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Leistungscharakteristiken – individuelle Auslegung von Gasfedern

| Redakteur: Bernhard Richter

Jede Einbausituation erfordert eine individuelle Auslegung und anwendungsgerechte Abstimmung einer Gasdruckfeder.
Jede Einbausituation erfordert eine individuelle Auslegung und anwendungsgerechte Abstimmung einer Gasdruckfeder. (Bild: Suspa)

Gasfedersysteme werden heute so konzipiert, dass sie genau auf die Leistungscharakteristiken abgestimmt werden. Warum eine individuelle Auslegung wichtiger denn je ist ...

Entscheidungskriterien, nach denen Gasfedern für ihren konkreten Einsatz individuell ausgelegt werden, sind etwa Bauraumanforderungen, Dämpfungscharakteristiken, spezifische Kraftunterstützung und Öffnungs- oder Haltebereiche, die eine Gasdruckfeder in einer spezifischen Anwendung erfüllen muss. Charakteristisch für ihre Vielseitigkeit ist die vom Federweg unabhängige, nahezu individuelle Einstellbarkeit der Federkraft, in Verbindung mit vergleichsweise geringen Bauraumanforderungen.

Flache kontra lineare Federkennlinie

Gasfedern zeichnen sich in der Regel durch eine flache Federkennlinie, stark veränderbare Kräfte bei gleichen Abmessungen, bestimmbare Ausschubgeschwindigkeit und Dämpfungseigenschaften aus. Eine klassische Druckfeder verfügt in der Regel dagegen über eine linear steigende Kennlinie. Um eine Federkraft zu erhalten, muss die Druckfeder zunächst zusammengedrückt, also vorgespannt werden.

Da Gasfedern vorgespannte Systeme darstellen, steht die Federkraft F₁ im Vergleich zur klassischen Druckfeder im vollständig ausgeschobenen Zustand zur Verfügung. Ermöglicht wird das aufgrund des mit Stickstoff vorbefüllten Druckrohrs. Im Inneren einer Gasfeder wirkt der Fülldruck auf die beiden Flächen des Kolbens. Nachdem dieser fest mit der Kolbenstange verbunden ist, ist die kolbenstangenseitige Kolbenfläche um den Querschnitt der Kolbenstange vermindert. Dadurch ergibt sich eine Differenzkraft auf den Kolben, die in Ausschubrichtung wirkt. Die Größe der Kraft F ist gleich dem Produkt aus dem Fülldruck p und der Kolbenstangenquerschnittsfläche A. Es gilt folgende Formel:

F = p x A

Gasfedern müssen unterschiedlichste Lasten heben, senken, dämpfen oder neigen. Die mehr als 1500 unterschiedlichen Gasfeder-Varianten der Liftline-Serie können Ausschubkräfte zwischen 50 N und 2500 N abbilden. In modernen Klappenanwendungen kommen sie beispielsweise in Kombination mit Spiralfedern zum Einsatz. Diese Kombinationsfähigkeit eröffnet weitere Individualisierungspotentiale.

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Einsatzbereiche erweitern

Es gibt Anwendungen, in denen die Kolbenstange der Gasfedern nicht, wie üblich, nach unten weisend einzubauen sind, sondern nach oben weisend. Unter dieser Voraussetzung könnte die Kolbenstange dann beim Aus- und Einfahren unzureichend geschmiert werden. Dieses Problem löst z.B. die Space-Mat für solche Gasfedern, die anwendungsbedingt mit Kolbenstange nach oben weisend verbaut werden müssen.

Mit Space-Mat ausgerüstete Gasfedern können mit der Kolbenstange nach oben weisend montiert werden, ohne dabei einen erhöhten Verschleiß der Kolbenstangendichtung zu verursachen. Zusätzlich erhöht sich die Lebensdauer der Gasfeder insbesondere beim Einsatz in technisch anspruchsvoller Umgebung. Während des Aus- und Einfahrens der Feder wird so eine konstante Schmierung der Kolbenstange und der Dichtung gewährleistet.

