VDI 3003-2010 Nitrogen gas springs in large stamping dies.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREGasdruckfedern fr Schneid- undUmformwerkzeugeNitrogen gas springs inlarge stamping diesVDI 3003Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 3: BetriebsmittelVDI-RICHTLINIENICS 21.160, 25.120.10Juli 2010July 2010Verv

2、ielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet/ReproductionevenforinternalusenotpermittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Frhe

3、re Ausgaben: 11.98; 09.05 Entwurf,deutschFormer editions: 11/98; 09/05 Draft, in German onlyZu beziehen durch / Available at Beuth VerlagGmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten/AllrightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2010VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL)Fachbereich Pr

4、oduktionstechnik und FertigungsverfahrenInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 22 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Einsatz von Gasdruckfedern . . . . . . . . 32.2 Druckmedium . . . . . . . . . . . . . . . .

5、 32.3 Nenndruck. . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.4 Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . 32.5 Betriebstemperatur . . . . . . . . . . . . . 32.6 Hubgeschwindigkeit und Hubzahl . . . . . 42.7 Gasdruckfedern mit vermindertemDruckanstieg . . . . . . . . . . . . . . . . 42.8 Betriebsarten . .

6、. . . . . . . . . . . . . . 42.9 Sicherheitshinweise . . . . . . . . . . . . . 53 Berechnungsgrundlagen. . . . . . . . . . . . 64 Abmessungen und Befestigungsarten . . . . 75 Aufbaubeispiel einer Gasdruckfeder . . . . . 186 Anwendungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . 18Schrifttum. . . . . . . . .

7、. . . . . . . . . . . . . 27Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Use of gas springs . . . . . . . . . . . . . 32.2 Pressure medium . . . . . . . . . . . . . . 32.3

8、Nominal pressure . . . . . . . . . . . . . . 32.4 Mode of operation . . . . . . . . . . . . . 32.5 Operating temperature . . . . . . . . . . . 32.6 Stroke speed and stroke rate . . . . . . . . 42.7 Gas springs with reduced pressure rise . . . 42.8 Operating modes . . . . . . . . . . . . . . 42.9 Saf

9、ety instructions . . . . . . . . . . . . . 53 Basics for calculation . . . . . . . . . . . . . 64 Dimensions and types of attachment . . . . . 75 Exemplary design of a gas spring . . . . . . 186 Examples of use . . . . . . . . . . . . . . . . 18Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

10、B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 2 VDI 3003VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbeson

11、dere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in denVDI-Merkbl

12、ttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/3003.1 AnwendungsbereichDer Inhalt dieser Richtlinie wurde auf die besond

13、erenBedrfnisse der Automobilindustrie abgestimmt. DieAusfhrungen weichen von der sehr hnlichen NormDIN ISO 11901 in drei wesentlichen Merkmalen ab:In VDI 3003 sind alle Kolbenstangen abgeflacht.Zustzlich haben die Kolbenstangen bei Zylindernab 5 kN Nennkraft ein Gewinde (d7in Tabelle 1).Die Ausfhrun

14、g der Ventilffnung ist in Bezugauf die Gewindegren standardisiert.Erweitert wird die Richtlinie durch zahlreiche An-wendungsbeispiele, die den sachgerechten Einbauvon Gasdruckfedern in verschiedenen Schneid- undUmformwerkzeugen dokumentieren.ber die hier dargestellten Gasdruckfedern hinauswerden auc

15、h solche mit erhhten Krften und nied-riger Bauhhe“ angeboten, sowie andere, die im Vor-oder Rcklauf ber eine Dmpfung verfgen oder diesteuerbar“ sind. Grundlage fr den Einsatz von Gasdruckfedern istu.a. ein von der deutschen Automobilindustrie erar-beitetes Lastenheft, das z.B. die Mindest-Standzeite

16、n(mindestens zu erreichende Hubzahlen) in Abhngig-keit von der Hublnge, die Austauschbarkeit und denAnlieferungszustand dieser Federn vorschreibt.Preliminary noteThe content of this guideline has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.

17、All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, either ofthe full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditionsspe

18、cified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de).We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.A catalogue of all available parts of this guide-line series can be accessed on the internet atwww.vdi.de/3003.1ScopeThe content of this guideline has been adapted to t

19、hespecific requirements of the automotive industry. Thedesigns differ from the very similar DIN ISO 11901standard in three major characteristics:In VDI 3003, all piston rods are flattened.In addition, the piston rods for cylinders with anominal force of 5 kN and more are provided witha thread (d7in

20、Table 1).The design of the valve opening has been stand-ardised as far as the thread sizes are concerned.The guideline has been extended by numerous exam-ples of use that document the proper installation ofgas springs in a variety of large stamping dies.In addition to the gas springs represented her

