Montagepressen: Stifte und Dübel

Im klassischen Spiel Pin the Tail on the Donkey befestigen die Spieler den Schwanz mit einer Reißzwecke am Esel. Bei einem Spielzeugesel aus Metall oder Kunststoff wäre eine Reißzwecke jedoch nicht in der Lage, den Schwanz an Ort und Stelle zu halten, insbesondere wenn er sich auf irgendeine Weise bewegen muss. Eine bessere Wahl für diese Anwendung ist ein Passstift aus massivem Metall.

„Passstifte werden häufig zur Ausrichtung verwendet, können aber auch hervorragend als Lagerfläche für die Drehung dienen“, erklärt Mike Apsey, Leiter Produktentwicklung und -entwicklung bei Driv-Lok Inc. „Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sie entfernt und durch ersetzt werden können.“ Endbenutzer ohne Verzerrung.

Driv-Lok stellt seit den frühen 1960er-Jahren Passstifte und seit 1941 Nutstifte her. Der letztere Stifttyp verfügt über drei Nuten mit gleichen Abständen am Umfang.

Vor einigen Jahren benötigte ein Tier-1-Automobilzulieferer von Stellantrieben ein Befestigungselement, um eine kleine Kunststoffabdeckung am schützenden Aluminiumgehäuse eines Stellantriebs zu befestigen. Das Befestigungselement musste außerdem die Verbindung bei allen Wetterbedingungen gewährleisten und eine Drehung des Aktuators verhindern.

Das Enginomics-Team von Driv-Lok hat einen Miniatur-Nutstift vom Typ U entwickelt, der an drei Stellen durch die Abdeckung in das Gehäuse gedrückt wird. Die Stifte verhindern jegliche Bewegung der Abdeckung und des Aktuators und stellen gleichzeitig die Konnektivität sicher. Darüber hinaus werden die Stifte laut Apsey automatisch der Presse zugeführt, um die Installationskosten zu senken.

Nut- und Passstifte sind nur zwei von vielen, mit denen Hersteller so unterschiedliche Teile wie Fahrzeugmotoren, Kompressorkolben und Make-up-Puderdosen zusammenbauen. Ebenso wichtig für die Hersteller sind Metalldübel, die eine korrekte Ausrichtung der zusammenpassenden Komponenten bei minimaler Lochvorbereitung gewährleisten.

Sowohl die Stifte als auch die Dübel sind kostengünstig, einfach zu installieren und haben sich seit Jahrzehnten bewährt. Kein Wunder, dass sie bei Herstellern in einer Vielzahl von Branchen immer beliebter werden, vor allem in der Automobil-, Medizintechnik- und Freizeitbranche.

Für den Zusammenbau werden viele Arten von Stiften verwendet, die entweder massiv oder hohl sind und eine symmetrische oder asymmetrische Form haben. Zu den massiven symmetrischen Stiften gehören Dübel-, Rillen-, Rändel-, Widerhaken- und Ferrolstifte. Als asymmetrisch gelten Versionen dieser Stifte mit flachem und rundem Kopf, die auch als Bolzen bezeichnet werden.

Hohle symmetrische Stifte sind geschlitzt und haben eine Spiralfeder. Alle Dübel sind hohlsymmetrisch mit geteiltem oder nahtlosem Körper.

Stifte und Dübel haben einen Durchmesser von 0,03125 bis 1,5 Zoll und eine Länge von bis zu 6 Zoll. Sie bestehen am häufigsten aus kohlenstoffarmem oder rostfreiem Stahl, verschiedenen Legierungen, Aluminium, Messing oder Titan. Zu den Oberflächen gehören passivierte, nicht passivierte und schwarze Oxide.

Der Passstift ist ein glatter Zylinder aus Metall, kann jedoch an jedem Ende abgeschrägt sein, um das Einführen zu erleichtern. Dieser Stift ist in der Regel gehärtet und wird auf präzise Bruchteile von Durchmessern und Längen gefertigt und als Scharnier, Welle oder Drehzapfen verwendet, um Teile zu positionieren oder zusammenzuhalten.

Der Passstift hält der höchsten Scherkraft aller Befestigungsstifte stand. Es wird für die Montage in hohen Stückzahlen bevorzugt, da es keine zusätzlichen Befestigungsteile für das Einsetzen oder sekundäre Vorgänge erfordert.

Die Rillen eines Rillenstifts werden laut Apsey durch einen Stauchvorgang geformt, bei dem drei Werkzeuge in Abständen von 120 Grad in den Nenndurchmesser des Stiftmetalls eindringen. Durch dieses Eindringen wird eine kontrollierte Menge Metall auf jede Seite des Nutwerkzeugs verdrängt, wodurch ein erhöhter Abschnitt entlang der Seite jeder Nut entsteht.

