Der Spannstift hat eine genormte Scherkraft. Der Zylinderstift nicht.

Die Zahl, die die Norm tatsächlich nennt

Ein geschlitzter Spannstift, der hohle mit der Fuge an der Seite, ist in der schweren Ausführung durch ISO 8752 geregelt. Seine Maßtabelle enthält eine Spalte, die die meisten nie ansehen: die Mindest-Doppelscherkraft in Kilonewton für jeden Nenndurchmesser von 1 bis 50 mm. Das Prüfverfahren steht in einer eigenen Norm, ISO 8749.

Der Stift aus der Frage hat also einen genormten Mindestwert von 17,54 kN, nicht 32. Die nachgeschlagene Zahl ist etwa das 1,8-Fache des Normwerts für das Teil, das tatsächlich im Korb steckte, und ein Faktor von fast zwei ist der Unterschied zwischen einer bequemen Reserve und einer Streitfrage.

Und die Zahl, die die andere Norm nicht nennt

Die 32 kN gehören zu einem gehärteten Zylinderstift, einem massiven geschliffenen Stift nach ISO 8734. Liest man die Anforderungstabelle dieser Norm, findet man Werkstoff, Härte, Oberfläche, Oberflächenrauheit, Ausführung und Annahmebedingungen. Eine Zeile für Scherung gibt es nicht. Die Härte ist ausführlich angegeben, 550 bis 650 HV30 für die durchgehärtete Ausführung und eine Randschicht von 600 bis 700 HV1 für die einsatzgehärtete, aber nichts rechnet das in eine Last um.

Das macht die 32 kN nicht falsch. Scherwerte für Zylinderstifte stammen von Herstellern, die sie prüfen, und ein geprüfter Wert ist ein echter Wert. Es bedeutet aber, dass die beiden Zahlen nicht von derselben Art sind: Die eine ist ein Mindestwert, den ein Lieferant erfüllen muss, um Normkonformität zu beanspruchen, die andere ein Katalogwert, dessen Prüfbedingungen man nachlesen muss. Wer sie nebeneinander zitiert, als wären sie austauschbar, übersieht so einen Faktor von zwei.

Die Positionieraufgabe dieser Stifte, und warum zwei und nicht drei, steht unter Schrauben können nicht positionieren. Diese Seite behandelt, was geschieht, wenn der Stift Last trägt, statt eine Lage festzulegen.

Die Bohrung ist die Konstruktionsgröße, und der Schlitz muss offen bleiben

ISO 8752 widmet der Montage einen kurzen Abschnitt, und der ist die ganze Norm wert. Die Bohrung muss dem Nenndurchmesser des Stifts entsprechen, mit Toleranzklasse H12. Sonst nichts. Keine Übermaßberechnung, keine Passungstabelle zur Auswahl. Warum überhaupt die Einheitsbohrung der Standard ist, steht unter Warum Passungen auf der Einheitsbohrung beruhen. Bemerkenswert ist, dass dieser Abschnitt ungewöhnlich ist: Die beiden Normen für massive Zylinderstifte daneben erwähnen die Bohrung überhaupt nicht.

Das Übermaß kommt vom Stift. Bei Nenndurchmesser 5 mm misst der Stift vor der Montage 5,4 bis 5,6 mm, während eine H12-Bohrung in dieser Größe 5,000 bis 5,120 mm beträgt. Der Stift ist im Durchmesser bis zu etwa einen halben Millimeter zu groß und schließt sich beim Eintreiben gegen die Wand.

Dann kommt der Satz, über den viele stolpern: In der kleinsten zulässigen Bohrung darf sich der Schlitz nicht vollständig schließen. Ein Spannstift, der auf Block gegangen ist, Fuge an Fuge, ist keine Feder mehr. Er ist ein schlecht gemachter Massivstift mit einem Riss an der Seite geworden, und der Scherwert in der Tabelle wurde nicht daran gemessen.

Nicht beschichten — und die Norm sagt das auf ungewöhnliche Weise

Beide Stiftnormen haben einen Abschnitt zur Oberflächenbehandlung, und der Unterschied in ihrer Formulierung ist keine Zierde.

ISO 8734 für Zylinderstifte sagt, es sollten geeignete Beschichtungsverfahren angewandt werden, um Wasserstoffversprödung zu vermeiden, und beschichtete Stifte seien unmittelbar danach geeignet nachzubehandeln. Das ist die übliche Sprache.

