Teksti: Erik Ahmasalo

Tekniikkaa: Jousitus osa 3

Iskunvaimennin
– keino vauhdin ja mukavuuden lisäämiseksi

Teksti julkaistu MK 1/96

Olemme aikaisemmissa jutuissa käsitelleet jousitusrakenteita ja jousituksen geometriaa. Hyvän jousituksen perusta on oikeaoppinen geometria, mutta myös oikein valitut joustokomponentit eli jouset ja iskunvaimentimet vaikuttavat ratkaisevasti asiaan.

Iskunvaimentimen tehtävä on jaksijakoinen; estää jousituksen pohjaaminen silloin, kun kelkka törmää pattiin ja toisaalta vaimentaa jousen aikaansaamaa jousituksen aukeamisliikettä patin jälkeen. Niinpä puhutaankin puristuspuolen javetopuolen vaimennuksesta iskarin liikesuunnasta rippuen. Kun kelkka liikkuu jollakin nopeudella, sillä on ns. liike-energiaa, jonka suuruus riippuu kelkan painosta ja nopeudesta. Pattiin törmätessä kelkan vauhti hidastuu, sitä enemmän mitä suurempi röykky on kyseessä. Jos röykky on tosi iso, esim. kerrostalon seinä, kelkan vauhti pysähtyy kokonaan ja liike-energia kuluu muodonmuutostyöhön, nimittäin kelkan etupään uudelleen muotoiluun. Edellämainitussa tapauksessa jousituksella ei ole enää mitään tekemistä, joten kuvitellaan vähän pienempää pattia kuin kerrostaloa. Kuten sanottu,röykyn seurauksena kelkan vauhti hidastuu eli osa liike-energiaa kuluu jonnekin. Röykky aikaansaa jousituksen liikkumisen sisäänpäin, toisin sanoen liike-energiaa varastoituu jouseen joustoliikkeessä ja toisaalta energiaa kuluu iskunvaimentimen puristamiseen. Joka ei usko, kokeilkaa pumpata vaimenninta edestakaisin, niin huomaat voimiesi loppuvan hyvin pian. Patin jälkeen jouseen varastoitunut energia purkautuu. Jotta paluuliike ei olisi liian nopea, vaimennin vie osan energiasta. Vaimennin auttaa jousta sisäänpäinliikkeessä syömällä osan energiasta ja hillitsee jousen paluuliikettä ottamalla vastaan osan jouseen varastoituneesta energiasta.

Periaate
Tapa, millä iskunvaimennin ottaa vastaan tai paremminkin hävittää energiaa, on öljyn virtauttaminen kuristusventtiilien kautta. Em. jousikuormitteinen kuulaventtiili öljyvirran säätäjänä: männän liikkuessa öljy pakotetaan virtaamaan venttiilien läpi. Mitä pienemmät reiät ja mitä jäykempi venttiilin jousi sitä suuremman voiman vaimentimen pumppaaminen edestakaisin vaatii. Periaatteessa kaikkien normaalikäytössä olevien vaimentimien toiminta perustuu öljynvirtauksen rajoittamiseen. Tästä seuraa, että iskarin männänvarren työntäminen tai vetäminen vaatii voimaa. Mikäli männänvartta liikutetaan tietty matka, tehdään työ = voima x matka eli kulutetaan energiaa kyseessä olevaa työtä vastaava määrä. Sinänsä energia ei vaimentimessa häviä mihinkään, vaan lämmittää öljyä ja iskarin rakenteita ja lämpö johtuu viimekädessä ulkoilmaan. Siinä koko iskunvaimentimen periaate eli ostamasi bensalitran sisältämästä energiasta osa menee vaimentimen kautta maailmankaikkeuden lämmittämiseen: tosin vain häviävän pieni osa.

