DE602004006590T2

DE602004006590T2 - Stift mit geriffeltem und spiralförmigem Schaft

Info

Publication number: DE602004006590T2
Application number: DE602004006590T
Authority: DE
Inventors: Richard C. Caponi
Original assignee: Spirol International Corp
Current assignee: Spirol International Corp
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: US20050144887A1; DE602004006590D1; EP1548297A1; US7214021B2; CA2458588C; EP1548297B1; ES2287650T3; ATE363033T1; MXPA04004277A; CA2458588A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Stifte, die in mechanischen Baugruppen eingesetzt werden, und insbesondere Stifte, die Oberflächenmerkmale haben, welche die Stiftrückhaltung in einem Wirt verbessern, siehe zum Beispiel DE-A-2243564 .
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Stifte sind gewöhnliche Maschinenelemente, die typischerweise eingesetzt werden, um das genaue Positionieren von Teilen zu sichern oder um verhältnismäßig kleine Scherkräfte zu übertragen. Es sind viele Arten von Stiften für eine Vielfalt von Anwendungen entwickelt worden, einschließlich von Splinten, Federstiften, geraden Stiften, gerillten Stiften, Kegelstiften und Rändelstiften. Von diesen betrifft die Erfindung am nächsten die Rändelstifte und gerillten Stifte, die als Positionierstifte eingesetzt werden. Bei einer typischen Positionierstiftanwendung definieren ein erster und ein zweiter Teil, die zu positionieren sind, Löcher an komplementären Positionen. Die Stifte werden in den Löchern des ersten Teils eingebaut. Die Stifte stehen aus dem ersten Teil vor, um durch Ineingriffnehmen der Löcher des zweiten Teils den zweiten Teil im Verhältnis zum ersten Teil auszurichten. Idealerweise sind die Stifte in beiden Sätzen von Löchern zentriert und üben eine gewisse Reibungskraft auf die Löcher aus.
Rändelstifte sind Stifte, die eine Außenfläche haben, die zu mehreren geraden oder spiralförmigen Rändelungen verformt ist. Der gerändelte Oberflächenabschnitt des Stifts schließt eine Reihe von Kronen und Mulden ein, wobei das Stiftmaterial von den Mulden zu den Kronen verschoben ist, um einen erweiterten Außendurchmesser für den Stift zu definieren. Eine gewöhnliche gerändelte Oberfläche ist eine, bei der die Kronen eine Breite (gemessen senkrecht zur Kronenhöhe) haben, die ungefähr 10 % der Steigung des Rändelmusters beträgt. Diese Form der Rändelung ist verhältnismäßig scharf. Typischerweise ist das Rändelstiftmaterial härter als das Wirtsmaterial, was es ermöglicht, dass sie Kronen der gerändelten Außenfläche in das weichere Wirtsmaterial schneiden, um eine verbesserte Rückhaltung des Stifts im Wirt zu gewährleisten. Ein beispielhafter gerändelter Stift des Standes der Technik wird in 1 gezeigt.
Ein gerillter Stift verbessert die Rückhaltekraft durch Unterbrechen der Außenfläche eines geraden massiven Stifts mit einer oder mehreren V-Rillen. Das Stiftmaterial angrenzend an die V-Rille ist nach oben und nach außen zu jeder Seite der Rille verschoben, wobei es einen erhöhten Abschnitt oder Stollen bildet, der sich längs der Rille erstreckt. Die Kronen der Stollen stellen einen erweiterten Durchmesser bereit, der einige Tausendstel größer ist als der Nenndurchmesser des Stifts. Wenn ein gerillter Stift in ein gebohrtes Loch eines vorbestimmten Durchmessers getrieben wird, wird der erhöhte Abschnitt des Stifts vermutlich zurück in die Rille gezwungen, wo er elastisch eine Rückhaltekraft in Radialrichtung nach außen gegen die Innenfläche des Lochs im Wirt ausübt. Die oben beschriebene theoretische Funktionsweise eines gerillten Stifts wird in der Praxis selten erreicht. In weichen Wirtsmaterialien gräbt sich der gerillte Stift in den Wirt, während in harten Wirtsmaterialien die Kronen abgeschabt werden, wie weiter unten ausführlicher erörtert wird. Eine Schnittansicht eines beispielhaften gerillten Stifts des Standes der Technik wird in 2 gezeigt.
