DE102018210893A1 - Screw element and method for producing such a screw element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schraubelement (2), mit einem Kopfteil (3) und mit einem mit dem Kopfteil (3) verbundenen und einen Gewindebereich (5) mit einem Außengewinde (6) aufweisenden Schaftteil (4), welcher entlang seiner Längserstreckungsrichtung (1) zumindest in einem Längenbereich (8) hohl ausgebildet ist und dadurch zumindest in dem Längenbereich (8) einen entlang der Längserstreckungsrichtung (1) des Schaftteils (4) verlaufenden Hohlquerschnitt (9, 14) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kopfteil (3) und der Schaftteil (4) aus einem Rohrelement (10) gebildet sind, welches zumindest in einem Teilbereich (11) spanlos umgeformt ist und dadurch in dem Teilbereich (11) den durch das Umformen hergestellten Kopfteil (3) bildet, welcher den Hohlquerschnitt (9, 14) entlang der Längserstreckungsrichtung auf Seiten des Kopfteils verschließt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Schraubelements. The invention relates to a screw element (2) with a head part (3) and with a shaft part (4) which is connected to the head part (3) and has a threaded region (5) with an external thread (6) and which extends along its longitudinal direction (1). is hollow at least in one length region (8) and thereby has at least in the length region (8) a hollow cross-section (9, 14) running along the longitudinal direction (1) of the shaft part (4). According to the invention, the head part (3) and the shaft part (4) are formed from a tubular element (10) which is formed without cutting at least in a partial area (11) and thereby in the partial area (11) the head part produced by the forming (3), which closes the hollow cross section (9, 14) along the longitudinal direction on the side of the head part. The invention further relates to a method for producing such a screw element.
Description
Die Erfindung betrifft ein Schraubelement der im Patentanspruch 1 angegeben Art sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Schraubelements gemäß Patentanspruch 9.The invention relates to a screw element of the type specified in
Im Fahrzeugbau, insbesondere Serienfahrzeugbau, wird eine Vielzahl von Schraubelementen eingesetzt, um Bauteile eines Kraftfahrzeugs miteinander zu verschrauben bzw. zu verspannen. Obwohl während einer Fertigung des Kraftfahrzeugs ein Anzugdrehmoment des Schraubelements überwacht oder kontrolliert wird, kann es aufgrund eines Setzverhaltens des Schraubelements und/oder der mittels des Schraubelements miteinander verschraubten Bauteile des Kraftfahrzeugs dazu kommen, dass die Schraubanordnung bzw. Schraubverbindung über die Zeit gelockert wird. Dies führt dazu, dass, insbesondere bei einem Verkehrsunfall des Kraftfahrzeugs, die miteinander verschraubten Bauteile des Kraftfahrzeugs relativ zueinander durch beim Verkehrsunfall auftretende Kräfte verschoben werden und infolgedessen das Schraubelement in unerwünschter Weise auf Scherung beansprucht wird. Dies kann zur Folge haben, dass wegen eines abgescherten Schraubelements ein Bauteil oder mehrere Bauteile des Kraftfahrzeugs beim Verkehrsunfall von diesem abgerissen wird/werden.A large number of screwing elements are used in vehicle construction, in particular series vehicle construction, in order to screw or brace components of a motor vehicle to one another. Although a tightening torque of the screwing element is monitored or controlled during manufacture of the motor vehicle, the screwing arrangement and / or the components of the motor vehicle screwed together by means of the screwing element can loosen the screwing arrangement or screw connection over time due to a setting behavior. This leads to the fact that, in particular in the event of a traffic accident of the motor vehicle, the components of the motor vehicle which are screwed to one another are displaced relative to one another by forces occurring in the event of a traffic accident and, as a result, the screw element is undesirably subjected to shear stress. This can result in a component or several components of the motor vehicle being / being torn off in a traffic accident because of a sheared screw element.
Um diesem Problem entgegenzuwirken, ist es denkbar, mittels des Schraubelements einen besonders starken Reibschluss zwischen den zu verschraubenden Bauteilen des Kraftfahrzeugs zu erzeugen, und sicherzustellen, dass dieser Reibschluss auch noch nach einem Setzen der Bauteile und/oder des Schraubelements noch ausreichend stark ist, um - selbst bei dem Verkehrsunfall des Kraftfahrzeugs - eine Relativbewegung zueinander und infolgedessen ein Abscheren des Schraubelements zu verhindern. Dies kann beispielsweise durch eine besonders hohe Vorspannkraft infolge eines besonders hohen Anzugdrehmoments des Schraubelements realisiert werden. Bei einer vorgegebenen Dimension des jeweiligen Schraubelements würde aber ein besonders hohes Anzugdrehmoment das Schraubelement zu hoch belasten, wodurch es infolgedessen abreißen könnte.To counteract this problem, it is conceivable to use the screw element to generate a particularly strong frictional connection between the components of the motor vehicle to be screwed, and to ensure that this frictional connection is still sufficiently strong even after the components and / or the screw element have been set in order to - Even in the event of a traffic accident of the motor vehicle - to prevent a relative movement to one another and consequently a shearing off of the screw element. This can be achieved, for example, by a particularly high pretensioning force due to a particularly high tightening torque of the screw element. Given a given dimension of the respective screw element, however, a particularly high tightening torque would place excessive stress on the screw element, as a result of which it could tear off.
