DE102013011967A1

DE102013011967A1 - Schraubverbindungselement für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013011967A1
Application number: DE102013011967.7A
Authority: DE
Inventors: Ronald Sanders; Hartmut BAUMGART
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2015-01-22

Abstract

Schraubverbindungselement (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Schraube (5) mit einem Schraubenschaft (6) und einem Schraubenkopf (8) und eine Mutter (9), wobei an der Schraube (5) und/oder an der Mutter (9) wenigstens eine Hülse (12) befestigt ist, so dass bei einem Einschrauben der Mutter (9) in den Schraubenschaft (6) die wenigstens eine Hülse (12) verformbar ist für eine radiale und/oder axiale Vorspannung zwischen der wenigstens einen verformten Hülse (12) und miteinander zu verbindenden Bauteilen (21, 22, 23).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schraubverbindungselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9, ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14 und ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.
Schraubverbindungselemente umfassen eine Schraube mit einem Schraubenkopf und einem Schraubenschaft. Der Schraubenschaft weist ein Außengewinde auf und mittels eines Einschraubens einer Mutter mit einem Innengewinde auf den Schraubenschaft können mit dem Schraubverbindungselement Bauteile miteinander verbunden werden. Derartige Schraubverbindungselemente werden häufig im Maschinenbau, insbesondere auch der Automobiltechnik, eingesetzt. Hierbei weisen wenigstens zwei miteinander zu verbindende Bauteile eine Öffnung oder eine Bohrung auf und mittels eines Einführens des Schraubenschaftes in die Bohrungen von zwei Bauteilen, welche übereinanderliegen, sodass die beiden Öffnungen der beiden Bauteile ebenfalls übereinanderliegen, kann mittels eines Einschraubens der Mutter nach dem Einführen des Schraubenschaftes in die Öffnungen an den beiden Bauteilen eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen hergestellt werden. Die formschlüssige Verbindung ist vorhanden, da der Schraubenschaft, auf welchen die Mutter aufgeschraubt ist, die beiden Bauteile formschlüssig miteinander verbindet und bei einer axialen Druckvorspannung zwischen dem Schraubenkopf und der Mutter zwischen den beiden Bauteilen entsteht zusätzlich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden aufeinander liegenden Bauteilen.
In der Automobiltechnik ist es in zunehmendem Maße erforderlich, Bauteile in einer Hybridbauweise, das heißt ein Bauteil, welches beispielsweise aus einer Metall- und einer Kunststoffplatte besteht, miteinander zu verbinden. Die Kunststoffplatte ist dabei temperaturabhängig elastisch verformbar und bei höheren Temperaturen, beispielsweise im Sommer, kommt es hier zur elastischen Verformung des Materials des Kunststoffs an der Kunststoffplatte, sodass dadurch eine axiale Druckvorspannung der beiden Bauteile mittels des Schraubverbindungselements absinkt oder im Wesentlichen gleich Null wird. Dadurch ist die Zuverlässigkeit des Schraubverbindungselements reduziert und außerdem besteht bei einer fehlenden axialen Vorspannung zwischen dem Schraubverbindungselement und den beiden miteinander verbundenen Bauteilen die Gefahr, dass sich die Mutter von dem Schraubenschaft löst.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Schraubverbindungselement, ein Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen, ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeuges und ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei dem Bauteile mit einem geringen technischen Aufwand preiswert miteinander verbunden werden können und die hergestellte Verbindung auch bei Bauteilen mit Komponenten aus einem stark elastischen Material, z. B. Kunststoff, auf Dauer zuverlässig ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Schraubverbindungselement, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Schraube mit einem Schraubenschaft und einem Schraubenkopf, eine Mutter, wobei an der Schraube und/oder an der Mutter wenigstens eine Hülse befestigt ist, so dass bei einem Einschrauben der Mutter in den Schraubenschaft die wenigstens eine Hülse verformbar ist für eine radiale und/oder axiale Vorspannung zwischen der wenigstens einen verformten Hülse und den miteinander zu verbindenden Bauteilen. Bei einem Einschrauben der Mutter auf den Schraubenschaft wird somit nicht nur die Schraubverbindung zwischen der Schraube und der Mutter hergestellt, sondern zusätzlich die wenigstens eine Hülse verformt und dadurch eine axiale und/oder radiale Vorspannung zwischen der Hülse und dem Bauteil, das heißt einer Öffnung an dem Bauteil, hergestellt. Dadurch kombiniert das Schraubverbindungselement einerseits die Schraubverbindung zwischen der Schraube, das heißt dem Schraubenschaft und der Mutter, und zusätzlich das Prinzip einer Niete, das heißt der Verbindung mittels einer Verformung eines Bauteils, nämlich hier der Hülse, welche aufgrund des Einschraubens der Mutter auf dem Schraubenschaft und der damit verbundenen Verringerung des Abstandes zwischen dem Schraubenkopf und der Mutter verformt wird und dadurch eine zusätzliche Verbesserung der Schraubverbindung erreicht wird, da aufgrund der Verformung der Hülse eine zusätzliche axiale und/oder radiale Vorspannung zwischen der Hülse und den zu verbindenden Bauteilen an der Öffnung hergestellt wird.
