Hoe kies je een bevestigingsmethode voor scharnierpennen bij apparatuur die aan trillingen onderhevig is?

Een scharnierpen hoeft niet eerst uit te vallen voordat de bevestiging een probleem wordt. Gedeeltelijke axiale verschuiving kan de vergrendeling met één scharniergewricht verminderen, de uitsteeklengte aan het tegenoverliggende uiteinde vergroten, een groef of schroefdraadgedeelte in de richting van het werkende lagergebied verplaatsen, of de manier veranderen waarop de pen door de scharnierconstructie wordt ondersteund.

Dat maakt de keuze voor een bevestigingsmethode voor scharnierpennen Het gaat om meer dan alleen de vraag of de pen tijdens de montage stevig vastzit. Bij trillingsapparatuur zijn de relevante vragen: wat kan ervoor zorgen dat de pen gaat bewegen, wat houdt die beweging fysiek tegen, hoeveel bewegingsruimte is er voordat de aanslag wordt bereikt, en of dezelfde bevestigingsmethode nog steeds werkt nadat het scharnier in de voltooide apparatuur is gemonteerd.

Twee afwegingen zorgen ervoor dat het aantal opties snel wordt beperkt. Bepaal eerst of het project een positieve geometrische vergrendeling vereist of dat een bevestiging op basis van een gecontroleerde wrijvingspassing volstaat. Bepaal vervolgens of het verwijderen van de pen deel uitmaakt van het normale onderhoud. Deze afwegingen zijn doorgaans belangrijker dan de commerciële benaming die aan de bevestiging wordt gegeven.

De vergrendeling van de pen verschilt ook van de anti-liftbeveiliging van de deur. Een pen kan correct vergrendeld zijn, terwijl een afneembare deur nog steeds onbedoeld kan worden opgetild. Bij toepassingen met afneembare scharnieren moet rekening worden gehouden met opstijgingsruimte en anti-liftbeveiliging als een afzonderlijke eis op deurniveau.

Pinmigratie is een probleem van axiale beperking

Een scharnier heeft doorgaans enige speling nodig binnen de pen-en-scharnierconstructie, zodat de vleugels kunnen draaien zonder in axiale richting vastgeklemd te raken. Die speling is op zich geen tekortkoming. Het wordt pas een probleem met betrekking tot de stabiliteit wanneer de pen zo ver kan blijven bewegen dat de beoogde ondersteuning of de bedrijfsgeometrie verandert.

Het volledig losraken van de pen is slechts de laatste fase in die reeks. Als een deel van de pen uit één scharnierpunt losraakt, veranderen de ondersteunde lengte en de krachtverdeling over de overige scharnierpunten. De lokale randbelasting of de buigbelasting op de pen kan toenemen voordat de pen ook maar in de buurt komt van het vrij vallen.

Tegelijkertijd verandert de situatie aan de andere kant. Een extra uitsteeksel kan in de weg zitten bij een afdekking, kabelgoot, beschermkap of aangrenzende constructie. Een groef voor een borgring, een schroefdraad of een dwarsgat dat zich oorspronkelijk buiten het werkgebied van het lager bevond, kan ook dichter bij de rand van een scharnierpunt komen te liggen.

Het vrijgavepad kent twee richtingen

Een verticale pen kan er stevig uitzien omdat de zwaartekracht in één richting werkt, maar de zwaartekracht is geen betrouwbare bevestigingsmethode. De apparatuur kan op een andere zijde worden vervoerd, worden blootgesteld aan schokken langs de scharnieras, of onder een hoek worden geïnstalleerd.

Een borgring aan één uiteinde blokkeert de beweging in de richting van die ring. Voor de tegenovergestelde richting is nog steeds een kop, schouder, tweede borgring, getrapte geometrie of een ander vastgezet onderdeel nodig, als de pen in die richting kan bewegen.

Het is zinvoller om de pen van het ene uiteinde naar het andere te volgen dan te vragen of de tekening een borgelement bevat. De beoordeling is pas voltooid wanneer het kenmerk dat elke relevante ontgrendelingsrichting tegenhoudt, kan worden geïdentificeerd.

De bevestigingsmethoden voor scharnierpennen verschillen naargelang het belastingspad

Het grootste technische verschil bestaat tussen een positieve geometrische aanslag en een wrijvingsafhankelijke verbinding.

