Ett företag som tillverkar hydrauliska snabbkopplingar har genom regelbundna kvalitetsprover upptäckt att vissa låskulor till snabbkopplingarnas låsmekanism plötsligt fått en bristande kvalité och spricker vid belastning. Låskulorna är gjorda av rostfritt stål och har en viktig funktion i låsmekanismen. Om de spricker vid användning kan det leda till konsekvenser med materiella skador eller personskador. Företaget vill förekomma eventuella kvalitetsproblem och måste därför säkerställa att låskulorna har rätt hållfasthet. Låskulorna köps in från en underleverantör och företaget vill därför utveckla en provmetod som provar låskulornas materialegenskaper när de levereras till fabriken. Arbetet i denna rapport syftar till att hjälpa företaget utveckla en sådan provmetod. Ett första steg är att undersöka orsaken till att låskulorna spricker. Materialanalyser utförs av ett materiallaboratorium för att fastställa vilka faktorer i materialet som orsakar brott i låskulorna. Analyserna visar att låskulorna sannolikt spricker på grund av en ökad sprödhet i materialet. Sprödheten beror på att martensiten i materialet är dåligt anlöpt samt en stor mängd karbider. Med orsaken till sprickorna fastställd undersöks befintliga metoder för materialprovning. En provmetod måste prova materialet i färdigtillverkade låskulor eftersom låskulornas tillverkningsprocess påverkar materialegenskaperna. Många av de standardiserade provmetoderna är dock svåra att tillämpa på låskulorna med anledning av låskulornas geometri och små dimensioner. En form av slagprov och pressprov utförs på låskulorna. Ett av syftena med proven är att undersöka om de är lämpliga att använda som provmetod. Genom proven framträder olika materialegenskaper för olika låskulor. Resultaten är dock inte jämförbara låskulorna emellan och proven anses inte vara lämpliga som provmetod. Även ett utmattningsprov utförs på låskulorna genom en upprepande belastning i en snabbkoppling. Detta prov är inte heller lämpligt att använda som provmetod då provet är mycket tidskrävande samt att det finns vissa osäkerheter kring provresultatet. I detta arbete undersöks även två nyligen framtagna provmetoder för kulor till kullager och möjligheten att tillämpa dessa provmetoder på låskulorna. I undersökningen jämförs de båda provmetoderna med avseende på utförande samt framtagning av provkropp. Även en spänningsanalys av en låskula belastad i en snabbkoppling utförs för att ta reda på i vilket område av låskulan de maximala spänningarna uppstår. Undersökningen ger att enbart en provmetod är intressant för fortsatt arbete.   Den provmetod som föreslås i detta arbete kallas "the notched ball test" (NBT). Provmetoden innebär att en djup och smal skåra bearbetas i en låskula som sedan belastas med en tryckande kraft vinkelrätt mot skåran tills brott uppstår. Den maximala spänningen som verkar vid brottet beräknas med en enkel ekvation och används som mått för låskulans hållfasthet. Provmetoden är lämplig då den går att utföra med befintlig utrustning på företaget, den provar materialet i färdigtillverkade låskulor samt i samma område som de maximala spänningarna i en låskula belastad i en snabbkoppling uppstår. NBT nyttjar även dragspänningar vilket är fördelaktigt när sprödhet ska upptäckas i ett material. För att fastställa hur olika materialegenskaper samt geometrier för provkroppen påverkar provresultaten utförs en djupare analys av provmetoden. Analysen ger även vilka geometrier som bör användas vid utförandet av NBT samt värdet för den konstant som används vid beräkning av brottspänningen. Praktiska prov av NBT utförs inte i detta arbete men rapporten innefattar slutsatser om provmetoden och rekommendationer till företaget hur ett fortsatt arbete med NBT kan utföras. / A company that manufactures hydraulic quick-couplings has discovered through regular quality checks that the quality of some of the locking balls for the locking mechanism in the quick couplings suddenly has become insufficient and the locking balls rupture under load. The locking balls are made of stainless steel and if they rupture during usage the consequences can be material damage or even personal injury. The company wants to prevent any quality problems and must therefore ensure that the strength of the locking balls is sufficient. The locking balls are purchased from a subcontractor and the company would therefore like to develop a method for strength testing locking balls delivered to the factory. This thesis aims to help the company in developing such a method.  