Rändelstifte und gerillte Stifte sind am erfolgreichsten, wenn das Wirtsmaterial nicht härter ist als das Stiftmaterial. In Baugruppen, in denen das Wirtsmaterial bedeutend härter ist als der Stift, neigen erhöhte Merkmale von hohem Profil mit kleinen Querschnittsflächen dazu, abgeschert zu werden, wenn der Stift in den Wirt getrieben wird, wie in 7 und 8 gezeigt. Im Ergebnis dessen werden die Rückhaltekraft und andere Maße der Stiftleistung schwer beeinträchtigt. Dies ist besonders bei Baugruppen der Fall, die wiederholt auseinandergenommen und wieder zusammengebaut werden.
Es besteht auf dem Gebiet ein Bedarf an einem massiven Stift, der eine zuverlässige und wiederholbare Einpress-Rückhaltung und -positionierung in einem Wirt gewährleistet, der eine größere Härte als der Stift hat.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Stift zum Einsetzen in ein Loch in einem Wirtsmaterial und Reibungseingriff in demselben bereitgestellt, der Folgendes umfasst:
einen länglichen zylindrischen Körper mit einer Längsachse, einem zylindrischen Führungsabschnitt mit einem ersten Durchmesser und einem geformten Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser, definiert durch mehrere abwechselnde spiralförmige Stege und Rillen, wobei jeder Steg eine Breite, gemessen senkrecht zu der Längsachse, hat, wobei ein Großteil jedes Steges eine wesentlich gleichförmige Höhe, die sich über den ersten Durchmesser erstreckt, hat, wobei die Breite wenigstens ungefähr das Fünffache der Höhe beträgt,
wobei die Stege in einem Winkel von ungefähr 45° im Verhältnis zu der Längsachse ausgerichtet sind.
Ein spiralförmiger gerillter Stift nach Aspekten der vorliegenden Erfindung ist ein Stift mit einer Außenfläche, die zu mehreren Rillen und Stegen geformt ist. Die Stehe haben ein niedriges Profil und machen einen Großteil der Außenfläche des Stifts aus, um einen im Wesentlichen zylindrischen erweiterten Außendurchmesser des Stifts zu definieren. Bei einem spiralförmigen gerillten Stift nach Aspekten der vorliegenden Erfindung haben die Stege eine im Wesentlichen gleichförmige Oberfläche und erstrecken sich um einen Großteil des Stifts. Die Gleichförmigkeit der Stegoberfläche und die spiralförmige Konfiguration der Stiftoberfläche stellen eine zylindrische Berührungsfläche von der Stiftschaftfläche in Radialrichtung nach außen bereit. Vorzugsweise haben die Stegflächen eine Breite (gemessen senkrecht zur Länge des Stifts), die wenigstens ungefähr 40 % der Steigung des Rändelmusters betragt.
Es ist viel weniger wahrscheinlich, dass die gleichförmigeren und breiteren Oberflächenmerkmale eines spiralförmigen gerillten Stifts nach Aspekten der vorliegenden Erfindung durch ein hartes Wirtsmaterial abgeschert werden, als die Oberflächenmerkmale von Rändel- oder Rillenstiften des Standes der Technik. Die dazwischenliegenden Rillen ermöglichen, dass sich der erweiterte Abschnitt des spiralförmigen gerillten Stifts verformt, wenn er in den Wirt getrieben wird, so dass die Rückhaltekraft gleichmäßig um den Umfang des Stifts verteilt wird. Der sich ergebende Stift erfordert weniger Kraft zum Einsetzen und hat eine höhere Rückhaltekraft als Stifte des Standes der Technik, wenn er in ein Wirtsmaterial getrieben wird, das härter ist als der Stift.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Einpress-Befestigungselement für gehärtete Wirtsmaterialien bereitzustellen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet offensichtlich bei Lektüre der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine Schnittansicht eines spiralförmigen Rändelstifts des Standes der Technik ist,
2 eine Schnittansicht eines gerillten Stifts des Standes der Technik ist,
3 eine Schnittansicht eines spiralförmigen Rillenstifts nach Aspekten der vorliegenden Erfindung ist,
4 und 5 eine Seiten- bzw. eine Stirnansicht eines spiralförmigen Rillenstifts nach Aspekten der vorliegenden Erfindung sind,
