Sådan måler du en fjeder, der skal udskiftes

En fjeder knækker eller bliver slidt i en maskine, der findes ingen tegning, og varenummeret fra den oprindelige ordre er for længst væk. For vedligeholdelsesafdelinger og maskinbyggere er det en af de mest almindelige situationer. Den gode nyhed: med en skydelære, en stållineal og nogle minutters omhu kan du beskrive næsten enhver trykfjeder, trækfjeder eller torsionsfjeder så præcist, at du finder en passende standardfjeder. Denne guide viser, hvad du skal måle, i hvilken rækkefølge, og hvordan du kontrollerer dine tal, før du bestiller.

Før du starter: værktøj og grundregler

Du behøver ikke et laboratorium. Et praktisk sæt værktøj er:

• Digital skydelære til udvendig diameter, fri længde og tråddiameter.
• Mikrometer (valgfrit) til en mere præcis tråddiameter, især på tynd tråd.
• Stållineal og en plan flade til lange fjedre.
• Vinkelmåler til benvinklen på torsionsfjedre.
• Tusch til at markere startpunktet, når du tæller vindinger.

Tre grundregler gør resultatet langt mere pålideligt:

1. Mål fjederen ubelastet, aldrig mens den er monteret eller bliver klemt sammen af skydelærens kæber.
2. Foretag hver måling mindst tre gange forskellige steder. Brug gennemsnittet, eller den største værdi for udvendig diameter.
3. Mål om muligt en fjeder, der ikke har været i brug, for eksempel tvillingen i den anden side af maskinen. En fjeder, der har arbejdet i flere år, kan have mistet en del af sin frie længde.

Trin 1: Bestem fjedertypen

Typen afgør, hvilke mål der betyder noget. En trykfjeder har mellemrum mellem vindingerne og trykkes sammen i brug. En trækfjeder har vindinger, der ligger mod hinanden i ubelastet tilstand, og kroge eller øjer i enderne, og den trækkes ud. En torsionsfjeder har ben, der stikker ud fra fjederkroppen, og arbejder ved at blive drejet om sin akse. Værktøjsfjedre, tallerkenfjedre, bølgefjedre og gasfjedre identificeres ud fra andre data og behandles ikke i detaljer her.

Trin 2: Mål en trykfjeder

Tråddiameter (d)

Mål tråden på en lige del af en vinding, et stykke fra de slebne ender. Drej fjederen og tag flere målinger. Hvis fjederen er lakeret eller overfladebehandlet, øger belægningen måleværdien, så mål hvor den er slidt, eller træk tykkelsen fra. Vær præcis her: tråddiameteren påvirker fjederkonstanten mest, og en fejl på 5 % i tråddiameteren ændrer den beregnede fjederkonstant med mere end 20 %.

Udvendig diameter (De)

Mål over vindingerne flere steder langs fjederen og noter den største værdi. Den udvendige diameter er det, der skal passe ind i en boring. Den indvendige diameter (Di) er den udvendige diameter minus to tråddiametre og har betydning, hvis fjederen sidder over en stang eller en stift. Middeldiameteren, der bruges i beregninger, er D = De minus d.

Fri længde (L0)

Stil fjederen på en plan flade og mål den samlede længde uden belastning. Til lange fjedre bruger du en stållineal mod en vinkel. Noter også den monterede længde i maskinen og længden ved slutningen af arbejdsslaget. De to værdier definerer det arbejdsområde, som erstatningsfjederen skal klare.

Antal vindinger og endeudførelse

Marker trådens spids i den ene ende, og tæl derefter hver hele vinding langs den ene side af fjederen, indtil du når den anden spids. Medtag halve og kvarte vindinger. Det giver det samlede antal vindinger (nt). Se derefter på enderne:

• Lukkede og slebne: endevindingen ligger mod den næste vinding og er planslebet, så fjederen står oprejst af sig selv.
• Lukkede, ikke slebne: endevindingen er lukket, men ikke plan.
• Åbne: stigningen fortsætter helt ud til spidsen.

Ved lukkede ender er antallet af fjedrende vindinger normalt det samlede antal minus to (n = nt minus 2), fordi de lukkede endevindinger ikke fjedrer. Det er de fjedrende vindinger, du skal bruge til at beregne fjederkonstanten.