A positieve aanslag voorkomt verdere verplaatsing omdat het vasthoudende onderdeel niet door de beschikbare opening kan. Een gevormde kop, borgring, dwarspen of vastgezette schouder werkt op deze manier. Voor verdere beweging moet de aanslag, pen, groef of het omringende onderdeel vervormen, breken of losraken.

A wrijvingsafhankelijk systeem weerstaat beweging door contactdruk. Een pen met perspassing is hiervan een bekend voorbeeld. Ook bij een stelschroef die tegen een gladde pen drukt, kan de werking voornamelijk berusten op contactkracht en wrijving. Verderop in het ontgrendelingstraject hoeft er geen vormsluiting aanwezig te zijn.

Beide benaderingen kunnen geldig zijn. Ze vereisen alleen verschillend bewijsmateriaal. Een gevormd uiteinde kan worden beoordeeld aan de hand van de geometrie en de toestand waarin het is gemonteerd. Een perspassing hangt veel sterker af van de verhouding tussen de afgewerkte pen, de boring en de montage.

De gevolgen van verschuivingen moeten bepalend zijn voor de mate van onzekerheid die het ontwerp kan verdragen. Als beperkte bewegingen weinig invloed hebben op de apparatuur, kan een goed geregeld, wrijvingsafhankelijk systeem een redelijke keuze blijven. Als verschuivingen de vereiste vergrendeling van de scharnieren verminderen, de positie van de vergrendeling of afdichting veranderen, of kunnen leiden tot het verlies van de geometrie die de deur ondersteunt, is het gemakkelijker te rechtvaardigen om over te gaan op een positieve vergrendeling.

De stabiliteit van de perspassing hangt af van de montagepassing

Een pen met drukpassing kan een aanzienlijke axiale weerstand bieden zonder extra eindvoorziening, maar de gemonteerde toestand vormt op zichzelf het bevestigingssysteem.

De diameter van de pen, de boring, de rondheid, de oppervlakteafwerking, de laagdikte, de stijfheid van het scharnier en de montagemethode hebben allemaal invloed op dat raakvlak. De nominale diameter van de pen alleen is niet voldoende om de bevestigingsconditie te beschrijven. Een gevormd scharnier van plaatmetaal en een dikke, machinaal bewerkte naaf kunnen ook verschillend reageren op dezelfde nominale overmaat.

Door wrijving, corrosie, slijtage of het herhaaldelijk verwijderen van pennen kan de pasvorm tijdens het gebruik veranderen. Dit betekent niet dat een passingsverbinding ongeschikt is voor trillingsgevoelige apparatuur. Het betekent wel dat de leverancier moet kunnen uitleggen welke factoren de pasvorm bepalen en welk bewijs er is om erop te vertrouwen dat deze zorgt voor axiale bevestiging.

Een stelschroef moet op dezelfde manier worden beoordeeld. Een schroef die tegen een gladde cilindrische pen drukt, is nog steeds grotendeels afhankelijk van de contact- en vergrendelingsomstandigheden. Een schroef die in een speciale omtreksgroef, een gat of een schouder past, kan een betere barrière vormen tegen axiale verschuiving. Onderdelen die er op het eerste gezicht hetzelfde uitzien, kunnen daarom een verschillend vasthoudgedrag vertonen.

Door de axiale verplaatsing kan de klem in een stootstop veranderen

Een positieve aanslag draagt de belasting niet altijd continu. De pen kan tussen de twee bevestigingspunten axiaal vrij bewegen en verschuiven voordat hij het vastgehouden uiteinde raakt.

Dat verandert de situatie bij de stop. Een borgring die met licht, continu contact tegen een oppervlak wordt gehouden, wordt niet op dezelfde manier belast als een borgring die herhaaldelijk wordt geraakt nadat de pen door een speling is bewogen. Bij trillingen of schokken kan de tweede situatie leiden tot herhaaldelijk lokaal contact bij een groef van de borgring, een gevormde kop, een dwarspen of een aangrenzend scharniervlak.

De resulterende belasting kan niet worden teruggebracht tot één universele kracht, omdat deze afhankelijk is van de trillingsbelasting van de apparatuur, de bewegende massa, de beschikbare axiale slag, de relatieve snelheid, de contactstijfheid en de lokale vervorming. Voor de keuze is de volgende relatie van belang: Meer axiale vrijheid kan ervoor zorgen dat de klem niet langer fungeert als een migratiebarrière, maar deel gaat uitmaken van het terugkerende belastingspad.