ISO 8752 geht weiter. Wegen der Gefahr der Wasserstoffversprödung sollten Spannstifte nicht galvanisch beschichtet oder phosphatiert werden. Wenn der Korrosionsschutz es erfordert und beide Parteien zustimmen, ist ein Tempern unmittelbar nach dem Beschichten zwingend, und Freiheit von Wasserstoffversprödung ist trotzdem nicht garantiert. Der Standard-Lieferzustand ist blank, naturbelassen, mit einem Schutzschmierstoff.

Der Grund liegt im Teil selbst. Ein Spannstift ist auf 420 bis 560 HV gehärtet und steht dann durch seinen eigenen Presssitz dauerhaft unter Zugspannung. Hohe Härte, anhaltende Zugspannung und aufgenommener Wasserstoff sind die drei Zutaten, und dieses Teil liefert zwei davon konstruktionsbedingt. Was die dritte bewirkt und warum das Versagen Tage später eintritt, steht unter Wasserstoffversprödung.

Zwei Details, die die Formen im Regal erklären

• Sie lassen sich absichtlich ineinanderstecken. Eine Anmerkung im Anwendungsbereich von ISO 8752 besagt, dass die Nenndurchmesser so gewählt wurden, dass Stifte ineinandergesteckt oder mit leichten Stiften nach ISO 13337 kombiniert werden können. Ein Stift im Stift ist eine vorgesehene Anordnung, keine Improvisation.
• Schwere und leichte Ausführung sind getrennte Normen. ISO 8752 umfasst die schwere Ausführung von 1 bis 50 mm; ISO 13337 die leichte Ausführung von 2 bis 50 mm mit eigenen, niedrigeren Werten. Zwei Stifte mit gleichem Durchmesser können unterschiedlich bewertet sein; die Normnummer gehört deshalb neben den Durchmesser auf die Zeichnung.

Was zu klären ist, bevor der Stift auf die Zeichnung kommt

• Welche Norm. ISO 8752 schwer, ISO 13337 leicht oder ISO 8734 massiver Zylinderstift. Sie sind nicht austauschbar, und nur die ersten beiden sind Federn.
• Die Bohrung, in H12. Keine aus einer Tabelle gewählte Passung. Und prüfen, ob der Schlitz am unteren Ende der Bohrungstoleranz noch offen ist.
• Der Werkstoff, bevor der Scherwert zitiert wird. Austenitischer nichtrostender Stahl hat keine festgelegte Doppelscherkraft; eine Vorgabe in nichtrostendem Stahl und eine Scherberechnung können also nicht beide aus ISO 8752 stammen.
• Dass der Mindestwert kein zulässiger Wert ist. Woher ein Gebrauchswert stattdessen kommt und warum Normen für Verbindungselemente keinen herausgeben, steht unter Eine zulässige Arbeitslast ist eine Freigabe, keine Vorhersage.
• Ob beschichtet wird. Wenn ja, ist das ein Gespräch über Tempern und über die Akzeptanz eines Risikos, das die Norm nach eigener Aussage nicht ausschließen kann.

Dieselbe Aufteilung zeigt sich beim anderen axialen Sicherungsteil: Die Axialkraft eines Sicherungsrings ist der kleinere Wert aus einer Ring- und einer Nutberechnung, und meist gibt die Nut nach.

Dieser Beitrag gehört nicht zu nur einem der sechs Schritte. Er betrifft mehrere Schritte oder Vorgänge nach der Montage. Die zugrunde liegenden Entscheidungen stehen im englischen Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Wie hoch ist die Scherfestigkeit eines 5-mm-Spannstifts?

ISO 8752 nennt für einen geschlitzten Spannstift der schweren Ausführung mit 5 mm aus Stahl oder martensitischem nichtrostendem Stahl eine Mindest-Doppelscherkraft von 17,54 kN, geprüft nach ISO 8749. Das ist ein Mindestwert für die Konformität, kein zulässiger Bemessungswert, und er gilt nicht für austenitische nichtrostende Stifte, für die die Norm keinen Wert festlegt. Ein leichter Stift nach ISO 13337 mit gleichem Nenndurchmesser hat einen eigenen, niedrigeren Wert.

Warum unterscheiden sich die Scherwerte für Zylinderstifte von Quelle zu Quelle?

