DE69815041T2

DE69815041T2 - Stift, Stift und Befestigungsscheibe, Scheibe für die Befestigungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung des Stiftes

Info

Publication number: DE69815041T2
Application number: DE69815041T
Authority: DE
Inventors: Gilbert Olvera; George M. Velan
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2018-12-19
Also published as: US6171042B1; EP0926361B1; CA2254250C; CA2254250A1; US6305065B1; AU711821B2; BR9804726A; JP4447683B2; JPH11257315A; DE69815041D1; AU9697198A; ATE241764T1; US6203442B1; ES2200293T3; EP0926361A1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Stift zum axialen, nicht-drehenden Eindringen in ein Stahl-, Beton- oder Mauerwerksubstrat und eine Befestigungsvorrichtung, welche solch einen Stift und eine Scheibe enthält. Diese Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung solch eines Stiftes.
Die EP-A-540 463 beschreibt einen Stift, bei welchem der Durchmesser des Kopfes kleiner ist als der Durchmesser der Scheibe. Es ist eine Hülse vorgesehen, um die Kräfte auf die Peripherie der Scheibe zu übertragen. Die Struktur der Befestigungsvorrichtung und die Funktion der Teile unterscheiden sich so von der Erfindung.
Die EP-A-645 546 beschreibt eine Scheibe für einen durch ein Werkzeug angetrieben Stift, deren zentrales Loch drei konvexe Führungselemente enthält. Wie durch die Erfindung verbessert, entsprechen Stift-Eingriffsflächen im wesentlichen einem zylindrischen Abschnitt.
Der Artikel von Roger Orlomoski: "A well-known high-production process - thread rollind - has been expanded to produce complex close tolerance part" Machine Design, Band 58, Nr. 26, 6. November 1986, Seiten 125-127, XP 002098164 Cleveland, Ohio oder die US-A-5 658 109 betreffen ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung eines Stahlstiftes, welcher den Schritt des Deformierens einer Länge eines Stahldrahtes enthält, um so einen Schaft und einen Kopf herzustellen und dann die Spitze zu bilden.
Wie im US-Patent Nr. 4 824 003 dargestellt, ist es bekannt, einen Stift, welcher einen Kopf, einen Schaft und eine Spitze hat, mit einer Scheibe bereitzustellen, welche einen äußeren Durchmesser hat, welcher ungefähr gleich ist wie der äußere Durchmesser des Kopfes, zum Führen des Stiftes in der Mündung, im Lauf oder im Nasenstück eines Antriebs- oder Einsetzwerkzeuges. Die Scheibe wird in axial beabstandetem Verhältnis zum Kopf auf dem Schaftgehalten und ist zum Kopf hin beweglich, wenn der Stift mit der Scheibe kraftvoll in ein Substrat getrieben wird, entweder direkt oder durch ein Werkstück, so dass die Scheibe an dem Substrat oder Werkstück anliegt. Wie darin dargestellt, führt die Scheibe auch eine Energie-absorbierende Funktion aus.
Wie durch einen Stift veranschaulicht, welcher hergestellt und verkauft wird von Societe de Prospection et D'Inventions Techniques, SPIT, aus Frankreich, unter der Produktbezeichnung SBR 14, ist es bekannt, dass der Stift einen Kopf hat, eine ogivenartige Spitze, einen gerändelten Schaft, welcher nicht verjüngt ist, und einen Übergangsbereich, welcher einen verjüngten Abschnitt hat zwischen dem gerändelten Schaft und dem Kopf. Der SBR 14-Stift ist aus Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von 0,58 Prozent bis 0,62 Prozent.
Wie bisher bekannt war, kann der Stahlstift aus einer vorbestimmten Länge eines Kohlenstoffstahldrahtes hergestellt sein, welcher einen Kohlenstoffgehalt von nicht weniger als 0,35 Prozent hat und welcher oberflächengehärtet oder durchgehärtet ist. AISI C 1038-Stahl, welcher einen Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von 0,35 Prozent bis 0,41 Prozent hat, kann daher verwendet werden. Darüber hinaus wird die vorbestimmte Länge des Kohlenstoffstahldrahtes in einem Anfangsschritt gebildet, um so ein Zwischenteil zu bilden, welches einen Kopf hat, welcher der Kopf des Stahlstiftes wird, einen Schaft, welcher der Schaft des Stahlstiftes wird, und einen Endabschnitt, an welchem die Spitze in einem weiteren Schritt gebildet wird. Wie bisher bekannt, wird die Spitze gebildet durch rotierendes Gesenkschmieden oder sogenanntes "pressendes Anspitzen", welches das Schmieden zwischen zwei Schmiedegesenken betrifft.