Demnach könnten stabilere, insbesondere größer dimensionierte bzw. dickere Schraubelemente eingesetzt werden. Auf dickere bzw. stabilere Schraubelemente kann zwar ein höheres Anzugdrehmoment aufgebracht werden, woraus im Moment des Anziehens des Schraubelements eine höhere Vorspannkraft resultiert, jedoch kann das dickere Schraubelement, aufgrund dessen besonders geringen Dehnvermögens, das Setzverhalten der Bauteile nicht ausreichend ausgleichen. Das bedeutet, dass die Vorspannkraft bei den dickeren Schraubelementen besonders stark abfällt, da sich die Bauteile mehr setzen, als sich das dickere Schraubelement aus dessen Dehnung zusammenziehen kann. Solche stabileren bzw. dickeren Schraubelemente würden darüber hinaus zu einer besonders hohen Fahrzeugmasse führen, weshalb dickere Schraubelemente einem Gedanken an einen Fahrzeugleichtbau und/oder an ein besonders kraftstoff- bzw. energieeffizient und/oder emissionsarm zu betreibendes Kraftfahrzeug diametral entgegengesetzt sind.Accordingly, more stable, in particular larger or thicker screw elements could be used. A higher tightening torque can be applied to thicker or more stable screw elements, which results in a higher pretensioning force when the screw element is tightened, but the thicker screw element, due to its particularly low elasticity, cannot adequately compensate for the setting behavior of the components. This means that the pretensioning force drops particularly strongly with the thicker screw elements, since the components settle more than the thicker screw element can contract from its expansion. Such more stable or thicker screw elements would also lead to a particularly high vehicle mass, which is why thicker screw elements are diametrically opposed to the idea of lightweight vehicle construction and / or a particularly fuel-efficient, energy-efficient and / or low-emission motor vehicle.
Es besteht also grundsätzlich ein Bedarf, an besonders stabilen, insbesondere zugstabilen, Schraubelementen, welche besonders masseeffizient ausgebildet sind. Hierzu offenbart beispielsweise die
Diese herkömmliche Hohlschraube weist ein durchgehendes Kanalelement auf, sodass Gegenstände und/oder Fluide über dieses Kanalelement diese herkömmliche Hohlschraube und infolgedessen die mittels dieser herkömmlichen Hohlschraube gebildete Schraubverbindung ungehindert durchdringen können. Daher ist die herkömmliche Hohlschraube ohne Weiteres nicht dazu geeignet, an einer Außenhaut des Kraftfahrzeugs eingesetzt zu werden, da sonst die Gefahr bestünde, dass in unerwünschter Weise Gegenstände, zum Beispiel Staub, Feuchtigkeit etc., in ein Inneres des Kraftfahrzeugs eindringen und dort das Kraftfahrzeug beschädigen, zum Beispiel korrodieren oder eine Korrosion begünstigen. Zwar kann mittels angepasster Stopfen das Kanalelement verschlossen werden, doch können, beispielsweise aufgrund von Vibrationen, diese Stopfen gelockert werden und herausfallen, sodass eine zuverlässige Dichtwirkung nicht mehr gegeben ist. Ferner ist die Hohlschraube dann lediglich besonders aufwendig zu verbauen, da in einem Arbeitsschritt die Stopfen eingesetzt werden müssten.This conventional hollow screw has a continuous channel element, so that objects and / or fluids can pass through this channel element through this conventional hollow screw and consequently through the screw connection formed by means of this conventional hollow screw. Therefore, the conventional banjo bolt is not suitable for use on the outer skin of the motor vehicle, since there would otherwise be the danger that objects, for example dust, moisture, etc., could enter an interior of the motor vehicle and the motor vehicle there damage, for example, corrode or promote corrosion. Although the duct element can be closed by means of adapted plugs, these plugs can be loosened and fall out, for example due to vibrations, so that a reliable sealing effect is no longer provided. Furthermore, the banjo bolt is then only particularly expensive to install, since the plugs would have to be inserted in one work step.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein besonders stabiles und masseeffizient ausgebildetes Schraubelement bereitzustellen, welches besonders flexibel einsetzbar und besonders aufwandsarm herstellbar ist.It is an object of the invention to provide a particularly stable and mass-efficient screw element which can be used in a particularly flexible manner and is particularly easy to produce.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schraubelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 zum Herstellen eines solchen Schraubelements gelöst. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schraubelements sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines solchen Schraubelements anzusehen und umgekehrt. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.This object is achieved according to the invention by a screw element with the features of
Erfindungsgemäß ist ein Schraubelement vorgesehen, welches einen Kopfteil und einen mit dem Kopfteil verbundenen und einen Gewindebereich mit einem Außengewinde aufweisenden Schaftteil umfasst. Der Schaftteil ist entlang seiner Längserstreckungsrichtung zumindest in einem Längenbereich hohl ausgebildet und weist dadurch zumindest in dem Längenbereich einen entlang der Längserstreckungsrichtung des Schaftteils verlaufenden Hohlquerschnitt auf.According to the invention, a screw element is provided which comprises a head part and a shaft part connected to the head part and having a threaded area with an external thread. The shaft part is hollow at least in one longitudinal region along its longitudinal direction of extension and thereby has at least in the longitudinal region a hollow cross section running along the longitudinal direction of the shaft part.
