Anvendelser af spiral-torsionsfjedre: bilindustrien, luft- og rumfart, medicoteknik, elektronik og meget mere

Hos Lesjöfors har vores 170 års erfaring med produktion givet os omfattende ekspertise inden for disse sektorer. I dette blogindlæg ser vi nærmere på, hvor spiral-torsionsfjedre anvendes, hvordan de fungerer i forskellige miljøer, og hvad du bør overveje, når du vælger en fjeder til din anvendelse.

Hvad er en spiral-torsionsfjedre?

En spiral-torsionsfjedre består af en flad metalstrimmel, der er viklet til en tæt, flad spiral, i stedet for den rundtrådsspiral, som de fleste forbinder med en fjeder. Den flade, båndlignende konstruktion gør det muligt at levere et højt drejningsmoment på meget lidt plads. Det er også grunden til, at betegnelserne "spiral-torsionsfjedre" og "urfjeder" ofte bruges om hinanden. Navnet urfjeder stammer fra drivfjederen i et traditionelt optræksur.

Den ene ende af fjederen er fastgjort til en central aksel, mens den anden er fastgjort til et ydre hus eller en tromle. Når den ene ende drejer i forhold til den anden, vikles strimlen strammere omkring akslen og lagrer energi. Energien kan derefter frigives som en jævn og kontrolleret rotationskraft.

Vi beskriver mekanikken mere detaljeret i vores guide til hvad en urfjeder er, og hvordan den fungerer. Kombinationen af kompakt størrelse og præcis levering af drejningsmoment forklarer, hvorfor spiral-torsionsfjedre anvendes i så mange forskellige sammenhænge.

Hvordan fungerer spiral-torsionsfjedre?

Funktionsprincippet er enkelt, selv om den tekniske konstruktion bag ikke er det. Når fjederens ydre ende vikles omkring den faste aksel, strammes metalbåndet og lagrer mekanisk energi. Når spændingen frigives, vikler fjederen sig ud over flere omdrejninger og afgiver drejningsmomentet jævnt og forudsigeligt i stedet for i ét pludseligt ryk.

Fordi spiralens geometri er åben og ikke tæt pakket, forbliver friktionen mellem vindingerne lav. Det bidrager til en ensartet ydeevne fra cyklus til cyklus. Afhængigt af materiale, konstruktion og driftsforhold kan disse fjedre opnå en levetid på alt fra flere tusinde til langt over en million cyklusser.

Det tilgængelige drejningsmoment afhænger af, hvor langt fjederen vikles op, metalbåndets tykkelse og bredde samt det materiale, den er fremstillet af. Derfor handler valget af fjeder både om anvendelsens belastningscyklus og den tilgængelige plads.

Anvendelser af spiral-torsionsfjedre

Anvendelser i bilindustrien

Det er i bilindustrien, at de fleste mennesker - uden at vide det - støder på spiral-torsionsfjedre i hverdagen. Som regel tænker man først over den, når noget går galt.

Urfjedre i styresystemer

Urfjederen sidder bag rattet og opretholder en konstant elektrisk forbindelse mellem det drejelige rat og de faste ledninger i instrumentbrættet. Moderne rat har elektriske forbindelser til førerairbaggen, hornet samt betjeningsknapper til lydsystem, fartpilot og telefonfunktioner. Alle disse systemer skal fungere, uanset hvilken retning rattet drejes.

I Storbritannien kræver reglerne om køretøjssikkerhed, at systemer til beskyttelse af passagerer, herunder airbags, fungerer pålideligt ved en kollision. Det stiller store krav til alle komponenter i kredsløbet, også urfjederen. De relevante krav er fastlagt i Storbritanniens videreførte regelværk og typegodkendelsessystem, herunder UNECE-regulativ nr. 94 om beskyttelse ved frontalkollision. En slidt eller beskadiget fjeder er en almindelig årsag til, at airbagadvarselslampen lyser, eller at betjeningsknapperne på rattet ikke reagerer. Pålidelighed er derfor et afgørende sikkerhedskrav. For at opfylde disse krav specificerer bilproducenter spiral-torsionsfjedre med snævre tolerancer og lang udmattelseslevetid. Det er et område, vi understøtter tæt gennem vores arbejde med automotive OEM.

Sæderygsjusteringer, oprulningsmekanismer og interiørmekanismer

Uden for ratstammen udfører spiral-torsionsfjedre stille og effektivt en lang række mindre opgaver i bilen. Mekanismer til justering af sæderyggen bruger dem til jævn bevægelse med kontrolleret modstand. Seleretraktorer er afhængige af dem for at opretholde en ensartet spænding. Forskellige mekanismer i interiørbeklædning og opbevaringsløsninger bruger dem til selvlukkende eller selvtilbageførende bevægelser. Disse funktioner er ikke sikkerhedskritiske på samme måde som et airbagsystem, men de skal stadig fungere pålideligt gennem hele bilens levetid. Derfor støtter Lesjöfors både bilindustrien og producenter på eftermarkedet med tilpassede erstatningsfjedre og kundespecifikt udviklede fjedre.

Anvendelser inden for luft- og rumfart

Anvendelser inden for luft- og rumfart stiller større krav til komponenter end næsten nogen anden branche: ekstreme temperatursvingninger, vibrationer, strenge vægtkrav og i nogle tilfælde ingen mulighed for reparation, når en mission først er i gang. Spiraltorsionsfjedre leverer et højt og reproducerbart drejningsmoment med stor pålidelighed i dette miljø, uden den ekstra vægt og kompleksitet, som en motoriseret løsning medfører.

spiral-torsionsfjedre anvendes i udfoldningsmekanismer, styresystemer og præcisionsinstrumenter, hvor en kompakt og selvstændig kilde til rotationskraft er at foretrække frem for ekstra elektronik.

