Welcher Federstift aus austenitischem Edelstahl ist am besten für dynamische Belastungen geeignet?

Alle Federstifte sind mit einem vormontierten Durchmesser konzipiert, der größer ist als der empfohlene Bohrungsdurchmesser. Die geschlitzten Spannhülsen werden mit einem Schlitz hergestellt, der eine Komprimierung des Stiftes während der Montage ermöglicht. Dies unterscheidet sich von Spiralspannstiften, die mit einer auslaufenden Windung (ohne Spalt) ausgelegt sind. Nach der Installation wird ein Federstift auf Spannung gehalten, wodurch ein sicherer Sitz gewährleistet ist. Ein Federstift kann auch die gewünschte Passform und Funktion aufrechterhalten, indem er Vibrationen und Stöße dämpft, was eine Beschädigung und/oder Verformung der Aufnahmebohrung verhindert. Eine geschlitzte Spannhülse kann sich nur 180° gegenüber dem Schlitz entlang ihres Rückens biegen, ähnlich wie das Öffnen und Schließen eines Buches. Dadurch werden alle Spannungen an einem Punkt gebündelt (siehe Abbildung 2), was zu einer schnellen Ermüdung und möglichen Rissbildung führt (siehe Abbildung 3).  Ebenso kann sich das Material, sobald es seine Verformbarkeit verloren hat, nicht mehr erholen, um die Spannung in der Bohrung aufrechtzuerhalten, und somit die Sitzfestigkeit beeinträchtigt werden kann.

Im Vergleich hierzu verteilen Spiralspannstifte die Druckspannung auf den gesamten Stiftumfang und weisen daher keinen Punkt auf, bei dem die Spannung gebündelt wird. Unter Belastung biegt sich der Spiralspannstift weiter und wickelt sich zur Mitte hin auf, absorbiert Stöße und Vibrationen und verteilt so die Last über den in Abbildung 4 dargestellten Querschnitt. Der Spiralspannstift ist durch die auslaufende Windung in der Bohrung wirksam arretiert. Die Bewegung erfolgt durch die inneren Windungen. Damit werden zwei wichtige Kriterien erfüllt: Die Spannung wird gleichmäßig über den Querschnitt des Stiftes verteilt und er behält seine runde Form, um einen maximalen Kontakt mit der Bohrungswand zu gewährleisten. 

In Abbildung 5 ist eine geschlitzte Spannhülse in der empfohlenen Aufnahmebohrung installiert. Der minimale Schlitz bleibt erhalten, aber eine weitere Komprimierung ist noch möglich. Dies kann dazu beitragen, dass Kaltverfestigung und Ermüdung verzögert werden, obwohl diese immer noch auftreten können. Das Beispiel zeigt, dass sobald die geschlitzte Spannhülse unter Belastung vollständig komprimiert ist, der Schlitz auf Block geht und sie sich wie ein massives Rohr verhält. Dies kann zur Beschädigung der Bohrung führen.

In Abbildung 6 ist die geschlitzte Spannhülse in einer überdimensionierten Bohrung installiert. In diesem Fall besteht ein größeres Bewegungspotenzial, da der Schlitz größer ist und die Ermüdung schneller auftreten kann.

Abbildung 7 zeigt einen Spiralspannstift mit dem gleichen Durchmesser, installiert in der empfohlenen Aufnahmebohrung, dargestellt in Abbildung 5. Die überlegene Rundheit des Spiralspannstifts ist auf den ersten Blick erkennbar. Statt der typischen “Tränenblech”Form der geschlitzten Spannhülse hält der Spiralspannstift den Kontakt über mindestens 270 Grad seines Umfangs. Der einzige Zwischenraum entsteht neben der auslaufenden Windung, dieser ist notwendig, um sicherzustellen, dass die Windung nicht mit der Bohrungswand in Wechselwirkung tritt, was zu einem Abschaben oder Abrieb des Materials führen kann. Dieser Bereich wird mit Komma bezeichnet (Abbildung 8).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass austenitischer Edelstahl der kostengünstigste und ideale Werkstoff für den Einsatz in bestimmten Anwendungen sein kann, obwohl er Einschränkungen aufweist, die bei der Konstruktion berücksichtigt werden müssen. Die Kaltverfestigung ist von zentraler Bedeutung, aber auch eine Reihe anderer Fragen müssen berücksichtigt werden. Galvanische Korrosion/Materialverträglichkeit, die Fähigkeit, bestimmten korrosiven Mitteln/Umgebungen zu widerstehen, Reflexionsvermögen, Magnetismus und andere Aspekte sind weniger allgemein und mehr anwendungsspezifisch zu betrachten. Die Spiralspannstifte sind so konzipiert, dass sie unter den unterschiedlichsten Bedingungen eine optimale Leistungsfähigkeit gewährleisten. Die Vorteile von Spiralspannstiften im Vergleich zu geschlitzten Spannhülsen gelten für alle Materialien und Anwendungen, obwohl sie am deutlichsten bei Produkten aus austenitischem Edelstahl zum Tragen kommen können. Wenn dieses Material benötigt wird, müssen sich die Konstrukteure darüber im Klaren sein, dass Ermüdung immer ein potenzielles Problem sein kann, wenn der Stift einer dynamischen Belastung ausgesetzt ist. Ein Spiralspannstift bietet eine hervorragende Lebensdauer, wenn er gemäß den empfohlenen Konstruktionsrichtlinien installiert wird.