Co to jest sprężyna gazowa?

Urządzenie wykorzystujące siłę sprężonego gazu, czyli popularna sprężyna gazowa, to bezobsługowy sprzęt o wielu zastosowaniach, przystosowany do działania w szerokim zakresie temperatur powietrza, wykorzystywany w wielu dziedzinach przemysłu, zwłaszcza w motoryzacji i branży meblarskiej. Współcześnie z tego typu urządzeniami najczęściej spotykamy się w samochodach – służą do obsługi klap bagażników oraz w biurach i domach – umożliwiają m.in. płynną regulację wysokości siedziska w fotelach obrotowych.

W celu udzielenia możliwe precyzyjnej odpowiedzi na pytanie, co to jest sprężyna gazowa, warto zapoznać się z budową najprostszego modelu tego typu urządzenia. Podstawowy schemat sprężyny zakłada obecność cylindra będącego rodzajem szczelnej rury ciśnieniowej oraz poruszającego się w jej wnętrzu tłoczyska zakończonego tłokiem. We wnętrzu cylindra znajduje się gaz naturalny – azot. We współczesnych sprężynach wykorzystywany jest również olej, który uszczelnia i jednocześnie ogranicza tarcie podczas ruchu tłoka. Gdy tłoczysko wsuwa się do cylindra, dochodzi do sprężenia gazu i jego ciśnienie rośnie. Siła, z jaką działają sprężyny gazowe, jest równa różnicy ciśnień pomiędzy ciśnieniem wewnętrznym gazu a ciśnieniem zewnętrznym, które działa na powierzchnię przekroju tłoczyska i może być obliczona przy pomocy specjalnego wzoru – siła sprężyny jest równa ilorazowi różnicy ciśnień i powierzchni przekroju tłoczyska.

Dla lepszego zobrazowania tego, jak działa sprężyna gazowa, warto przywołać przykład siłowników gazowych wykorzystywanych do unoszenia klap bagażników samochodowych. Po otwarciu bagażnika ściśnięte tłoczysko w sposób płynny wysuwa się z cylindra. Dochodzi do wyrównywania ciśnienia w cylindrze – ściśnięty gaz wypycha tłok i przytwierdzone do niego tłoczysko, tym samym wypychając ciężką klapę przytwierdzoną do jego końca. Oczywiście sprężyny gazowe (zwykle w bagażnikach samochodowych dla lepszego rozłożenia sił stosuje się dwie sprężyny) muszą dysponować łączną siłą, która pozwoli unieść klapę o określonej masie. Jeśli ich łączna siła będzie niewystarczająca, nie zadziałają lub uniosą klapę na mniejszą, niewystarczającą wysokość.

Do obliczenia wymaganej siły sprężyn gazowych wykorzystuje się specjalny wzór. Potrzebne są takie dane jak ciężar klapy w kilogramach (W), środek ciężkości klapy (L) – odległość od osi zawiasów klapy do jej środka, odległość pomiędzy punktem mocowania sprężyny do klapy a osią obrotu klapy (E) oraz liczba używanych sprężyn (n). Na podstawie tych danych obliczamy wymaganą siłę F1. Wzór wygląda następująco: F1= ((W*L*9,81)/(E*n))*1,2.

Zastosowanie sprężyn gazowych

Współcześnie najbardziej rozpowszechnionym rodzajem siłowników gazowych są działające w szerokim zakresie temperatur powietrza, pchające sprężyny gazowe do samochodów. Zwykle wykorzystuje się je do obsługi klap bagażników i masek samochodowych, ale spotkać możemy je również w wielu kategoriach ciężarowych pojazdów i maszyn specjalistycznych, zwłaszcza budowlanych i rolniczych. W tym przypadku sprężyny gazowe używane są głównie do obsługi okien kabinowych, włazów dachowych, drzwi oraz wszelkiego rodzaju włazów technicznych – stosuje się je m.in. w autobusach, autokarach, przyczepach kempingowych i kamperach do otwierania bagażników, różnego rodzaju klap i włazów. Sprężyny gazowe FA Krosno, o długim skoku i dużej silne (N) działania, z powodzeniem mogą być stosowane również w specjalistycznych przyczepach przeznaczonych do przewozu zwierząt – do obsługi ciężkich ramp o funkcji drzwi.

