DE102018131914A1

DE102018131914A1 - Gasdruckfeder für den Einsatz in einer Werkzeugvorrichtung, Werkzeugvorrichtung umfassend zumindest eine Gasdruckfeder

Info

Publication number: DE102018131914A1
Application number: DE102018131914.2A
Authority: DE
Inventors: Tobias Bäume; Wolfgang Zorn
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Volkswagen AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Volkswagen AG
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2038-12-13
Also published as: DE102018131914B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasdruckfeder (10) für den Einsatz in einer Werkzeugvorrichtung (42) sowie eine Werkzeugvorrichtung (42), welche zumindest eine solche Gasdruckfeder (10) umfasst.Es ist vorgesehen, dass eine Gasdruckfeder (10) für den Einsatz in einer Werkzeugvorrichtung (42) bereitgestellt wird. Die Gasdruckfeder (10) umfasst dabei eine mehrteilige Energieerzeugungsvorrichtung (32) und eine mehrteilige Bewegungskörpervorrichtung (15), welche mit der Energieerzeugungsvorrichtung (32) interagiert. Die Bewegungskörpervorrichtung (15) umfasst dabei ein Zylinderelement (12), ein Kolbenstangenelement (14) und ein Führungselement (16). Sowohl das Führungselement (16) als auch das Kolbenstangenelement (14) sind dabei im Inneren des Zylinderelements (12) angeordnet. Das Führungselement (16) führt mittig zumindest teilweise das Kolbenstangenelement (14). Zumindest eine Komponente von der mehrteiligen Energieerzeugungsvorrichtung (32) ist dabei zumindest teilweise identisch mit zumindest einer Komponente der Bewegungskörpervorrichtung (15). Zudem wird eine Werkzeugvorrichtung (42), welche zumindest eine zuvor erwähnte Gasdruckfeder (10) umfasst, vorgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasdruckfeder für den Einsatz in einer Werkzeugvorrichtung sowie eine Werkzeugvorrichtung, welche zumindest eine solche Gasdruckfeder umfasst.
Im Zuge einer effizienten Produktion weisen heutige Maschinen und Werkzeuge neben den eigentlichen Komponenten und den damit einhergehenden Funktionen zunehmend zusätzliche Komponenten mit weiterführenden oder ergänzenden Funktionen auf. Beispielsweise sind in diesem Zusammenhang Tiefziehwerkzeuge bekannt, welche mit aktiven Komponenten ausgestattet sind, um den Fertigungsprozess zu optimieren. Als aktive Komponenten zählen hierbei sowohl Sensoren als auch Aktoren, zum Beispiel in der Form von Piezoaktoren. Wenn bei solchen zusätzlichen Komponenten eine Energieversorgung nötig sein sollte, erfolgt dabei häufig eine Verbindung des Werkzeugs mit der Presse. Alternativ kann eine Verbindung mit anderen externen Versorgern vorgesehen sein. Im Falle des Anschlusses an eine Presse ist eine kurze Verbindungslänge möglich. Oftmals werden hierbei neben elektrischer Leistung auch Informationen zwischen Maschinensteuerung und aktiven Werkzeugkomponenten ausgetauscht. Die Versorgung dieser Komponenten ist oftmals nur auf das Unterwerkzeug beschränkt, da eine entsprechende Anbindung des Oberwerkzeugs durch eine separate Leitungslegung über die Umformmaschine erfolgen müsste. Um solch einen Nachteil zu begegnen sind bereits erste Ansätze für eine kontaktlose Energie- und Informationsübertragung aus dem Stand der Technik als bekannt zu entnehmen. Hierbei wird ein Sender- und Empfängermodul in den Werkzeug/Pressverbund integriert. Bei hinreichend geringem Abstand kann so über Induktion eine entsprechende Übertragung von Leistung erfolgen. Auch sind bereits Lösungen bekannt, welche auftretende Bewegungsenergie während des Betriebs zumindest teilweise in elektrische Energie umwandelt, um anschließend diese elektrische Energie im Werkzeug bereitzustellen.
So ist aus der Druckschrift DE 10 2012 202 840 A1 ein Blechbearbeitungswerkzeug mit einer Ziehkisseneinrichtung und wenigstens einer in der Ziehkisseneinrichtung angeordneten Generatorvorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Verdrängungsarbeit in elektrische Energie als bekannt zu entnehmen. Das Werkzeug weist zwei Werkzeugteile auf, zwischen denen während einer pressseitig erzeugten Schließbewegung ein Blechmaterial geformt und/oder geschnitten wird. Eines der Werkzeugteile umfasst eine Zugpolstereinrichtung zur Betätigung eines bei der Schließbewegung verlagerten Blechhalters. Die Ziehkissenvorrichtung umfasst eine Generatorvorrichtung, um einen Teil der pressseitig aufgebrachten kinetischen Energie in eine nutzbare elektrische Energie zur Verschiebung des Blechhalters während der Schließbewegung umzuwandeln. Es ist dabei vorgesehen, dass die Generatorvorrichtung beispielsweise ein Piezoelement oder ein Dynamo ist. Eine Integration dieser Bauteile in eine Federvorrichtung kann vorgesehen sein, wobei aber die Generatorvorrichtung in Form des Piezoelements oder des Dynamos jeweils für sich stehende Bauteile darstellen, welche beispielsweise über zusätzliche Bauteile mit der Federvorrichtung wechselwirken. Es ist außerdem dabei vorgesehen, dass diese Wechselwirkung lediglich in einer Bewegungsrichtung der Federvorrichtung bereitgestellt wird. Insofern offenbart diese Druckschrift nicht, dass zumindest eine Komponente von einer mehrteiligen Energieerzeugungsvorrichtung, welche in einer Gasdruckfeder vorgesehen ist, zumindest teilweise identisch ist mit zumindest einer Komponente der Bewegungskörpervorrichtung, welche ebenfalls in der zuvor genannten Gasdruckfeder vorgesehen ist. Auch wird keine Werkzeugvorrichtung offenbart, welche eine erfindungsgemäße Gasdruckfeder umfasst und das damit verbundene Wirkprinzip vorsieht.