„Diese Art von Stift eignet sich hervorragend für dauerhafte Verbindungen oder solche, die geschwenkt oder gedreht werden müssen, sowie für die Teilepositionierung“, sagt Apsey. „Viele Hersteller verwenden in Baugruppen, die regelmäßig hohen Vibrationen ausgesetzt sind, lieber Kerbstifte als Schrauben.“

Rändelstifte sind entweder mit gerader, spiralförmiger oder rautenförmiger Rändelung erhältlich. Im Gegensatz zu einem geraden Passstift, bei dem der Halt durch die gleichmäßige Verbindung zwischen Stift und Loch gewährleistet wird, sind gerändelte Stifte so konzipiert, dass sie in die Aufnahmekomponenten schneiden, bemerkt Christie Jones, Marketingdirektorin und Vizepräsidentin bei SPIROL International Corp. Allerdings war keiner gerändelt noch genutete Stifte erfordern die engen Toleranzen, die für Präzisions-Volldübelstifte erforderlich sind.

„Die Verdrängung des Wirtsmaterials in die Täler der Rändelung führt zu einer größeren Reibungskontaktfläche zwischen Stift und Loch und damit zu einer höheren Retention“, sagt Jones. „Bei unseren spiralförmigen Rändelstiften bewirkt eine 30-Grad-Rändelung, dass sich der Stift beim Eintritt in das Loch dreht, wodurch noch mehr Oberflächenkontakt mit dem Trägermaterial entsteht. Dies führt zu höheren Reibungskräften, größerem Eingriff und verbessertem Widerstand gegen Herausziehen.“

Apsey sagt, dass die rautenförmigen Rändelungen von Driv-Lok an bestimmten Stellen des Stifts oder überall auf dem Stift angebracht werden können. Er sagt, dass die Rautenform eine größere axiale Haltekraft bietet, um ein Herausziehen zu verhindern, als gerade oder spiralförmige Rändelungen, und dass einige Kunden die Rautenkonfiguration einfach aufgrund ihres Aussehens wählen.

Stachelstifte sind für den Einsatz in Kunststoff und weichem Metall konzipiert und verfügen je nach Stift für letzteres Material über äußere erhabene Widerhaken, die nach hinten oder entgegen der Einsteckrichtung abgewinkelt sind. Während der Stift eingeführt wird, füllt sich das Wirtsmaterial in den Bereich um die Widerhaken, was zu einem maximalen Widerstand gegen Axialkräfte und einer sicheren, manipulationssicheren Baugruppe führt.

SPIROL stellte im vergangenen Herbst seinen Press-N-Lok-Stachelstift vor. Laut Jones verfügt der Stift an jedem Ende über gegenüberliegende Widerhaken, die zwei Kunststoffkomponenten dauerhaft aneinander halten. Die wesentliche Einschränkung des Stifts besteht darin, dass er nicht für spröde Kunststoffe oder solche mit einem hohen Anteil an Glasfüllstoffen geeignet ist.

Eine große Einführung gewährleistet die Ausrichtung mit dem Loch und erleichtert die Installation, die ein zweistufiger Prozess ist. Nachdem die Stifte in die untere Hälfte der Baugruppe eingebaut wurden, wird die andere passende Hälfte mit einer Presse befestigt.

„Ein Ferrolstift ähnelt einem Stift mit Widerhaken, da er auch eine formschlüssige Befestigung bietet und eine kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Schrauben und Widerhakennägeln darstellt“, erklärt Apsey. „Der Unterschied besteht darin, dass der Ferrol-Stift rundherum sowie oben und unten am Schaft einen gerippten Ring hat. Das Material fließt vollständig um diesen Ring herum und sorgt für einen festen Sitz.“

Ein großer Hersteller von Kindersitzen verwendet einen Drive-Lok-Ferrolbolzen, um die Armlehnen auf beiden Seiten eines bestimmten Kunststoffsitzes zu fixieren. Die Armlehnen sind frei drehbar und behalten dabei den erforderlichen festen Sitz bei, ein Entfernen der Stifte ist jedoch praktisch unmöglich. Apsey sagt, dass früher zur Befestigung jeder Armlehne eine Standardschraube verwendet wurde. Durch Auf- und Abbewegungen lösten sich jedoch schließlich die Schrauben.

Der Spiralfederstift besteht aus einer 2-1/4 Spiralwindung aus Kohlenstoff-, Edelstahl- oder legiertem Stahl. Sein Außendurchmesser reicht von 0,03125 bis 0,75 Zoll und seine Standardlänge beträgt normalerweise nicht mehr als 6 Zoll. Der Außendurchmesser des Stifts ist etwas größer als der Lochdurchmesser, um den Halt zu gewährleisten, bemerkt Mike Pasko, Anwendungstechniker bei SPIROL.

