DE1064761B - Passstift mit geriffeltem Schaft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Paßstift mit mindestens über einen Teil seiner Länge geriffeltem Schaft, wobei, die einzelnen Riffelungskörper die Form von an dem massiven Kern des Schaftes aufsitzenden mehrseitigen Pyramiden haben.

Paßstifte mit geriffeltem Schaft finden in zahlreichen Ausführungen als Bauelemente in der Technik, insbesondere im Maschinenbau, Anwendung, z. B. als Zentrierstifte, Gewindestifte, Zapfen oder Wellen.

Beim Herstellen von Schraubverbindungen ist z. B. die Verwendung von Paßstiften mit geriffeltem Schaft mit anschließendem Gewinde erwünscht, da diese in die Durchgangslöcher in den zu verbindenden Konstruktionsteilen mit einem Schlagwerkzeug eingeschlagen werden können. Der durch das Einschlagen erzielte Halt des Paßstiftes bewirkt, daß dieser in dem Durchgangsloch gegen Drehung gesichert gehalten wird, so'daß die Mutter schnell auf die Schraube aufgesetzt und angezogen werden kann. Der Paßstift ist auch gegen Drehung im Durchgangsloch gesichert, während die Mutter durch Abschrauben gelöst wird.

Gegenüber Paßstiften mit aus dem Kern des Schaftes feilenartig herausgearbeiteten Riffelungskörpern haben solche mit Riffelungskörpern in Form von an dem massiven Kern des Schaftes aufsitzenden Pyramiden vor allem den A^orteil der höheren Festigkeit der Riffelungskörper, insbesondere gegen Abscheren beim Einschlagen der Stifte. Der feste Sitz eines Paßstiftes mit feilenartiger Riffelung in der zugeordneten Bohrung wird in erster Linie durch eine elastische Verformung der Riffelkörper beim Einschlagen bewirkt, die sich beim Versuch, den Stift mit Gewalt herauszuziehen, spreizen. Eine bleibende Verformung der Lochleibung bei Einschlagen des Stiftes läßt sich nur dann vermeiden, wenn die Riffelungskörper niedrig und breit ausgeführt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß der dem Einschlagen entgegengesetzte Widerstand im Vergleich zum erzielbaren Widerstand gegen das Herausziehen oder Lockern sehr hoch ist.

Bei einer bekannten Art von Paßstiften mit auf dem Kern aufsitzenden pyramidenförmigen Riffelungskörpern haben die Riffelungskörper eine ebene Vorderfläche, die mit der Hinterfläche einen scharfen ' Grat oder eine Spitze bildet. Eine derartige Ausbildung der Riffelungskörper führt dazu, daß beim Einschlagen des Paßstiftes in ein Loch die Leibung des Loches eine spanabhebende Einwirkung erfährt. Es werden also von den aufeinanderfolgenden Riffelungskörpern in die Lochleibung Züge geschnitten. Solche Züge sind aber der Festigkeit der zu erzielenden Verbindung abträglich, da sie Linien des gering-• Paßstift mit geriffeltem Schaft

Anmelder:

The Lamson & Sessions Company, Cleveland, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt, München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität: V. St v. Amerika vom 16. September 1955 und 15. Juni 1956

William Glen Waltermire, Seven Hills, Ohio (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

sten Widerstandes gegen ein Herausziehen oder Lokkern des Stiftes bilden.

Nach der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, daß die beim Einschlagen des Stiftes vornliegende Flanke der Riffelungskörper eine konvexe Krümmung aufweist. Durch diese konvexe Krümmung wird das Material der Lochleibung durch keine spanabhebende Wirkung beschädigt, sondern elastisch verformt. Durch die konvexe Ausbildung der Vorderflanke wird aber auch der auf Abscherung beanspruchte Querschnitt des Riffelungskörpers in der Nähe der Grundfläche der Pyramide gegenüber dem entsprechenden Querschnitt eines Riffelungskörpers in der Form einer geradflankigen Pyramide erhöht. Hand in Hand damit geht eine Erhöhung des Widerstandes des Materials der Riffelungskörper gegen Ermüdung.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die vordere Flanke des Paßstiftes in der Achsrichtung eine wesentlich größere Ausdehnung haben als die hintere Flanke. Bei einer solchen Ausbildung kann bei gleich großer Zahl hintereinander in der Achsrichtung angeordneter Riffelungskörper der Verlauf der konvexen Vorderflanke flacher gewählt werden. Durch den flacheren Verlauf der Krümmung erfolgt die Verformung der Lochleibung weniger plötzlich, und die Riffelungskörper setzen dem Einschlagen einen verminderten Widerstand entgegen.

