DK2937595T3 - Gastrykfjeder - Google Patents

Description

Den foreliggende opfindelse angår en gastrykfjeder ifølge den indledende del af krav 1.

Gastrykfjedre omfatter sædvanligvis et cylindrisk hus med en væg, en bunddel og en lågdel, der har en åbning, samt en langsgående akse, hvor der i huset forskydeligt langs den langsgående akse er anbragt et stempel med en udvendig flade, en frontside og en stempelstang, der er ført gennem åbningen. Mellem stemplets frontside og husets bunddel er der dannet et gaskompressionskammer. Sådanne gastrykfjedre anvendes især i værktøjer eller maskiner til udførelse af slagbevægelser.

Nitrogen er en gas, der ofte anvendes til fyldning af gastrykfjedre. Gastryk-fjedre er ofte fyldt med nitrogen ved tryk på mellem 120 og 220 bar. Til sikkerhedsovervågning kendes det f.eks. fra DE 10 2007 034 416 A1 at udstyre gas-trykfjedre med en sensor til overvågning af fysiske målestørrelser inden i og/el-ler på gastrykfjederen. Til strømforsyning af sensoren kan der enten tilvejebringes et kabel, hvilket dog er arbejdskrævende i forhold til kabelføring. Alternativt kan strømforsyningen ved gastrykfjedrene ifølge DE 10 2007 034 416 A1 også tilvejebringes netuafhængigt ved hjælp af batterier, genopladelige batterier eller induktivt.

Batterier og genopladelige batterier har dog kun begrænset levetid, som ofte er kortere end gastrykfjederens levetid. En induktiv strømforsyning er svær at realisere ved gastrykfjedre, der er indbygget i værktøjer eller maskiner.

Fra DE 10 2005 046 745 A1 kendes også trykmiddelcylindere med en trykoptagelsesindretning, hvor trykoptagelsesindretningen omfatter en piezokrystal som tryksensor, der endvidere kan fungere som energiforsyning til en evalueringsenhed.

Formålet med opfindelsen består i at tilvejebringe en gastrykfjeder, hvor sensorens strømforsyning videreudvikles til detektering afen fysisk størrelse, især på en sådan måde, at der tilvejebringes en netuafhængig strømforsyning uden at forringe gastrykfjederens levetid.

Dette formål opfyldes ifølge opfindelsen med en gastrykfjeder med den kendetegnende del af krav 1.

Fordelagtige udførelsesformer og videreudviklinger er anført i de afhængige patentkrav.

Gastrykfjederen ifølge opfindelsen med et cylindrisk hus, der omfatter en væg, en bunddel og en lågdel, som omfatter en åbning, samt en langsgående akse, og med et stempel, der kan forskydes i huset langs den langsgående akse, med en udvendig flade og en frontside, hvor der mellem stemplet og huset er dannet et gaskompressionskammer, og hvor gastrykfjederen omfatter mindst en sensor til detektering af mindst en fysisk størrelse er kendetegnet ved, at gastrykfjederen omfatter midler, der er udformet til generering af mindst en del af den elektriske energi, som er nødvendig til strømforsyning af den mindst ene sensor. Idet der genereres energi i gastrykfjederen selv, er gastrykfjederen mindre afhængig, fordelagtigt slet ikke, af tilførsel af energi udefra eller tilførsel af energi ved hjælp af batterier eller genopladelige batterier. Ekstern kabelføring kan bortfalde helt. Endvidere begrænses gastrykfjederens levetid ikke længere af batteriets eller det genopladelige batteris levetid. I en udførelsesform er gaskompressionskammeret dannet mellem stemplets frontside og husets bunddel, hvor stemplets udvendige flade er tætnet mod husets væg, således at der dannes et såkaldt et-kammer-gaskompressions-kammer. I en alternativ udførelsesform omfatter gaskompressionskammeret to kamre, hvor et første kammer er dannet mellem stemplet og bunddelen, og et andet kammer er dannet mellem kolbens frontside og husets bunddel, således at der dannes et såkaldt to-kammer-gaskompressionskammer. Ved et to-kammer-gaskompressionskammer er et gasflow fra området mellem stemplet og lågdelen til området mellem stemplet og bunddelen mellem stemplets udvendige flade og husets væg mulig, mens der sker en tætning af gaskompressionskammeret mellem stempelstangen og huset i lågdelens åbning.