Lesjöfors-komponenter er fløjet helt til Mars og har understøttet landingsstelssystemet på NASA's Perseverance-rover. Projektet, som er beskrevet i vores Mars 2020-case, anvendte rollfjedre. spiral-torsionsfjedre bruges dog også i konstruktioner til luft- og rumfart, hvor der kræves præcis rotationsenergi på meget lidt plads. Projektet illustrerer tydeligt, hvad der forventes af fjedre i denne sektor: De skal fungere korrekt første gang, fordi der ikke er mulighed for et nyt forsøg. Udforsk vores komplette udvalg af løsninger til luft- og rumfart, og se, hvordan vi understøtter branchen bredt.

Anvendelser i medicinsk udstyr

Medicinsk udstyr udvikles hele tiden for at blive både mindre og mere pålideligt. spiral-torsionsfjedre skaber en god balance mellem de to ved at levere en jævn og kontrolleret rotationsbevægelse på meget lidt plads. Det kompakte design gør dem velegnede til håndholdte kirurgiske instrumenter, systemer til lægemiddeladministration og diagnostisk udstyr, hvor præcision, pålidelighed og pladseffektivitet er afgørende.

Da de ikke kræver en motor, er de ofte den enklere og mere omkostningseffektive løsning i anvendelser som indtrækkelige nålemekanismer, kirurgiske værktøjer og drejeknapper på bærbare monitorer. Her er ensartet bevægelseskontrol med lav friktion vigtigere end variabel hastighedsstyring.

Fjedre til denne sektor fremstilles med henblik på at understøtte overholdelse af ISO 13485:2016, kvalitetsstandarden for fremstilling af medicinsk udstyr. Det er særligt vigtigt, når fejl i en komponent kan medføre en sikkerhedsrisiko. Læs mere om vores arbejde inden for fremstilling af medicinsk udstyr..

Anvendelser i elektronik og forbrugerprodukter

I elektronik og forbrugerprodukter er spiral-torsionsfjedre mekanismen bag indtrækkelige ledninger, fjederbelastede stik og roterende samlinger i alt fra hovedtelefoner til kameraudstyr. En spiral-torsionsfjedre kan lagre en overraskende stor mængde brugbar energi i et hus, der kun er få millimeter tykt. Det er vigtigt i enheder, hvor hver kubikmillimeter allerede er udnyttet.

De er også et almindeligt valg i forbrugerprodukter, der skal føles behagelige at bruge. Det gælder blandt andet hængsler, drejeknapper og indtrækningsmekanismer, som skal give en ensartet modstand frem for et pludseligt ryk. Se mere om, hvordan vi understøtter elektronikproducenter med både lagerfjedre og kundetilpassede fjederløsninger.

Anvendelser i industrimaskiner

På fabriksgulvet anvendes spiral-torsionsfjedre overalt, hvor maskiner har brug for en kontrolleret roterende tilbagebevægelse frem for ren lineær kraft.

Kabel- og slangetromler bruger dem til at skabe en konstant tilbagetrækningskraft. Ventilaktuatorer og flowreguleringsmekanismer i hydrauliske systemer er afhængige af dem for at sikre præcis og gentagelig bevægelse. Forskellige indekserings- og positioneringsmekanismer bruger dem desuden til automatisk at føre komponenter tilbage til deres udgangsposition.

Disse anvendelser stiller også høje krav. Industrielt udstyr kører ofte kontinuerligt, så udmattelsesbestandighed og et ensartet drejningsmoment over millioner af cyklusser er lige så vigtige som fjederens oprindelige specifikation. På vores sider om hydraulik og energi kan du læse mere om de løsninger, vi leverer til denne type industrielle miljøer.

Valg af spiral-torsionsfjedre til din anvendelse

På grund af de mange forskellige anvendelser af spiral-torsionsfjedre findes der ikke én specifikation, der passer til alle opgaver. Nogle faktorer er særligt vigtige:

• Drejningsmoment og rotationsvinkel: Hvor stor kraft er nødvendig, og over hvor mange grader eller omdrejninger skal fjederen arbejde?

• Materiale: Rustfrit stål, højstyrkefjederstål eller speciallegeringer som Inconel, afhængigt af driftsmiljøet.

• Levetid: Hvor mange gange skal fjederen spændes og afspændes i løbet af sin levetid?

• Pladsforhold: Tilgængelig diameter og aksial tykkelse, da spiral-torsionsfjedre netop vælges til kompakte og flade installationsrum.

Når disse forhold fastlægges korrekt fra begyndelsen, kan du undgå for tidlige fejl og dyre omkonstruktioner senere.

Kundetilpassede spiral-torsionsfjedre fra Lesjöfors

Lesjöfors designer og producerer spiral-torsionsfjedre til både lagerførte og kundetilpassede anvendelser. Materialerne spænder fra rustfrit stål og højstyrkefjederstål til speciallegeringer. Vores ingeniører arbejder direkte sammen med kunderne om at fastlægge drejningsmoment, rotationsvinkel, materiale og monteringsform. Arbejdet understøttes af certificerede kvalitetsledelsessystemer herunder ISO 9001, ISO 14001 og ISO 45001 samt ISO 13485 til opgaver inden for medicoteknik.

Uanset om du har brug for en fjeder fra vores omfattende lagerprogram eller en fuldt kundetilpasset løsning udviklet til din anvendelse, kan vores team hjælpe med at specificere den rette fjeder til opgaven.

Udforsk hele vores udvalg af spiral-torsionsfjedre, eller kontakt os for at drøfte dit projekt.