Die gegenwärtige Erfindung liefert Verbesserungen bei einem Stift zum axialen, nicht-drehenden Eindringen in ein Stahl-, Beton- oder Mauerwerksubstrat, bei einer Scheibe, welche mit dem Stift verwendbar ist, bei einer Befestigungsvorrichtung, welche den Stift und die Scheibe enthält, und bei einem Verfahren zur Herstellung des Stiftes. Die Befestigungsvorrichtung ist so konstruiert, dass sie kraftvoll angetrieben wird, so dass der Stift in ein Stahl-, Beton- oder Mauerwerksubstrat eingetrieben wird, entweder direkt oder durch ein Werkstück.
Allgemein gesagt wird der Stift aus einer vorbestimmten Länge eines Drahtes mit einem Anfangsdurchmesser hergestellt und enthält einen Kopf, einen sich verjüngenden Schaft, eine Spitze und einen Übergangsbereich.
Der Kopf des Stiftes hat einen äußeren Durchmesser, welcher mindestens ungefähr 2,6-mal größer ist als der Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Drahtes. Der Stift unterscheidet sich daher materiell vom früheren Stift, welcher unter der Produktbezeichnung SBR 14 verkauft wurde, bei welchem der Kopf einen äußeren Durchmesser von ungefähr 2,3-mal dem Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Drahtes hatte, welcher verwendet wurde, um den früheren Stift herzustellen, welcher unter der Bezeichnung verkauft wurde. Bisher wurde gedacht, dass der maximale Durchmesser des Kopfes eines Stiftes ungefähr 2,3-mal dem Anfangsdurchmesser wäre, da die Stifte inkonsistent sein würden aufgrund nichtrunder Köpfe oder Risse, welche verursacht würden durch Überhärtung des Werkstücks.
Der verjüngte Schaft des Stiftes definiert einen vergleichsweise kleineren konischen Winkel und hat ein kleineres Ende und ein größeres Ende. Sein kleineres Ende hat einen Durchmesser, welcher kleiner ist als der Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Drahtes, und ist vorzugsweise ungefähr 0,6-mal dem Anfangsdurchmesser davon. Das größere Ende des verjüngten Schaftes hat vorzugsweise einen Durchmesser, welcher 0,7-mal den Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Drahtes ist. Der Stift mit dem verjüngten Schaft ist besonders nützlich bei der Befestigung an einem Balken, da er ausreichende Haltekraft entwickelt durch ständige Größenanpassung des Loches, welches er im Balken bildet.
Die Spitze ist einheitlich mit dem kleineren Ende des sich verjüngenden Schaftes verbunden und entspricht im wesentlichen einer Ogive, vorzugsweise einer Tangensogive, welche zu dem verjüngten Schaft tangential ist. Obwohl die Spitze im wesentlichen einer Ogive entspricht, kann sie ein abgerundetes Ende haben.
Der Übergangsbereich hat einen sich verjüngenden Abschnitt, welcher einen vergleichsweise größeren konischen Winkel zwischen dem verjüngten Schaft und dem Kopf definiert. Der verjüngte Abschnitt des Übergangsbereichs hat ein kleineres Ende, welches einheitlich mit dem größeren Ende des verjüngten Schaftes verbunden ist. Der verjüngte Abschnitt davon hat ein größeres Ende, welches einheitlich mit dem Kopf verbunden ist.
Das größere Ende des sich verjüngenden Abschnitts des Übergangsbereiches hat einen Durchmesser, welcher vorzugsweise ungefähr 1,1-mal dem Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Drahtes entspricht. Der sich verjüngende Schaft definiert vorzugsweise einen konischen Winkel (Gesamtverjüngung) in einem Bereich von ungefähr 2º bis ungefähr 4º, und die axiale Länge des Übergangsbereiches ist weniger als die Hälfte der axialen Länge des verjüngten Schaftes.
Wie durch diese Erfindung verbessert, ist die Scheibe ringförmig und hat eine ringförmige Peripherie und eine zentrale Öffnung, welche einen Rand hat mit einer neuartigen Konfiguration. Der Rand der zentralen Öffnung definiert vielzählige Vorsprünge mit Stifteingriffsflächen, welche winkelförmig voneinander beabstandet sind. Jede Stifteingriffsfläche entspricht im wesentlichen einem zylindrischen Abschnitt. Zusammen umgeben die Stifteingriffsflächen einen kleineren Abschnitt eines kompletten Zylinders, nicht weniger als ungefähr ein Drittel eines vollständigen Zylinders.
Der Rand der zentralen Öffnung der Scheiben definiert vorzugsweise genau vier Stifteingriffsflächen, welche gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Außerdem ist jede Stifteingriffsfläche vorzugsweise so konfiguriert, dass sie ungefähr ein Zwölftel eines kompletten Zylinders umgibt.
