DE2741498A1

DE2741498A1 - Stift

Info

Publication number: DE2741498A1
Application number: DE19772741498
Authority: DE
Inventors: Peter J Ferguson
Original assignee: Research Engineering and Manufacturing Inc
Current assignee: Research Engineering and Manufacturing Inc
Priority date: 1976-09-16
Filing date: 1977-09-15
Publication date: 1978-03-23
Also published as: FR2365052B1; GB1539148A; US4106877A; DE2741498C2; FR2365052A1

Description

RESEARCH ENGINEERING & MANUFACTURING, INC., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Massachusetts, 4 59 Mount Pleasant Street, New Bedford, Massachusetts 02742 (V. St. A.)

Stift

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stift mit einer eine gleichförmige Dicke über 360° aufweisenden Einführspitze, einer Längsachse und einem Schaft, der im Querschnitt gesehen über den Umfang verteilte kreisbogenförmige Höcker mit dazwischenliegenden kreisbogenförmigen Flanken aufweist, wobei die Höckerradien wesentlich kleiner als die Flankenradien sind.

Mit Hilfe solcher Stift werden Kettenräder, Zahnräder u. dgl. auf Wellen verstiftet. Die bisher benutzten Stifte dieser Art werden gewöhnlich in ein kreisrundes Loch eingetrieben, welches in das mechanische Bauteil eingebracht wurde, in das der Stift einzusetzen ist. Solche Löcher haben gewöhnlich große Toleranzbereiche, ,ob sie nun gebohrt oder gestanzt sind. Gewöhnlich steigt die Toleranz-

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größe mit dem Lochdurchmesser. Aus diesem Grunde hat man, um die Toleranzen ausgleichen zu können, weitgehend Federstifte oder verzahnte Stifte verschiedener Konstruktionen verwendet.

Idealerweise sollte eine enge Toleranz zwischen Loch und Stift bestehen. Um dies zu erreichen, ist es möglich, ein Loch durch Räumen oder Honen herzustellen und in dieses Präzisionsloch einen präzise geschliffenen Stift mit kreisrundem Querschnitt einzupassen. Diese Möglichkeit ist von der Konstruktion her wünschenswert, aber leider sehr teuer.

Ein weiteres Problem tritt bei Stiften mit kreisrundem Querschnitt dadurch auf, daß diese Rundstifte in kreisrunden Löchern verhaltene "Spreiz"-Belastungen erzeugen, die manchmal zum Reißen und Bersten des Materials um das Loch führen. Dieser Effekt ist höchst unerwünscht, insbesondere bei Anwendungsfällen mit dynamischer Belastung. Selbstverständlich wird die Spreizbelastung besonders groß, wenn der Stift an der oberen, und das Loch an der unteren Toleranzgrenze liegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen höckrigen Stift der eingangs genannten Art zu schaffen, der in seinen Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten an einen Präzisions-Rundstift heranreicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schaftquerschnitt eine einheitliche Dicke über 360° hat, die größer als die Dicke der Einführspitze ist, und daß die Höcker Scheitelpunkte haben, die gleiche Abstände von der Längsachse besitzen und so bemessen und beschaffen sind, daß sie unter Eingriff in die Wandung einer Bohrung

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einen Klemmsitz zwischen Stift und der Bohrungswand an Stellen bewirken, die sich im wesentlichen auf die Höcker beschränken, während mindestens Abschnitte der zwischen den Scheitelpunkten liegenden kreisbogenförmigen Flanken Entlastungszonen zwischen Stift und Bohrung sind.

Ein solcher Stift läßt sich in Löchern mit einem weiten Toleranzbereich verwenden. Die einheitliche Dicke des Stiftes entspricht annähernd dem Kleinstdurchmesser des Loches in dem Element, wo der Stift eingesetzt werden soll. Die Höckrigkeit des Stiftes kann man in weiten Grenzen wählen, so dal⁵ man diese Stifte in Löcher mit einem weiten Toleranzbereich einpassen kann.

Durch die Entlastungszonen zwischen den Höckern erzielt man bei gutem Preßsitz eine wesentliche Reduzierung der Spreizbelastung im Bohrloch.

Der erfindungsgemäße Stift hat unter anderem den Vorzug, daß bei dem Bereich einer gewünschten Höckrigkeit die diametrale Stiftdicke dem Durchmesser des Kreises sehr ähnlich ist, dessen Querschnittsfläche gleich dem Höckerstiftquerschnitt ist.

Das Ausmaß der Bohrlochverformung hängt ab von der gewählten Passung zwischen Loch und Stift.