En fordelagtig udførelsesform af opfindelsen tilvejebringer, at midlerne er udformet til generering af elektrisk energi fra den relative bevægelse mellem stemplet og huset. Da der i gastrykfjederen er to komponenter, der regelmæssigt, ofte med stor hastighed, bevæges mod hinanden, nemlig huset og stemplet, kan den kinetiske energi på nem måde omsættes til elektrisk energi ved hjælp af midlerne.

Midlerne har fordelagtigt en spole og en magnet, da der ved den relative bevægelse mellem en spole og en magnet i spolen kan induceres en spænding, der på nem måde kan anvendes til strømforsyning af sensoren.

En foretrukken udførelsesform af opfindelsen tilvejebringer, at magneten er anbragt på stemplet og spolen på huset, fortrinsvis i gaskompressionskammeret, da tilslutningen af spolen til sensoren eller en elektronik kan forenkles af en spole, der er stationær i forhold til huset.

Spolen omfatter særligt foretrukket tilslutningskontakter, der er ført tryktæt ud af gaskompressionskammeret, fortrinsvis ind i bunddelen. Den tryktætte udføring af spolens tilslutningskontakter sikrer gaskompressionskammerets tæthed. Udføringen af tilslutningskontakterne ind i bunddelen er fordelagtig, når sensoren og eventuelt en tilhørende elektronik er anbragt i bunddelen, således at der kun er korte vej i gastrykfjederen.

En yderligere fordelagtig udførelsesform af opfindelsen tilvejebringer, at midlerne er udformet til at generere elektrisk energi fra trykændringen i gastrykfjederen, især i gaskompressionskammeret. Da der regelmæssigt optræder kraftige trykændringer i en gastrykfjeder på grund af den regelmæssige relative bevægelse mellem stemplet og huset, kan der også på denne måde regelmæssigt ved hvert slag af gastrykfjederen genereres energi.

Midlerne omfatter fordelagtigt et piezoelement, der især er anbragt på ydersiden af bunddelen eller i gaskompressionskammeret. Anbringelsen af piezo-elementet på ydersiden af bunddelen har den fordel, at udføring af piezoele-mentets tilslutningskontakter fra gaskompressionskammeret kan bortfalde. På den anden side bestemmes trykket dog ikke så direkte som ved anbringelse af piezoelementet i gaskompressionskammeret.

Piezoelementet, der er anbragt i gaskompressionskammeret, omfatter fordelagtigt tilslutningskontakter, der er ført tryktæt ud af gaskompressionskammeret, fortrinsvis ind i bunddelen. I kraft af den tryktætte udføring forringes gaskompressionskammers tæthed på den ene side ikke. Ved udføring af tilslutningskontakterne ind i bunddelen, hvorf.eks. sensoren og eventuelt en elektronik er anbragt, skal der kun slås bro over korte veje i gastrykfjederen.

Et yderligere fordelagtigt udførelseseksempel af opfindelsen tilvejebringer, at midlerne er udformet til at generere elektrisk energi fra den varmeenergi, der udstråles i gastrykfjederen. Da gassen kan opvarmes med 10 til 20 Kved hjælp af kompressionen af gasvolumenet i gastrykfjederen, kan også den opståede varme på nem måde anvendes til generering af elektrisk energi.

Midlerne omfatter fordelagtigt et peltierelement med en første side og en anden side, der fortrinsvis er anbragt i huset, især i bunddelen, på en sådan måde, at den første side er i varmeledende kontakt med huset, og den anden side er i varmeledende kontakt med gastrykfjederens omgivelser. Den første side optager således varmen fra huset, der opvarmes ved temperaturstigningen på gassen, mens den anden side kan bortlede varmen til omgivelserne, f.eks. til et værktøj eller en maskine, hvori gastrykfjederen er anbragt.

Opfindelsen uddybes udførligt ved hjælp af de efterfølgende figurer.