Die Scheibe kann vorteilhafterweise mit einem Stift verbunden sein, wie dem Stift, welcher durch diese Erfindung verbessert wird, um eine verbesserte Befestigungsvorrichtung zu ergeben. Bei der verbesserten Befestigungsvorrichtung hat die ringförmige Peripherie der Scheibe einen äußeren Durchmesser, welcher ungefähr gleich ist wie der äußere Durchmesser des Kopfes und wobei die zentrale Öffnung der Scheibe es der Scheibe ermöglicht, in der Nähe des kleineren Endes des verjüngten Schaftes eng anliegend auf den verjüngten Schaft zu passen, wenn der Stift und die Scheibe zusammengebaut sind. Wenn daher die Befestigungsvorrichtung kraftvoll angetrieben wird, so dass der Stift in ein Stahl-, Beton- oder Mauerwerksubstrat getrieben wird, sind die Scheibe und der Kopf so angeordnet, dass sie die Befestigungsvorrichtung durch die Mündung, den Lauf oder das Nasenstück des Antriebs- oder Einsetzwerkzeuges führen, und die Scheibe ist so angeordnet, dass sie kraftvoll längs des verjüngten Schaftes zum größeren Ende des sich verjüngenden Schaftes hin bewegt wird, wenn der Stift in das Substrat eintritt.
Wie durch diese Erfindung verbessert, zieht das Verfahren zum Herstellen eines Stiftes für das axiale, nicht-drehende Eindringen in ein Stahl-, Beton- oder Mauerwerksubstrat, wie der Stift, welcher durch diese Erfindung verbessert wurde, das Herstellen des Stiftes aus einer vorbestimmten Länge eines Kohlenstoffstahldrahtes mit einem Anfangsdurchmesser und mit einem Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von ungefähr dem Kohlenstoffgehalt von AISI C 1038-Stahl bis zu ungefähr dem Kohlenstoffgehalt von AISI C 1065-Stahl in Erwägung, vorzugsweise aus einer vorbestimmten Länge eines AISI C 1062- Stahldrahtes, durch aufeinander folgende Formungs-, Walz- und Wärmebehandlungsschritte.
Im Formungsschritt, welcher auch als ein Kopfbildungsschritt bezeichnet werden kann, wird die vorbestimmte Länge des Kohlenstoffstahldrahtes so geformt, dass sie ein Zwischenteil bildet, welches länglich ist und einen Kopf an einem Ende und einen Schaft zwischen seinen Enden hat. Wenn der Schaft verjüngt wird, wird er im allgemeinen im Formungsschritt verjüngt. Im Walzschritt wird der Zwischenteil gewalzt, um so eine Spitze zu bilden, welche im wesentlichen einer Tangensogive entspricht, welche zum Schaft tangential ist, wobei ein Stift gebildet wird. Wenn der Schaft gerändelt wird, wird er im Walzschritt gerändelt. Im Wärmebehandlungsschritt wird der Stift gehärtet, vorzugsweise durch eine Zwischenstufen-Vergütung, um so den Stift mit einer Oberflächenhärte von nicht mehr als Rockwell C 52, vorzugsweise nicht mehr als Rockwell C 48 zu versehen. Die Kernhärte liegt vorzugsweise zwischen Rockwell C 48 und Rockwell C 58. Wahlweise wird der Stift in einer herkömmlichen Weise nach dem Walzschritt, vor dem Wärmebehandlungsschritt decarbonisiert.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung offensichtlich mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen
Fig. 1 eine bruchstückhafte, perspektivische Ansicht einer Befestigungsvorrichtung ist, welche einen Stift und eine Scheibe enthält, welche eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung darstellen, verwendet, um ein Deckelement an einem Stahlbalken zu befestigen;
Fig. 2 in einem vergrößerten Maßstab eine Vorderansicht des Stiftes und eine Querschnittsansicht der Scheibe ist, nachdem der Stift und die Scheibe kombiniert wurden, um die Befestigungsvorrichtung zu liefern und bevor die Befestigungsvorrichtung eingetrieben wurde;
Fig. 3, in einem ähnlichen Maßstab, eine Vorderansicht eines Zwischenteils ist, nachdem eine vorbestimmte Länge eines Drahtes geformt wurde, um den Zwischenteil zu bilden, und bevor der Zwischenteil gewalzt wurde, um den Stift zu bilden;
Fig. 4, in einem ähnlichen Maßstab, eine Draufsicht auf die Scheibe ist, von oben gesehen;
Fig. 5, in einem ähnlichen Maßstab, eine Schnittansicht der Scheibe ist, längs der Linie 5-5 von Fig. 4 in einer durch Pfeile angegebenen Richtung;
Fig. 6 ein weiteres vergrößertes bruchstückhaftes Detail von Fig. 4 ist;
Fig. 7, 8 und 9 schematische Ansichten von Anfangs-, Zwischen- und Endstufen in einem Walzverfahren sind, von unten gesehen, bei welchen der Zwischenteil zwischen zwei Walzbacken gewalzt wird, um den Stift zu bilden, und