In einer ergänzenden Variante ist eine Längsachse des Schraubenschaftes im Wesentlichen identisch zu einer Längsachse der wenigstens einen Hülse, insbesondere bei einer auf den Schraubenschaft eingeschraubten Mutter und/oder die wenigstens eine Hülse ist konzentrisch zu dem Schraubenschaft ausgerichtet, insbesondere bei einer auf den Schraubenschaft eingeschraubten Mutter.
In einer zusätzlichen Ausführungsform weist der Schraubenschaft ein Außengewinde auf und die Mutter weist ein Innengewinde auf und/oder bei einer auf den Schraubenschaft eingeschraubten Mutter ist die wenigstens eine Hülse in axialer Richtung zwischen dem Schraubenkopf und der Mutter angeordnet.
Zweckmäßig ist der Innendurchmesser einer, insbesondere an der Mutter mittelbar oder unmittelbar befestigten, Hülse kleiner als der Außendurchmesser des Schraubenschaftes, so dass bei einem Einführen des Schraubenschaftes in die Hülse die Hülse nach außen radial verformbar ist und/oder der Innendurchmesser einer ersten Hülse ist kleiner als der Außendurchmesser einer zweiten Hülse, so dass bei einem Einführen der zweiten Hülse in die erste Hülse die erste Hülse nach außen radial verformbar ist. Beim Einführen des Schraubenschaftes wird somit die Hülse von dem Schraubenschaft radial nach außen verformt und dadurch eine radiale Vorspannung zwischen der verformten Hülse und wenigstens einem Bauteil an wenigstens einer Öffnung hergestellt. In analoger Weise kann auch von der zweiten Hülse die erste Hülse radial nach außen verformt und dadurch eine radiale Vorspannung zwischen wenigstens einem Bauteil an der Öffnung und der radial nach außen verformten ersten Hülse hergestellt werden. Dadurch erfolgt die Abstützung des Schraubverbindungselements nicht nur in axialer Richtung an dem Schraubenkopf und an der Mutter, sondern auch in radialer Richtung an der Öffnung des wenigstens einen Bauteils.
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der Innendurchmesser der Hülse und/oder der ersten Hülse mit dem kleineren Innendurchmesser an der Hülse und/oder der ersten Hülse in axialer Richtung unterschiedlich, insbesondere tritt an einem axialen Teilabschnitt der kleinere Innendurchmesser auf und außerhalb des axialen Teilabschnittes ist der Innendurchmesser der Hülse größer als der Außendurchmesser des Schraubenschaftes und/oder außerhalb des axialen Teilabschnittes ist der Innendurchmesser der ersten Hülse größer als der Außendurchmesser der zweiten Hülse und/oder die Hülse und/oder erste Hülse ist doppelt konisch und/oder außenseitig konkav ausgebildet.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Hülse außenseitig konvex ausgebildet, sodass bei einem Aufbringen einer axialen Druckkraft auf die Hülse sich die Hülse radial nach außen verformt und dadurch eine zusätzliche radiale Vorspannung zwischen der verformten Hülse und dem wenigstens einen Bauteil an der wenigstens einen Öffnung herstellbar ist oder ausgebildet wird.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist an dem Schraubenkopf und/oder an einem Endbereich des Schraubenschaftes eine ringförmige konkave Umformgeometrie ausgebildet, um einen Endabschnitt wenigstens einer Hülse radial nach außen und in axialer Richtung zu der Mutter zu verformen und/oder an der Mutter ist eine ringförmige konkave Umformgeometrie ausgebildet, um einen Endabschnitt wenigstens einer Hülse radial nach außen und in axialer Richtung zu dem Schraubenschaft zu verformen. Mittels der ringförmigen konkaven Umformgeometrie kann die axiale Bewegung der Hülse an einem Endabschnitt zu der Umformgeometrie genutzt werden, um die Hülse an dem Endabschnitt zunächst radial nach außen und anschließend auch in axialer Richtung zu verformen und aufgrund der Verformung oder Bewegung des Endabschnittes der Hülse in axialer Richtung eine zusätzliche axiale Vorspannung zwischen dem Bauteil und dem Endabschnitt der Hülse herstellbar ist oder hergestellt wird.
Zweckmäßig besteht der Schraubenkopf und/oder der Schraubenschaft und/oder die Mutter wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium und/oder die wenigstens eine Hülse besteht wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, und/oder aus Kunststoff.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist die wenigstens eine Hülse mit der Schraube und/oder Mutter stoff- und/oder formschlüssig verbunden und/oder die wenigstens eine Hülse ist mit der Schraube und/oder Mutter dahingehend verbunden, dass die Verbindung zwischen der wenigstens einen Hülse und der Schraube und/oder Mutter beim Einschrauben des Schraubenschaftes in die Mutter selbsttätig lösbar ist. Die Hülse kann somit selbsttätig von der Schraube und/oder Mutter gelöst werden.