6 eine aufgeschnittene Ansicht eines Wirtsmaterials und eines spiralförmigen Rillenstifts nach Aspekten der vorliegenden Erfindung, eingebaut in einem durch das Wirtsmaterial definierten Loch, ist,
7 eine vergrößerte Ansicht eines gerändelten Stifts des Standes der Technik nach dem Einsetzen und Entfernen aus einem Loch in einem gehärteten Block ist,
8 eine vergrößerte Ansicht eines gerillten Stifts des Standes der Technik nach dem Einsetzen und Entfernen aus einem Loch in einem gehärteten Block ist und
9 eine vergrößerte Ansicht eines spiralförmigen Rillenstifts nach Aspekten der vorliegenden Erfindung nach dem Einsetzen und Entfernen aus einem Loch in einem gehärteten Block ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Ein Ausführungsbeispiel eines spiralförmigen gerillten Stifts nach Aspekten der vorliegenden Erfindung wird in 3 bis 6 illustriert und wird im Allgemeinen durch die Zahl 10 bezeichnet. 3 ist eine Schnittansicht durch den beispielhaften spiralförmigen Rändelstift 10, die das Rillen- und Stegmuster im Schnitt im Verhältnis zu einem ungeformten Führungsabschnitt 17 des Stifts illustriert. Ein Mittelabschnitt 14 des beispielhaften Stifts ist zu mehreren spiralförmigen Stegen 16, die sich mit spiralförmigen Rillen 18 abwechseln, geformt. Das spiralförmige Rändel-/Stegmuster ist mit einem Winkel von 45° im Verhältnis zur Achse des Stiftes orientiert. Das Material aus den spiralförmigen Rillen 18 wird durch einen Formvorgang in die spiralförmigen Stege 16 verschoben, mit einem erweiterten Durchmesser D2 im Verhältnis zum Durchmesser D1 des Stiftschaftes.
Für das illustrierte Ausführungsbeispiel hat das Stiftschaftmaterial einen Nenndurchmesser von ungefähr 2,946 mm (0,116 Zoll) und einen erweiterten Durchmesser von ungefähr 3,038 mm (0,120 Zoll). Die Stegflächen des geformten Abschnitts des Stifts haben einen Durchmesser D2, der ungefähr 0,102 mm (0,004 Zoll) größer ist als der Stiftschaftdurchmesser D1. Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist D2 ungefähr 3,5 % größer als D1.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Breite W der Stege, gemessen senkrecht zur Stiftlänge, gegenüber der Höhe H1 des Stegs im Verhältnis zum Stiftschaftdurchmesser D1. Ein spiralförmiger gerillter Stift 10 nach der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch Stege 16, wobei die Breite W wenigstens das Fünffache der Höhe H1 beträgt. Im Fall des Ausführungsbeispiels ist jeder Steg 16 ungefähr 0,051 mm (0.002 Zoll) über dem Stiftschaftdurchmesser D1 und ist ungefähr 0,711 mm (0,28 Zoll) breit, für ein Verhältnis von Breite zu Höhe von ungefähr 14:1. Unter Bezugnahme auf 3 ist ein verwandter Aspekt der Erfindung die Breite W des Stegs 16 in Bezug auf die Steigung P des Rille-Steg-Musters. Bei der Ausführungsform von 3 ist die Breite W der Stegoberfläche ungefähr gleich der Breite der Rillen oder ungefähr 50 % der Rille-Steg-Steigung P. Ein Bereich von Stegbreiten von ungefähr 40 % bis ungefähr 60 % der Rille-Steg-Steigung P ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
Noch ein weiterer verwandter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den durch die Stege 16 eingenommenen Anteil der Oberfläche des erweiterten Stiftabschnitts 14. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die Stege 16 ungefähr eine Hälfte der Oberfläche des geformten Abschnitts dar. Die Stege stellen eine Rückhaltefläche bereit, welche die Innenfläche des Lochs in dem Wirtsmaterial in Eingriff nimmt. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Rückhaltefläche, die wenigstens ungefähr 40 % des erweiterten Abschnitts des Stifts einnimmt. Ein Bereich von Stegoberflächen von zwischen 40 % und 60 % der Oberfläche des erweiterten Abschnitts des Stifts ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 beträgt die Höhe H2 des Rille-Steg-Musters von der Mulde zur Spitze ungefähr 0,152 mm (0,006 Zoll) vom Boden der Mulde bis zur Spitze der Stegoberfläche. Dies stellt ungefähr 5 % des Durchmessers D1 des Stiftschaftes dar.
