Der Unterschied zwischen Spiralspannstiften und geschlitzten Spannhülsen

Ein Federstift, auch oft als Spannstift oder Rollstift bezeichnet, ist ein mechanisches Verbindungselement, das zur Befestigung von zwei oder mehr Teilen eines Bauteils verwendet wird. Federstifte sind hohle, rohrförmige Teile, die größer als deren Aufnahmebohrung sind und aus verschiedenen Varianten von Federstahl oder anderen Materialien hergestellt werden.

Der Hauptunterschied zwischen einem Federstift im Vergleich zu einem klassischen Zylinderstift besteht darin, dass seine radiale Steifigkeit deutlich geringer ist als die des aufnehmenden Materials. Zylinderstifte können eine glatte, ununterbrochene Oberfläche haben (wie Buchsen) oder mit Rückhalteeigenschaften wie Rillen, Rändeln oder Widerhaken versehen sein. Zylinderstifte werden in der Regel durch Verdrängung/Verformung des aufnehmenden Materials in Position gehalten. Wenn der Stift jedoch präzisionsgeschliffen und die Aufnahmebohrung präzise aufgerieben ist, kann die Passung eines geschliffenen Zylinderstifts sehr genau zwischen einem geringen Spiel und einem geringen Übermaß kontrolliert werden, was nicht zu einer Verschiebung von Material entweder vom Stift oder von der Aufnahmebohrung führt. Das Präzisionsschleifen und -reiben von Stift und Aufnahmebohrung macht diese Stiftoption jedoch zu einer der kostspieligsten.

Andererseits ermöglicht die Flexibilität des Federstifts, dass er eine viel größere Bohrungstoleranz als starre Zylinderstifte ausgleichen kann. Dadurch wird die Aufbereitung der Bohrung weniger mühsam und weniger kostspielig, was zu niedrigeren Gesamtfertigungskosten führt. Die vergleichsweise geringere Steifigkeit bringt noch einen weiteren Vorteil mit sich– Federstifte beschädigen die Aufnahmebohrung nicht (bei richtiger Auswahl) – sodass sie ausgetauscht werden können, ohne dass die Bauteile nachbearbeitet werden müssen.

Es gibt zwei grundlegende Ausführungen von Federstiften: Geschlitzte Spannhülsen und Spiralspannstifte.

Eine geschlitzte Spannhülse ist durch ihren C-förmigen Querschnitt und einen Schlitz gekennzeichnet, der parallel zu ihrer Achse verläuft. Obwohl ihr genauer Ursprung unbekannt ist, tauchen sie im Laufe der Geschichte in der modernen Technik immer wieder als Begriff auf. Im Laufe der Zeit haben sie sich durch verschiedene Industrienormen zu dem entwickelt, was heute in vielen verschiedenen Ausführungen gebräuchlich ist. Es gibt mehrere bestehende Industrienormen, aber vier (4) sind vorherrschend und machen den Großteil der Anfragen für geschlitzte Spannhülsen aus: ASME B18.8.2, ASME B18.8.4M, ISO 8752 und ISO 13337.

Ein Spiralspannstift ist an seinem Querschnitt mit 2¼ Windungen zu erkennen. Die Geschichte des Spiralspannstifts ist viel genauer bekannt. Er wurde 1948 von Hans H. Koehl, dem Gründer von SPIROL, erfunden, und zwar spezifisch als Lösung für eine Anwendung mit starken Vibrationen und dynamischen Belastungen – den Rotor eines Düsentriebwerks. Im Gegensatz zu anderen herkömmlichen Verbindungselementen wie Muttern und Schrauben, die sich bei starken Vibrationen lösen, oder starren Zylinderstiften, die die dynamischen Belastungen auf die Bohrungswand übertragen und die Haltbarkeit des Stifts beeinträchtigen, konzipierte Hans H. Koehl einen Stift, der stark genug ist, um den im Einsatz auftretenden Kräften standzuhalten, aber auch flexibel genug, um diese Kräfte zu absorbieren und so die Unversehrtheit des Materials der Bohrung zu bewahren und die Baugruppe intakt zu halten. Der Spiralspannstift ist in drei verschiedenen Ausführungen erhältlich, um eine optimale Kombination aus Festigkeit und Flexibilität für verschiedene Ausführungen und Materialien zu gewährleisten. Die gängigsten Industrienormen für Spiralspannstifte sind ISO 8750, ISO 8748, ISO 8751 und ASME B18.8.2 und ASME B18.8.3M. Diese Normen unterscheiden sich nicht wesentlich voneinander und werden als nahezu gleichwertig angesehen.

Ein weiteres wesentliches Unterscheidungsmerkmal ist die Gestaltung der Kante, an der das Stahlband endet. Bei einer geschlitzten Spannhülse ist dies der Schlitz. In einigen Konfigurationen ist der Schlitz so breit wie die Banddicke selbst (ISO 8752), was bedeutet, dass die Stifte ineinander greifen oder sich verketten können, wie in Abbildung 2 dargestellt. Diese Ausführungen von geschlitzten Spannhülsen sollten in hochautomatisierten Montagelinien vermieden werden, da sie zu einem Stau in der Zuführeinrichtung führen.
 
Ein Spiralspannstift mit mehreren Materialwicklungen hat eine glatte Nahtstelle anstelle eines offenen Schlitzes (Abbildung 3). Der geschlossene Querschnitt verhindert nicht nur ein Ineinandergreifen oder Verketten, sondern bietet auch eine glatte Oberfläche für Drehbewegungen, was besonders bei Scharnieranwendungen von Vorteil ist. Ein weiterer Vorteil eines gleichmäßigeren Querschnitts ist, dass die Festigkeit eines Spiralspannstifts nicht von der Ausrichtung abhängt. Dies ist nicht der Fall bei einer C-förmig geschlitzten Spannhülse, bei der die Scherfestigkeit je nach Ausrichtung der Belastung auf den Schlitz um ca. 5 % schwanken kann (0° oder 180° (Abbildung 4)).