Fig. 10, 11 und 12 schematische Ansichten der gleichen Stufen des Walzverfahrens sind, von einem Ende der Walzformen aus gesehen.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist eine verbesserte Befestigungsvorrichtung 10, welche einen Stahlstift 100 in einer verbesserten Form, welche später beschrieben wird, und eine Stahlscheibe 200 in einer verbesserten Form, welche später beschrieben wird, enthält und eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung darstellt, nützlich zur Befestigung eines Stahldeckelements 12, welches oft aus einem dünnen Stahlblech hergestellt wird, an einem Stahlbalken 14. Das Deckelement 12 wird hier als ein Werkstück betrachtet und der Balken 14 wird als ein Substrat betrachtet. Die Befestigungsvorrichtung 10 ist in Fig. 2 dargestellt, zusammengebaut aus dem Stift 100 und der Scheibe 200, bevor die Befestigungsvorrichtung 10 eingetrieben wird.
Bei einer bevorzugten Anwendung dieser Erfindung kann die Befestigungsvorrichtung 10 kraftvoll durch ein Befestigungsvorrichtungs- Antriebswerkzeug, wie ein durch Pulver betätigtes Werkzeug, wie beispielhaft dargestellt durch das durch Pulver betätigte, mit einem Nasenstück versehene, Befestigungsmittel-Antriebswerkzeug, welches in den US-Patenten Nr. 5 193 729, Nr. 5 199 506 und Nr. 5 199 625 offenbart ist, angetrieben werden. Wenn solch ein Werkzeug verwendet wird, wird die Befestigungsvorrichtung 10 so bemessen, dass sie axial in seinem Nasenstück in einer Weise geführt wird, welche später beschrieben wird.
Bei einer alternativen Anwendung dieser Erfindung kann die Befestigungsvorrichtung 10 kraftvoll durch ein durch Pulver betätigtes Befestigungsvorrichtungs-Antriebswerkzeug angetrieben werden, wie beispielhaft dargestellt durch das durch Pulver betätigte, mit einer Mündung versehene Befestigungsvorrichtungs-Antriebswerkzeug, welches im US-Patent Nr. 4 824 003 offenbart ist. Wenn solch ein Werkzeug verwendet wird, ist die Befestigungsvorrichtung so bemessen, dass sie es ermöglicht, dass die Befestigungsvorrichtung 10 in einer hier offenbarten Weise durch die Mündung geladen wird.
Allgemein gesagt enthält der Stahlstift 100 einen Kopf 110, einen Schaft 120, eine Spitze 130 und einen Übergangsbereich 140 zwischen dem Schaft 120 und dem Kopf 110. Die Scheibe 200 wird auf dem Schaft 120 in einem axial beabstandeten Verhältnis zum Kopf 110 gehalten und ist zum Kopf 110 hin bewegbar, wenn die Befestigungsvorrichtung kraftvoll durch das Deckelement 12 in den Balken 14 eingetrieben wird, so dass die Scheibe 200 am Deckelement 12 anliegt.
Der sich verjüngende Schaft 120 des Stahlstiftes 100 definiert einen konischen Winkel (Gesamtverjüngung) vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 2º bis ungefähr 4º und hat eine gerändelte Oberfläche 122, ein kleineres Ende 124 und ein größeres Ende 126. Das kleinere Ende 124 hat einen Durchmesser, welcher kleiner ist als der Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Kohlenstoffstahldrahtes, vorzugsweise ungefähr 0,6-mal den Anfangsdurchmesser davon. Das größere Ende 126 hat einen Durchmesser von ungefähr 0,7-mal dem Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Kohlenstoffstahldrahtes.
Die Spitze 130 ist mit dem kleineren Ende 124 des verjüngten Schaftes 120 einheitlich verbunden und hat ein Ende 132 und entspricht außer am Ende 132, welches abgerundet ist, einer Tangentenogive (Spitzbogen), welche zum verjüngten Schaft 120 tangential ist.
Zwischen dem verjüngten Schaft 120 und dem Kopf 110 hat der Übergangsbereich 140 einen verjüngten Abschnitt 142, welcher einen vergleichsweise größeren konischen Winkel definiert, vorzugsweise einen konischen Winkel (Gesamtverjüngung) von ungefähr 40º. Der sich verjüngende Abschnitt 142 hat ein kleineres Ende 144, welches einheitlich mit dem größeren Ende 126 des verjüngten Schaftes 120 verbunden ist. Der verjüngte Abschnitt 142 hat ein größeres Ende 146, welches einheitlich mit dem Kopf 110 verbunden ist über einen Umfangsübergang 148, welcher als ein integraler Teil des Übergangsbereichs 140 betrachtet wird.
Das größere Ende 146 des verjüngten Abschnitts des Übergangsbereichs hat einen Durchmesser, welcher größer ist als der Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Kohlenstoffstahldrahtes, vorzugsweise 1,1-mal den Anfangsdurchmesser davon. Die axiale vorbestimmte Länge des Übergangsbereiches 140, welcher den Umfangsübergang 148 einschließt, ist weniger als die Hälfte der axialen Länge des verjüngten Schaftes 120. Es ist zweckmäßig, als nächstes das Material zu beschreiben, welches verwendet wird, um den Stahlstift 100 herzustellen.
