DE202014101508U1 - Gas spring - Google Patents
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- F16F9/0209—Telescopic
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Abstract
Gasdruckfeder (10) mit einem zylindrischen Gehäuse (20), welches eine Wandung (22), ein Bodenteil (24) und ein eine Öffnung (28) aufweisendes Deckelteil (26) sowie eine Längsachse (l) aufweist, und mit einem in dem Gehäuse (20) entlang der Längsachse (l) verschiebbaren Kolben (30) mit einer Außenfläche (32) und einer Stirnseite (34), wobei zwischen dem Kolben (30) und dem Gehäuse (20) eine Gaskompressionskammer (40) gebildet ist und wobei die Gasdruckfeder (10) wenigstens einen Sensor (50) zur Detektion wenigstens einer physikalischen Größe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Bestimmung der Restlebensdauer der Gasdruckfeder (10) aus den mit dem wenigstens einen Sensor (50) detektierten Werten der wenigstens einen physikalischen Größe vorhanden sind.A gas pressure spring (10) having a cylindrical housing (20) which has a wall (22), a bottom part (24) and a cover part (26) having an opening (28) and a longitudinal axis (1), and with one in the housing (20) along the longitudinal axis (l) displaceable piston (30) having an outer surface (32) and an end face (34), wherein between the piston (30) and the housing (20), a gas compression chamber (40) is formed and wherein the Gas pressure spring (10) at least one sensor (50) for detecting at least one physical variable, characterized in that means for determining the remaining life of the gas spring (10) from the at least one sensor (50) detected values of at least one physical quantity available are.
Description
Die Erfindung betrifft eine Gasdruckfeder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a gas spring according to the preamble of claim 1.
Gasdruckfedern weisen üblicherweise ein zylindrisches Gehäuse mit einer Wandung, einem Bodenteil und einem eine Öffnung aufweisenden Deckelteil sowie einer Längsachse auf, wobei in dem Gehäuse entlang der Längsachse ein Kolben mit einer Außenfläche, einer Stirnseite und einer durch die Öffnung geführten Kolbenstange verschiebbar angeordnet ist. Zwischen der Stirnseite des Kolbens und dem Bodenteil des Gehäuses ist eine Gaskompressionskammer gebildet. Derartige Gasdruckfedern werden insbesondere in Werkzeugen oder Maschinen eingesetzt, um Hubbewegungen durchzuführen. Gas springs usually have a cylindrical housing with a wall, a bottom part and an opening having a cover part and a longitudinal axis, wherein in the housing along the longitudinal axis of a piston having an outer surface, an end face and a guided through the opening piston rod is slidably disposed. Between the end face of the piston and the bottom part of the housing, a gas compression chamber is formed. Such gas springs are used in particular in tools or machines to perform strokes.
Ein häufig verwendetes Gas zur Befüllung der Gasdruckfedern ist Stickstoff. Gasdruckfedern sind mit Stickstoff oft bei Drucken zwischen 120 und 220 bar gefüllt. Zur Sicherheitsüberwachung ist es beispielsweise aus der
Bislang wird die Lebensdauer von Gasdruckfedern lediglich grob geschätzt. Dabei wird für einen bestimmten Typ einer Gasdruckfeder jeweils die gleiche Lebensdauer angegeben, unabhängig von der Art der Verwendung der Gasdruckfeder. Bei in Werkzeugen oder Maschinen eingebauten Gasdruckfedern muss die Gasdruckfeder spätestens ausgetauscht werden, wenn diese tatsächlich defekt ist, was jedoch auch zum Ausfall oder Stillstand des entsprechenden Werkzeugs oder der Maschine führt. Alternativ wird eine Gasdruckfeder kurz vor Erreichen der geschätzten Lebensdauer vorsorglich ausgetauscht, obwohl sie möglicherweise noch eine gewisse Zeit funktionstüchtig sein könnte. So far, the life of gas springs is only roughly estimated. In each case, the same life is given for a particular type of gas spring, regardless of the type of use of the gas spring. For gas springs installed in tools or machines, the gas spring must be replaced at the latest when it is actually defective, but this also leads to failure or stoppage of the corresponding tool or machine. Alternatively, as a precaution, a gas spring will be replaced shortly before the estimated life is reached, although it may still be functional for some time.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine gezielte Instandhaltung von mit einer Gasdruckfeder oder mehreren Gasdruckfedern ausgestatteten Werkzeugen oder Maschinen zu ermöglichen. The object of the invention is therefore to enable targeted maintenance of equipped with a gas spring or more gas springs tools or machines.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Gasdruckfeder mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Überwachung wenigstens einer Gasdruckfeder mit den Merkmalen des Anspruchs 13. The object is achieved by a gas spring with the features of claim 1. The object is further achieved by a device for monitoring at least one gas spring with the features of claim 13.