Andere Ansätze beschränken sich auf eine reine Informationsweitergabe ohne dabei den Fokus auf einer zusätzlichen Energiegewinnung zu legen.
So ist aus der Druckschrift EP 3 002 650 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur serienmäßigen Bearbeitung und/oder Herstellung eines Werkzeugs als bekannt zu entnehmen. Die Vorrichtung ist dabei zur serienmäßigen Bearbeitung und/oder Herstellung eines Werkstückes vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst ein umfangsgeschlossenes Gehäuse in dem wenigstens ein Werkzeug zur formenden Be- und/oder Verarbeitung des Werkstückes von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand angeordnet ist. In diesem Zusammenhang wird wenigstens eine beim Be- oder Verarbeitungsvorgang zu überwachende physikalische Prozessgröße des Werkzeugs mittels eines im oder am Werkzeug integrierten Messmittels überwacht. Dabei ist ferner ein Transceiver vorgesehen, der ausgebildet ist Messdaten vom Messmittel zu empfangen, sowie die Messdaten drahtlos an eine externe Empfangseinrichtung durch eine bestimmungsgemäß angeordnete und ausgebildete Transmissionsöffnung im Gehäuse zu senden. Insofern offenbart diese Druckschrift nicht, dass zumindest eine Komponente von einer mehrteiligen Energieerzeugungsvorrichtung, welche in einer Gasdruckfeder vorgesehen ist, zumindest teilweise identisch ist mit zumindest einer Komponente der Bewegungskörpervorrichtung, welche ebenfalls in der zuvor genannten Gasdruckfeder vorgesehen ist. Auch wird keine Werkzeugvorrichtung offenbart, welche eine erfindungsgemäße Gasdruckfeder umfasst und das damit verbundene Wirkprinzip vorsieht.
Als nachteilig kann bei den vorgestellten Lösungen aus dem Stand der Technik angesehen werden, dass aufgrund der jeweils für sich stehenden und voneinander getrennten Baukomponenten, beispielsweise in Form einer für sich alleine stehenden Generatorvorrichtung, eine komplexe Bauweise mit hohem Platzbedarf nötig ist, welche zudem aufgrund der zusätzlichen komplexen Bauteile als kostenintensiv anzusehen ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Gasdruckfeder sowie eine Werkzeugvorrichtung mit zumindest einer solchen Gasdruckfeder bereitzustellen, welche eine kompakte Bauweise aufweist und somit kostengünstig herstellbar ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Gasdruckfeder für den Einsatz in einer Werkzeugvorrichtung bereitgestellt wird. Eine solche Gasdruckfeder umfasst dabei eine mehrteilige Energieerzeugungsvorrichtung und eine mehrteilige mit der Energieerzeugungsvorrichtung interagierende Bewegungskörpervorrichtung. Die Bewegungskörpervorrichtung umfasst dabei ein Zylinderelement, ein Kolbenstangenelement und ein Führungselement, wobei das Führungselement und das Kolbenstangenelement im Inneren des Zylinderelements angeordnet sind und wobei das Führungselement ausgelegt ist das Kolbenstangenelement zumindest teilweise mittig zu führen. Zumindest eine Komponente von der mehrteiligen Energieerzeugungsvorrichtung ist zudem zumindest teilweise identisch mit zumindest einer Komponente der Bewegungskörpervorrichtung. Dabei weist die zumindest teilweise identische Komponente zumindest teilweise jeweilige Funktionen auf, welche für die Realisierung der jeweiligen ursprünglichen Funktionen der beiden Vorrichtungen als zentral anzusehen sind. Insofern ist die identische Komponente in beiden Vorrichtungen im Vergleich zu einer Funktion beispielsweise eines Grundkörpers oder eines Verbindungselements mit einer höherrangigen und für die Realisierung eines jeweiligen Wirkprinzips vorgesehenen Funktion vorgesehen. Beispielsweise ist das Kolbenstangenelement in der Bewegungskörpervorrichtung essentiell für einen vorgesehenen Bewegungsablauf anzusehen. Es lässt sich somit eine kompakte Bauweise erreichen, wobei eine solche Gasdruckfeder entsprechend kostengünstig erstellt werden kann, da zumindest ein Bauteil gleichzeitig verschiedene Funktionen bereitstellt. Beispielsweise kann mit Hilfe der Energieerzeugungsvorrichtung