Slik måler du en fjær som skal erstattes

En fjær ryker eller blir slitt i en maskin, det finnes ingen tegning, og artikkelnummeret fra den opprinnelige bestillingen er for lengst borte. For vedlikeholdsavdelinger og maskinbyggere er dette en av de vanligste situasjonene som finnes. Den gode nyheten: med et skyvelære, en stållinjal og noen minutters nøyaktighet kan du beskrive nesten enhver trykkfjær, strekkfjær eller torsjonsfjær så godt at du finner en passende standardfjær. Denne guiden viser hva du skal måle, i hvilken rekkefølge, og hvordan du kontrollerer tallene før du bestiller.

Før du starter: verktøy og grunnregler

Du trenger ikke et laboratorium. Et praktisk sett med verktøy er:

• Digitalt skyvelære for ytre diameter, fri lengde og tråddiameter.
• Mikrometer (valgfritt) for mer nøyaktig tråddiameter, særlig på tynn tråd.
• Stållinjal og en plan flate for lange fjærer.
• Vinkelmåler for beinvinkelen på torsjonsfjærer.
• Tusjpenn for å merke startpunktet når du teller vindinger.

Tre grunnregler gjør resultatet langt sikrere:

1. Mål fjæren ubelastet, aldri mens den er montert eller blir klemt sammen av skyvelærets kjefter.
2. Gjør hver måling minst tre ganger på forskjellige steder. Bruk gjennomsnittet, eller den største verdien for ytre diameter.
3. Mål om mulig en fjær som ikke har vært i bruk, for eksempel tvillingen på den andre siden av maskinen. En fjær som har jobbet i flere år, kan ha mistet noe av sin frie lengde.

Trinn 1: Finn fjærtypen

Typen avgjør hvilke mål som betyr noe. En trykkfjær har mellomrom mellom vindingene og presses sammen i bruk. En strekkfjær har vindinger som ligger mot hverandre i ubelastet tilstand og kroker eller øyer i endene, og den trekkes ut. En torsjonsfjær har bein som stikker ut fra fjærkroppen og arbeider ved å vris rundt sin akse. Verktøyfjærer, tallerkenfjærer, bølgefjærer og gassfjærer identifiseres med andre data og behandles ikke i detalj her.

Trinn 2: Mål en trykkfjær

Tråddiameter (d)

Mål tråden på en rett del av en vinding, et stykke fra de slipte endene. Drei fjæren og ta flere målinger. Hvis fjæren er lakkert eller overflatebehandlet, øker belegget måleverdien, så mål der det er slitt eller trekk fra tykkelsen. Vær nøyaktig her: tråddiameteren påvirker fjærkonstanten mest, og en feil på 5 % i tråddiameteren endrer den beregnede fjærkonstanten med mer enn 20 %.

Ytre diameter (De)

Mål over vindingene flere steder langs fjæren og noter den største verdien. Ytre diameter er det som må få plass i et hull. Indre diameter (Di) er ytre diameter minus to tråddiametre og har betydning hvis fjæren sitter over en stang eller en pinne. Middeldiameteren som brukes i beregninger, er D = De minus d.

Fri lengde (L0)

Sett fjæren på en plan flate og mål totallengden uten last. For lange fjærer bruker du en stållinjal mot en vinkel. Noter også montert lengde i maskinen og lengden ved slutten av arbeidsslaget. Disse to verdiene definerer arbeidsområdet erstatningsfjæren må klare.

Antall vindinger og endeutførelse

Merk trådens spiss i den ene enden, og tell deretter hver hele vinding langs den ene siden av fjæren til du når den andre spissen. Ta med halve og kvarte vindinger. Det gir totalt antall vindinger (nt). Se deretter på endene:

• Lukket og slipt: endevindingen ligger mot neste vinding og er planslipt, slik at fjæren står oppreist av seg selv.
• Lukket, ikke slipt: endevindingen er lukket, men ikke plan.
• Åpen: stigningen fortsetter helt ut til spissen.

For lukkede ender er antall fjærende vindinger normalt totalt antall minus to (n = nt minus 2), fordi de lukkede endevindingene ikke fjærer. Det er de fjærende vindingene du trenger for å beregne fjærkonstanten.