A first step is to investigate the cause of the locking balls rupture. Material analyses are executed by a material laboratory in order to determine what features in the material that causes the ruptures. The analyses shows that rupture is probably caused by an increased brittleness in the material and the brittleness is a consequence of less tempered martensite and a high amount of carbides. With the cause of rupture determined, existing methods for testing material properties is studied. It is important that strength testing is carried out with test specimens prepared from the actual locking balls. Otherwise the influence of the locking balls manufacturing process on the material properties is not taking into account. Many of the standardized methods for testing material properties, however, are hard to apply to the locking balls due to the geometry and small dimensions of the locking balls. A kind of impact test and compression test is performed. One of the purposes with the tests is to investigate if they are adequate for strength testing the locking balls. The results of the tests, however, are not suitable for comparison. Also, a fatigue test of the locking balls is performed by a repetitive loading of a quick coupling. The fatigue test is, however, time consuming and there are uncertainties in the test results. None of these tests is considered suitable as a strength testing method. In this thesis, two recently developed methods for strength testing ceramic balls and the possibility to apply these methods on the locking balls is studied. The study includes an analysis of the stress distribution in a locking ball under load to determine in which region the highest stresses occur. The study provides that only one of the methods is suitable for the locking balls due to differences in preparing the test specimen and which region of the locking ball that is tested in each method. The strength testing method that is proposed in this thesis is called the notched ball test (NBT). In NBT a long and narrow notch is cut in a locking ball which is then loaded in compression perpendicular to the notch until rupture occurs. The maximum stress acting at the rupture is calculated and used to determine the strength of the locking ball. NBT is suitable because it can be performed with existing equipment at the company, the test specimen is prepared from actual locking balls and the test uses tensile stresses which is an advantage when brittleness is to be detected in a material. An analysis of NBT is performed to determine how material properties and different notch geometries is affecting the test results. The analysis also gives some recommendations for notch geometries that should be used when performing NBT as well as a constant that is used when calculating the maximum stress. Practical experiments of NBT are not carried out in this thesis. Instead, conclusions regarding NBT and recommendations for the company on how they should proceed with NBT are given.

Construction machines use quick couplers to rapidly change the attached tool. The gear lets the machine operator control the hooking and unhooking of the tool from inside of the cabin. This saves time and makes construction work much easier for the workers. The quick coupler is most commonly used on excavators, placed at the outer end of the excavator arm. The tool which the quick coupler connects to needs to have an adapter welded on it for the coupling process to work. Both quick coupler and adapter are equipped with hydraulic quick couplings, the female halves in the quick coupler and the male halves in the adapter. They connect the distribution of hydraulic fluid from the machine to the tool. This master thesis, in industrial design engineering, is focusing on developing a test equipment that can ensure the quality of hydraulic quick couplings. The project is done in collaboration with the company Steelwrist, which requests that the equipment can detect if the couplings are leaking, in both connected and unconnected state, as well as, measuring the internal friction and spring forces that occur during the connection and disconnection.  