Industriella gaskompressionsfjädrar – Design, fördelar och användningsområden

Gaskompressionsfjädrar stöder rörliga delar eller kompenserar vikten. De används till exempel för dörrar, luckor eller svängarmar. Särskilt inom maskinteknik och anläggningsteknik kan det av säkerhetsskäl vara användbart att förse vissa komponenter och maskiner med luckor. Gasfjädrar stöder öppning och stängning av dessa, särskilt på tunga luckor och dörrar. Den här bloggartikeln förklarar hur de fungerar, vilka varianter som finns och var de annars kan användas.

Gaskompressionsfjädrar och gasdragfjädrar

Termen gasfjäder, eller industriell gasfjäder, används som en generisk term för gasspänningsfjädrar och gaskompressionsfjädrar. Gaskompressionsfjädrar består av en cylinder, en kolv och en kolvstång. Kolven som är ansluten till kolvstången är rörlig. Cylindern bildar ramen på gaskompressionsfjädern. Beroende på typ kan det finnas olika adaptrar för anslutning till andra komponenter, t.ex. gängade stift, vinkelfogar eller gaffelben. Gastrycket är förinställt med en ventil.

Generiska gaskompressionsfjädrar lagrar den energi som tillförs dem när kolvstången trycks in genom att komprimera gasen i cylindern, t.ex. kvävgas. Gasen som komprimeras av volymförändringen syftar till att återfå sin ursprungliga volym och genererar därmed en returkraft som trycker tillbaka kolven och därmed kolvstången. När gaskompressionsfjädrarna vilar är kolven med kolvstången helt utdragen.

Gaskompressionsdämpare är en speciell typ av gaskompressionsfjäder. Förutom att stödja rörelse installeras en dämpningsfunktion med hjälp av en mottrycksöppning, det vill säga de reglerar stängningsrörelsens hastighet genom intern tryckkompensation, vilket samtidigt dämpar stötar. Beroende på konstruktionen kan olja också användas för att reglera push-in-hastigheten. Den icke-kompressibla oljan leds genom mottrycksöppningen, vilket begränsar oljans flödeshastighet mellan kamrarna separerade av kolven. I kombination med ytterligare en gasfylld kammare kan en dämpningseffekt och en begränsad rörelsehastighet hos kolven i cylindern åstadkommas.

• Vänster gaskompressionsfjäder (1) = kan endast monteras upp till en maximal lutning på 60°
• Höger gaskompressionsfjäder (2) = valfri monteringsriktning
• 1 = Monteringsdel
• 2 = Cylinderhus
• 3 = Kolv
• 4 = Kolvstång
• 5 = Baktrycksöppning
• 6 = Tätning
• 7 = Stavstyrning
• 8 = Olja
• 9 = Fri kolv
• 10 = Gasfyllning (kompression)
• A = Kammare A
• B = Kammare B
• C = Kammare C

Gasspänningsfjädrar är konstruerade på samma sätt som gaskompressionsfjädrar. I dessa fall är dock kolvstången i cylinderns inre, initialt i ett oladdat läge. När kolvstången placeras under dragbelastning och kolven dras utåt komprimeras gasen, t.ex. kväve, i kamrarna (A och B). Den komprimerade gasen försöker återfå sin ursprungliga volym och trycker tillbaka kolven till sitt ursprungliga läge.

• 1 = Monteringsdel
• 2 = Cylinderhus
• 3 = Tätning
• 4 = Kolv
• 5 = Baktrycksöppning
• 6 = Ventilationshål
• 7 = Stavstyrning
• A = Kammare A (gas fylld)
• B = Kammare B (gas fylld)

Utformning av gaskompressionsfjädrar

Viktiga parametrar för beräkning av gaskompressionsfjädrar är deras monteringspunkter. De påverkar funktionen direkt. Gaskompressionsfjädrar uppfyller endast sitt syfte när de placeras och dimensioneras korrekt. Den stängda luckan fungerar som utgångspunkt för beräkningen.

För luckor kan till exempel den nödvändiga utplaceringskraften för gaskompressionsfjädern beräknas enligt följande:

• W = Vikt på dörrar m.m. i kg
• A = Horisontellt avstånd mellan gångjärnet och tyngdpunkten (den punkt där hela luckvikten kommer att bära)
• B = Vertikalt avstånd mellan gångjärnet och gaskompressionsfjäderns monteringspunkt
• n = Antal gaskompressionsfjädrar som ska användas
• F = Nödvändig utskjutningskraft (vid maxlängd)
• 1 = Dörr
• 2= Axellinje

Fördelar med gaskompressionsfjädrar

Gaskompressionsfjädrar har flera fördelar jämfört med konventionella kompressionsfjädrar:

• Exakt rörelsekontroll: Exakt rörelsekontroll är möjlig tack vare justerbar dämpning. Det finns inga plötsliga stopp eller oönskade vibrationer. Kraften kan också justeras exakt.
• Hållbarhet och tillförlitlighet: Gaskompressionsfjädrar är helt förseglade, vilket är anledningen till att de är mindre mottagliga för slitage och yttre påverkan.
• Enkel installation och underhåll: Gasfjädrarna har lågt underhåll eftersom de inte kräver ytterligare smörjning
• Hög och nästan konstant kraft: Trots det ganska kompakta höljet kan gaskompressionsfjädrar generera betydande krafter som förblir nästan konstanta under hela slaget. Gaskompressionsfjädrar med dämpning har en vikt kraftkurva i området där dämpningseffekten initieras.

