Zylinderstifte / Spannstifte / abgesetzte Stifte - Vorstellung der DIN- und ISO-Standards nach Form

Zylinderstifte und Spannstifte sind Verbindungselemente für mechanische Bauteile. Standards und Normen, wie die DIN EN ISO 2338 oder ISO 8734 für Zylinderstifte oder DIN EN ISO 8752 für Spannstifte, definieren Geometrie, Toleranzen und Anwendungsbereiche. Besonders im Maschinenbau ist das Verstiften eine zuverlässige Methode, um Bauteile dauerhaft und spielfrei miteinander zu verbinden, ohne Schraubverbindungen einsetzen zu müssen. In diesem Artikel betrachten wir verschiedene Formen von Verbindungsstiften und ihre Normierung. Dabei gehen wir auch auf Fasen und Oberflächenbeschaffenheiten ein. Darüber hinaus stellen wir Unterschiede in der Normierung vor und was Sie beachten müssen, wenn Sie verschieden normierte Stifte verwenden möchten.

Was sind Zylinderstifte und Spannstifte?

Stifte im Allgemeinen sind mechanische Verbindungselemente und agieren ähnlich wie Nägel. Sie sorgen für eine form- und kraftschlüssige Stiftverbindung zwischen zwei oder mehreren Maschinenelementen. Wie eine optimale Stiftverbindung erreicht werden kann, lesen Sie in unserem Beitrag Stiftverbindung - Bauteile mit Zylinderstiften verbinden - Vorgehensweise / Fehler.

Es gibt verschiedene Kategorien von Stiften, z.B. Zylinderstifte, Passstifte oder Spannstifte. Zylinderstifte haben eine einfache Zylinderform mit verschiedenen Ausführungen, wie gehärtet, ungehärtet oder mit und ohne Innengewinde. Sie werden in den Toleranzklassen h8 und m6 gefertigt. Ein abgesetzter Stift ist eine Sonderform des Zylinderstiftes: Beim abgesetzten Stift weist ein Bereich des Zylinderstiftes einen kleineren Durchmesser auf als der restliche Stift. Um einen Zylinderstift zu sichern, können zusätzlich Gewindebohrungen, Sicherungsringe oder Formschlüsse eingesetzt werden – je nach Anforderung an die Verbindung. Mehr zu Sicherungsringen finden Sie in unserem Beitrag Sicherungsringe Typ C - Richtlinien zum Kauf von Sicherungsringen.

Spannstifte sind im Gegensatz zu Zylinderstiften hohl und geschlitzt. Sie bestehen aus Federstahl, weshalb sie z.B. in Bohrungen eingesetzt werden, um sich dort aufgrund der Federwirkung aufzuspannen. Spannstifte werden aus einem Blechstreifen zu einem Rohr gebogen. Sowohl bei Spannstiften als auch bei Zylinderstiften erleichtern Fasen am Ende des Stifts den Einbau. Eine umfassende Einführung zu Spannstiften können Sie auch in unserem Beitrag Spannstifte - Übersicht / Ausführung / Anwendung nachlesen.

Normen-Unterschiede zwischen JIS, DIN und ISO

Auch Stifte unterliegen Normen. Dadurch wird Kompatibilität, Qualität und geometrische Formtreue sichergestellt. Auf internationaler Ebene kann es zwischen den unterschiedlichen Normierungsräumen trotz annähernd gleicher Form jedoch zu Abweichungen kommen. Die JIS-Norm B 1352 von 1988 befasst sich z.B. mit Kegelstiften bzw. konischen Stiften und unterscheidet diese anhand der Oberflächenrauheit des Kegels in zwei Klassen: Stifte der Klasse A haben eine Oberflächenrauheit von 0.8 µm und wurden durch Schleifen hergestellt, Stifte der Klasse B haben eine Oberflächenrauheit von 3.2 µm und wurden durch Drehen hergestellt. Die JIS B 1352 verweist auf die ISO 2339, die ebenfalls Kegelstifte im internationalen Kontext beschreibt, sagt aber ganz deutlich, dass die beschriebenen Stifte nicht mit denen der JIS B 1352 übereinstimmen. Stifte nach JIS B 1352 sind daher ohne konstruktive Änderungen nicht einfach austauschbar mit Zylinderstiften nach DIN 7 oder ISO 2339 oder 2338. Anders verhält sich das bei Stiften nach DIN 7. Da die DIN 7 in der DIN EN ISO 2338 aufgegangen ist, sind diese austauschbar.

Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die gängigen JIS-Normen nach aktuellem Stand:

Die Unterschiede in den Normen sind das Ergebnis unterschiedlicher industrieller Anforderungen und historischer Entwicklungen. Ähnliche Unterschiede gibt es beispielsweise auch bei Innensechskantschrauben. In erster Linie ist die JIS B 1352 eine japanische Norm und berücksichtigt die dort gängigen Fertigungsstandards. Viele DIN-Normen sind im Rahmen internationaler Normierungsbestrebungen in ISO-Normen aufgegangen. ISO-Normen wie die ISO 2338 und 2339 ersetzen ältere deutsche Normen wie die DIN 7 und bilden teilweise die Grundlage für globale und in Europa geltenden Standards (EN ISO). Wird die Gültigkeit der EN-Norm auch in einem einzelnen Land übernommen, wird diese dann am Beispiel für Deutschland als DIN EN ISO ausgezeichnet.

