EP2171415A2 - Gasdruckfeder mit messmittel sowie einrichtung und verfahren zur überwachung zumindest einer innerhalb und/oder an einer gasdruckfeder auftretenden physikalischen messgrösse - Google Patents

Gasdruckfeder mit messmittel sowie einrichtung und verfahren zur überwachung zumindest einer innerhalb und/oder an einer gasdruckfeder auftretenden physikalischen messgrösse

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Publication number
EP2171415A2
EP2171415A2 EP08758132A EP08758132A EP2171415A2 EP 2171415 A2 EP2171415 A2 EP 2171415A2 EP 08758132 A EP08758132 A EP 08758132A EP 08758132 A EP08758132 A EP 08758132A EP 2171415 A2 EP2171415 A2 EP 2171415A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
evaluation unit
data
gas
measuring means
gas pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08758132A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Reinmuth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fibro GmbH
Original Assignee
Fibro GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fibro GmbH filed Critical Fibro GmbH
Publication of EP2171415A2 publication Critical patent/EP2171415A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/3292—Sensor arrangements

Definitions

  • the invention relates to a gas spring, in particular for receiving strokes in a tool or in a machine. Furthermore, the invention relates to a device and a method for monitoring at least one occurring within and / or on a gas spring physical quantity.
  • Gas springs are pneumatic springs that use a pressurized gas to provide a spring force.
  • the gas spring acts as a hydro-pneumatic adjusting element.
  • Gas springs generally consist of a pressure tube, a piston rod and a piston.
  • the gas spring is filled with a compressed gas.
  • the gas exerts on the piston a force which is used as restoring force of the gas spring.
  • the restoring force can be precisely determined by the choice of a suitable gas or gas mixture and the setting of a certain filling pressure.
  • the piston has at least one small opening through which the compressed gas can flow to the other side of the piston. This results in not only a restoring force, but also a particularly advantageous damping effect of the gas spring.
  • Such gas springs are found, for example, in office chairs or as holding devices of trunk lids in motor vehicles.
  • gas springs of the type mentioned are used to provide in tools or machines both a restoring force and a certain damping effect. These may in particular be machines that perform a repetitive stroke movement. Such a lifting movement is characterized by a recurring reciprocating motion of a movable component, wherein the position of the two dead centers of the lifting movement generally does not change. In such use in tools or machines, however, it may be due to external and / or internal influences to change the suspension and / or damping characteristics of a gas spring come. As the temperature of the spring increases, the internal pressure of the trapped gas increases simultaneously. This changes the suspension characteristics. In addition, the viscosity of the trapped fluid changes as a result of mechanical stress as well as due to the influence of temperature, as a result of which a change in the damping characteristic mainly occurs.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a traceability and predictability of the use behavior of gas springs depending on the particular conditions of use.
  • a gas spring of the type mentioned is further developed and designed such that one or more measuring means are provided for monitoring at least one occurring within and / or on the gas spring physical quantity.
  • a suitable gas spring can be selectively selected for the particular intended purpose.
  • the gas spring according to the invention has a pressure sensor or a combined pressure / temperature sensor.
  • the gas spring may also have a plurality of pressure sensors and / or a plurality of pressure / temperature sensors. These can be distributed over the length of the gas spring, for example. Furthermore, it is conceivable to provide a pressure sensor on each side of the piston. These pressure sensors measure the internal pressure of the gas spring, namely the pressure of the compressed fluid within the cylinder.
  • the gas pressure spring also has one or more temperature sensors.
  • Such temperature sensors can detect both the temperature of the surface of the gas spring and the temperature of the compressed gas within the spring. the lose weight. This makes it possible to determine a correlation between the internal and external temperature of the gas spring in a particularly advantageous manner.
  • the measuring means of the gas spring on a network-independent power supply.
  • the power supply can be accomplished by batteries, accumulators or possibly also inductively.
  • the measuring means of the gas spring on a memory for measurement data.
  • an evaluation or display unit for the measurement data can be dispensed with. Stored measured values can be interrogated and displayed periodically or continuously.
  • such a device for monitoring at least one occurring within and / or on a gas spring physical quantity, the above object is achieved with the features of claim 6. Thereafter, such a device according to the invention comprises:
  • one or more gas pressure springs according to the invention, one or more evaluation units, and one or more data transmission means for transmitting data between the measuring means and the evaluation unit.
  • the device allows the monitoring of one or more physical measured variables occurring within and / or on one or more gas pressure springs.
  • a gas pressure spring according to the invention is initially provided, which has at least one measuring means.
  • the measured data are forwarded with one or more data transmission means to one or more evaluation units.
  • the display and further processing of the data can be made directly in the evaluation unit or in other optional devices.
  • the device according to the invention a complete monitoring of the operational behavior of gas springs is realized.
  • the measured values obtained can be used to enable a traceability and predictability of the operational behavior of the gas spring as a function of the respective operating conditions.
  • the evaluation unit preferably has a microcontroller. As a result, a small size, low energy consumption and a low-cost provision of the evaluation is possible.
  • the data transmission means between the gas spring and the evaluation unit can have one or more conductors, in particular cables, and / or one or more coupled conductor tracks (bus).
  • the individual linkage of each individual measuring device (sensor) with the evaluation unit represents the cheapest option, but goes hand in hand with a high amount of wiring.