The project was carried out through a design process with four phases, inspired by ‘the double diamond process’. The used process consists of three sessions of diverging and converging in the form of first widely exploring followed by taking focused actions. The focus in the first phase was to discover information about safety, quality, measurements and instruments, along with conducting interviews and observations in order to understand the current state at the company. In the second phase was the specification and workflow of the new test equipment defined. In the following phase the development of the test equipment started. First by generating hundreds of potential solutions to partial functions, which could be divided into five concepts that were parallely developed and evaluated. In the last phase was the best of the five concepts finalized and constructed in CAD, in order to deliver models and drawings on the final design.  The main focus in the developing and evaluating process has been to create a as safe product as possible. The positions needed to be performed by the operator were extensively investigated and the ergonomics were highly prioritized. Another important factor was the simplicity of the machine components of the test equipment. The project resulted in a complete solution for a new testing station, consisting of storage for adapters, spare parts and documents, along with the test equipment in the shape of a floor standing machine. The test equipment seals the hydraulic quick coupling half, which is meant to be tested, towards an adapter with a pneumatic cylinder. A servo motor then moves the opposite quick coupling half in order to enable the connection and disconnection. The last mentioned coupling half is attached to a load cell which measures the force. The existing leak detection instrument is connected to the test equipment in order to fill the test object with air in the different states. / Byggmaskiner använder snabbfästen för att snabbt byta det fastsittande verktyget. Redskapet låter maskinföraren styra på- och avkopplingen av verktyget från insidan av hytten. Detta sparar tid och gör konstruktionsarbetet mycket enklare för dem som jobbar. Snabbfästet används oftast på grävmaskiner, placerade längst ut på grävmaskinsarmen. Verktyget som snabbfästet ansluter till måste vara utrustad med en fastsvetsad grind för att kopplingsprocessen ska fungera. Både snabbfästet och grinden är utrustade med hydrauliska snabbkopplingar, honhalvorna i snabbfästet och hanhalvorna i grinden. De ansluter hydrauliken från maskinen till verktyget. Detta examensarbete inom teknisk design fokuserar på att utveckla en testutrustning som kan säkerställa kvaliteten på hydrauliska snabbkopplingar. Projektet utförs i samarbete med företaget Steelwrist, som begär att utrustningen ska upptäcka läckage i kopplingarna, både i anslutet och ej anslutet tillstånd, samt att mäta de interna friktion- och fjäderkrafter som uppstår under anslutning och frånkoppling. Projektet bestod av fyra faser, inspirerad av design processen 'the double diamond process'. De fyra faserna omfattar totalt tre sekvenser innehållande en divergerande del och sedan en konvergerande del i form av att först utforska brett, följt av att smalna av med mer fokuserat besluttagande. Fokus i den första fasen var att ta reda på information om säkerhet, kvalitet, mätningar och instrument, tillsammans med intervjuer och observationer för att förstå det aktuella tillståndet på företaget. I den andra fasen definierades specifikationer och arbetsflödet för den nya testutrustningen. I följande fas inleddes utvecklingen av testutrustningen. Först genom att generera hundratals potentiella lösningar på delfunktioner, som sedan kunde delas in i fem koncept som parallellt utvecklades och utvärderades. I den sista fasen färdigställdes det bästa av de fem koncepten och konstruerades i CAD så modeller och ritningar på den slutliga designen kunde levereras. Huvudfokuset i utvecklings- och utvärderingsprocessen har varit att skapa en så säker produkt som möjligt. De positioner som utförs av operatören undersöktes grundligt och ergonomin prioriterades högt. En annan viktig faktor var enkelheten i testutrustningens olika komponenter. Projektet resulterade i en komplett lösning för en ny teststation, bestående av lager för adaptrar, reservdelar och dokument, tillsammans med testutrustningen i form av en markplacerad maskin. Testutrustningen försluter den hydrauliska snabbkopplingshalvan, som är tänkt att testas, mot en adapter med en pneumatisk cylinder. En servomotor flyttar sedan motsatt snabbkopplingshalva för att möjliggöra anslutning och frånkoppling. Den sistnämnda kopplingshalvan är fäst på en lastcell som mäter krafterna som uppstår. Det befintliga läckagedetekteringsinstrumentet är anslutet till testutrustningen för att fylla testobjektet med luft i dem olika tillstånden.