Olika varianter av gaskompressionsfjädrar

Det finns olika typer av gaskompressionsfjädrar för en rad olika tillämpningar:

• Låsande gaskompressionsfjädrar: Låsgaskompressionsfjädrar kan låsas i olika lägen.
• Gaskompressionsfjädrar med kulhuvud: Gaskompressionsfjädrar med kulhuvud har ett kulhuvud i änden av kolvstången. Detta gör att gaskompressionsfjädern kan integreras på ett flexibelt och rörligt sätt.
• Gaskompressionsfjädrar för lock: Gaskompressionsfjädrar för lock underlättar öppnande, hållande och stängning av lock på ett kontrollerat sätt.
• Gaskompressionsfjädrar med flytande kolv: Gaskompressionsfjädrar med flytande kolv har en speciell konstruktion med två cylindrar. Den flytande kolven separerar gas och olja från varandra.
• Progressiva och degressiva gaskompressionsfjädrar: På grund av deras icke-linjära utplaceringskraft används progressiva eller degressiva gaskompressionsfjädrar på mycket tunga dörrar eller luckor. Beroende på designen ger de större stöd i början av slaget eller slutet av slaget.

Gaskompressionsfjädrar från MISUMI

MISUMI erbjuder en mängd olika industriella gasfjädrar. Detta inkluderar kompakta gaskompressionsfjädrar för utrymmesbesparande tillämpningar, gaskompressionsfjädrar som möjliggör hög initial belastning och ett brett utbud av slaglängder.

Följande tabell ger en översikt över tillgängliga gasfjädrar och deras möjliga tillämpningar:

MISUMI förser även gasfjädrar med integrerade säkerhetsanordningar:

• OSAS: aktivt skydd mot överslag
• USAS: aktivt skydd vid okontrollerad returtakt
• OPAS: aktiv säkerhetsanordning för övertryck

OSAS säkerställer att den interna kvävgasen släpps ut under en överfart och förhindrar därmed att gasfjädern deformeras. USAS förhindrar att gasfjäderns inre komponenter går sönder och att kolvstången skjuts utåt när kolvstångens rörelse blir okontrollerbar. OPAS är ett aktivt skydd mot överbelastning genom övertryck. Om maskinolja eller annat ämne tränger in i gasfjädern och orsakar en onormal tryckökning släpper OPAS ut den interna kvävgasen och förhindrar därmed deformation och/eller fel på gasfjädern.

Användning av gaskompressionsfjädrar

Förutom många andra tillämpningar kan gasfjädrar också användas för säkerhetsanordningar. I en nödsituation kan de till exempel användas för att öppna nödutgångsdörrar eller nödluckor snabbt och på ett kontrollerat sätt. Gaskompressionsfjädrar kan hjälpa till vid positionering och fastsättning av arbetsstycken under montering eller med testanordningar.

Gaskompressionsfjädrar kan också installeras direkt i ett kompositsystem, till exempel med en tryckregleringsdisplay. Detta möjliggör exakt kontroll av fjäderkraften och ökar säkerheten. MISUMI erbjuder alla komponenter som krävs för detta ändamål.

Följande sekvens rekommenderas vid val av de enskilda komponenterna:

• Först väljs lämplig gaskompressionsfjäder.
• Lämplig koppling (eller adapter) väljs beroende på hur många anslutningar som ska anslutas till gaskompressionsfjädern.
• Nästa steg är att välja tygslangar.
• Slutligen väljs tryckregleringsenheten eller övervakningsenheten. Dessa finns med upp till 16 anslutningar.

Ett sådant kompositsystem kan konstrueras enligt följande, till exempel:

• 1 = Gaskompressionsfjäder
• 2 till 4 = Adapter
• 5 = Slang av tyg
• 6 = Klämma för anslutning
• 7 = Tryckregulator

Installations- och säkerhetsinstruktioner

Industriella gaskompressions- och gasspänningsfjädrar är endast godkända för industriell användning och är inte godkända för installation i motorfordon. Felaktig installation, användning i fuktiga miljöer eller utomhus, och modifiering av gastrycket eller cylindern kan leda till felfunktion och allvarliga olyckor, inklusive explosioner. Gaskompressionsfjädrar levereras med ett förinställt tryck och är avsedda att användas med detta förinställda tryck. Detta tryck får inte ändras. Defekta gaskompressionsfjädrar måste bytas ut omedelbart. Använd skyddsglasögon när du tar bort och byter ut enheten. Kompressionsfjädern ska tryckas ned före kassering. Av säkerhetsskäl ska den komprimerade gasen först släppas ut från fjädern.

Gasfjädrar innehåller högtrycksgas. Det är därför särskilt viktigt att följa vissa regler när du använder och installerar dem. De får därför aldrig modifieras, värmas upp i någon form (t.ex. genom svetsning, smältning) eller demonteras. Omgivningstemperaturen är också en avgörande faktor för säker användning. Gasfjädrar som värms upp till 80 °C kan explodera eller de internt installerade tätningarna kan skadas, vilket leder till gasläckage och funktionsförlust. Ett konvektionsavstånd på cirka 2 mm rekommenderas på varje sida av fjädern för att avleda värme. Undvik kontakt med monteringshålen.

Frekventa fel som kan leda till skador eller gasläckage:

• En sned belastning eller en tvärgående belastning utövas.
• Gasfjädern är inte fäst med bultar.
• Trycket på kolvstången utövas inte över hela ytan.
• Kolvstångens kontaktyta är deformerad.
• En stor mängd smörjmedel (särskilt klorbaserade smörjmedel) applicerades.
• Gasfjädern kom i kontakt med fukt, ånga eller kemikalier.
• Gasen fylldes på eller trycket justerades.
• Cylindern är avstängd.
• Gasfjädern används eller förvaras utomhus eller på en fuktig plats.