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Gasdruckfeder mit einem zylindrischen Gehäuse, welches eine Wandung, ein Bodenteil und ein eine Öffnung aufweisendes Deckelteil sowie eine Längsachse aufweist, und mit einem in dem Gehäuse entlang der Längsachse verschiebbaren Kolben mit einer Außenfläche und einer Stirnseite, wobei zwischen dem Kolben und dem Gehäuse eine Gaskompressionskammer gebildet ist und wobei die Gasdruckfeder wenigstens einen Sensor zur Detektion wenigstens einer physikalischen Größe aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Gasdruckfeder Mittel zur Bestimmung der Restlebensdauer der Gasdruckfeder aus den mit den wenigstens einen Sensor detektierten Werten der wenigstens einen physikalischen Größe aufweist. Erfindungsgemäß wird die Restlebensdauer in Abhängigkeit von den mit dem wenigstens einen Sensor detektierten Werten der wenigstens einen physikalischen Größe bestimmt, sodass die bislang erfolgte Verwendung, Belastung und/oder Einbausituation der Gasdruckfeder bei der Bestimmung der Restlebensdauer berücksichtigt wird und somit eine individuelle Bestimmung der Restlebensdauer möglich ist. The gas spring according to the invention with a cylindrical housing, which has a wall, a bottom part and an opening having a cover part and a longitudinal axis, and with a displaceable in the housing along the longitudinal axis of the piston with an outer surface and an end face, wherein between the piston and the housing a gas compression chamber is formed and wherein the gas pressure spring has at least one sensor for detecting at least one physical variable, characterized in that the gas pressure spring comprises means for determining the residual life of the gas spring from the at least one sensor detected values of at least one physical variable. According to the invention, the remaining service life is determined as a function of the values of the at least one physical variable detected by the at least one sensor, so that the use, loading and / or installation situation of the gas spring used so far is taken into account in the determination of the remaining service life and thus an individual determination of the remaining service life possible is.
In einer Ausführungsform ist die Gaskompressionskammer zwischen der Stirnseite des Kolbens und dem Bodenteil des Gehäuses gebildet, wobei die Außenfläche des Kolbens gegen die Wandung des Gehäuses abgedichtet ist, so dass eine sogenannte Ein-Kammer-Gaskompressionskammer gebildet wird. In einer alternativen Ausführungsform weist die Gaskompressionskammer zwei Kammern auf, wobei eine erste Kammer zwischen dem Kolben und dem Deckelteil und eine zweite Kammer zwischen der Stirnseite des Kolbens und dem Bodenteil des Gehäuses gebildet ist, so dass eine sogenannte Zwei-Kammer-Gaskompressionskammer gebildet wird. Bei einer Zwei-Kammer-Gaskompressionskammer ist ein Gasfluss von dem Bereich zwischen dem Kolben und dem Deckelteil zu dem Bereich zwischen dem Kolben und dem Bodenteil zwischen der Außenfläche des Kolbens und der Wandung des Gehäuses möglich, während eine Abdichtung der Gaskompressionskammer zwischen der Kolbenstange und dem Gehäuse in der Öffnung des Deckelteils erfolgt. In one embodiment, the gas compression chamber is formed between the end face of the piston and the bottom part of the housing, wherein the outer surface of the piston is sealed against the wall of the housing, so that a so-called one-chamber gas compression chamber is formed. In an alternative embodiment, the gas compression chamber has two chambers, wherein a first chamber between the piston and the lid part and a second chamber between the end face of the piston and the bottom part of the housing is formed, so that a so-called two-chamber gas compression chamber is formed. In a two-chamber gas compression chamber, gas flow is possible from the region between the piston and the cover part to the area between the piston and the bottom part between the outer surface of the piston and the wall of the housing, while sealing the gas compression chamber between the piston rod and the Housing takes place in the opening of the lid part.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel zur Bestimmung der Restlebensdauer der Gasdruckfeder direkt an oder in der Gasdruckfeder angeordnet, sodass für jede einzelne Gasdruckfeder jeweils aktuell die Restlebensdauer bestimmt werden kann und falls gewünscht eine Anzeige oder Ausgabe eines entsprechenden Signals direkt an der Gasdruckfeder möglich ist. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the means for determining the residual life of the gas spring are arranged directly on or in the gas spring, so that for each individual gas spring each currently the remaining life can be determined and, if desired, a display or output of a corresponding signal directly to the gas spring is possible.