Der Stahlstift 100 wird aus einer vorbestimmten Länge eines Kohlenstoffstahldrahtes hergestellt, welcher einen Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von ungefähr dem Kohlenstoffgehalt von AISI C 1038-Stahl, welcher einen Kohlenstoffgehalt von 0,35 Prozent bis 0,38 Prozent hat, bis ungefähr dem Kohlenstoffgehalt von AISI C 1065-Stahl hat, welcher einen Kohlenstoffgehalt von 0,60 Prozent bis 0,70 Prozent hat. Ein Kohlenstoffstahl mit hohem Mangangehalt, welcher einen Kohlenstoffgehalt in einem ähnlichen Bereich hat, wie z. B. AISI C 1062- Kohlenstoffstahl mit hohem Mangangehalt, kann alternativ verwendet werden. Bei einer bevorzugten Art zur Ausführung dieser Erfindung wird eine vorbestimmte Länge eines AISI C 1062-Stahldrahtes verwendet, welcher einen Anfangsdurchmesser von ungefähr 0,208 Inch aufweist.
Bei einer alternativen Ausführungsform, wie zum Beispiel einem Stift zur Befestigung an einem dünneren Stahl, kann eine niedrigere Kernhärte für den Stift verwendet werden, so dass ein Draht mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet werden kann, um den Stift zu erzeugen. Es kann auch eine aggressivere Rändelung bei dieser Anwendung bevorzugt werden, möglicherweise eine Rändelung mit einer leichten Schraubenlinie.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart dieser Erfindung hat der Stahlstift 100 neuartige Proportionen, welche zweckmäßiger Weise auf den Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Kohlenstoffstahldrahtes, welcher verwendet wird, um den Stift 100 herzustellen, bezogen werden. Der Kopf 110 hat einen äußeren Durchmesser, welcher mindestens ungefähr 2,6-mal größer ist als der Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Kohlenstoffstahldrahtes. Der verjüngte Schaft 120 hat ein größeres Ende 126, welches einen Durchmesser von ungefähr 0,7-mal dem Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Kohlenstoffstahldrahtes hat, und das größere Ende des verjüngten Abschnitts des Übergangsbereiches hat einen Durchmesser, welcher ungefähr 1,1-mal dem Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Kohlenstoffstahldrahtes ist.
In einem Anfangsschritt, welches ein Formungsschritt ist, welcher auch als Kopfbildungsschritt bezeichnet werden kann und welcher mit herkömmlicher Kopfbildungs-Ausrüstung zur Bildung von Köpfen an Stiften oder Schrauben durchgeführt wird, wird die vorbestimmte Länge des Kohlenstoffstahldrahtes gebildet, um so einen Zwischenteil 150 zu bilden, welcher länglich ist und ein mit einem Kopf versehenes Ende 152 und ein entgegengesetztes Ende 154 hat. Geeignete Kopfbildungsausstattung ist im Handel von National Machinery Company aus Tiffin, Ohio unter der Modell-Nr. 56 erhältlich.
Wie in Fig. 3 dargestellt, hat der Zwischenteil 150 den Kopf 110, welcher an dem mit einem Kopf versehenen Ende 152 gebildet ist, den Schaft 120, welcher sich verjüngend ist aber noch nicht gerändelt, den Übergangsbereich 140, welcher zwischen dem Kopf 110 und dem Schaft 120 angeordnet ist, und das entgegengesetzte Ende 154. In einem weiteren Schritt, welcher als nächstes beschrieben wird, wird die Spitze 130 am entgegengesetzten Ende 154 gebildet, und der verjüngte Schaft 120 kann gerändelt sein. Es wird bevorzugt, dass der verjüngte Schaft 120 gerändelt ist.
In dem weiteren Schritt, welches ein Walzschritt ist, welcher mit herkömmlicher Form-Walz-Ausrüstung zum Walzen von Gewinden an Schrauben ausgeführt wird, wird der Zwischenteil 150 zwischen zwei Walzbacken D1, D2 gewalzt, welche den Kopf 110 als eine gegebene Größe anwenden und welche in geeigneter Weise konfiguriert werden. Geeignete Form-Walz-Ausrüstung ist im Handel erhältlich von E. W. Menn GmbH Maschinenfabrik in Hilgenbach, Deutschland, unter der Modell-Nr. GW 120-H.
Wenn die Walzbacken sich einer relativen Bewegung von einem Anfangszustand, welcher schematisch in den Fig. 7 und 10 dargestellt ist, durch ein · Zwischenstadium, welches schematisch in den Fig. 8 und 11 dargestellt ist, zu einem Endzustand, unterziehen, welcher schematisch in den Fig. 9 und 12 dargestellt ist, wird der Zwischenteil 150 gewalzt, um so die Spitze 130 zu bilden und um so den sich verjüngenden Schaft 120 zu rändeln, wenn der verjüngte Schaft 120 gerändelt werden soll, wobei der Stift 100 gebildet wird. Wenn im Walzschritt geformt, hat die Spitze 130 ein Ende 132 und entspricht außer am Ende 132, welches abgerundet ist, im wesentlichen einer Tangentenogive (Spitzenbogen), welche zum verjüngten gerändelten Schaft 120 tangential ist. Ein Fragment 156 des spitzen Endes 154 wird am Ende der Bewegung des Formwerkzeuges entfernt. Es wurde herausgefunden, dass relativ lange Formwerkzeuge (Walzbacken) vorzuziehen sind, so dass die Materialbewegung im Stift langsam ist und die Spitze des Stiftes nicht überhitzt wird und so überhärtet wird im Vergleich zum Werkstück, was zu einer einheitlichen, glatten Oberfläche führt, ohne Falze oder Nähte.
