带有能量产生装置的直线运动装置的制作方法

本发明涉及按照权利要求1的前序部分所述的带有能量产生装置的直线运动装置。

背景技术：

由现有技术已知一些直线运动装置，它们装备有能量产生装置。直线运动装置包含导引构件，能运动的导引组件布置在该导引构件上。为了给负载、例如传感器供应电能，可以将能量产生装置集成在直线运动装置中。

由de19959979a1已知一种直线运动装置，该直线运动装置具有主轴导引机构，该主轴导引机构带有主轴作为导引构件，在所述直线运动装置中，摩擦轮安放在主轴上。摩擦轮被位置固定地布置并且在一区域中贴靠在主轴上，该区域更确切地说处在主轴的外端部中的一个外端部上。摩擦轮连接到发电机上，发电机安置在主轴导引机构外。为了给安置在形式为主轴螺母的能运动的导引组件上的负载供应能量，这种结构是有缺点的，因为需要拖动电缆用于给负载供应电流。拖动电缆此外需要额外的结构空间，并且此外易于磨损并且因此成本高昂。

技术实现要素：

与此对应，本发明的任务是，创造带有能量产生装置的直线运动装置，其以在装置技术上简单的和利于成本的方式生成电功率。

该任务按照权利要求1的特征解决。

本发明的有利的扩展设计方案是从属权利要求的主题。

按照本发明，直线运动装置具有：导引构件，如主轴轨导引机构的主轴或型材轨导引机构的型材轨；能在导引构件上运动的导引组件，如主轴螺母或导引车；以及能量产生装置。该能量产生装置安置在导引组件上并且具有发电机，发电机通过摩擦轮被驱动，并且发电机在摩擦轮旋转运动时生成电能。摩擦轮在此贴靠在导引构件上并且通过导引组件的移动置于旋转中。

在本发明中有利的是，可以向设置在导引组件和/或能量产生装置上的负载供应发电机生成的电能并且因此既不必通过拖动电缆也不必通过电池供应电能。因此降低了使用寿命周期成本，因为能量产生装置尽可能是无需保养的。通过能量产生装置在导引车上的集成还可以让直线运动装置使用在较小的结构空间中并且更不容易受干扰。此外有利的是，在导引组件的每一次运动中产生了能量，例如也在极慢的行驶中或恒定的速度下，并且能量供应因此尽量与导引组件的行驶轮廓（fahrprofil）无关。

有利的是，能量产生装置包含电路，该电路用于为负载提供恒定的供应电压和/或用于供应电压的负载匹配。

此外，能量产生装置优选具有蓄能器、例如蓄电池。该蓄电池应当有利地用能量产生装置的所产生的能量充电，所述能量不能直接由负载用于实施功能。换句话说，蓄电池被馈给以发电机的暂时多余的能量。因此当负载需要比在这个时刻由能量产生装置提供的能量更多的能量时，可以实施负载的一个功能，和/或，当导引组件没有运动并且能量产生装置因此在这个时间点上不生成能量时，也可以使用一个功能。

能量产生装置优选设置用于为传感器系统、例如麦克风和/或固体声传感器（korperschallsensors）和/或加速度传感器供应电流。通过集成这种传感装置，可以例如探测到运行噪声（laufgerausche）和/或机器振动并且因此监控直线运动装置的和/或单个组件的磨损。

此外有利的是，直线运动装置具有评估单元。该评估单元可以与传感器系统和/或能量产生装置进行信息交换。通过检测能量产生装置的有效能量信号（nutzenergiesignals）的走势（属于此的例如有发电机的所产生的电压的电压走势和/或频率和/或信号形状），评估单元可以例如推导出信息或状态、如导引组件的速度。此外，可以通过记录和/或评估有效能量信号实现对直线运动装置的和/或摩擦轮的状态监控。为此，由有效能量信号估计在摩擦轮和导引构件之间的滑动（schlupf），并且从中探测到例如摩擦轮的磨损和/或直线运动装置的润滑状态和/或直线运动装置的滚动体的滚道的污染（verschmutzung）。评估单元例如设置在导引组件中。备选或附加地可以设置外部的评估单元，其例如通过无线电与传感器系统和/或能量产生装置通信。