Viklingsretning og materiale

Hold fjæren oppreist og se på vindingene som vender mot deg. Hvis de stiger mot høyre, som en vanlig skruegjenge, er fjæren høyreviklet. De fleste trykkfjærer er høyreviklet, og for en enkelt fjær har retningen sjelden betydning. Den har betydning når to fjærer sitter inni hverandre, eller når fjæren skrus på en gjenget del.

Når det gjelder materiale, gir en magnet et første hint. Karbonstål for fjærer er sterkt magnetisk. Rustfri fjærtråd som 1.4310 er som regel bare svakt magnetisk, men kaldtrekking gjør den delvis magnetisk, så en magnettest alene beviser ikke materialet. Se også på miljøet: en fjær i et vått miljø eller i næringsmiddelutstyr var mest sannsynlig rustfri.

Trinn 3: Mål en strekkfjær

Tråddiameter og ytre diameter måles på samme måte som for en trykkfjær. Forskjellene ligger i lengden og endene.

• Fri lengde (L0): måles på den ubelastede fjæren fra innsiden av det ene øyet til innsiden av det andre. Slik angir EN 13906-2 og de fleste kataloger målet, så oppgi det alltid på denne måten.
• Kroppslengde (LK): lengden på bare den viklede delen. Med vindinger som ligger mot hverandre er den omtrent antall kroppsvindinger pluss én, ganget med tråddiameteren, noe som er en nyttig kontroll av tellingen.
• Øyets type og plassering: noter om endene er hele øyer, kroker eller rette ender, om øyet sitter i midten eller på siden, og vinkelen mellom de to øyene (på linje eller dreid 90 grader).
• Øyets åpning: mål spalten og den indre diameteren på øyet, slik at erstatningsfjæren passer pinnen eller bolten i maskinen.

Strekkfjærer har også forspenning, en innebygd kraft som holder vindingene sammen. Du kan anslå den ved å henge opp fjæren og legge på kjente vekter til en tynn spalte akkurat blir synlig mellom vindingene. Anslaget er grovt, men det viser om erstatningsfjæren skal åpne lett eller sitte stramt. Med kalkulatoren for strekkfjærer kan du kontrollere kraft, forspenning og forlengelse for en gitt størrelse.

Trinn 4: Mål en torsjonsfjær

For en torsjonsfjær noterer du tråddiameter, ytre diameter og antall kroppsvindinger som over, og legger deretter til:

• Indre diameter og akseldiameter. Vindingsdiameteren blir mindre under last, så det må være klaring til akselen eller pinnen.
• Beinlengder, målt fra fjærkroppens senterakse til enden av hvert bein, og beinenes form (rette, bøyde eller med krok).
• Fri beinvinkel: vinkelen mellom de to beina uten last, målt med vinkelmåler.
• Viklingsretning: venstre eller høyre. For torsjonsfjærer er dette avgjørende, fordi fjæren må belastes i den retningen som strammer vindingene. En fjær med motsatt vikling fungerer ikke i samme montering.
• Arbeidsvinkel: hvor langt beina dreies i maskinen mellom åpen og lukket stilling.

Trinn 5: Kontroller tallene med en beregning

Før du søker, kontroller at målingene er rimelige. For trykk- og strekkfjærer følger fjærkonstanten av målene med standardformelen i EN 13906:

R = G × d⁴ / (8 × D³ × n)

R er fjærkonstanten i N/mm, G skjærmodulen (omtrent 81 500 N/mm² for fjærstål og omtrent 70 000 N/mm² for rustfritt 1.4310), d tråddiameteren, D middeldiameteren og n antall fjærende vindinger. Fjærkalkulatoren gjør dette for deg og hjelper deg også å finne passende størrelser. Teorien bak finner du i Hva er fjærkonstant, og hvordan beregner du den?

