Klockfjädrarnas dolda roll i bilar: viktigaste funktionerna

På Lesjöfors är vi marknadsledande inom precisionsfjädrar och banddetaljer för fordonsindustrin, både för OEM-tillverkare och eftermarknaden. Vi har konstruerat kundanpassade klockfjädrar för att lösa olika tekniska utmaningar inom fordonsindustrin.

I den här artikeln går vi igenom vilken viktig roll klockfjädrar spelar i bilar, hur du känner igen tecken på fel i komponenten och vad OEM-tillverkare bör tänka på under konstruktionsfasen.

Vad är en klockfjäder i en bil? 

En klockfjäder i en bil består av ett spirallindat, elektriskt ledande band som är placerat i en roterande kassett mellan ratten och rattstången. Klockfjäderns uppgift är att säkerställa en obruten elektrisk förbindelse mellan fordonets kablage och komponenterna i ratten, framför allt förarens krockkudde.

Namnet kommer från de drivfjädrar som används i traditionella urverk, där ett spirallindat band av fjäderstål driver mekanismen. Vill du veta mer om hur den här typen av fjädrar fungerar och används inom olika branscher kan du läsa vår guide om vad klockfjädrar är.

Eftersom föraren måste kunna vrida ratten flera varv mellan dess ytterlägen skulle en vanlig, fast kabel vridas sönder. Klockfjädern löser problemet genom att lindas upp och av i takt med rattens rörelser, vilket håller de elektriska kretsarna obrutna oavsett rattens läge.

Så bibehålls den elektriska anslutningen till krockkudden 

Klockfjäderns viktigaste funktion är kopplad till fordonets säkerhet. Förarens krockkudde sitter i rattens centrum och tändkretsen är ansluten via klockfjädern. Om kretsen bryts kan krockkudden sluta fungera och därmed inte lösa ut som den ska vid en kollision.

Anslutningen måste fungera även efter hundratusentals rattvridningar, vara stabil trots vibrationer och extrema temperaturer samt kunna överföra den elektriska signal som krävs för att utlösa krockkudden på några millisekunder.

Elektrisk anslutning till rattknappar, signalhorn och farthållare

Krockkudden är en av de viktigaste säkerhetsfunktionerna som är beroende av klockfjäderns elektriska anslutning, men långt ifrån den enda. Signalhornet behöver en obruten krets för att kunna varna andra trafikanter. Med knapparna för ljudsystem och infotainment kan föraren ändra inställningar utan att släppa ratten. Även farthållare, växlingspaddlar och reglage för förarassistans är anslutna via klockfjädern, liksom komfortfunktioner som rattvärme.

Så fungerar en klockfjäder i en bil 

En klockfjäder fungerar genom att en spirallindad, platt kabel lindas upp eller av när ratten vrids. På så sätt undviker man att kabeln sträcks, vrids eller går av, samtidigt som den elektriska förbindelsen förblir obruten.

Inuti kassetten är kabeln lindad i en spiral med tillräckligt rörelseutrymme i båda riktningarna. Den ena änden är fäst vid navet som följer rattens rörelser, medan den andra är fäst vid den fasta rattstången. När ratten vrids åt vänster lindas spiralen tätare, och när den vrids åt höger blir den lösare. I de flesta styrsystem kan ratten vridas två till tre hela varv mellan ändlägena. Kabeln är därför dimensionerad för att klara hela rörelseområdet med en extra säkerhetsmarginal. Spiralen måste också vara rätt centrerad för att ge tillräckligt rörelseutrymme i båda riktningarna.

Traditionella klockfjädrar lagrar och frigör energi genom rotation, men i en bil har klockfjädern en annan uppgift: att säkerställa en obruten elektrisk förbindelse även när ratten vrids upprepade gånger.

Tecken på en defekt klockfjäder 

Efter många års användning, då kabeln upprepade gånger lindas upp och av, kan den slitas, spricka eller förlora sin elektriska kontakt. Eftersom skadan är dold inuti kassetten märks problemet oftast genom att andra funktioner i bilen slutar fungera som de ska. Här är de vanligaste varningssignalerna.

Varningslampan för krockkudden lyser på instrumentpanelen 

Det här är ett av de vanligaste och allvarligaste varningstecknen. Krockkuddesystemet övervakar kontinuerligt den elektriska krets som går genom klockfjädern till krockkuddens tändsystem. Om systemet upptäcker ett avbrott eller en avvikelse i resistansen kan varningslampan tändas och krockkuddens funktion påverkas. Det innebär en allvarlig säkerhetsrisk, och bilen bör därför kontrolleras av en verkstad så snart som möjligt.

Signalhorn, knappar eller farthållare fungerar inte

Ett totalt funktionsbortfall kan bero på en trasig säkring, men fel som kommer och går kan tyda på problem med klockfjädern. En sliten bandkabel kan förlora kontakten vid vissa rattlägen. Det kan innebära att signalhornet fungerar när ratten är rak men slutar fungera under en sväng. Om felet kommer och går när ratten vrids kan klockfjädern vara orsaken.

Klickande eller skrapande ljud när ratten vrids

Alla tecken på en trasig klockfjäder behöver inte vara elektriska. Ett skadat kabelband eller en skadad kassett kan orsaka klickande, skrapande eller gnisslande ljud bakom ratten när lösa delar fastnar eller rör sig inne i kassetten. Om det uppstår nya ljud från rattstången bör orsaken undersökas innan felet riskerar att påverka den elektriska anslutningen.

Kan du köra med en trasig klockfjäder?

Det är möjligt att köra en bil med en trasig klockfjäder, men det rekommenderas inte. En defekt klockfjäder kan göra att förarens krockkudde och signalhorn slutar fungera, vilket innebär att två viktiga säkerhetsfunktioner kan sättas ur spel.

Byte av klockfjäder: så går det till 

Eftersom klockfjädern sitter direkt bakom förarens krockkudde bör den bytas av en fackman med rätt utbildning och utrustning, inte på egen hand. Arbetet innebär att batteriet kopplas bort och att man väntar den tid som fordonstillverkaren anger innan arbetet med krockkuddssystemet påbörjas. Därefter demonteras krockkuddsmodulen och ratten, och den nya klockfjädern monteras och centreras enligt tillverkarens anvisningar. Slutligen monteras delarna tillbaka och systemet kontrolleras för eventuella felkoder.

Varför korrekt centrering är viktig vid montering

En korrekt centrering är avgörande för klockfjäderns livslängd. Bandkabeln inuti kassetten har ett begränsat rörelseutrymme i varje riktning. När klockfjädern monteras i sitt mittläge med hjulen riktade rakt fram finns tillräckligt med rörelseutrymme åt både vänster och höger. Om klockfjädern inte är korrekt centrerad kan rörelseutrymmet ta slut innan ratten når sitt ytterläge. Då riskerar bandkabeln att skadas eller gå av, vilket även kan bryta den elektriska förbindelsen till krockkudden.

Klockfjädrar i fordonstillverkning 

För OEM-tillverkare är klockfjädern en viktig komponent som måste tas med i konstruktionsarbetet redan tidigt i fordonsutvecklingen.

Moderna klockfjädrar är precisionskomponenter som måste uppfylla allt högre krav. Varje ny funktion på ratten, från adaptiv farthållare till rattvärme, kan kräva ytterligare elektriska kretsar genom samma roterande anslutning. Samtidigt blir utrymmet i rattstången allt mer begränsat i takt med att fler tekniska funktioner byggs in. Det innebär att klockfjädern måste rymma fler elektriska kretsar på mindre utrymme och samtidigt behålla sin tillförlitlighet och livslängd vid upprepad användning.

Konstruktions- och materialval för OEM-tillverkare 

En klockfjäder måste kunna klara hundratusentals rattvridningar utan att den elektriska förbindelsen bryts i en säkerhetskritisk krets. Därför är fjäderteknisk expertis viktig redan i konstruktionsfasen för att hitta rätt balans mellan olika krav.

Materialval 

Valet av material har stor betydelse för komponentens prestanda. Vanliga material är rostfritt stål av kvaliteterna 301 och 302 samt kallvalsat kolstål med hög kolhalt av kvaliteterna 1074 och 1095. Dessa material väljs för sin kombination av flexibilitet och motståndskraft mot utmattning. Rostfritt stål och speciallegeringar som Inconel används även i konstruktioner som utsätts för höga temperaturer, fukt eller korrosion.

Fjäderkonstruktion 

Fjäderns utformning är minst lika viktig som materialvalet. Spiralens diameter, bandets bredd och antalet varv måste anpassas efter hur långt ratten kan vridas mellan ändlägena och hur mycket utrymme som finns tillgängligt i rattstången. För lite rörelseutrymme gör att kabeln belastas vid fullt rattutslag. För mycket rörelseutrymme kan göra att spiralen viker sig, skaver eller ger upphov till ljud. Varje konstruktion kräver därför en noggrann avvägning mellan elektrisk kapacitet, rattens rörelse och tillgängligt monteringsutrymme.

Dessa avvägningar bör göras redan under konstruktionsfasen. Som erfaren fjädertillverkare har Lesjöfors den tekniska kompetens som krävs för att hantera dessa utmaningar och utveckla komponenter som uppfyller kraven för det aktuella användningsområdet, både när det gäller prestanda och livslängd vid upprepad belastning.

Klockfjädrar av OEM-kvalitet från Lesjöfors 

På Lesjöfors konstruerar och tillverkar vi klockfjädrar för kontrollerade rotationsrörelser i krävande konstruktioner, bland annat inom fordonsindustrin, både för OEM-tillverkare och eftermarknaden.

Våra ingenjörer samarbetar med OEM-tillverkarnas konstruktörer för att fastställa kraven på vridmoment, rotationsvinkel, material och montering för varje enskilt användningsområde. Redan i konstruktionsfasen hjälper vi till att hitta rätt balans mellan elektrisk kapacitet, tillgängligt utrymme och livslängd. Med avancerade metoder för formning och värmebehandling, precisionslindning och noggrant kontrollerad bandspänning kan vi uppnå den utmattningshållfasthet och måttnoggrannhet som krävs.

Oavsett om du tar fram specifikationer för en komponent till ett nytt styrsystem eller behöver en beprövad fjäder till en befintlig fordonsplattform, kan våra ingenjörer och vårt globala distributionsnätverk hjälpa dig att hitta rätt lösning.

Utforska vårt sortiment av klockfjädrar eller kontakta oss för en kundanpassad lösning.