Stiftverbindung - Bauteile mit Zylinderstiften verbinden - Vorgehensweise / Fehler

In diesem Artikel widmen wir uns ausführlich dem Thema Stiftverbindungen im mechanischen Bereich. Wir werfen einen genauen Blick auf Formteile wie Bolzen und Stifte, sowie auf weitere Verbindungselemente und Sicherungselemente und deren entscheidende Rolle in Stiftverbindungen. Dabei werden wir auf unterschiedliche Beispiele für Stiftverbindungen sowie auf potenzielle Fehler beim Verstiften von Bauteilen eingehen.

Was ist eine Stiftverbindung?

Stiftverbindungen und Bolzenverbindungen zählen zu den formschlüssigen Verbindungen und scheinen auf den ersten Blick gleich zu funktionieren. Obwohl beide Verbindungsarten lösbar sind und sich optisch sehr ähneln, unterscheiden sie sich jedoch in ihrer Wirkweise. Während Stiftverbindungen als kraftschlüssige, feste Verbindung verstanden werden bieten Bolzenverbindungen in der Regel eine formschlüssige, lose Verbindung. Das Funktionsprinzip ist jedoch dasselbe. Durch ein oder mehrere Bauteile, die miteinander verbunden werden sollen, wird eine Bohrung erstellt. Und durch diese Bohrung wird ein Stift oder ein Gelenkbolzen gesteckt.

Wird zum Beispiel ein Zylinderstift mit Übermaß in die Bohrung gepresst, entsteht eine sogenannte kraftschlüssige bzw. feste Verbindung. Bei solch einer verstifteten Verbindung werden die Bauteile durch die mechanische Reibung und den Druck zwischen dem Stift und den entsprechenden Bohrungen zusammengehalten. Die Kraftübertragung erfolgt also durch Herstellen eines stabilen, kraftschlüssigen Kontakts zwischen den Bauteilen und dem Verbindungselement. Bei formschlüssigen bzw. losen Stiftverbindungen kommen häufig Bolzen zum Einsatz. Damit sich die Bolzen aufgrund der Beanspruchung während des Betriebs nicht lösen, werden Sicherungselemente für die axiale Sicherung benötigt.

Stiftverbindungen kommen in unterschiedlichen Anwendungen zum Einsatz. Diese festen Verbindungen kommen im Maschinenbau sehr häufig vor. Durch eine feste Passungswahl werden Bauteile miteinander sicher verbunden.

Bolzenverbindungen werden verwendet, um eine Position durch Formschluss zu sichern. Diese Verbindung zeichnet sich dadurch aus, dass diese im lastfreien Fall durch Lösen des Sicherungselements wieder zerstörungsfrei entfernt werden kann, beispielsweise um Werkstücke auf Maschinentischen oder Vorrichtungen zu fixieren, um sie während des Bearbeitungsprozesses stabil zu halten oder für drehbare Bewegungen.

Welche Beispiele für Stiftverbindungen gibt es?

Im Bereich der mechanischen Verbindungen nehmen Stifte und Bolzen eine zentrale Rolle ein und werden entsprechend vielfältig eingesetzt. Die nachfolgenden Beispiele für Stiftverbindungen listen die am häufigsten im Maschinenbau und in der Konstruktion verwendeten Verbindungen auf. Jede dieser Verbindungen verfügt über einzigartige Eigenschaften und Merkmale, die eine sichere Verbindung von Bauteilen sowie eine optimale Kraftübertragung ermöglichen. In den folgenden Abschnitten werden wir einen kurzen Hinweis auf Bolzenverbindungen geben und danach den Schwerpunkt auf verstiftete Verbindungen legen.

Bolzen

Bolzen sind formschlüssige Verbindungen, die zerstörungsfrei gelöst werden können. Damit die Verbindung im Betrieb nicht gelöst wird, gibt es verschiedene Ausführungen von Bolzen, um diese zu sichern.