Vorteilhafterweise weisen die Mittel eine Auswerteeinheit auf, in welcher die Bestimmung der Restlebensdauer der Gasdruckfeder erfolgt. Eine in oder an der Gasdruckfeder angeordnete Auswerteeinheit ermöglicht die Bestimmung der Restlebensdauer individuell in jeder Gasdruckfeder. Advantageously, the means have an evaluation unit, in which the determination of the remaining service life of the gas spring takes place. An evaluation unit arranged in or on the gas pressure spring makes it possible to determine the remaining service life individually in each gas pressure spring.
Besonders bevorzugt weist die Auswerteeinheit einen Speicher zur Speicherung der mit dem wenigstens einen Sensor detektierten Werte der wenigstens einen physikalischen Größe in Abhängigkeit von der Zeit auf. Damit wird es ermöglicht, die physikalischen Bedingungen, welche in der Gasdruckfeder über die Lebensdauer bis zum Zeitpunkt der Bestimmung der Restlebensdauer angefallen sind, aufzuzeichnen, um auf sie rückgreifen zu können. Particularly preferably, the evaluation unit has a memory for storing the values of the at least one physical variable detected with the at least one sensor as a function of time. This makes it possible to record the physical conditions that have accumulated in the gas spring over the lifetime up to the time of determining the residual life, in order to be able to rely on them.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die mit dem wenigstens einen Sensor detektierten Werte der wenigstens einen physikalischen Größe in Abhängigkeit von der Zeit gespeichert und zur Bestimmung der Restlebensdauer herangezogen werden. Die Bestimmung der Restlebensdauer berücksichtigt somit die Bedingungen, welchen die Gasdruckfeder über die bis zum Zeitpunkt der Bestimmung der Restlebensdauer ausgesetzt war, und kann somit zuverlässige Aussagen über die Restlebensdauer treffen. A particularly preferred embodiment of the invention provides that the values of the at least one physical variable detected by the at least one sensor are stored as a function of time and used to determine the remaining service life. The determination of the remaining service life thus takes into account the conditions to which the gas pressure spring was exposed until the time of the determination of the remaining service life, and can thus make reliable statements about the remaining service life.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Lebensdauer durch Vergleich der mit dem wenigstens einen Sensor detektierten Werte der wenigstens einen physikalischen Größe in Abhängigkeit von der Zeit mit einem Kennfeld. Das Kennfeld wird in Langzeitversuchen mit Gasdruckfedern ermittelt und umfasst mehrere Kennlinien. Eine Kennlinie beschreibt die Abhängigkeit der Lebensdauer von einer bestimmten physikalischen Größe. Zur Erstellung des Kennlinienfelds, kurz Kennfeld genannt, wird die Abhängigkeit der Lebensdauer bei Variation einer physikalischen Größe, während andere physikalische Größen konstant gehalten werden, bestimmt. Das so bestimmte Kennfeld wird vorteilhafterweise in der Auswerteeinheit hinterlegt, um die Lebensdauerbestimmung zu ermöglichen. According to an advantageous further development of the invention, the determination of the service life takes place by comparing the values of the at least one physical variable detected with the at least one sensor as a function of time with a performance map. The map is determined in long-term tests with gas springs and includes several characteristics. A characteristic curve describes the dependency of the service life on a specific physical quantity. For the generation of the characteristic field, called map for short, the dependence of the service life on variation of a physical quantity, while other physical quantities are kept constant, is determined. The map thus determined is advantageously stored in the evaluation unit in order to enable the service life determination.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die aktuelle Restlebensdauer in dem Speicher hinterlegt. Bei Bedarf kann somit die jeweils aktuelle Restlebensdauer abgefragt werden, um beispielsweise festzustellen, ob eine auf Lager befindliche Gasdruckfeder zu einem bestimmten Verwendungszweck eingebaut werden könnte oder eine eingebaute Gasdruckfeder kurzfristig ausgetauscht werden sollte, da in Kürze ein Ausfall der Gasdruckfeder zu erwarten ist. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the current remaining life is stored in the memory. If necessary, therefore, the respective current remaining life can be queried to determine, for example, whether a gas spring in stock could be installed for a specific purpose or a built-in gas spring should be replaced at short notice, as soon a failure of the gas spring is to be expected.
