Reparatur des Handgelenkverbinders
Seit etwa Mitte 2024 hat Irontech eine neue Konstruktion von Handgelenken am Start, deren Aufbau sehr intelligent aber etwas zu schwach ausgelegt ist.
Reparaturbericht darüber, wie man das Handgelenk wieder verbinden kann.
Beschreibung der Funktion und Reparatur.
Analyse des Defektes
Einleitung
Mein Kritikpunkt ist ist nicht die Konstruktion an sich, sondern die Auslegung und Präzision.
Generell ist diese Konstruktion eine sehr gute Idee.
Was ist passiert?
Während des Drehens des Handgelenkes in längs-rotatorischer Bewegung hat sich das Handgelenk geräuschlos gelöst und die Hand war mechanisch nicht mehr mit dem Skelett des Unterarms verbunden.
Erste Untersuchung.
Nach dem Öffnen der Unterseite des Handgelenkes war zu sehen, das es sich um eine nicht lösbare Steckverbindung handelt, ähnlich wie bei Hochdruck Gasflaschen, nur ohne Lösemechanismus.
Funktion des Mechanismus.
Das Rohr auf der Handseite dient als Handgelenk Träger birgt das Kugelkopfgelenk zur Handplatte. Über eine Druckplatte drückt eine sehr starke Feder gegen den Kugelkopf.
Das Erzeugt starke Reibung und somit das Drehmoment, um eine bestimmte Schwergängigkeit zu erreichen.
Auf der anderen Seite der Feder ist der Einsatz des Verbinders.
Dieser wird von zwei Kugeln, welche sich in kleinen Vertiefungen befinden, geführt, welche sich in zwei Laufflächen bewegen können. Somit erhält man eine in sich drehbare Verbindungsstelle und im Ganzen eine sehr vielseitige Bewegungsmöglichkeit der Hand.
Als Rückhaltemechanismus dient ein Spreizring als Sicherung, damit die Feder den Verbinder nicht herausdrücken kann. Er ruht in einer Nut des Verbindungsstückes. Der Ring wird nach zusammengepresst und das Verbindungsstück in den Handgelenkträger gesteckt, wobei die Feder komprimiert wird. In Endposition dehnt sich der Ring in eine innere Nut des Handgelenkträgers aus und verriegelt den gesamten Mechanismus unlösbar. Beide Nuten liegen genau übereinander in denen der Ring als Sperre dient.
Der Rückhalte Ring erträgt nun die volle kraft der Feder und die Reibung beim Drehen des Verbinders.
Ist dieser Mechanismus verschlossen gibt es keine Möglichkeit mehr ihn zu öffnen.
Analyse der Ursache.
Der Rückhalte Ring war in seiner Nut verklemmt weil die Nut zu eng gefräst war. Deswegen konnte er sich nicht komplett ausdehnen. Deswegen konnte er auf seiner gesamten Fläche die Kraft der Feder nicht aufnehmen. Beim Drehen der Verbindung war der Verschleiß so hoch, das sich die Nuten, in denen der Ring läuft, nach kurzer Zeit ausgearbeitet haben, bis deren Flanken nicht mehr 90° zur Rotationsachse hatten. Der Ring hat sich derweil selbst abgearbeitet und gab unter dem sehr hohen Druck der Feder nach. Die Verbindung sprang auseinander.
Reparierbarkeit des Verbinders.
Die größte Hürde ist die Feder. Die Feder ist so stark, dass sie sich selbst mit einer Zange nahezu nicht komprimieren lässt. Die Kraft der Feder zeigte eine Druckkraft von etwa 1150N pro mm. Eine solche Kraft ist unmöglich per Hand aufzubringen. Sie muss um etwa 10mm komprimiert werden, um den Mechanismus zu verschließen.
Um diese Verbindung zu schließen ist also ein Spann-Werkzeug nötig, welches anzufertigen galt.
Ebenso stellt das Vorspannen des Rückhalte Ringes eine Herausforderung dar, was nur mit Edelstahldraht möglich war.
Die Nut des Rückhalte Ringes wurde etwas nachgearbeitet, damit er sich nicht mehr verklemmen kann.
Mit dem Spannwerkzeug ließ sich der Verbinder problemlos verschließen und der Spreizring rastete hörbar ein. Zunächst schien alles wieder in Ordnung zu sein.
Prüfung des Verbinders.
Nach mehrfachem Drehen des Verbinders zeigte sich das erste Spiel und ein kleiner Spalt wurde sichtbar. Nach einigen weiteren Drehungen sprang der Verbinder wieder auseinander. Die Flanken der Nuten und der Ring hatten schon zu hohen Verschleiß erlitten.
Alternative Reparatur ohne den Ring.
Eine Reparatur nach der aufgezeigten Weise erwies sich als sinnlos. Dafür war die Abnutzung der Komponenten zu weit fortgeschritten.
Mit dem Verzicht auf einen Freiheitsgrad des Gelenkes wurde der Ring entfernt und der Verbinder unter Zugabe von Metall- und Konstruktionsmasse mit dem Spannwerkzeig verbunden und 24 Stunden aushärten lassen. Die Hand ist nach wie vor voll drehbar. Sie kann jedoch nur noch in zwei Richtungen um 90° angewinkelt werden. Eine natürliche Handhaltung ist nach wie vor gegeben.
Das Silikon wurde verschlossen und die Arbeit nach fünf Tagen abgeschlossen.
Beurteilung des Verbinders.
Die Auslegung ist zu schwach.
Die Schwäche des Verbinders ist der Rückhalte Ring.
Begründung.
Der Rückhalte Ring überlappt die innere und äußere Nut um ca. 0,1mm.
Diese geringe Überlappung muss also mehrere 1000N Kraft der Feder aufnehmen, wobei Metall auf Metall reibt. Das Material des Ringes ist zu weich.
Die Fertigung des gesamten Verbinders zu unpräzise um für diese Kräfte geeignet zu sein.
Lösung / Verbesserung.
Der Verbinder ist von seiner Idee her sehr gut.
Den gesamten Verbinder etwas kräftiger auslegen. 5mm mehr Durchmesser und ein breiterer Ring und tiefere Nuten würden die Druckflächen deutlich erhöhen und den Verschleiß verringern. Außerdem wäre so der Verbinder deutlich besser gegen Lösen gesichert.
Idee zur Innovation des Verbinders
Statt des Spreizringes Sicherungskugeln verwenden.
Die Nuten des Ringes als halbrund Kugellaufflächen auslegen.
Fünf Kugeln im Winkel von 72° durch Löcher mit Innengewinde von Außen durch das Rohr des Handplattenträgers einführen und mit je einer Druckfeder versehen, und mit Madenschrauben vorspannen.
Die Folge ist deutlich weniger Verschleiß, bessere Sicherung gegen Lösen und der Verbinder ist demontierbar und reparierbar.
Eure Jessy
Handgelenk Reparatur Irontech Rita