Erfindungsgemäßes Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen mit je einer Öffnung mittels eines Schraubverbindungselementes mit den Schritten: Einführen eines Schraubenschafts einer Schraube in die Öffnungen der wenigstens zwei Bauteile, Einschrauben einer Mutter auf den Schraubenschaft, so dass die Mutter mittelbar oder unmittelbar auf einem Bauteil und ein Schraubenkopf der Schraube mittelbar oder unmittelbar auf einem anderen Bauteil aufliegt, wobei in die Öffnungen wenigstens eine Hülse eingeführt wird und die Hülse während des Einschraubens der Mutter auf den Schraubenschaft in axialer und/oder radialer Richtung verformt wird, so dass wenigstens ein Bauteil an wenigstens einer Öffnung in radialer Richtung zwischen der Hülse und dem wenigstens einem Bauteil an der wenigstens einen Öffnung vorgespannt wird und/oder die zwei Bauteile in axialer Richtung an der axial verformten wenigstens einen Hülse axial vorgespannt werden.
In einer ergänzenden Variante wird bei einer Verringerung des axialen Abstandes zwischen dem Schraubenkopf und der Mutter die wenigstens eine Hülse aufgrund der Geometrie der wenigstens einen Hülse und/oder aufgrund der Geometrie des Schraubenschaftes und/oder aufgrund der Geometrie einer ringförmige konkave Umformgeometrie in axialer Richtung und/oder radialer Richtung verformt und/oder wenigstens ein Bauteil, welches mit einem anderen Bauteil verbunden wird, aus unterschiedlichen Werkstoffen, z. B. in Hybridbauweise aus Metall und Kunststoff, aufgebaut ist und/oder während des Einschraubens der Mutter auf den Schraubenschaft wird der axiale Abstand zwischen der Mutter und einem Schraubenkopf verringert und hieraus resultierend werden die wenigstens zwei Bauteile zwischen dem Schraubenkopf und der Mutter in axialer Richtung und/oder radialer Richtung vorgespannt.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Hülse mit der Schraube und/oder mit der Mutter verbunden, so dass von der Einführbewegung des Schraubenschaftes in die Öffnungen und/oder der Bewegung der Mutter die Einführbewegung der wenigstens einen Hülse in die Öffnungen verursacht wird.
In einer zusätzlichen Ausführungsform wird während des Einschraubens der Mutter auf den Schraubenschaft und bei einem Einführen des Schraubenschaftes in die Hülse die Hülse, insbesondere nur an einem axialen Teilabschnitt, nach außen radial verformt, da der Innendurchmesser, insbesondere nur an dem axialen Teilabschnitt, der Hülse kleiner ist als der Außendurchmesser des Schraubenschaftes und dadurch zwischen der verformten Hülse und wenigsten einem Bauteil an wenigstens einer Öffnung in radialer Richtung eine Vorspannung aufgebaut wird und/oder wird während des Einschraubens der Mutter auf den Schraubenschaft und bei einem Einführen der zweiten Hülse in die erste Hülse wird die erste Hülse, insbesondere nur an einem axialen Teilabschnitt, nach außen radial verformt, da der Innendurchmesser der ersten Hülse, insbesondere nur an dem axialen Teilabschnitt, kleiner ist als der Außendurchmesser der zweiten Hülse und dadurch zwischen der verformten Hülse und wenigsten einem Bauteil an wenigstens einer Öffnung in radialer Richtung eine Vorspannung aufgebaut wird.
In einer ergänzenden Variante wird während des Einschraubens der Mutter auf den Schraubenschaft eine Hülse zu einer ringförmige konkave Umformgeometrie geführt und an der ringförmigen konkaven Umformgeometrie radial nach außen und in axialer Richtung verformt, so dass aufgrund der axialen Verformung der Hülse zwischen der verformten Hülse, welche auf einem Bauteil aufliegt, und dem Bauteil eine axiale Vorspannung aufgebaut wird.
Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeuges bei dem wenigstens zwei Bauteile, insbesondere Teile der Karosserie, mit je einer Öffnung mittels eines Schraubverbindungselementes miteinander verbunden werden mit den Schritten: Einführen eines Schraubenschafts einer Schraube in die Öffnungen der wenigstens zwei Bauteile, Einschrauben einer Mutter auf den Schraubenschaft, so dass die Mutter mittelbar oder unmittelbar auf einem Bauteil und ein Schraubenkopf der Schraube mittelbar oder unmittelbar auf einem anderen Bauteil aufliegt, wobei das Verfahren als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausgeführt wird.
Erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens zwei Bauteile, insbesondere wenigstens ein Teil der Karosserie, mit je einer Öffnung, wenigsten ein in den Öffnungen angeordnetes Schraubverbindungselement, so dass die zwei Bauteile mit dem wenigstens einen Schraubverbindungselement miteinander verbunden sind, wobei das wenigstens eine Schraubverbindungselement als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Schraubverbindungselement ausgebildet ist und/oder das Kraftfahrzeug mit einem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Teil, z. B. die Mutter und/oder die Schraube und/oder der Schraubenkopf, des Schraubverbindungselement mit einem Bauteil stoffschlüssig, z. B. mittels Umspritzen, verbunden, wobei die Verbindung bereits vor dem Verbinden der wenigstens zwei Bauteile mit dem Schraubverbindungselement hergestellt ist.
In einer zusätzlichen Variante wird ein Teil, z. B. die Mutter und/oder die Schraube und/oder der Schraubenkopf, des Schraubverbindungselement mit einem Bauteil stoffschlüssig, z. B. mittels Umspritzen, verbunden und anschließend werden die wenigstens zwei Bauteile mit dem Schraubverbindungselement miteinander verbunden, wobei das Bauteil, an welchem der Teil der Schraube stoffschlüssig verbunden worden ist, ein Bauteil ist, welches mit dem Schraubverbindungselement mit einem anderen Bauteil verbunden wird.
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1a eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes in einem ersten Ausführungsbeispiel in einer ersten Phase des Verbindens,
1b eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes gemäß 1a in einer zweiten Phase des Verbindens,
1c eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes gemäß 1a in einer dritten Phase des Verbindens,
2a eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes in einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer ersten Phase des Verbindens,
2b eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes gemäß 2a in einer zweiten Phase des Verbindens,
2c eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes gemäß 2a in einer dritten Phase des Verbindens,
3a eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes in einem dritten Ausführungsbeispiel in einer ersten Phase des Verbindens,
3b eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes gemäß 3a in einer zweiten Phase des Verbindens,
3c eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes gemäß 3a in einer dritten Phase des Verbindens,
4a eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes in einem vierten Ausführungsbeispiel in einer ersten Phase des Verbindens,
4b eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes gemäß 4a in einer zweiten Phase des Verbindens,
4c eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes gemäß 4a in einer dritten Phase des Verbindens,
5a eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes in einem fünften Ausführungsbeispiel in einer ersten Phase des Verbindens,
5b eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes gemäß 5a in einer zweiten Phase des Verbindens,
5c eine Seitenansicht bzw. ein Längsschnitt des Schraubverbindungselementes gemäß 5a in einer dritten Phase des Verbindens und
6 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeuges.
In den 1a, 1b und 1c ist ein ersten Ausführungsbeispiel eines Schraubverbindungselements 1 dargestellt. Das Schraubverbindungselement 1 wird beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 4 eingesetzt, um Teile 3 einer Karosserie 2 des Kraftfahrzeugs 4 miteinander zu verbinden. Hierzu weisen die miteinander zu verbindenden Teile 3, beispielsweise ein Bauteil 21 als ein erstes Bauteil 22 und ein zweites Bauteil 23, jeweils eine Öffnung 24 bzw. Bohrung 24 auf und nach einem Aufeinanderlegen der scheiben- oder plattenförmigen Bauteile 21, 22, 23, sodass die beiden Öffnungen 24 an dem ersten und zweiten Bauteil 22, 23 miteinander fluchten, wird das Schraubverbindungselement 1 in die miteinander fluchtenden Öffnungen 24 eingeführt und anschließend dadurch die Bauteile 22, 23 form- und kraftschlüssig miteinander verbunden.
Das Schraubverbindungselement 1 umfasst eine Schraube 5 mit einem Schraubenkopf 8 und einem an dem Schraubenkopf 8 befestigten Schraubenschaft 6 mit einem Außengewinde 10. Eine Mutter 9 weist ein Innengewinde 11 auf, sodass mittels eines Aufschraubens der Mutter 9 mit dem Innengewinde 11 auf das Außengewinde 10 des Schraubenschaftes 6 eine Schraubverbindung zwischen der Schraube 5 und der Mutter 9 hergestellt werden kann. An der Mutter 9 ist eine Hülse 12 koaxial und konzentrisch zu einer Längsachse 16 der Mutter 9 und des Schraubenschaftes 6 befestigt. Die Hülse 12 ist doppelt konisch ausgebildet und weist an einem axialen Teilabschnitt 19 einen Innendurchmesser 17 auf, welcher kleiner ist als ein Außendurchmesser 18 des Schraubenschaftes 6 mit dem Außengewinde 10. Zum Verbinden der Schraube 5 mit der Mutter 9 ist der Schraubenschaft 6 zu der Mutter 9 zu führen, sodass der Schraubenschaft 6 in die Hülse 12 einzuführen ist (1b) und dadurch an dem axialen Teilabschnitt 19 die Hülse 12 in einer radialen Richtung 26 bezüglich der Längsachse 16 nach außen verformt wird. Aufgrund dieser radialen Verformung der Hülse 12 an dem axialen Teilabschnitt 19 liegt der axiale Teilabschnitt 19 unter einer radialen Vorspannung auf dem zweiten Bauteil 23 an der Öffnung 24 auf, sodass dadurch die Bauteile 21 nicht nur in einer axialen Richtung 25 parallel zu der Längsachse 16 unter einer axialen Vorspannung zwischen dem Schraubenkopf 8 und der Mutter 9 aufliegen, sondern auch eine radiale Vorspannung zwischen der Hülse 12 und einem Bauteil 21 hergestellt werden kann. In 1c ist der Schraubenschaft 6 bereits in die Mutter 9 vollständig eingeschraubt, sodass dadurch der Schraubenkopf 8 unter einer axialen Vorspannung auf dem ersten Bauteil 22 aufliegt und die Mutter 9 unter einer axialen Vorspannung auf dem zweiten Bauteil 23 aufliegt.