Die Krümmung der Vorderflanke kann vorteilhafterweise praktisch einer. Zylinderfläche folgen, deren Achse zur Achsrichtung des Stiftes unter

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rechtem Winkel steht. Vorzugsweise kann sich die Vorderflanke der Riffelungskörper an der Spitze derselben einer achsparallelen Tangentialebene nähern. Bei dieser Ausbildung wird jegliche abträgliche Einwirkung der Pyramidenspitze des Riffelungskörpers auf die,Lochleibung vermieden.

Die Seitennanken der Riffelungskörper können vorzugsweise nach einer Zylinderfläche gekrümmt sein, deren Achse zur Achse des Schaftes praktisch parallel ist. ' ' .

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Krümmung der Vorderflanke auf eine Mittelrippe derselben beschränkt sein.

' In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Darin ist

Fig. 1 ein Schnitt durch eine Schraubverbindung unter Verwendung eines Paßstiftes mit Gewinde nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht des geriffelten Paßstiftes mit Gewinde nach der Erfindung im ausgebauten Zustand,

Fig. 3 ein Ausschnitt aus dem geriffelten Teil des Paßstiftes im Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 zur Darstellung der Profilform der Riffelungskörper im vergrößerten Maßstab,

Fig. 4 und 5 ein Ausschnitt aus dem geriffelten Teil des Paßstiftes in Ansicht bzw. im Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 bis 9 Darstellungen einer Stiftschraube, einer Riemenscheibenwelle, eines Drehzapfens bzw. eines Zentrierstiftes als Anwendungsbeispiele der Erfindung,

Fig. 10 bis 12 Darstellungen einer abgewandelten Form einer Riffelung in Ansicht, Längs- und Querschnitt-und

Fig. 13 eine Darstellung einer weiteren abgewandelten Form einer Riffelung in Ansicht.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Paßstiftes nach der Erfindung handelt es sich um eine Kopfschraube 10 mit einem Kopf 13, einem Schaftabschnitt 12 und einem Gewindeabschnitt 14 zur Verbindung zweier plattenförmiger Teile 17 und 18. Der Kopf kann rund sein, da er nicht zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels dient. Der Schaft 12, dessen Länge höchstens gleich ist der Summe der Dicken der zu verbindenden Teile 17, 18, ist mit einer Riffelung 11, z. B. nach Fig. 3 bis 5, versehen, die in 'einer Leibung des Durchgangsloches 15 der zu verbindenden Teile verankert ist.

Die, Riffelung 11 besteht aus gleich langen axialen Reihen von Riffelungskörpern 21, die von angeformten gewalzten festen Segmenten aus dem Metall des Schaftes der Schraube 10 gebildet sind. Die Riffelungskörper 21 können auf dem Schaft 12 durch beliebige zweckmäßige Verfahren, Arbeitsgänge und Werkzeuge hergestellt werden, wie durch Walzen zwischen zusammenwirkenden Walzmatrizen, wobei die Riffelungselemente auf dem Schaft geprägt oder geformt werden. Nach Herstellung der Riffelungskörper 21 und des Gewindes 14 auf dem Schaft 12 wird die Schraube 10 zweckmäßig gehärtet.

_r Die Riffelungskörper 21 erstrecken sich entlang des Schaftes 12 praktisch in Richtung seiner Längsachse. Ihre Vorderflanke 22 ist von der Spitze bis zum Fuß über ihre ganze Länge konvex gekrümmt, wie dies in Fig. 3 durch den Krümmungshalbmesser 25 angedeutet ist. Diese konvexe Krümmung, deren Krümmungshalbmesser zweckmäßig gewählt werden kann, ist insofern von Bedeutung, als sie die Bewegung des geriffelten Schaftteiles des Paßstiftes in das Loch, ζ. Β. 15, des" zugehörigen Bauteiles erleichtert. Der Krümmungsmittelpunkt 26 liegt im Bereich zwischen den Enden des Riffelungskörpers 21, und zwar vorzugsweise näher beim hinteren Ende 24. Bei der bevorzugten Form ist die Krümmung der Vorderflanke so gewählt, daß diese sich an der Spitze des Riffelungskörpers einer achsparallelen Tangentialebene nähert, wie dies bei dem in Fig. 3 dargestellten Profil der Fall ist.