通过特别是经由评估单元关联传感器系统的和能量产生装置的信息，还可以获得其它有利的认识。属于此的例如有，记录特定的速度下的振动，专业术语也称为与行驶速度相关的固有模式（eigenmoden），其能用于提前识别磨损或干扰。

本发明的另一种有利的设计方案是，传感器系统是活跃的，导引组件处于运动中并且优选此外是不活跃的或基本上不活跃的，即不发生导引组件的运动。确定了在传感器系统的测量之间的时间间隔的采样率可以备选或附加地与导引组件的运动相匹配。评估单元因此可以根据有效能量信号来控制传感器系统的活跃性（aktivitat）。在导引组件的较快速的运动中例如可以缩短在测量之间的时间间隔并且在缓速行驶时延长在测量之间的时间间隔。因此能节省能量，因为不会连续地进行、而是按需进行通过传感器系统的测量。

在本发明的另一种设计方案中可能的是，求出（ermitteln）行驶轮廓样式（fahrprofilmuster）或行驶轮廓样式的一区段。行驶轮廓样式或一区段例如说明了一段时间内导引组件的运动和/或有效能量信号和/或蓄能器的充电和/或传感器系统的能耗。当前的行驶轮廓样式或一区段优选与一个或多个可以储存在数据库中的行驶轮廓样式相比较，所述数据库例如集成在评估单元中和/或处在服务器上，可以通过例如无线的数据传输调用所述服务器。如果当前的行驶轮廓样式或一区段完全或也仅部分与一个或多个所储存的行驶轮廓样式一致，那么可以通过评估单元特别是调整针对未来的行驶轮廓样式看起来是怎么样的预测（voraussagen）。因此可以例如使用最为接近当前的行驶轮廓的所储存的行驶轮廓样式用于预测。因此传感器系统的和/或评估单元的需要许多能量的、调用了能量产生装置的和/或蓄能器的最大功率的功能、例如能够通过无线电发送信息在时间上可以这样加以控制，使得不会影响其它的功能和/或在一个能量产生装置提供足够的功率时间点上进行计划。因此可以例如使用具有较小的容量并且因此也需要较小的结构空间以及也更为利于成本的蓄能器。

为了保证摩擦轮与导引构件的接触，能量产生装置优选装备有弹簧和/或弹性的元件、如螺旋弹簧和/或螺旋扭力弹簧（schenkelfeder）和/或盘簧（spiralfeder）和/或球弹簧（kugelfeder）和/或渐开线弹簧（evolutfeder）和/或碟形弹簧和/或碟形弹簧包。通过弹簧就可以用一个力沿着导引构件的方向加载摩擦轮。也可以考虑的是，摩擦轮弹性地设计成弹簧。所述弹簧优选具有扁平的刚性特征线、因此例如在例如造成弹簧松弛的摩擦轮磨损时和/或即使在用于补偿磨损的弹簧的机械的再调整时也不会由弹簧产生摩擦轮到导引构件的过小的或过大的按压力。弹簧集成到能量产生装置中的另一个优点是，补偿摩擦轮的滚道的不平坦性并且因此可以保证在摩擦轮和导引构件之间的永久的接触。弹簧优选支撑在导引构件上。