Rakenne
Nykyisissä urheilu- ja matkakelkoissa on entistä enemmän siirrytty purettavien kaasuiskunvaimentimien käyttöön. Koska vaimennusrakenteita on olemassa hyvin montaa tyyppiä, on paras keskittyä tarkastelemaan kolmea yleisintä rakennemallia, joita kaikkia löytyy tämän päivän kelkkojen jousituksesta. Emulsiovaimennin, välimännällinen vaimennin ja erillisellä kaasusäiliöllä varustettu vaimennin, siinä perustyypit. Öhlins, White Power, HPG, Fox, Kayaba, Engans jne. kaikki perustuvat näihin em. rakenneratkaisuihin.

Nykyaikainen välimännällinen kaasuiskari; mäntä, jonka mutterin puolelta löytyy vetovaimennuksen lautasjouset. Välimäntä erottaa öljy- ja kaasutilan toisistaan. Tiivistepää, joka huolehtii öljyn pysymisestä vaimentimen sisällä. Kaasun täyttöventtiili: kaasutilassa on 15-20 kg/cm2 paine ja kaasuna käytetään typpeä. Koska välimäntä on kelluva eli liikkuu edestakaisin iskarin putkessa, myös öljytilassa vallitsee sama paine. Kun männänvarsi työntyy iskarin sisään, se luonnollisesti syrjäyttää oman tilavuutensa verran öljyä ja välimäntä joutuu liikkumaan kaasutilaan päin ja paine kaasutilassa nousee. Kun varsi tulee ulos, kaasunpaine painaa välimännän seuraamaan varren liikettä ja näin öljytila pysyy paineistettuna. Mikäli kaasunpaine syystä tai toisesta karkaa tai laskee liikaa, ts. öljytila ei ole paineistettu ja iskarin liikkeen myötä vaimentimen sisälle pääsee varsin nopeasti ilmaa. Nopeassa liikkeessä männän ahtaissa venttiileissä muodostuu pieniä kaasukuplia öljyn sekaan ja pian öljy on ilmakuplista ja öljystä muodostunutta vaahtoa. Vaahdon vaimennusominaisuudet eivät ole öljyn luokkaa, joten iskarin vaimennuskyky huononee.

Kaasuiskarin etuna on paineistettu rakenne, jolloin ulkopuolelta ei pääse ilmaa vaimentimen sisään ja öljyn vaahtoamista ei pääse tapahtumaan kovassakaan ajossa. Kaasun painetta ei käytetä vaimentimen säätämiseen, kuten usein virheellisesti luullaan.

Vaimennin; vetopuolen levyjouset eli simmit ovat mutterin puolella ja puristuspuolen simmit varren puolella. Männässä näkyy neljä reikää, joista öljy virtaa vetovaimennuksessa. Vastaavat rei’ät on porattu myös männän läpi toiselle puolelle puristuspuolen öljyvirtaa varten. Koottuna simmipakat peittävät virtausreiätkuristaen öljyn virtausta halutulla tavalla. Simmejä on saatavana muutamia kymmeniä erilaisia. Paksuus vaihtelee yleensä 0,1-0,3 mm välillä ja halkaisijat ovat 12-30 mm moottorikelkoissa käytettävissä vaimentimissa. Niinpä simmeistä voidaan koota rajaton määrä erilaisia pakkoja ja näin saadaan erityyppiset vaimennusominaisuudet.

Vaimennintyypit
Välimännällisen vaimentimen lisäksi käytetään emulsiovaimenninta. Rakenne on sama kuin välimännällisessäkin, mutta välimäntä puuttuu ja kaasu asennetaan yleensä varsi alaspäin, jolloin männän ympäristössä on aina öljyä ja kaasu asettuu runkoputken yläosaan. Ajaessa öljystä ja kaasusta muodostuu emulsio, joka toimii vaimentavana elementtinä. Ko emulsion vaimennusominaisuudet ovat hyvin lähellä öljyn vastaavaa, joten vaimennin toimii lähes samoilla säädöillä kuin välimännällinen. Emulsiovaimenninta käytetään, kun vaimentimen pituus ei salli erillistä kaaustilaa ja kun säiliöpuoli voidaan asentaa ylöspäin. Huollettaessa vaimennin on tarkka oikean öljymäärän suhteen. Toiminnaltaan emulsiovaimennin ei poikkea muista, kunhan säädöt vain ovat oikeat.