Her viser:

Fig. 1 et langsgående tværsnit gennem et første udførelseseksempel på en gastrykfjeder ifølge opfindelsen,

Fig. 2 et langsgående tværsnit gennem et andet udførelseseksempel på en gastrykfjeder ifølge opfindelsen og Fig. 3 et langsgående tværsnit gennem et tredje udførelseseksempel på en gastrykfjeder ifølge opfindelsen.

Fig. 1 viser et langsgående tværsnit gennem et udførelseseksempel på en gastrykfjeder 10, der omfatter et hus 20 og et stempel 30, der er anbragt forskydeligt i huset 20. Huset 20 er udformet cylindrisk, især cirkelcylindrisk, og omfatter en væg 22, en bunddel 24 og en lågdel 26. Lågdelen 26 er især forbundet med væggen 22 i ét stykke, mens bunddelen 24 fordelagtigt er anbragt frigørligt på væggen 22 og f.eks. kan forbindes med væggen 22 ved hjælp af en skrueforbindelse.

Stemplet 30 er udformet cylindrisk med en udvendig flade 32 og en frontside 34 og en stempelstang 36. Husets 20 lågdel 26 har en åbning 28, som stempelstangen 36 er ført igennem udadtil fra huset 20.

Huset 20 har en langsgående akse 1, langs hvilken stemplet 30 er anbragt forskydeligt i huset 20.

Mellem stemplet 30 og huset 20 er der dannet et gaskompressionskammer 40. Gaskompressionskammeret er ved hjælp af en tætning 29 tætnet i åbningen 28, som stempelstangen 36 er ført igennem udadtil fra huset 20. På stemplets 30 udvendige flade kan gas fra en første del af gaskompressionskammeret 40, der er anbragt mellem stemplets 30 frontside 34 og husets 20 bunddel 24, strømme ind i en anden del af gaskompressionskammeret 40, der er dannet mellem stemplet 30 og lågdelen 26. På den måde dannes der et såkaldt to-kammer-gaskompressionskammer 40. I en alternativ ikke vist udførelsesform kan der ved gastrykfjederen 10 også være tale om en gastrykfjeder med et et-kammer-gaskompressionskammer 40. Ved et et-kammer-gaskompressionskammer 40 er stemplet 30 på sin udvendige flade 32 tætnet i forhold til husets 20 væg 22 via en tætning, således at et gasflow fra området mellem stemplets 30 frontside 34 og husets 20 bunddel 24 ind i området mellem stemplet 30 og lågdelen 26 forhindres. En tætning i åbningen 28, som stempelstangen 36 føres igennem fra huset 20, kan så bortfalde. I gastrykfjederen 10, især i gaskompressionskammeret 40, er der anbragt en gas, eksempelvis nitrogen, der fortættes ved indføring af stemplet 30 i huset 20, således at der opbygges et tryk. Dette genererer en returkraft på stemplet 30. Sådanne gastrykfjedre 10 anvendes især i værktøjer eller maskiner.

Gastrykfjederen 10 omfatter en sensor 50 til detektering af en fysisk størrelse. Sensoren 50 kan f.eks. være udformet som tryksensor, temperatursensor, kraftsensor eller distancesensor. I en foretrukket udførelsesform kan sensoren 50 være udformet som kombineret tryk- og temperatursensor. Sensoren 50 er eksempelvis integreret i bunddelen 24 således, at den kan detektere fysiske størrelser, f.eks. tryk og/eller temperatur, i gaskompressionskammeret 40. Størrelserne, der detekteres af sensoren 50, kan viderebearbejdes, f.eks. gemmes og analyseres, af en elektronik 52, der er anbragt i et hulrum 25 af bunddelen 24.