在本发明的另一种设计方案中，能量产生装置具有在摩擦轮和发电机之间的连接、如传动机构。在此可能的是，摩擦轮和发电机固定在共同的轴上。这种实施方式能尤为利于成本地实现。另一个设计方案规定，传动机构创造了在摩擦轮和发电机之间的连接。可以考虑不同的实施可能性，如正齿轮传动机构（stirnradgetriebe）和/或锥齿轮传动机构（kegelradgetriebe）和/或蜗轮蜗杆传动机构（schneckengetriebe）和/或皮带传动机构（riemengetriebe）。使用传动机构的优点是，摩擦轮和发电机关于它们的支承被脱开并且发电机的轴承因此不被摩擦轮的按压力加载并且由此可以保证发电机的长寿（langlebigkeit）。此外，正齿轮传动机构例如使得摩擦轮的驱动轴能够沿着摩擦轮在导引构件上的支承面的方向移动，而发电机的驱动轴则平行于摩擦轮的驱动轴并且与支承面具有更大的间距。因此摩擦轮可以设计有较小的半径。这样的结果是，摩擦轮具有较小的质量惯性矩（massentragheitsmoment）和较小的接触面以及因此更好的动态性能。转速变换（drehzahlübersetzung）也是可能的。因此发电机的驱动轴可以具有比摩擦轮的驱动轴更高的转速并且因此也能够在导引组件的极缓慢的运动中在发电机中生成能量。也能通过使用传动机构实现能量产生装置的紧凑的构造方式，所述传动机构例如弯曲地、特别是垂直地相互调整（anstellt）发电机的和摩擦轮的驱动轴（triebwelle）。

发电机的和/或摩擦轮的驱动轴优选分别经由至少一个或优选至少两个轴承被支承。摩擦轮的和/或发电机的驱动轴通过一个或多个轴承的独立的支承而具有这样的优点，即，紧随着的是摩擦轮的和发电机的驱动轮的脱开并且因此发生了轴的去除负载。此外，一个或多个轴承能够设有密封结构，密封结构密封传动机构和/或发电机。传动机构和发电机可以布置在壳体中并且将一个或多个驱动轴从壳体导引出来的一个或多个轴承可以被密封。摩擦轮在此优选始终布置在壳体外。通过密封使能量产生装置对污物和液体、例如碎屑、灰尘和/或冷却润滑材料乳液更不敏感。特别是密封所述壳体的被一个或多个驱动轴贯穿的壳体通道。

优选这样设计能量产生装置的摩擦轮，使得该摩擦轮具有在导引构件上的较小的支承面，以便保证在摩擦轮和导引构件之间的高的面积压力（flächenpressung）。在本发明的一种设计方案中，摩擦轮具有支承区域，该支承区域在未受负荷的状态下具有一半径。这个支承区域优选沿切向转化成摩擦轮的线性的单侧的或楔形（keilformige）的拓宽部。在固定到驱动轴上的区域中，摩擦轮例如具有恒定的厚度。也能这样设计摩擦轮，使得摩擦轮在圆周侧上和/或在外部的区域中具有槽，摩擦环、特别是弹性的摩擦环能置入到该槽中。摩擦环优选设计成o型环的形式，摩擦环在特别是未受负荷的状态下具有圆形的横截面。这种实施方式的优点是，可以更换o型环、例如因为该环过老或过度磨损，并且可以将不同的o型环、特别是有不同的大的横截面的o型环插入到相同的摩擦轮中，并且因此摩擦轮的外径可能变化。

摩擦轮优选具有在导引构件上的滚道（laufbahn），该滚道不对应导引组件的滚动体的一个或多个滚动面（lauffläche）。因此排除了摩擦轮对滚动体-或滚动体导引面的磨损的影响。滚动体导引面的结构上的匹配不是必需的并且因此能量产生装置的集成不会对滚动体的运行特性（laufeigenschaften）有影响。

能量产生装置有利地具有壳体。这个壳体优选布置在导引组件的端侧上。导引组件的端侧指向导引构件的纵轴线的方向。能量产生装置因此没有改变和/或缩小导引车的附加面（anbaufläche），一个或多个附件（anbauteile）、例如工件容纳部可以安置到该附加面上。

优选这样来设计能量产生装置的壳体，使得该壳体垂直于或径向于导引组件的运动方向地没有超过导引组件伸出。这样的优点是，伸出导引车的附件能布置在附加面上并且不需要垂直于运动方向的结构空间扩大。

直线运动装置可以设计成主轴导引机构（spindelfuhrung）。在本发明的这个设计方案中，导引构件是主轴，至少一个主轴螺母作为导引组件以能运动的方式布置在该主轴上，所述主轴螺母能够具有滚动体。

