USA
Canada
United Kingdom
Deutschland
México
Brasil
Česká republika
France
España
한국
Malaysia
中国
PolskaFehlende Elastizität führt zum Versagen geschlitzter Spannhülsen
von Christie L. Jones, Anwendungsingenieur
Download dieses Technische PapierAls “Federstift” wird ein Stift bezeichnet, der sich aufgrund seiner radialen Elastizität in eine Bohrung eintreiben lässt, die kleiner ist als der Außendurchmesser des Stifts vor dem Einbau. Durch die Tendenz eines „Federstifts“, nach der Montage wieder in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, ist der Stift selbsthaltend in der Bohrung. Die Sitzfestigkeit erfolgt durch Reibung zwischen Stift und Bohrungswand und nicht durch Verformung wie bei den alternativen, massiven und unelastischen Vollstiften. Im Allgemeinen wird durch das Konzept, Fügekomponenten während der Montage nicht zu beschädigen (sowohl Stift als auch Bauteil), die Lebensdauer dynamischer Baugruppen verlängert.
Als “Federstift” wird ein Stift bezeichnet, der sich aufgrund seiner radialen Elastizität in eine Bohrung eintreiben lässt, die kleiner ist als der Außendurchmesser des Stifts vor dem Einbau. Durch die Tendenz eines „Federstifts“, nach der Montage wieder in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, ist der Stift selbsthaltend in der Bohrung. Die Sitzfestigkeit erfolgt durch Reibung zwischen Stift und Bohrungswand und nicht durch Verformung wie bei den alternativen, massiven und unelastischen Vollstiften. Im Allgemeinen wird durch das Konzept, Fügekomponenten während der Montage nicht zu beschädigen (sowohl Stift als auch Bauteil), die Lebensdauer dynamischer Baugruppen verlängert.
Der Begriff “Federstift” beschreibt häufig sowohl den Spiralspannstift als auch die geschlitzte Spannhülse. Während das Konzept und die Benennung von Spiralspannstiften und geschlitzten Spannhülsen austauschbar sind, gibt es deutliche Unterschiede zwischen den beiden Stiftarten.
Wenn eine geschlitzte Spannhülse montiert ist, wird “die federartige” Eigenschaft der geschlitzten Spannhülse reduziert auf einen schmalen Bereich gegenüber dem Schlitz. Es bildet sich hier Spannungskonzentration als Folge der begrenzten Elastizität des Stifts. Dieser Teil der geschlitzten Spannhülse ist anfällig für einen Ausfall des Stiftes, wenn er einer Stoßbelastungen ausgesetzt wird.
Eine zweite Möglichkeit für einen Ausfall wird durch die Steifigkeit der geschlitzten Spannhülse nach der Montage verursacht. Wenn eine geschlitzte Spannhülse montiert ist, wird der Schlitz geschlossen und der Stift kann sich wie ein starres Rohr verhalten. Er verhält sich dann ähnlich wie ein massiver unelastischer Vollstift. Bei massiven Elementen werden Stoßbelastungen auf die Bohrungswand übertragen und die Bohrung wird ausgedehnt. Wenn der Bohrungsdurchmesser sich vergrößert, verstärken sich die Stoßbelastungen und der Ausfall der geschlitzten Spannhülse wird beschleunigt. Entweder der Stift bricht, fällt aus der Bohrung oder aber beides ist der Fall.
Spannungskonzentration
Richtung der Stoßbelastung und die daraus resultierende Ausdehnung der Bohrung.
Die Lösung zur Behebung dieser Probleme ist SPIROL’s Spiralspannstift. Wenn der Spiralspannstift montiert ist, wird die Spannung über das gesamte Befestigungselement verteilt, statt sich entlang einer Linie zu konzentrieren. Das Design des Spiralspannstifts sorgt auch für eine radiale Elastizität nach der Montage. Über die Lebensdauer des montierten Bauteils ist der Spiralspannstift in der Lage, Stoßbelastungen zu absorbieren ohne das Bauteil oder den Spiralspannstift zu beschädigen. Im Gegensatz zu den geschlitzten Spannhülsen, bleibt der Spiralspannstift ein aktives Element der Verbindung und absorbiert kontinuierlich die Belastungen.
Eine Erläuterung der Unterschiede zwischen dem Spiralspannstift und der geschlitzten Spannhülse, in einer anspruchsvollen Anwendung mit hohen Stoßbelastungen, wie in der folgende Fallstudie aufgezeigt, könnte auf viele ähnliche Anwendungen zutreffen.
Fallstudie
Schnellkupplungen sind so konzipiert, dass sie die Produktivität einer Baustelle maximieren, indem sie Baggern die Möglichkeit bieten, unterschiedliche Arbeitsgänge durchzuführen, manchmal auch alle am gleichen Tag. Schnellkupplungen erhöhen die Vielseitigkeit eines Baggers, indem sich Anbaugeräte für das Graben, Abstufen und Verdichten in wenigen Minuten auswechseln lassen. Die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit der Kupplungen ist entscheidend für die Produktivität einer Baustelle. Wenn eine Kupplung nicht ordnungsgemäß funktioniert, ist die daraus resultierende Ausfallzeit sehr kostspielig. Die Sicherheit am Arbeitsplatz hängt auch von der Zuverlässigkeit der Kupplung ab. Wenn sich von einer Kupplung unbeabsichtigt das angekuppelte Anbaugerät löst, kann es durch das herabfallende Anbaugerät zu schweren Unfällen kommen.