Vorteilhafterweise vergleicht die Auswerteeinheit die detektierten Werte der wenigsten einen physikalischen Größe mit hinterlegten Werten. Dadurch ist zusätzlich zu der Bestimmung der Restlebensdauer auch eine Überwachung des aktuellen Zustands der Gasdruckfeder möglich, da beispielsweise Temperatur oder Druck auf diese Weise aktuell detektiert werden können und Über- oder Unterschreitungen von festgelegten Grenzwerten aktuell überwacht werden können. Advantageously, the evaluation unit compares the detected values of at least one physical quantity with stored values. As a result, in addition to the determination of the remaining service life, it is also possible to monitor the current state of the gas pressure spring, since, for example, temperature or pressure can be currently detected in this way and overshoots or undershoots of defined limit values can be currently monitored.
Als physikalische Größen können insbesondere Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Kraft, Vibration, Dehnung und/oder Weg detektiert werden. Besonders bevorzugt weist die Gasdruckfeder wenigstens einen Druck und einen Temperatursensor auf, welche auch in einem Sensor kombiniert sein können, da der Druck und die Temperatur in einer Gasdruckfeder die zuverlässigsten Aussagen über den Zustand der Gasdruckfeder machen können. In particular, pressure, temperature, speed, force, vibration, elongation and / or displacement can be detected as physical variables. Particularly preferably, the gas spring on at least one pressure and a temperature sensor, which may also be combined in a sensor, since the pressure and the temperature in a gas spring can make the most reliable statements about the state of the gas spring.
Vorteilhafterweise erfolgt die Energieversorgung des Sensors mittels einer Batterie, mittels eines Kabels oder Mittels Energy Harvesting. Drahtlose Energieversorgungen sind dabei bevorzugt, um die Einbaumöglichkeiten der Gasdruckfeder in Werkzeuge oder Maschinen möglichst wenig zu beschränken. Advantageously, the energy supply of the sensor by means of a battery, by means of a cable or by means of energy harvesting. Wireless power supplies are preferred in order to limit the installation options of the gas spring in tools or machines as little as possible.
Vorzugsweise weisen die Mittel eine Datenübertragungsschnittstelle auf, welche vorzugsweise als Kabelanschluss, als lichtgestützte Schnittstelle, als Schnittstelle mit induktiver oder kapazitiver Kopplung oder als drahtlose Schnittstelle, insbesondere als Funkmodul, ausgebildet ist. Dies ermöglicht das Auslesen der in der Gasdruckfeder ermittelten und/oder hinterlegten Daten und Werte, entweder beispielsweise zur direkten Anzeige an der Gasdruckfeder oder zur Übertragung an eine zentrale Datenerfassungs- und/oder Auswerteeinheit zur zusätzlichen zentralen Überwachung und Auswertung. The means preferably have a data transmission interface, which is preferably designed as a cable connection, as a light-supported interface, as an interface with inductive or capacitive coupling or as a wireless interface, in particular as a radio module. This makes it possible to read out the data and values ascertained and / or stored in the gas spring, either for example for direct display on the gas spring or for transmission to a central data acquisition and / or evaluation unit for additional central monitoring and evaluation.
Vorzugsweise ist die Datenübertragungsschnittstelle zyklisch und/oder in Abhängigkeit von der Position des Kolbens in dem Gehäuse und/oder in Abhängigkeit von der aktuellen Einbausituation der Gasdruckfeder aktivierbar. Eine zyklische Aktivierung ist zur regelmäßigen Überwachung sinnvoll. Um jedoch keine Datenübertragung zu aktivieren, wenn die Gasdruckfeder im eingebauten Zustand in einem Werkzeug oder in einer Maschine vollständig abgeschirmt ist, sodass keine Daten aus der Gasdruckfeder nach außen übertragen werden können, kann bei der Aktivierung auch die Position des Kolbens, aus welcher auf geöffnete oder geschlossene Werkzeuge rückgeschlossen werden kann, oder die aktuelle Einbausituation berücksichtigt werden. The data transmission interface can preferably be activated cyclically and / or as a function of the position of the piston in the housing and / or as a function of the current installation situation of the gas spring. Cyclic activation is useful for regular monitoring. However, in order to activate no data transmission, when the gas spring is completely shielded when installed in a tool or in a machine, so that no data from the gas spring can be transmitted to the outside, the position of the piston, from which to open or closed tools can be deduced, or the current installation situation are taken into account.