有利的是，能量产生装置的布置在主轴螺母的端侧上的壳体具有大致u形的设计方案。壳体优选在横截面中观察最大180°地搭接（übergreifen）主轴，因此无法实现从后方嵌接并且壳体能简单地安装。这样提供的优点是，能量产生装置能以简单的方式安置在已经安装好的直线运动装置上并且可以用作用于产生能量的加装解决方案。此外，能量产生装置的保养因此更为利于成本并且更为不耗时，因为能更为容易地移除壳体。

主轴优选具有用于摩擦轮的滚道，滚道处在主轴的用于滚动体的至少一个螺旋形的导引面之间的区域中。换句话说，摩擦轮的优选同样螺旋形的滚道处在主轴的有最大直径的区域中。有利的是，无需干涉主轴的或主轴螺母的设计（konstruktion），并且滚动体的导引面不会因摩擦轮遭受到影响。

为了改善摩擦轮在滚动体上的导引并且避免摩擦轮跳跃到滚动体导引面中，可能有利的是，为摩擦轮的滚道的区域装备有槽、特别是螺旋形的槽。

在本发明的另一种设计方案中，可以这样调整摩擦轮，使得摩擦轮的转动平面关于主轴的转动轴线具有一个角，该角对应主轴的螺距（gewindegangs）的上升角（steigungswinkel）。因此摩擦轮能更为安全地在滚道上导引并且如果滚道装备有槽，那么滚轮在其内就不会歪斜（verkantet）。摩擦轮的驱动轴可以同样被调整和/或例如装备有十字接头（kreuzgelenk），所述十字接头实现了摩擦轮的驱动轴与主轴转动轴线的特别是平行的安装。十字接头是离合器，其可以将一个轴的转速传递给另一个轴，其中，轴相交并且交角在运动传递期间能改变。换句话说，摩擦轮的转动轴线这样相对主轴的转动平面这样布置，使得摩擦轮平行于螺距转动，这导致了更小的摩擦。

直线运动装置也可以是型材轨导引机构（profilschienenfuhrung）。这种型材轨导引机构具有带型材凹部的型材轨和导引车，导引车可以具有滚动体，滚动体布置在导轨上。

能量产生装置的安置在型材轨上的壳体优选设计成u形。壳体的臂（schenkel）优选包围导轨并且例如嵌入到型材凹部中。为了使能量产生装置尤其可以用作加装解决方案，能量产生装置的壳体可以有利地垂直于导引车的运动方向安装。为此，壳体例如具有多个分件，所述分件能这样分离，使得壳体能安装。优选可以这样来设计壳体分件，使得该壳体分件至少包含壳体的嵌入到型材凹部中的部件。备选的或附加的可能性在于，壳体至少部分设计成弹性的，因而壳体暂时为了安装而能这样变形，使得该壳体能垂直于运动方向地在型材轨上移动，因而所述臂包围型材轨。

用于摩擦轮的滚道优选这样布置在型材轨导引机构的型材轨上，使得滚道在带有两个或更多滚动体列的导引车中布置在滚动体滚动面之间。因此滚道优选与至少一个滚动体滚动面相邻布置，如果仅设置一个滚动体滚动面时例如也这样。因此在此也不需要对型材轨或导引车作设计上的改变。此外，摩擦轮的滚道因此处在包含润滑材料的区域中，以便润滑滚动体。对此有利的是，在这个实施例中可以利用摩擦轮的滑动用于检查润滑剂状态。

