Federn Gasdruckfedern bieten dem Werkzeugbau hohe Federkräfte auf kleinstem Raum

Gasdruckfedern werden im Werkzeugbau dann eingesetzt, wenn große Federkräfte beziehungsweise große Federwege auf kleinstmöglichem Raum benötigt werden. Sie bestehen aus dem Gehäuse, dem Kolben, dem Führungs- und Dichtungspaket sowie den geeigneten Anschlüssen. Gefüllt sind diese Maschinenelemente mit Stickstoff. Im Vergleich zu Schraubenfedern bieten sie nahezu über den gesamten Federweg eine gleichmäßige Kraft, einen geringen Platzbedarf und eine optimale Dämpfung.

Anbieter zum Thema

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Schubert & Salzer Data GmbH

trivid GmbH

Grundfos GmbH

Steinel Normalien AG

Die Steinel Normalien AG hat in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IPT Aachen (Institut für Produktionstechnik) eine neue Gasdruckfeder entwickelt, die seit der Produktpräsentation auf der Euroblech 2006 in Hannover von Steinel Normalien hergestellt und vertrieben wird (Bild 1). Die Gasdruckfeder ist für Dauerbelastung ausgelegt, der robuste Aufbau und der Einsatz von innovativen Werkstoffen gewährleisten höchste Standzeiten von über 3 Mio. Hüben. Die Konstruktion der Gasdruckfeder wurde mit der FEM (Finite-Elemente-Methode) und praktischenVersuchen überlastsicher ausgelegt und bietet eine maximale Betriebssicherheit (Bild 2) für die Anwendungen in hochbeanspruchten Stanz- und Biegewerkzeugen.

Das Federgehäuse ist für den Überlastfall ausgelegt

Die besondere Innovation liegt in den durch FEM berechneten und TÜV-geprüften Bauteilen mit optimalem Berstschutz zur Sicherung der Betriebssicherheit. Der Festanschlag ist eine formschlüssige Verbindung und verhindert so ein unkontrolliertes Austreten des Kolbens aus dem Gasdruckfeder-Gehäuse. Das Gehäuse wurde, gemeinsam mit dem Fraunhofer IPT, so ausgelegt, dass im Überlastfall die Gehäusewandung definiert reißt. So wird eine weitere Verwendung des beschädigten Gehäuses verhindert.

Durch den Einsatz neuester Dichtungswerkstoffe, innovativer Schmierstoffe und die bereits erwähnte sichere Konstruktion konnten die Laufleistungen von über 3 Mio. Hüben möglich gemacht werden. Die Zweipunktlagerung des Kolbens trägt den im Werkzeug auftretenden Seitenkräften Rechnung. Die Gehäuseinnenwand und der Kolben sind feinstbearbeitet, zusammen mit dem Führungsband und der Kolbenführung bilden sie eine optimale Gleitpaarung.

Öl im Gehäuse vernebelt

Die Schmierstoffe werden im Fettreservoir der Kolbenführung und im Gehäuse eingesetzt. Im letzteren befindet sich eine geringe Ölmenge, die sich durch den Fülldruck vernebelt. Dadurch wird die Reibung im Führungsbereich der Kolbenlauffläche vermindert (Bild 3).

Die Gasdruckfeder ist modular aufgebaut und deshalb auch einfach demontierbar. Wartungsarbeiten, Fülldruckanpassungen und Reparaturen sind somit schnell und kostengünstig durchzuführen. Nachdem der Fülldruck der Gasdruckfeder über das Hochleistungsventil abgebaut wurde, kann das Dichtungs- und Führungspaket einfach ausgetauscht werden.

Die Gasdruckfeder ist nach einer Neubefüllung mit Stickstoff sofort wieder einsatzbereit. Das senkt Werkzeugstillstandszeiten deutlich und spart dem Anwender bares Geld.