Vorzugsweise weist die Gasdruckfeder Mittel zur Abgabe eines Alarmsignals, insbesondere eines optischen, akustischen oder elektronischen Alarmsignals, auf. Das Alarmsignal kann einerseits ausgelöst werden, wenn die Restlebensdauer einen bestimmten Wert unterschreitet, oder andererseits wenn eine oder mehrere der detektierten physikalischen Größen hinterlegte Werte, beispielsweise Maximal- oder Minimalwerte, über- oder unterschreitet. Preferably, the gas spring has means for emitting an alarm signal, in particular an optical, acoustic or electronic Alarm signal, on. The alarm signal can be triggered, on the one hand, if the remaining service life falls below a certain value, or, on the other hand, if one or more of the detected physical quantities exceeds or falls below stored values, for example maximum or minimum values.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung wenigstens einer, vorzugsweise mehrerer erfindungsgemäßer Gasdruckfedern weist eine, vorzugsweise mehrere erfindungsgemäße Gasdruckfedern, wenigstens eine Auswerteeinheit und Mittel zur Übertragung von Signalen zwischen der Auswerteeinheit und jeder der Gasdruckfedern auf. The device according to the invention for monitoring at least one, preferably more, gas pressure springs according to the invention has one, preferably a plurality of gas pressure springs according to the invention, at least one evaluation unit and means for transmitting signals between the evaluation unit and each of the gas pressure springs.
Vorteilhafterweise weist die Auswerteeinheit Mittel zur Abgabe eines Alarmsignals, insbesondere eines optischen, akustischen oder elektronischen Alarmsignals, und/oder Mittel zum Auslösen einer Sicherheitsfunktion, beispielsweise zum Anhalten einer Maschine oder zum Drucklosstellen der Gasdruckfeder (
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur ausführlich erläutert. Es zeigt: The invention will be explained in detail with reference to the following figure. It shows:
Der Kolben
Das Gehäuse
Zwischen dem Kolben
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform kann es sich bei der Gasdruckfeder
In der Gasdruckfeder
Die Gasdruckfeder
Die Energieversorgung des Sensors
Der Sensor
Die Auswerteeinheit
Die aktuelle Restlebensdauer ist in dem Speicher der Auswerteeinheit
Die Auswerteeinheit
Die Angabe der Restlebensdauer sowie gegebenenfalls das Ergebnis eines Vergleichs der detektierten Werte mit physikalischen Größen oder auch lediglich die Ausgabe eines entsprechenden Alarms kann direkt an der Gasdruckfeder
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die von dem Sensor
Zusätzlich weist eine externe Vorrichtung den Vorteil auf, dass bei mehreren eingebauten Gasdruckfedern
In einer Ausführungsform kann die Gasdruckfeder
Die detektierten Werte werden mit einem Zeitstempel versehen in dem Speicher abgelegt. Beispielsweise ergibt sich dabei eine Historie über die erfolgten Hübe, wobei jeder Hub mit einem Zeitstempel versehen und die herrschenden Drücke und Temperaturen hinterlegt sind. Vorteilhafterweise erfolgt eine Datenkompression. In dem Speicher ist das Kennfeld abgelegt, welches zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Gasdruckfeder
Die Lebensdauer der Gasdruckfeder
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- Gasdruckfeder Gas spring
- 20 20
- Gehäuse casing
- 22 22
- Wandung wall
- 24 24
- Bodenteil the bottom part
- 24a 24a
- erstes Bodenteilelement first floor part element
- 24b 24b
- zweites Bodenteilelement second floor subelement
- 25 25
- Hohlraum cavity
- 26 26
- Deckelteil cover part
- 28 28
- Öffnung opening
- 29 29
- Dichtung poetry
- 30 30
- Kolben piston
- 32 32
- Außenfläche outer surface
- 34 34
- Stirnseite front
- 36 36
- Kolbenstange piston rod
- 40 40
- Gaskompressionskammer Gas compression chamber
- 50 50
- Sensor sensor
- 52 52
- Platine circuit board
- 54 54
- Auswerteeinheit evaluation
- 60 60
- Batterie battery
- l l
- Längsachse longitudinal axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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