  • the plurality of cables require corresponding space within the device. Therefore, in limited space and a corresponding number of measuring means (sensors), the use of coupled tracks, i. from bus systems.
  • Such a bus system can operate according to the CANopen protocol and / or the PROFI BUS protocol. In principle, however, the use of other known communication protocols is conceivable.
  • a development is proposed in which a CAN data logger is provided, with which measurement data can be stored.
  • This CAN data logger can store measured data, for example, on a memory card.
  • the CAN data logger can be configured so that it merely passes on error states to an optionally available programmable logic controller (PLC). On the basis of the recorded measured value history, it is thus also possible to ascertain certain tendencies.
  • PLC programmable logic controller
  • data can be transmitted by radio waves to the data transmission means.
  • data transmission means are provided which forward the measured value data from the measuring means of the gas pressure springs to the evaluation unit by radio.
  • data transmission means may be provided alternatively or in addition to the aforementioned wireline data transmission means. If only data transmission means operating by radio are provided, the wiring effort is eliminated. In addition, the space required within the facility decreases.
  • the gas pressure springs can be used hermetically shielded, but measured value signals can be transmitted by radio to the evaluation unit.
  • Bluetooth is an industry standard for wireless radio networking of devices over short distances. This provides a wireless interface, via which mobile devices in particular can communicate with each other. This cable connections between the devices are replaced. Bluetooth devices generally transmit in the license-free ISM band (Industrial, Scientific and Medical Band) and may be operated worldwide without authorization.
  • the evaluation unit has a memory for measurement data.
  • This memory can be realized additionally or alternatively to a corresponding memory in the measuring means of a gas pressure spring according to the invention.
  • the evaluation unit has a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the PLC can first evaluate the transmitted measured value data. If deviations from a specified target value are detected, the PLC can act directly on the machine or tool that contains the monitored gas springs. For example, the stroke or the frequency of the machine can be precisely monitored and adjusted. Since a feedback of measured value data influences a manipulated variable, there is a control behavior of the PLC. Alternatively, the PLC can also provide simple control perform tasks of the machine or the tool, without the feedback of measured value sizes taking place.
  • the programmable logic controller may be formed integrally with the evaluation unit or separately from the evaluation unit.
  • the programmable logic controller forms a separate component of the device according to the invention, it is preferred that between the evaluation unit and the programmable logic controller (PLC) for data exchange one or more of the bus systems AS-Interface bus, PROFIBUS, PROFINET, Interbus, Interbus Safety, CAN and CANopen is set up.
  • the mentioned bus systems allow a fast and large-volume data exchange, without incurring an increased cabling effort.
  • the device In general, a development of the device is particularly favored, in which several gas springs are connected on the pressure side. In this case, the common pressure value of several gas springs can be determined with only one sensor (measuring means). Thus, both the investment and the wiring and the associated space requirements are reduced.
  • a method according to the invention comprises the following steps:
  • a method is provided with which traceability and predictability of the operational behavior of gas springs as a function of the respective conditions of use is realized. To avoid repetition, reference is made in relation to the advantages of the method according to the invention and the preferred embodiments of the method according to the invention to the comments on the gas spring according to the invention and to the device according to the invention.
  • one or more values of the pressure and / or the temperature can be recorded.
  • the measured value data can be stored in the measuring device and / or in the evaluation unit.
  • the measured value data is transmitted from the measuring device to the evaluation unit with one or more conductors, in particular cables, and / or with one or more coupled conductor tracks (bus).
  • the Profibus and / or the CANopen protocol can be used, with measurement data being optionally stored in a CAN data logger.
  • measured value data are transmitted from the measuring means to the evaluation unit by radio, in particular with short-range GHz radio waves, in particular with radio waves in the ISM band between 2.402 GHz and 2.480 GHz, and in particular according to the Bluetooth standard.
  • PLC programmable logic controller
  • the programmable logic controller PLC
  • one or more of the AS-Interface bus, POFIBUS, PROFINET, Interbus, Interbus-Safety, CAN and CANopen protocols are preferably used for data exchange between these devices.
  • the number of strokes completed by the change of the measured pressure within one or more gas pressure springs is detected and stored, in particular by the evaluation unit. This is made possible by the inventive method, in a particularly simple and tamper-proof manner to determine the number of total strokes performed a machine or a tool and hold. This is particularly interesting for leasing or rental machines.
  • the length of the lifting movement and the frequency of a machine or a tool can be determined via the measured value data of the gas pressure springs used.
  • the method can therefore be used particularly advantageously for error detection, analysis and correction.
  • FIG. 1 is a schematically illustrated circuit diagram of a first embodiment of the device according to the invention, in which a plurality of gas springs are connected to an evaluation unit formed as a programmable logic controller (PLC), wherein the PLC has a CAN interface,
  • PLC programmable logic controller
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the device according to the invention, in which a CAN data logger is provided
  • Fig. 3 is a circuit diagram of a third, particularly preferred embodiment of the device according to the invention, are transmitted in the measured value data by radio.
  • Fig. 1 shows a schematically illustrated circuit diagram of a first preferred embodiment of the device according to the invention.
  • a plurality of gas pressure springs 1 are arranged in a machine to accommodate strokes and cushion these and / or dampen.
  • Each gas spring 1 is equipped with at least one measuring means for monitoring at least one occurring in or on the gas spring 1 physical quantity. These measuring devices are not shown here in detail.