Viklingsretning og materiale

Hold fjederen oprejst og se på de vindinger, der vender mod dig. Hvis de stiger mod højre, som et almindeligt skruegevind, er fjederen højreviklet. De fleste trykfjedre er højreviklede, og for en enkelt fjeder betyder retningen sjældent noget. Den betyder noget, når to fjedre sidder inden i hinanden, eller når fjederen skrues på en gevinddel.

Hvad angår materiale, giver en magnet et første fingerpeg. Kulstofstål til fjedre er stærkt magnetisk. Rustfri fjedertråd som 1.4310 er som regel kun svagt magnetisk, men koldtrækning gør den delvist magnetisk, så en magnettest alene beviser ikke materialet. Se også på miljøet: en fjeder i et vådt miljø eller i fødevareudstyr var sandsynligvis rustfri.

Trin 3: Mål en trækfjeder

Tråddiameter og udvendig diameter måles på samme måde som for en trykfjeder. Forskellene ligger i længden og enderne.

• Fri længde (L0): måles på den ubelastede fjeder fra indersiden af det ene øje til indersiden af det andet. Sådan angiver EN 13906-2 og de fleste kataloger målet, så angiv det altid på denne måde.
• Kropslængde (LK): længden af kun den viklede del. Med vindinger, der ligger mod hinanden, er den cirka antallet af kropsvindinger plus én, ganget med tråddiameteren, hvilket er en nyttig kontrol af din optælling.
• Øjets type og placering: noter, om enderne er hele øjer, kroge eller lige ender, om øjet sidder i midten eller i siden, og vinklen mellem de to øjer (på linje eller drejet 90 grader).
• Øjets åbning: mål spalten og øjets indvendige diameter, så erstatningsfjederen passer til stiften eller bolten i maskinen.

Trækfjedre har også forspænding, en indbygget kraft, der holder vindingerne sammen. Du kan anslå den ved at hænge fjederen op og påføre kendte vægte, indtil en tynd spalte netop bliver synlig mellem vindingerne. Skønnet er groft, men det viser, om erstatningsfjederen skal åbne let eller sidde stramt. Med beregneren til trækfjedre kan du kontrollere kraft, forspænding og forlængelse for en given størrelse.

Trin 4: Mål en torsionsfjeder

For en torsionsfjeder noterer du tråddiameter, udvendig diameter og antal kropsvindinger som ovenfor og tilføjer derefter:

• Indvendig diameter og akseldiameter. Vindingsdiameteren bliver mindre under belastning, så der skal være frigang til akslen eller stiften.
• Benlængder, målt fra fjederkroppens centerakse til enden af hvert ben, og benenes form (lige, bukkede eller med krog).
• Fri benvinkel: vinklen mellem de to ben uden belastning, målt med en vinkelmåler.
• Viklingsretning: venstre eller højre. For torsionsfjedre er det afgørende, fordi fjederen skal belastes i den retning, der strammer vindingerne. En fjeder med modsat vikling fungerer ikke i samme montering.
• Arbejdsvinkel: hvor langt benene drejes i maskinen mellem åben og lukket stilling.

Trin 5: Kontroller tallene med en beregning

Før du søger, så kontroller, at målingerne er rimelige. For tryk- og trækfjedre følger fjederkonstanten af målene med standardformlen i EN 13906:

R = G × d⁴ / (8 × D³ × n)

R er fjederkonstanten i N/mm, G forskydningsmodulet (cirka 81.500 N/mm² for fjederstål og cirka 70.000 N/mm² for rustfrit 1.4310), d tråddiameteren, D middeldiameteren og n antallet af fjedrende vindinger. Fjederberegneren klarer det for dig og hjælper dig også med at finde passende størrelser. Teorien bag finder du i Hvad er fjederkonstant, og hvordan beregner man den?