Um nun ein solches Schraubelement derart weiterzuentwickeln, dass dieses besonders stabil und masseeffizient ausgebildet ist sowie besonders flexibel einsetzbar und besonders aufwandsarm herstellbar ist, ist es ferner erfindungswesentlich, dass der Kopfteil und der Schaftteil aus einem Rohrelement gebildet sind, welches zumindest in einem Teilbereich spanlos umgeformt ist und dadurch in dem Teilbereich den durch das Umformen hergestellten Kopfteil bildet, welcher den Hohlquerschnitt entlang der Längserstreckungsrichtung auf Seiten des Kopfteils verschließt. Indem das Schraubelement zumindest in dem Längenbereich hohl ausgebildet ist, das heißt im Gegensatz zu einer Vollschraube im Längenbereich weniger Material aufweist, ist das Schraubelement besonders masseeffizient ausgebildet. Untersuchungen haben gezeigt, dass das Schraubelement im Gegensatz zu der Vollschraube, welche nicht hohl ausgebildet ist, ähnlich viel Drehmoment und ähnlich viel Zugkraft übertragen kann. Infolgedessen ist einem Leichtbaugedanken bei annähernd gleichbleibender Leistungsfähigkeit des Schraubelements in besonderer Weise Rechnung getragen, da bei einer vorgegebenen Schraubelementdimension dieses besonders leicht und stabil ausbildbar oder ausgebildet ist.In order to further develop such a screw element in such a way that it is particularly stable and mass-efficient and can be used in a particularly flexible manner and can be produced with little effort, it is also essential to the invention that the head part and the shaft part are formed from a tubular element which is formed without cutting at least in a partial area and thereby forms in the partial area the head part produced by the forming, which closes the hollow cross section along the longitudinal direction on the side of the head part. Because the screw element is hollow at least in the length range, that is, in contrast to a solid screw in the length range, it has less material, the screw element is particularly mass-efficient. Studies have shown that, unlike the solid screw, which is not hollow, the screw element can transmit a similar amount of torque and a similar amount of tensile force. As a result, a lightweight design concept is taken into account in a particular manner while the performance of the screw element remains approximately the same, since, given a given screw element dimension, it can be designed or designed to be particularly light and stable.
Ferner ist das Schraubelement besonders flexibel einsetzbar, da der Hohlquerschnitt am Kopfteil des Schraubelements verschlossen ist. Infolgedessen ist wirksam verhindert, dass Gegenstände und/oder Fluide über den Kopfteil in den Hohlquerschnitt eindringen und das Schraubelement durchdringen. Das bedeutet, dass das Schraubelement auch an einer Außenhaut des Kraftfahrzeugs einsetzbar ist, ohne befürchten zu müssen, dass Gegenstände, zum Beispiel Staub etc., und/oder Fluide, zum Beispiel Wasser, Öl, etc., von außen über das Schraubelement in ein Inneres das Kraftfahrzeugs gelangen und dort das Kraftfahrzeug beschädigen, beispielsweise Korrosion begünstigen.Furthermore, the screw element can be used particularly flexibly, since the hollow cross section is closed on the head part of the screw element. As a result, objects and / or fluids are effectively prevented from penetrating into the hollow cross section via the head part and penetrating the screw element. This means that the screw element can also be used on an outer skin of the motor vehicle, without having to fear that objects, for example dust, etc., and / or fluids, for example water, oil, etc., can enter the screw element from the outside Inside the motor vehicle and damage the motor vehicle there, for example favor corrosion.
Überdies ist das Schraubelement besonders aufwandsarm herstellbar, da der Kopfteil und der Schaftteil aus dem Rohrelement gebildet sind. Rohrelemente sind besonders einfach und in einer Vielzahl von Materialgüten am Markt frei verfügbar. Des Weiteren weist ein solches Rohrelement bereits den Hohlquerschnitt des Schaftteils des Schraubelements auf, sodass ein Aufbohren bzw. Bohren des Hohlquerschnitts, zum Beispiel aus einem Rundstab, entfallen kann. Dies führt auch zu einer besonders materialeffizienten Herstellung des Schraubelements.In addition, the screw element can be produced with little effort, since the head part and the shaft part are formed from the tubular element. Pipe elements are particularly simple and freely available on the market in a variety of material grades. Furthermore, such a tubular element already has the hollow cross section of the shank part of the screw element, so that there is no need to drill or drill the hollow cross section, for example from a round rod. This also leads to a particularly material-efficient production of the screw element.
Insbesondere ist ein solches erfindungsgemäßes Schraubelement dazu vorgesehen, eine besonders lange Dehnlänge auch bei kurzen Schraubelementen bzw. Schrauben bereitzustellen. Das Schraubelement kann als eine Schraube vom Maß
In einer Weiterbildung des Schraubelements ist vorgesehen, dass das den Schaftteil und den Kopfteil bildende Rohrelement einstückig ausgebildet ist, wodurch der Schaftteil einstückig mit dem Kopfteil ausgebildet ist. Das bedeutet zum einen, dass das für die Herstellung des Schraubelements eingesetzte Rohrelement nicht aus mehreren, voneinander separat hergestellten und dann verbundenen Teilrohrelementen zusammengesetzt ist. Zum anderen bedeutet das, dass infolge des einstückigen Rohrelements der Schaftteil und der Kopfteil miteinander einstückig ausgebildet sind. Mit anderen Worten ist ein Material des einstückigen Rohrelements dasselbe wie ein Material des Schaftteils und des Kopfteils. Mithin ist das Schraubelement noch einfacher herstellbar, da auf ein Verbinden, zum Beispiel Verschweißen, des Schaftteils und des Kopfteils aneinander und/oder der Teilrohrelemente aneinander verzichtet werden kann.In a further development of the screw element, it is provided that the tubular element forming the shaft part and the head part is formed in one piece, as a result of which the shaft part is formed in one piece with the head part. On the one hand, this means that the pipe element used for the production of the screw element is not composed of several partial pipe elements which are produced separately and then connected. On the other hand, this means that, due to the one-piece tubular element, the shaft part and the head part are integrally formed with one another. In other words, a material of the one-piece tubular element is the same as a material of the shaft part and the head part. The screw element is therefore even easier to produce, since it is not necessary to connect, for example weld, the shaft part and the head part to one another and / or the partial tube elements to one another.