  • each gas spring 1 has at least one pressure or temperature sensor or a combined pressure / temperature sensor.
  • a gas pressure spring 1 can also have a plurality of pressure sensors distributed over the length, for example for measuring the pressure of a compressed gas in front of and behind the piston.
  • a plurality of temperature sensors may be provided, for example within the gas spring for measuring the temperature of the gas and on the surface of the gas spring.
  • the pressure medium is nitrogen in the present case.
  • an evaluation unit 2 is provided outside the area in which the gas pressure springs 1 are arranged.
  • the evaluation unit 2 is designed as a programmable logic controller (PLC) 3.
  • data transmission means 4 are provided for transmitting the measured value data of the individual measuring means to the evaluation unit 2. These data transmission means 4 are formed in the present example as a bus 5 and in particular as a CAN bus. For processing the measurement data, the evaluation unit 2 accordingly has a CAN interface 6.
  • Fig. 2 shows a circuit diagram of a second embodiment of the device according to the invention, which is based on the embodiment of Fig. 1.
  • a CAN data logger 7 located in the bus 5 between the gas springs 1 and the programmable logic controller (PLC) 3, a CAN data logger 7. Consequently, in this embodiment, the CAN data logger 7 acts as evaluation 2.
  • the CAN data logger 7 is configured to Saves measurement data to an SD memory card and only passes error information to the PLC 3. As a result, an independent monitoring is realized. Furthermore, it is possible with the recorded measured value history to determine and reproduce measured value tendencies.
  • the CAN data logger 7 is supplied with electrical energy by a voltage source 8.
  • the data transmission means are designed such that measured value data can be transmitted from the gas pressure springs 1 to the evaluation unit 2 by radio waves 9.
  • the radio waves 9 are indicated in this illustration, but details of the data transmission means arranged in the region of the measuring means of the gas pressure springs 1 are not to be seen here.
  • the data transmission means communicate with an evaluation unit 2, which is embodied here as a radio receiver 10.
  • the evaluation unit 2 has an integrated microcontroller. Between the gas pressure springs 1 and the radio receiver 10, measured value data in the short-range GHz radio wave range, preferably according to the Bluetooth standard, transmitted.
  • the evaluation unit 2 further has a memory for measurement data. It is powered by a voltage source 8 with electrical energy.
  • a PLC 3 is also provided here. With the SPS 3 various control tasks can be met, in particular concerning the device in which the gas springs 1 are arranged. If the gas springs 1 are also adjustable with respect to their suspension / damping behavior, the PLC 3 can also act in a corresponding manner.
  • a bus 5 is provided for communication between the evaluation unit 2 and the PLC 3. Again, it may be a CAN, a CANopen bus or any other known protocol.
  • the measuring means of the gas pressure springs 1 have a network-independent power supply. This achieves the greatest possible independence.

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Abstract

Eine Gasdruckfeder (1), insbesondere zur Aufnahme von Hubbewegungen in einem Werkzeug oder in einer Maschine, ist im Hinblick auf die Nachvollziehbarkeit und Vorhersagbarkeit des Einsatzverhaltens in Abhängigkeit von den jeweiligen Einsatzbedingungen so ausgestaltet und weitergebildet, dass ein oder mehrere Messmittel zur Überwachung zumindest einer innerhalb und/oder an der Gasdruckfeder auftretenden physikalischen Messgröße vorgesehen sind. Des Weiteren wird eine Einrichtung sowie ein Verfahren zur Überwachung zumindest einer innerhalb und/oder an einer Gasdruckfeder (1) auftretenden physikalischen Messgröße vorgeschlagen.

Description

GASDRUCKFEDER MIT MESSMITTEL SOWIE EINRICHTUNG
UND VERFAHREN ZUR UEBERWACHUNG ZUMINDEST
EINER INNERHALB UND/ODER AN EINER GASDRUCKFEDER
AUFTRETENDEN PHYSIKALISCHEN MESSGROESSE
Die Erfindung betrifft eine Gasdruckfeder, insbesondere zur Aufnahme von Hubbewegungen in einem Werkzeug oder in einer Maschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Einrichtung sowie ein Verfahren zur Überwachung zumindest einer innerhalb und/oder an einer Gasdruckfeder auftretenden physikalischen Messgröße.
Gasdruckfedern sind pneumatische Federn, die ein unter Druck stehendes Gas zur Bereitstellung einer Federkraft nutzen. Dabei wirkt die Gasdruckfeder als hydro- pneumatisches Verstellelement. Gasdruckfedern bestehen im Allgemeinen aus einem Druckrohr, einer Kolbenstange sowie einem Kolben. Die Gasdruckfeder ist mit einem komprimierten Gas gefüllt. Das Gas übt auf den Kolben eine Kraft aus, die als Rückstellkraft der Gasdruckfeder genutzt wird. Die Rückstellkraft kann durch die Wahl eines geeigneten Gases bzw. Gasgemisches und die Einstellung eines bestimmten Einfülldruckes präzise festgelegt werden.
Üblicherweise weist der Kolben zumindest eine kleine Öffnung auf, durch die das komprimierte Gas auf die andere Seite des Kolbens strömen kann. Dadurch ergibt sich nicht nur eine Rückstellkraft, sondern auch eine besonders vorteilhafte Dämpfungswirkung der Gasdruckfeder.