Regneeksempel

En tekniker måler en slidt trykfjeder fra en beskyttelseslåge:

Måling	Værdi
Udvendig diameter De	20,0 mm
Tråddiameter d	2,0 mm
Fri længde L0	50,0 mm
Samlet antal vindinger nt	9,5
Ender	Lukkede og slebne
Materiale	Stærkt magnetisk, fjederstål
Monteret længde / slutningen af slaget	40 mm / 30 mm

Middeldiameter D = 20,0 minus 2,0 = 18,0 mm. Fjedrende vindinger n = 9,5 minus 2 = 7,5. Fjederkonstanten bliver R = 81.500 × 2,0⁴ / (8 × 18,0³ × 7,5) = 1.304.000 / 349.920, altså cirka 3,7 N/mm.

Ved monteret længde er fjederen trykket 10 mm sammen og giver cirka 37 N. Ved slutningen af slaget er den trykket 20 mm sammen og giver cirka 75 N. Bloklængden for en lukket og slebet fjeder er cirka nt × d = 19 mm, så der er 11 mm margin tilbage ved 30 mm. Tallene hænger sammen.

En hurtig fysisk kontrol: tryk fjederen ned til 40 mm på en bordvægt. Den bør vise tæt på 3,8 kg (37 N). Hvis værdien afviger meget, så tæl vindingerne igen eller mål tråden på ny. Med en bekræftet fjederkonstant på cirka 3,7 N/mm kan du nu søge efter en fjeder med De 20 mm, d 2,0 mm og L0 omkring 50 mm og sammenligne kræfterne ved 40 mm og 30 mm.

Trin 6: Vælg erstatningsfjederen

En erstatningsfjeder behøver sjældent at passe præcist på alle tal. Gå kravene igennem i denne rækkefølge:

1. Pasform: den udvendige diameter skal gå frit i boringen og den indvendige diameter frit over stangen, med plads til diameterændringen under belastning.
2. Kraft: kraften ved monteret længde og ved slutningen af slaget skal ligge tæt på originalen.
3. Vandring: erstatningsfjederen må ikke nå bloklængde (eller maksimal forlængelse) inden for arbejdsslaget.
4. Materiale og ender: tilpas til miljøet og til anlæg eller fastgørelse.

Med disse data kan du filtrere trykfjedre, trækfjedre eller torsionsfjedre efter diameter, tråd, længde og fjederkonstant. Hvis den oprindelige fjeder knækkede tidligt, så se udskiftningen som en chance for forbedring: en lidt kraftigere tråd, en lavere arbejdsspænding eller et korrosionsbestandigt materiale kan give en markant længere levetid.

Hurtig tjekliste

Fjedertype	Mål
Trykfjeder	d, De, L0, samlet antal vindinger, endeudførelse, monteret længde og arbejdslængde
Trækfjeder	d, De, L0 inden for øjerne, kropsvindinger, øjets type, placering og åbning, anslået forspænding
Torsionsfjeder	d, De, Di, akseldiameter, kropsvindinger, benlængder og form, fri benvinkel, viklingsretning, arbejdsvinkel

Ofte stillede spørgsmål

Hvad gør jeg, hvis den gamle fjeder er knækket eller er blevet kortere?

Mål tråddiameter, udvendig diameter og vindinger på det største hele stykke. Til den frie længde kan du måle en ubrugt tvillingfjeder, hvis der findes en, eller regne baglæns fra den monterede længde og den kraft, mekanismen har brug for. En fjeder, der har sat sig, er kortere, end da den var ny.

Hvor præcise skal målingerne være?

Tråddiameteren bør måles med 0,01 mm nøjagtighed, når det er muligt, fordi den styrer fjederkonstanten. Udvendig diameter og fri længde med cirka 0,1 mm er normalt nok. Standardfjedre fremstilles i definerede toleranceklasser, for trykfjedre efter EN 15800, så små forskelle mellem din måling og katalogværdien er forventelige.

Kan jeg bruge en fjeder med lidt andre mål?

Ofte ja. Hvis pasformen er rigtig, og kræfterne ved monteret længde og arbejdslængde ligger tæt på originalen, er en lille forskel i fri længde eller antal vindinger som regel acceptabel. Kontroller marginen til bloklængde igen med den nye fjeder.

Betyder viklingsretningen noget?

For en enkelt tryk- eller trækfjeder gør den sjældent. For torsionsfjedre gør den altid, og for trykfjedre, der sidder inden i hinanden, bør den indre og den ydre fjeder være viklet i modsat retning, så de ikke griber ind i hinanden.