21、e, gassprings with “increased forces and low constructionheight”, gas springs provided with attenuation in theforward or backward motion, or “controllable” gassprings are available. The use of gas springs is based on technical specifi-cations that were compiled by the German automo-tive industry, am

22、ong others, which, for instance, de-fine the minimum service life (minimum number ofstrokes to be reached) in dependence on the strokelength, the interchangeability, and the delivered stateof these springs.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein

23、 Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI 3003 3 2 Grundlagen2.1 Einsatz von GasdruckfedernGasdruckfedern (Bild 2, Bild 7) knnen in Schneid-und Umformwerkzeugen fr die Aufnahme groerFederkrfte auf kleinstem Raum eingesetzt werden.2.2 DruckmediumAls Druckmedium fr Gasdruckfedern wird han-delsbli

24、cher Stickstoff mit einer Reinheit von 99,999 Vol.-% verwendet.2.3 NenndruckAls Maximaldruck wird in der Regel 150 bar (Be-zugstemperatur 20 C) festgelegt, der bei Bedarf bisauf einen Mindestdruck von 20 bar reduziert wird. InAusnahmefllen kann auch nach Anweisung derHersteller mit hheren Drcken gea

25、rbeitet werden.Einige Gasdruckfedern werden auch heute schon miteinem Standarddruck von 180 bar angeboten.2.4 WirkungsweiseDie Federkraft wird whrend des Kolbenhubs durchVerkleinerung des Druckraums erhht.DefinitionenDie Nennkraft entspricht der Anfangskraft (bei Hub= 1 mm).Die Federkraft entspricht

26、 der Endkraft (bei maxima-lem Hub).Der jeweilige Anstieg der Federkraft lsst sich berdie Nennkraft unter Zuhilfenahme des Druckaufbau-faktors, bezogen auf den Kolbenhub (der den Herstel-lerunterlagen zu entnehmen ist), berechnen.Die Druckaufbaufaktoren liegen in der Regel zwi-schen 1,1 und 1,65. Die

27、se Werte gelten nur fr Be-triebszustnde, bei denen keine nennenswerte Tem-peraturerhhung auftritt.Hieraus ergibt sich:Federkraft = Nennkraft Druckaufbaufaktor2.5 BetriebstemperaturStandardmig sollte die Betriebstemperatur 80 Cnicht berschreiten; es sind die Herstellerangaben zubercksichtigen. Mit be

28、sonderen Dichtungen undnach Anweisung der Hersteller sind allerdings auchBetriebstemperaturen bis 110 C mglich.2 Fundamentals2.1 Use of gas springsGas springs (Figure 2, Figure 7) can be used in largestamping dies for absorbing great spring forces invery confined spaces.2.2 Pressure mediumCommercial

29、 nitrogen with a purity of 99,999 vol. %is used as pressure medium for gas springs.2.3 Nominal pressureThe defined maximum pressure is normally 150 bar(reference temperature 20 C), which is reduced to aminimum pressure of 20 bar, if required. In excep-tional cases, it is also possible to work with h

30、igherpressures subject to the manufacturers specifica-tions. Some of the gas springs available today even have astandard pressure of 180 bar.2.4 Mode of operationDuring the piston stroke, the spring force increases asa result of the reduced pressure chamber.DefinitionsThe nominal force is equivalent

31、 to the initial force (atstroke = 1 mm).The spring force is equivalent to the end force (atmaximum stroke).Using the pressure rise factor, it is possible to calcu-late the respective increase in spring force relative tothe piston stroke (which shall be taken from the man-ufacturers documentation).Th

32、e pressure rise factors are usually in the range be-tween 1,1 and 1,65. These values apply only to oper-ating conditions for that no significant temperatureincrease takes place.The following results from this:Spring force = nominal force pressure rise factor2.5 Operating temperatureNormally, the ope

33、rating temperature should not ex-ceed 80 C; the manufacturers specifications shall beobserved. However, operating temperatures up to110 C are possible provided that special seals areused and the instructions of the manufacturer are ob-served.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Sta

34、nd 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 4 VDI 30032.6 Hubgeschwindigkeit und HubzahlZurzeit kann als maximale Einzelhubgeschwindig-keit (Kolbengeschwindigkeit) ein herstellerabhngi-ger Wert von 48 m/min bis 96 m/min angenommenwerden.Die Lebensdauer wird in

35、Hubmetern“ angegeben,dem Produkt aus Anzahl der Hbe und 2 Hublnge(siehe VDI 3003 Blatt 1).Bei Einhaltung der herstellerseitig fr den Einbauvon Gasdruckfedern genannten geeigneten Bedin-gungen ist davon auszugehen, dass folgende Hubzah-len ohne Instandhaltung erreicht werden:Gasdruckfedern bis 100 mm