Um die Marktnachfrage nach stufenlos verstellbaren Applikationen zu bedienen, wurde das in der Gasfeder zusätzlich verbaute hydraulische Ventilsystem Hydroline entwickelt. Es erhöht den Bedienkomfort von Endanwendungen, ermöglicht eine stufenlose Verstellung in einem definierten Hubbereich und stellt damit eine Hydraulikstütze dar.

Diese Grundfunktionen sind z.B. in den blockierbaren Gasdruckfedern der Varilock-Serie vorhanden. Der Nutzer erhält eine Gasfeder, die sich stufenlos arretieren lässt und auch ein System, das viele Sonder- und Zusatzfunktionen enthält wie z.B. das automatische Rückstellsystem Time Reset (TR), die an- und abschaltbare Blockierung (Easy Switch, ES), das automatische Ausfahrsystem (Over Ride, OR), das umfangreiche Bedienmanagementsystem (Comfort Release CH / CL) oder das Anti-Shock-System-Modul (AS).

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Dämpfung und Verzögerung

Küchenschranktüren und -klappen oder Handgepäcksklappen in Flugzeugen stellen kinematische Herausforderungen dar, die Gasfedern mit einer spezialisierten Leistungscharakteristik meistern. In diesem Bereich sind Ästhetik und Anmutung von großer Bedeutung. Sie zeigen sich in der Beschleunigung bzw. Verzögerung während des Öffnungs-, Schließ- oder Neigungsvorgangs und bringen so eine optische, haptische und technische Wertigkeit zum Ausdruck.

Um solche Leistungsprofile zu realisieren, ist eine gestaltbare Federkennlinie erforderlich, die eine adäquate individuelle Dämpfungscharakteristik abbildet und die Verstellgeschwindigkeit über den Hub verändern kann. Mit der Soft-Stop-Technologie wurde dazu einen Standard entwickelt, der die exakte Einschub-, Ausschub- und Endlagendämpfung kontrolliert. Sie beruht auf gestaltbaren Dämpfungskennlinien, die individuelle Anforderungen zu einhundert Prozent erfüllen kann.

Gasdruckfedern sind auf eine Lebensdauer von 50.000 Lastwechseln ausgelegt. In diesem Lebenszyklus unterliegt die Gasfeder einem natürlichen Verschleiß. Infolge des Ein- und Ausschiebens der Kolbenstange tritt, trotz Schmierung, eine gewisse Reibung auf. Die Dichtung stellt dabei ein zentrales Gasfeder-Bauteil dar. Sie sorgt für eine einwandfreie Funktion der Gasfeder und erhält den vorbefüllten Gasdruck im Druckrohr aufrecht. 

Kolbenstangenfertigung zuhause

Ein weitere zentrale Komponente einer Gasdruckfeder: die Kolbenstange. Sie unterliegt in der Anwendung allen auftretenden Umwelteinflüssen. Diese wirken sich auf die Kolbenstangenoberfläche sowie auf die Dichtung aus und beeinflussen damit die Lebensdauer der Gasfeder insgesamt. Aus diesem Grund fertigt Suspa die Kolbenstangen im Haus.

Prozesse der Kolbenstangenherstellung zu kennen und zu kontrollieren, wirkt sich, so der Hersteller, positiv auf die Qualität und die Lebensdauer der Kolbenstange und damit der ganzen Gasdruckfeder aus. Von größter Bedeutung ist dabei auch ein ausdifferenziertes Finishing. Weiterverarbeitungsprozesse wie z.B. Nitrieren – das Aushärten von Stahl – oder das Verchromen machen Kolbenstangen extrem widerstandsfähig und haben eine positive Auswirkung auf Qualität und Lebensdauer.

Beispiele wie diese verdeutlichen den Stellenwert der individuellen Auslegung von Gasfedern. Jede Anwendung sollte spezifisch analysiert werden. Erst dann lässt sich eine profunde Leistungsdiagnostik erstellen, aus der komplementäre Speziallösungen abgeleitet werden können. Diese müssen unterschiedlichsten und hochspezialisierten Anforderungsprofilen entsprechen, welche der fränkische Gasfederspezialist Suspa als Entwicklungs- und Systempartner für technisch komplexe Anwendungen in der Automobilindustrie, Luftfahrt, Möbelindustrie, Weißware, Medizintechnik, Gebrauchsgüterindustrie und dem Maschinenbau erbringt.

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