Prototyp 1
Ein Hersteller von Kupplungen wurde aufgefordert, eine Stoppfunktion zu konstruieren, die hohen Stoßbelastungen standhalten konnte. Für die Kupplung war ein positiver Anschlag erforderlich, um den Hub des Hydraulikhebels zum Auswechseln eines Anbaugeräts steuern zu können. In der im rechten Bild gezeigten Kupplung hat der Hersteller eine geschlitzte Spannhülse als Stoppmechanismus eingesetzt. Der Riss, im unteren Bild, ist das Ergebnis der begrenzten Elastizität der geschlitzten Spannhülse. Da die geschlitzte Spannhülse nicht in der Lage ist, sich dem Bohrungsdurchmesser anzupassen, knickt sie ein und erzielt nur einen begrenzten Festsitz an 3 Punkten in der Bohrung. Dies führte zu Spannungen, die sich auf 180º versetzt zum Schlitz konzentrierten. Im Laufe der Zeit wurde dieser Bereich durch die Stoßbelastungen weiter geschwächt, was dann zum Ausfall der geschlitzten Spannhülse führte. Es bestand die Gefahr, das die geschlitzte Spannhülse aus der Bohrung herausfällt und die Produktivität und Sicherheit der Baustelle gefährdet war.
Prototyp 2
In einem Versuch dieses Problem zu beheben, fügte der Hersteller eine zweite geschlitzte Spannhülse in die erste ein. Man nennt dieses Element “Verbundspannhülse”. Obwohl das Ergebnis ein stärkerer, starrer Stift ist, treten bei dieser Stiftkonfiguration normalerweise Probleme auf. Damit die Funktion dieser Verbundspannhülse gegeben ist, ist entscheidend, dass die beiden Schlitze der Spannhülsen bei der Montage um 180º zueinander versetzt ausgerichtet sind. Es ist auch entscheidend, dass der Schlitz der inneren Spannhülse vor dem der äußeren Spannhülse geschlossen ist. Wird der Schlitz der äußeren Spannhülse zuerst geschlossen, wird durch die innere Spannhülse keine zusätzliche Verstärkung erzielt. Auch wenn man das richtige Design ermittelt hat, so sind Verbundspannhülsen arbeitsintensiv und anfällig für menschliche Fehler bei der Montage. Die höhere Steifigkeit der Verbundspannhülse kann wie ein massiver unelastischer Vollstift, auch die Bohrung beschädigen. Bei diesem Versuch konnte die Verbundspannhülse anfänglich mehr Zyklen standhalten, aber im Laufe der Zeit trat das gleiche Rissproblem wieder auf. Kontinuierliche Spannungskonzentrationen gegenüber dem Schlitz die dem Design der geschlitzten Spannhülse eigen sind, verursachten einen Ausfall. Diese teurere und schwerfälligere Verbundspannhülse war letztendlich nur eine kurzfristige Lösung des Problems.
Verbundspannhülse: Schlitze um 180° versetzt angeordnet.
SPIROL Lösung
Der Hersteller der Kupplung kontaktierte SPIROL zur Unterstützung. SPIROL’s Team für Anwendungstechnik überprüfte das Design der Kupplung und die Zielsetzungen des Kunden. Ein Spiralspannstift in “Schwerer Ausführung” wurde aufgrund seiner einzigartigen Kombination aus Kraft und radialer Elatizität für diese Anwendung empfohlen. Der Spiralspannstift wird schrittweise aus dünnem Bandmaterial gerollt, jedoch wird durch das zusätzliche Material im Querschnitt eine höhere Festigkeit erzielt als bei der geschlitzten Spannhülse. Dies schafft einen starken Stift mit erhöhter radialer Elastizität, sodass der Stift in der Lage ist, Stoßbelastungen zu widerstehen und eine langfristige Integrität sicherzustellen. Es gibt keinen einzigen Punkt der Spannungskonzentration und der Bohrungsdurchmesser bleibt ebenfalls unverändert. Der Spiralspannstift erbrachte dem Kunden Einsparungen beim Stückpreis, geringere Montagekosten und reduzierte die Kosten im Falle von Gewährleistungsansprüchen. Zudem wurde die Sicherheit am Arbeitsplatz erhöht.
Darstellung der SPIROL Lösung mit einem Spiralspannstift: Es ist kein Ausrichten der Spiralstifte erforderlich.
Haben Sie ein Fertigungsproblem, das Sie nicht lösen können? Unsere technischen Experten lieben die Herausforderung. Effiziente Lösungen für Ihre Anforderungen an die Anwendung zu empfehlen, ist unsere Stärke. Rufen Sie uns an oder füllen Sie das untenstehende Formular aus, um mit uns Kontakt aufzunehmen !
+49 89 4 111 905 71