Gasdruckfeder

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Eine Gasdruckfeder (auch kurz als Gasfeder bezeichnet) ist eine pneumatische Feder, die unter Hochdruck stehendes Gas zur Bereitstellung der Federkraft nutzt. Vorteile gegenüber Schraubenfedern sind die vom Federweg nahezu unabhängige Kraft, der geringe Platzbedarf und die Möglichkeit, gleich einen Dämpfungsmechanismus in die Feder integrieren zu können.

3D-Darstellung einer Gasdruckfeder im Schnitt:
1) Kolbenstange
2) Kopfstück
3) Kolbenstangen-Abstreifer
4) Führungsbuchse
5) Stützring (zur Vermeidung von Spaltextrusion für den O-Ring (6))
6) O-Ring (Dichtung)
7) Kolbenstangendichtung Wellendichtring (RWDR)
8) Zylinder
9) Kolben
10) Öffnung (im Kolben (9))
11) Führungsbuchse
12) Ventil
13) Verschluss-Schraube

Anwendungen[Bearbeiten]

Gasdruckfedern dienen häufig dem Gewichtsausgleich und sind beispielsweise bei Bürostühlen, als unterstützende Öffnungs- und Haltevorrichtung von Klappen in Fahrzeugen (Kofferraumklappe, Motorhaube) oder in den Gepäckklappen im Fluggastraum von Flugzeugen vorzufinden. Im Werkzeugbau ersetzen Gasdruckfedern aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte herkömmliche Druckfedern aus Stahl.

Funktionsweise und Bauformen[Bearbeiten]

Die Gasdruckfeder ist ein hydropneumatisches Verstellelement und besteht aus Druckrohr, Kolbenstange mit Kolben sowie geeigneten Anschlüssen. Sie ist mit einem komprimierten Gas gefüllt, dessen Menge den voreingestellten Innendruck bestimmt. Der Druck wirkt auf die Querschnittsfläche der Kolbenstange. Daraus resultiert eine Kraft in Ausschubrichtung. Der Kolben mit seiner Überströmöffnung dient nur zur Dämpfung und Führung. Diese Ausschubkraft kann innerhalb physikalischer Grenzen durch die geeignete Wahl des Fülldruckes exakt festgelegt werden.

Gasdruckfedern bestehen immer aus einem Zylinder und einem darin frei beweglichen Kolben. Je nach Anwendungsfall sind beide Seiten des Kolbens oder nur eine mit Gas befüllt. Aufwendigere Konstruktionen können noch einen Trennkolben besitzen, der zwei mit Gas und Öl gefüllte Bereiche trennt.

Bei der einfachsten und am häufigsten eingesetzten Bauform ist der gesamte Innenraum mit Gas – meist Stickstoff – gefüllt. Der Kolben besitzt eine kleine Öffnung, durch die das Gas durchströmen kann und deren Querschnitt das Maß der Dämpfung bestimmt. Das Bauteil enthält ferner eine kleine Menge an Öl, das der Dämpfung und Schmierung dient. Die Dichtung gegen Gasverlust befindet sich an der Führung der Kolbenstange.

Durch das Eindringen der Kolbenstange in den Innenraum verringert sich dort das Volumen um \Delta V = V_0 - V_1. Der Kolben leistet (wegen der Überströmöffnung 10) keinen Beitrag zur Volumenänderung. Weil kein Gas entweichen kann, bleibt die Stoffmenge des Gases hingegen konstant. Daraus resultiert eine Druckänderung \Delta p = p_1 - p_0, die für ein ideales Gas für isothermes Verhalten durch p_0 \cdot V_0 = p_1 \cdot V_1 gegeben ist. Damit resultiert für die Druckänderung im Innenraum:

\Delta p = p_0 \cdot \frac{\Delta V}{V_0 - \Delta V}.

Die Rückstellkraft ergibt sich aus dem Gasdruck und der Querschnittsfläche A der Kolbenstange. Daraus resultiert eine anfängliche Rückstellkraft F_0 =  p_0 \cdot A.