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"Stiftförmiges Verbindungselement?? Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist ein stiftförmiges Verbindungselement.
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Bei stiftförmigen Verbindungselementen wird nach der Normung u.a.
unterschieden zwischen Zylinderstiften und Kegelstiften. Diese Stifte dienen meist
zur Verbindung von Maschinen- und Geräteteilen, wobei zwischen Stift und Bohrung
ein Preßsitz herrscht.
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Die Güte des mit solchen stiftförmigen Verbindungselementen erreichbaren
Paßsitzes wird hauptsächlich beeinflußt von der Übereinstimmung der miteinander
in Berührung kommenden Oberflächen des Stiftes und der Bohrung. Damit die Flächenberührung
möglichst groß und gleichmäßig und damit das gewünschte Übermaß zwischen Stift-
und Lochdurchmesser erreicht wird, werden die Stifte mit engen Toleranzen möglichst
exakt rundgeschliffen und die zugehörigen Löcher nach dem Bohren aufgerieben. Trotz
dieser Vorkehrungen kann nicht verhindert werden, daß ein in seine Bohrung eingeschlagener
Stift in einzelnen Oberflächenbereichen eine gegenüber der restlichen Oberfläche
engere Beriihrung mit dem jeweils zugehörigen Bereich der Bohrlochwandung aufweist,
während es gleichzeitig Bereiche gibt, bei welchen eine mittlere Flächenpressung
unterschritten
wird. Mittels der herkömmlichen Bearbeitungsverfahren
ist es also nicht möglich, den Oberflächen von Stift und zugehöriger Bohrlochwandung
eine macro- und micro-geometrisch genau übereinstimmende Form æu geben, um so eine
überall gleiche Flächenpressung und damit höchste Festigkeitswerte zu erzielen.
Um das teuere Einpassen desiZylinderstiftes zu vermeiden, ist es bekannt, Zylinderkerbstifte
zu verwenden.
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Zylinderkerbstifte weisen meist drei am Umfang verteilte Längskerben
auf, wobei beidseitsder Kerben Wülste: vorhanden sind. Die Wirkung des Kerbstiftes
beruht darin, daß beim Eindrücken des Stiftes in eine zylindrische Bohrung der verformte
Werkstoff des Stiftes infolge der elastischen Wirkung der Kerbwülste in die Bohrungswandung
zurückgedrängt wird, so daß der Stift kraftschlüssig in der Bohrung verspannt bleibt.
Ist der Werkstoff des Kerbstiftes härter als der des Werkstücks oder gleich hart,
so werden kleine Kerbfurchen in der Bohrungswandung erzeugt. Nachteilig ist bei
einer Preßpaßverbindung mit Zylinderkerbstiften, daß beim Einpreisen des Stiftes
eine Verlagerung der Werkstücke entsprechend dem Spiel zwischen Stift und Bohrungsdurchmesser
eintreten kann. Wird eine genaue Lage der Werkstücke zueinander verlangt, ist es
erforderlich, als Verbindungsteil einen Zylinderstift zu verwenden.
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Anstelle von Zyllflderkerbstiften ist auch die Verwendung von Hammerschrauben
bekannt, die ein mehrgängigeswsehr steiles Gewinde aufweisen. Die dabei erzeugte
Verbindung ist vergleichbar mit einer Rändelpreßpaßverbindung, bei welcher der beim
Zylinderkerbstiften erwähnte Nachteil im verstärkten Maße auftritt, d.h. die Werkstücke
liegen nach dem Filgen meistens nicht in einer Achse.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein stiftartiges
Verbindungselement zu schaffen, bei welchem alle miteinander in Berihrung stehenden
Flächen von Stift und Bohrung eine optimale und möglichst gleichförmige Flächenpressung
aufweisen.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelost, daß die Oberfläche
des Stiftes mit gleichmäßig verteilten nutenartigen Einschnitten versehen ist, wobei
diese Einschnitte einen etwa halbrunden Querschnitt aufweisen und in der bevorzugten
Ausführungsform durch wenigstens eine über die Stiftlänge reichende Spiralnut gebildet
werden.
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Erfindungsgemäß wird demnach ein Verbindungselement vorgeschlagen,
welches sich von- den herkömmlichen Zylinder-und Kegelstiften dadurch unterscheidet,
daß deren geschlossene Oberfläche durch Nuten oder Einschnitte unterbrochen ist,
die spanend oder spanlos hergestellt werden. Beim bevorzugten spanlosen Formlingsverfahren
kommt insbesondere ein Einwalzen der Spiralnut in Betracht.