ίο Das hintere Ende 24 der Vorderflanke des Riffelungskörpers 21 ist so ausgebildet, daß es eine in Querrichtung gewölbte Form hat und durch eine aufrechte, verhältnismäßig steile Endflanke 28 in der Querrichtung begrenzt ist.

Die Neigung der Endfläche 28, die in Fig. 3 durch den Neigungswinkel 28 a gekennzeichnet ist, ist hier mit etwa 15° angegeben, kann jedoch wechseln und im Bedarfsfall entweder größer oder kleiner sein. Die freie Hinterkante 29 der Vorderflanke erstreckt sich quer zum Riffelungskörper, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.

Je zwei Flanken 30, 31 des Riffelungskörpers 21 liegen zu beiden Seiten der axialen Mittelebene der Riffelungskörper. Die gekrümmten Flanken 30 sind die Seitenflanken des Riffelungskörpers, und die Flankenstücke 31 sind die nach unten und außen geneigten Seitenteile der konvexen Vorderflanke 22, die bei diesem Ausführungsbeispiel auf eine schmale Mittelrippe beschränkt ist.

Wie schon oben bemerkt, erleichtert die Krümmung der Vorderflanke des Riffelungselementes in axialer Richtung den Eintritt des geriffelten Schaftabschnittes in das zugehörige Loch, wenn der Paßstift in dieses eingeschlagen wird. Die längsgerichtete Scheitelkante 32 greift nach dem Einschlagen des Paßstiftes in das Loch zahnartig in dessen Leibung ein und sichert auf diese Weise ein kräftiges Ineinandergreifen zwischen dem geriffelten Schaftteil und der Lochleibung, so daß eine relative Verdrehung der beiden gegeneinander verhindert wird. Die freie Hinterkante 29 wird beim Einschlagen des Paßstiftes in das Loch gegen die Leibung desselben gepreßt oder mit dieser in einen zahnartigen Eingriff gebracht und leistet wegen der steilen Form der Hinterflanke 28 dem Herausziehen des geriffelten Schaftteiles aus dem Loch kräftigen Widerstand.

Ein anderes Merkmal der Riffelung 11 besteht darin, daß sowohl die elastische wie die plastische Verformung der Riffelungselemente 21, die während des Einschiagens des Paßstiftes in das Loch im zugehörigen Bauteil stattfindet, die Riffelungskörper nur zu einem Mindestmaß beschädigt und die tatsächlich stattfindende Verformung der Elemente zum festen Halt der Riffelung in dem Loch beiträgt. Wenn das Metall der Riffelung härter ist als das Metall des dazugehörigen Bauteiles, drücken sich die starren Oberseiten der Riffelungskörper in die Lochleibung ein, und die Verformung der Riffelungskörper ist vorwiegend elastischer Art, so daß das Metall der Riffelungskörper das Bestreben hat, in seine ursprüngliche Form und seinen ursprünglichen Zustand zurückzukehren, wodurch sich die Oberseiten der Riffelungskörper fest gegen den dazugehörigen Bauteil pressen und so die Stärke des Eingriffes der Scheitelkante 32 und der quergerichteten Scherkante 29 steigern.

Ist das Metall des zugehörigen Bauteiles, in welchen

das geriffelte Stück eingeschlagen werden soll, ebenso hart wie oder härter als der geriffelte Schaft, so wird die Verformung der Riffelungskörper 21 mindestens zu einem Teil im plastischen Bereich liegen. Diese

plastische Verformung findet statt, während das geriffelte Stück in die öffnung eingeschlagen wird, und hat zur Folge, daß die Oberseiten der Riffelungskörper 21 zum Teil zwangläufig nach hinten gedrückt oder kaltverformt werden, so daß die Hinterkante 29 mehr oder weniger über die Endflanke 28 hinaus überhängt und einen widerhakenartigen Teil oder Überhang bildet. Die. Bildung dieser Widerhaken am hinteren Ende 24 der Vorderflanke findet zur gleichen Zeit statt, wie das Einpressen und Verzahnen der Oberseite des Riffelungskörpers gegen die Leibung der öffnung im zugehörigen Bauteil, so daß der widerhakenartige Überhang einen kräftigen gegenseitigen Eingriff mit dem zugehörigen Bauteil herstellt und dem Herausziehen des geriffelten Stückes Widerstandbietet.