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Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 und 2

ein erstes Ausführungsbeispiel eines Stiftes mit unrundem Querschnitt in Seiten- und Stirnansicht,

Fig. 3 und 4

ein zweites Ausffihrungsbeispiel, ebenfalls in Seiten- und Stirnansicht,

Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch eine Verbindungsstelle zweier Elemente, aebildet durch den Stift von Fig. 1,

Fig. 6 einen maßstäblich vergrößerten Schnitt durch eine Ebene 6-6 von Fig. 5,

Fig. 6A einen ähnlichen Schnitt wie in Fig. 6, jedoch ist der Stift hier in ein Loch mit qeringstmöglichem oder annähernd geringstmöglichem Durchmesser eingesetzt,

Fig. 7 ein teilweise geschnittenes Anwendungsbeispiel für den Stift von Fig. 1 und 2,

Fig. 8 ein weiteres Anwendungsbeispiel für einen solchen Stift,

Fig. 9 eine Stirnansicht eines dem von Fig.

ähnlichen Stiftes, dessen Spitze weniger unrund ist als sein Schaft, und

Fig. 10 eine grafische Darstellung zur Geometrie des erfindungsgemäßen Stiftes.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Stift 2 hat eine Einführspitze 4, einen Schaft 6, einen konischen Obergangsabschnitt zwischen Spitze und Schaft, und alles verläuft zentrisch zu einer Längsachse 8. Tm Querschnitt hat der Schaft 6 eine polygonale Höcker-Kreisbogenkonfiguration, d.h. eine ungerade Anzahl von Höckern liegt zwischen relativ langgestreckten kreisbogenförmigen Flanken. Tn der vorliegenden Ausführungsform liegen drei Hocker 12, 14, 16 gleichmäßig

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verteilt zwischen kreisbogenförmigen Flanken 18, 20 und Die Radien der Höcker sind wesentlich kleiner als die Radien der Flanken, wie Fig. 2 erkennen läßt.

Die geometrische Grundform des Stift-Querschnitts, die in Fig. 10 dargestellt ist, kennt man im allgemeinen aus der US-Patentschrift 3 195 156 aus dem Jahre 1965. Es sei hier nur kurz gesagt, daß die Unrundheit bzw. Höckrigkeit K gleich der Differenz zwischen C und D ist, wobei C der Durchmesser des die Hocker umschließenden Kreises ist. Der kleine Radius r jedes Höckers 12, 14, 16 hat seinen Mittelpunkt an der Spitze eines gleichzeitigen Dreiecks, dessen mit 24 bezeichnete Seite gleich R - r ist und das in einem Kreis liegt, dessen Mittelpunkt auf der Längsachse 8 liegt und dessen Radius N ist. Der lange Radius R jeder kreisbogenförmigen Flanke 18, 20, 22 hat seinen Ursprung ebenfalls in einer Dreiecksspitze, welche von der betreffenden Planke am weitesten entfernt ist. Jeder Höcker 12, 14, 16 erstreckt sich mit dem Radius r über einen Kreisbogen von 60°, und die kreisbogenförmigen Flanken 18, 20 und 22 erstrecken sich mit ihrem Radius R ebenfalls über einen Kreisbogen von 60°. Jede der unterbrochenen Linien 26 verläuft sowohl durch die Längsachse 8 als auch durch eine Dreiecksspitze, und außerdem durch den Gipfel- oder Mittelpunkt jedes Höckers. Die Punkte 28 und 30 bezeichnen die Enden eines Höckers (hier Höcker 16), während 28 und 32 die Flanken-Fndpunkte (hier von Flanke 22) sind.

Aus Fig. 10 läßt sich ableiten, daß R = 0,5C +N-K ist. Ferner ergibt sich:

2N = R-r = 2N-K , . ., . . Cos 30^e Cos 30°^{; deshalb lst}

N = 3,7 32K, und somit
R = 0,5 C + 2,732K und
r = 0,5 C - 3,732K

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Aus den vorstehenden Formeln lassen sich die Werte für R und r bei gegebenen Werten von C und Unrundheit K errechnen. Ebenso kann man den Wert N aus einem bekannten Wert für K ableiten. Man wird aus dem Nachstehenden erkennen, daß die vorliegende Erfindung einen brauchbaren Bereich der Höckrigkeit oder Unrundheit K für einen Einheitsdurchmesser C jedes beliebigen Stiftes bietet.

Nach der vorstehend beschriebenen geometrischen Ausbildung ergibt sich ein Schaft 6 mit einer einheitlichen Dicke D über 360°. Mit dieser Dimension D für die einheitliche Dicke über 360° ist gemeint, daß sämtliche durch die Längsachse verlaufenden Ouerschnittsgeraden gleich lang sind. Für die kreisrunde Einführspitze 4 ist die Dimension D einfach der Kreisdurchmesser mit dem Zentrum bei 8, siehe Fig. 2.