elektrische Energie erzeugt beziehungsweise durch von außen verrichtete Arbeit umgewandelt werden, wobei diese von außen verrichtete Arbeit über die Bewegungskörpervorrichtung aufgenommen und entsprechend bereitgestellt wird. Mit anderen Worten bedingt die Interaktion zwischen der Bewegungskörpervorrichtung und der Energieerzeugungsvorrichtung eine resultierende Wirkung in Form der Erzeugung eines elektrischen Stroms in der Energieerzeugungsvorrichtung. Beispielsweise kann dazu die Energieerzeugungsvorrichtung zumindest teilweise im Sinne eines Generatorprinzips konzipiert sein. Andere Prinzipien sind dabei vorstellbar, wobei eine jegliche Umwandlung einer Bewegungsenergie in eine elektrische Energie vorstellbar ist. Aufgrund der intern in der Gasdruckfeder mittels der Energieerzeugungsvorrichtung erzeugten elektrischen Energie kann somit im Einsatz eine autarke Energiebereitstellung ohne externe Kabel erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass in einem eingebauten Zustand, beispielsweise in einem Werkzeug, eine Rüstzeitoptimierung erreicht werden kann, da keine externen Kabel oder allgemein gesprochen keine elektrischen Verbindungselemente zusätzlich gerüstet oder angeordnet werden müssen.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Werkzeugvorrichtung mit zumindest einer Gasdruckfeder gemäß Ansprüchen 1 bis 6 bereitgestellt wird. Die zuvor genannten Vorteile gelten soweit übertragbar auch für die vorgestellte Werkzeugvorrichtung.
Und in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Gasdruckfeder in einer Werkzeugvorrichtung gemäß Ansprüchen 7 bis 9 vorgesehen. Die zuvor genannten Vorteile gelten soweit übertragbar auch für die vorgestellte Verwendung der Werkzeugvorrichtung.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
So ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Energieerzeugungsvorrichtung zumindest ein Induktionselement und zumindest ein Magnetelement umfasst. Es ist allgemein in der Technik bekannt, dass eine Spannungserzeugung mittels Induktion erreicht werden kann. Beispielsweise kann dabei ein Magnet in eine Spule geführt werden, sodass in der Spule eine Spannung induziert wird. Dieses Prinzip lässt sich in der Energieerzeugungsvorrichtung in der Gasdruckfeder anwenden, sodass eine autarke Energiequelle innerhalb der Feder bereitgestellt wird.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Magnetelement zumindest teilweise identisch mit dem Kolbenstangenelement ist. Da das Kolbenstangenelement als Teil der Bewegungskörpervorrichtung eine Auf und Abbewegung während des Einsatzes vollführt, kann somit diese Bewegungsenergie genutzt werden, um entsprechend das Magnetelement innerhalb des Induktionselements zu bewegen, sodass gemäß dem oben genannten Prinzip letztendlich eine elektrische Spannung bereitgestellt werden kann, welche sinngemäß zu einem Aufbau von elektrischer Energie genutzt werden kann. Eine kompakte Bauweise ist zudem auf diese Weise besonders gut möglich, da beispielsweise das Material des Kolbenstangenelements selbst zumindest teilweise aus einem magnetischen Stoff aufgebaut sein kann. Beispielsweise kann das Magnetelement somit in Form eines integrierten Permanentmagnets in dem Kolbenstangenelement vorliegen. Auch kann das Kolbenstangenelement selbst zumindest bereichsweise in Form eines Permanentmagnets vorliegen. Sowohl eine Aufwärts- als auch eine Abwärtsbewegung des Kolbenstangenelements beziehungsweise des integrierten Magnetelements bedingt somit eine Induktion, sodass jegliche Bewegung der Gasdruckfeder beziehungsweise gegenläufige Bewegungsabläufe der Bewegungskörpervorrichtung letztlich zur Erstellung eines elektrischen Stroms verwendet werden kann.
Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Induktionselement zumindest teilweise identisch mit dem Führungselement ist. Auf diese Weise ist eine zusätzliche Einsparung von Bauraum beziehungsweise Bauelementen möglich, sodass eine besonders kostengünstige Bauweise einer solchen Gasdruckfeder möglich ist.