Die Proportionen und die Anordnung der Stege 16 nach Aspekten der vorliegenden Erfindung kann zu dem in 1 bzw. 2 gezeigten Rändelstift und gerillten Stift des Standes der Technik in Gegensatz gebracht werden. Der in 1 gezeigte Rändelstift des Standes der Technik illustriert ein typisches Muster von Rille und Steg des Standes der Technik, wobei die Stegoberflächen oder Kronen scharf sind und nur ungefähr 10 % der Steigung P des Rille-Steg-Musters darstellen. Die Rändelstegflächen stellen ebenfalls einen kleinen Anteil der Gesamtoberfläche des erweiterten Abschnitts des Rändelstifts dar. Die verhältnismäßig scharfen Rändelspitzen haben im Verhältnis zum Stiftschaftdurchmesser ein bedeutend höheres Profil als die Stege 16 des beispielhaften spiralförmigen gerillten Stifts 10. Bei einem typischen Rändelstift ist das spiralförmige Muster von Krone und Rille mit ungefähr 30° im Verhältnis zu einer Achse des Stifts ausgerichtet. Bei diesem Muster wird jede Rändelkrone für eine gegebene Längeneinheit einen kleineren Abschnitt des Umfangs des Stifts durchqueren als das 45°-Muster des beispielhaften spiralförmigen gerillten Stifts 10. Während sich ein Spiralwinkel von 45° im Zusammenhang des beispielhaften Stifts als erfolgreich erwiesen hat, ist vorgesehen, dass ein Bereich von spiralförmigen Rändelwinkeln zwischen 30° und 60° im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist.
Der in 2 gezeigte gerillte Stift des Standes der Technik steht beispielhaft für eine Klasse von Stiften, wobei der Stiftschaft durch V-förmige Rillen gestaucht ist, die das Stiftmaterial nach oben und nach außen verschieben, um erhöhte Oberflächenabschnitte des Stifts zu definieren. Wie in 2 gezeigt, sind die erhöhten Abschnitte des Stifts in Bezug auf den Umfang oder die Oberfläche des erweiterten Abschnitts des Stifts verhältnismäßig schmal. 2 illustriert das zu erwartende Muster des Metallflusses, das durch die Kaltform-Rillentechnik erzeugt wird. Ähnliche Metallflüsse treten bei einer Rändeltechnik auf. Typischerweise schließt der Rillen- oder Rändelformvorgang nicht ein, die Kronen des Rändel- oder Rillenmusters zu verdichten. Im Ergebnis dessen schließen die gerändelten oder gerillten Abschnitte des Stifts scharfe Kanten oder Spitzen ein, wo das Metall durch den Formvorgang nach oben gedrückt, aber auf keinerlei Weise geglättet oder verdichtet worden ist.
Die in 1 und 2 gezeigten Rändel- und Rillenstifte des Standes der Technik werden typischerweise in Wirtsmaterialien eingesetzt, die weicher sind als der Stift. Die Rändel- und Rillenmuster mit kleiner Oberfläche, hohem Profil dieser Stifte sind mit weicheren Materialien verträglich, weil ihre erhöhten Merkmale sich entweder in das weichere Material graben oder einen wechselseitig komprimierten Reibungseingriff mit dem Wirtsmaterial bilden können. Wenn diese Stifte des Standes der Technik in einem Wirtsmaterial eingesetzt werden, das härter ist als der Stift, werden die verhältnismäßig schmalen Oberflächenmerkmale von dem Stift weggeschnitten oder „abgeschabt", und die Reibungsgrenzfläche zwischen dem Stift und dem Wirt wird ernsthaft beeinträchtigt.