In den 2a, 2b und 2c ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Schraubverbindungselements 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1a beschrieben. Die Hülse 12 mit einer doppelt konischen Form ist an der Schraube 5 befestigt, das heißt an dem Schraubenkopf 8, sodass der Schraubenschaft 6 konzentrisch innerhalb der Hülse 12 angeordnet ist. An der Schraube 5 ist damit eine erste Hülse 13 befestigt. Ferner ist an der Mutter 9 eine zweite Hülse 14 in einer leicht konischen Form befestigt. Beim Einführen des Schraubenschaftes 6 in die zweite Hülse 14 während des Bewegens des Schraubenschafts 6 in Richtung zu der Mutter 9 wird von der zweiten Hülse 14 die erste Hülse 13 an dem axialen Teilabschnitt 19 radial nach außen verformt, da der Innendurchmesser 17 der ersten Hülse 19 an dem axialen Teilabschnitt 19 kleiner ist als der Außendurchmesser 18 der zweiten Hülse 14 an einem entsprechenden axialen Teilabschnitt der zweiten Hülse 14. Dadurch wird in analoger Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel eine radiale Vorspannung zwischen der ersten Hülse 13 und dem zweiten Bauteil 23 hergestellt.
In den 3a, 3b und 3c ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Schraubverbindungselements 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. An der Mutter 9 ist eine zylinderförmige Hülse 12 befestigt. Der Schraubenschaft 6 weist neben einem Bereich mit dem Außengewinde 10 auch einen Endbereich 7 auf und an dem Endbereich 7 sowie an dem Schraubenkopf 8 ist eine konkave, ringförmige Umformgeometrie 20 ausgebildet. Zur Verbindung bzw. zum Einschrauben der Mutter 9 in das Außengewinde 10 des Schraubenschaftes 6 ist gemäß der Darstellung in 3a zunächst die Mutter 9 in einer axialen Richtung zu dem Schraubenkopf 8 zu führen, sodass dadurch die Hülse 12 zu der Umformgeometrie 20 bewegt wird und zusätzlich der Schraubenschaft 6 in die Hülse 12 eingeführt wird. Ein Endabschnitt 15 der Hülse 12 kommt dabei auf der Umformgeometrie 20 zum Aufliegen (3b) und dabei ist vor dem Aufliegen des Endabschnittes 15 der Hülse 12 bereits die Mutter 9 auf das Außengewinde 10 des Schraubenschaftes 6 aufgeschraubt. Bei einem weiteren Einschrauben der Mutter 9 auf den Schraubenschaft 6 kann eine große axiale Vorspannung zwischen der Hülse 12 und der Umformgeometrie 20 hergestellt werden, sodass dadurch aufgrund der Geometrie der Umformgeometrie 20 der Endabschnitt 15 der Hülse 12 zunächst radial nach außen verformt wird und anschließend zusätzlich geringfügig in einer axialen Richtung in Richtung zu der Mutter 9, sodass dadurch eine zusätzliche axiale Vorspannung zwischen dem ersten Bauteil 22, auf welchem der Endabschnitt 15 der Hülse 12 aufliegt und dem zweiten Bauteil 23, auf welchem die Mutter 9 aufliegt, hergestellt werden kann. Das zweite Bauteil 23 ist dabei in einer Hybridbauweise hergestellt und umfasst eine Metallplatte 22 und eine Kunststoffplatte 28. Aufgrund dieses Umformens des Endabschnitts 15 der Hülse 12 wird mit dem Schraubverbindungselement 1 das Prinzip einer Hohlniete angewendet. Dadurch ist die von dem Schraubverbindungselement 1 hergestellte Verbindung besonders zuverlässig. Die Druckkraft bzw. Klemmkraft zwischen dem Endabschnitt 15 der Hülse 12 und dem ersten Bauteil 22 ist dabei in vorteilhafter Weise einstellbar mittels des Drehmoments, welches auf die Mutter 9 aufgebracht wird beim Einschrauben der Mutter 9 auf dem Schraubenschaft 6.