Es ist besonders bevorzugt, wenn der Hohlquerschnitt des Schraubelements innenumfangsseitig frei von einer eckigen Form ist. Das bedeutet, dass der Hohlquerschnitt, zumindest in dem Längenbereich, frei von einer Ecke oder frei von mehreren Ecken ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Hohlquerschnitt eine zumindest im Wesentlichen kreisrunde Form aufweist. Insbesondere ist zu verstehen, dass der Hohlquerschnitt entlang des gesamten Längenbereichs innenumfangsseitig frei von einer eckigen Form ist. Aufgrund des kreisrunden Hohlquerschnitts ist das Schraubelement besonders aufwandsarm herstellbar, da auf eine eckige Kontur, zum Beispiel einen drehmomentübertragenden und/oder formschließbaren Werkzeugangriff an dem Schaftteil verzichtet ist. Das bedeutet, dass bei dem Hohlquerschnitt, insbesondere innenumfangsseitig, bei der Herstellung des Schraubelements besonders hohe Toleranzen zugelassen werden können, ohne eine Funktionalität des Schraubelements einzuschränken.It is particularly preferred if the hollow cross section of the screw element is free of an angular shape on the inside circumference. This means that the hollow cross section, at least in the length range, is free from one corner or free from several corners. It can be provided that the hollow cross section has an at least substantially circular shape. In particular, it is to be understood that the hollow cross section along the entire length range is free of an angular shape on the inner circumference side. Due to the circular hollow cross section, the screw element is special Can be produced with little effort, since an angular contour, for example a torque-transmitting and / or form-lockable tool attack on the shaft part, is dispensed with. This means that particularly high tolerances can be permitted in the manufacture of the screw element in the hollow cross section, in particular on the inner circumference side, without restricting a functionality of the screw element.
Um einen besonders zuverlässigen Reibschluss zwischen zwei mittels des Schraubelements miteinander verspannten Bauteilen zu erzeugen, kann in einer Weiterbildung des Schraubelements vorgesehen sein, dass der Schaftteil einen in Längserstreckungsrichtung des Schaftteils zwischen dem Kopfteil und dem Gewindebereich einen zumindest außenumfangsseitig gewindefreien Dehnbereich aufweist. Infolgedessen ist bei einem Setzen des Schraubelements und/oder der Bauteile wirksam verhindert, dass die Spannkraft des Schraubelements, welche ursächlich für den zwischen den Bauteilen wirkenden Reibschluss ist, so weit nachlässt, dass der Reibschluss bei einem vorgegebenen Lastfall nachgibt und eine Relativbewegung der Bauteile zueinander, insbesondere quer zu dem Schraubelement, zulässt. Denn das Schraubelement ist beim Montieren desselben über dessen Dehnbereich entlang der Längserstreckungsrichtung des Schaftteils dehnbar, sodass ein besonders hohes Anzugdrehmoment auf das Schraubelement aufbringbar ist, wodurch eine besonders hohe Vorspannkraft des Schraubelements den Reibschluss zwischen dem zu verschraubenden bzw. verschraubten Bauteilen erzeugt. Insbesondere wird ein so hohes Anzugdrehmoment auf das Schraubelement aufgebracht, dass auch nach einem Vorspannkraftverlust aufgrund des Setzens des Schraubelements bzw. der Bauteile der zwischen den Bauteilen erzeugte Reibschluss dem geforderten Lastfall voll genügt.In order to produce a particularly reliable frictional connection between two components clamped together by means of the screw element, it can be provided in a further development of the screw element that the shaft part has an expansion area that is at least thread-free on the outer circumferential side between the head part and the threaded area in the longitudinal direction of extension of the shaft part. As a result, when the screwing element and / or the components are set, it is effectively prevented that the clamping force of the screwing element, which is the cause of the frictional engagement acting between the components, diminishes to such an extent that the frictional engagement yields in a given load case and a relative movement of the components to one another , especially across the screw element. This is because the screwing element can be stretched over its expansion area along the longitudinal direction of the shaft part, so that a particularly high tightening torque can be applied to the screwing element, whereby a particularly high pretensioning force of the screwing element generates the frictional connection between the components to be screwed or screwed. In particular, such a high tightening torque is applied to the screw element that even after a loss of preload due to the screw element or the components being set, the frictional engagement generated between the components fully satisfies the required load case.
Der Dehnbereich kann insbesondere einen geringeren Außenumfang als der Gewindebereich aufweisen. Mit anderen Worten kann der Dehnbereich einen geringeren Radius oder Durchmesser als der Gewindebereich aufweisen. Das bedeutet, dass das Schraubelement als eine Dehnschraube ausgebildet sein kann, bei welcher der Gewindebereich den Dehnbereich in radialer Richtung überragt. Da der Dehnbereich gewindefrei ausgebildet ist und einen geringeren Außenumfang als der Gewindebereich aufweist, ist der Dehnbereich berührungsfrei zu einem Aufnahmeloch des Schraubelements anordenbar oder angeordnet. So ist sicherstellbar, dass der Dehnbereich bestimmungsgemäß im Aufnahmeloch unter einem Aufbringen des Anzugdrehmoments auf das Schraubelement frei dehnbar ist, ohne sich an einer Innenumfangsfläche des Aufnahmelochs kraft- und/oder formschlüssig abzustützen, was das bestimmungsgemäße Dehnen des Dehnbereichs behindern und/oder verhindern könnte. Es kann vorgesehen sein, dass der Hohlquerschnitt im Dehnbereich kleiner ist als im Gewindebereich.The expansion area can in particular have a smaller outer circumference than the thread area. In other words, the expansion area can have a smaller radius or diameter than the thread area. This means that the screw element can be designed as an expansion screw, in which the thread area projects beyond the expansion area in the radial direction. Since the expansion area is thread-free and has a smaller outer circumference than the thread area, the expansion area can be arranged or arranged without contact to a receiving hole of the screw element. It can thus be ensured that the stretching area is intended to be freely stretchable in the receiving hole by applying the tightening torque to the screw element, without being positively and / or positively supported on an inner circumferential surface of the receiving hole, which could hinder and / or prevent the intended stretching of the stretching area. It can be provided that the hollow cross section is smaller in the expansion area than in the thread area.