6 illustriert einen beispielhaften spiralförmigen gerillten Stift 10 nach Aspekten der vorliegenden Erfindung, eingesetzt in einem Loch 52, das durch ein hartes Wirtsmaterial 50 definiert wird. Nach Aspekten der vorliegenden Erfindung ist der in 6 gezeigte Wirt 50 härter als der Stift 10. Die Härte wird verschieden als Widerstand gegen örtliches Eindringen, gegen Kratzen, gegen Spanen, gegen Verschleiß oder Abrieb und gegen Nachgeben definiert. Im Zusammenhang dieser Beschreibung soll Härte den Widerstand gegen örtliches Eindringen oder die Eindruckhärte bedeuten. Dieses Maß wird industriell weithin als Maß der Härte und mittelbar als Anzeige anderer gewünschter Eigenschaften in einem gefertigten Erzeugnis verwendet. Es werden mehrere Eindruckversuche verwendet, einschließlich der Brinell-, der Vickers- und der Rockwell-Versuche. Im Einzelnen wird sich diese Beschreibung auf die Härte von Materialien auf einer Rockwell-C-Skala beziehen. Der Rockwell-C-Versuch verwendet einen Brale als Eindringkörper und eine Hauptbelastung von 150 Kilogramm. Ein Brale ist ein konischer Diamant mit kugelförmiger Spitze mit einem Winkel von 120° und eine Spitzenradius von 0,2 mm. Bei dem Rockwell-Verfahren wird zuerst eine Nebenbelastung von 10 Kilogramm ausgeübt, die ein anfängliches Eindringen verursacht und den Brale-Eindringkörper am Platz halt. Unter dieser Bedingung wird die Skale auf „0" gestellt, und die Hauptbelastung von 150 Kilogramm ausgeübt. Nach dem Entfernen der Hauptbelastung wird die Ablesung vorgenommen, während die Nebenlast noch anliegt. Weiche Materialien, die ein tiefes Eindringen haben, ergeben niedrige Härtezahlen.
Bei einer in 6 gezeigten beispielhaften Verbindung hat das Wirtsmaterial eine Rockwell-C-Härte im Bereich von RC-60 bis 62, während der Stift eine Rockwell-C-Härte im Bereich von RC-43 bis 49 hat.

Ein Vergleich von spiralförmigen gerillten Stiften 10 nach Aspekten der vorliegenden Erfindung mit gerändelten Stiften des Standes der Technik und gerillten Stiften des Standes der Technik wird nun unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und 7 bis einschließlich 9 beschrieben, die repräsentative Stifte nach dem Einsetzen und dem Entfernen illustrieren. Alle Stifte wurden aus Stahl der Legierung AISI 6150, auf RC-43 bis 49 vergütet, erzeugt und wurden für eine Hälfte der erweiterten Länge in Testblocks aus Stahl A 2, gehärtet auf RC-60 bis 62, eingebaut. Die vergleichenden Einsetz- und Entfernungsprüfdaten sind in Tabelle 1 weiter unten aufgelistet. TABELLE 1

Prüfkriterien	Spiralförmiger gerillter Stift	Gerillter Stift	Gerändelter Stift
Einsetzen (Newton (1bf))
Durchschnitt	945,2 (212,5)	1827,3 (410,8)	3169,8 (712,6)
Standardabweichung	261,1 (58,7)	533,8 (120,0)	540,9 (121,6)
Rückhaltung (Newton (1bf))
Durchschnitt	755,3 (169,8)	948,8 (213,3)	1056,9 (237,6)
Standardabweichung	177,5 (39,9)	330,9 (74,4)	363,9 (81,8)

Rückhaltung: Einsetzen	80 %	52 %	33 %

Stiftabmessungen (mm (Zoll))
Lochgröße	⌀ 2,997 (0,1180)	⌀ 3,048 (0,1200)	⌀ 3,048 (0,1200)
Körper-⌀	⌀ 2,934 (0,115)	⌀ 2,985 (0,1175)	⌀ 2,959 (0,1165)
Erweiterter ⌀	⌀ 3,048 (0,120)	⌀ 3,226 (0,127)	⌀ 3,302 (0,130)
Stiftspezifikationen (mm (Zoll))
Lochgröße	⌀ 2,990/3,010 (0,1177/0,1185)	⌀ 3,000/3,061 (0,1181/0,1205)	⌀ 3,000/3,061 (0,1181/0,1205)
Körper-⌀	⌀ 2,921/2,972 (0,115/0,117)	⌀ 2,959/3,000 (0,1165/0,1181)	⌀ 2,949/3,000 (0,1161/0,1181)
Erweiterter	⌀ 3,030/3,081 (0,1193/0,1213)	⌀ 3,175/3,302 (0,125/0,130)	⌀ 3,251/3,353 (0,128/0,132)

Alle geprüften Stifte wurden so gemessen, dass sie nahe ihren jeweiligen mittleren Abmessungen für Körper- und erweiterten Durchmesser waren. In einer Bemühung, eine ähnliche Beziehung zwischen dem Körperdurchmesser und der Lochgröße aufrechtzuerhalten, wurden die Löcher für den spiralförmigen gerillten Stift zum Mittel hin erzeugt, während die Löcher für den gerillten Stift und den gerändelten Stift zum hohen Ende ihrer Lochtoleranz hin erzeugt wurden. Die Körper- und Lochdurchmesser für den geprüften spiralförmigen gerillten Stift sind geringfügig anders als die der anderen Stifte.
