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PolskaWie man Verbindungselemente auswählt welche die Lebensdauer von Verbindungen maximieren
Von Christie L. Jones, Market Development Manager
Download dieses Technische PapierVerbindungselemente sind für gewöhnlich die kleinsten und billigsten Komponenten innerhalb einer Verbindung. Wenn auch Verbindungselemente für gewöhnlich die gesamte Verbindung zusammenhalten werden Sie häufig übersehen bis zum Ende der Konstruktion. So wichtig wie Verbindungselemente sind, erhalten Konstruktionsingenieure üblicherweise kein formelles Training über die Mechanik von Verbindung und Befestigung. (Etwas über das Sie nicht nachdenken möchten wenn Sie das nächste mal in einem Flugzeug sitzen.)
Eine Verbindung kann vielfältig zusammengehalten werden: Bolzen, Nieten, Schrauben und Stifte, um ein paar zu nennen. Die Methoden fallen in zwei grosse Kategorien: (1) Methoden welche zwei Komponenten oder zwei Tätigkeitsschritte Standortfertig halten; und (2) Methoden wo die Komponenten selbsthaltend sind. Die Herausforderung für den Konstrukteur besteht darin eine Methode zu wählen welche die höchste integrierte Qualitätsverbindung zu den geringsten Herstellungskosten darstellt. Für viele Anwendungen ist ein selbsthaltender Stift die beste Lösung. Die Schwierigkeit besteht darin den passenden Stift mit der angemessenen Stärke und Flexibilität für die Anwendung auszuwählen. Technisch gesehen, wenn eine Last einwirkt, muss irgendetwas nachgeben: der Stift, das Loch oder ein Element der Verbindung. Ein Stift der zu steif ist verursacht in dem Loch in dem er gehalten wird eine Vergrösserung und führt zu möglichen Versagen der Verbindung. Ein Stift der zu flexibel ist wird unter dynamischen Belastungen ermüden.
Zylinderstifte
Zylinderstifte kommen in vielen unterschiedlichen Formen vor. Beispiele sind: Dübelstifte, Gerändelte Stifte und Kerbstifte. Im allgemeinen sind Zylinderstifte stark und relativ unflexibel. Sie absorbieren keine Stösse und dynamische Lasten, sondern übertragen diese an die zu verbindenden Komponenten. Während es viele Anwendungen gibt wo ein Zylinderstift eine effektive Lösung darstellt müssen die dynamischen Kräfte in vielen Anwendungen untersucht werden. Zum Beispiel gibt es ein verbreitetes Paradigma dass Zylinderstifte die beste Option für hochbeanspruchte Anwendungen sind. Infolge der Inflexibilität der Stifte hingegen beschädigen Zylinderstifte häufig die Löcher bei Anwendung in einer dynamisch beanspruchten Anwendung welches zu verfrühten Versagen führt. Zusätzlich sorgt die Verwendung eines weicheren Stiftmaterials für eine reduzierte Beschädigung des Gegenstücks. Alternativ ist ein wärmebehandelter Spannstift häufig stärker als ein Zylinderstift und seine eigene Flexibilität maximiert die Lebensdauer der Verbindung in dynamischen und hochbeanspruchten Anwendungen.
Die Steifheit des Zylinderstiftes vergrössert das Loch
Spannstifte
Es gibt zwei unterschiedliche Typen an Spannstiften: Geschlitzte Spannstifte und Spiralspannstifte. Beide Typen teilen bestimmte Eigenschaften wie Flexibilität und ihrer Fähigkeit sich grösseren Bohrungstoleranzen anzupassen als Zylinderstifte.
Geschlitzte Spannstifte
Spiralspannstifte
Geschlitzte Spannstifte
Die Flexibilität der Stifte reduziert Herstellungskosten. Allerdings gibt es einige Nachteile der geschlitzten Spannstiften welche Ihre Anwendbarkeit bei neuen Konstruktionen begrenzt – besonders in Anwendungen mit einem weichen Material des Gegenstücks wie Aluminium oder Kunststoff welche Gegenstand von dynamischen Lasten sind.
Der geschlitzte Spannstift ist beträchtlich weniger f lexibel als der Spiralspannstift und er spannt nur 180° vom Schlitz. Diese Kombination kann verfrühtes Verbindungsversagen herbeiführen.
Darüberhinaus sind geschlitzte Spannstifte sehr schwer automatisch zuzuführen und zu installieren. Anwendungen für geschlitzte Spannstifte sind nicht-kritische Verbindungen, hergestellt aus weichen bis gehärteten Stählen, welche manuell montiert werden.
Unter Last konzentriert sich die Spannung 180° auf die dem Schlitz gegenüberliegende Seite
Verketten ermöglicht keine automatische Zuführung und Installation von geschlitzten Spannstiften
Spiralspannstifte
Spiralspannstifte wurden erfunden um den Nachteilen von geschlitzten Spannstiften zu begegnen und den Konstrukteuren die Flexibilität zu bieten massgeschneidert die Kraft und Flexibilität des Stiftes auf die Anwendung umzusetzen. Diese Fähigkeit die Funktion des Stiftes “anzupassen” stellt sicher dass jede Anwendung die optimale Kombination aus Kraft und Flexibilität hat. Stifte in der leichten Ausführung sind allgemein empfohlen für weiche oder spröde Materialien. Stifte in der Standard Ausführung sind empfohlen für die Verwendung in unlegierten Stählen und eisenfreien Verbindungen. Stifte in der schweren Ausführung sollten in gehärteten Komponenten verwendet werden.
Der Spiralspannstift ist am fähigsten Schöcke und Vibrationen nach der Installation zu absorbieren und stellt somit eine verlängerte Produktlebensdauer sicher und trägt zur automatischen Zuführung und Installation in hochvolumigen Anwendungen bei.
Die Spiralspannstifte spannen sich unter Last um Stösse und Schwingungen zu absorbieren
Der Spiralspannstift hat 270° Kontakt mit der Bohrung
Spiralspannstifte können als Scharnierstifte, Ausrichtungsstifte, Stopstifte und zur Befestigung von mehreren Komponenten zusammen verwendet werden (z.B. ein Getriebe und eine Welle zu verbinden). Spiralspannstifte werden gewöhnlich nicht empfohlen als Nockenmitnehmer oder wo begrenzte Länge zum ineinandergreifen für den Stift ist. Diese Anwendungen werden gewöhnlich am besten abgedeckt durch Zylinderstifte mit Auszugsmerkmalen.
Betrachtet man die vielfältigen Möglichkeiten um Komponenten zu verbinden ist es empfohlen dass Ingenieure die Gelegenheit von Anwendungsberatungsservices nutzen die von Herstellern von Verbindungselementen zur Verfügung gestellt werden. Durch das Zusammenarbeiten mit Experten aus der Industrie für Befestigungskomponenten und Montage können Ingenieure sicher sein dass Ihre Montageverbindung mit den kosteneffektivsten Lösungen ausgestattet werden welche für aussergewöhnliche Performance sorgt und die Integrität der Applikation während der Produktlebensdauer sicherstellt.
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