Kolmas perustyyppi eli erillisellä kaasusäiliöllä varustettu vaimennin. Osat ja toiminta ovat samat kuin välimännällisessä, kaasulle on vain olemassa oma säiliönsä. Kaasupullo on liitetty vaimenninrunkoon joko letkulla tai vaimenninrungon omalla rakenteelle, puhutaankin kiinteästä lisäsäiliöstä tai letkullisesta mallista. Erillisen lisäsäiliön etuna ovat suuremmat kaasu- ja öljytilat. Kaasutilan suurempi koko mahdollistaa paineen pysymisen tasaisempana toiminnan aikana ja suurempi öljytila vähentää huollon tarvetta. Lisäsäiliöllisen vaimentimen asentaminen on usein pulmallista tilakysymysten vuoksi.

Säätömahdollisuudet
Säätömahdollisuudet ovat lähes rajattomat. Ongelmia voi tulla mekaanisen kestävyyden ja öljyn ominaisuuksien suhteen, mutta silloin puhutaan jo käytännön ulkopuolella olevista asioista. Säätöön voidaan vaikuttaa mm. öljyn viskositeetilla, männän porauksilla, simmien määrällä, simmien rakenteella ja erilaisilla ulkopuolisoilla säätömekanismeilla. Iskarin hyvyyden tai huonouden ratkaisee varsin pitkälle se, miten se on säädetty. Mekaaniselta rakenteeltaan kaikki vaimentimet ovat kohtuullisen hyviä. Tuskinpa vaimennusöljy tietää, minkä merkkisen vaimentimen simmien välissä se hölskyy. Kyljessä olevaa tarraa oleellisempaa on säädön hyvyys. Jos säädöt on ajanut joku meikäläisistä huippukuskeista, voit olla melko varma vaimentimen toimivuudesta urheilullisessa ajossa. Jos säädön on taas tehnyt joku varikon ns. "asiantuntija", jonka tietämys vaimentimista rajoittuu niiden paikalleen asentamiseen, vaimentimien toimivuudesta voidaan olla montaa mieltä. Hyvä ja analyyttinen testikuljettaja on siis kullan arvoinen vaimentimen kehitystyössä.

Vaimennuksen yhteydessä puhutaan high-speed ja low-speed vaimennuksesta, erityisesti puristuspuolen suhteen. Kysymys on eri tyyppisistä ajotilanteista ja niiden aiheuttajasta männänvarren liikenopeuksista. Iso patti ja kova nopeus saavat aikaan nopean liikkeen ja suuren öljyvirtauksen. Loiva notkelma reitillä saa aikaan hitaan liikkeen ja pienen öljyvirtauksen. Täysillä ajettava pikkupatikko saa aikaan kohtuullisen nopeaa liikettä iskareissa, mutta virtausmäärät eivät ole suuria.

Hitaan liikkeen vaimennuksen pitää sallia pieni herkkä liike, mutta toisaalta estää pohjaaminen loivissa notkelmissa, joissa vaimennustilanne jatkuu ajallisesti kauan. Kun virtaus suurenee ja isot simmit ovat taipuneet väliprikan ympäri ne törmäävät highspeed-puolen pakkaan, jolloin virtausreikien aukeaminen vaikeutuu ja vaimennus lisääntyy. Kun on ajettu isoon pattiin kovaa virtaus on maksimissaan. Nopean liikkeen pakka joutuu ottamaan tällin vastaan ja rajoittamaan öljyvirtaa.

Menemättä tämän syvemmälle vaimentimen säätöön, sillä lehden sivut eivät riittäisi tyhjentävän sleityksen antamiseen ja oma osaaminenkin alkaisi tökkiä, täytyy todeta, että säätämismahdollisuuksia löytyy. Niiden löytäminen, jotka osaavat sanoa, mitä säädön osa-aluetta täytyy muuttaa, onkin jo paljon vaikeampaa.