affjedring

emner:

Generel drift af ophængssystemet
McPherson
Spoleophæng
Fjederkonstant
Bladophæng
Luftaffjedring
Torsionsfjeder
Hydropneumatisk suspension

Generel drift af ophængssystemet:
Formålet med affjedringssystemet er bedst muligt at absorbere bevægelserne ved kørsel over ujævnheder i vejbanen, så den mest mulige kørekomfort bevares. Vejgrebet påvirker også affjedringen. Hvis affjedringen er meget fleksibel (tænk på gamle amerikanske biler), vil vejgrebet være en del dårligere end en bil med stift affjedring. Dette skyldes, at en meget fleksibel bil mister grebet, når den vælter (f.eks. når den bremser hårdt eller tager skarpe sving). Dækkenes tryk på vejbanen med et affjedret hjul er meget mindre end et komprimeret hjul og vil derfor glide meget hurtigere. Når man tager skarpe sving med høj hastighed, vil chancen for at bryde ud også være meget stor, fordi dækkenes greb på indersiden af svinget er minimalt.
Når en meget jævnt affjedret bil kører over en bakket, asfalteret vejbelægning, vil bilen svaje meget, når den vælter. Når bilen er affjedret, er trykket på dækkene mindre, og der er ringe eller ingen bremsning eller styring muligt i det øjeblik.
Med en stift affjedret bil, især sporty biler eller sænkede biler, vil grebet på alle 4 hjul være så maksimalt som muligt, når man tager skarpe sving. Stabilisatorstangen og dækstørrelsen har også stor indflydelse på dette. Når en sænket bil kører over en kuperet, asfalteret vejbelægning, vil bilen forblive solidt på vejen og oplever derfor ingen problemer med pludselige hårde opbremsninger i udskudt position.

Den fleksible og stive affjedring (i biler med spiralfjedre) er relateret til en fjederhastighed. For at optimere affjedringen af en bil (afhængigt af konstruktionen) kan der monteres fleksible fjedre til komfort (lineære fjedre) eller stivere fjedre for sportslighed (progressive fjedre). Mere om dette i kapitlet forårskonstant længere nede på siden.

McPherson:
Den store fordel ved McPherson affjedringen er, at fjeder og støddæmper er kombineret. Dette sparer meget plads og er også nemt at konstruere, når bilen skal designes. Som følge heraf er produktionsomkostningerne også lave.
McPherson affjedringen er en videreudvikling af affjedringen med to tværgående bærearme (også kaldet en dobbelt bærearmkonstruktion). Det øverste bærearm er erstattet af støddæmperens stempelstang, som nu også optager sidekræfterne. I tilfælde af kollision med hjulet (af et andet køretøj eller ved påkørsel af en kantsten) sker der derfor som regel øjeblikkelig skade på stempelstangen. Denne deformeres meget hurtigt og er derfor skæv. Den komplette støddæmper skal derefter udskiftes.
McPherson affjedringen bruges altid foran på bilen. Støtteben bruges nogle gange også på bagakslen, men disse er ikke af typen McPerson. I baghjulsophænget er skruefjedrene og støddæmperne ofte designet separat.

Det øverste leje er placeret på toppen af stiveren. Det øverste leje gør styrebevægelser mulige. Støberen er ofte fastgjort til karrosseriet under motorhjelmen med skrueforbindelser. Så dette er et fast punkt. Det øverste leje, der er placeret nedenunder, sikrer, at hele stiveren kan rotere jævnt i forhold til det øverste fikspunkt. Dette system med en bærende funktion og et omdrejningspunkt med et topleje kaldes McPherson-systemet.

Spoleophæng:
Funktionen af en spiralfjeder er ikke baseret på bøjning, som du måske først tror, men på torsion (torsion). Når fjederen trykkes, vil den spiralformede stang blive snoet. Hele køretøjets vægt understøttes af spiralfjedrene. Spiralfjederen er indesluttet mellem det øverste leje og det nederste fjedersæde. Når køretøjet komprimeres, vil det øverste leje skubbe spiralfjederen ned. Fordi den vrider sig, genereres der en modkraft. Denne modkraft er i sidste ende den springende effekt. Jo mere modkraft fjederen udøver, jo kraftigere er fjederen.

Fjederkonstant:
Fjederens fleksibilitet er angivet med fjederkonstanten. Fjederhastigheden for en lineær spiralfjeder er forskellig fra den for en progressiv spiralfjeder. Med en lineær fjeder er afstanden mellem alle vindinger den samme. Med en progressiv fjeder er disse afstande ikke ens; i toppen eller bunden af fjederen vil viklingerne være placeret tættere sammen end andre steder. Forskellen mellem disse to typer fjedre kan ses på billedet:

Med en lineær fjeder falder fjederen altid sammen en vis afstand ved en bestemt vægt. Nedenfor er et eksempel på en lineær fjeders vandring:

+100 kg ekstra last, bilen synker 2 cm.
+200 kg ekstra last, bilen synker 4 cm.
+300 kg ekstra last, bilen synker 6 cm.

Der er nu en sammenhæng mellem vægt og afstand med denne lineære fjeder. Kompressionen af en lineær fjeder er vist nedenfor; jo større kraft på fjederen, jo større er affjedringens vandring. Linjerne er lige, fordi afstanden mellem alle fjederens vindinger er lige store.

Med en progressiv fjeder er der ingen sammenhæng mellem vægt og afstand. Denne fjeder bliver mere og mere stiv, efterhånden som den komprimeres yderligere. Den første del er let, men efterhånden som belastningen øges, fjeder den mindre og mindre langt. Det skyldes, at viklingerne er tættere sammen i toppen. Nedenfor er et eksempel på en progressiv fjeders forårsrejse:

+100kg ekstra belastning, bilen synker 2cm.
+200kg ekstra belastning, bilen synker 3cm.
+300kg ekstra belastning, bilen synker 3,5cm.