Een bevestigingselement kan dus aanwezig blijven en toch verslechteren. Een ring kan nog steeds gemonteerd zijn terwijl er in de groef plaatselijke slijtage ontstaat. Een gevormd uiteinde van een pen kan intact blijven terwijl herhaaldelijk contact sporen achterlaat op het aangrenzende knokkelvlak. Een dwarspen kan op zijn plaats blijven zitten terwijl er plaatselijke vervorming ontstaat rond het gat waarin hij zit.

Wanneer het beoogde ontwerp het mogelijk maakt dat de pen herhaaldelijk in contact komt met de veiligheidsvoorziening, moet het voorstel van de leverancier ingaan op die bedrijfsomstandigheid, in plaats van alleen aan te tonen dat de pen onmogelijk volledig kan losraken.

Vaste en verwijderbare retentie bieden een oplossing voor verschillende onderhoudsproblemen

Een pen die bedoeld is om gedurende de gehele levensduur van het geheel in het scharnier te blijven zitten, hoeft niet dezelfde bevestigingsconstructie te hebben als een pen die tijdens reiniging, reparatie of een geplande revisie wordt verwijderd.

Gevormde, vastgezette en geperste penuiteinden

Door staken, smeden, draaien, hameren of een andere vervormingsbewerking verandert de geometrie van het uiteinde nadat de pen is gemonteerd. Het vergrote of vervormde uiteinde past niet meer door de aangrenzende opening.

Hierdoor is er geen aparte klem of moer meer nodig, wat handig is wanneer de pen tijdens normaal gebruik nooit mag worden verwijderd. Het fabricageproces zelf wordt echter wel van belang. Te veel vervorming kan de fusee-stapel vastklemmen of de pen vervormen. Te weinig vervorming kan leiden tot een ongelijkmatige bevestiging.

Het materiaal en de toestand van de pen zijn hier van belang. Het gekozen materiaal, de hardheid en het vervormingsproces moeten op elkaar zijn afgestemd. Een bevestigingsconcept dat berust op het plastisch vervormen van het uiteinde van de pen, mag niet louter op basis van een afgewerkte contour worden goedgekeurd zonder inzicht in hoe die geometrie tot stand komt.

Het beste bewijs uit de eerste hand voor dit type constructie is eenvoudig: een close-upfoto van het daadwerkelijke uiteinde van de borgpen, samen met de bijbehorende productietekening of het monster. Daarmee wordt de werkelijke geometrie veel beter weergegeven dan met weer een algemene illustratie van de borging.

Vergrendelingspennen

Een kopspeld, een vergrendelde schouder of een montagereeks die het ontgrendelingspad afsluit, kan zorgen voor een permanente, positieve bevestiging zonder dat er een aparte eindbevestiging nodig is.

Het nadeel op het gebied van onderhoud is minder duidelijk. Als de pen alleen kan worden aangebracht voordat een ander scharnieronderdeel wordt gevormd, gelast of verbonden, kan schade aan de pen ertoe leiden dat het gehele scharnier moet worden vervangen. De term “vastzittend” verwijst naar de toestand waarin de pen vastzit; dit betekent niet automatisch dat de pen gemakkelijk te onderhouden is.

Borgringen, borgschroeven en kruispinnen

Verwijderbare bevestigingen zijn zinvol wanneer het verwijderen van pennen een geplande onderhoudshandeling is.

Een borgring zorgt voor een zichtbare, duidelijke aanslag en maakt een snelle demontage mogelijk, maar de groef wordt dan wel een onderdeel van de geometrie van de pen. De groef moet buiten een ongeschikt lagergebied blijven, en er is voldoende toegang aan beide uiteinden nodig voor zowel de ring als het demontagegereedschap.

Bij bevestiging met schroefdraad kan gebruik worden gemaakt van een moer, een schroefdraaduiteinde of een beveiligde bevestigingselement. Dit is handig wanneer gangbaar handgereedschap al deel uitmaakt van de onderhoudsprocedure, maar de schroefdraad zelf bepaalt niet hoe losraken onder invloed van trillingen wordt voorkomen. De vergrendelingsmethode maakt deel uit van het voorstel.

Een dwarspen of splitpen zorgt voor een duidelijke fysieke aanslag. Hiervoor is ook een dwarsgat in de hoofdpen nodig, waardoor er een extra onderhoudsonderdeel bijkomt. De positie van het gat, de uitsteeklengte van de pen en de vrije ruimte eromheen zijn daarom van belang, naast het gemak waarmee de pen kan worden verwijderd.