Solche Gasdruckfedern sind beispielsweise in Bürostühlen oder als Haltevorrichtungen von Kofferraumdeckeln in Kraftfahrzeugen zu finden.
Des Weiteren werden Gasdruckfedern der eingangs genannten Art dazu verwendet, um in Werkzeugen oder Maschinen sowohl eine Rückstellkraft als auch eine bestimmte Dämpfungswirkung bereitzustellen. Dabei kann es sich insbesondere um Maschinen handeln, die eine sich ständig wiederholende Hubbewegung ausführen. Eine solche Hubbewegung ist dabei durch eine wiederkehrende Hin- und Herbewegung eines beweglichen Bauteils charakterisiert, wobei sich die Lage der beiden Totpunkte der Hubbewegung im Allgemeinen nicht verändert. Bei einem solchen Einsatz in Werkzeugen oder Maschinen kann es jedoch durch äußere und/oder innere Einflüsse zu einer Veränderung der Federungs- und/oder Dämpfungscharakteristik einer Gasdruckfeder kommen. Erhöht sich die Temperatur der Feder, steigt gleichzeitig der Innendruck des eingeschlossenen Gases. Hierdurch verändert sich die Federungscharakteristik. Darüber hinaus verändert sich durch eine mechanische Beanspruchung sowie durch Temperatureinfluss die Viskosität des eingeschlossenen Fluids, wodurch hauptsächlich eine Änderung der Dämpfungscharakteristik eintritt.
Bei Gasdruckfedern gemäß Stand der Technik sind die vorgenannten Veränderungen nicht vorhersehbar. Tritt eine Verschlechterung der Dämpfungs- und/oder Federungscharakteristik ein, kann diese bei einer bekannten Gasdruckfeder nicht einem diskreten physikalischen Phänomen zugeschrieben werden. Der Benutzer der Gasdruckfeder ist auf die Anwendung empirisch gewonnener Erkenntnisse beschränkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Nachvollziehbarkeit und Vorhersagbarkeit des Einsatzverhaltens von Gasdruckfedern in Abhängigkeit von den jeweiligen Einsatzbedingungen bereitzustellen.
Diese Aufgabe ist bezüglich einer Gasdruckfeder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist eine Gasdruckfeder der eingangs genannten Art derart weitergebildet und ausgestaltet, dass ein oder mehrere Messmittel zur Überwachung zumindest einer innerhalb und/oder an der Gasdruckfeder auftretenden physikalischen Messgröße vorgesehen sind.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass eine Überwachung von physikalischen Messgrößen innerhalb und/oder an Gasdruckfedern eine genaue Analyse des augenblicklichen Einsatzverhaltens ermöglicht. Das in der jeweiligen Betriebssituation festgestellte Einsatzverhalten, d.h. insbesondere die Dämpfungs- und Federungscharakteristik der Gasdruckfeder, kann beispielsweise auf momentan herrschende Druck- und Temperaturverhältnisse in der Gasdruckfeder zurückgeführt werden. So kann stets eine Korrelation des Einsatzverhaltens der Gasdruckfeder mit den derzeitigen Umgebungsbedingungen erfolgen.
Des Weiteren ist es für den Benutzer möglich, anhand gemessener physikalischer Messgrößen - insbesondere Druck und/oder Temperatur - die Leistungscharakteristik der Gasdruckfeder in Abhängigkeit bestimmter Umgebungs- oder Einsatzbedingungen vorherzusagen. Daher kann gezielt eine geeignete Gasdruckfeder für den jeweils vorgesehenen Einsatzzweck ausgewählt werden.
Schließlich können mit der erfindungsgemäßen Gasdruckfeder Störfälle oder Beschädigungen der Feder selbst oder auch der Maschine, welche die Feder enthält, detektiert werden. Ist beispielsweise der Totpunkt der Hubbewegung der Maschine verstellt, kann dies direkt anhand eines abweichenden Druckwerts innerhalb der Gasdruckfeder festgestellt werden. Des Weiteren können Beschädigungen der Gasdruckfeder selber (beispielsweise eine Leckage) anhand abnormer Druck- oder Temperaturwerte festgestellt werden, selbst falls die Feder nicht von außen zugänglich oder sichtbar ist.
Folglich ist eine Gasdruckfeder bereitgestellt, bei der eine Nachvollziehbarkeit und Vorhersagbarkeit des Einsatzverhaltens in Abhängigkeit von den jeweiligen Einsatzbedingungen realisiert ist.
In besonders bevorzugter Weise weist die erfindungsgemäße Gasdruckfeder einen Drucksensor oder einen kombinierten Druck-/Temperatursensor auf. Die Gasfeder kann auch mehrere Drucksensoren und/oder mehrere Druck-/Temperatursensoren aufweisen. Diese können beispielsweise über die Länge der Gasdruckfeder verteilt vorliegen. Des Weiteren ist denkbar, auf jeder Seite des Kolbens einen Drucksensor vorzusehen. Diese Drucksensoren messen dabei den Innendruck der Gasdruckfeder, nämlich den Druck des komprimierten Fluids innerhalb des Zylinders.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Gasdruckfeder alternativ oder zusätzlich zu dem genannten Drucksensor auch einen oder mehrere Temperatursensoren auf. Solche Temperatursensoren können sowohl die Temperatur der Oberfläche der Gasdruckfeder als auch die Temperatur des komprimierten Gases innerhalb der Fe- der abnehmen. Dadurch lässt sich in besonders vorteilhafter Weise eine Korrelation zwischen der Innen- und Außentemperatur der Gasdruckfeder feststellen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weisen die Messmittel der Gasdruckfeder eine netzunabhängige Stromversorgung auf. Dadurch entfällt ein Verkabelungsaufwand. Die Stromversorgung kann durch Batterien, Akkumulatoren oder gegebenenfalls auch induktiv bewerkstelligt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Messmittel der Gasdruckfeder einen Speicher für Messdaten auf. Bei dieser Ausführungsform kann gegebenenfalls auf eine Auswerte- oder Anzeigeeinheit für die Messdaten verzichtet werden. Gespeicherte Messwerte können periodisch oder fortlaufend abgefragt und dargestellt werden.
