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