Zudem ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Energieerzeugungsvorrichtung zumindest ein Kontaktelement umfasst, sodass erzeugte elektrische Energie über das zumindest eine Kontaktelement bereitstellbar ist. Die innerhalb der Gasdruckfeder erzeugte elektrische Energie kann somit auf einfache und kostengünstige Weise direkt weitergegeben werden. Es sind keine weiteren Bauteile nötig und eine kompakte Bauweise wird begünstigt. Das Kontaktelement kann beispielsweise als eine Art Druckkontaktelement oder als Schleifkontaktelement vorliegen. Auch eine Mischform dieser beiden Prinzipien ist vorstellbar. Zudem ist es zum Beispiel vorstellbar, dass das zumindest eine Kontaktelement so angeordnet ist, sodass es an einer Außenseite der Gasdruckfeder zumindest teilweise sichtbar beziehungsweise kontaktierbar vorgesehen ist. Es ist zudem vorstellbar, dass solche Kontaktelemente optional auch unabhängig von der Energieerzeugungsvorrichtung dazu ausgelegt sein können, eine allgemeine Energie- und/oder Informationsübertragung zu ermöglichen.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das zumindest eine Kontaktelement zumindest teilweise identisch mit dem Kolbenstangenelement, insbesondere einem Kontaktflächenbereich des Kolbenstangenelements, ist und wobei das Kolbenstangenelement elektrisch leitfähig mit dem Induktionselement gekoppelt ist. Eine kompakte Bauweise ist somit noch besser erreichbar. Zudem kann somit in einem eingebauten Zustand die generierte elektrische Energie an eine weitere Komponente, welche sich an diesen Kontaktflächenbereich des Kolbenstangenelements anschließt, übertragen beziehungsweise weitergeleitet werden.
Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die vorgestellte Werkzeugvorrichtung zumindest eine untere und zumindest eine obere Werkzeughälfte umfasst, wobei die zumindest eine Gasdruckfeder an der zumindest einen unteren Werkzeughälfte oder an der zumindest einen oberen Werkzeughälfte angeordnet ist. Ein gegenläufiger Bewegungsablauf der zumindest einen unteren Werkzeughälfte und der zumindest einen oberen Werkzeughälfte aufeinander zu bedingt dabei einen zumindest teilweisen Kontakt zwischen der zumindest einen Gasdruckfeder und der zumindest einen oberen Werkzeughälfte oder der zumindest einen unteren Werkzeughälfte, sodass der Bewegungsablauf eine Bewegung der mehrteiligen Bewegungskörpervorrichtung bedingt, sodass in der mehrteiligen Energieerzeugungsvorrichtung eine elektrische Energie erzeugbar ist und über das zumindest eine Kontaktelement bereitstellbar ist. So eine Werkzeugvorrichtung lässt sich somit in einer kompakten Bauweise realisieren, da intern mittels der vorgestellten Gasdruckfeder eine autarke Energieerzeugung bereitgestellt wird. Die vorgestellte Variante erlaubt zudem eine einfache und kostengünstige Art einer Übertragung dieser elektrischen Energie von der unteren Werkzeughälfte auf eine obere Werkzeughälfte oder umgekehrt, je nachdem, welche Einbauvariante für die Gasdruckfeder vorgesehen wird. Eine kompakte Bauweise ist somit besonders gut möglich, da auf einen separaten Anschluss einer werkzeugexternen Energieversorgung verzichtet werden kann. Die Werkzeugvorrichtung kann beispielsweise ein Umformwerkzeug beziehungsweise ein Presswerkzeug sein. Die bereitgestellte elektrische Energie kann beispielsweise für eine Sensorik und Aktorik im Ober- und/oder Unterwerkzeug zur Verfügung gestellt werden, wobei mittels der vorgestellten Werkzeugvorrichtung mit der vorgestellten Gasdruckfeder zusammen keine separate externe Verkabelung für diese Zwecke benötigt werden.
Schlussendlich ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in der zumindest einen oberen Werkzeughälfte der vorgestellten Werkzeugvorrichtung zumindest eine Energiespeichereinheit vorgesehen ist, sodass eine übertragene elektrische Energie speicherbar ist. Dabei ist das zumindest eine Kontaktelement zudem ausgelegt eine Energie- und/oder Informationsübertragung zwischen den beiden Werkzeughälften unabhängig von der Energieerzeugungsvorrichtung bereitzustellen, wobei diese elektrische Energie von der zumindest einen Energiespeichereinheit und/oder von einer jeweiligen externen Stromversorgung der unteren und/oder oberen Werkzeughälfte beziehbar ist. Im Falle, dass die bereitgestellte Energie nicht direkt benötigt wird, kann somit eine Zwischenspeicherung erfolgen, sodass für einen späteren Verwendungszweck diese Energie unabhängig von einem Bewegungsablauf der Gasdruckfeder bereitgestellt werden kann. Zum Beispiel kann somit auch unabhängig von der Funktionsweise der Energieerzeugungseinheit das Kontaktelement für einen entsprechenden Transfer von Energie oder Informationen, beispielsweise in Form von Daten, verwendet werden. Beispielsweise kann, wenn die Werkzeugvorrichtung in einer Pressenstraße oder einer ähnlichen Produktionsvorrichtung integriert ist, eine Energieversorgung über das Kontaktelement beziehungsweise mehreren Kontaktelementen in eine jeweilige Werkzeughälfte, zum Beispiel ins Oberwerkezug, übertragen werden, ohne dass dabei etwa ein Kabel oder generell eine Energieübertragungsleitung vom Keller bis zum Stößel gelegt werden muss. Solch eine Distanz zwischen Keller bis zum Stößel kann dabei 150 m betragen, sodass mittels der vorgestellten Werkzeugvorrichtung und der eingebauten zumindest einen Gasdruckfeder ein kostengünstiges Konzept umgesetzt werden.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Gasdruckfeder;
2 eine schematische Darstellung einer Werkzeugvorrichtung mit zwei erfindungsgemäßen Gasdruckfedern in einem ersten Betriebszustand;
3 eine weitere schematische Darstellung der Werkzeugvorrichtung mit zwei erfindungsgemäßen Gasdruckfedern in einem zweiten Betriebszustand.