Die Einsetzkraft ist für den spiralförmigen gerillten Stift viel geringer als für die anderen geprüften Stifte. Dies kann auf die besondere Rillenkonfiguration und den verringerten erweiterten Durchmesser zurückgeführt werden, die durch die Gestaltung den erweiterten Abschnitt davor bewahren, während des Einbauens beschädigt zu werden. Dieser Gestaltung sind ebenfalls das überlegene Verhältnis von Rückhalte- zu Einsetzkraft des spiralförmigen gerillten Stifts und die beständigen Prüfdaten zuzuschreiben, da das Rückhaltemerkmal des Stifts nicht während des Einbauens abgeschert wird. 7 bis einschließlich 9 illustrieren Stifte, die während der Prüfung eingebaut und entfernt wurden.
Die gerändelten und gerillten Stifte des Standes der Technik von 7 bzw. 8 zeigen deutlich Zeichen einer Beschädigung vom Einbau, da die unteren Hälften des erweiterten Durchmessers abgeschabt worden sind. Dies war das vorweggenommene Ergebnis für den gerändelten Stift, jedoch war zu erwarten, dass der konkurrierende gerillte Stift mehr Elastizität zeigt, als er tat. Der spiralförmige gerillte Stift zeigt dem bloßen Auge kein Zeichen einer Beschädigung, und es ist schwierig, die leichten Oberflächenkratzer vom Einbau zu erkennen, wenn der Stift mit einer Augenlupe mit 5-facher Vergrößerung untersucht wird.
Aus den Prüffotos ist offensichtlich, dass der spiralförmige gerillte Stift der einzige geprüfte massive Stift ist, der seine Integrität beibehält, wenn er in ein gehärtetes Loch eingebaut wird. Dies führt zu beständigeren Einsetz- und Rückhaltekräften sowie einem größeren Verhältnis von Rückhalte- zu Einsetzkraft.
Das Verhältnis von Rückhalte- zu Einsetzkraft des erfindungsgemäßen spiralförmigen gerillten Stifts betragt ungefähr 0,8. Der gerändelte Stift des Standes der Technik erforderte mehr als die dreifache Einsetzkraft und lieferte ein Verhältnis von Rückhalte- zu Einsetzkraft von ungefähr 0,33. Der gerillte Stift des Standes der Technik erforderte fast die doppelte Einsetzkraft und lieferte ein Verhältnis von Rückhaltezu Einsetzkraft von ungefähr 0,52. Die Standardabweichung der Kräfte zum Einsetzen und Rückhalten für die Stifte des Standes der Technik war ebenfalls deutlich höher als jene für den erfindungsgemäßen spiralförmigen gerillten Stift, was auf eine beständigere Grenzfläche zwischen dem erfindungsgemäßen Stift und dem Wirtsmaterial hinweist. Diese Versuchsergebnisse weisen darauf hin, dass der erfindungsgemäße spiralförmige gerillte Stift erweiterten Stiften des Standes der Technik unerwartet überlegen ist, wenn er in einem harten Wirtsmaterial eingesetzt wird.