Bei richtiger Größe und Installation bietet der Stift einen radialen Kontakt von mindestens 270 Grad im Loch. Ein weiterer Vorteil ist die Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen. Dies isoliert das Lochmaterial von den Kräften und trägt zu einer längeren Nutzungsdauer der Baugruppe bei.

Schlitzspannstifte sind wirtschaftliche, selbstsichernde Scherbefestigungen. Apsey sagt, dass ihre Übergröße beim Einsetzen radiale Kräfte ausübt, um die Stifte fest an Ort und Stelle zu halten. Zu den üblichen Verwendungszwecken gehören Abstandshalter, Anschlagpunkte und Scharniere in Tausenden von anspruchsvollen, aber nicht präzisen industriellen Anwendungen.

Hohldübel vereinfachen die Montage, indem sie das Einsetzen der Befestigungselemente erleichtern. Sie gewährleisten außerdem eine präzise Ausrichtung innerhalb der Lochtoleranzen.

Dübelhülsen von SPIROL ermöglichen nach der Montage die Durchführung einer Befestigungsschraube oder eines Bolzens durch den Innendurchmesser. Die geschliffenen Hohldübel des Unternehmens können standardmäßige geschliffene Volldübel (gemäß ISO 8734) direkt ersetzen und dort eingesetzt werden, wo Mittellinientoleranz und präzise Ausrichtung erforderlich sind. Federdübel werden um die Dorne geformt, um Rundheit zu gewährleisten und gleichzeitig die Komponenten genau nebeneinander zu positionieren.

Apsey sagt, dass geteilte Hohldübel von Driv-Lok seinen Herstellerkunden im Vergleich zu herkömmlichen Passstiften 30 bis 40 Prozent an Produktions-, Gewichts- und Arbeitskosten einsparen, da das Aufbohren und Nachbearbeiten von Löchern entfällt. Die Dübel werden als Abstandshalter, Kompressionsbegrenzer oder dort verwendet, wo zwei Hälften einer Baugruppe miteinander verschraubt werden.

Darüber hinaus bietet das Unternehmen nahtlose Hohldübel für Anwendungen an, bei denen eine Naht nicht zulässig oder erwünscht ist. Diese Dübel können als Fixierer, Abstandshalter oder Abstandshalter verwendet werden und sind in verschiedenen Materialien und Ausführungen sowie wärmebehandelt erhältlich.

„Bei Stiften und Dübeln ist das Einpressen die Standardinstallationsmethode“, sagt Chuck Rupprecht, General Manager bei BalTec Corp. „Die Installation kann dauerhaft oder vorübergehend sein und ist ein einfacher Vorgang, der normalerweise mit einem manuellen, pneumatischen oder manuellen Tischgerät durchgeführt wird.“ hydraulische Presse. Automatisiertes Pressen wird ebenfalls durchgeführt, allerdings muss man in dieser Situation ein extrem hohes Volumen haben, um einen angemessenen ROI zu erzielen.“

Gerade wirkende Pressen werden Kniehebelpressen vorgezogen. Die zum Zusammenpressen von Teilen erforderliche Kraft hängt von der Härte, Glätte und Oberflächenbeschaffenheit der Materialien ab; die Größe, Dicke und Geometrie der Teile; und das Ausmaß der Interferenz zwischen ihnen, d. h. der Größenunterschied zwischen dem eingesetzten Teil und dem Loch.

Als allgemeine Regel gilt, dass Vollstifte 0,0002 Zoll breiter als der Nennlochdurchmesser sein sollten. Beispielsweise wird in ein Standardloch mit einem Durchmesser von 0,25 Zoll ein Dübel mit einem Durchmesser zwischen 0,2501 und 0,2503 aufgenommen. Übergroße Stifte werden normalerweise verwendet, um in verschlissene Löcher zu passen (zum Stiftaustausch) und haben einen Durchmesser, der 0,001 Zoll breiter als der Nenndurchmesser ist.

Gerade Massivstifte weisen beim Einsetzen in Metall tendenziell die engsten Lochtoleranzen auf, sagt Jones. Bei einem gehärteten Nut- oder Rändelstift verformt sich das Grundmaterial, jedoch nicht so stark wie bei einem geraden Vollstift. Wenn einer dieser Stifte aus Kunststoff verwendet wird, sind die Löcher geformt und der Kunststoff ist fehlerverzeihender.

Präzisions-Massivdübel erfordern ein präzise gebohrtes und aufgebohrtes Loch, bevor sie eingepresst werden. Im Gegensatz dazu müssen Löcher für Spiralfeder und Schlitzstifte nur gebohrt werden, was zu geringeren Vorbereitungskosten führt, sagt Jones. Wenn die letzteren Stifte in ein Loch getrieben werden, können sie durch ihre Federwirkung zusammengedrückt werden und den Lochdurchmesser annehmen.

