Elementy złączne do urządzeń medycznych

Sprężyste kołki zwijane zostały pierwotnie wynalezione w celu zrekompensowania niedoskonałości związanych z kołkami litymi, kołkami dzielonymi oraz innymi konwencjonalnymi elementami złącznymi, takimi jak nity, nakrętki i śruby. Łatwo rozpoznawalne dzięki unikalnemu przekrojowi w kształcie 2¼ zwoju, sprężyste kołki zwijane są kołkami samoczynnie utrzymującymi się, które ulegają ściśnięciu po zamontowaniu w elemencie nośnym. Są to jedyne kołki o jednolitej wytrzymałości i elastyczności po włożeniu. Kołki zwijane, będące prawdziwie „elementami złącznymi zaprojektowanymi z myślą o konkretnym zastosowaniu”, są dostępne w trzech klasach użytkowych, co pozwala projektantowi wybrać optymalną kombinację wytrzymałości, elastyczności i średnicy, dostosowaną do różnych materiałów elementów montażowych i wymagań zastosowania. Ich konstrukcja amortyzująca wstrząsy tłumi siły i drgania, zapobiegając uszkodzeniom otworów i przedłużając żywotność zespołu. Sprężyste kołki zwijane mają prostopadłe, pozbawione zadziorów końce i wymagają mniejszej siły instalacji niż inne kołki, co czyni je idealnymi do zautomatyzowanych systemów montażowych. Cechy sprężystych kołków zwijanych sprawiają, że są one standardem branżowym w zastosowaniach, w których jakość produktu i całkowity koszt produkcji mają kluczowe znaczenie.

Y: Całkowita tolerancja otworu
X: Średnica
A: Sprężyste kołki zwijane
B: Sprężyste Kołki Dzielone
C: Kołki Lite
D: Kołki Lite

Rysunek 4 wyraźnie pokazuje różnice między siłą promieniową wywieraną przez Sprężyste kołki dzielone a trzema różnymi rodzajami Sprężystych Kołków Zwijanych. Faliste linie widoczne wokół każdego kołka w występie z pleksiglasu przedstawiają naprężenia wywierane przez kołki. Im większy wzór, tym większe naprężenie wywierane przez kołek. Należy zauważyć, że rozmiar wzoru naprężeń jest najmniejszy dla kołka zwijanego do lekkich obciążeń, a wzór stopniowo się zwiększa dla kołków standardowych i do dużych obciążeń. Sprężyste kołki zwijane do dużych obciążeń i kołki dzielone mogą mieć podobne wartości naprężeń – żadnego z nich nie zaleca się jednak do zastosowań w tworzywach sztucznych. Jednak rozkład naprężeń w przypadku sprężystego kołka zwijanego jest znacznie bardziej równomierny niż w przypadku kołka dzielonego, gdzie występują dwa obszary maksymalnego naprężenia oznaczone strzałkami na rysunku. Jednolita siła promieniowa wywierana przez kołek zwijany zapewnia lepsze mocowanie i wydłuża żywotność złożenia.

A: Duża wytrzymałość
B: Kołek dzielony
C: Klasa Standardowa
D: Klasa Lekka

Producent urządzeń medycznych, stosował obrabiany, radełkowany kołek lity w chirurgicznym „chwytaku”, pozwalającym chirurgowi operować przez port laparoskopowy. Kołek służy do napędzania ruchu szczęk na  końcu urządzenia. Duża siła instalacji sztywnego kołka litego powodowała jego odkształcenie, uszkadzała złożenie i generowała metalowe wióry. Ponieważ urządzenie to jest używane wewnątrzludzkiego  ciała, obecność metalowych opiłków jest niedopuszczalna.

Kołek radełkowany, wykonany ze stali nierdzewnej 303 bez późniejszej obróbki cieplnej, został zamontowany w hartowanym trzpieniu ze stali nierdzewnej 416. Ustalono, że połączenie niekompatybilnej twardości oraz różnic w rozmiarze między kołkiem a materiałem nośnym było główną przyczyną powstawania zanieczyszczeń, dużej siły instalacji  i związanych z tym uszkodzeń podzespołu.

