Gasdruckdämpfer

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 (RWDR)
8) Zylinder
9) Kolben
10) Öffnung (im Kolben (9))
11) Führungsbuchse
12) Ventil
13) Verschluss-Schraube

Eine Gasdruckfeder (auch kurz als Gasfeder bezeichnet) ist eine pneumatische Feder, die unter Hochdruck stehendes Gas zur Bereitstellung der Federkraft nutzt.

Anwendungen

Gasdruckfedern dienen häufig dem Gewichtsausgleich und sind beispielsweise bei Bürostühlen, als Haltevorrichtung von Pkw-Kofferraumdeckeln oder in den Gepäckklappen im Fluggastraum von Flugzeugen vorzufinden. Im Werkzeugbau ersetzen Gasdruckfedern aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte herkömmliche Druckfedern aus Stahl.

Funktionsweise und Bauformen

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 unterschiedlichen Kolbenquerschnittsflächen. Daraus resultiert eine Kraft in Ausschubrichtung. 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. Aufwändigere 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 des Kolbens mitsamt Kolbenstange in den Innenraum verringert sich dort das Volumen um ΔV = V₀ − V₁. Weil kein Gas entweichen kann, bleibt die Stoffmenge des Gases hingegen konstant. Daraus resultiert eine Druckänderung Δp = p₁ − p₀, die für ein ideales Gas 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 den unterschiedlichen Flächen auf beiden Seiten des Kolbens. Der Wirkquerschnitt des Gases auf der Seite der Kolbenstange ist um die Querschnittsfläche A der Kolbenstange reduziert. Daraus resultiert eine Kraft $F = \Delta p \cdot A$.

Vorteile

Vorteile gegenüber Schraubenfedern sind die nahezu vom Federweg unabhängige Kraft, der geringe Platzbedarf und die Möglichkeit, gleich einen Dämpfungsmechanismus in die Feder integrieren zu können.

Hersteller

Weltweiter Marktführer in der Herstellung Gasdruckfedern ist die Firma Stabilus in Koblenz. Weitere bedeutende deutsche Hersteller sind Suspa aus Altdorf bei Nürnberg, sowie die Bansbach easylift GmbH in Lorch. Spezielle Gasdruckfedern für den Werkzeugbau stellt die Fibro GmbH aus Haßmersheim her.