Newsletter / TS Raport 
Zamów

S jak Sprężyna - Sprężyny gazowe 

12 października 2016

Dzisiejszy odcinek naszej serii o znanych i nieznanych elementach znormalizowanych stoi pod znakiem litery S. Ale nie będziemy mówili o sprężynach zwojowych, talerzowych czy elastomerowych. Powiemy słów kilka o ich „kuzynie” czyli sprężynach gazowych.

Sprężyny gazowe wykorzystywane są do pomocy przy unoszeniu, opuszczaniu, przytrzymywaniu, czy pozycjonowaniu elementów konstrukcyjnych. Ich najbardziej popularnym zastosowaniem są pokrywy bagażnika oraz maski silnika w samochodach. Poza przemysłem motoryzacyjnym ze sprężyn gazowych korzysta się tam, gdzie potrzebna jest siła do podnoszenia i zamykania różnego rodzaju klap, pokryw, włazów i drzwi. Wśród wielu aplikacji można wymienić m.in. konstrukcję mebli, przyczep, jachtów, ciągników czy nawet samolotów.

Budowę form wtryskowych, tłoczników czy wykrojników trudno wyobrazić sobie bez użycia sprężyn. O ile w formach wtryskowych królują sprężyny zwojowe, to tłoczniki i wykrojniki chętniej korzystają ze sprężyn gazowych.

Sprężyna gazowa to zamknięty zbiornik wypełniony gazem (azotem) z wsuwającym się nurnikiem. Koncepcję takiego rozwiązania opatentowano w 1875 roku w USA. Jednak poziom technologii, materiałów i uszczelnień nie pozwalał wtedy na seryjną produkcję. Ich rozwój spowodował, że prawie sto lat później pierwsze sprężyny gazowe ujrzały światło dzienne.

Zalety sprężyn gazowych

1. Siła sprężyny gazowej może być regulowana poprzez wzrost lub redukcję ciśnienia azotu, którym jest ona napełniona.

2. Sprężyny mogą pracować układzie połączonym.

3. Duża siła przenoszona przy stosunkowo małych wymiarach (oszczędność miejsca w narzędziu w stosunku do rozwiązania konstrukcyjnego z zastosowaniem sprężyn mechanicznych).

4. Możliwość realizacji znacznie większego skoku roboczego narzędzia.

5. Równomierny (niemalże o płaskim przebiegu) wykres siły w zależności od czasu pracy sprężyny.

6. Brak konieczności stosowania naprężenia wstępnego co jest nieodzowne przy sprężynach mechanicznych.

7. Znacznie większa żywotność liczona w milionach cykli roboczych.

8. Sprężyny gazowe nie ulegają procesowi osadzania i zmęczenia materiałowego (stopniowe zmniejszanie długości sprężyny).

Sprężyny gazowe STRACK - solidne, długowieczne, niezawodne 

Sprężyny gazowe są projektowane i produkowane w oparciu o wieloletnie doświadczenie i rozwój. Ponieważ sprężyny gazowe są wypełnione gazem pod wysokim ciśnieniem kluczową kwestią jest sprawa bezpieczeństwa ich użytkowania. Stosowany w nich gaz to azot. Jego ciśnienie dochodzi do 150 barów. Chociaż gaz jest niepalny i obojętny, to jednak ciśnienie może wyrządzić krzywdę. Dlatego sprężyny gazowe STRACK mają po kilka systemów zabezpieczeń.

Rodzaje sprężyn gazowych

Systemy zabezpieczeń używane w sprężynach gazowych

Każda sprężyna ma laserowo grawerowaną informację o występujących w niej systemach bezpieczeństwa. Także materiały użyte do konstrukcji są najwyższej jakości i spełniają wszystkie normy bezpieczeństwa. Większość sprężyn STRACK ma konstrukcję jednoczęściową, co zmniejsza ryzyko wystąpienia pęknięć w wyniku zmęczenia materiału. Zapobiega to także powstawaniu wycieków i nieszczelności.

Wszystkie sprężyny gazowe STRACK dostarczane są z certyfikatem jakości.