Doch auch zwischen DIN 7 und ISO 2338 bestehen Unterschiede: Während DIN 7 Zylinderstifte mit gerundetem Ende (Fase oder Halbradius) beschreibt, spezifiziert ISO 2338 Stifte mit flachen Stirnflächen. Dadurch unterscheiden sich beide Normen in der Endgeometrie und Einführcharakteristik, was bei der Montage und Passung der Stiftverbindung beachtet werden muss. In der Praxis wirken sich diese Unterschiede jedoch kaum negativ aus, da die Stifte in den meisten Anwendungen funktionsgleich sind und in der Regel problemlos austauschbar verwendet werden können. Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über weitere nationale und internationale Normen für verschiedene Stiftkategorien:

Bei unterschiedlich genormten Stiften ist z.B. auf Folgendes zu achten:

• Toleranzen: Maßtoleranzen unterscheiden sich nach Norm und beeinflussen die Passgenauigkeit.
• Längen: Spann- und Zylinderstifte verschiedener Normen können bei gleicher Nennlänge unterschiedlich gemessen sein (z. B. inkl. oder exkl. Fase), was ggf. zu Einbauproblemen führt.
• Endformen: Die Endform (z.B. Fasen, Rundung, Kante) beeinflusst das Einführen des Stifts und kann bei falsch gewählter Form ggf. zu einem erschwerten Einbau führen.
• Passung zur Bohrung: Aufgrund anderer Toleranzen ist es möglich, dass ein anders genormter Stift nicht in die vorgesehene Bohrung passt.
• Montageart: Manche Stifte sind für das Einschlagen, andere für das Einpressen unter Federwirkung ausgelegt. Eine falsche Montageart kann Bauteile beschädigen oder die Funktion verhindern.
• Materialunterschiede: Die geforderte Härte kann sich unterscheiden und ggf. nicht mehr für die vorhandene Einbausituation ausreichen. Mitunter sind die Angaben aber auch identisch: So fordern sowohl JIS B 1352 als auch ISO 2339 eine Härte nach Vickers von 125 bis 245 für Stahl.

Spannstift- und Zylinderstift-Formen und Varianten

(Abgesetzte) Zylinderstifte gibt es in verschiedenen (End-) Formen und Varianten mit jeweils spezifischen Funktionen. Zylinderstifte mit Innengewinde nach DIN 7979 bieten eine sichere Verschraubung und erleichtern die Handhabung, insbesondere bei häufigem Ausbau. Gehärtete Zylinderstifte nach DIN EN ISO 8734 sind besonders widerstandsfähig gegenüber Verschleiß und halten Querkräften besser stand. Sie sind häufig Verbindungselemente aus Metall in Maschinen. Zylinderstifte mit Bund haben einen Anschlag, der die Einbautiefe begrenzt und in Präzisionsvorrichtungen Anwendung findet. Alternativen wie Sicherungsstifte bieten durch Splinte und Federstecker zusätzlichen Schutz.

Schwerspannstifte nach DIN 1481 als Sonderform von Spannstiften haben eine erhöhte Wandstärke, die durch ein passgenaues Bohrloch eingeschlagen werden, um Bauteile kraftschlüssig zu sichern. Durch ihre robuste Ausführung können sie höhere Kräfte aufnehmen als leichte Varianten und eignen sich besonders für dynamisch belastete Verbindungen.

Die Verwendung von Fasen erleichtert die Montage von Stiften. In der Regel haben Fasen einen Winkel von 45°, mitunter kann der Winkel aber auch abweichen. Die DIN 7 bezieht sich z.B. auf eine 45°-Fase. Der Einführwinkel einer 45°-Fase ist steiler und der Stift läuft spitzer zu, als es bei einem 75°-Winkel der Fall ist. Der Einschlag des Stifts ist dadurch direkter. Die in der JIS B 1354 beschriebene 75°-Fase hat eine längere Anlaufzone und lässt sich so etwas sanfter zentrieren.

Neben der durch die einzelnen Herstellungsverfahren unterschiedlichen Oberflächenrauheit kann auch die Ausführung der Oberflächenform variieren. Dies ist zum Beispiel bei Kerbstiften der Fall. Kerbstifte und Kerbnägel besitzen mehrere Kerbwulstpaare entlang ihres Umfangs. Diese Wülste werden beim Einschlagen in eine Bohrung in die Kerbfurchen zurückgedrängt, was zu einer radialen Verspannung führt. Der Stift wird dadurch rüttelfest fixiert. Genormt sind sog. Senk-Kerbstifte und Kerbnägel z.B. in den DIN EN ISO 8746 und DIN EN ISO 8747. Im MISUMI-Shop gibt es viele der genannten Varianten, von Standard-Zylinderstiften über abgesetzte Formen bis hin zu Kegelstiften.