Poza motoryzacją sprężyny gazowe coraz chętniej i częściej stosowane są również w szeroko pojętej branży meblarskiej. Urządzenia tego typu wykorzystywane są m.in. przy konstruowaniu foteli obrotowych z funkcją płynnej regulacji wysokości siedziska, mebli kuchennych przeznaczonych do montażu ściennego, barków w meblach salonowych czy łóżek sypialnianych z pojemnikiem na pościel. Siłowniki gazowe do łóżek szpitalnych, rehabilitacyjnych i sypialnianych zapewniają możliwość łatwego uniesienia stelaża wraz z materacem. Sprężyna gazowa w łóżku podwójnym lub pojedynczym zapewnia wygodny dostęp do pojemnika na pościel – nie trzeba go wysuwać, tym samym łóżko można dosunąć do ściany. W przypadku łóżek szpitalnych i rehabilitacyjnych siłowniki dają możliwość płynnej zmiany wysokości stelaża na całej jego długości lub części – w przypadku stelaży wieloczłonowych.

O ile sprężyna gazowa pokrywy bagażnika samochodowego wydaje się rozwiązaniem dość oczywistym, o tyle zastosowanie sprężyn w konstrukcjach dachowych wciąż jest sporą nowością, która może zaskakiwać. Współcześnie tego typu urządzenia wykorzystywane są m.in. do poprawy komfortu obsługi nowoczesnych okien i włazów dachowych instalowanych na dachach spadzistych, ułatwiając ich otwierania bez konieczności używania siły fizycznej i montażu dodatkowych mechanizmów blokujących.

Jak montować sprężyny gazowe?

Integralną częścią siłowników gazowych są elementy mocujące, które umożliwiają ich bezproblemowe przytwierdzenie do określonego typu konstrukcji, na przykład do karoserii i klapy bagażnika samochodowego. Mocowanie sprężyny gazowej w samochodzie wymaga zastosowania odpowiedniego rodzaju końcówki i sworznia o pasującym gwincie. W sprzedaży znajdziemy m.in. plastikowe i metalowe przeguby kulowe, widełkowe i oczkowe oraz osiowe przeguby kulowe ze sworzniem. Prawidłowe mocowanie sprężyny gazowej może wymagać również zastosowania dopasowanych do przegubów, odpowiednich sworzni gwintowanych, ewentualnie pozbawionych gwintu. Innymi akcesoriami dedykowanymi profesjonalnemu montażowi sprężyn gazowych są wsporniki, przedłużki, linki Bowdena oraz mechanizmy zwalniające. Co warte podkreślenia, markowe siłowniki przystosowane do obsługi bagażników samochodowych, na przykład sprężyny gazowe FA Krosno, sprzedawane są z zainstalowanymi końcówkami (przegubami) umożliwiającymi ich szybki oraz bezproblemowy montaż.

Najlepsi producenci sprężyn gazowych

Współcześnie najlepiej rozpoznawalnymi markami na rynku europejskim są niemiecki Stabilus – jako pierwsza firma na świecie, jeszcze w latach 30. XX wieku, wprowadziła do sprzedaży pneumatyczne stabilizatory, które radykalnie zwiększyły komfort jazdy ówczesnymi samochodami, należąca do firmy Stabilus, również niemiecka marka HAHN Gasfedern – pierwszy producent odpornych na korozję siłowników gazowych dla jachtów, a także francuski producent siłowników Airax oraz polska firma z Krosna, spadkobierca dawnej Fabryki Amortyzatorów.

Oryginalne sprężyny gazowe FA Krosno, ze względu na korzystny stosunek ceny do jakości wykonania, cieszą się dużą popularnością nie tylko wśród polskich, ale i zagranicznych odbiorców. Oferta polskiej marki jest niezwykle rozbudowana, zapewniając klientom dostęp do idealnie dopasowanych sprężyn gazowych dedykowanych niemal wszystkim popularnym modelom samochodów osobowych – współczesnych i historycznych, a także pojazdów ciężarowych, autobusów, autokarów, ciągników i maszyn rolniczych.

Zarówno firma z Krosna, jak i niemiecka marka HAHN Gasfedern oferuje wysokiej klasy zamienniki dla oryginalnych sprężyn gazowych wykorzystywanych przez wiele firm motoryzacyjnych oraz siłowniki uniwersalne dedykowane mniej typowym zastosowaniom – przykładem może być sprężyna gazowa do łóżka. Co warte podkreślenia, dobór sprężyny gazowej do określonego zastosowania w każdym przypadku powinien uwzględniać jej siłę oraz oferowany przez nią zakres skoku (długość, na jaką tłoczysko może zostać wciśnięte w głąb cylindra) – siła musi pozwolić unieść element o określonej masie na pożądaną, a długość skoku wypchnąć go na pożądaną odległość (wysokość).