Das Schraubelement mit dem Dehnbereich bzw. die Dehnschraube ist besonders einfach herstellbar, wenn der Schaftteil einen in Längserstreckungsrichtung des Schaftteils zwischen dem Dehnbereich und dem Kopfteil angeordneten Übergangsbereich aufweist, welches sich in Längserstreckungsrichtung des Schaftteils, insbesondere zu dem Dehnbereich hin, verjüngt. Das bedeutet, dass der Schaftteil dort, wo dieser über den Übergangsbereich direkt an dem Kopfteil angrenzt, einen größeren Durchmesser aufweist als dort, wo der Übergangsbereich direkt an den Dehnbereich angrenzt. Beispielsweise kann der Übergangsbereich, zumindest außenseitig, eine kreiskegelstumpfförmige Form oder umlaufend wenigstens einen Radius aufweisen. Ein solcher Übergangsbereich kann alternativ oder zusätzlich zwischen dem Dehnbereich und dem Gewindebereich des Schraubelements vorgesehen sein. Aufgrund des Übergangsbereichs bzw. der Übergangsbereiche ist das Schraubelement besonders flexibel einsetzbar, da zwischen dem Kopfteil und dem Dehnbereich und/oder zwischen dem Dehnbereich und dem Gewindebereich jeweils kein senkrechter Vorsprung vorhanden ist, welcher ohnehin lediglich mittels eines unerwünschten, spanenden Fertigungsvorgangs zu erzeugen wäre.The screw element with the expansion area or the expansion screw is particularly easy to manufacture if the shaft part has a transition area arranged in the longitudinal direction of the shaft part between the expansion area and the head part, which tapers in the longitudinal direction of the shaft part, in particular towards the expansion area. This means that the shaft part has a larger diameter where it directly adjoins the head part via the transition region than where the transition region directly adjoins the expansion region. For example, the transition region, at least on the outside, may have a frustoconical shape or at least one radius all around. Such a transition area can alternatively or additionally be provided between the expansion area and the thread area of the screw element. Due to the transition area or the transition areas, the screw element can be used particularly flexibly, since there is no vertical projection between the head part and the stretching area and / or between the stretching area and the thread area, which projection could only be produced by means of an undesired machining process anyway.
Es hat sich als weiter vorteilhaft herausgestellt, wenn der Kopfteil einen größeren Außenumfang als der Schaftteil aufweist. Mit anderen Worten weist der Kopfteil einen größeren Durchmesser als der Schaftteil auf, das bedeutet, dass ein größter Durchmesser des Schaftteils kleiner ist als ein kleinster Durchmesser des Kopfteils. Über den Kopfteil, welcher einen größeren Durchmesser als der Schaftteil aufweist, ist besonders aufwandsarm das Anzugdrehmoment auf das Schraubelement aufbringbar. Im Gegensatz zu kopffreien Gewindestangen oder Madenschraubelementen, deren jeweiliger Kopfteildurchmesser zumindest im Wesentlichen dem Schaftteildurchmesser entspricht oder kleiner als der Schaftteildurchmesser ausgebildet ist, ist bei einem im Verhältnis zum Schaftteil größeren Kopfteil eine besonders bevorzugte Auflagefläche geschaffen. Über diese Auflagefläche ist das Schraubelement auf einem der zu verschraubenden Bauteile abstützbar, sodass die Bauteile besonders effizient miteinander verspannt werden können.It has proven to be further advantageous if the head part has a larger outer circumference than the shaft part. In other words, the head part has a larger diameter than the shaft part, which means that a largest diameter of the shaft part is smaller than a smallest diameter of the head part. The tightening torque can be applied to the screwing element in a particularly effortless manner via the head part, which has a larger diameter than the shaft part. In contrast to head-free threaded rods or grub screw elements, the respective head part diameter of which corresponds at least substantially to the shaft part diameter or is smaller than the shaft part diameter, a particularly preferred contact surface is created in the case of a head part which is larger in relation to the shaft part. The screw element can be supported on one of the components to be screwed via this contact surface, so that the components can be clamped together particularly efficiently.
Des Weiteren kann der Kopfteil einen Werkzeugangriff aufweisen, über welchen der Kopfteil, insbesondere formschlüssig, mit einem Werkzeug zum Antreiben des Schraubelements koppelbar ist. Das bedeutet, dass der Kopfteil entlang seiner Außenumfangsfläche den Werkzeugangriff aufweisen kann, welcher beispielsweise als ein Außensechskant, ein Außenvielzahn etc., ausgebildet sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Kopfteil einen weiteren Werkzeugangriff aufweisen, welcher zum Beispiel als ein Innensechskant, als ein Innenvielzahn, als ein Innensechsrund (bekannt als „Torx“) etc. ausgebildet sein kann. Hierdurch ist das Schraubelement besonders flexibel einsetzbar, da zum Einschrauben des Schraubelements in das Aufnahmeloch hinlänglich bekannte Werkzeuge nutzbar sind.Furthermore, the head part can have a tool engagement, via which the head part can be coupled, in particular in a form-fitting manner, to a tool for driving the screw element. This means that the head part can have the tool attack along its outer circumferential surface, which, for example, as an external hexagon External multi-tooth, etc., can be formed. Alternatively or additionally, the head part can have a further tool attack, which can be designed, for example, as an internal hexagon, as an internal multi-tooth, as an internal hexagon (known as “Torx”), etc. As a result, the screw element can be used in a particularly flexible manner, since well-known tools can be used for screwing the screw element into the receiving hole.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines Schraubelements, wobei es sich insbesondere um das zuvor beschriebene Schraubelement handeln kann. Bei diesem Verfahren werden ein Kopfteil und ein mit dem Kopfteil verbundener und einen Gewindebereich mit einem Außengewinde aufweisender Schaftteil hergestellt. Der Schaftteil ist entlang seiner Längserstreckungsrichtung zumindest in einem Längenbereich hohl ausgebildet und weist dadurch zumindest in dem Längenbereich einen entlang der Längserstreckungsrichtung des Schaftteils verlaufenden Hohlquerschnitt auf.The invention further relates to a method for producing a screw element, which can in particular be the screw element described above. In this method, a head part and a shaft part connected to the head part and having a threaded region with an external thread are produced. The shaft part is hollow at least in one longitudinal region along its longitudinal direction of extension and thereby has at least in the longitudinal region a hollow cross section running along the longitudinal direction of the shaft part.