附图说明

接下来借助示意图详细阐释本发明的优选的实施例。图中：

图1在立体视图中示出了按照一种相应的实施例的带有能量产生装置的主轴导引机构；

图2在另一个立体视图中示出了图1的带有能量产生装置的主轴导引机构的视图；

图3是图1的主轴导引机构的主轴的纵剖面的一部分；

图4a至4c分别在示意图中示出了按照一种相应的实施例的型材轨导引机构的能量产生装置；

图5a至5d分别在立体图中示出了按照一种相应的实施例的型材轨导引机构的能量产生装置的壳体；

图6a和6b在示意图中示出了按照一种相应的实施例的带有所示的密封空间的能量产生装置；以及

图7a和7b分别在示意性立体图中示出了按照一种相应的实施例的能量产生装置的摩擦轮。

具体实施方式

按照图1示出了带有主轴2的主轴轨导引机构（spindelschienenfuhrung）1，主轴螺母4布置在所述主轴上，能量产生装置6安置(anbringen)在主轴螺母上。能量产生装置6具有壳体8，该壳体包围主轴导引机构1的主轴2。壳体8垂直于运动方向地没有超过主轴螺母4伸出。壳体8此外被分成两个平面。在径向与主轴2相邻布置的平面上在外部的面上固定着电子装置10。电子装置10可以例如包含传感器系统和/或评估单元。在所述平面之间和/或在由于主轴2的贯通导引而两部分构成的平面上和/或在外部的平面的内部的面上布置着能量产生装置6。该能量产生装置具有摩擦轮12，该摩擦轮与发电机14连接。在布置着摩擦轮12的部位上，壳体8朝着主轴2敞口。摩擦轮12在那里贴靠在主轴2上。

按照图2，能量产生装置6的壳体8沿主轴2的圆周方向看仅包围主轴2的一半，这意味着包围主轴2的横截面的180°。壳体8朝着主轴螺母4具有固定板16。固定板构造成半圆形并且提供了壳体8与主轴螺母4例如通过螺旋连接的固定可能性。在这个实施例中，主轴螺母4在一端沿着轴向装备有法兰，例如连接结构可以拧紧到该法兰上。在本例中，固定板16还安置在主轴螺母4的法兰上。已经表明，主轴2的转动轴线和摩擦轮12的转动轴线被调整(anstellen)。摩擦轮的转动平面的调整角对应螺纹的上升角。发电机14在本例中还具有敷设电缆（verkabelung），敷设电缆例如平行于主轴2的转动轴线延伸并且其将发电机14与电子装置10连接起来。

在图3中示出了在主轴2上的螺旋形的滚动体滚动面18。用作摩擦轮12的滚道20的同样螺旋形的面处在滚动体滚动面18之间。其还具有螺旋形的槽22，摩擦轮12在该槽中导引。槽22在此优选具有比滚动体滚动面18更小的深度并且设计得例如更窄。主轴2在其圆形的基面上具有钻孔24，钻孔例如用于安置止挡。

按照图4a，示出了带有型材凹部28的型材轨26。在相应的型材凹部（profilaussparung）28中设置有导引车的滚动体滚动面30，导引车以能运动的方式布置在型材轨26上并且其具有双列式滚动体环绕（walzkorperumlauf）。在这些滚动体滚动面30之间布置着摩擦轮34的滚道32。能量产生装置36的摩擦轮34在本实施例中布置在带有发电机40的共同的驱动轴38上。驱动轴38和柱形的发电机40的轴线布置在型材轨26的侧面并且大约垂直于型材轨26的表面布置，即垂直于不具有型材凹部28并且与导引车的一个面对置的面布置。在图4b阐释了在摩擦轮34和发电机40之间的连接的另一个实施例。在此示意性地示出了蜗轮传动机构（schneckenradgetriebe）42。这个蜗轮传动机构使得摩擦轮34的驱动轴和发电机40的驱动轴不是平行于彼此，而是垂直于彼此。在此，摩擦轮34的驱动轴布置在型材轨26的侧面并且垂直于型材轨26的表面布置。发电机40的驱动轴布置在型材轨26的表面上方。按照图4c，摩擦轮44通过正齿轮传动机构46与发电机40连接，在此，摩擦轮44的和发电机40的驱动轴平行布置。驱动轴布置在型材轨26的侧面并且大致垂直于型材轨26的表面布置。因为摩擦轮44的驱动轴通过正齿轮传动机构46接近型材轨26布置，即摩擦轮44的和发电机40的驱动轴错开，所以摩擦轮44在本实施例中能够具有较小的直径并且通过正齿轮传动机构46将摩擦轮44的驱动轴与发电机40的驱动轴脱开并且发电机40的驱动轴能被机械地去除负载。