Sensoren 50 og en eventuelt forekommende elektronik 52 kræver elektrisk energi til drift. Gastrykfjederen 10 omfatter midler 70, der er udformet til generering af mindst en del af den energi, som er nødvendig til energiforsyning af sensoren 50. Midlerne 70 omfatter en spole 72 og en magnet 76. Magneten 76 er anbragt på stemplet 30, mens spolen 72 er anbragt på huset 20, især i gaskompressionskammeret 40. Spolen 72 er derved anbragt på en sådan måde, at dens langsgående akse strækker sig parallelt med gastrykfjederens 10 langsgående akse L. Magneten 76 er anbragt på stemplet 30 på en sådan måde, at magneten 76 ved en relativ bevægelse mellem stemplet 30 og huset 20 kan komme ind i spolen 72. Spolen 72 omfatter tilslutningskontakter 74, der er ført tryktæt ud af gaskompressionskammeret 40 og især ind i bunddelens 24 hulrum 25. Tilslutningskontakterne 74 forbinder især spolen 72 med enten sensoren 50 eller elektronikken 52. I kraft af magnetens 76 og spolens 72 relative bevægelse induceres der en spænding i spolen 72, som kan tjene til generering af elektrisk energi, der kan tjene til strømforsyning af sensoren 50 og en eventuelt forekommende elektronik 52. Sensorens 50 og elektronikkens 52 strømforsyning realiseres fordelagtigt fuldstændigt af energien som genereres af midlerne 70. Hvis energien, der genereres af midlerne 70, ikke er tilstrækkelig, kan gastrykfjederen 10 endvidere omfatte et batteri 60.

Fig. 2 viser et langsgående tværsnit gennem et yderligere udførelseseksempel på en gastrykfjeder 10', der kun adskiller sig fra den i fig. 1 viste gastrykfjeder 10 i udførelsesformen af midlerne til generering af i det mindste en del af den energi, der er nødvendig til energiforsyning af sensoren 50. Gastrykfjederen 10' omfatter midler 80, der er udformet til at generere elektrisk energi ud fra trykændringen i gastrykfjederen 10', især ud fra trykændringen i gaskompressionskammeret 40. Midlerne 80 omfatter til dette et piezoelement 82, der i det i fig. 2 viste udførelseseksempel er anbragt i gaskompressionskammeret 40, især på bunddelen 24. Tilslutningskontakter 84 af piezoelementet 82 er ført tryktæt ud af gaskompressionskammeret 40, især ind i bunddelens 24 hulrum 25, hvor de forbinder piezoelementet 82 med sensoren 50 eller en eventuelt forekommende elektronik 52. Ved en trykændring genereres der elektrisk energi i et piezoelement, der kan anvendes til strømforsyning af sensoren 50 eller elektronikken 52. I en alternativ ikke vist udførelsesform af opfindelsen kan piezoelementet 82 også anbringes på en udvendig bundside 24a af bunddelen 24. Den elektriske kontakt mellem dette piezoelement 82 og bunddelens 24 hulrum 25 kunne ske gennem en ikke nødvendigvis tryktæt udformet åbning, der fører fra den ydre bundside 24a til hulrummet 25. Et sådan anbragt piezoelement 82 ville være direkte tilgængeligt og nemt at udskifte og kan desuden også fungere som kraftsensor, men ville dog mindre direkte detektere det fremherskende tryk i gaskompressionskammeret 40.

Fig. 3 viser et yderligere udførelseseksempel på en gastrykfjeder 10" ifølge opfindelsen, der kun adskiller sig fra den i fig. 1 viste gastrykfjeder 10 i udførelsesformen af midlerne til generering af i det mindste en del af den energi, der er nødvendig til energiforsyning af sensoren 50. Gastrykfjederen 10" omfatter midler 90, der er udformet til generering af elektrisk energi fra den varmeenergi, der udstråles i gastrykfjederen. Midlerne 90 omfatter især et peltier-element 92 med en første side 94 og en anden side 96. De to sider 94, 96 af et peltierelement 92 udgør især den varme og den kolde side af peltierelemen-tet 92.

Peltierelementet 92 er især anbragt i huset 20 på en sådan måde, at den første side 94 er i varmeledende kontakt med huset 20, og den anden side 96 er i varmeledende kontakt med gastrykfjederens 10" omgivelser. Peltierelemen-tets 92 anden side 96 danner således især en del af gastrykfjederens 10" udvendige flade. Peltierelementet 92 er især anbragt i bunddelen 24, f.eks. på en sådan måde, at den anden side 96 ligger i bunddelens 24 ydre bundside 24a.

