und 36 einmal je Umdrehung einen im wesentlichen geschlossenen O-förmigen magnetischen Kreis bilden, was dann dem Zustand maximaler induktiver Kopplung entspricht. Dabei wird der Zustand der maximalen induktiven Kopplung sowie der unmittelbar vorausgehende und nachfolgende Zustand, in dem die einander gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Spulenkerne 35 und 36 in axialer Richtung wenigstens teilweise überlappen, zum Übertragen genutzt wird. Dabei wird für die Datenübertragung ein Zeitmultiplex verwendet. Die 2 zeigt dazu in Form einer Prinzipskizze die beiden Spulenkerne 35 und 36 samt der ihnen zugeordneten Elektronik 37 und 38.The first and the second part 31 and 32 The transmission device each comprise a printed circuit board on which a U-shaped coil core 35 respectively. 36 of the inductive transformer, formed as conductor tracks of the circuit board turns of the coil core 35 respectively. 36 associated coil and other electronics 37 respectively. 38 are arranged. Here are the coil cores 35 and 36 arranged such that both coil cores 35 and 36 once per revolution form a substantially closed O-shaped magnetic circuit, which then corresponds to the state of maximum inductive coupling. In this case, the state of the maximum inductive coupling as well as the immediately preceding and following state in which the opposing surfaces of the two coil cores 35 and 36 overlap in the axial direction at least partially, is used for transmitting. In this case, a time division multiplex is used for data transmission. The 2 shows in the form of a schematic diagram of the two coil cores 35 and 36 including their assigned electronics 37 and 38 ,

1212
Achsstummelstub axle
1414
Außenringouter ring
1616
Bremsscheibebrake disc
1717
Bremsscheibenträgerdisk holder
1818
Flanschflange
1919
Radfelgewheel rim
21, 2221 22
Sensorsensor
25, 2625 26
Verbindungsleitungconnecting line
31, 3231 32
Teil einer Übertragungseinrichtungpart a transmission device
35, 3635, 36
SpulenkernPlunger
37, 3837, 38
Elektronikelectronics

Claims (14)

Übertragungseinrichtung mit einem induktiven Übertrager, beinhaltend folgende Merkmale: – Der Übertrager ist wenigstens zweigeteilt ausgebildet, – ein Teil des Übertragers ist an einem Element angeordnet und ein weiterer Teil des Übertragers ist an einem weiteren Element angeordnet, wobei wenigstens eines der Elemente gegenüber dem anderen drehbar ist, und – die Teile sind derart ausgebildet und an den Elementen angeordnet, dass im Laufe einer Umdrehung eine induktive Kopplung zwischen den Teilen bestimmungsgemäß variiert und wenigstens einmal ein Maximum erreicht.transmission equipment with an inductive transformer, including the following features: - The transmitter is at least two parts educated, - one Part of the transformer is arranged on an element and another part of the transformer is arranged on a further element, wherein at least one opposite to the elements the other is rotatable, and - The parts are designed and arranged on the elements that in the course of a revolution one inductive coupling between the parts varies as intended and at least once reaches a maximum. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der Teile des Übertragers einen Spulenkern aus einem magnetisierbaren Material umfasst.transmission equipment according to claim 1, wherein each of the parts of the transformer has a spool core made of a magnetizable material. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Spulenkern U-förmig ausgebildet ist.transmission equipment according to claim 2, wherein the coil core is U-shaped is trained. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die U-förmigen Spulenkerne derart angeordnet sind, dass sie bei maximaler Kopplung einen im wesentlichen O-förmigen magnetischen Kreis ausbilden.transmission equipment according to claim 3, wherein the U-shaped Coil cores are arranged such that they at maximum coupling a substantially O-shaped train magnetic circuit. Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedes der Teile des Übertragers eine elektrische Spule umfasst.transmission equipment according to one of the claims 1 to 4, wherein each of the parts of the transformer is an electrical Coil includes. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Spule als Leiterbahn einer Leiterplatte ausgebildet ist.transmission equipment according to claim 5, wherein the coil as a conductor track of a printed circuit board is trained. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei der Spulenkern in die Leiterplatte eingreifend angeordnet ist.transmission equipment according to claim 6, wherein the coil core arranged engaging in the circuit board is. Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei auf der Leiterplatte weitere Elektronikbauteile integriert sind.transmission equipment according to one of the claims 6 or 7, wherein on the circuit board further electronic components are integrated. Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Übertrager in einem Bereich um die maximale Kopplung herum zum Übertragen von Energie und Informationen ausgebildet ist.transmission equipment according to one of the claims 1 to 8, wherein the transformer in an area around the maximum coupling around for transmission is formed of energy and information. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 9, wobei für die Informationsübertragung ein Zeitmultiplex verwendet ist.transmission equipment according to claim 9, wherein for the information transfer a time division is used. Radnabeneinheit mit der Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der eine Teil des Übertragers an einem sich bestimmungsgemäß drehenden Element der Radnabeneinheit und der weitere Teil des Übertragers an einem sich bestimmungsgemäß nicht drehenden Element der Radnabeneinheit angeordnet ist.Wheel hub unit with the transmission device according to one of the claims 1 to 10, wherein the one part of the transformer on an intended rotating Element of the hub unit and the other part of the transformer not intended for one rotating element of the hub unit is arranged. Radnabeneinheit nach Anspruch 11, wobei der Teil des Übertragers am sich drehenden Element mit mehreren Sensoren verbunden ist.The wheel hub unit according to claim 11, wherein the part of the transformer is connected to the rotating element with multiple sensors. Radnabeneinheit nach Anspruch 12, wobei die Sensoren, einen Sensor zum Erfassen eines Drucks, insbesondere eines Reifens, und einen Sensor zum Erfassen einer Temperatur, insbesondere einer Bremsscheibe und/oder eines Reifens, umfassen.Hub unit according to claim 12, wherein the sensors, a sensor for detecting a pressure, in particular a tire, and a sensor for detecting a temperature, in particular one Brake disc and / or a tire include. Radnabeneinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Teil des Übertragers am drehenden Element derart angeordnet ist, dass dessen Mittelpunkt je Umdrehung auf einer in sich geschlossenen Bahn umläuft.Wheel hub unit according to one of claims 11 to 13, where the part of the transformer is arranged on the rotating element such that its center rotates per revolution on a self-contained path.
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