Aby rozwiązać wszystkie te problemy, producent zastąpił kołek lity poddanym obróbce cieplnej, lekkim sprężystym kołkiem zwijanym ze stali nierdzewnej 420. Lekki kołek zwijany zapewnił odpowiednią równowagę między wytrzymałością a elastycznością, umożliwiając niską siłę instalacji przy jednoczesnym zapewnieniu odpowiedniego mocowania bez uszkadzania otworu i generowania zanieczyszczeń.

Oprócz trwałego rozwiązania problemów jakościowych spowodowanych przez kołek lity, producent urządzeń medycznych odniósł również korzyści w postaci znacznej redukcji kosztów związanej z zastąpieniem obrabianego maszynowo kołka litego na sprężysty kołek zwijany.

Metalowe dystanse formowane walcowo stanowią doskonałą, niedrogą alternatywę dla odciętych rurek, rur, przelotek oraz elementów toczonych lub obrabianych. Są one powszechnie stosowane jako dystanse, tuleje dystansowe, tuleje, osie i kołki. Dystanse formowane walcowo są produkowane bez powstawania metalowych zadziorów lub zanieczyszczeń i mają  prostopadłe końce; są to bardzo ważne cechy komponentów stosowanych w urządzeniach medycznych.

Producenci często używają obrabianych tulei i ciętych rurek do rozdzielenia dwóch cienkich płyt ze stali nierdzewnej w urządzeniach medycznych. Zwyczajowo przepuszcza się nit przez wewnętrzną średnicę obrabianej tulei lub rurki, aby utrzymać dwie płyty w stałym ściskaniu, tak aby pozostawały równoległe do siebie przez cały okres eksploatacji urządzenia. To proste zastosowanie dystansowe jest bardzo powszechne w branży medycznej i można je łatwo zmienić, wykorzystując dystansownik walcowany bez żadnych negatywnych skutków dla wydajności. Przejście z ciętych rurek na dystansowniki walcowane zazwyczaj pozwala zaoszczędzić około 50% kosztów, a dystansowniki walcowane są zazwyczaj 10 razy tańsze od obrabianych tulei.

Oprócz wyboru wysokiej jakości producenta elementów złącznych, który ma zróżnicowaną ofertę produktów, równie ważne jest nawiązanie współpracy z firmą posiadającą rozległą wiedzę inżynieryjną w zakresie łączenia i montażu. Dzięki współpracy z doświadczonymi dostawcami zorientowanymi na inżynierię zastosowań już na etapie projektowania, nie tylko ułatwią oni projektowanie specjalistycznych elementów złącznych, ale również przedstawią kluczowe zalecenia dotyczące połączenia między elementem złącznym a urządzeniem medycznym.

Im wcześniej dostawca zostanie włączony do procesu projektowania, tym większe jest prawdopodobieństwo, że będzie w stanie wyposażyć producenta urządzenia w dostępny na rynku element złączny. Zazwyczaj istnieje wiele różnych typów elementów złącznych, które można zastosować w każdym przypadku. Ostatecznie najbardziej opłacalne rozwiązanie uwzględnia materiał podstawowy, tolerancje produkcyjne, wymagania aplikacyjne oraz metodę montażu.

Zalety stosowania części dostępnych na rynku polegają na tym, że często można je dostarczyć z magazynu, nie ma minimalnych wymagań dotyczących zakupu oraz nie są pobierane opłaty za oprzyrządowanie lub opracowanie. Oznacza to, że części mogą być dostarczane szybko – niezależnie od tego, czy są potrzebne na etapie prototypowania, czy do pełnej produkcji.

Ostatecznie projektanci powinni stosować specjalistyczne elementy złączne, które podnoszą jakość urządzenia medycznego, upraszczają proces złożenia i zapewniają najniższy całkowity koszt.