Een pen die regelmatig wordt verwijderd, vereist een bevestigingssysteem dat geschikt is voor herhaaldelijk gebruik. Permanente eindbewerking staat deze eis doorgaans in de weg. Het omgekeerde geldt eveneens: het aanbrengen van een machinaal bewerkte groef, een aparte ring en een vervangbaar onderdeel aan een pen die nooit mag worden verwijderd, kan de productie en het onderhoud complexer maken zonder dat daarmee een nuttig probleem wordt opgelost.

Axiale retentie bepaalt niet de rotatie van de pen

Een vastgezette pen kan nog steeds draaien.

Bij sommige scharnieren is de pen opzettelijk aan één scharnierblad bevestigd, zodat de rotatie plaatsvindt tussen de pen en de tegenoverliggende scharnierknikken. Bij andere scharnieren kan de pen over een groter deel van de scharnierconstructie draaien. Een borgring kan axiale verschuiving beperken zonder dat dit invloed heeft op een van beide situaties.

Als het beoogde vaste contactvlak niet in stand wordt gehouden, kan het actieve slijtvlak zich verplaatsen naar een ander contactvlak tussen pen en scharnierpunt, zelfs als de axiale bevestiging volledig intact blijft. Bij een vergelijking van leveranciers moet daarom worden vastgesteld welk contactvlak naar verwachting zal draaien, en niet alleen wat voorkomt dat de pen uit het scharnier glijdt.

De geometrie van de retentie mag geen rol spelen bij het lagerprobleem

Bij positieve bevestiging wordt vaak een groef, een gat, een schroefdraad of een gevormde overgang aan de pen aangebracht. Deze kenmerken moeten samen met de delen waar de pen wordt ondersteund, worden beoordeeld.

Een groef voor een borgring verkleint de lokale doorsnede van de pen. Een dwarsgat onderbreekt de doorsnede op een andere manier. Ook schroefdraadexcentriciteit en abrupt gevormde overgangen veranderen de lokale geometrie. Door deze kenmerken direct naast een zwaar belaste knikrand te plaatsen, kunnen twee verschillende functies – lagerondersteuning en bevestiging – in hetzelfde korte deel van de pen worden geconcentreerd.

Axiale beweging kan dit verergeren. Een groef die buiten het lagergebied begint, kan zich in de richting van de rand van een scharnierkop verplaatsen. Een schroefdraadgedeelte kan in een gebied terechtkomen dat bedoeld is voor soepel glijdend contact. Een dwarsgat kan dichter bij een zwaar belast steunpunt komen te liggen.

Deze nuttige analyse combineert drie geometrische aspecten: waar de pen wordt ondersteund, waar het vergrendelingsmechanisme zich bevindt en hoe ver de pen kan bewegen voordat de aanslag wordt bereikt.

De geïnstalleerde machine kan een goede borgring afwijzen

Een bevestigingsmethode kan er op de scharniertekening volkomen logisch uitzien, maar na de montage van de rest van de machine moeilijk toepasbaar blijken te zijn.

Voor borgringen is een tang nodig. Voor borgringen met schroefdraad is een moersleutel, dopsleutel of schroevendraaier nodig. Bij kruispinnen is ruimte nodig om de secundaire pen te kunnen verwijderen. Nadat de borgring is losgemaakt, kan het zijn dat de hoofdscharnierpen nog enige axiale speling nodig heeft voordat deze vrij komt uit de fusee.

De relevante vrije ruimte is daarom de volledige omtrek van de beweging waarbij de klem, het gereedschap en de pen worden verwijderd — en niet alleen de zichtbare opening naast het scharnier.

Veilig in gebruik, geblokkeerd tijdens onderhoud

Een borgring boven de bovenste scharnierknokkel kan het wegglijden van de pen op de juiste manier voorkomen, terwijl een afdekking van de bovenliggende apparatuur de tang blokkeert die nodig is om de pen te verwijderen. Zowel de ring als de groef functioneren zoals bedoeld. Het conflict doet zich alleen voor wanneer het scharnier in samenhang met de omliggende constructie wordt beoordeeld.

Toegang tot het prototype kan ook misleidend zijn. Een klem kan gemakkelijk bereikbaar zijn voordat een kabelgoot, regenkap, beschermkap of interne module is geïnstalleerd, maar in de productiemontage feitelijk ontoegankelijk zijn.