Wie in Fig. 1, 2 und 4 gezeigt, sind die Reihen der Riffelungskörper 21 in an sich bekannter Weise so angeordnet, daß sie sich in Form von Schraubenlinien mit geeignetem Steigungswinkel entlang des Schaftes 12 erstrecken. In den Zeichnungen ist. der Steigungswinkel der Reihen mit 10° angegeben, jedoch kann er nach Bedarf und unter Berücksichtigung der Erfordernisse der in Betracht gezogenen Erzeugnisse geändert werden.

Die Abmessungen und Proportionen der einzelnen Riffelungskörper 21 sowie der Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Reihen dieser Riffelungskörper kann nach Bedarf gewählt, und der Größe, Härte sowie anderen Eigenschaften des Paßstiftes und des zugehörigen Bauteiles angepaßt werden.

Fig. 6 bis 9 zeigen Paßstifte von abgewandelter Form zur Anwendung bei verschiedenen Konstruktionen.

Fig. 6 zeigt eine Stiftschraube 35, die in einen Körper 36 eingebaut ist, so daß der Gewindeteil 37 aus dem letzteren herausragt. Die Stiftschraube 35 ist in dem Körper 36 mit ihrem geriffelten Stück 38 festgehalten, das in die glatte öffnung 39 eingeschlagen wurde. Das geriffelte Stück 38 trägt eine Riffelung 40, die in bezug auf Form und Zweck der oben beschriebenen Riffelung 11 der Paßschraube 10 entspricht.

Fig. 7 zeigt eine solche Riffelung 40, die an einem Endstück einer rotierenden Welle 41 angebracht ist und zum Aufsetzen eines Rades 42 auf diese Welle in unverrückbarer Weise dient. Das Rad 42 kann ein Schwungrad, eine Riemenscheibe, ein Zahnrad oder ein Zahnradsegment, ein Straßenrad oder ein Rad von beliebiger anderer Art sein.

Fig. 8 der Zeichnung zeigt eine solche Riffelung 40, die zur Verbindung einer nicht rotierenden Welle oder eines Drehzapfens 44 an einem Träger 45 dient. Das geriffelte innere Ende der Welle 44 wurde in eine glatte Öffnung 46 im Träger 45 eingeschlagen und stellt eine kräftige, drehfeste Verbindung zwischen der Welle und dem Träger her.

Fig. 9 zeigt einen Zentrierstift oder Dübelzapfen 48, der mit einem Glied 49 in einer in Beziehung zu diesem Glied unverrückbaren Weise verbunden ist, indem das geriffelte Endstück in eine glatte öffnung 50 in diesem Glied eingeschlagen wurde. Die Riffelung 40 auf dem Dübelzapfen 48 verbindet diesen fest mit dem Glied 49 in der gleichen Weise, wie bei der Riffelung 11 der Schraube 10 beschrieben.

Fig. 10 zeigt eine abgewandelte Riffelungsform. Eine in Fig. 10 dargestellte Paßschraube 60 trägt am Schaftteil 61 eine Riffelung 62 zum Festhalten der Schraube in dem zugehörigen Durchgangsloch in der früher beschriebenen Weise. Die Riffelung 62 besteht aus Riffelungskörpern 63, die in Reihen den Schaft 61 ringförmig umgeben und sich über den Schaft in gleich langen axialen Reihen erstrecken, die wie beim ersten beschriebenen Einbaubeispiel unter einem geeigneten Steigungswinkel schraubenlinienförmig entlang des Schaftes angeordnet sind. Bei dem Ausführungsbeispiel einer Riffelung nach Fig. 10 sind die ringförmigen Reihen von Riffelungskörpern durch ringförmige Zwischenräume oder Aussparungen 64 voneinander getrennt, die beim Einschlagen des Paß-Stiftes in das ihn aufnehmende Loch das Fließen der. Riffelungskörper in axialer Richtung gestatten.

Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Riffelung nach der Erfindung sind die Riffelungskörper in der Form von vierseitigen Pyramiden 63, die von einer Vorderflanke 66, einer Hinterflanke 67 und zwei Seitenflanken 65 begrenzt sind. Die Vorderflanke 66 ist über den größten Teil 70 ihrer Länge konvex gekrümmt und nimmt den überwiegenden Teil der gesamten Längsausdehnung des Riffe- -, lungskörpers ein. Die Hinterflanke 67 fällt steil und kurz nach hinten ab. Die Seitenflanken 65 sind vorzugsweise wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ebene Flächen ausgebildet, können jedoch auch konvex gekrümmt sein. Die Vorderkanten 71, die die Vorderflanke 66 begrenzen, sind entsprechend dem konvexen Abschnitt derselben gekrümmt, die Hinterkanten 68 als Verschneidungen, der ebenen Hinter- und Seitenflanken 67 bzw. 65 gerade.

Die Krümmung des konvexen Abschnittes 70 der Vorderflanke 66 folgt praktisch einer Zylinderfläche, deren Achse zur Schaftachse unter rechtem Winkel steht. Obwohl nach der Darstellung in Fig. 12 die Krümmung der Vorderflanke mit einer achsparallelen Ebene durch die Pyramidenspitze einen Winkel einschließt, kann natürlich auch hier die Vorderflanke sich einer solchen Ebene tangential nähern.

Die Längsreihen von Riffelungskörpern können entlang von Schraubenlinien mit steiler Steigung angeordnet sein, wie dies durch die strichpunktierten Mittellinien in der Längsrichtung angedeutet ist.

Beim Einschlagen eines solchen Paßstiftes wird bei richtiger Wahl der Härte der Leibung und des Materials des Stiftes jegliche spanabhebende Wirkung in der Leibung vermieden. Das Material des Stiftes wird unter gleichzeitiger elastischer Verformung des Leibungsmaterials zum Fließen gebracht und bildet Widerhaken, die an jedem einzelnen Riffelungskörper eine Verankerung mit dem in seine ursprüngliche Lage zurückgekehrten Leibungsmaterial bilden. Ein etwaiger Materialüberschuß kann dabei von den Querrillen 64 zwischen der Hinterflanke 67 und einem niedrigen steilen Abschnitt 69 der Vorderflanke 66 je zweier aufeinanderfolgender Riffelungskörper aufgenommen werden.

Wie beim ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel können die Riffelungskörper durch Prägen oder Walzen zwischen zwei Riffelmatrizen hergestellt werden Dabei kann es vorkommen, daß das Schaftmaterial zur Bildung der Riffelungskörper nicht bis in die tiefsten Stelle der Matrize eindringt, die den Spitzen der Pyramiden entsprechen, und die Pyramidenspitzen erhalten dann die in Fig. 13 bei 75 dargestellte Form als Deckflächen von Pyramidenstümpfen. Diese Abweichung der Form von der theoretischen Form nach Fig. 10 ist jedoch für die Wirksamkeit der erzielten Verbindungen ohne Bedeutung.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Paßstift mit mindestens über einen Teil seiner Länge geriffeltem Schaft, wobei die einzel-

nen Riffelungskörper die Form von an dem massiven Kern des Schaftes aufsitzenden mehrseitigen Pyramiden haben, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Einschlagen des Stiftes vornliegende Flanke (22, 66) der Riffelungskörper (21, 63) eine konvexe Krümmung aufweist.

2. Paßstift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Flanke (22, 66) in der Achsrichtung eine wesentlich größere Ausdehnung hat als die hintere Flanke (28, 67).

3. Paßstift nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Vorderflanke (22, 66) praktisch einer Zylinderfläche folgt, deren Achse zur Achsrichtung des Stiftes unter rechtem Winkel steht.

4. Paßstift nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderflanke (22, 66) der

Riffelungskörper (21, 63) sich an der Spitze derselben einer achsparallelen Tangentialebene nähert.

5. Paßstift nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflanken (30) der Riffelungskörper (21) nach einer Zylinderfläche gekrümmt sind, deren Achse zur Achse des Schaftes praktisch parallel ist.

6. Paßstift nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Vorderflanke (66) auf eine Mittelrippe derselben beschränkt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 163 634;
britische Patentschrift Nr. 483 788;
USA.-Patentschrift Nr. 1 774 846.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen