En binders er laget av mykt, billig jern. Når den bøyes frem og tilbake, brekker den fordi jernet blir utmattet. Sånt kan vi ikke ha i bilens fjærer, men det hadde vi før. Så hva har vi nå?
Bildet øverst: Rolls Royce var tidlig ute med avfjæring med gass/olje, først utviklet av Citroën for DS 19. Her i modellen Silver Shadow. (Foto: Rolls Royce)
Av Stein Bekkevold
Jo, fjærene i din fine bil er nå laget av utmattingsfast stål. Det tåler millioner av sammentrykkinger og utfjæringer, så fjærbrudd er nå en sjeldenhet. Slik var det ikke før, med dårligere stål – og dårligere økonomi…
Metallurgene forsket lenge og vel for å finne stålkvaliteter som tåler store gjentatte laster – konstant spenning og avspenning, sammen med store temperaturvariasjoner, steinsprut og saltlake. Det overrasker vel ikke at kunnskapen kom fra flyindustrien…
Manganstål
Dagens bilfjærer lages av lavlegert manganstål med godt kontrollert karboninnhold, opp mot en prosent – og noen ganger samme mengde mangan, noe som gir svært høy styrke (bruddfasthet).
Samtidig blir legeringen seig, og tåler gjentatt på- og avlasting. Fjærstål er en samlebetegnelse for stål i blad- og spiralfjærer – de siste heter skrufjærer.
Vår lærebok viser åtte hovedlegeringer pluss en litt dyrere, ekstra utmattingsfast sak med en hel prosent mangan og 0,9 prosent krom, så det snåle metallet mangan bidrar heftig til miraklet.
Ulegert fjærstål inneholder ofte 0,5 – 0,9 prosent karbon og litt silisium. Det finnes også silisium–mangan fjærstål med 0,6 prosent karbon, 0,8 prosent mangan og hele 2 prosent silisium.
Kromlegerte varianter har som regel en halv prosent karbon, en hel prosent krom og 0,15 prosent vanadium. Det er enda mer vanadium i et spesielt flyfjærstål med bruddfasthet 1200 MPa, over dobbelt så mye som i karosseristål. Allsidigheten er altså temmelig stor.
Hva som brukes i hvilke biler, styres av bruksområde og prisnivå. Dyrere bil har dyrere fjærer. Fjærene i en Rolls koster mange ganger mer enn de i en mer folkelig doning. Sånn er livet…
Fjærstål leveres varmvalset eller mykglødet fra stålverket. De blir formet, herdet og anløpt i egne fjærfabrikker, etter bilfabrikkens krav. For spesiell bruk finnes også bortimot rustfritt stål med 17 prosent krom og 7-8 prosent nikkel i tillegg til de andre elementene. Ingeniører kaller dem korrosjonsfaste.
En vanlig skrufjær av spesialstål, (ofte en mangan/silisiumlegering) der fjærkonstanten sier hvor langt inn/ned et gitt trykk i Newton (kg) presser fjæra. Denne fjæra har jevn stigning til forskjell fra de progressive, der stigningen forandres. (Foto: Ford)
Minstekrav
Det er bilfabrikken som avgjør hva slags fjærer du får, foran og bak. Minstekravet er at de skal holde i bilens antatte levetid, i år eller kilometer. Dette finner de ut i tørre grafiske oppsett (nomogrammer), som viser gjentatte belastninger i tomme/tørre og fullastede bilers vekt foran og bak, og får svar som angir minste anbefalte stålkvalitet, tråddiameter og antall viklinger (skruer).
Dessuten må støtdemperkarakteristikken legges inn, også den på et minste nivå. Alt for å spare penger. Så dine fjærer er avstemt for akkurat den type støtdemper bilen har fra fabrikk. Fikling betyr avvik fra spesifikasjonene og kan gi store, ubehagelige utfall. Skift til samme del! Alt annet er dumt – og ofte ulovlig.
Teori
En fjær er teknisk sett et maskinelement som lagrer mekanisk energi. Kraften som trengs for å komprimere fjæra en viss lengde kalles fjærkonstanten. Omvendt kan du si at X kg last trykker sammen fjæra Y centimeter, og også dette er en spesifikk konstant.
Det er ønsket konstant bilfabrikken beregner, og velger fjær ut fra. I dag uttrykkes konstanten som Newton per meter. Og det er konstanten som bestemmer hvilken dempingdu trenger for at bilen ikke skal fortsette å gynge opp og ned.
Støtdemperen er minst like viktig som fjæra, den trykker hjulet mot underlaget. Enda viktigere er selvsagt motorens ventilfjærer, for fusk der gir svindyrt motorhavari…
Slik ser den ut, kjernen i det hydropneumatiske systemet til Rolls, Maserati og Citroën. Kulen inneholder en permanent fylling av nitrogengass og fly-hydraulikkolje under trykk, skilt av en kraftig gummimembran. (Foto: Citroën)
Hydractive
En spesiell avfjæring bruker ikke stålfjærer, men gass/luft og/eller olje/gasstrykk. Spesielt har luksusbiler ofte hatt dette, fordi det gir bedre fjærkonstant-kontroll og mykere oppførsel gjennom hele lastregisteret. Mercedes var tidlig ute med luftfjæring med en belg ved hvert hjul, en pumpe og et reservoar pluss styringsenheter.
Rolls Royce (først i Silver Shadow), Maserati og biler fra PSA kom tidlig med Citroëns patenterte kombinasjon av oljetrykk/gasstrykk – systemet kalles Hydractive og betjener gjerne også bremsene – med flytype hydraulikkolje, ikke glykol.
I den nye, datastyrte Hydractive III ligger en permanent gassfylling (nitrogen) over en tykk gummimembran – systemet gir støtdemping og høydeinnstilling – alt sitter i en trykktett stålkule, der oljetrykk under membranen gir avfjæringens stivhet, og kan stilles inn som ønsket, fra førerplass – Sport eller Normal, eller noe annet. Det samme kan også bilens høyde.
Prinsippet med gass over trykkolje brukes også i spesielle støtdempere, foruten i understellet på fly. Og det er i hovedsak den komprimerbare gassen som fjærer, mens oljetrykket gjør resten av jobben – og bl.a. stiller inn fjærkonstanten, altså varierer trykket under gassen. Smart.
Progressiv. En fin kombinasjon som noen bilmerker har prøvd seg på er progressiv skrufjær og gassfylt (nitrogen) støtdemper. En skrufjær blir progressiv om du endrer stigningen mot den ene enden – eller mot begge. Da får du endret mengde stål per centimeter kompresjon, altså en annen komprimeringsmotstand, og en litt annen fjæroppførsel – mykere midt i fjæringsveien. Dette må suppleres av tilsvarende gass/olje-støtdempere.
