Fordonsfjädrar – en hel vetenskap byggd på tre hörnstenar

Material. Tillverkningsprocess. Konstruktion. Hur dessa tre faktorer samverkar är avgörande för en fjäders egenskaper.

Forskning inom området finns inte i Sverige så Lesjöfors utvecklar själva den kunskap som behövs för att ta fram fordonsfjädrar som klarar de tuffaste kraven.

Hos Lesjöfors Industrifjädrar i Hudene i Västergötland tillverkas bland annat specialanpassade ventilfjädrar för trimmade motorer. Öhlins Racing är en välkänd kund, där Lesjöfors levererat fjädrar till stötdämpare i över 20 år. Med en kundbas där extrema krav ställs på fjädrarna – gällande såväl toleranser, finish som prestanda - gäller det att ligga i yttersta framkant för att behålla och utveckla affären. Stefan Musslinder är teknisk chef för Lesjöforskoncernen och berättar om vad som krävs för att vara framgångsrik i branschen.
- En fjäders egenskaper bygger på tre faktorer; material, tillverkningsprocess och konstruktion. Genom djuplodande kunskaper inom alla tre områden kan vi uppfylla den specifikation vi får från kunden.

Funktion styr konstruktion och material

Att känna till ett materials karaktär och utifrån det räkna ut tråddiameter och antal lindningsvarv är grundläggande för en optimal fjäder. Det finns en stor mängd material att välja på för olika användningsområden. Fjäderstål är bland de hårdaste stålsorter som finns, vilket krävs för att klara de enorma mekaniska spänningar som uppstår i fjädrarna i ett fordon. De ständigt ökande kraven på låg vikt och litet inbyggnadsutrymme innebär att fjädrarna måste tåla högre spänningar.

Processer för hållfasthet

Tillverkningsprocessen är minst lika viktig som materialet, då egenskaper skräddarsys genom olika behandlingar. Efter lindningen värmebehandlas fjädrarna i 200–450 grader beroende på materialsort och typen av fjäderapplikation. I denna så kallade spänningsanlöpning släpper de inre spänningarna från lindningen. Slipning är den process som följer i de fall ändytorna ska vara plana, vilket egentligen är ett grundkrav för alla tryckfjädrar men för enklare fjäderapplikationer avstår man ibland från denna process av kostnadsskäl.
För fjädrar som ska överleva ett stort antal belastningsväxlingar under sin livslängd – t ex ventilfjädrarna i en förbränningsmotor - är kulbombning en viktig och kritisk process. Genom att bombardera ytan med små, hårda stålkulor får man in tryckspänningar i materialets ytskikt. Kulbombningen kan öka utmattningshållfastheten med upp till 50 gånger.

Utveckling av beräkningsmodeller

Sista steget – innan eventuell ytbehandling, märkning etc - är försättning, då fjädern trycks ihop maximalt två till tre gånger för att den ska sätta sig. Härigenom uppnås inre spänningar i materialet i motsatt riktning mot de belastningsspänningar som fjädern normalt har vid användning. Eftersom fjädern blir kortare när den försätts, krävs att konstruktören kan räkna ut hur lång den behöver vara vid lindningen.
- Beräkningsmodellen har vi fått utveckla själva, då fjäderområdet i princip är en vit fläck inom den akademiska forskningen idag. För att kunna ta fram de optimala fjädrarna behöver vi utveckla den teknik vi behöver för att vara marknadsledande, säger Stefan Musslinder.

Enorma påfrestningar för ventilfjädrar

För den särskilt utsatta ventilfjädern som utsätts för rigorösa påfrestningar, särskilt i trimmade motorer, krävs ibland ytterligare åtgärder för att klara hållfastheten. Här arbetar man ofta med fjädersatser där två eller tre ventilfjädrar monteras koncentriskt i varandra och som därigenom minskar belastningen på den enskilda fjädern. Det är en ypperlig lösning på den begränsade yta som finns där fjädern ska arbeta.
- Kraven är hårda rakt igenom; från processer som ska hålla stålet rent, till ytbehandling, anlöpning, slipning och kulbombning. Sedan varmförsätts ventilfjädern för att klara hettan i den miljö där den sedan ska verka, avslutar Stefan Musslinder.

2019-06-24 - Industritorget