36、 Hublnge:1000000 HbeGasdruckfedern 100 mm bis 160 mm Hublnge:800000 HbeGasdruckfedern 160 mm bis 300 mm Hublnge:350000 Hbe2.7 Gasdruckfedern mit vermindertem Druckanstieg Ein verminderter Druckanstieg (flachere Federkenn-linie) in der Gasdruckfeder ist durch die Vergre-rung des Volumens erreichbar.D

37、ie Vergrerung des Volumens kann erreicht wer-den durchVergrerung des Zylinderdurchmessers oderInstallation eines Druckspeichertanks (Bild 20,Bild 22) oderEinbau der Zylinder in eine Speichertankplatte(Bild 21, Bild 22). Hierzu werden von der Zulie-ferindustrie zugeschnittene Lsungen angeboten.2.8 Be

38、triebsartenGasdruckfedern knnen auf folgende Arten betriebenwerden:einzeln (Bild 8 bis Bild 19)im Verbund (Bild 20)als Teil von Tankplattensystemen (Bild 21 und Bild 22)mit verschiedenen Drcken im Verbund, wieauch einzeln z.B. fr Abstimmarbeiten2.6 Stroke speed and stroke rateAt present, a manufactu

39、rer-dependent value of48 m/min to 96 m/min can be assumed as maximumsingle stroke speed (piston speed).The service life is indicated in “stroke metres”, whichis the product of the number of strokes and 2 thestroke length (see VDI 3003 Part 1).If the conditions for the installation of gas springs de-

40、fined by the manufacturer are observed, it is assumedthat the following stroke rates are reached withoutmaintenance:gas springs of a stroke length of up to 100 mm:1000000 strokesgas springs of a stroke length of 100 mm up to160 mm: 800000 strokesgas springs of a stroke length of 160 mm up to300 mm:

41、350000 strokes2.7 Gas springs with reduced pressure rise A reduced pressure rise (flatter spring expansioncharacteristic) in the gas spring can be achieved byincreasing the volume.The volume can be increased byincreasing the cylinder diameter orinstalling a pressure storage tank (Figure 20,Figure 22

42、) orinstalling the cylinders in a storage tank plate(Figure 21, Figure 22). The supplier industry of-fers tailored solutions in this regard.2.8 Operating modesGas springs can be operated in the following ways:individually (Figure 8 to Figure 19)in a compound connection (Figure 20)as part of tank pla

43、te systems(Figure 21 and Figure 22)with different pressures both interconnected andindividually for example for adjustment workB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI 3003 5 2.9 SicherheitshinweiseEs

44、 ist darauf zu achten und gegebenenfalls daraufhinzuweisen, dass folgende Regeln unbedingt einge-halten werden:Bild 1. HinweisschildEs ist empfehlenswert, am Werkzeug ein solches Hinweisschild(bei z.B. 150 bar) anzubringen, da Gasdruckfedern von auenin vielen Fllen nicht sichtbar sind.Eine Betriebsa

45、nweisung ist verpflichtend zu erstel-len!Der Ausbau einer Gasdruckfeder darf nur imvllig entlasteten Zustand erfolgen!Arbeiten an der Gasdruckfeder nur im drucklosenZustand ausfhren! Einrichtungen, die mit Gasdruckfedern ausgerstetsind, mssen mit einem entsprechenden Warn- undHinweisschild (siehe Bi

46、ld 1) versehen sein!Beim Einbau von Gasdruckfedern sind die entspre-chenden gesetzlichen Vorschriften in der jeweilsgltigen Fassung einzuhalten! Hierzu zhlen u.a.:Verordnung zum Gertesicherheitsgesetz 14. GPSGV (Druckgerteverordnung) Verordnung ber Druckbehlter, Druckgas-behlter und Fllanlagen (Druc

47、kbehlterverord-nung), BetrSichVRegeln der Technik, z.B. TRB 700,Betrieb von Druckbehltern“Druckgerterichtlinie 97/23/EG (PED) frDruckgerte und Baugruppen mit einem Druckvon ber 0,5 barAuerdem wird verwiesen auf die RichtlinieVDI 3003 Blatt 1.2.9 Safety instructionsIt is to be ensured and, if necessa

48、ry, pointed out thatthe following rules must strictly be observed:Figure 1. Notice signIt is recommended to install such notice sign on the tool (forexample at 150 bar) as gas springs are often not visible from theoutside.Written operating instructions must be compiled.Only disassemble gas springs w

49、hen in com-pletely relieved state.Any work on the gas spring may only be performedafter pressure has been released completely. Devices that are equipped with gas springs must beprovided with an appropriate warning and noticesign (see Figure 1).When installing gas springs the relevant statutoryprovisions, as amended have to be observed. Theseinclude, among others:Ordinance on the Safety of Equipment Act 14thGPSGV (Pressure Equipm