Stifte, die weniger als 4 Kilonewton Kraft benötigen, lassen sich laut Rupprecht mit einer Handpresse einbauen. Diese Art von Presse verfügt normalerweise über einen Antiblockiermechanismus, um das ordnungsgemäße Einsetzen der Stifte sicherzustellen. Der Mechanismus erfordert, dass der Bediener den Stift vollständig einführt, bevor der Pressenstößel zum Stillstand kommt.

Stifte, die zum Einsetzen eine Kraft von 4 oder mehr Kilonewton erfordern, sollten mit einer pneumatischen oder hydraulischen Presse installiert werden. Rupprecht weist darauf hin, dass diese Pressen zwar im Vorfeld teurer sind, aber eine Pressenüberwachung der Kraft-Weg-Kurve ermöglichen.

Die direkt wirkenden pneumatischen Pressen der DA-Serie von BalTec sind modular aufgebaut und können für jede Anwendung zum Einbringen von Stiften oder Dübeln genau dimensioniert werden. Die Standardhublängen reichen von 40 bis 120 Millimeter in 20-Millimeter-Schritten, es können jedoch auch Sonderlängen angefragt werden. Die Pressen verfügen über eine Zweihandsteuerung, erzeugen eine konstante Kraft über die gesamte Hublänge und können für einzelne Arbeitsstationen in die IPC-Steuerungen des Unternehmens integriert werden. Ein rechtwinkliges Getriebe ermöglicht eine einfache Höhenverstellung des Pressenkopfes. Die Pressen sind leise (weniger als 75 Dezibel) und praktisch wartungsfrei, da alle beweglichen Teile in Lagern gelagert sind.

„Spiralfederstifte verfügen über mehrere Merkmale, die zu einer reibungslosen Automatisierung beitragen“, sagt Jones. „Sie greifen nie ineinander oder greifen ineinander, weil sie keine Schlitze haben. Und ihre quadratischen, sauber geschnittenen Enden, kombiniert mit einer glatten, konzentrischen Einführungsfase und einem abgerundeten Radius, verhindern scharfe Kanten und Winkel, die sich in die Lochwand einschneiden könnten.“ Senkung der erforderlichen Einsteckkraft.“

Schlitzstifte sollten niemals automatisch eingebaut werden, es sei denn, es handelt sich um nachweislich hochwertige Herstellung, da viele weder über hochwertige Fasen noch über quadratische Enden verfügen. Beim Betreten des Hemmungsbereichs der Maschine neigt das unebene Ende dieses Stifts dazu, sich am Stift darüber im Zuführrohr zu verfangen und den Vorschub zu verhindern. Der Schlitz des Stifts kann auch den Stifteinführmechanismus der Maschine blockieren.

Symmetrische Stifte haben ein durchgehendes Profil und eignen sich ideal für das automatisierte Einsetzen, sagt Pasko. Sie sind am einfachsten zu füttern, da sie kaum oder gar keine Orientierung erfordern. Alles, was benötigt wird, ist eine Maschine, die die Teile geradlinig zum Zuführrohr liefert und sie dann zu einer Art Einlegeausrüstung befördert.

Das automatisierte Einsetzen asymmetrischer Stifte stellt eine größere Herausforderung dar, da sie eine durchgehende Ausrichtung mit teuren Werkzeugen erfordern. Laut Pasko neigen Kopfstifte mit unterschiedlichen Kopfdurchmessern oder Schäften dazu, sich auf der Zuführschiene zu verklemmen. Stifte mit flachem Kopf sind für die Automatisierung besser geeignet als Stifte mit rundem Kopf, da es einfacher ist, ein flaches Einsetzwerkzeug auf eine flache Oberfläche zu drücken und dabei das Befestigungselement gerade zu halten.

„Hohldübel benötigen zum richtigen Einsetzen etwa halb so viel Kraft wie Stifte“, bemerkt Rupprecht. „Diese Richtlinie gilt für das Metall oder Kunststoffmaterial, das der Dübel nach dem Einsetzen blockiert oder festhält.“

Er sagt, dass die Installation mit einer Presse oder durch Einschlagen des Dübels mit einem Hammer oder Hammer erfolgen kann. Einige Dübel können auch automatisch eingesetzt werden.

Jim ist leitender Redakteur von ASSEMBLY und verfügt über mehr als 30 Jahre redaktionelle Erfahrung. Bevor er zu ASSEMBLY kam, war Camillo Herausgeber von PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal und Milling Journal. Jim hat einen Abschluss in Englisch von der DePaul University.