Rätt fjäderlösning börjar med funktionen, inte fjädertypen
En standardfjäder från lagret uppfyller inte alltid tillämpningens krav. Särskilt verktygsfjädrar och tallriksfjädrar kan anpassas när det gäller exempelvis dimensioner, fjäderkraft, material och ytbehandling. I den här artikeln går vi igenom när det är klokt att anpassa en standardfjäder och hur den kan optimeras för en specifik tillämpning.
När en komponent eller produkt behöver en fjäder handlar det om en viss funktion: att skapa kraft eller rörelse, återföra något till sitt ursprungsläge, hålla något på plats eller till exempel ta upp stötar.
En färdig standardfjäder kan uppfylla behovet direkt, men en produkt från lagret räcker inte alltid till. Då kan en anpassad standardfjäder vara ett bra alternativ mellan en lagerförd produkt och en helt kundanpassad fjäder. På Meconet arbetar vi framför allt med sådana lösningar för verktygsfjädrar och tallriksfjädrar. Vi utgår från en befintlig, tillverkningstekniskt lämplig fjäderlösning och optimerar dimensioner, material och andra egenskaper efter tillämpningens krav.
Allt behöver alltså inte konstrueras från grunden. Det viktiga är att förstå vad fjädern ska göra, sammanfattar Pasi Suvela, erfaren fjäderexpert på Meconet.
När räcker en standardfjäder och när lönar det sig att anpassa den?
En standardfjäder är ofta ett bra val när dess dimensioner, fjäderkraft, rörelse och övriga egenskaper motsvarar tillämpningens krav utan kompromisser. Det kan vara värt att anpassa fjädern om utrymmet är begränsat, om det krävs en exakt definierad kraft eller rörelse eller om en standardfjäder skulle kräva ändringar i den omgivande konstruktionen.
Även driftsförhållandena kan vara avgörande. Kontinuerlig dynamisk belastning, ett stort antal belastningscykler, temperatur, fukt eller korrosion kan ställa krav som en färdig standardfjäder inte uppfyller på bästa sätt.
Då är frågan: varför anpassa resten av utrustningen efter en standardfjäder om fjädern kan anpassas efter utrustningen?
Utgå från funktionen, inte fjädertypen
Konstruktören behöver inte veta i förväg vilken typ av fjäder som behövs. Utgångspunkten kan till exempel vara en viss kraft vid en bestämd rörelse eller ett behov av att återföra, trycka ihop, hålla på plats, dämpa vibrationer eller begränsa rörelse. När de funktionella kraven är kända kan vi tillsammans hitta en lämplig fjäderlösning.
Vi behöver inga färdiga ritningar. Det räcker att vi känner till den önskade funktionen och tillämpningens förutsättningar.
Pasi Suvela, fjäderexpert på Meconet
När lösningen kan utgå från en befintlig standardfjäder handlar det oftast om en verktygsfjäder eller tallriksfjäder. Dimensioner, fjäderkraft, material, ytbehandling och andra egenskaper kan anpassas efter tillämpningens krav.
Tryckfjädrar, dragfjädrar, vridfjädrar och trådbyglar är däremot vanligen lösningar som konstrueras helt efter kundens behov.
Det är inte nödvändigt att på förhand bestämma om lösningen ska vara en standardfjäder, en anpassad standardfjäder eller en helt nykonstruerad fjäder. Valet styrs av vad fjädern ska göra och under vilka förhållanden den ska fungera.
Vad kan anpassas hos en standardfjäder?
Att anpassa en standardfjäder handlar om mer än att göra den några millimeter kortare eller längre.
Beroende på tillämpningen kan exempelvis följande egenskaper hos verktygsfjädrar och tallriksfjädrar anpassas:
- dimensioner och geometri
- fjäderkraft och fjäderkonstant
- fjäderväg
- förspänning
- material
- ytbehandling
- kombination av flera fjädrar till ett fjäderpaket
Genom att se till dessa egenskaper tillsammans kan fjädern dimensioneras så att den utför sin uppgift så effektivt som möjligt inom det tillgängliga utrymmet.
Exempel: Anpassning av verktygsfjädrar enligt ISO 10243
En omålad verktygsfjäder enligt ISO 10243 kan vara en bra lösning när fjädern kommer i kontakt med exempelvis hydraulolja eller en annan processvätska. Färg eller annan beläggning får då inte lossna från ytan och följa med vätskan in i systemet, där den kan försämra renheten eller driftsäkerheten.
Det räcker dock inte att bara ta bort färgen. Även fjädermaterialet, ytfinishen, korrosionsskyddet och driftsförhållandena måste bedömas som en helhet.