• (1) - Aufnahmebolzen
• (2) - Scharnierbolzen mit zweiseitiger Ringnut
• (3) - Bolzen mit Splintloch
• (4) - Bolzen mit Gewinde

Bolzen sind Verbindungselemente, die eingesetzt werden, um lose oder auch gelenkige Verbindungen herzustellen. Um ein unbeabsichtigtes Lösen der Bolzen zu vermeiden, werden sie in Verbindung mit Sicherungselementen wie Sicherungsscheiben, Sicherungsringen, Federsteckern oder Splinten verwendet.

Zylinderstifte

Zylinderstifte sind, wie der Name schon sagt, zylindrisch geformte Verbindungselemente. In der Regel sind die Enden des Zylinderstiftes meist abgerundet oder gefast.

• (1) - Zylinderstift - beidseitig gefast
• (2) - Kegelstift - abgerundet mit Innengewinde
• (3) - Kerbstift
• (4) - Spannstift
• (5) - Schwerspannstift

Zylinderstifte werden verwendet, um Bauteile zu verbinden und zu sichern.

Zylinderstifte haben eine Passung, die je nach Fertigungsanforderung der Bohrung eine leicht lösbare Verbindung bis zu einer schwer lösbaren Verbindung ergibt. Leicht lösbare Verbindung finden Anwendung in Montagevorrichtungen, schwer lösbare hingegen werden für das dauerhafte Verbinden von Bauteilen verwendet.

Passstifte erfordern präzise Passungen, um ihre jeweilige Funktion zu erfüllen. Im Regelfall haben Passstifte ein Übermaß und werden unter Krafteinwirkung in die durch alle zu verbindenden Teile gehende Aufnahmebohrung eingedrückt. Je nach Passung können diese Verbindungen so gestaltet werden, dass sie leicht lösbar oder durch ein definiertes Übermaß der Passstifte zur Aufnahmebohrung fest sind. Leicht lösbare Passstiftverbindungen eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen häufige Anpassungen oder Wartungsarbeiten erforderlich sind. Allerdings sind solche Verbindungen in der Regel nicht rüttelfest. Einige Passstifte sind mit einem Innengewinde versehen. Zylinderstifte mit Innengewinde werden meist dort verwendet, wo ein Ausschlagen des Passstifts nicht möglich ist. Wird der Stift zum Beispiel in einem Sackloch versenkt, ermöglicht das Innengewinde die einfachere Demontage mit einem Abziehwerkzeug oder einer Abziehschraube.

Eine weitere wichtige Eigenschaft ist die Härte des Materials - gehärtet oder ungehärtet. Die Härte hängt direkt mit der Belastung zusammen. Grundsätzlich sollte der Stift aus einem härteren Werkstoff bestehen als die zu verbindenden Teile. Bei hoher Belastung des Stifts kann auch eine Längsrille zur Druckentlastung vorgesehen werden.

Kegelstifte

Kegelstifte verdanken den Namen ihrer einzigartigen Form. Es handelt sich bei Kegelstiften um konische Verbindungselemente, die in entsprechende Bohrungen passen und Maschinenteile - in wieder lösbaren Verbindungen - zusammenhalten.

Auch bei Kegelstiften müssen die zugehörigen Bohrungen aufgerieben werden. Kegelstifte lassen sich leicht lösen und eignen sich daher für die wiederholte Montage und Demontage. Die durch häufiges Montieren und Demontieren entstehende Abnutzung bzw. Aufweitung der Bohrlöcher können Kegelstifte aufgrund ihrer konischen Form gut kompensieren. Kegelstifte sind in der Lage, hohe axiale Belastungen und Momente zu tragen, was sie für Anwendungen mit starken Beanspruchungen geeignet macht. Kegelstifte sind nicht rüttelfest. Für Anwendungen bei denen ein Herausschlagen des Kegelstiftes nicht möglich ist sind auch Ausführungen mit Innengewinde oder Gewindezapfen erhältlich.

Kerbstifte

Kerbstifte verfügen entlang ihres Umfangs über Rillen bzw. Kerben welche beidseitig eine Wulst aufwerfen. Diese Kerbwulst wird beim Einschlagen des Kerbstiftes in ein Bohrloch mit passender Toleranzklasse elastisch in die Kerbe gedrängt.