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Wird ein solches Verbindungselement in die zugehörige Bohrung eingeschlagen,
dann ergibt sich - wie Untersuchungen ergeben haben- zwischen der Stiftoberfläche
und der Bohrlochwandung ein Spannungszustand, welcher im Vergleich zu demjenigen
bei Stiften ohne Unterteilung der Oberfläche wesentlich gleichmäßiger ausgebildet
ist. Natürlich ist dieser Spannungszustand auch abhängig von der Passung zwischen
dem Stift und der zugehörigen Bohrung. Bei einer engen Paßung können an der Stiftoberfläche
plastische Verformungen auftreten, die zur Bildung von in die Spiralnut hineinragenden
Wülsten führt. Eine solche Wulstbildung erhöht die Festigkeit,
mit
welcher ein Stift in seiner Bohrung sitzt.
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Wird die vorgeschlagene Spiralnut in die Stiftoberfläche eingewalzt,
dann kann dies mittels herkömmlicher Methoden und Maschinen an Stangenmaterial vorgenommen
werden. Die Oberfläche des Stangenmaterials kann dabei ohne weiteres ungeschliffen
sein, weil durch den Walzvorgang eine ausreichende Glättung und natürlich auch eine
entsprechende Verfestigung des Stangenmaterials erzielbar ist. Das Einwalzen der
Spiralnut ist äußerst wirtschaftlich, da der Spiralnut ein sehr großer Steigungswinkel
gegeben und deshalb mit einem entsprechend großen Vorschub gearbeitet werden kann.
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Nachdem Einwalzen der Spiralnut wird das Stangenmaterial auf Stiftlänge
abgestochen. Von besonderer Bedeutung ist die Formgebung der Kanten zwischen Nut
und Oberfläche. Diese Kanten sollen nicht scharfkantig sondern verrundet sein, so
daß diese Kanten keine Furchen in der Bohrungswand erzeugt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen mit vier Spiralnuten
versehenen Zylinder- oder Kegel stift.
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Fig. 2 einen Querschnitt durch den Stift nach der Linie A-A der Fig.
1, Fig. 3 in schematischer Darstellung den Spannungszustand im Bereich eines Steges,
gesehen in Einschlagridtung des Kegelstiftes, und Fig. 4 denselben Spannungszustand
im Bereich eines Steges, gesehen quer zur Einschlagrichtung des Stiftes.
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Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Stift 1 besitzt eine geschliffene
oder ungeschliffene Oberfläche, welche durch vier über die Stiftlänge reichende,
eingewalzte Spiralnuten 2 unterteilt ist. Der Stift ist an seinem einen Ende mit
einer balligen Stirnfläche 3 und an seinem anderen Ende mit einer angefasten Stirnfläche
4 versehen. Die Spiralnuten 2 sind über Stege 5 voneinander getrennt, welche einen
gegenüber den etwa halbrunden Nuten 2 größeren Querschnitt besitzen. Die Kanten,
d.h. die Übergänge zwischen Nuten 2 und Stege 5 sind verrundet, d.h. konvex geformt.
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Der in Richtung des Pfeiles 8 in eine zugehörige Bohrung eingeschlagene
Stift 1 besitzt in einem Ausschnitt 6 bezüglich der zugehörigen Bohrlochwandung
den in den Fig. 3 und 4 angedeuteten Spannungszustand. Die Oberfläche 9 dieses Ausschnittes
6 ist für diese stark vergrößerte Darstellung in Fig. 4 als flach angenommen, obwohl
sie eine durch den Durchmesser 16 des betrachteten Querschnittes bestimmte Krümmung
besitzt. In der Ruhestellung der Stiftverbindung tritt eine in Richtung der Pfeile
7 wirkende Streckenlast auf, welche die ausgezogenen, spannungsoptisch dargestellbaren
Linien 13 erzeugt. Die gestrichelten Linien 14 zeigen den Zustand, wenn es beim
Einschlagen des Stiftes zu einer plastischen Verformung kommt, was durch die gekreuzte
Zone 11 angedeutet ist. Eine solche plastische Verformung führt zur Bildung von
Wülsten 12, die sich in die Spiralnuten 2 hineinverformen, wie dies besonders deutlich
in Fig. 4 dargestellt ist. Darin ist noch mit 10 der Querschnitt des betrachteten
Steges 5 bezeichnet, und weiterhin bezeichnet 15 den etwa halbrunden Boden der angrenzenden
Spiralnuten 2. Dieser durch eine spannungsoptische Untersuchung feststellbare Spannungszustand
entsprechend der Linien 13 und 14 ergibt im Vergleich zu einem Kegelstift mit einer
ungeteilten, geschlossenen
Oberfläche eine wesentlich gleichmäßiger
Ausbildung der Flächenpressung bezüglich der umgebenden Bohrlochwandung, wodurch
für die Stiftverbindung eine höhere Festigkeit erreicht wird. Dabei spielt die Querschnittsform
der Spiralnuten eine nur untergeordnete Bedeutung, wobei allerdings die etwa halbrunde
Formgebung aus Festigkeitsgründen bevorzugt wird.
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- Ansprüche -