Die Wahl des richtigen Verbindungselements zur Automatisierung

Unsymetrische Verbindungselemente können je nach Merkmal (en) eine Herausforderung sein, diese zu automatisieren. Sie erfordern immer eine Ende-anEnde-Ausrichtung. Hierfür sind kostspieligere Werkzeuge erforderlich, als sie für symmetrische Verbindungselemente notwendig sind.

Um traditionelle Automatisierungsmethoden zu nutzen, sollten Verbindungselemente mit Kopf an diesem aufgenommen werden können. Eine gute Faustregel ist, dass zwischen Kopf- und Schaftdurchmesser eine Differenz von mindestens 20% sein sollte, um zum Ausrichten und Aufhängen der Teile genügend Unterschied zu haben. Wenn die Durchmesserdifferenz zwischen 20% -30% gehalten werden kann, können zusätzliche Werkzeugkosten vermieden werden. Verbindungselemente mit Kopf, die keinen gleichmäßigen Kopfdurchmesser haben oder unter dem Kopf uneinheitlich sind, neigen dazu, sich in der Zuführschiene zu verklemmen. Für eine automatische Montage sind flache Köpfe besser als runde. Dies deshalb, weil es einfacher ist, einen stirnseitig flachen Einpressdorn auf eine ebene Oberfläche als auf eine runde Oberfläche zu drücken, während gleichzeitig das Verbindungselement gerade gehalten werden soll. Die Mehrkosten für die Zuführung, Ausrichtung und Installation von Verbindungselementen mit Kopf setzen voraus, dass, bevor die Spezifizierung eines solchen erfolgt, die Anwendung auch wirklich ein Verbindungselement mit Kopf erforderlich macht.

Die unsymmetrischen Verbindungselemente ohne Kopf müssen auch einen gewissen Unterschied aufweisen, um die traditionelle Zuführtechnik des Aufhängens auf einem Schienensystem zu nutzen. Dies kann eine Differenz von 20% zwischen Schaft- und Merkmaldurchmesser oder ein signifikantes Ungleichgewicht von mindestens 10% zwischen den Enden des Verbindungselements sein. (Grundsätzlich sollte bei einem Schienensystem die natürliche Tendenz des Verbindungselements sein, immer in eine bestimmte Richtung zu kippen). Wenn dies nicht der Fall ist, ist eine komplexere Ausrichtungsmethode erforderlich. Es gibt mehrere Methoden zur Auswahl: Visuell, Laser, optischer Sensor oder eine Kontrollbuchse. Mit Hilfe eines symmetrischen Verbindungselements können Unternehmen jedoch die Kosten von Automatisierungseinrichtungen deutlich reduzieren. 

Verbindungselemente die symmetrisch sind und ein gleichbleibendes Profil haben sind ideal für die Automatisierung. Sie sind sehr einfach zuzuführen, da sie nur eine minimale Ausrichtung erfordern. Grundsätzlich benötigt man nur eine Maschine, die die Teile in einer geraden Linie dem Zuführschlauch zuführt. Einmal ausgerichtet, werden diese Teile typischerweise über den Zuführschlauch bis zur Montageposition geführt. Einige Beispiele hierfür sind z. B. Kerbstifte, Zylinderstifte, Rändelstifte, geschlitzte Spannhülsen und Spiralspannstifte.

Mit einigen dieser Verbindungselemente sind auch Nachteile verbunden. So ist zum Beispiel der Zylinderstift in einem hohen Maße vom Material des Bauteils  abhängig, um einen Festsitz zu erzielen. Dies bedeutet, dass die Kosten zur Vorbereitung der Bohrung hoch sein können, da Reiben erforderlich ist, um die notwendigen engen Toleranzen zu erreichen.(Ausnahme ist der Einsatz dieser Stifte in Kunststoff, da hier die Bohrungen vorgeformt werden.) 

Um einige der Nachteile der Zylinderstifte auszugleichen, wurden Kerb- und Rändelstifte entwickelt. Der Durchmesser, gemessen über die Kerben oder dem Rändel, ist größer als die dazu gehörende Bohrung. Wird ein gehärteter Kerbstift wegen seiner Festigkeit verwendet, verformt sich das Material des Bauteils, jedoch nicht im gleichen Ausmaß wie bei einem Zylinderstift. Der Rändelstift ist so ausgelegt, dass er sich in das Material des Bauteils eingräbt. Weder der Kerb- noch der Rändelstift erfordern die engen Toleranzen, die für den Zylinderstift erforderlich sind. Unabhängig davon sind die Einpresskräfte in der Regel wesentlich höher bei allen Ausführungen von massiven Stiften, die die Kosten von Automatisierungseinrichtungen drastisch beeinflussen können. Da dennoch massive Stifte für die Sitzfestigkeit eine Verformung des Bauteilmaterials erfordern, ist nicht auszuschließen, dass  es zu Bruch oder Beschädigung der Bauteile während der Montage kommt.

Um die Nachteile der massiven Stifte auszugleichen, wurden die Spannstifte entwickelt. Beim Einschlagen des Spannstifts in eine Bohrung, wird er aufgrund seiner radialen Elastizität  zusammengedrückt, da er den Durchmesser der Bohrung annimmt. Nach der Montage sorgt die radiale Kraft des Spannstifts auf die Bohrungswand für einen Festsitz. Da Spannstifte zur Sicherung keine Verformung des Bauteilmaterials benötigen, entstehen keine Schäden am Bauteil und zudem sind die Montagekräfte geringer. Zusätzlich kann der Spannstift Bohrungstoleranzen und kleinere Mittenabweichungen ausgleichen. Es gibt zwei Arten von Spannstiften: den Spiralspannstift und die geschlitzte Spannhülse.

Um die Nachteile sowohl der massiven Stifte als auch der geschlitzten Spannhülse zu kompensieren, wurde der Spiralspannstift entwickelt. Der Spiralspannstift wird aus Bandmaterial gerollt mit 1½ oder 2¼ Windungen. Er verfügt über viele Eigenschaften, die zu einer problemlosen Automatisierung beitragen. Spiralspannstifte können nicht verketten oder blockieren, weil sie keinen Schlitz haben. Zusätzlich zur Federcharakteristik der Spiralspannstifte, den rechtwinkligen sauber geschnittenen Stiftenden, kombiniert mit glatten, konzentrischen Einführfasen, die in einen Radius übergehen, werden scharfe Kanten oder Winkel eliminiert, die die Bohrungswand beschädigen können und somit die Einpresskräfte reduzieren. Die Konzentrizität der Einführfase hilft bei der Ausrichtung der Bohrungen in den zu verstiftenden Bauteilen. Darüber hinaus muss der Spiralspannstift nicht ausgerichtet werden, da er von der Kraftrichtung nicht beeinflusst wird. Diese wichtigen Eigenschaften können Stillstandszeiten während des Produktionsprozesses erheblich reduzieren, die Anlagenkosten senken und eine problemlose Montage ermöglichen.