Budowa sprężyny gazowej

  1. Korpus – wykonany jako jednoczęściowy (do skoku 160mm). Sprężyny o skoku większym od 160mm mają konstrukcję rurową z przyspawaną pokrywą. STRACK stosuje dodatkowo połączenie gwintowane jako zabezpieczenie przed wystąpieniem zmęczenia w spawie.
  2. Tłok z tłoczyskiem – wykonany ze specjalnej stali odpornej na zmęczenie, co zapewnia długi czas pracy. Powierzchnie cierne są poddane polerowaniu. Twardość >64 HRC, Ra<0.05 μm.
  3. Tuleja zamykająca – w tulei zainstalowany jest pierścień zgarniający, który zapobiega dostawaniu się brudu do wnętrza sprężyny. W budowie sprężyn gazowych unika się kontaktu metal-metal. Szczelność zapewniają specjalne uszczelki.

Identyfikacja

Sprężyny gazowe są łatwo identyfi kowalne. Każda z nich posiada laserowo wygrawerowane podstawowe informacje zgodnie z normą 97/23/EC:

  • Numer seryjny i rok produkcji
  • Nazwa producenta
  • Numer artykułu
  • Maksymalne ciśnienie doładowania
  • Obowiązująca norma (jeżeli dotyczy)
  • Średnie ciśnienie

Analiza wytrzymałościowa

Sprężyny oferowane przez STRACK posiadają gwarantowane parametry techniczne wyznaczone w analizach wytrzymałościowych zgodnie z normą UNE-EN 13445. 

Maksymalny czas pracy sprężyn – 10 lat

Gwarantowana liczba cykli – dla sprężyn o średnicach do 95 mm i skoku do 120 mm jest to 5 mln cykli.
Większe sprężyny ponad 125 mm średnicy mają 3,4mln cykli gwarancji.

Wszystkie pozostałe elementy sprężyn są dobrane tak, aby zagwarantować minimalną liczbę 3,4mln cykli.

 

Skok roboczy

Sprężyny gazowe STRACK pozwalają na wykorzystanie pełnego zakresu skoku (S) dzięki mechanicznemu ograniczeniu – zderzak.

Tak więc sprężyna może pracować na pełnym skoku dzięki temu, że zaprojektowana jest z rezerwą. Jednak zaleca się, aby przy projektowaniu ograniczyć skok do 90% wartości

maksymalnej. Wydłuży to czas użytkowania i zapewni optymalny poziom bezpieczeństwa.

 

Temperatura pracy

Maksymalna temperatura pracy wynosi 80°C. Wyższe temperatury mogą spowodować uszkodzenie elementów uszczelniających, a zatem wpływają niekorzystnie na czas pracy sprężyny. Istnieje możliwość wykonania sprężyn ze specjalnymi uszczelnieniami przeznaczonymi do pracy w wyższych temperaturach.

 

Maksymalna szybkość pracy

Podczas projektowania narzędzia z użyciem sprężyn gazowych trzeba wziąć pod uwagę także taki parametr. Jest ona inna dla różnych modeli sprężyn. Szybkość pracy to liczba skoków w jednostce czasu.

 

Maksymalna prędkość robocza

Jest to parametr defi niowany jako maksymalna prędkość liniowa tłoczyska. Nie możemy przekraczać tej wartości, gdyż wpływa to niekorzystnie na uszczelnienia i może
spowodować nadmierny wzrost ciśnienia wewnątrz sprężyny.

 

Ciśnienie ładowania

W celu zapewnienia maksymalnej szczelności należy przestrzegać podanych minimalnych i maksymalnych ciśnień ładowania sprężyn. Jak już wspomniano, ciśnienie można modyfi kować wpływając w ten sposób na siłę sprężyny.

Na zakończenie słów kilka o zastosowaniu sprężyn gazowych. Z uwagi na swoje zalety znalazły trwałe miejsce w przemyśle motoryzacyjnym. Nie tylko do podnoszenia klapy bagażnika. Także przy produkcji komponentów do samochodów – np. karoserii. Tłoczniki i wykrojniki coraz częściej opierają się na sprężynach gazowych z uwagi na możliwość ich łączenia i programowania cyklu pracy.

Zainteresowanych zapraszam do lektury katalogów fi rmy STRACK, w których znajdą Państwo te i inne ciekawe informacje na temat sprężyn i nie tylko.

Autor: Mariusz Pucek

Artykuł ukazał się w TS Raport 78/2016

 

Na górę