In einem Endschritt, welches ein Zwischenstufen-Vergütungsschritt ist, welcher mit einer herkömmlichen Wärmebehandlungsausrüstung durchgeführt wird, wird der Stift 100 zwischenvergütet, um so eine Oberflächenhärte von nicht mehr als ungefähr Rockwell C 48 zu haben, oder nicht mehr als ungefähr Rockwell C 52, wenn der verjüngte Schaft 120 nicht gerändelt ist, und eine Kernhärte in einem Bereich von ungefähr Rockwell C 48 bis ungefähr Rockwell C 58. Geeignete Wärmebehandlungsausrüstung ist im Handel von zahlreichen Quellen erhältlich.
Der Stift 100 kann wahlweise auf eine herkömmliche Weise nach dem Walzschritt vor dem Zwischenvergütungsschritt decarbonisiert werden.
Die Stahlscheibe 200 wird aus einer Platte eines Kohlenstoffstahles ausgestanzt, wie ALSI C 1038-Stahl, welcher bevorzugt wird. Die Scheibe 200 ist ringförmig und hat eine ringförmige Peripherie 202 und eine zentrale Öffnung 212, welche einen Rand 212 mit einer neuartigen Konfiguration hat. Die Scheibe 200 ist massiv zwischen der ringförmigen Peripherie 202 und dem Rand 212 der zentralen Öffnung 210. Der Rand 212 der zentralen Öffnung 210 definiert vier Stifteingriffsvorsprünge 214, welche konkave Stifteingriffsflächen 216 haben, welche einander ähnlich sind und welche winkelförmig und gleichmäßig voneinander beabstandet sind durch vier ähnliche Ausnehmungen 218. Bevor die Scheibe 200 auf den Stift 100 gesetzt wird, entspricht jede Stifteingriffsfläche 216 im wesentlichen einem Abschnitt eines imaginären Zylinders mit einem gegebenen Durchmesser. Jede Ausnehmung 218 entspricht im wesentlichen einem Abschnitt eines imaginären Zylinders eines größeren Durchmessers.
Zusammen umgeben, wie durch diese Erfindung in Erwägung gezogen, die Stifteingriffsflächen 216 einen kleinen Teil eines kompletten Zylinders. Wie dargestellt bei der bevorzugten Art zur Ausführung dieser Erfindung, umgibt jede Stifteingriffsfläche 216 ungefähr 30º, was ein Zwölftel eines kompletten Zylinders ist. Zusammen umgeben die Stifteingriffsflächen 216 bei der bevorzugten Art zur Ausführung dieser Erfindung ungefähr ein Drittel eines kompletten Zylinders.
Bei der bevorzugten Befestigungsvorrichtung 10 hat die ringförmige Peripherie 202 der Scheibe 200 einen äußeren Durchmesser, welcher ungefähr gleich dem äußeren Durchmesser des Kopfes 110 des Stiftes 100 ist. Ferner ermöglicht die zentrale Öffnung 210 der Scheibe 200, dass die Scheibe 200 fest auf dem verjüngten Schaft 120 des Stiftes 100 in der Nähe des kleineren Endes 124 des verjüngten Schaftes 120 sitzt, wenn die Befestigungsvorrichtung 10 zusammengebaut ist. So gibt es einen ausreichenden Kontaktbereich, wenn die Befestigungsvorrichtung 10 durch ein durch Pulver betätigtes Werkzeug oder ein äquivalentes Werkzeugangetrieben und beschleunigt wird, wobei sich die Scheibe 200 nicht wesentlich längs des verjüngten Schaftes 120 bewegt, sondern in der Nähe der Spitze 130 bleibt. Da die Scheibe 200 und der Kopf 100 des Stiftes in axialer Richtung beabstandet sind, führen sie die Befestigungsvorrichtung 10, ohne es der Befestigungsvorrichtung 10 zu erlauben, im Nasenstück eines mit einem Nasenstück versehenen Befestigungsvorrichtungs-Antriebswerkzeuges zu taumeln, wie oben erörtert.
Wenn die Befestigungsvorrichtung 10 angetrieben wird, wird die Scheibe 200 auch angeordnet, um kraftvoll längs des verjüngten Schaftes 120 zum größeren Ende 126 des verjüngten Schaftes 120 hin bewegt zu werden, wenn die Scheibe 200 mit einem Werkstück oder einem Substrat in. Eingriff ist. Da die Stifteingriffsflächen 214 der Scheibe 200 ungefähr ein Drittel eines kompletten Zylinders umgeben, begrenzen die Stifteingriffsflächen 214 einen möglichen Schaden an der gerändelten Oberfläche 122 des verjüngten Schaftes 120 des Stiftes 100, wenn die Scheibe 200 längs des verjüngten Schaftes 120 zum größeren Ende 126 des verjüngten Schaftes 120 hin bewegt wird.
Es können verschiedene Abwandlungen zur Ausführung dieser Erfindung gemacht werden, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.

