Hyvin toteutetussa jousisuunnittelussa jousen käyttötarve ja -ympäristö ohjaavat suunnittelutyötä.
Vaikeimmat ympäristöolosuhteet, jotka aiheuttavat muutoksia jousen ominaisuuksissa, liittyvät korkeisiin ja mataliin lämpötiloihin sekä kosteuden ja kemikaalien aiheuttamaan korroosioon. Jousen toimivuuden kannalta on siis tärkeää tietää, millaisissa olosuhteissa jousta käytetään. Mutta miten näihin ympäristön asettamiin vaatimuksiin voidaan varautua niin, että jousi kestää käytössä mahdollisimman pitkään?
Jousen käyttölämpötila määrittelee valmistusmateriaalin
Kun jousta käytetään korkeissa lämpötiloissa, jousimateriaalien vetomurtolujuus usein laskee ja jousen kimmoisuus katoaa. Tuloksena syntyy pehmeä rautalanka, joka ei pysty varastoimaan energiaa itseensä. Matala lämpötila ei ole tyypillisesti ongelma, mutta mikäli lämpötila laskee paljon alle -50 °C, jousi alkaa haurastua. Sekä korkean että matalan lämpötilan käyttökohteita löytyy runsaasti esimerkiksi prosessiteollisuudesta.
Tavanomaiset jousimateriaalit sietävät eri lämpötiloja suhteellisen hyvin. Musta jousiteräs säilyttää ominaisuutensa 100 °C:seen asti, mutta ruostumaton jousiteräs kestää jopa yli 200 °C:n lämpötilaa. Näitäkin korkeampiin lämpötiloihin on olemassa ratkaisu. Inconel, Nimonic tai Hastelloy ovat erityisiä lämmönkestäviä materiaaleja, joita voidaan käyttää jopa 500 °C:n lämpötiloissa. Mataliin lämpötiloihin puolestaan soveltuu joko perusjousiteräs, jonka käyttölämpötila-alue on -40–120 °C tai ruostumatonta jousiteräs, joka toimii hyvin -50 ja 250 °C:n välillä.
Kosteudelta ja syövyttäviltä kemikaaleilta voi suojautua
Tyypillisesti jousia saatetaan käyttää ulkotiloissa, jossa ne joutuvat kosketuksiin ilman kosteuden kanssa. Tällöin on hyvä käyttää ruostumatonta jousiterästä. Jos taas jousi altistuu syövyttäville kemikaaleille, on syytä valita haponkestävä jousiteräslanka, joka sietää hyvin myös eri lämpötiloja.
Korroosiota voidaan estää myös sähkösinkityksellä, jossa tavallinen jousiteräs pinnoitetaan sinkillä. Sähkösinkitys sopii kohteisiin, jossa jousi on jatkuvasti tekemisissä ilman kosteuden kanssa ja ainakin satunnaisesti veden kanssa. Huomioitavaa on kuitenkin se, että sinkitys ei sovellu kaikille raaka-aineille ja jousille. Esimerkiksi vetojousessa, jossa kierrokset ovat tiiviisti yhdessä, sinkki jää ainoastaan jousen näkyville osille. Sähkösinkitys saattaa myös heikentää joidenkin raaka-aineiden ominaisuuksia tai aiheuttaa vetyhaurautta öljykarkaistuihin jousiteräslankoihin.
Ei ole kuitenkaan olemassa yhtä oikeaa vastausta siihen, tulisiko jousessa käyttää sähkösinkitystä vai ruostumatonta jousilankaa. Ruostumattomassa jousiteräksessä on parempi korroosionkesto kuin sinkityssä jousiteräksessä, mutta toisaalta tavallisella jousiteräksellä on paremmat jousiominaisuudet. Ruostumaton jousiteräs on myös reilusti kalliimpi kun tavallinen jousiteräs, jolloin suurivolyymisissä ja isoissa, painavissa jousissa tulee edullisemmaksi käyttää sinkittyä jousta. Toisaalta haastavissa kohteissa on usein järkevämpi valita joko ruostumaton tai haponkestävä materiaali. Käyttöympäristö huomioon ottaen tulee siis päättää, halutaanko jousessa kiinnittää huomiota enemmän korroosionkestoon, jousiominaisuuksiin vai kustannuksiin.
Perusteellinen jousisuunnittelu optimoi kustannuksia
Jousen käyttöympäristö on hyvä kartoittaa jo suunnittelun alkuvaiheessa, sillä jatkokäsittely tai arvokkaamman raaka-aineen hyödyntäminen on usein arvokasta. Suunnitteluvaiheessa voidaan päättää, millainen materiaali tai käsittely sopii kulloiseenkin tarpeeseen ja näin valmistuskustannuksia on helppo optimoida.
Mikäli sinulle heräsi kysymyksiä jousisuunnitteluun liittyen, tarjoan mielelläni neuvoja suunnittelutyön tueksi!
Kaipaatko vinkkejä jousisuunnitteluun? Lataa Meconetin jousisuunnitteluopas!