Die so entstehende radiale Verspannung des Kerbstiftes gegen die Bohrlochwandung sorgt nicht nur für einen sicheren, rüttelfesten Halt des Stifts, sondern ermöglichen auch das Entweichen eingeschlossener Luft. Kerbstifte können auch nach dem Lösen ohne Verlust des stabilen Halts erneut verwendet werden. Bei der Auswahl der Paarung aus Bauteil und Kerbstift sind die Materialhärten und Toleranzen zu beachten:

• Die Festigkeit des Kerbstifts muss höher als die Festigkeit des zu fügenden Bauteils sein. Ansonsten wird die Wulst beim Fügen nicht elastisch verformt, sondern abgetragen. Dadurch wird die Verbindung enorm geschwächt.
• Die Toleranz der Bohrung muss als Passung auf die Verbindung abgestimmt sein. Die Bohrung wird mit einem Passungsbohrer vorgenommen.

Spannstifte (Spannhülsen)

Spannstifte, oder auch Spannhülsen, sind kurze zylindrische Stifte, die sich nach dem Platzieren in einer Bohrung aufgrund ihrer Federwirkung spannen.

Die Verbindung mit Spannstiften hat aufgrund der elastischen Eigenschaften die folgenden Vorteile:

• Die Anforderungen an die Wandung der Bohrung sind geringer und die Passungen sind toleranter
• Die Verbindung ist zerstörungsfrei lösbar und daher wiederverwendbar
• Die Montage ist einfach

Wenn Sie mehr über Spannstifte erfahren wollen, dann klicken Sie hier.

Wie stellt man eine Stiftverbindung her?

Die Montage von Stiftverbindungen erfordert Präzision und Sorgfalt. Es sollten alle Rahmenbedingungen wie beispielsweise Bauteilfestigkeit, Temperaturbereich, zu erwartende Belastung usw. bekannt sein, um sicherzustellen, dass die Bauteile korrekt ausgerichtet und sicher miteinander verbunden werden. Es ist wichtig, die passenden Stifte bzw. Bolzen, Bohrdurchmesser und Montagemethoden auszuwählen, um eine sichere und zuverlässige Verbindung zu gewährleisten. Die genauen Schritte können jedoch je nach den spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung variieren. Achten Sie außerdem auf die Einhaltung der geltenden Normen und Vorschriften für Ihre spezifische Anwendung.

Um eine Stiftverbindung zwischen Bauteilen herzustellen, ist eine Bohrung für die Aufnahme des Stifts bzw. des Bolzens erforderlich. Durch diese Bohrung wird der Stift oder Bolzen eingesetzt. Auf diese Weise entsteht eine kraftschlüssige bzw. formschlüssige Verbindung. Anhand der nachfolgenden Beispielschritte soll die Herstellung einer kraftschlüssigen Stiftverbindung eines Zylinderstifts in ein Sackloch demonstriert werden:

• Bauteile ausrichten: Stellen Sie sicher, dass die Bauteile, die miteinander verbunden werden sollen, richtig positioniert und ausgerichtet sind. Überprüfen Sie die Toleranzen und Abmessungen, um zu gewährleisten, dass die Stifte ordnungsgemäß passen.
• Löcher bohren: Bohren Sie in alle Bauteile die entsprechenden Löcher. Die Bohrlöcher müssen präzise positioniert und so abgestimmt sein, dass das Bohrloch im Verhältnis zum Durchmesser des Stifts ein Untermaß aufweist. Das Untermaß muss entsprechend einer Passungssynthese auf die Verbindung angepasst werden. Verwenden Sie dabei einen Bohrer, der für die gewünschten Durchmesser geeignet ist. Nach dem Bohren reiben Sie die Löcher für den zu verwendeten Stift entsprechend auf.
• Löcher reinigen: Entfernen Sie entstandenen Bohrstaub oder Verschmutzungen aus den Bohrlöchern, um sicherzustellen, dass sich die Stifte problemlos hineindrücken lassen und eine gute Passung haben. Für die Reinigung der Bohrlöcher empfiehlt sich unterschiedliches Zubehör, wie Bürsten oder Ausbläser.
• Zylinderstift einsetzen: Setzen Sie den Stift in die Bohrlöcher der Bauteile, die miteinander verbunden werden sollen. Je nach Anwendung kann es auch erforderlich sein, den Stift zunächst in ein Bauteil einzutreiben und anschließend das zweite Bauteil auf den Stift zu setzen und entsprechend auszurichten. Die Installation von Stiften erfordert in der Regel nur einfache Werkzeuge wie einen Hammer oder eine Presse. Sie können leicht in die vorgebohrten Löcher eingeschlagen oder gepresst werden. Je nach Umgebungsbedingung wird bei starken Übermaßpassungen auch Temperatur verwendet. Durch Abkühlen des Stifts oder Erwärmen des Bauteils zieht sich das Material zusammen bzw. dehnt sich aus, wodurch der Fügevorgang erleichtert wird.
• Verbindung prüfen: Überprüfen Sie die Verbindung auf Richtigkeit und Stabilität. Stellen Sie sicher, dass die Bauteile fest miteinander verbunden sind und sich nicht leicht lösen. In vielen Fällen reicht die Passung und Reibung zwischen den Bauteilen und den Passstiften aus, um die Verbindung zu sichern. Falls zusätzliche Sicherheit erforderlich ist, können Sie je nach Bedarf Sicherungselemente verwenden, wie zum Beispiel Sicherungsscheiben, Sicherungsringe, Federstecker oder Splinte.

Fehler beim Verstiften von Bauteilen

Bei der Herstellung von Stiftverbindungen können verschiedene Fehler auftreten, welche die Qualität und Integrität der Verbindung beeinträchtigen können. Auch können fehlerhaft verstiftete Verbindungen eine unzureichende Passgenauigkeit sowie mögliche Fehlausrichtungen verursachen. Um solche Fehler und daraus resultierende Risiken zu vermeiden, sind eine sorgfältige Planung, genaue Fertigung, angemessene Qualitätskontrolle sowie regelmäßige Wartung erforderlich. Hier sind einige häufige Fehler:

• Fehlerhafte Konstruktion: Eine unzureichende Konstruktion oder Dimensionierung der Stiftverbindung kann zu Problemen führen, insbesondere wenn sie den Kräften und Belastungen der Anwendung nicht standhalten kann. Wenn die Stiftverbindung überlastet wird, kann dies zu Verformungen, Brüchen oder einer vorzeitigen Ermüdung der Bauteile führen.
• Unsachgemäße Passung: Wenn die Bohrungen und Stifte bzw. Bolzen nicht die richtigen Toleranzen und Passungen aufweisen, kann dies zu einer unzureichenden Verbindung führen. Beispielsweise kann eine zu enge Passung zu Überlastung und Bruch führen, während eine zu lose Passung die Stabilität der Verbindung beeinträchtigen kann.
• Materialeigenschaften: Wenn die Stifte und Bolzen aus minderwertigem Material hergestellt sind oder nicht den Anforderungen der Anwendung entsprechen, kann dies zu vorzeitiger Ermüdung oder Bruch führen.
• Verschmutzung oder Korrosion: Schmutz, Staub oder Korrosion in den Bohrungen oder auf den Stiften und Bolzen können die Reibung und die Passung negativ beeinflussen.
• Unsachgemäße Wartung: Nicht oder unsachgemäß gewartete lösbare Stiftverbindungen können im Laufe der Zeit an Qualität verlieren und Versagensrisiken erhöhen.

Ist eine Stiftverbindung lösbar?

Eine Stiftverbindung kann auf verschiedene Arten gelöst werden. Bei der Auswahl der Methode zum Lösen der Verbindung sind die Art und Größe des Stifts bzw. des Bolzens, die Art der Sicherung und die spezifische Konstruktion zu berücksichtigen. Spindelabzieher oder Ausziehwerkzeug sind spezielle Werkzeuge, die verwendet werden, um Stifte, Bolzen oder andere Verbindungselemente zu entfernen, die fest in Bohrungen sitzen. Sie sind einfache und effiziente Werkzeuge, um Verbindungselemente zu entfernen, ohne dabei das Verbindungselement und umliegende Bauteile zu beschädigen.