Exempel: En DIN 2093-tallriksfjäder anpassad till tillämpningen
Egenskaperna hos en tallriksfjäder enligt DIN 2093 kan anpassas genom exempelvis dimensionering, materialval och kombination av flera fjädrar. Genom att stapla fjädrarna i serie kan fjädervägen ökas, medan parallell stapling ökar fjäderkraften. På så sätt kan fjäderlösningen anpassas exakt till önskad kraft, rörelse och tillgängligt utrymme.
Materialet är en del av fjäderns prestanda
Fjädermaterialet har stor betydelse för funktion, livslängd samt motståndskraft mot korrosion och temperatur. Materialet kan också påverka fjäderkraften och relaxation. Två fjädrar med samma geometri men olika material behöver därför inte fungera likadant i praktiken.
Ett materialbyte kan även ändra fjäderns mekaniska egenskaper. En fjäder av rostfritt stål kan till exempel ha andra kraftegenskaper än en motsvarande fjäder av vanligt fjäderstål. Därför måste materialval och dimensionering bedömas tillsammans.
Vid höga temperaturer eller i korrosiva miljöer är vanligt fjäderstål inte alltid det bästa valet. Då kan det behövas exempelvis rostfritt stål eller en särskild högtemperaturlegering. Materialet ska alltid väljas efter de förhållanden där fjädern ska fungera.
Pasi Suvela, fjäderexpert på Meconet
Även ytbehandlingen kan påverka fjäderns egenskaper och hållbarhet i driftmiljön. Därför bör material, ytbehandling, geometri och belastning bedömas som en helhet.
Fjäderns livslängd kan beaktas redan i konstruktionsfasen
Hur länge behöver fjädern hålla?
Den frågan bör ställas innan fjädern konstrueras, inte först när den första versionen testas. Livslängden kan till exempel bedömas utifrån antalet belastningscykler som krävs. Förutom dimensionering och materialval kan även tillverkningsmetoder och efterbehandlingar påverka livslängden.
När belastning, rörelse, driftmiljö och önskat antal cykler är kända i ett tidigt skede kan fjädern dimensioneras därefter. Det är särskilt viktigt i tillämpningar där fjädern utsätts för kontinuerlig dynamisk belastning.
Målet är alltså inte att tillverka en fjäder och sedan ta reda på hur länge den håller. Livslängden är ett av de krav som ligger till grund för konstruktionen av fjäderlösningen.
Den största nyttan av en anpassad fjäder kan finnas runt omkring den
Fjäderns styckpris ger sällan hela bilden av lösningens kostnader. En fjäder som optimerats för tillämpningen kan i bästa fall göra det möjligt att ta bort andra komponenter, minska utrustningens storlek, förenkla monteringen, minska underhållsbehovet eller förbättra driftsäkerheten och livslängden. Därför bör fjäderlösningen bedömas som en del av hela utrustningens konstruktion och totalkostnad.
En fjäder som avviker något från standardutförandet kan vara ett klokt val om den gör att en separat adapter kan utelämnas eller att den omgivande konstruktionen kan förenklas.
Pasi Suvela, fjäderexpert på Meconet
Att optimera fjädern ger alltså inte nödvändigtvis de största besparingarna i själva fjädern. Besparingen kan vara större i andra delar av utrustningen.
Ta med en fjäderexpert tidigt i konstruktionsarbetet
Ju tidigare fjäderns funktion beaktas i konstruktionsarbetet, desto fler lösningsalternativ finns det. Om den övriga konstruktionen redan är klar och fjädern bara har ett strikt begränsat utrymme blir alternativen naturligtvis färre.
Arbetet kan börja med några grundläggande frågor:
- Vad ska fjädern göra?
- Vilken kraft och rörelse behövs?
- Hur stort utrymme finns och under vilka förhållanden ska fjädern fungera?
- Hur lång livslängd krävs?
Utifrån dessa uppgifter går det att välja lämplig fjädertyp, geometri, material och tillverkningsmetod. Lösningen kan i praktiken vara en färdig standardfjäder, en standardfjäder som anpassats till tillämpningen eller en helt kundanpassad fjäder.
Särskilda krav på en verktygsfjäder?
När dimensioner, belastning, driftmiljö och ytkrav är kända går det att hitta lösningar även för behov som avviker från det vanliga.
Tallriksfjäder för krävande förhållanden?
Om en standardprodukt inte räcker kan egenskaperna hos en DIN 2093-tallriksfjäder anpassas till tillämpningen genom exempelvis dimensionering och materialval.
Kontakta oss och berätta vad fjädern ska göra i er tillämpning. Vi hjälper gärna till!
-
BloggSå här övervinner du den vanligaste utmaningen vid fjäderkonstruktion
Fördjupa dig i ämnet -
GuideLadda ner tips för den perfekta spiralfjädern
Ta del av guiden
Våra experter hjälper dig
Genom att ta med oss tidigt i konstruktionsarbetet ger du oss möjlighet att stötta dig på bästa sätt. Du kan också kontakta oss i vilket skede som helst. Vi hjälper gärna till.