1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Gasdruckfeder 10. Diese Gasdruckfeder 10 weist ein Zylinderelement 12 auf, welches ein Kolbenstangenelement 14 und ein Führungselement 16 umgibt. Das Zylinderelement 12, das Kolbenstangenelement 14 und das Führungselement 16 sind dabei Komponenten einer Bewegungskörpervorrichtung 15, welche als eine übergeordnete Baugruppeneinheit von der Gasdruckfeder 10 aufgefasst werden kann. Das Kolbenstangenelement 14 kann beispielsweise aus einem Metall beziehungsweise einer metallischen Legierung aufgebaut sein. In dem Kolbenstangenelement 14 ist zudem ein nicht näher dargestellter Permanentmagnet integriert. Dieser Magnet kann beispielsweise als ein Magnetelement 17 bezeichnet werden. Dabei kann diese Integration des nicht näher dargestelltem Permanentmagnets beispielsweise stofflich sein, sodass das Kolbenstangenelement 14 zumindest teilweise aus einem magnetischen Material aufgebaut ist. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Permanentmagnet entsprechend in dem oder an dem Kolbenstangenelement 14 befestigt ist. In der angeschnitten Darstellungsweise ist dabei zumindest teilweise ein Blick in das Innere des Zylinderelements 12 illustriert, sodass von dem Kolbenstangenelement 14 ein zu diesem zugehöriges Kolbenführungselement 18 zu erkennen ist. Das Kolbenführungselement 18 ist im Wesentlichen rund ausgebildet und liegt passend an einer entsprechenden Innenwand 20 des Zylinderelements 12 an. Das Kolbenstangenelement 14 und das Kolbenführungselement 18 bilden eine verbundene Einheit, sodass das Kolbenstangenelement 14 mittels des Kolbenführungselements 18 im Wesentlichen mittig des Zylinderelements 12 auf und ab bewegbar gelagert ist. Die verbundene Einheit kann beispielsweise über einen Stoffschluss realisiert werden oder mittels einer dafür vorgesehenen Verbindungstechnik. Das Kolbenstangenelement 14 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei ein Durchmesser kleiner ist als ein Durchmesser von dem Kolbenführungselement 18. Das Kolbenführungselement 18 ist dabei kleiner ausgebildet als das nach oben hin sich anschließende Kolbenstangenelement 14. Es ist somit zwischen dem Kolbenstangenelement 14 und der Innenwand 20 des Zylinderelements 12 ein Hohlraum 22 zu erkennen. Dieser Hohlraum 22 des Zylinderelements 12 wird oberhalb des Zylinderelements 12 (wiederum bezogen auf die Bildebene) von dem Führungselement 16 begrenzt. Das Führungselement 16 hat eine im Wesentlichen runde Öffnung 24, welche im Wesentlichen mittig des Führungselements 16 vorgesehen ist, wobei ein Durchmesser dieser Öffnung 24 derart gestaltet ist, sodass das Kolbenstangenelement 14 passend in dieser Öffnung 24 geführt werden kann. Dementsprechend ragt das Kolbenstangenelement 14 durch diese Öffnung 24 des Führungselements 16 nach oben hervor. In dem Führungselement 16 ist zudem ein Induktionselement 26 zu erkennen. Dieses Induktionselement 26 kann beispielsweise in Form einer Induktionsspule vorgesehen sein. Das Induktionselement 26 ist dabei im Inneren des Führungselements 16 angeordnet und weist in der gezeigten Darstellung eine Berührungsfläche 28 auf, welche im Kontakt mit einer Außenfläche 30 des Kolbenstangenelement 14 steht. Mit anderen Worten ist das im Wesentlichen ringförmige Induktionselement 26 derart im Inneren des Führungselements 16 vorgesehen, sodass das Induktionselement 26 das Kolbenstangenelement 14 gänzlich umgibt. Der Permanentmagnet, welcher auch als Magnetelement 17 bezeichnet werden kann, beziehungsweise der Anteil des Kolbenstangenelements 14, welcher diesen Permanentmagnet darstellt, und das Induktionselement 26 sind Komponenten einer nicht weiter detailliert dargestellten Energieerzeugungsvorrichtung 32. Dabei funktioniert diese Energieerzeugungsvorrichtung 32 gemäß dem Prinzip eines in einer Spule bewegten Magneten. Mit anderen Worten wird aufgrund einer Bewegung des Kolbenstangenelements 14 in beide Richtungen eine Spannung induziert, sodass letztlich aus der Bewegungsenergie eine elektrische Energie hervorgebracht wird beziehungsweise umgewandelt wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind somit Komponenten von der Bewegungskörpervorrichtung 15 zumindest teilweise identisch mit Komponenten von der Energieerzeugungsvorrichtung 32 und umgekehrt. Das Führungselement 16 weist zudem ein Aufnahmeelement 34 auf, in welchem das Induktionselement 26 vorgesehen ist. Das Aufnahmeelement 34 weist dabei bezogen auf einen äußeren Umfang im Wesentlichen ein gleiches Umfangsmaß wie das Zylinderelement 12 auf. Unterhalb des