In Bezug auf eine Einrichtung zur Überwachung zumindest einer innerhalb und/oder an einer Gasdruckfeder auftretenden physikalischen Messgröße ist die oben aufgezeigte Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Danach weist eine solche erfindungsgemäße Einrichtung auf:
eine oder mehrere erfindungsgemäße Gasdruckfedern, eine oder mehrere Auswerteeinheiten, und ein oder mehrere Datenübertragungsmittel zur Übertragung von Daten zwischen dem Messmittel und der Auswerteeinheit.
In erfindungsgemäßer Weise erlaubt die Einrichtung die Überwachung einer oder mehrerer innerhalb und/oder an einer oder mehreren Gasdruckfedern auftretenden physikalischen Messgrößen. Dazu ist zunächst die Verwendung einer erfindungsgemäßen Gasdruckfeder vorgesehen, die über zumindest ein Messmittel verfügt. Die Messdaten werden mit einem oder mehreren Datenübertragungsmitteln zu einer oder mehreren Auswerteeinheiten weitergeleitet. Die Anzeige und weitere Verarbeitung der Daten kann direkt in der Auswerteeinheit oder in weiteren optionalen Geräten vorgenommen werden. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist eine lückenlose Überwachung des Einsatzverhaltens von Gasdruckfedern realisiert. Des Weiteren sind die gewonnenen Messwerte dahingehend nutzbar, eine Nachvollziehbarkeit und Vorhersagbarkeit des Einsatzverhaltens der Gasdruckfeder in Abhängigkeit von den jeweiligen Einsatzbedingungen zu ermöglichen.
In bevorzugter Weise weist die Auswerteeinheit einen Microcontroller auf. Dadurch ist eine kleine Baugröße, ein geringer Energiebedarf sowie eine preiswerte Bereitstellung der Auswerteeinheit ermöglicht.
Im Hinblick auf eine möglichst preiswerte Lösung können die Datenübertragungsmittel zwischen der Gasdruckfeder und der Auswerteeinheit einen oder mehrere Leiter, insbesondere Kabel, und/oder eine oder mehrere gekoppelte Leiterbahnen (Bus) aufweisen. Die einzelne Verknüpfung jedes einzelnen Messmittels (Sensor) mit der Auswerteeinheit stellt dabei die preiswerteste Möglichkeit dar, geht jedoch mit einem hohen Verdrahtungsaufwand einher. Des Weiteren benötigt die Mehrzahl an Kabeln entsprechenden Platz innerhalb der Einrichtung. Daher bietet sich bei begrenzten Platzverhältnissen sowie einer entsprechenden Anzahl von Messmitteln (Sensoren) die Verwendung gekoppelter Leiterbahnen, d.h. von Bussystemen an.
Solch ein Bussystem kann nach dem CANopen-Protokoll und/oder nach dem PROFI BUS-Protokoll arbeiten. Prinzipiell ist jedoch auch die Verwendung anderer bekannter Kommunikationsprotokolle denkbar.
In Bezug auf die vorgenannte Ausführungsform wird eine Weiterbildung vorgeschlagen, bei der ein CAN-Datenlogger vorgesehen ist, mit dem Messdaten abspeicherbar sind. Dieser CAN-Datenlogger kann Messdaten beispielsweise auf eine Speicherkarte abspeichern. Der CAN-Datenlogger kann so konfiguriert sein, dass er lediglich Fehlerzustände an eine gegebenenfalls vorhandene speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) weitergibt. Auf Grundlage der aufgezeichneten Messwerthistorie ist damit auch die Feststellung bestimmter Tendenzen ermöglicht.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung sind mit den Datenübertragungsmitteln Daten per Funkwellen übertragbar. Es sind mit anderen Worten Datenübertragungsmittel vorgesehen, die die Messwertdaten von den Messmitteln der Gasdruckfedern per Funk an die Auswerteeinheit weiterleiten. Solche Datenübertragungsmittel können alternativ oder zusätzlich zu den vorgenannten leitungsgebundenen Datenübertragungsmitteln vorgesehen werden. Sofern lediglich per Funk arbeitende Datenübertragungsmittel vorgesehen sind, entfällt der Verdrahtungsaufwand. Zusätzlich sinkt der Platzbedarf innerhalb der Einrichtung. Des Weiteren können die Gasdruckfedern hermetisch abgeschirmt eingesetzt werden, dennoch können Messwertsignale per Funk an die Auswerteeinheit weitergeleitet werden.
