Viel Druck auf wenig Platz
Stickstoffsysteme lösen Platz- und Kraftprobleme im Werkzeugbau
Wo Bleche in kontinuierlicher Fertigung gestanzt, gelocht, gebogen oder geschnitten werden, kann das Auge nicht mehr folgen: Werkzeuge bewegen sich mit bis zu 1.200 Hüben pro Minute und mehr. Unter dieser Beanspruchung auf engstem Raum punkten Stickstoffsysteme: Kompakt, mit definierbaren Kraftkurven und langen Standzeiten sind sie die wirtschaftliche Alternative zu mechanischen Federelementen.
Dünnes Material und schmale Streifen erfordern beim Stanzen, Lochen, Schneiden oder Umformen entsprechend dimensionierte Werkzeuge. Bei Federelementen zählt dann jeder Millimeter. Außerdem erfordert die gleichbleibende Fertigungsqualität dauerhaft gleichbleibende Niederhaltekräfte. Gasdruckfedern erfüllen diese Anforderungen. Statt Metall oder Kunststoff liefert hier komprimierter Stickstoff die benötigte Kraft. Sie brauchen bei gleicher Hubhöhe weniger Einbauraum als mechanische Federelemente und liefern konstante Kraftverläufe. Für die lange Lebensdauer der Federn sorgen innovative Dichtungswerkstoffe, eine Lebensdauerschmierung und ein zweipunktgelagerter Kolben. So sind mehrere Millionen Hübe möglich.
Je nach Anwendung werden die mit Stickstoff gefüllten Gasdruckfedern einzeln, per Schlauch oder per Platte gekoppeltes Verbundsystem oder als Tankplatte eingesetzt. Für die meisten Einbausituationen und Anwendungen liefert STEINEL die Federn ab Lager. Wo andere Spezifikationen gefragt sind, fertigt sie der Normalien-Spezialist an seinem Standort Schwenningen selbst.
Autarke Gasdruckfedern haben den steilsten Kraftanstieg. Bei einem Mindestfülldruck von 50 Bar und einer Anfangskraft von 100 bis 10.000 daN werden sie nicht vorgespannt. Die Gehäusedurchmesser reichen von 19 bis 120 mm, die Hublängen von 5 bis 210 mm.
Bei stangengedichteten Federn – hier sitzt die Dichtung am inneren Gehäuse – federt ein zweiter Druckraum den Rückweg. Sie sind ideal für höhere Geschwindigkeiten und Hublängen. Kolbengedichtete sind bauartbedingt unempfindlicher gegen Schmutz von außen. Schulungen zur Auswahl und zum Umgang mit Stickstoffsystemen bietet STEINEL ebenso an, wie Inbetriebnahmen und Unterweisungen beim Kunden.
Mehrere Gasdruckfedern lassen sich durch Leitungen zu so genannten Schlauchverbundsystemen kombinieren. Eine Kontrollarmatur informiert über den Systemdruck. Ihr Vorteil: Das im Vergleich zu Einzelfedern leicht höhere Stickstoffvolumen resultiert in einem flacheren Druckanstieg. Das stets ausgeglichene Kräfteverhältnis im Verbundsystem vermeidet einseitige Belastungen und Seitenkräfte im Werkzeug. Dies führt zu längeren Standzeiten und mehr Prozesssicherheit. Außerdem kann der Systemdruck während der Fertigung angepasst werden. Wo der Kraftanstieg weiter reduziert werden muss, lässt sich ein externer Stickstofftank anschließen. An die Kotrollarmatur kann zusätzlich ein Druckwächter montiert werden, der bei abweichendem Mindest- oder Maximaldruck ein vordefiniertes Signal an die Anlage gibt.
Für besonders komplexe Aufgaben fertigt STEINEL kundenspezifisch Tankplatten mit Volumenbohrungen als integrierte Stickstoffspeicher, platzsparenden Tankplattenzylindern und Kontrollarmaturen. Diese Tankplatten erlauben einen Fülldruck von bis zu 150 bar bei einem bis zu 40 Prozent geringeren Druckanstieg als bei autarken Gasdruckfedern. Möglich machen dies auf maximale Gasmenge ausgelegte Volumenbohrungen. Diese Werte sorgen für einen elastischen und werkzeugschonenden Fertigungsprozess sowie für geringere Betriebstemperaturen gegenüber andern Stickstoffsystemen. Das Ergebnis sind extrem lange Standzeiten von mehreren Millionen Hüben. Weil sie nur wenige Dichtstellen besitzen, lassen sich Tankplatten einfach und schnell warten und montieren. Das minimiert Wartungs- und Ausfallzeiten. Schnellläufer-Tankplatten erzeugen mit einer hohen Packungsdichte maximale Kräfte auf minimalem Raum. Sie spielen Ihre Stärken überall dort aus, wo in großen Serien anspruchsvolle Materialien zu hochpräzisen Stanzteilen verarbeitet werden. In der Warmumformung sorgen STEINEL-Tankplatten für den Höhenausgleich mehrerer in der Anlage betriebener Werkzeuge.
Gasdruckfedern sind im Vergleich zu anderen technischen Federn vielteilig. Außerdem wirken hohe Drücke und Temperaturen auf Stickstoff, Bauteile und Dichtungen. Entsprechend viel Augenmerk legen die Entwickler auf Sicherheitsaspekte. Die Gehäuse werden mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) entwickelt, um den Einfluss von Wärme und Kräften exakt zu berechnen. Ab einem Stickstoffvolumen von einem Liter folgt die Konstruktion der Druckgeräterichtlinie (PED).
Alle STEINEL-Gasdruckfedern sind außerdem ab einem Gehäusedurchmesser von 32 Millimetern mit einer Berstsicherung lieferbar. Berstscheibe und -schraube im Boden der Gasdruckfeder sorgen dafür, dass das Gas bei einem außergewöhnlichen Druckanstieg entweichen kann. Schäden an Stickstoffsystem und Werkzeug werden so verhindert. Vorhandene Geräte lassen sich durch den Austausch des Bodens mit diesem Berstschutz nachrüsten. Die STEINEL-Kontrollarmaturen sind serienmäßig gegen Bersten geschützt.
Fazit: Gasdruckfedern lassen mechanische Federn hinter sich, wenn es um hohe Geschwindigkeit, starke Belastung und geringe Einbauhöhe geht. Je nach Anwendung und gewünschter Kraftkurve lassen sie sich in Stanz-, Biege- und Umformwerkzeugen zu Systemen zusammenschalten. Kundenspezifische Plattenverbundsysteme und Tankplatten optimieren Raumausnutzung und Druckverhalten für spezifische Einbausituationen. Ausgereifte Sicherheitsmerkmale und Reparatursätze für den Dichtungstausch sorgen für eine unterbrechungsarme Fertigung.