Claims

1. Stift zum axialen, nicht-drehenden Eindringen in ein Stahl-, Beton- oder Mauerwerksubstrat, enthaltend

einen konisch verjüngten Schaft (120), welcher einen vorbestimmten konischen Winkel definiert und ein kleineres Ende (124) und ein größeres Ende (126) hat;

einen Kopf (110), welcher mit dem größeren Ende des verjüngten Schaftes verbunden ist und eine äußere Durchmesser-Abmessung hat;

eine Spitze (130), welche einheitlich mit dem kleineren Ende des verjüngten Schaftes verbunden ist und im wesentlichen einer Ogive entspricht; und

einen Übergangsbereich (140), welcher einen verjüngten Abschnitt hat, welcher einen vorbestimmten konischen Winkel definiert und zwischen dem verjüngten Schaft und dem Kopf angeordnet ist, so dass der Übergangsbereich ein kleineres Ende (144) einheitlich verbunden mit dem größeren Ende des verjüngten Schaftes und ein größeres Ende (146) einheitlich verbunden mit dem Kopf hat,

gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die äußere Durchmesserabmessung des Kopfes ungefähr 2,36-mal größer ist als das größere Ende (146) des verjüngten Abschnitts des Übergangsbereiches (140).

2. Stift nach Anspruch 1, wobei die Spitze (130) im wesentlichen einer Tangensogive entspricht, welche den verjüngten Schaft (120) tangiert.

3. Stift nach Anspruch 1, wobei der verjüngte Schaft (120) einen konischen Winkel in einem Bereich von ungefähr 2º bis ungefähr 4º definiert und wobei der Übergangsbereich (140) eine axiale Länge hat, welche weniger ist als ungefähr eine Hälfte der axialen Länge des verjüngten Schaftes (120).

4. Stift nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der verjüngte Schaft (120) gerändelt ist.

5. Stift nach Anspruch 4, wobei die Spitze (130) ein abgerundetes Ende (132) hat.

6. Stift nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Stift (100) aus einem Kohlenstoffstahldraht gebildet ist mit einem Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von ungefähr dem Kohlenstoffgehalt des AISI C 1038-Stahls bis ungefähr dem Kohlenstoffgehalt des AISI C 1065-Stahls, wobei der Stift eine Oberflächenhärte, welche nicht größer ist als ungefähr Rockwell C 52, und eine Kernhärte in einem Bereich von ungefähr Rockwell C 48 bis ungefähr Röckwell C 58 hat.

7. Stift nach Anspruch 6, geformt aus einer vorbestimmten Länge des AISI C 1062- Stahldrahtes, mit einer Oberflächenhärte, welche nicht größer ist als ungefähr Rockwell C 48.

8. Stift nach einem der Ansprüche 6 oder 7, aus einer Länge eines Kohlenstoffstahldrahtes mit hohem Mangangehalt gebildet.

9. Befestigungsvorrichtung zum axialen, nicht-drehenden Eindringen in ein Stahl-, Beton-oder Mauerwerksubstrat, enthaltend einen Stift mit einem Kopf (110), welcher einen äußeren Durchmesser hat, einem verjüngten Schaft (120), welcher einen vorbestimmten konischen Winkel definiert und ein kleineres Ende und ein größeres Ende hat; einer Spitze (130), welche einheitlich mit dem kleineren Ende des verjüngten Schaftes verbunden ist und im wesentlichen einer Ogive entspricht; und einem Übergangsbereich (140), welcher ein kleineres Ende einheitlich verbunden mit dem größeren Ende des verjüngten Schaftes und ein größeres Ende einheitlich verbunden mit dem Kopf hat, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass sie enthält: ein Scheibenmittel (200), welches an dem verjüngten Schaft des Stiftes in einer axialen Position montiert ist, welche vom Kopf des Stiftes beabstandet ist und einen vorbestimmten äußeren Durchmesser hat, welcher im wesentlichen der gleiche ist wie der vorbestimmte äußere Durchmesser des Kopfes, zum Zusammenwirken mit dem Kopf des Stiftes, um so den Stift axial zu führen, wenn der Stift axial durch das Befestigungsmittel- Eintreibwerkzeug angetrieben wird, und wobei das Scheibenmittel intakt bleibt, um mit dem Werkstück in Eingriff zu sein, nachdem der Stift in das Stahl-, Beton- oder das Mauerwerksubstrat durch das Befestigungsmittel- Eintreibwerkzeug eingetrieben wurde, um so das Werkstück am Stahl-, Beton- oder Mauerwerksubstrat zu sichern und das Werkstück am Stahl-, Beton- oder Mauerwerksubstrat festzuhalten, wobei das Scheibenmittel eine ringförmige Peripherie (202) und eine zentrale Öffnung (210) aufweist, wobei die zentrale Öffnung einen Rand hat, welcher durch eine Vielzahl von konkaven Stifteingriffsflächen (214) definiert wird, welche winkelförmig voneinander beabstandet sind, wobei jede Stifteingriffsfläche im wesentlichen einem zylindrischen Abschnitt (216) entspricht, und wobei die Stifteingriffsflächen ferner zusammen weniger als eine Hälfte eines kompletten Zylinders umfassen, aber nicht weniger als ungefähr ein Drittel eines kompletten Zylinders, um so einen möglichen Schaden an dem verjüngten Schaft des Stiftes zu begrenzen, wenn das Scheibenmittel axial längs des verjüngten Schaftes des Stiftes bewegt wird, wenn der Stift durch das Befestigungsmittel-Eintreibwerkzeug in das Stahl-, Beton- oder Mauerwerksubstrat eingetrieben wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines Stahlstiftes nach Anspruch 1, wobei eine vorbestimmte Länge eines Kohlenstoffstahldrahtes mit einem Anfangsdurchmesser und mit einem Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von ungefähr dem Kohlenstoffgehalt des AISI C 1038-Stahls bis ungefähr dem Kohlenstoffgehalt des AISI C 1065-Stahls, enthaltend die Schritte