Die erfindungsgemäßen spiralförmigen gerillten Stifte 10 werden durch einen Vorgang geformt, der mit einem zylindrischen Schaft mit einem Durchmesser D1 beginnt. Der Schaft wird auf Länge geschnitten, und die Enden werden typischerweise abgeschrägt 12. Eine Walzmatrize wird verwendet, um mechanischen Druck auszuüben, um Stiftmaterial in die Konfiguration von Rille und Steg fließen zu lassen. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die zum Definieren der Stegflächen des fertiggestellten Stifts verwendeten Matrizenoberflächen. Die Matrize ist so konstruiert, dass sie die Stege berührt, um die Stegflächen im Wesentlichen gleichförmig und zylindrisch zu machen. Bei den Stiften des Standes der Technik werden die erhöhten Merkmale nicht auf diese Weise verdichtet. Ferner sind die Spitzen oder Kronen für einen Eingriff mit dem weicheren Wirtsmaterial erwünscht. Bei dem erfindungsgemäßen spiralförmigen gerillten Stift 10 ist erwünscht, dass die Stegflächen wesentlich gleichförmig und zylindrisch sind, um so eine vorhersagbare Rückhaltefläche für das Loch in dem Wirtsmaterial zu bieten. Nach der vorliegenden Erfindung wird dies erreicht durch die Verwendung einer Walzmatrize, die Material aus der Rille 18 drückt, um den Steg 16 zu formen, und ebenfalls das Stegmaterial formt, so dass es ein breites und regelmäßig geformtes Muster mit niedrigem Profil bildet. Im Ergebnis dessen ist wenigsten ein Abschnitt jedes sich ergebenden Stegs eine im Wesentlichen zylindrische Flache, die parallel zur Längsachse ist und eine im Wesentlichen gleichförmige radiale Versetzung von derselben hat. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist ein Großteil jedes Stegs eine im Wesentlichen zylindrische Fläche, die parallel zur Längsachse ist und eine im Wesentlichen gleichförmige radiale Versetzung von derselben hat. Der Begriff „ein Großteil", wie er im Zusammenhang des Beschreiben und Beanspruchen der Stege 16 verwendet wird, soll „größer als ungefähr 50 %" bedeuten.
Danach werden die geformten Stifte auf die gewünschte Härte vergütet und mit einer gewünschten Beschichtung versehen, um das Stiftmaterial vor Oxidation zu schützen. Die geformten Stifte können zur Verwendung mit anderen Wirtsmaterialien weich gelassen werden.
Der erfindungsgemäße spiralförmige gerillte Stift wird mit besonderer Betonung einer besonderen, in 3 bis 6 und 9 illustrierten, Ausführungsform beschrieben. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stifts wurde ebenfalls in dem Versuch verwendet, der unter Bezugnahme auf Tabelle 1 beschrieben wird. Die illustrierte Ausführungsform dient als Beispiel für Aspekte der Erfindung bezüglich der Abmessungen und der Verteilung des erhöhten Abschnitts eines Stifts. Wie für Fachleute auf dem Gebiet zu erkennen sein wird, haben alle Fertigungsverfahren und Rohmaterialien Toleranzen. Zum Beispiel wird angegeben, dass der Stiftschaftdurchmesser 2,946 mm (0,116 Zoll) plus oder minus 0,025 mm (0,001 Zoll), für ein Maximum von 2,972 mm (0,117 Zoll) und ein Minimum von 2,921 mm (0,115 Zoll) beträgt. Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 sind die letzten Eintragungen für Lochgröße, Körperdurchmesser und erweiterten Durchmesser als Bereiche mit Ober- und Untergrenzen angegeben. Ein Vergleich des kleinsten Stiftschaftdurchmessers (2,921 mm (0,115 Zoll)) mit dem größten erweiterten Durchmesser (3,081 mm (0,1213 Zoll)) erzeugt ein Verhältnis von 1,054, während ein Vergleich des größten Stiftschaftdurchmessers (2,972 mm (0,117 Zoll)) mit dem kleinsten erweiterten Durchmesser (3,030 mm (0,1193 Zoll)) ein Verhältnis von 1,019 erzeugt. Die Verwendung der durchschnittlichen Körpergröße von 2,934 mm (0,1155 Zoll) und des durchschnittlichen erweiterten Durchmessers von 3,048 mm (0,120 Zoll) ergibt ein Verhältnis von 1,039. Folglich ist der erweiterte Abschnitt des Stifts, in Abhängigkeit davon, welche Werte verwendet werden, um die Berechnung durchzuführen, zwischen 5,4 % und 1,9 % größer als der Schaftdurchmesser. Die in der Beschreibung und den Ansprüchen erörterten Verhältnisse und Werte setzen Durchschnittsabmessungen ein und sollten so interpretiert werden, dass sie die Bereiche von Verhältnissen oder Abmessungen umfassen, die sich aus Fertigungstoleranzen ergeben.