In Bezug auf die vorgenannte Ausführungsform ist bevorzugt, dass mit den Datenübertragungsmitteln Daten im kurzreichweitigen GHz-Funkwellenbereich, insbesondere im ISM-Band zwischen 2,402 GHz und 2,480 GHz, und insbesondere nach dem Bluetooth-Standard, übertragbar sind. Bluetooth ist ein Industriestandard für die drahtlose Funkvernetzung von Geräten über kurze Distanz. Damit wird eine drahtlose Schnittstelle bereitgestellt, über die insbesondere mobile Geräte miteinander kommunizieren können. Dabei werden Kabelverbindungen zwischen den Geräten ersetzt. Bluetooth-Geräte senden im Allgemeinen im lizenzfreien ISM-Band (Indus- trial, Scientific and Medical Band) und dürfen weltweit zulassungsfrei betrieben werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung weist die Auswerteeinheit einen Speicher für Messdaten auf. Dieser Speicher kann zusätzlich oder alternativ zu einem entsprechenden Speicher im Messmittel einer erfindungsgemäßen Gasdruckfeder realisiert werden.
In besonders bevorzugter Weise weist die Auswerteeinheit eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) auf. Die SPS kann die übermittelten Messwertdaten zunächst auswerten. Werden dabei Abweichungen von einem vorgegebenen Zielwert festgestellt, kann die SPS direkt auf die Maschine oder das Werkzeug einwirken, das die überwachten Gasdruckfedern beinhaltet. Dabei lässt sich beispielsweise der Hubweg oder die Frequenz der Maschine genau überwachen und einstellen. Da dabei eine Rückkopplung von Messwertdaten Einfluss auf eine Stellgröße nimmt, liegt ein Regelungsverhalten der SPS vor. Alternativ kann die SPS auch einfache Steue- rungsaufgaben der Maschine oder des Werkzeugs wahrnehmen, ohne dass eine Rückführung von Messwertgrößen stattfindet.
Die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) kann integral mit der Auswerteeinheit oder getrennt von der Auswerteeinheit ausgebildet sein.
Sofern die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ein eigenes Bauteil der erfindungsgemäßen Einrichtung bildet, ist bevorzugt, dass zwischen der Auswerteeinheit und der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) zum Datenaustausch eines oder mehrere der Bussysteme AS-Interface-Bus, PROFIBUS, PROFINET, Interbus, Interbus-Safety, CAN und CANopen eingerichtet ist.
Die genannten Bussysteme erlauben einen schnellen und großvolumigen Datenaustausch, ohne dass ein erhöhter Verkabelungsaufwand anfällt.
Im Allgemeinen ist eine Weiterbildung der Einrichtung besonders favorisiert, bei der mehrere Gasdruckfedern druckseitig verbunden sind. Dabei lässt sich der gemeinsame Druckwert mehrerer Gasdruckfedern mit lediglich einem Sensor (Messmittel) bestimmen. Damit sind sowohl der Investitionsaufwand als auch der Verdrahtungsaufwand und der hiermit einhergehende Platzbedarf reduziert.
Die oben genannte Aufgabe ist schließlich in Bezug auf ein Verfahren zur Überwachung zumindest einer innerhalb und/oder an einer Gasdruckfeder auftretenden physikalischen Messgröße mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 gelöst. Danach weist ein erfindungsgemäßes Verfahren die folgenden Schritte auf:
Aufnahme des Werts einer physikalischen Messgröße innerhalb und/oder an der Gasdruckfeder mit einem Messmittel, Übertragung der Messwertdaten an eine Auswerteeinheit, und Auswertung der Messwertdaten in der Auswerteeinheit.
In erfindungsgemäßer Weise wird ein Verfahren bereitgestellt, mit dem eine Nachvollziehbarkeit und Vorhersagbarkeit des Einsatzverhaltes von Gasdruckfedern in Abhängigkeit von den jeweiligen Einsatzbedingungen realisiert ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird in Bezug auf die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Gasdruckfeder sowie zu der erfindungsgemäßen Einrichtung verwiesen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können ein oder mehrere Werte des Druckes und/oder der Temperatur aufgenommen werden.
Die Messwertdaten können im Messmittel und/oder in der Auswerteeinheit gespeichert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung werden die Messwertdaten vom Messmittel zur Auswerteeinheit mit einem oder mehreren Leitern, insbesondere Kabeln, und/oder mit einer oder mehreren gekoppelten Leiterbahnen (Bus) übertragen.
Dabei kann das Profibus- und/oder das CANopen-Protokoll verwendet werden, wobei gegebenenfalls Messdaten in einem CAN-Datenlooger gespeichert werden.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Messwertdaten vom Messmittel zur Auswerteeinheit per Funk, insbesondere mit kurzreichweitigen GHz-Funkwellen, insbesondere mit Funkwellen im ISM-Band zwischen 2,402 GHz und 2,480 GHz, und insbesondere nach dem Bluetooth-Standard übertragen.
Es ist des Weiteren besonders bevorzugt, zur Überwachung der Messwerte und gegebenenfalls zur Regelung einzelner Gasdruckfedern und/oder des gesamten Werkzeugs bzw. der gesamten Maschine eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) zu verwenden.
