Bruksområder for klokkefjærer: bilindustri, luftfart, medisinsk utstyr, elektronikk og mer

Hos Lesjöfors har vår 170 år lange produksjonshistorie gitt oss solid ekspertise på tvers av disse sektorene. I denne bloggen ser vi nærmere på hvor klokkefjærer brukes, hvordan de fungerer i ulike bruksområder, og hva du bør vurdere når du spesifiserer en fjær til din applikasjon.

Hva er en klokkefjær?

En klokkefjær, også kjent som en spiralformet vrifjær, består av et flatt metallbånd som er viklet til en tett, flat spiral, i motsetning til den runde trådspiralen de fleste forbinder med en fjær. Den flate, båndformede konstruksjonen gjør at fjæren kan levere et høyt dreiemoment på overraskende liten plass. Navnet klokkefjær kommer fra hovedfjæren i tradisjonelle opptrekksklokker.

Den ene enden av fjæren festes til en sentral aksel, mens den andre festes til et ytre hus eller en trommel. Når den ene enden roterer i forhold til den andre, vikles båndet strammere rundt akselen og lagrer energi. Denne energien kan deretter frigjøres som en jevn og kontrollert rotasjonskraft.

Vi går nærmere inn på mekanikken i guiden vår om hva en klokkefjær er og hvordan den fungerer. Kombinasjonen av kompakt størrelse og presis levering av dreiemoment forklarer hvorfor klokkefjærer brukes i så mange ulike bruksområder. I bilindustrien brukes betegnelsen klokkefjær også om en spiralformet elektrisk forbindelse som opprettholder kontakten mellom rattet og bilens elektroniske systemer.

Hvordan fungerer klokkefjærer?

Arbeidsprinsippet er enkelt, selv om teknikken bak ikke er det. Når den ytre enden av fjæren vikles rundt den faste akselen, strammes båndet og lagrer mekanisk energi. Når spenningen frigjøres, vikles fjæren ut over flere omdreininger og leverer et jevnt og forutsigbart dreiemoment, i stedet for en enkelt kraftig impuls.

Fordi spiralgeometrien er åpen og ikke tettpakket, holdes friksjonen mellom viklingene lav. Det bidrar til at fjæren fungerer stabilt fra syklus til syklus. Avhengig av materiale, konstruksjon og driftsforhold kan disse fjærene ha en levetid på alt fra flere tusen til godt over én million sykluser.

Det tilgjengelige dreiemomentet avhenger av hvor langt fjæren vikles, båndets tykkelse og bredde samt hvilket materiale den er laget av. Derfor handler valg av fjær like mye om applikasjonens belastningssyklus som om hvor mye plass som er tilgjengelig.

Bruksområder for klokkefjærer

Bruksområder i bilindustrien

Bilteknikk er et område der de fleste av oss ubevisst møter en klokkefjær hver eneste dag, som regel uten å tenke over det før noe går galt.

Klokkefjærer i styresystemer

Bak rattet sørger klokkefjæren for en kontinuerlig elektrisk forbindelse mellom det roterende rattet og de faste ledningene i dashbordet. Moderne ratt har strømførende forbindelser til førerens kollisjonspute, hornet og betjeningsknapper for lyd, cruisekontroll og telefonfunksjoner. Alle disse må fungere uansett hvilken vei rattet dreies.

I de fleste land krever sikkerhetsforskrifter for kjøretøy at systemer for beskyttelse av passasjerer, inkludert kollisjonsputer, fungerer pålitelig ved en kollisjon. Dette stiller strenge krav til alle komponentene i systemet, inkludert klokkefjæren. En slitt eller skadet klokkefjær er en vanlig årsak til at varsellampen for kollisjonsputen lyser, eller at knappene på rattet ikke fungerer. Pålitelighet er derfor ikke valgfritt, men et sikkerhetskrav. For å oppfylle disse kravene spesifiserer bilprodusenter klokkefjærer med strenge toleranser og lang utmattingslevetid. Dette er et område vi har omfattende erfaring med gjennom vårt arbeid med OEM-komponenter til bilindustrien.

Seteryggmekanismer, beltesneller og innvendige mekanismer

Borte fra rattstammen håndterer klokkefjærer en rekke mindre oppgaver inne i kjøretøyet. Mekanismer for justering av seteryggen bruker dem for jevn bevegelse med kontrollert motstand, beltesneller er avhengige av dem for å opprettholde jevn spenning, og ulike mekanismer i interiør og oppbevaringsløsninger bruker dem til selvlukkende eller selvreturnerende bevegelser. Disse funksjonene er ikke sikkerhetskritiske på samme måte som en kollisjonsputekrets, men de må fortsatt fungere pålitelig gjennom hele kjøretøyets levetid. Derfor støtter Lesjöfors både bilindustrien og produsenter innen ettermarkedet med både tilpassede erstatningsfjærer og spesialutviklede fjærløsninger.

Bruksområder innen luftfart

Bruksområder innen luftfart stiller større krav til en komponent enn nesten noen annen bransje: ekstreme temperatursvingninger, vibrasjoner, strenge vektkrav og i enkelte tilfeller ingen mulighet for reparasjon når et oppdrag først er i gang. Klokkefjærer leverer pålitelig, høy og repeterbar torsjonskraft i dette miljøet, uten volumet eller kompleksiteten til et motorisert alternativ.

Klokkefjærer brukes i utløsningsmekanismer, styresystemer og presisjonsinstrumentering, der en kompakt og selvstendig kilde til rotasjonskraft er å foretrekke fremfor ekstra elektronikk. 