Aufnahmeelements 34 schließt sich ein Kragenelement 36 von dem Führungselement 16 an, wobei hier beispielsweise ein stofflicher Zusammenschluss zwischen Aufnahmeelement 34 und Kragenelement 36 vorgesehen sein kann. Das Kragenelement 36 überragt dabei einen äußeren Umfang von dem Zylinderelement 12. Das Kragenelement 36 liegt zudem in einer Ebene mit einer nicht näher dargestellten Begrenzungsfläche von dem Führungselement 16. Diese Begrenzungsfläche von dem Führungselement 16 begrenzt letztendlich den Hohlraum 22 des Zylinderelements 12. Das Kolbenstangenelement 14 weist zudem einen Kontaktflächenbereich 38 auf, welcher das Kolbenstangenelement 14 nach oben hin begrenzt. In diesem Kontaktflächenbereich 38 des Kolbenstangenelements 14 sind Kontaktelemente 40 vorgesehen. In der gezeigten 1 sind dabei fünf im Wesentlichen punktförmige Kontaktelemente 40 zu erkennen, wobei vier in einem äußeren Bereich des Kontaktflächenbereichs 38 vorgesehen sind und der fünfte in der Mitte von den vier anderen Elementen vorgesehen ist. Eine beliebige andere Anzahl und Anordnung dieser Kontaktelemente 40 ist dabei denkbar. Die Kontaktelemente 40 können dabei mittels einer stofflichen Verbindung in dem Kolbenstangenelement 14 vorgesehen sein und eine elektrische Verbindung zu der Außenfläche 30 des Kolbenstangenelement 14 aufweisen. Mit anderen Worten kann eine elektrische Energie, welche mittels der Bewegung des Kolbenstangenelements 14 mit dem integrierten Permanentmagneten in dem Induktionselement 26 induziert wurde, somit über die Kontaktelemente 40 an einen beliebigen externen Abnehmer bereitgestellt werden. Ein Anwendungsfall in einer Werkzeugvorrichtung wird in den folgenden Figuren näher erläutert.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Werkzeugvorrichtung 42 mit zwei erfindungsgemäßen Gasdruckfedern 10 in einem ersten Betriebszustand. Die gezeigte schematische Darstellung der Werkzeugvorrichtung 42 ist im Wesentlichen dem Prinzip eines Presswerkzeuges beziehungsweise Umformwerkzeuges nachempfunden. Die Werkzeugvorrichtung 42 weist dabei eine untere Werkzeughälfte 44 und eine obere Werkzeughälfte 46 auf, wobei diese beiden Hälften 44, 46 in diesem ersten Betriebszustand voneinander entfernt angeordnet sind, sodass ein zu bearbeitendes Werkstück 48 auf die untere Werkzeughälfte 44 eingelegt werden kann. Das Werkstück 48 liegt dabei mit jeweiligen Randbereichen links und rechts (bezogen auf die Bildebene) auf zugehörigen Haltevorrichtungen 50 von der unteren Werkzeughälfte 44. Zwischen den Haltevorrichtungen 50 ist zudem ein Umformelement 51 dargestellt, auf welches das Werkstück 48 während des Einsatzes der Werkzeugvorrichtung 42 gedrückt wird, um somit letztlich seine benutzerdefinierte Form zu erlangen. Links und rechts von diesen Haltevorrichtungen 50 sind jeweilige Aufnahmebereiche 52 für die zwei Gasdruckfedern 10 dargestellt. Diese Aufnahmebereiche 52 begrenzen die untere Werkzeughälfte 44 an den jeweiligen Seiten und sind dabei niedriger als die Haltevorrichtungen 50 vorgesehen (bezogen auf eine horizontale Bildebene). Von den dort angeordneten Gasdruckfedern 10 sind jeweilige Kolbenstangenelemente 14 und Führungselemente 16 abgebildet, wobei die aus den Führungselementen 16 herausragenden Kolbenstangenelemente 14 eine obere Begrenzungsebene 53 der jeweiligen Haltevorrichtungen 50 überragen, sodass Kontaktflächenbereiche 38 von den Kolbenstangenelementen 14 oberhalb der Begrenzungsebene 53 dargestellt sind. Wenn die obere Werkzeughälfte 46 auf die untere Werkzeughälfte 44 bewegt wird, drücken dafür jeweilig vorgesehene Kontaktflächenbereiche 54 der oberen Werkzeughälfte 46 zunächst auf diese Kontaktflächenbereiche 38 von den Kolbenstangenelementen 14. Die beiden Gasdruckfedern 10 werden somit nach unten gedrückt, wobei die Kolbenstangenelementen 14 durch die Führungselemente 16 nach unten innerhalb der jeweiligen Gasdruckfedern 10 in die Aufnahmebereiche 52 der unteren Werkzeughälfte 44 gedrückt werden. In der oberen Werkzeughälfte 46 ist zudem eine Energiespeichereinheit 62 dargestellte, welche übertragene elektrische Energie direkt speichern kann und zu einem späteren Zeitpunkt entsprechend wieder bereitstellen kann. Es ist zudem in nicht dargestellter Weise vorstellbar, dass in einer anderen Ausführungsform der Werkzeugvorrichtung 42 die jeweiligen Gasdruckfedern 10 nicht in der unteren Werkzeughälfte 44, sondern in der oberen Werkzeughälfte 46 vorgesehen sind. In diesem Zusammenhang würden sich die oben genannten Beschreibungen der weiteren Komponenten jeweils entsprechend umkehren.