Um nun ein besonders stabiles und masseeffizient ausgebildetes Schraubelement bereitzustellen, welches besonders flexibel einsetzbar und besonders aufwandsarm herstellbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kopfteil und der Schafteil aus einem Rohrelement hergestellt werden. Das Rohrelement wird zumindest in einem Teilbereich spanlos umgeformt, wodurch in dem Teilbereich der infolge des Umformens den Hohlquerschnitt entlang der Längserstreckungsrichtung auf Seiten des Kopfteils verschließende Kopfteil hergestellt wird. Das bedeutet, dass durch das Umformen des Teilbereichs erstens der Kopfteil erzeugt wird, welcher zweitens exakt auf ein gewünschtes Maß, zum Beispiel Schlüsselmaß, kalibriert wird.In order to provide a particularly stable and mass-efficient screw element, which can be used in a particularly flexible manner and is particularly easy to produce, the invention provides that the head part and the sheep part are made from a tubular element. The tubular element is formed without cutting at least in a partial area, as a result of which in the partial area the head part which closes the hollow cross section along the longitudinal extension direction on the side of the head part is produced as a result of the forming. This means that firstly the head part is created by reshaping the partial area, which secondly is calibrated exactly to a desired dimension, for example a key dimension.
Mittels dieses Verfahrens ist das Schraubelement besonders masseeffizient und besonders aufwandsarm herstellbar. Indem eine spanende Bearbeitung des Rohrelements entfällt, ist sichergestellt, dass ein Faserverlauf des Rohrelements und infolgedessen ein Faserverlauf des Schraubelements nicht unterbrochen wird bzw. ununterbrochen bleibt, sodass über das Schraubelement eine besonders hohe Zugkraft entlang des Schaftteils übertragbar ist. Das bedeutet, dass das mittels des Verfahrens hergestellte Schraubelement mit einem besonders hohen Anzugdrehmoment einsetzbar ist, woraus eine besonders hohe Verspannkraft oder Vorspannkraft und infolgedessen ein besonders hoher und zuverlässig ausgebildeter Reibschluss zwischen mittels des Schraubelements zu verschraubenden oder verschraubten Bauteilen erzeugbar ist.By means of this method, the screw element can be produced in a particularly mass-efficient manner and with little effort. By eliminating machining of the tubular element, it is ensured that a fiber course of the tubular element and consequently a fiber course of the screw element is not interrupted or remains uninterrupted, so that a particularly high tensile force can be transmitted along the shaft part via the screw element. This means that the screw element produced by the method can be used with a particularly high tightening torque, from which a particularly high clamping force or preload force and, consequently, a particularly high and reliably formed frictional connection between components to be screwed or screwed by means of the screw element can be generated.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Rohrelement zeitlich vor dem Umformen des Hohlquerschnitts aufweist. Das bedeutet, dass ein spanendes Bearbeiten des Rohrelements, um diesem den gewünschten Hohlquerschnitt zu verleihen, entfallen kann. Es ist besonders bevorzugt, wenn eine Dimension des Hohlquerschnitts, beispielsweise ein Innendurchmesser, in unbearbeitetem Zustand mit einer Kopplungseinrichtung eines an der Erzeugung bzw. Herstellung des Schraubelements beteiligten Werkzeugs korrespondiert. Das bedeutet, dass das Verfahren zum Herstellen des Schraubelements besonders einfach und/oder aufwandsarm erfolgen kann. Darüber hinaus erfolgt das Herstellen des Schraubelements besonders materialeffizient, da auf eine spanende Bearbeitung des Rohrelements und/oder des Schraubelements verzichtet wird.In particular, it is provided that the tubular element has a time before the hollow cross section is formed. This means that machining the pipe element in order to give it the desired hollow cross section can be omitted. It is particularly preferred if a dimension of the hollow cross section, for example an inner diameter, in the unprocessed state corresponds to a coupling device of a tool involved in the production or manufacture of the screw element. This means that the method for producing the screw element can be carried out particularly easily and / or with little effort. In addition, the screw element is produced in a particularly material-efficient manner, since there is no machining of the tubular element and / or the screw element.