在图5a中示出了能量产生装置36的壳体54，该壳体应当垂直于导引车的运动方向地布置在型材轨26上。壳体54在这个实施例中具有两个壳体臂50，所述两个壳体臂可以被连接板52分离。因此壳体臂50可以插入到型材凹部28中并且然后将连接板52与壳体臂50连接起来。因此能容易地实现在型材轨26上的安置。在图5b中示出了另一个实施例。在此，壳体56被分成两个相同的部件，其中，部件分别包含壳体臂50和半个连接板52。通过分离两个壳体部件在此也可以容易地安装壳体56。在图5c中示出了一个实施例，在该实施例中，壳体58同样分成了两个部件。在此，一个部件包含壳体臂50和连接板52并且另一个部件包含壳体臂50。在此重要的是，壳体部件分别包含壳体58的嵌入到型材凹部28中的部件。按照图5d，壳体60也可以弹性地设计。在此在左边可以看到壳体60在没有力作用下的状态。通过力作用可以使壳体臂50离开彼此弯曲并且连接板52同样变形，如在图右边说明的那样。

在图6a中示出了带有锥齿轮传动机构72的能量产生装置70，该锥齿轮传动机构将摩擦轮74与发电机76连接起来。在此，在本实施例中，摩擦轮74安置在驱动轴78上，驱动轴由两个轴承80保持，因而摩擦轮74的驱动轴78不能通过外部的力作用调整。此外给出了一密封空间82，该密封空间包围锥齿轮传动机构72和轴承80。发电机76和摩擦轮74在此布置在所述密封空间82外并且相应的驱动轴78冲破密封空间82并且设有密封的轴承80。发电机76在轴侧用其端面密封地安置在密封空间82上，因而尽管发电机轴承可能不密封，但总体上仍能实现发电机76的密封。因为尤其可能在型材轨上例如发现污物和/或润滑剂，所以至少为布置在摩擦轮74和传动机构72之间的轴承80设有密封结构。按照图6b示出了一个实施例，在该实施例中，密封空间84除了锥齿轮传动机构72和轴承80外还包围发电机76。摩擦轮74在本例中也布置在密封空间84外。

按照图7a说明了摩擦轮86的一个实施方式。摩擦轮86具有支承面88。这个支承面设有向外拱曲的半径。摩擦轮86还具有在两侧的楔形的拓宽部90，该拓宽部大致相切地连接到支承面88上。固定区域92处在摩擦轮86的中央。这个固定区域具有恒定的厚度和在中央的用于固定的孔94。在图7b中给出了摩擦轮96的一个实施例，该摩擦轮柱形地成形。在中央同样给出了用于固定的孔94。这个摩擦轮96的侧面设有槽98，弹性的环能置入到该槽中。摩擦轮96还在柱体的侧面到底面的过渡区域中具有半径100。

公开了一种直线运动装置，该直线运动装置具有导引构件和在该导引构件上导引的能运动的导引组件，能量产生装置（6；36；70）固定在该导引组件上。这个能量产生装置具有发电机（14；40、76），发电机由摩擦轮（12；34；44；74；86；96）驱动。摩擦轮（12；34；44；74；86；96）贴靠在导引构件上用于滚动并且通过导引组件的运动旋转地驱动所述摩擦轮。

附图标记列表

1主轴导引机构

2主轴

4主轴螺母

6；36；70能量产生装置

8；54；56；58；60壳体

10电子装置

12；34；44；74；86；96摩擦轮

14；40；76发电机

16固定板

18；30滚动体滚动面

20；32滚道

22；98槽

24钻孔

26型材轨

28型材凹部

38；78驱动轴

42蜗轮传动机构

46正齿轮传动机构

50壳体臂

52连接板

72锥齿轮传动机构

80轴承

82；84密封空间

88支承面

90拓宽部

92固定区域

94孔

100半径