3 zeigt eine weitere schematische Darstellung der Werkzeugvorrichtung 42 mit zwei erfindungsgemäßen Gasdruckfedern 10 in einem zweiten Betriebszustand. In diesem zweiten Betriebszustand ist die obere Werkzeughälfte 46 in Richtung auf die untere Werkzeughälfte 44 bewegt worden, sodass das Werkstück 48 entsprechend auf das Umformelement 51 gepresst wurde. Zwei Bewegungspfeile 55 deuten diese gleichmäßige Bewegung der oberen Werkzeughälfte 46 in Richtung der unteren Werkzeughälfte 44 an, wobei beide seitlichen Endbereiche gleichzeitig und gleichermaßen beziehungsweise gleichmäßig beschleunigt nach unten bewegt werden. Die Gasdruckfedern 10 sind nunmehr in einem zusammengedrückten Zustand, sodass die jeweiligen Kolbenstangenelemente 14 durch die Führungselemente 16 nach unten innerhalb der jeweiligen Gasdruckfedern 10 in die Aufnahmebereiche 52 der unteren Werkzeughälfte 44 gedrückt werden. Dabei drücken die Kontaktflächenbereiche 54 der oberen Werkzeughälfte 46 die Kolbenstangenelementen 14 über die jeweiligen Kontaktflächenbereiche 38 nach unten. In den Kontaktflächenbereichen 38 sind jeweilige Kontaktelemente 40 von den Kolbenstangenelementen 14 vorgesehen, welche in dieser 3 allerdings nicht näher dargestellt sind. Somit wird über diese Kontaktflächenbereiche 38 mit den jeweiligen Kontaktelementen 40 eine elektrische Verbindung von den jeweiligen Energieerzeugungsvorrichtungen 32 zu der oberen Werkzeughälfte 46 realisiert, sodass die aufgrund der Bewegung der Gasdruckfedern 10 und mittels der
Energieerzeugungsvorrichtungen 32 erzeugte elektrische Energie entsprechend der oberen Hälfte 46 bereitgestellt wird. Optional können in den jeweiligen Kontaktflächenbereichen 54 der oberen Werkzeughälfte 46 entsprechende nicht näher dargestellte Kontaktpunkte vorgesehen sein, welche so angeordnet sind, sodass in diesem zweiten Betriebszustand eine zuverlässige Verbindung beziehungsweise ein Kontakt zwischen den jeweiligen Kontaktelementen 40 und diesen Kontaktpunkten realisiert werden kann, um eine schnelle und zuverlässige Übertragung sowohl von elektrischer Energie als auch von Informationen zu gewährleisten. Schematisch wird dies mit Verbindungspfeilen 56 hin zu einem symbolischen Abnehmer, hier in Form eines Leuchtelementsymbols 60, dargestellt. Dabei ist diese drahtlose Übertragung der elektrischen Energie beispielsweise unabhängig von der induktiven Energieerzeugung im Sinne eines Übertragungsprinzips der elektrischen Energie. Optional kann über diese Verbindung zusätzlich zu dem Energietransfer zudem eine Informationsübertragung zwischen der unteren Werkzeughälfte 44 und der oberen Werkzeughälfte 46 realisiert werden. Diese werkzeugseitige Energieerzeugung erlaubt somit einen Verzicht von externen Anschlusskabeln, was in diesem Zusammenhang zu einer Rüstzeitoptimierung führen kann. Auch kann diese Art der Energieübertragung ins Oberwerkzeug beziehungsweise in die obere Werkzeughälfte 46 ohne zusätzliche Komponenten beziehungsweise mit vergleichsweise hohem Wirkungsgrad einhergehen. Insofern kann nicht nur das Ziel einer kompakten und kostengünstigen Bauweise mit dem vorgestelltem Konzept erreicht werden, sondern zusätzlich kann eine in den Gasdruckfedern 10 erzeugte elektrische Energie vom Unterteil (beispielsweise eines Umformwerkzeugs) auf das Oberteil übertragen werden, wobei auf einen separaten Anschluss einer werkzeugexternen Energieversorgung verzichtet werden kann. Die besondere Kombination beziehungsweise zumindest teilweise Überlappung von Funktionen der Energieerzeugungsvorrichtung 32 und der Bewegungskörpervorrichtung 15 kann auch als ein besonderes Energieerzeugungssystem beispielsweise für Presswerkzeuge aufgefasst werden, welches dazu dient, elektrische Energie ohne separate Verkabelung beispielsweise für Sensorik und Aktorik im Ober- und/oder Unterwerkzeug zur Verfügung zu stellen. In der oberen Werkzeughälfte 46 ist zudem eine Energiespeichereinheit 62 dargestellte, welche übertragene elektrische Energie direkt speichern kann und zu einem späteren Zeitpunkt entsprechend wieder bereitstellen kann.