Die Gasdruckfedern werden in Anlehnung an die Druckgeräterichtlinie (PED) 97/23/EG hergestellt. Ist das Füllvolumen der Gasdruckfedern größer als 1 Liter, werden die Gasdruckfedern mit CE-Kennzeichnung und Zertifikat geliefert.

Planungsfreiheit für Konstrukteure

Die Steinel-Gasdruckfedern gibt es in einem umfangreichen Sortiment für unterschiedliche Kräfte, Hübe und Abmessungen. Wichtig ist die sach- und funktionsgerechte Auswahl des richtigen Typs sowie der richtige Einbau und die Pflege der Gasdruckfedern. Der Anwender muss wissen, dass unterschiedliche Anfangsfülldrucke auch unterschiedliche Anfangskräfte erzeugen. Die Kolbengröße und das Gasvolumen der Steinel-Gasdruckfedern ergeben einen Kraftanstiegsfaktor zwischen Anfangs- und Endkraft von zirka 1,6. Die Kraftsteigerung zum Hub ist durch die optimale Auslegung der Steinel-Gasdruckfeder eine annähernd lineare Kennlinie. Der Anwender kann durch Variierung des Fülldruckes seine benötigte Anfangs- und Endkraft bestimmen.

Die Gasdruckfeder wird in der Regel mit Stickstoff befüllt und einsatzbereit geliefert. Die angegebenen Druck- und Kraftwerte beziehen sich dabei auf eine Raumtemperatur von 20 °C.

Bei den hier dargestellten Gasdruckfedern arbeiten die Gasdichtungen auf der Kolbenstangenoberfläche, welche, wie oben schon beschrieben, feinstbearbeitet ist. Deshalb sollte der Umgang mit ihnen besondere Sorgfalt erfahren. Es müssen Kratzer oder Riefenbildung vermieden werden.

Die Hubreserve sollte bei 10% des Gesamthubes liegen

Was den Arbeitshub angeht, so bezieht sich die Auswahl immer auf den nutzbaren Hub. Der Hersteller empfiehlt, für den Dauereinsatz eine Hubreserve von mindestens 10% des Gesamthubes vorzusehen.

Gasdruckfedern können einzeln oder auch in Gruppen beziehungsweise im Verbund geplant und eingebaut werden (Bild 4). Der Fachmann spricht dann von einem Verbundsystem. Als Teil eines Verbundes hat jede angeschlossene Gasdruckfeder eine identische Kraft. Die Steuereinheit mit Manometer zeigt den Systemdruck an und erlaubt eine entsprechende Justierung des Gesamtsystems. Benötigte Kraftänderungen oder auch kleinere Druckverluste können korrigiert werden, indem Stickstoff nachgefüllt oder abgelassen wird, ohne dass die Maschine gestoppt oder das Werkzeug geöffnet werden muss.

Zusätzlich kann ein Druckschalter an der Steuereinheit angebracht werden, mit dem ein Alarm oder der sofortige Stopp der Maschine ausgelöst wird, sollte der Systemdruck unter das festgelegte Niveau fallen. Für die beschriebenen Möglichkeiten stehen die geeigneten Kontrollarmaturen zur Verfügung.

Für die Druckprüfung der Gasdruckfedern hat Steinel ein Kraftmessgerät im Sortiment. Dieses besteht aus einem Gestell mit Hydraulikpumpe und verschiedenen Adaptern. Damit können alle Gasdruckfedern bis zu einem Durchmesser von 95 mm und einer Anfangskraft bis 6300 daN geprüft werden. Mit drei verschiedenen Kraftmessdosen werden drei unterschiedliche Messbereiche abgedeckt.

Bei Verwendung, Einsatz und Inbetriebnahme von Gasdruckfedern ist es empfehlenswert, die Hilfe des Herstellers in Anspruch zu nehmen, um später ein optimales, funktionssicheres Ergebnis zu erhalten.MM

Weitere Informationen: Steinel Normalien AG, Villingen-Schwenningen, Uwe Strohm, Tel. (0 77 20) 69 28-72, u.strohm@steinel-normalien.de

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