In den 4a, 4b und 4c ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Schraubverbindungselements 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die zylinderförmige Hülse 12 ist an der Schraube 5 angeordnet, sodass der Schraubenschaft 6 konzentrisch innerhalb der zylinderförmigen Hülse 12 angeordnet ist. Die Umformgeometrie 20 ist an der Mutter 9 vorhanden. Bei einem Bewegen der Schraube 5 zu der Mutter 9 wird zunächst der Schraubenschaft 6 in die Mutter 9 eingeschraubt und anschließend liegt der Endabschnitt 15 der Hülse 12 auf der Umformgeometrie 20 auf, sodass dadurch, wie in dem dritten Ausführungsbeispiel, der Endabschnitt 15 der Hülse 12 zunächst in radialer Richtung 26 nach außen und anschließend in axialer Richtung zurück zu dem Schraubenkopf 8 verformt wird.
In 5a, 5b und 5c ist ein fünftes Ausführungsbeispiel des Schraubverbindungselements 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Mutter 9 ist bereits vor der Herstellung der Verbindung zwischen der Schraube 5 und der Mutter 9 mit einem Teil 3 des Kraftfahrzeugs 4 stoffschlüssig verbunden. Das Teil 3 des Kraftfahrzeugs 4 ist beispielsweise ein Kunststoffteil 3 und mittels eines Umspritzens des Kunststoffteils 3 beim Spritzgießen des Kunststoffteils 3 wird die Schraube 5 stoffschlüssig mit dem Teil 3 verbunden. Zur Herstellung der Verbindung wird, wie in dem dritten Ausführungsbeispiel, die Schraube 5 in die beiden Öffnungen 24 der beiden Bauteile 21 eingeführt und der Schraubenschaft 6 mit der Mutter 9 verschraubt, sodass der Endabschnitt 15 der Hülse 12 an der Umformgeometrie 20 entsprechend in radialer Richtung 26 und anschließend in axialer Richtung 25 verformt wird.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Schraubverbindungselement 1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen 21 mit je einer Bohrung 24 bzw. Öffnung 24 mittels des Schraubverbindungselements 1 wesentliche Vorteile verbunden. Das Schraubverbindungselement 1 ermöglicht mittels einer Verformung der Hülse 12 in der radialen Richtung 26 eine radiale Vorspannung zwischen einem Bauteil 21 und der verformten Hülse 12, sodass dadurch eine zusätzliche Abstützung des Schraubverbindungselements 1 an der (Öffnung 24 bzw. der Bohrung 24 in der radialen Richtung 26 ermöglicht wird. Ferner kann durch ein Verformen der Hülse 12 an einer Umformgeometrie 20 das Schraubverbindungselement 1 zusätzlich das Prinzip einer Hohlniete anwenden, sodass dadurch eine zusätzliche Verbindungssicherheit mit dem Schraubverbindungselement 1 hergestellt werden kann.
Es wurde wenigstens ein Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei zu beachten ist, dass eine große Anzahl an Varianten hierzu existieren. Es sollte auch wahrgenommen werden, dass das Ausführungsbeispiel oder die Ausführungsbeispiele nur Beispiele sind und damit nicht beabsichtigt ist, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit bzw. Ausführbarkeit oder den Aufbau in irgendeiner Weise zu beschränken. Die oben stehende Beschreibung vermittelt den Fachmann mit einer geeigneten Anleitung zur Ausführung von wenigstens einem Ausführungsbeispiel. Es ist zu verstehen, dass verschiedene Veränderungen gemacht werden können in der Funktion und der Anordnung der beschriebenen Komponenten in einer beispielhaften Ausführungsform ohne vom Schutzumfang der nachstehenden Ansprüche und sowie den Äquivalenten der nachstehenden Ansprüche abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Schraubverbindungselement
2: Karosserie des Kraftfahrzeuges
3: Teil der Karosserie
4: Kraftfahrzeug
5: Schraube
6: Schraubenschaft
7: Endbereich des Schraubenschaftes
8: Schraubenkopf
9: Mutter
10: Außengewinde
11: Innengewinde
12: Hülse
13: Erste Hülse
14: Zweite Hülse
15: Endabschnitt der Hülse
16: Längsachse
17: Innendurchmesser
18: Außendurchmesser
19: Axialer Teilabschnitt
20: Umformgeometrie, konkav
21: Bauteil
22: Erstes Bauteil
23: Zweites Bauteil
24: Öffnung, Bohrung an Bauteil
25: Axiale Richtung
26: Radiale Richtung
27: Metallplatte der Sandwichbauweise
28: Kunststoffplatte der Sandwichbauweise

Claims

Schraubverbindungselement (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (4), umfassend – ein Schraube (5) mit einem Schraubenschaft (6) und einem Schraubenkopf (8) und – eine Mutter (9), wobei an der Schraube (5) und/oder an der Mutter (9) wenigstens eine Hülse (12) befestigt ist, so dass bei einem Einschrauben der Mutter (9) in den Schraubenschaft (6) die wenigstens eine Hülse (12) verformbar ist für eine radiale und/oder axiale Vorspannung zwischen der wenigstens einen verformten Hülse (12) und miteinander zu verbindenden Bauteilen (21, 22, 23).
Schraubverbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse (16) des Schraubenschaftes (6) im Wesentlichen identisch ist zu einer Längsachse (16) der wenigstens einen Hülse (12), insbesondere bei einer auf den Schraubenschaft (6) eingeschraubten Mutter (9) und/oder die wenigstens eine Hülse (12) konzentrisch zu dem Schraubenschaft (6) ausgerichtet ist, insbesondere bei einer auf den Schraubenschaft (6) eingeschraubten Mutter (9).
Schraubverbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenschaft (6) ein Außengewinde (10) aufweist und die Mutter (9) ein Innengewinde (11) aufweist und/oder bei einer auf den Schraubenschaft (6) eingeschraubten Mutter (9) die wenigstens eine Hülse (12) in axialer Richtung (25) zwischen dem Schraubenkopf (8) und der Mutter (9) angeordnet ist.
Schraubverbindungselement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (17) einer, insbesondere an der Mutter (9) mittelbar oder unmittelbar befestigten, Hülse (12) kleiner ist als der Außendurchmesser (18) des Schraubenschaftes (6), so dass bei einem Einführen des Schraubenschaftes (6) in die Hülse (12) die Hülse (12) nach außen radial verformbar ist und/oder der Innendurchmesser (17) einer ersten Hülse (13) kleiner ist als der Außendurchmesser (18) einer zweiten Hülse (14), so dass bei einem Einführen der zweiten Hülse (14) in die erste Hülse (13) die erste Hülse (13) nach außen radial verformbar ist.
Schraubverbindungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (17) der Hülse (12) und/oder der ersten Hülse (13) mit dem kleineren Innendurchmesser (17) an der Hülse (12) und/oder der ersten Hülse (13) in axialer Richtung unterschiedlich ist, insbesondere an einem axialen Teilabschnitt (19) der kleinere Innendurchmesser auftritt und außerhalb des axialen Teilabschnittes (19) der Innendurchmesser (17) der Hülse (12) größer ist als der Außendurchmesser (18) des Schraubenschaftes (6) und/oder außerhalb des axialen Teilabschnittes (19) der Innendurchmesser (17) der ersten Hülse (13) größer ist als der Außendurchmesser (18) der zweiten Hülse (14) und/oder die Hülse (12) und/oder erste Hülse (13) doppelt konisch und/oder außenseitig konkav ausgebildet ist.
Schraubverbindungselement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schraubenkopf (8) und/oder an einem Endbereich (7) des Schraubenschaftes (6) eine ringförmige konkave Umformgeometrie (20) ausgebildet ist, um einen Endabschnitt (15) wenigstens einer Hülse (12) radial nach außen und in axialer Richtung (25) zu der Mutter (9) zu verformen und/oder an der Mutter (9) eine ringförmige konkave Umformgeometrie (20) ausgebildet ist, um einen Endabschnitt (15) wenigstens einer Hülse (12) radial nach außen und in axialer Richtung (25) zu dem Schraubenschaft (6) zu verformen.
Schraubverbindungselement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (8) und/oder der Schraubenschaft (6) und/oder die Mutter (9) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, besteht und/oder die wenigstens eine Hülse (12) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, und/oder aus Kunststoff besteht.
Schraubverbindungselement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hülse (12) mit der Schraube (5) und/oder Mutter (9) stoff- und/oder formschlüssig verbunden ist und/oder die wenigstens eine Hülse (12) mit der Schraube (5) und/oder Mutter (9) dahingehend verbunden ist, dass die Verbindung zwischen der wenigstens einen Hülse (12) und der Schraube (5) und/oder Mutter (9) beim Einschrauben des Schraubenschaftes (6) in die Mutter (9) selbsttätig lösbar ist.
Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen (21, 22, 23) mit je einer Öffnung (24) mittels eines Schraubverbindungselementes (1) mit den Schritten: – Einführen eines Schraubenschafts (6) einer Schraube (5) in die Öffnungen (24) der wenigstens zwei Bauteile (21, 22, 23), – Einschrauben einer Mutter (9) auf den Schraubenschaft (6), so dass die Mutter (9) mittelbar oder unmittelbar auf einem Bauteil (21, 22, 23) und ein Schraubenkopf (8) der Schraube (5) mittelbar oder unmittelbar auf einem anderen Bauteil (21, 22, 23) aufliegt, wobei in die Öffnungen (24) wenigstens eine Hülse (12) eingeführt wird und die Hülse (12) während des Einschraubens der Mutter (9) auf den Schraubenschaft (6) in axialer und/oder radialer Richtung verformt wird, so dass wenigstens ein Bauteil (21, 22, 23) an wenigstens einer Öffnung (24) in radialer Richtung zwischen der Hülse (12) und dem wenigstens einem Bauteil (21, 22, 23) an der wenigstens einen Öffnung (24) vorgespannt wird und/oder die zwei Bauteile (21, 22, 23) in axialer Richtung an der axial verformten wenigstens einen Hülse (12) axial vorgespannt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verringerung des axialen Abstandes zwischen dem Schraubenkopf (8) und der Mutter (9) die wenigstens eine Hülse (12) aufgrund der Geometrie der wenigstens einen Hülse (12) und/oder aufgrund der Geometrie des Schraubenschaftes (6) und/oder aufgrund der Geometrie einer ringförmige konkave Umformgeometrie (20) in axialer Richtung und/oder radialer Richtung verformt wird und/oder wenigstens ein Bauteil (21, 22, 23), welches mit einem anderen Bauteil (21, 22, 23) verbunden wird, aus unterschiedlichen Werkstoffen, z. B. in Hybridbauweise aus Metall und Kunststoff, aufgebaut ist und/oder während des Einschraubens der Mutter (9) auf den Schraubenschaft (6) der axiale Abstand zwischen der Mutter (9) und einem Schraubenkopf (8) verringert wird und hieraus resultierend die wenigstens zwei Bauteile (21, 22, 23) zwischen dem Schraubenkopf (8) und der Mutter (9) in axialer Richtung (25) und/oder in radialer Richtung (26) vorgespannt werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hülse (12) mit der Schraube (5) und/oder mit der Mutter (9) verbunden ist, so dass von der Einführbewegung des Schraubenschaftes (6) in die Öffnungen (24) und/oder der Bewegung der Mutter (9) die Einführbewegung der wenigstens einen Hülse (12) in die Öffnungen (24) verursacht wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einschraubens der Mutter (9) auf den Schraubenschaft (6) und bei einem Einführen des Schraubenschaftes (6) in die Hülse (12) die Hülse (12), insbesondere nur an einem axialen Teilabschnitt (19), nach außen radial verformt wird, da der Innendurchmesser (17), insbesondere nur an dem axialen Teilabschnitt (19), der Hülse (12) kleiner ist als der Außendurchmesser (18) des Schraubenschaftes (6) und dadurch zwischen der verformten Hülse (12) und wenigsten einem Bauteil (21, 22, 23) an wenigstens einer Öffnung (24) in radialer Richtung (26) eine Vorspannung aufgebaut wird und/oder während des Einschraubens der Mutter (9) auf den Schraubenschaft (6) und bei einem Einführen der zweiten Hülse (14) in die erste Hülse (13) die erste Hülse (13), insbesondere nur an einem axialen Teilabschnitt (19), nach außen radial verformt wird, da der Innendurchmesser (17) der ersten Hülse (13), insbesondere nur an dem axialen Teilabschnitt (19), kleiner ist als der Außendurchmesser (18) der zweiten Hülse (14) und dadurch zwischen der verformten Hülse (12) und wenigsten einem Bauteil (21, 22, 23) an wenigstens einer Öffnung (24) in radialer Richtung (26) eine Vorspannung aufgebaut wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einschraubens der Mutter (9) auf den Schraubenschaft (6) eine Hülse (12) zu einer ringförmige konkave Umformgeometrie (20) geführt und an der ringförmigen konkaven Umformgeometrie (20) radial nach außen und in axialer Richtung (25) verformt wird, so dass aufgrund der axialen Verformung der Hülse (12) zwischen der verformten Hülse (12), welche auf einem Bauteil (21, 22, 23) aufliegt, und dem Bauteil (21, 22, 23) eine axiale Vorspannung aufgebaut wird.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeuges (4) bei dem wenigstens zwei Bauteile (21, 22, 23), insbesondere Teile (3) der Karosserie (2), mit je einer Öffnung (24) mittels eines Schraubverbindungselementes (1) miteinander verbunden werden mit den Schritten: – Einführen eines Schraubenschafts (6) einer Schraube (5) in die Öffnungen (24) der wenigstens zwei Bauteile (21, 22, 23), – Einschrauben einer Mutter (9) auf den Schraubenschaft (6), so dass die Mutter (9) mittelbar oder unmittelbar auf einem Bauteil (21, 22, 23) und ein Schraubenkopf (8) der Schraube (5) mittelbar oder unmittelbar auf einem anderen Bauteil (21, 22, 23) aufliegt, wobei das Verfahren als ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 9 bis 13 ausgeführt wird.
Kraftfahrzeug (1), umfassend – wenigstens zwei Bauteile (21, 22, 23), insbesondere wenigstens ein Teil (3) der Karosserie (2), mit je einer Öffnung (24), – wenigsten ein in den Öffnungen (24) angeordnetes Schraubverbindungselement (1), so dass die zwei Bauteile (21, 22, 23) mit dem wenigstens einen Schraubverbindungselement (1) miteinander verbunden sind, wobei das wenigstens eine Schraubverbindungselement (1) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist und/oder das Kraftfahrzeug (1) mit einem Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 9 bis 14 hergestellt ist.