Nedenfor er grafen for en progressiv fjeder. Til at begynde med vil fjedervandringen øges, efterhånden som fjederkraften øges. Linjen er ikke lige, men skråner opad. Det betyder, at efterhånden som kraften på fjederen øges yderligere, bliver fjedervandringen mindre og mindre. Bilen vil derfor afbøje mindre og mindre, efterhånden som kraften på fjederen øges.

Bilproducenter leder altid efter det bedste forhold mellem køretøjets komfort og køreegenskaber. Fjedervandringen kan justeres ved at justere fjederens progressivitet (ved at placere flere eller færre viklinger tæt på hinanden). Selve viklingens diameter har også stor indflydelse på mængden af vridning, der er mulig. Dette vil være forskelligt for hver bil. Der findes også forskellige typer fjedre til samme type biler med forskellig cylindervolumen, motortype (benzin eller diesel), sportspakke mv.
Sænkefjedre falder ofte meget sammen i den første del, så bilen allerede er lavere over vejbanen i neutral position. Det skulle gøre det sværere at komprimere bilen, så fjedrene bliver gjort ekstra progressive. Ellers ville køretøjet ramme vejoverfladen alt for hurtigt. Fordi fjedrene komprimeres mindre let, bliver køretøjet stivere; Dette opleves som ubehageligt af nogle mennesker.

Bladophæng:
Bladfjedre består af flere blade, der er monteret oven på hinanden. Det øverste ark kaldes hovedarket. Jo flere blade en fjeder har, jo stærkere og stivere bliver den. Før i tiden var de nogle gange monteret under personbiler. Bladfjederen bestod da kun af nogle få blade, nogle gange endda bare hovedbladet. De bruges stadig i erhvervskøretøjer, selvom de selvfølgelig er en del tykkere. Midten af bladfjedrene er fastgjort til akslen og enderne til karosseriet eller chassiset. Den fjedrende bevægelse opnås ved at bøje de mange blade i midten af den samlede længde.

Der er 2 forskellige typer bladfjedre:

Trapezfjeder: Forårsbladene er forskellige i længden, og de har alle samme tykkelse overalt.
Parabolfjeder: Fjederbladene er alle lige lange og er tykkere i midten end i enderne. Der er også plads mellem forårsbladene. Parabolfjedre er mere fleksible end trapezfjedre og har en mindre masse.

Luftaffjedring:
Luftaffjedring bruges sjældnere end skruefjedre på personbiler. Luftaffjedring kan for eksempel findes på en Audi A8, BMW 7-serie eller X5. Disse biler har ofte luftaffjedring på alle fire hjul. Nogle biler har stivere med spiralfjedre foran og luftaffjedring bag.

Figuren viser et baghjulsophæng med luftfjedre. I bilens indre (ofte i bunden af bagagerummet) er der en pumpe, der pumper luft ind i luftfjedrene. Luftfjedrene udvider sig på langs, så bilens vægt kan hvile på dem. Der er ofte en sensor på et bærearm, der registrerer, hvor langt bilen er affjedret af lasten (folk, der sidder bagi, eller en tung trailer). Ud fra disse måledata kan luftpumpen puste luftbælgen lidt hårdere op, så bilen ikke læner bagud.

Torsionsophæng:
Torsion er et andet ord for "vridning". Torsionsfjedre blev tidligere (hovedsageligt) brugt på amerikanske biler. Den nederste bærearm i denne konstruktion er forbundet med karrosseriet ved hjælp af en torsionsstang. Når køretøjet komprimeres, vil de øvre og nedre omdrejningspunkter bevæge sig. Støttearmen, hvori torsionsstangen er indsat, vil gerne hænge rundt om torsionsstangen. Det er dog ikke muligt, fordi torsionsstangen har en fast forbindelse i bærearmen. Den anden side af torsionsstangen (på billedet nederst) er fast forbundet med karrosseriet.

Det betyder, at når hjulet komprimeres, udsættes stangen for torsionsbelastning. Denne torsion opbygger modstand (jo længere hjulet komprimeres, jo længere er torsionsstangen snoet). Kompressionen bliver derfor stadig tungere, efterhånden som torsionen øges. Hele affjedringen af bilens foraksel fungerer efter dette princip. Det er også en af grundene til, at gamle amerikanske biler komprimerer og rebounder så let og jævnt.

Hydropneumatisk suspension:
Hydropneumatik er en kombination af hydraulik og pneumatik. Dette system har været brugt af Citroën siden 50'erne og kan stadig findes i modellerne i dag.
Fjederkuglen indeholder komprimeret gas (blå på billedet), der er komprimerbar. Hydraulikvæsken (gul) er ikke. Under kompression vil det røde stempel blive skubbet op af støttearmen, og gasrummet vil blive komprimeret. Det blå rum bliver mindre som et resultat. Når hjulet springer tilbage, og stemplet bevæger sig nedad, vender systemet tilbage til den tidligere situation. Den fjedrende og dæmpende effekt opnås ved at komprimere denne komprimerede gas.

Systemet kan styres ved at justere oliemængden (gul). Ved at tilføje ekstra olie til systemet, når det er tungt belastet, hvilket sker automatisk takket være hydropumpen, øges kørehøjden. Køretøjet vil så sidde højere på sine fjedre. Når lasten fjernes igen (eller passagererne kommer ud), vil olien i systemet vende tilbage til lagerbeholderen via en trykventil. Kørehøjden falder igen.