Weil es keine Normwerte sind. ISO 8734 für gehärtete Zylinderstifte legt Werkstoff, Härte, Oberfläche, Oberflächenrauheit, Ausführung und Annahme fest und enthält überhaupt keine Scheranforderung. Jede Doppelscherzahl für einen Zylinderstift stammt von einem Hersteller, der sein eigenes Produkt prüft; Prüfbedingungen und Definition des Werts gehören also diesem Hersteller und müssen zusammen mit der Zahl gelesen werden.

In welche Bohrung gehört ein Spannstift?

In eine Bohrung mit dem Nenndurchmesser des Stifts, Toleranzklasse H12. ISO 8752 sagt das in einem Satz und bietet keine alternativen Passungen an. Das Übermaß entsteht, weil der Stift größer gefertigt wird: Bei Nenndurchmesser 5 mm misst er vor der Montage 5,4 bis 5,6 mm gegenüber einer Bohrung von 5,000 bis 5,120 mm. Die Norm ergänzt eine leicht übersehene Prüfung: Der Schlitz darf sich nicht vollständig schließen, wenn der Stift in der kleinsten zulässigen Bohrung sitzt.

Kann ich Spannstifte galvanisch verzinken lassen?

Nach Vereinbarung ja, aber ISO 8752 rät davon ab. Ihr Abschnitt zur Oberfläche sagt, dass die Stifte wegen der Gefahr der Wasserstoffversprödung nicht galvanisch beschichtet oder phosphatiert werden sollten, dass bei einer Beschichtung ein Tempern unmittelbar danach zwingend ist und dass selbst dann keine Freiheit von Wasserstoffversprödung garantiert ist. Standard ist blank mit Schutzschmierstoff. Der Stift ist auf 420 bis 560 HV gehärtet und steht durch seinen eigenen Sitz unter Zug; damit liefert er zwei der drei Bedingungen, die Versprödung braucht.

Ist ein Spannstift schwächer als ein Massivstift gleichen Durchmessers?

Seine genormte Last ist niedriger, und der Grund ist nicht einfach, dass er hohl ist. Der Wert in ISO 8752 wird am Stift im Lieferzustand gemessen und nicht aus einem Querschnitt berechnet, und der Werkstoff ist auf 420 bis 560 HV gehärteter Federstahl statt der 550 bis 650 HV30 eines durchgehärteten Zylinderstifts. Sinnvoll ist der Vergleich zweier veröffentlichter Werte für die konkreten Teile, nicht der einer Faustregel über Hohlquerschnitte mit einer Katalogseite.

Quellen

• ISO 8752:2009 — Spannstifte, geschlitzt, schwere Ausführung; Abschnitt 1 Anwendungsbereich und Anmerkung zum Ineinanderstecken, Tabelle 1 Mindest-Doppelscherkraft und Stiftdurchmesser vor der Montage, Abschnitt 4 Anforderung an Bohrung und Schlitz, Tabelle 2 Werkstoff, Härte und Oberfläche
• ISO 8734:1997 — Zylinderstifte aus gehärtetem Stahl und martensitischem nichtrostendem Stahl; Anforderungen in Tabelle 2, die keine Scherangabe enthalten
• ISO 13337:2009 — Spannstifte, geschlitzt, leichte Ausführung, 2 mm bis 50 mm
• ISO 8749 — Stifte und Kerbstifte, Scherversuch; das Verfahren hinter den Werten von ISO 8752

ISO 8752:2009 und ISO 8734:1997 wurden aus den öffentlich zugänglichen Vorschau-PDFs gelesen; beide enthalten die Maß- und Anforderungstabellen vollständig, und daraus stammt jede hier zitierte Zahl. ISO 13337 wurde nicht gelesen: Sie wird genannt, weil ISO 8752 sie nennt, und kein Wert wird aus ihr zitiert. Die Katalognummer von ISO 8749 wurde nicht mit einer zweiten Quelle abgeglichen. Die 32 kN für den Zylinderstift sind das, was der Ausgangsthread aus einem Suchergebnis zitierte; wir haben sie nicht auf ein bestimmtes Herstellerdokument zurückgeführt. Es geht hier darum, welche Art von Zahl das ist, nicht darum, ob sie stimmt. Nichts auf dieser Seite ist ein zulässiger Bemessungswert. Eine Mindest-Doppelscherkraft für die Konformität und eine Gebrauchslast für eine Verbindung sind verschiedene Größen, und die Geometrie der Verbindung, die über die zweite entscheidet, kann keine Stiftnorm liefern.