De omgeving vormt een extra hindernis. In blootliggende groeven en klemmen kunnen spanen, verf, vuil of ijs blijven zitten. Uitstekende splitpennen of veiligheidspinnen kunnen ervoor zorgen dat iets blijft haken. Door corrosie en vervuiling kan het onderhoud van een in principe verwijderbare bevestiging bovendien veel moeilijker worden. Twee toepassingen met een vergelijkbare trillingsintensiteit kunnen daarom verschillende bevestigingsmethoden vereisen, omdat de omgeving waarin ze worden geïnstalleerd verschillend is.

Vergelijk offertes van leveranciers op basis van bewijsmateriaal, niet op basis van retentielabels

Een specificatie waarin “vastgezette pen” wordt vermeld, volstaat niet om twee scharnieren met elkaar te vergelijken. Het voorstel wordt pas zinvol wanneer de OEM kan zien wat verplaatsing voorkomt, welke productieconditie die eigenschap bepaalt en wat er gebeurt wanneer de pen uiteindelijk moet worden vervangen.

Geen enkele methode in de tabel is in alle gevallen superieur. De kosten variëren tussen de pen zelf, de bijbehorende bevestigingsmaterialen, bewerkings- of vormgevingsprocessen, de controle tijdens de montage en toekomstig onderhoud. Een goedkoop onderdeel kan uitgroeien tot een dure investering in apparatuur als het later leidt tot destructieve demontage of de volledige vervanging van het scharnier.

Bewijs is van belang wanneer beweringen over trillingsprestaties worden gedaan

Als een leverancier beweert dat een ontwerp met een vergrendelingspen is gevalideerd voor trillingen, is het testrapport het relevante bewijs, en niet de vermelding “getest op trillingen”. Het rapport moet de geteste scharnier- of monsterconfiguratie, de bevestigingsmethode, de opspanning, de toegepaste trillingsomstandigheden, de duur of blootstelling vermelden, evenals wat er voor en na de test is geïnspecteerd. Eventuele acceptatielimieten voor penverschuiving moeten voortvloeien uit de apparatuurvereisten of een overeengekomen projectspecificatie.

Voor projecten waarbij gebruik wordt gemaakt van breedbandige willekeurige trillingen biedt IEC 60068-2-64:2008+A1:2019 een gestandaardiseerde milieutestmethode voor het beoordelen van proefstukken onder gespecificeerde willekeurige trillingsomstandigheden. De norm wordt in combinatie met de relevante productspecificatie gebruikt om de aanvaardbaarheid te beoordelen; de norm stelt geen universele toegestane verplaatsing van de scharnierpen of minimale retentiekracht vast voor elke toepassing.

Referentie: IEC 60068-2-64:2008+A1:2019, Milieutests — Deel 2-64: Tests — Test Fh: Trilling, breedbandig willekeurig en richtlijnen.

Voordat u een monster bestelt

Het verzoek om een steekproef moet ervoor zorgen dat de bewaararchitectuur vergelijkbaar is, zonder dat het verzoek uitmondt in een volledig pakket voor productievalidatie.

• Doel van het verwijderen van de pin: permanente verwijdering, verwijdering bij een incidentele revisie of verwijdering bij routineonderhoud.
• Gebruiksaanwijzing: bepaal wat axiale verplaatsing aan elk relevant uiteinde verhindert.
• Vastzetmechanisme: een vaste of ingebouwde geometrie, een verwijderbare positieve aanslag, een perspassing of een andere duidelijk omschreven methode.
• Gevolgen van migratie: bepaal wat er als eerste verandert als de pen begint te bewegen: de aangrijping, de uitlijning, de speling ten opzichte van aangrenzende onderdelen of een andere functionele toestand.
• Rotatie van de pen: Geef aan of de pen naar verwachting zal draaien of vast zal blijven zitten aan één scharnierdeel.
• Toegang via installatie: Controleer of de klem, het gereedschap en de benodigde beweging voor het verwijderen van de pen in de voltooide machine toegankelijk blijven.

Zodra de methode is gekozen, moeten de productieafmetingen en acceptatievoorwaarden daarvan in de gecontroleerde scharniertekening worden opgenomen. De Specificatieblad voor scharnieren en handleiding voor technische tekeningen behandelt de volgende stap in de tekeningbeoordeling, zonder dat de beslissing over de bewaarmethode hier nogmaals aan de orde komt.

Zodra de architectuur en de servicevoorwaarden duidelijk zijn, vergelijk dan geschikte modellen van industriële scharnieren in plaats van alleen op basis van het type pin of de eenheidsprijs te kiezen, moeten deze vereisten in acht worden genomen.

Veelgestelde vragen over de bevestiging van scharnierpennen