Ferner kann bei dem Verfahren zum Herstellen des Schraubelements vorgesehen sein, dass der Hohlquerschnitt zeitlich vor dem Umformen das Rohrelement entlang dessen gesamter Längserstreckungsrichtung durchsetzt. Mit anderen Worten ist der Hohlquerschnitt entlang der Längserstreckungsrichtung des Rohrelements vor dem Umformen an beiden Enden des Rohrelements unverschlossen oder unbegrenzt, sodass der Hohlquerschnitt entlang der Längserstreckungsrichtung des Rohrelements an beiden Enden des Rohrelements an bzw. in dessen Umgebung mündet. Ein solches Rohrelement ist besonders unproblematisch am Markt verfügbar und erhältlich. Das bedeutet, dass ein handelsübliches Rohrelement zur Herstellung des Schraubelements herangezogen werden kann, wodurch das Verfahren zum Herstellen des Schraubelements noch aufwandsärmer durchgeführt werden kann. Es ist insbesondere denkbar - vor allem bei ausreichend kleinen Durchmessern des Rohrelements -, dass das Rohrelement als Roll- und/oder Trommelware bei dem Verfahren zum Herstellen des Schraubelements zum Einsatz kommt.Furthermore, it can be provided in the method for producing the screw element that the hollow cross section passes through the tubular element along its entire longitudinal direction before the forming. In other words, the hollow cross section along the longitudinal extension direction of the tubular element is unsealed or unlimited at both ends of the tubular element before the forming, so that the hollow cross section opens out at or in the vicinity of the tubular element along both directions of the tubular element. Such a tubular element is available and available on the market in a particularly unproblematic manner. This means that a commercially available tubular element can be used to produce the screw element, which means that the method for producing the screw element can be carried out with less effort. It is particularly conceivable - especially with sufficiently small diameters of the tubular element - that the tubular element is used as rolled and / or drum goods in the method for producing the screw element.
Das Verfahren zum Herstellen des Schraubelements kann folgende Schritte aufweisen: In einem ersten Verfahrensschritt wird ein einen Dorn aufweisendes Gesenk bereitgestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Rohrelement auf den Dorn aufgesetzt, indem der Dorn zumindest teilweise in den Hohlquerschnitt des Rohrelements eingesteckt wird. In wieder einem weiteren Verfahrensschritt wird das Rohrelement umgeformt, während das Rohrelement auf den Dorn aufgesetzt ist, sodass das Rohrelement während des Umformens mittels des Dorns gehalten wird. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Gesenk bei dem Umformen den Kopfteil des Schraubelements ausbildet. In einer Weiterbildung dieses Verfahrens kann vorgesehen sein, dass beim Umformen des Rohrelements über das Gesenk der Kopfteile zusammen mit einem Werkzeugangriff einstückig ausgebildet wird. Insbesondere kann es sich bei diesem Werkzeugangriff um den in Zusammenhang mit dem Schraubelement beschriebenen Werkzeugangriff oder um mehrere solche Werkzeugangriffe handeln. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Dorn eine kreiskegelförmige oder kreiskegelstumpfförmige Außenkontur aufweist, um den Dorn und das Rohrelement, insbesondere nach dem Umformen des Rohrelements, besonders einfach wieder voneinander lösen zu können. Ferner kann der Dorn gestuft ausgebildet sein, sodass im Gewindebereich ein größerer Hohlquerschnitt ausgebildet wird als im Dehnbereich.The method for producing the screw element can have the following steps: In a first method step, a die having a mandrel is provided. In a further method step, the tubular element is placed on the mandrel by at least partially inserting the mandrel into the hollow cross section of the tubular element. In yet another process step, the tubular element is shaped while the tubular element is placed on the mandrel, so that the tubular element is held by means of the mandrel during the shaping. In particular, it can be provided that the die forms the head part of the screw element during the shaping. In a further development of this method it can be provided that when the tubular element is reshaped, it is formed in one piece via the die of the head parts together with a tool attack. In particular, this tool attack can be the tool attack described in connection with the screw element or several act such tool attacks. It is particularly preferred if the mandrel has a circular-conical or frustoconical outer contour in order to be able to detach the mandrel and the tubular element from one another in a particularly simple manner, in particular after the tubular element has been deformed. Furthermore, the mandrel can have a stepped design, so that a larger hollow cross section is formed in the thread area than in the expansion area.
Dieses Verfahren kann des Weiteren, insbesondere unter Einsatz eines weiteren Gesenks wenigstens einmal erneut durchgeführt werden, wobei aus der vorangegangenen Durchführung des Verfahrens ein Zwischenprodukt hervorgeht bzw. hervorgegangen ist. Hierbei kann das weitere Gesenk einen Dorn aufweisen, dessen Außenumfangsfläche kleiner ist als der Dorn des ersten Gesenks. Dieser kleinere Dorn des weiteren Gesenks für das Zwischenprodukt korrespondiert mit einer Öffnung des Zwischenprodukts, wodurch das Zwischenprodukt besonders zuverlässig mittels des kleineren Dorns bzw. mittels des weiteren Gesenks gehalten wird. Auf diese Weise kann aus dem Rohrelement in mehreren Teilverfahren das gewünschte Schraubelement hergestellt werden, wobei eine der Hohlquerschnitt immer weiter verkleinert und schließlich verschlossen wird.This method can furthermore be carried out at least once again, in particular using a further die, an intermediate product emerging from the previous implementation of the method. Here, the further die can have a mandrel, the outer peripheral surface of which is smaller than the mandrel of the first die. This smaller mandrel of the further die for the intermediate product corresponds to an opening of the intermediate product, as a result of which the intermediate product is held particularly reliably by means of the smaller mandrel or by means of the further die. In this way, the desired screw element can be produced from the tubular element in several sub-processes, one of the hollow cross-sections becoming ever smaller and finally being closed.