Lesjöfors-komponenter har reist helt til Mars og bidratt i landingssystemet til NASAs Perseverance-rover. Prosjektet er omtalt i vår Mars 2020 case study og benyttet konstantkraftfjærer. Klokkefjærer brukes imidlertid også i luftfarts- og romfartskonstruksjoner der det kreves presis rotasjonsenergi på liten plass. Dette prosjektet illustrerer godt hvilke krav som stilles til fjærer i denne sektoren: De må fungere nøyaktig som de skal på første forsøk, uten mulighet for en ny sjanse. Utforsk hele vårt utvalg av løsninger for luftfart og romfart for å se hvordan vi støtter sektoren mer helhetlig.

Bruksområder innen medisinsk utstyr

Medisinsk utstyr utvikles kontinuerlig for å bli både mindre og mer pålitelig. Klokkefjærer gir en god balanse mellom disse behovene ved å levere jevn og kontrollert rotasjonsbevegelse samtidig som de tar svært liten plass. Den kompakte konstruksjonen gjør dem godt egnet til håndholdte kirurgiske instrumenter, systemer for legemiddeldosering og diagnostisk utstyr, der presisjon, pålitelighet og plassutnyttelse er avgjørende.

Fordi de ikke er avhengige av en motor, er de ofte et enklere og mer kostnadseffektivt valg i bruksområder som uttrekkbare nålemekanismer, kirurgiske verktøy og dreiehjul på bærbare måleenheter. Her er jevn bevegelse med lav friksjon viktigere enn variabel hastighetskontroll.

Fjærer som leveres til denne sektoren, produseres for å støtte samsvar med ISO 13485:2016, kvalitetsstandarden som er spesifikk for produksjon av medisinsk utstyr. Dette er særlig viktig når svikt i en komponent kan føre til en potensiell sikkerhetsrisiko. Les mer om vårt arbeid innen produksjon av medisinsk utstyr.

Bruksområder innen elektronikk og forbrukerprodukter

I elektronikk og forbrukerprodukter er klokkefjærer mekanismen bak uttrekkbare ledninger, fjærbelastede kontakter og roterende enheter i alt fra hodetelefoner til kamerautstyr. En klokkefjær kan lagre overraskende mye brukbar energi i et hus som bare er noen få millimeter tykt. Det er viktig i enheter der hver eneste kubikkmillimeter allerede er utnyttet.

De er også et vanlig valg i forbrukerprodukter der brukeropplevelsen er viktig: hengsler, dreiehjul og inntrekksmekanismer som skal gi jevn motstand i stedet for et brått rykk. Les mer om hvordan vi støtter elektronikkprodusenter med både standardfjærer og spesialtilpassede fjærløsninger.

Bruksområder innen industrimaskiner

På fabrikkgulvet brukes klokkefjærer der maskiner trenger en kontrollert roterende returbevegelse i stedet for ren lineær kraft.

Kabel- og slangeruller bruker dem for å gi jevn inntrekksspenning. Ventilaktuatorer og strømningskontrollmekanismer i hydrauliske systemer er avhengige av dem for presis og repeterbar bevegelse, mens ulike indekserings- og posisjoneringsmekanismer bruker dem til automatisk å føre komponenter tilbake til utgangsposisjonen.

Disse bruksområdene stiller også høye krav. Industrielt utstyr er ofte i kontinuerlig drift, så utmattingsbestandighet og et jevnt dreiemoment over millioner av sykluser er like viktige som fjærens opprinnelige spesifikasjon. På sidene våre om hydraulikk og energi kan du lese mer om det vi leverer til denne typen industrielle bruksområder.

Slik velger du riktig klokkefjær til din applikasjon

Med så mange ulike bruksområder for klokkefjærer finnes det ingen enkelt spesifikasjon som passer til alle behov. Noen faktorer er likevel spesielt viktige:

• Dreiemoment og rotasjonsvinkel: hvor mye kraft som kreves, og over hvor mange grader eller omdreininger
• Materiale: rustfritt stål, høyfast fjærstål eller spesiallegeringer som Inconel, avhengig av driftsmiljøet
• Levetid: hvor mange ganger fjæren skal vikles opp og av gjennom hele levetiden
• Plassbegrensninger: tilgjengelig diameter og aksial tykkelse, siden klokkefjærer ofte velges nettopp for trange og flate installasjonsrom
• Miljøforhold: ekstreme temperaturer, fuktighet eller korrosiv påvirkning som kan ha betydning for valg av materiale og overflatebehandling

Når disse detaljene er riktige fra starten av, reduserer du risikoen for tidlig svikt og kostbare redesign senere.

Spesialtilpassede klokkefjærer fra Lesjöfors

Lesjöfors designer og produserer klokkefjærer for både standard- og spesialtilpassede bruksområder, i materialer fra rustfritt stål til høyfast fjærstål og spesiallegeringer. Våre ingeniører samarbeider direkte med kundene for å definere dreiemomentområde, rotasjonsvinkel, materiale og monteringsløsning. Arbeidet støttes av sertifiserte kvalitetssystemer, inkludert ISO 9001, ISO 14001 og ISO 45001, samt ISO 13485 for arbeid innen medisinsk sektor.

Enten du trenger en fjær fra vårt omfattende standardsortiment eller en fullt spesialtilpasset løsning utviklet for din applikasjon, kan teamet vårt hjelpe deg med å spesifisere riktig fjær for behovet.

Utforsk hele vårt utvalg av klokkefjærer, eller ta kontakt for å diskutere prosjektet ditt.