Regneeksempel

En tekniker måler en slitt trykkfjær fra en beskyttelsesluke:

Måling	Verdi
Ytre diameter De	20,0 mm
Tråddiameter d	2,0 mm
Fri lengde L0	50,0 mm
Totalt antall vindinger nt	9,5
Ender	Lukket og slipt
Materiale	Sterkt magnetisk, fjærstål
Montert lengde / slutten av slaget	40 mm / 30 mm

Middeldiameter D = 20,0 minus 2,0 = 18,0 mm. Fjærende vindinger n = 9,5 minus 2 = 7,5. Fjærkonstanten blir R = 81 500 × 2,0⁴ / (8 × 18,0³ × 7,5) = 1 304 000 / 349 920, altså omtrent 3,7 N/mm.

Ved montert lengde er fjæren presset sammen 10 mm og gir omtrent 37 N. Ved slutten av slaget er den presset sammen 20 mm og gir omtrent 75 N. Blokklengden for en lukket og slipt fjær er omtrent nt × d = 19 mm, så det er 11 mm margin igjen ved 30 mm. Tallene henger sammen.

En rask fysisk kontroll: press fjæren ned til 40 mm på en bordvekt. Den bør vise nær 3,8 kg (37 N). Hvis verdien avviker mye, tell vindingene på nytt eller mål tråden igjen. Med en bekreftet fjærkonstant på omtrent 3,7 N/mm kan du nå se etter en fjær med De 20 mm, d 2,0 mm og L0 rundt 50 mm, og sammenligne kreftene ved 40 mm og 30 mm.

Trinn 6: Velg erstatningsfjær

En erstatningsfjær trenger sjelden å stemme nøyaktig på alle tall. Gå gjennom kravene i denne rekkefølgen:

1. Passform: ytre diameter må gå fritt i hullet og indre diameter fritt over stangen, med plass til diameterendringen under last.
2. Kraft: kraften ved montert lengde og ved slutten av slaget bør ligge nær originalen.
3. Slaglengde: erstatningsfjæren må ikke nå blokklengde (eller maksimal forlengelse) innenfor arbeidsslaget.
4. Materiale og ender: tilpass til miljøet og til anlegg eller feste.

Med disse dataene kan du filtrere trykkfjærer, strekkfjærer eller torsjonsfjærer etter diameter, tråd, lengde og fjærkonstant. Hvis den opprinnelige fjæren røk tidlig, se byttet som en mulighet til forbedring: litt tykkere tråd, lavere arbeidsspenning eller et korrosjonsbestandig materiale kan gi mye lengre levetid.

Rask sjekkliste

Fjærtype	Mål
Trykkfjær	d, De, L0, totalt antall vindinger, endeutførelse, montert lengde og arbeidslengde
Strekkfjær	d, De, L0 innenfor øyene, kroppsvindinger, øyets type, plassering og åpning, anslått forspenning
Torsjonsfjær	d, De, Di, akseldiameter, kroppsvindinger, beinlengder og form, fri beinvinkel, viklingsretning, arbeidsvinkel

Vanlige spørsmål

Hva gjør jeg hvis den gamle fjæren er knekt eller har blitt kortere?

Mål tråddiameter, ytre diameter og vindinger på den største hele biten. For fri lengde kan du måle en ubrukt tvillingfjær hvis det finnes en, eller regne baklengs fra montert lengde og kraften mekanismen trenger. En fjær som har satt seg, er kortere enn da den var ny.

Hvor nøyaktige må målingene være?

Tråddiameteren bør måles på 0,01 mm når det er mulig, fordi den styrer fjærkonstanten. Ytre diameter og fri lengde på omtrent 0,1 mm er normalt nok. Standardfjærer produseres i definerte toleranseklasser, for trykkfjærer etter EN 15800, så små forskjeller mellom målingen din og katalogverdien er å forvente.

Kan jeg bruke en fjær med litt andre mål?

Ofte ja. Hvis passformen stemmer og kreftene ved montert lengde og arbeidslengde ligger nær originalen, er en liten forskjell i fri lengde eller antall vindinger som regel akseptabel. Kontroller marginen til blokklengde på nytt med den nye fjæren.

Har viklingsretningen betydning?

For en enkelt trykk- eller strekkfjær har den sjelden det. For torsjonsfjærer har den det alltid, og for trykkfjærer som sitter inni hverandre bør den indre og den ytre fjæren være viklet i motsatt retning, slik at de ikke hekter seg i hverandre.