Besonders bevorzugt ist es, wenn als das Umformen Kaltstauchen durchgeführt wird. Auf diese Weise ist besonders zuverlässig sichergestellt, dass - wie weiter oben beschrieben - ein Faserverlauf des Schraubelements, insbesondere des Schaftteils, bei dem Herstellen des Schraubelements ununterbrochen bleibt. Infolgedessen ist das mittels des Verfahrens hergestellte Schraubelement besonders leistungsfähig, das heißt, das mittels des Verfahrens hergestellte Schraubelement kann eine besonders hohe Kraft auf zwei oder mehr mittels des Schraubelements zu verbindende oder verbundene Bauteile aufbringen, sodass zwischen diesen Bauteilen ein besonders zuverlässiger Reibschluss erzeugt werden kann.It is particularly preferred if cold upsetting is carried out as the forming. In this way, it is ensured in a particularly reliable manner that — as described further above — a fiber course of the screw element, in particular of the shaft part, remains uninterrupted when the screw element is manufactured. As a result, the screw element produced by the method is particularly powerful, that is to say the screw element produced by the method can exert a particularly high force on two or more components to be connected or connected by means of the screw element, so that a particularly reliable frictional connection can be generated between these components ,
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or on their own.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 in schematischer und entlang einer Längserstreckungsrichtung radial geschnittener Darstellung ein Schraubelement; -
2 in schematischer und entlang einer Längserstreckungsrichtung radial geschnittener Darstellung ein Rohrelement; -
3 in schematischer und quer zu einer Längserstreckungsrichtung radial geschnittener Darstellung das Rohrelement; -
4 in schematischer Darstellung einen Kopfteil des Schraubelements in einer Draufsicht; -
5 in schematischer Darstellung das Rohrelement und unterschiedliche, aus einzelnen Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen des Schraubelements hervorgehende Zwischenprodukte sowie das Schraubelement; und -
6 in schematischer Darstellungdas Rohrelement aus 2 , wie dieses in ein Gesenk eingesetzt ist.
-
1 in a schematic and along a longitudinal direction radially sectioned a screw element; -
2 in a schematic and along a longitudinal direction radially sectioned representation of a tubular element; -
3 in a schematic and transverse to a longitudinal direction radially sectioned representation of the tubular element; -
4 a schematic representation of a head part of the screw element in a plan view; -
5 a schematic representation of the tubular element and different intermediate products resulting from individual method steps of a method for producing the screw element and the screw element; and -
6 in a schematic representation of thetubular element 2 how this is inserted into a die.
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichem Bezugszeichen versehen.Identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.
In
Das bedeutet, dass der Hohlquerschnitt
Das Rohrelement
Das Schraubelement
Der Dehnbereich
Der Dehnbereich
Das Schraubelement
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des Schraubelements
Ein wesentlicher Unterschied zu einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines herkömmlichen Schraubelements besteht darin, dass das Rohrelement
Demnach kann das Schraubelement
Wie bereits dargelegt bildet das Rohrelement
Demnach ist ein Fertigungsschritt, welcher ein Ausbilden einer Materialausnehmung in einem Vollrundstab beinhaltet, obsolet, da diese Materialausnehmung naturgemäß bereits in dem Rohrelement
In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn der Hohlquerschnitt
Besonders bevorzugt wird zum Herstellen des Schraubelements
Es ist des Weiteren vorgesehen, dass sich der Dorn
In einem weiteren, zum Beispiel zweiten Verfahrensschritt wird das Rohrelement
In einem weiteren, zum Beispiel dritten Verfahrensschritt erfolgt ein Umformen des Rohrelements
Das Gesenk
Da der Außendurchmesser des Rohrelements
Because the outer diameter of the
Es kann vorgesehen sein, dass mittels des bis hierher beschriebenen Verfahrens das Rohrelement
Alternativ oder zusätzlich kann/können der Dorn
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Innendurchmesser des Rohrelements
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie das besonders stabile und masseeffizient ausgebildete Schraubelement
Die in diesem Schriftsatz genannten Kopfformen des Kopfteils
Wird das Schraubelement
Des Weiteren ist das Außengewinde
Bei einem Kaltstauchen des Rohrelements
Im Zusammenhang mit dem Außengewinde
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- LängserstreckungsrichtungLongitudinal extension
- 22
- Schraubelementscrew
- 33
- Kopfteilheadboard
- 44
- Schaftteilshank part
- 55
- Gewindebereichthreaded portion
- 66
- Außengewindeexternal thread
- 77
- LängsmittenachseLongitudinal central axis
- 8 8th
- Längenbereichlength range
- 99
- HohlquerschnittHollow cross section
- 1010
- Rohrelementtube element
- 1111
- Teilbereichsubregion
- 1212
- EndeThe End
- 1313
- Öffnungopening
- 1414
- HohlquerschnittHollow cross section
- 1515
- InnenumfangsflächeInner circumferential surface
- 1616
- Dehnbereichexpansion area
- 1717
- ÜbergangsbereichTransition area
- 1818
- ÜbergangsbereichTransition area
- 1919
- Werkzeugangrifftool application
- 2020
- Werkzeugangrifftool application
- 2121
- Zwischenproduktintermediate
- 2222
- Zwischenproduktintermediate
- 2323
- Zwischenproduktintermediate
- 2424
- Zwischenproduktintermediate
- 2525
- EndeThe End
- 2626
- Rohröffnungtube opening
- 2727
- Kanalelementchannel element
- 2828
- Gesenkdie
- 2929
- Dornmandrel
- 3030
- Negativformnegative form
- 3131
- Stauch kraftSqueeze force
- 3232
- Umformwerkzeugforming tool
- 3333
- Gesenkdie
- 3434
- Negativformnegative form
- d1d1
- Durchmesserdiameter
- d2d2
- Durchmesserdiameter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 10319236 A1 [0005]DE 10319236 A1 [0005]
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-
2018
- 2018-07-03 DE DE102018210893.5A patent/DE102018210893A1/en active Pending
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Legal Events
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R163 | Identified publications notified |