Sofern die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) getrennt von der Auswerteeinheit vorliegt, werden zum Datenaustausch zwischen diesen Geräten bevorzugt eines oder mehrere der Protokolle AS-Interface-Bus, POFIBUS, PROFINET, Inter- bus, Interbus-Safety, CAN und CANopen verwendet. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird schließlich die Anzahl der absolvierten Hubbewegungen über die Änderung des gemessenen Drucks innerhalb einer oder mehrerer Gasdruckfedern - insbesondere durch die Auswerteeinheit - detektiert und gespeichert. Damit ist durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, in besonders einfacher und manipulationssicherer Weise die Anzahl der insgesamt durchgeführten Hubbewegungen einer Maschine oder eines Werkzeugs zu ermitteln und festzuhalten. Dies ist insbesondere bei Leasing- oder Leihmaschinen interessant.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Länge der Hubbewegung und die Frequenz einer Maschine oder eines Werkzeugs über die Messwertdaten der eingesetzten Gasdruckfedern ermittelt werden. Das Verfahren kann daher zur Fehlerfeststellung, -analyse und -behebung besonders vorteilhaft eingesetzt werden.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung von drei bevorzugten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Einrichtung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Einrichtung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gasdruckfeder sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Schaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der mehrere Gasdruckfedern mit einer als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildeten Auswerteeinheit verbunden sind, wobei die SPS eine CAN-Schnittstelle aufweist,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der ein CAN-Datenlogger vorgesehen ist, und Fig. 3 ein Schaltbild einer dritten, besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der Messwertdaten per Funk übertragen werden.
Fig. 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Schaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung. Eine Mehrzahl von Gasdruckfedern 1 sind in einer Maschine angeordnet, um Hubbewegungen aufzunehmen und diese abzufedern und/oder abzudämpfen. Jede Gasdruckfeder 1 ist mit mindestens einem Messmittel zur Überwachung zumindest einer in oder an der Gasdruckfeder 1 auftretenden physikalischen Messgröße ausgerüstet. Diese Messmittel sind hier nicht detailliert dargestellt.
Hier weist jede Gasdruckfeder 1 zumindest einen Druck- oder Temperatursensor oder einen kombinierten Druck-/Temperatursensor auf. Eine Gasdruckfeder 1 kann über die Länge verteilt auch mehrere Drucksensoren aufweisen, bspw. zur Messung des Drucks eines komprimierten Gases vor und hinter dem Kolben. Des Weiteren können mehrere Temperatursensoren vorgesehen sein, bspw. innerhalb der Gasdruckfeder zur Messung der Temperatur des Gases und an der Oberfläche der Gasdruckfeder. Das Druckmedium ist im vorliegenden Fall Stickstoff.
Zur Auswertung und Weiterverarbeitung der Messwertdaten ist außerhalb des Bereichs, in dem die Gasdruckfedern 1 angeordnet sind, eine Auswerteeinheit 2 vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 2 als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 3 ausgebildet.
Zur Übermittlung der Messwertdaten der einzelnen Messmittel zur Auswerteeinheit 2 sind Datenübertragungsmittel 4 vorgesehen. Diese Datenübertragungsmittel 4 sind beim vorliegenden Beispiel als Bus 5 und im Speziellen als CAN-Bus ausgebildet. Zur Verarbeitung der Messdaten verfügt die Auswerteeinheit 2 dementsprechend über eine CAN-Schnittstelle 6.
Da die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 3 über die CAN-Schnittstelle 6 verfügt, kann die Speicherung und Auswertung der Messdaten in der dadurch gebildeten Auswerteeinheit 2 stattfinden. Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, welche an die Ausführungsform aus Fig. 1 angelehnt ist. Hier befindet sich jedoch im Bus 5 zwischen den Gasdruckfedern 1 und der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) 3 ein CAN-Datenlogger 7. Folglich wirkt bei dieser Ausführungsform der CAN-Datenlogger 7 als Auswerteeinheit 2. Der CAN-Datenlogger 7 ist so konfiguriert, dass er Messdaten auf einer SD-Speicherkarte abspeichert und lediglich Fehlerinformationen an die SPS 3 weitergibt. Dadurch ist eine unabhängige Überwachung realisiert. Des Weiteren ist es mit der aufgezeichneten Messwerthistorie möglich, Messwerttendenzen festzustellen und wiederzugeben.
Der CAN-Datenlogger 7 wird durch eine Spannungsquelle 8 mit elektrischer Energie versorgt.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten, besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung. Hier sind die Datenübertragungsmittel so ausgebildet, dass Messwertdaten von den Gasdruckfedern 1 zur Auswerteeinheit 2 per Funkwellen 9 übertragbar sind. Die Funkwellen 9 sind in dieser Darstellung angedeutet, Details der im Bereich der Messmittel der Gasdruckfedern 1 angeordneten Datenübertragungsmittel sind hier jedoch nicht zu sehen. Die Datenübertragungsmittel kommunizieren mit einer Auswerteeinheit 2, die hier als Funkempfänger 10 ausgebildet ist. Die Auswerteeinheit 2 verfügt über einen integrierten Microcontroller. Zwischen den Gasdruckfedern 1 und dem Funkempfänger 10 werden Messwertdaten im kurzreich weitigen GHz-Funkwellenbereich, bevorzugt nach dem Bluetooth-Standard, übertragen. Die Auswerteeinheit 2 verfügt des Weiteren über einen Speicher für Messdaten. Sie wird von einer Spannungsquelle 8 mit elektrischer Energie versorgt.