Angefügt sind die Tabellen 2 und 3, die beispielhafte bereiche von Abmessungen für den Stiftschaft (Körperdurchmesser) D1, den Wirtslochdurchmesser D3 und den erweiterten Durchmesser D2 für eine Palette von spiralförmigen gerillten Stiften in metrischen und englischen Maßen angeben. Tabelle 2 und 3 geben Bereiche für das Verhältnis des erweiterten Durchmessers D2 zum Stiftschaftdurchmesser D1 und das Verhältnis des erweiterten Durchmessers D2 zum Lochdurchmesser D3 an. Es ist zu sehen, dass Fertigungstoleranzen einen größeren Einfluss auf Stifte und Löcher mit kleinerem Durchmesser haben, weil die Toleranz einen größeren Anteil der gemessenen Abmessungen darstellt. Für die kleinsten Stifte beträgt das durchschnittliche Verhältnis des erweiterten Durchmessers D2 zum Stiftschaftdurchmesser ungefähr 1,085, während dieses Verhältnis für die größten Stifte ungefähr 1,02 beträgt. Die in den Ansprüchen angegebenen Verhältnisse und Abmessungen sollten so interpretiert werden, dass sie für Durchschnittsabmessungen gelten, wobei es sich versteht, dass Fertigungstoleranzen einen bedeutsamen Einfluss auf die Proportionen eines beliebigen, aus einer Gruppe ausgewählten, Stifts haben können.
Während zu Illustrationszwecken eine bevorzugte Ausführungsform der vorstehenden Erfindung dargelegt worden ist, sollte die vorstehende Beschreibung nicht als Begrenzung der vorliegenden Erfindung erachtet werden. Dementsprechend können einem Fachmann auf dem Gebiet verschiedene Modifikationen, Anpassungen und Alternativen offensichtlich sein, ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die angefügten Ansprüche definiert wird, abzuweichen.

Claims

Stift (10) zum Einsetzen in ein Loch (52) in einem Wirtsmaterial (50) und Reibungseingriff in demselben, der Folgendes umfasst: einen länglichen zylindrischen Körper mit einer Längsachse, einem zylindrischen Führungsabschnitt (17) mit einem ersten Durchmesser (D1) und einem geformten Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser, definiert durch mehrere abwechselnde spiralförmige Stege (16) und Rillen (18), wobei jeder Steg (16) eine Breite (W), gemessen senkrecht zu der Längsachse, hat, wobei ein Großteil jedes Steges (16) eine wesentlich gleichförmige Höhe (H1), die sich über den ersten Durchmesser (D1) erstreckt, hat, wobei die Breite (W) wenigstens ungefähr das Fünffache der Höhe (H1) beträgt, wobei die Stege (16) in einem Winkel von ungefähr 45° im Verhältnis zu der Längsachse ausgerichtet sind.
Stift (10) nach Anspruch 1, wobei der zweite Durchmesser nicht größer als ungefähr 9 % größer als der erste Durchmesser ist.
Stift (10) nach Anspruch 1, wobei die Stege (16) eine Oberfläche haben, die wenigstens 40 % der Oberfläche des geformten Abschnitts beträgt.
Stift (10) nach Anspruch 1, wobei die Breite (W) zwischen dem Fünffachen und dem Fünfzehnfachen der Höhe beträgt.
Stift (10) nach Anspruch 1, wobei ein Großteil jedes Steges (16) eine wesentlich zylindrische Fläche, parallel zu der Längsachse, ist.
Stift (10) nach Anspruch 1, wobei der zweite Durchmesser 0,02 mm bis 0,1 mm größer ist als der erste Durchmesser (D1).
Stift (10) nach Anspruch 1, wobei das Wirtsmaterial (50) eine erste Härte hat und der Stift (10) eine zweite Härte hat, wobei die erste Härte und die zweite Härte auf der Rockwell-Rc-Skala gemessen werden und die erste Härte auf der Rockwell-Rc-Skala ungefähr 10 Punkte höher liegt als die zweite Härte.
Stift (10) nach Anspruch 1, wobei der Führungsabschnitt (17) zwischen dem geformten Abschnitt und einem Ende des Stifts (10) angeordnet ist.
Stift (10) nach Anspruch 1, wobei der Stift (10) entgegengesetzte Enden hat und einen zylindrischen Führungsabschnitt (17) zwischen dem geformten Abschnitt (14) und jedem der Enden umfasst.
Stift (10) nach Anspruch 1, wobei die Rillen (18) eine Breite, gemessen senkrecht zu der Längsachse, haben und die Breite der Rillen (18) ungefähr gleich der Breite der Stege (16) ist.
Stift (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingesetzt in ein Loch (52) in einem Wirtsmaterial (50) und in Reibungseingriff in demselben.