Rodzaje sprężyn gazowych

Trafny dobór sprężyn gazowych zależy przede wszystkim od umiejętności prawidłowego określenia siły potrzebnej do wypchnięcia określonego elementu – jego masy oraz zakresu ruchu (długości skoku), jaki powinna wykonać sprężyna, by przesunąć element na pożądaną odległość. Ważny jest również sposób skonstruowania i działania samej sprężyny. Przy uwzględnieniu tego elementu możemy mówić m.in. o sprężynach pchających, ciągnących, blokowanych oraz o podwójnym skoku.

Podstawowym i jednocześnie najpopularniejszym rozwiązaniem konstrukcyjnym jest sprężyna gazowa pchająca – to typowy model siłownika gazowego, w którym tłoczysko przesuwając się w cylindrze, ściska gaz (azot), stopniowo zwiększając jego ciśnienie, generując przy tym rosnącą siłę wykorzystywaną następnie do wypchnięcia określonego elementu konstrukcyjnego, na przykład klapy bagażnika samochodowego. W pozycji wyjściowej taka sprężyna jest rozciągnięta. Sprężyny gazowe pchające występują w wersji z tłumieniem dynamicznym i hydraulicznym.

Zdecydowanie mniej popularną, rzadziej spotykaną i stosowaną konstrukcją jest sprężyna gazowa ciągnąca. W takim modelu siłownika tłoczysko w pozycji wyjściowej jest wciśnięte w cylinder. Po instalacji w urządzeniu i zwolnieniu blokady, tłoczysko, zamiast wysuwać się z cylindra, jest wciągane do jego wnętrza, tym samym ciągnąc element konstrukcyjny przytwierdzony do jego końca.

W sprzedaży dostępne są również sprężyny gazowe blokowane, które można zatrzymać w dowolnej pozycji – wykorzystuje się do tego celu specjalne mechanizmy zwalniające. Dobrym przykładem takiego sprzętu są siłowniki stosowane w fotelach samochodowych i meblach kuchennych.

Specyficznym typem sprężyn przeznaczonych do unoszenia bardzo ciężkich elementów konstrukcyjnych – metalowych klap i włazów, są siłowniki gazowe o podwójnym skoku, składające się z dwóch cylindrów, z których każdy może pomieścić różną ilość gazu, tym samym oferując różną siłę działania. Na rynku dostępne są również sprężyny gazowe wykonane ze stali nierdzewnej, przeznaczone do stosowania w środowisku zwiększającym ryzyko wystąpienia korozji – sprawdzą się m.in. na jachtach.

Co warto wiedzieć o sprężynach gazowych?

W czasie eksploatacji siłownik stopniowo traci gaz, w związku z czym jego siła działania słabnie. Zwykle objawia się to poprzez niezdolność do całkowitego wysunięcia tłoczyska – sprężyna nie może wypchnąć określonego elementu i zatrzymuje się przed wykonaniem pełnego zakresu ruchu. Taką sprężynę należy wymienić na nową.

Na efektywność działania sprężyny gazowej wpływa również temperatura powietrza. Trzeba pamiętać, że wartość siły (N) przypisana do konkretnego modelu siłownika podawana jest dla temperatury 20 stopni Celsjusza. Przy ujemnych temperaturach, ze względu na fizyczne właściwości gazów, różnice ciśnień pomiędzy gazem znajdującym się po obu stronach tłoka są mniejsze, przez co siła działania sprężyny maleje.

Negatywny wpływ na sprawność działania siłowników mają również wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia pojawiające się na tłoczysku. Nawet niewielkie drobiny mogą uszkadzać uszczelkę, przyczyniając się do powstawania nieszczelność i stopniowej utraty gazu. Zabrudzone sprężyny gazowe działają krócej i częściej trzeba wymieniać je na nowe.

Zaleca się, by sprężyna gazowa pchająca była montowana tłoczyskiem do dołu. Takie położenie sprawia, że ruch tłoczyska jest lepiej amortyzowany, zwłaszcza przy końcu całego skoku, co ma korzystny wpływ na trwałość siłownika, a także na bezpieczeństwo i komfort użytkowania wypychanego przez niego elementu konstrukcyjnego – włazu czy klapy.