Peltierelementet 92 er forbundet med sensoren 50 og elektronikken 52 via tilslutningskontakter 98. Peltierelementets 52 første side 94 optager varmen, der genereres i huset 20, mens varmen bortledes til gastrykfjederens 10" omgivelser, f.eks. til værktøjet eller en maskine, via den anden side 96, hvor der genereres en spænding i peltierelementet 92, der kan tjene til strømforsyning af sensoren 50 og eventuelt elektronikken 52.

Henvisningstalliste 10 gastrykfjeder 10' gastrykfjeder 10" gastrykfjeder 20 hus 22 væg 24 bunddel 24a bundside 25 hulrum 26 lågdel 28 åbning 29 tætning 30 stempel 32 udvendig flade 34 frontside 36 stempelstang 40 gaskompressionskammer 50 sensor 52 elektronik 60 batteri 70 midler 72 spole 74 tilslutningskontakt 76 magnet 80 midler 82 piezoelement 84 tilslutningskontakt 90 midler 92 peltierelement 94 første side 96 anden side 98 tilslutningskontakt 1 langsgående akse

Claims (10)

1. Gastrykfjeder (10, 10', 10") med et cylindrisk hus (20), der omfatter en væg (22), en bunddel (24) og en lågdel (26), som omfatter en åbning (28), samt en langsgående akse (1), og med et stempel (30), der kan forskydes i huset (20) langs den langsgående akse (1), med en udvendig flade (32) og en frontside (34), hvor der mellem stemplet (30) og huset (20) er dannet et gaskompressionskammer (40), og hvor gastrykfjederen (10, 10', 10") omfatter mindst en sensor (50) til detektering af mindst en fysisk størrelse, kendetegnet ved, at gastrykfjederen (10,10', 10") omfatter midler (70, 80, 90) til generering af mindst en del af den elektriske energi, som er nødvendig til strømforsyning af den mindst ene sensor (50).

2. Gastrykfjeder ifølge krav 1, kendetegnet ved, at midlerne (70) er udformet til generering af elektrisk energi fra den relative bevægelse mellem stemplet (30) og huset (20).

3. Gastrykfjeder ifølge krav 2, kendetegnet ved, at midlerne (70) omfatter en spole (72) og en magnet (76).

4. Gastrykfjeder ifølge krav 3, kendetegnet ved, at magneten (76) er anbragt på stemplet (30), og spolen (72) er anbragt på huset (20), fortrinsvis i gaskompressionskammeret (40).

5. Gastrykfjeder ifølge krav 4, kendetegnet ved, at spolen (72) omfatter tilslutningskontakter (74), der er ført tryktæt ud af gaskompressionskammer (40), fortrinsvis ind i bunddelen (24).

6. Gastrykfjeder ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at midlerne (80) er udformet til generering af elektrisk energi fra trykændringen i gastrykfjederen (10'), især i gaskompressionskammeret (40).

7. Gastrykfjeder ifølge krav 6, kendetegnet ved, at midlerne (80) omfatter et piezoelement (82), der fortrins- vis er anbragt på ydersiden af bunddelen (24) eller i gaskompressionskammeret (40).

8. Gastrykfjeder ifølge krav 7, kendetegnet ved, at piezoelementet (82) er anbragt i gaskompressionskammeret (40) og omfatter tilslutningskontakter (84), der er ført tryktæt ud af gaskompressionskammeret (40), fortrinsvis ind i bunddelen (24).

9. Gastrykfjeder ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at midlerne (90) er udformet til generering af elektrisk energi fra den varmeenergi, som udstråles i gastrykfjederen (10").

10. Gastrykfjeder ifølge krav 9, kendetegnet ved, at midlerne (90) omfatter et peltierelement (92) med en første side (94) og en anden side (96), der fortrinsvis er anbragt i huset (20), især bunddelen (24), på en sådan måde, at den første side (94) er i varmeledende kontakt med huset (20), og den anden side (96) er i varmeledende kontakt med gastrykfjederens (10") omgivelser.