Getrennt von der Auswerteeinheit 2 ist auch hier eine SPS 3 vorgesehen. Mit der SPS 3 können verschiedene Regelungsaufgaben erfüllt werden, insbesondere betreffend die Vorrichtung, in der die Gasdruckfedern 1 angeordnet sind. Sofern die Gasdruckfedern 1 in Bezug auf ihr Federungs-/Dämpfungsverhalten ebenfalls regelbar sind, kann die SPS 3 auch in entsprechender Weise wirken. Zur Kommunikation zwischen der Auswerteeinheit 2 und der SPS 3 ist ein Bus 5 vorgesehen. Auch hier kann es sich um einen CAN-, einen CANopen-Bus oder auch um ein anderes bekanntes Protokoll handeln.
Bei allen gezeigten Ausführungsformen weisen die Messmittel der Gasdruckfedern 1 eine netzunabhängige Stromversorgung auf. Dadurch ist eine größtmögliche Unabhängigkeit erreicht.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gasdruckfeder, der Einrichtung sowie des Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die Patentansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Patentansprüche
1. Gasdruckfeder (1), insbesondere zur Aufnahme von Hubbewegungen in einem Werkzeug oder in einer Maschine, g ekennzeich net d u rch ein oder mehrere Messmittel zur Überwachung zumindest einer innerhalb und/oder an der Gasdruckfeder (1) auftretenden physikalischen Messgröße.
2. Gasdruckfeder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel einen Drucksensor oder einen kombinierten Druck-/Temperatursensor aufweisen.
3. Gasdruckfeder (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel einen Temperatursensor aufweisen.
4. Gasdruckfeder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel eine netzunabhängige Stromversorgung aufweisen.
5. Gasdruckfeder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel einen Speicher für Messdaten aufweisen.
6. Einrichtung zur Überwachung zumindest einer innerhalb und/oder an einer Gasdruckfeder (1) auftretenden physikalischen Messgröße, wobei die Einrichtung aufweist: eine oder mehrere Gasdruckfedern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, eine oder mehrere Auswerteeinheiten (2), und ein oder mehrere Datenübertragungsmittel (4) zur Übertragung von Daten zwischen dem Messmittel und der Auswerteeinheit (2).
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (2) einen Microcontroller aufweist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsmittel (4) einen oder mehrere Leiter, insbesondere Kabel, und/oder eine oder mehrere gekoppelte Leiterbahnen (Bus) (5) aufweisen.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsmittel (4) einen Bus (5) nach dem CANopen-Protokoll und/oder nach dem Profibus-Protokoll aufweisen.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein CAN- Datenlogger (7) vorgesehen ist, mit dem Messdaten abspeicherbar sind.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Datenübertragungsmitteln (4) Daten mit Funkwellen (9) übertragbar sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mit den Datenübertragungsmitteln Daten im kurzreich weitigen GHz-Funkwellenbereich, insbesondere im ISM-Band zwischen 2,402 GHz und 2,480 GHz, und insbesondere nach dem Bluetooth-Standard, übertragbar sind.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (2) einen Speicher für Messdaten aufweist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (2) eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) (3) aufweist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass getrennt von der Auswerteeinheit (2) eine Speicherprogrammierbare Steuerung. (SPS) (3) vorgesehen ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Auswerteeinheit (2) und der Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) (3) zum Datenaustausch eines oder mehrere der Bussysteme AS-Interface-Bus, POFIBUS, PROFINET, Interbus, Interbus-Safety, CAN und CANopen eingerichtet ist.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gasdruckfedern (1) druckseitig verbunden sind.
18. Verfahren zur Überwachung zumindest einer innerhalb und/oder an einer Gasdruckfeder (1) auftretenden physikalischen Messgröße, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Aufnahme des Werts einer physikalischen Messgröße innerhalb und/oder an der Gasdruckfeder (1) mit einem Messmittel, Übertragung der Messwertdaten an eine Auswerteeinheit (2), und Auswertung der Messwertdaten in der Auswerteeinheit (2).
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Werte des Druckes und/oder der Temperatur aufgenommen werden.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass Messwertdaten im Messmittel und/oder in der Auswerteeinheit (2) gespeichert werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Messwertdaten vom Messmittel zur Auswerteeinheit (2) mit einem oder mehreren Leitern, insbesondere Kabeln, und/oder mit einer oder mehreren gekoppelten Leiterbahnen (Bus) (5) übertragen werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Profibus- und/oder das CANopen-Protokoll verwendet wird, wobei ggf. Messdaten in einem CAN-Datenlogger (7) gespeichert werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass Messwertdaten vom Messmittel zur Auswerteeinheit (2) per Funk, insbesondere mit kurzreichweitigen GHz-Funkwellen, insbesondere mit Funkwellen (9) im ISM- Band zwischen 2,402 GHz und 2,480 GHz, und insbesondere nach dem Bluetooth- Standard, übertragen werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Messwerte und ggf. zur Regelung eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) (3) verwendet wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zum Datenaustausch zwischen der Auswerteeinheit (2) und der Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) (3) eines oder mehrere der Protokolle AS-Interface- Bus, POFIBUS, PROFINET, Interbus, Interbus-Safety, CAN und CANopen verwendet wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der absolvierten Hubbewegungen über die Änderung des gemessenen Drucks innerhalb der Gasdruckfeder (1) - insbesondere durch die Auswerteeinheit (2) - detektiert und gespeichert wird.
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