a) Bildender vorbestimmten Länge des Kohlenstoffstahldrahtes, um so einen Zwischenteil (150) zu bilden, welcher länglich ist und welcher zwei Enden (152, 154), einen Kopf (110) an einem Ende (152) des Zwischenteils und einen Schaft (120) zwischen den Enden des Zwischenteils hat;

b) Walzen des Zwischenteils (150), um so eine Spitze (130) zu bilden, welche im wesentlichen einer Ogive entspricht, wobei ein Stift (100) gebildet wird, und

c) Wärmebehandeln des Stiftes, um so den Stift zu härten, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die vorbestimmte Länge des Kohlenstoffstahldrahtes im Formungsschritt gebildet wird, so dass der Kopf (110) einen äußeren Durchmesser hat, welcher mindestens ungefähr 2,6- mal größer ist als der Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Kohlenstoffstahldrahtes und dass der Schaft (120) zwischen einem größeren Ende (126), welches näher am Kopf (110) ist, und einem kleineren Ende (124), an welchem die Spitze (130) gebildet ist, konisch verjüngt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Zwischenteil (150) gewalzt wird, um so die Spitze (150) zu bilden, welche im wesentlichen einer Tangensogive entspricht, welche den Schaft (120) tangiert.

12. Verfahren nach Anspruch 10 wobei der Wärmebehandlungsschritt eine Zwischenstufen-Vergütung des Stiftes einschließt, um so den Stift mit einer Oberflächenhärte zu versehen, welche nicht größer ist als ungefähr Rockwell C 48.

13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei der Wärmebehandlungsschritt eine Zwischenstufen-Vergütung des Stiftes einschließt, um so den Stift mit einer Kernhärte im Bereich von ungefähr Rockwell C 48 bis ungefähr Rockwell C 58 zu versehen.

14. Verfähren nach Anspruch 10, wobei die vorbestimmte Länge des Kohlenstoffstahldrahtes im Formungsschritt so gebildet wird, dass das kleinere Ende (124) des verjüngten Schaftes (120) einen Durchmesser von ungefähr 0,6-mal dem Anfangsdurchmesser des Kohlenstoffstahldrahtes hat.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die vorbestimmte Länge des Kohlenstoffstahldrahtes im Formungsschritt so geformt wird, dass der Zwischenteil einen Übergangsbereich (140) hat, welcher einen konisch verjüngten Abschnitt mit einem kleineren Ende (144), welches mit dem größeren Ende (126) des verjüngten. Schaftes (120) einheitlich verbunden ist, und mit einem größeren Ende (146) hat, welches mit dem Kopf (110) einheitlich verbunden ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die vorbestimmte Länge des Kohlenstoffstahldrahtes im Formungsschritt so geformt wird, dass das größere Ende (146) des verjüngten Abschnitts des Übergangsbereichs (140) einen Durchmesser hat, welcher größer ist als der Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Kohlenstoffstahldrahtes.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die vorbestimmte Länge des Kohlenstoffstahldrahtes im Formungsschritt so geformt wird, dass das größere Ende (126) des verjüngten Schaftes (120) einen Durchmesser hat, welcher ungefähr 0,7-mal dem Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Kohlenstoffstahldrahtes entspricht, und wobei das größere Ende (146) des verjüngten Abschnitts des Übergangsbereiches (140) einen Durchmesser hat, welcher ungefähr 1,1-mal dem Anfangsdurchmesser der vorbestimmten Länge des Kohlenstoffstahldrahtes entspricht.

18. Verfahren nach einem der Anspruch 10 bis 17, wobei die vorbestimmte Länge des Kohlenstoffstahldrahtes im Walzschritt gewalzt wird, so dass der Schaft (120) zwischen den größeren und kleineren Endendes Schaftes gerändelt ist (122).

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei der Stift aus einer vorbestimmten Läge eines AISI C 1062-Stahldrahtes gebildet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die vorbestimmte Länge des AlSI C 1062-Stahldrahtes im Walzschritt gewalzt wird, so dass der Schaft (120) zwischen den größeren und kleineren Enden des Schaftes gerändelt (122) ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 20, wobei der Stift aus einer vorbestimmten Länge eines Kohlenstoffstahldrahtes mit hohem Mangangehalt gebildet wird.