Der in Fig. 3 und 4 dargestellte Stift besitzt im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel einen vergrößerten kreisrunden Kopf 34, eine unrunde höckerige Einführspitze 4a und davor einen konischen Obergangsabschnitt 10a mit krummem Querschnitt. Wie aus Fig. 4 entnehmbar ist, besitzt die Einführspitze 4a drei Höcker und drei kreisbogenförmige Flanken von ähnlicher Geometrie wie der Schaft, so daß auch hier eine gleichförmige Dicke vorhanden ist. Der Durchmesser des die Höcker der unrunden Einführspitze 4a umschreibenden Kreises kann in Wirklichkeit gleich dem Wert D bzw. der Dicke des Schaftes 6 des Stiftes sein. Der Durchmesser der kreisrunden Einführspitze 4 von Fig. 1 und 2 nähert sich dem Innen-Kreisdurchmesser des Schaftes 6 dieser Ausführung.

Bei dem in Fig. 5 und 6 dargestellten Anwendungsbeispiel des Stiftes von Fig. 1 und 2 sind zwei Bauelemente 36 und 38 miteinander verbunden, von denen das Bauelement 36 eine vergrößerte Bohrung aufweist, welche der Stift 2 mit losem

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Sitz durchgreift, so daß man das Bauelement 36 gegenüber dem Stift 2 verschieben kann. Im Geqensatz dazu ist der Schaft 6 des Stiftes 2 mit Preßsitz in eine Bohrung 40 des anderen Bauelementes 38 eingebracht worden und sitzt somit fest darin. Gemäß ^ig. 6 können die Höcker 12, 14, elastisch verformt sein, so daß Druckbelastungszonen im Bauelement 38 entstehen, die durch Linienzüge 42 angedeutet sind. Dagegen tritt zwischen den Höckern, insbesondere im Mittelbereich der kreisbogenförmigen Flanken 18, 20, 22 eine Druckentlastung ein. Auf diese Weise entsteht eine Klemmwirkung ohne ernsthafte bleibende Verformungen über einen breiten Toleranzbereich der Bohrung 40 hinweg. Es findet eine gewisse Umfornunc? der öffnung oder Bohrung 40 statt.

Fig. 6A zeigt einen Zustand, wo der Durchmesser des Loches bzw. der Bohrung 40 einen Minimalwert aufweist, d.h. annähernd gleich der Dicke D des Stift-Schaftes 6 ist. Folglich findet eine Aufweitung der Bohruna 40 und eine Umformung statt, so daß sie im wesentlichen eine kreisbogenförmighöckrige Polygonalform annimmt, ähnlich der höckrigen Ouerschnittsform des Stift-Schaftes 6. Es bleiben jedoch noch kleine Zwischenräume als Belastungsausgleich zwischen den Flanken 18, 20, 22 einerseits und der Bohrung 40 andererseits bestehen. Bei dem Anwendungsbeispiel von Fig. 7 dient der Stift 2 als Kreuzstift zur mechanischen Verbindung von Elementen, es wird nämlich auf diese Weise der Bundabschnitt 44 eines Zahnrades oder Rades 46 mit einer Welle 48 verbunden. Der Stift 2 ist hier durch fluchtende kreisrunde Bohrungen 50, 50, 50 von Bundabschnitt 44 und Welle 48 hindurchgetrieben . Wie beim vorhergehenden Beispiel, ist hier der Durchmesser der Einführspitze 4 etwa der gleiche oder etwas kleiner als der Bohrungsdurchmesser der Bohrungen Falls eine unrunde Einführspitze 4a verwendet wird, dann ist deren Durchmesser D gleich oder etwas kleiner als der Durchmesser der Bohrungen 50. Der unrunde Stift-Schaft ist

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mit Preßsitz in eine oder mehrere der Bohrungen 50 eingetrieben.

In Fig. 8 dient der Stift 2 als Sicherungselement für einen Haken 52, der drehbar in der Bohrung eines Trägers 54 gelagert ist. Zu diesem Zwecke ist der Stift 2 mit Preßsitz in eine Querbohrung 56 des Hakens eingetrieben. All dies sind nur einige von vielen möglichen Anwendungsbeispielen für erfindungsgemäße Stiftelemente.

Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 9, wo sowohl der Schaft 6 als auch die Einführspitze 4b höckrig ausgebildet sind, wie in Fig. 3 und 4. In Fig. 9 ist jedoch die Unrundheit bzw. Höckrigkeit K an der Einführspitze 4b etwas geringer als beim Schaft 6, wie sich aus der Zeichnung entnehmen läßt. Das geringere Ausmaß der Unrundheit bzw. Höckrigkeit an der Einführspitze 4a von Fig. 9 erleichtert das Einführen des Stiftes in ein kreisrundes Loch in einem Bauelement. Die geringe Unrundheit der Einführspitze fördert die Selbstzentrierwirkung des Stiftes gegenüber dem Loch.

Es hat sich gezeigt, daß man mit höckrigen Stiften gute Resultate erzielen kann, wenn die Stifte einen relativ weiten Bereich der Höckrigkeit, jedoch eine Querschnittsfläche haben, die der Querschnittsfläche eines kreisrunden Stiftes sehr ähnlich ist, dessen Durchmesser gleich der diametralen Dicke des höckrigen Stiftes ist. Wenn Z der Durchmesser eines Kreises ist, dessen Flächeninhalt gleich dem höckrigen Querschnitt ist, dann läßt sich experimentell nachweisen, daß Z/D ein zwischen 0,9998 und 0,98863 variierendes Verhältnis ist. Dieser Bereich des Verhältnisses Z/D entspricht der Unrundheit bzw. Höckrigkeit K von 0,0095 bis 0,0677 für einen Einheitswert von C. Folglich kann die Geometrie der Höckerform über einen weiten Bereich der

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Höckrigkeit verändert werden, ohne einen wesentlichen Betrag an Querschnittsfläche zu verlieren, verglichen mit einem Stift mit Kreisquerschnitt.

Zusammenfassung: Es handelt sich um einen Stift mit einer Einführspitze von gleichförmiger Dicke über 360° und mit einem Schaft von kreisbogenförmiq-polygonaler Höcker-Konfiguration, ebenfalls mit gleichförmiger Dicke, aber dicker als die Einführspitze. Dieser Stift kann in ein kreisrundes Loch eines Bauelementes eingetrieben werden, wobei die Höcker des Stiftes sich durch die Kompression elastisch verformen und so zu einem guten Reibungssitz zwischen Stift und Bauelement führen, wobei sich Druckentlastungszonen zwischen den Höckern bilden. Das Loch in dem Bauelement kann dabei zu einer höckrigen Form umgeformt bzw. nachgearbeitet werden. Die gleichförmige Schaftdicke ist annähernd gleich dem Minimaldurchmesser des Loches in dem Bauelement. Ferner ist bei dem Stift der Bereich der Höckrigkeit ausreichend groß gewählt, um einen großen Bereich von Lochdurchmesser-Toleranzen zu überbrücken.

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Claims

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Ansprüche

( 1. Stift mit einer eine gleichförmige Dicke über 360° aufweisenden Einführspitze, einer Längsachse und einem Schaft, der im Querschnitt gesehen über den Umfang verteilte kreisbogenförmige Hocker mit dazwischenliegenden kreisbogenförmigen Flanken aufweist, wobei die Höckerradien wesentlich kleiner als die Flankenradien sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaftquerschnitt eine einheitliche Dicke (D) über 360° hat, die größer als die Dicke der Einführspitze (4) ist, und daß die Höcker (12, 14, 16) Scheitelpunkte haben, die gleiche Abstände von der Längsachse (8) besitzen und so bemessen und beschaffen sind, daß sie unter Eingriff in die Wandung einer Bohrung (z.B. 40) einen Klemmsitz zwischen Stift (2) und der Bohrungswand an Stellen bewirken, die sich im wesentlichen auf die Hocker beschränken, während mindestens Abschnitte der zwischen den Scheitelpunkten liegenden kreisbogenförmigen Flanken (18, 20, 22) Entlastungszonen zwischen Stift und Bohrung sind.
2. Stift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt eines die Scheitelpunkte umschreibenden imaginären Kreises (C) auf der Längsachse (8) liegt, daß mit Z der Durchmesser eines Kreises definiert ist, dessen Querschnittsfläche gleich dem Querschnitt des höckrigen Stiftes (2) ist, und daß ein Verhältnis Z/D im Bereich von 0,9998 bis 0,98863 liegt.

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3. Stift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höckrigkeit (K) des Schaftes (6) definiert ist als Differenz zwischen dem Durchmesser des imaginären Kreises um die Höcker-Scheitelpunkte (C) und der Schaft-Dicke (D), und daß die Höckrigkeit (K) zwischen 0,0095 bis 0,0677 für einen Einheitsdurchmesser des Kreises liegt.
4. Stift nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführspitze (4) einen Kreisquerschnitt hat.
5. Stift nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführspitze (4b) einen höckrigen Querschnitt, aber eine geringere Höckrigkeit als der Schaft (6) aufweist.

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