Bezugszeichenliste

10: Gasdruckfeder
12: Zylinderelements
14: Kolbenstangenelement
15: Bewegungskörpervorrichtung
16: Führungselement
17: Magnetelement
18: Kolbenführungselement
20: Innenwand
22: Hohlraum
24: Öffnung
26: Induktionselement
28: Berührungsfläche
30: Außenfläche
32: Energieerzeugungsvorrichtung
34: Aufnahmeelement
36: Kragenelement
38: Kontaktflächenbereich
40: Kontaktelement
42: Werkzeugvorrichtung
44: untere Werkzeughälfte
46: obere Werkzeughälfte
48: Werkstück
50: Haltevorrichtung
51: Umformelement
52: Aufnahmebereich
54: Kontaktflächenbereich
55: Bewegungspfeil
56: Verbindungspfeil
60: Leuchtmittelsymbol
62: Energiespeichereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012202840 A1 [0003]
EP 3002650 A1 [0005]

Claims

Gasdruckfeder (10) für den Einsatz in einer Werkzeugvorrichtung (42) umfassend eine mehrteilige Energieerzeugungsvorrichtung (32) und eine mehrteilige mit der Energieerzeugungsvorrichtung (32) interagierende Bewegungskörpervorrichtung (15), welche ein Zylinderelement (12), ein Kolbenstangenelement (14) und ein Führungselement (16) umfasst, wobei das Führungselement (16) und das Kolbenstangenelement (14) im Inneren des Zylinderelements (12) angeordnet sind und wobei das Führungselement (16) ausgelegt ist das Kolbenstangenelement (14) zumindest teilweise mittig zu führen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Komponente von der mehrteiligen Energieerzeugungsvorrichtung (32) zumindest teilweise identisch ist mit zumindest einer Komponente der Bewegungskörpervorrichtung (15).
Gasdruckfeder (10) nach Anspruch 1, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung (32) zumindest ein Induktionselement (26) und zumindest ein Magnetelement (17) umfasst.
Gasdruckfeder (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Magnetelement (17) zumindest teilweise identisch mit dem Kolbenstangenelement (14) ist.
Gasdruckfeder (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Induktionselement (26) zumindest teilweise identisch mit dem Führungselement (16) ist.
Gasdruckfeder (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung (32) zumindest ein Kontaktelement (40) umfasst, sodass erzeugte elektrische Energie über das zumindest eine Kontaktelement (40) bereitstellbar ist.
Gasdruckfeder (10) nach Anspruch 5, wobei das zumindest eine Kontaktelement (40) zumindest teilweise identisch mit dem Kolbenstangenelement (14), insbesondere einem Kontaktflächenbereich (38) des Kolbenstangenelements (14), ist und wobei das Kolbenstangenelement (14) elektrisch leitfähig mit dem Induktionselement (26) gekoppelt ist.
Werkzeugvorrichtung (42) mit zumindest einer Gasdruckfeder (10) gemäß Ansprüchen 1 bis 6.
Werkzeugvorrichtung (42) nach Anspruch 7, wobei die Werkzeugvorrichtung (42) zumindest eine untere und zumindest eine obere Werkzeughälfte (44, 46) umfasst, wobei die zumindest eine Gasdruckfeder (10) an der zumindest einen unteren Werkzeughälfte (44) oder an der zumindest einen oberen Werkzeughälfte (46) angeordnet ist, wobei ein gegenläufiger Bewegungsablauf der zumindest einen unteren Werkzeughälfte (44) und der zumindest einen oberen Werkzeughälfte (46) aufeinander zu einen zumindest teilweisen Kontakt zwischen der zumindest einen Gasdruckfeder (10) und der zumindest einen oberen Werkzeughälfte (46) oder der zumindest einen unteren Werkzeughälfte (44) bedingt, sodass der Bewegungsablauf eine Bewegung der mehrteiligen Bewegungskörpervorrichtung (15) bedingt, sodass in der mehrteiligen Energieerzeugungsvorrichtung (32) eine elektrische Energie erzeugbar ist und über das zumindest eine Kontaktelement (40) bereitstellbar ist.
Werkzeugvorrichtung (42) gemäß einem der Ansprüche 7 und 8, wobei in der zumindest einen oberen Werkzeughälfte (46) zumindest eine Energiespeichereinheit (62) vorgesehen ist, sodass eine übertragene elektrische Energie speicherbar ist und wobei das zumindest eine Kontaktelement (40) zudem ausgelegt ist eine Energie- und/oder Informationsübertragung zwischen den beiden Werkzeughälften (44, 46) unabhängig von der Energieerzeugungsvorrichtung (32) bereitzustellen, wobei diese elektrische Energie von der zumindest einen Energiespeichereinheit (62) und/oder von einer jeweiligen externen Stromversorgung der unteren und/oder oberen Werkzeughälfte (44, 46) beziehbar ist.
Verwendung einer Gasdruckfeder (10) in einer Werkzeugvorrichtung (42) gemäß Ansprüchen 7 bis 9.