DE102018210893A1

DE102018210893A1 - Schraubelement und Verfahren zum Herstellen eines solchen Schraubelements

Info

Publication number: DE102018210893A1
Application number: DE102018210893.5A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Koestler; Anton Kieferl; Walter Meierhofer; Cosmas Hipp; Marcus Knechtel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2020-01-09

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.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schraubelement der im Patentanspruch 1 angegeben Art sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Schraubelements gemäß Patentanspruch 9.
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.
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.
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.
Es besteht also grundsätzlich ein Bedarf, an besonders stabilen, insbesondere zugstabilen, Schraubelementen, welche besonders masseeffizient ausgebildet sind. Hierzu offenbart beispielsweise die DE 103 19 236 A1 eine Hohlschraube, durch deren Schaft ein Innenprofil verläuft, das als Betätigungsprofil für den Einsatz von Schraubwerkzeugen geeignet ist. Bei einem Herstellverfahren dieser Hohlschraube wird deren Schaft aus einem gezogenen oder extrudierten, dickwandigen Rohr erzeugt, wobei ein Kopf der Hohlschraube durch graduelles Aufweiten und Umschlagen der entstehenden Pilzform ausgeführt wird.
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.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein besonders stabiles und masseeffizient ausgebildetes Schraubelement bereitzustellen, welches besonders flexibel einsetzbar und besonders aufwandsarm herstellbar ist.
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.
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.
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.
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.
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.
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 M5 bis M12, bevorzugt vom Maß M6 bis M11, besonders bevorzugt vom Maß M7 bis M10, insbesondere vom Maß M8 ausgebildet sein. Damit im Zusammenhang ist ein hierin beschriebenes Schraubelement als „kurz“ anzusehen, wenn dessen Schaftlänge circa dem zweifachen bis fünffachen des Gewindenenndurchmessers entspricht. Gleichermaßen sind die hierin beschriebenen Prinzipien dennoch auf längere Schraubelemente anwendbar.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 Darstellung das Rohrelement aus 2, wie dieses in ein Gesenk eingesetzt ist.

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichem Bezugszeichen versehen.
1a zeigt in schematischer und entlang einer Längserstreckungsrichtung 1 radial geschnittener Darstellung ein Schraubelement 2, welches einen Kopfteil 3 und einen Schaftteil 4 aufweist. Der Kopfteil 3 und der Schaftteil 4 sind miteinander einstückig ausgebildet, sodass der Schaftteil und der Kopfteil miteinander verbunden sind. Der Schaftteil 4 weist einen Gewindebereich 5 auf, welcher ein Au ßengewinde 6 umfasst. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Au ßengewinde 6 spanlos am Schaftteil 4 ausgebildet ist, zum Beispiel mittels eines Aufwalzens. Zumindest der Schaftteil 4 kann rotationssymmetrisch in Bezug zu einer Längsmittenachse 7 des Schraubelements 2 ausgebildet sein, während der Kopfteil 3 von einer rotationssymmetrischen Form abweichen kann, insbesondere wenn dieser mit einem Werkzeugangriff ausgestattet ist.
In 1a ist des Weiteren zu erkennen, dass der Schaftteil 4 einen Längenbereich 8 aufweist, welcher entlang der Längserstreckungsrichtung 1, bei welcher es sich insbesondere um eine Längserstreckungsrichtung des Schaftteils 4 handeln kann, hohl ausgebildet ist. Infolgedessen weist das Schraubelement 2, zumindest in dem Längenbereich 8, einen Hohlquerschnitt 9 auf, wodurch sich das Schraubelement 2 maßgeblich von einer aus dem Stand der Technik bekannten Vollschraube unterscheidet. Aufgrund des Hohlquerschnitts ist das Schraubelement 2, insbesondere im Vergleich mit der Vollschraube, besonders masseeffizient ausgebildet. Um das Schraubelement darüber hinaus besonders stabil und flexibel einsetzbar auszubilden, ist vorgesehen, dass der Kopfteil 3 und der Schaftteil 4 aus einem Rohrelement 10 gebildet sind. Dieses ist zumindest in einem Teilbereich 11 spanlos umgeformt, wodurch dort durch das Umformen der Kopfteil 3 gebildet ist. Der Kopfteil 3 verschließt entlang der Längserstreckungsrichtung 1 und/oder entlang der Längsmittenachse 7 des Schraubelements 2 den Hohlquerschnitt 9 auf Seiten des Kopfteils 3
Das bedeutet, dass der Hohlquerschnitt 9 kopfseitig mittels des Umformens zumindest so weit verschlossen ist, dass über den Kopfteil 3 bzw. über den Teilbereich 11 ein Eindringen eines Gegenstands und/oder eines Fluids in den Hohlquerschnitt 9, welcher in Richtung zu dem Kopfteil 3 hin konisch zulaufen kann, zumindest behindert, idealerweise vollständig vermieden ist. Das bedeutet, dass der Hohlquerschnitt 9 kopfseitig zum Beispiel fluidisch dicht durch das Umformen des Teilbereichs 11 bzw. das Herstellen des Kopfteils 3 verschlossen ist. An einem fußseitigen Ende 12, welches entlang der Längsmittenachse 7 dem Kopfteil 3 gegenüberliegt, mündet der Hohlquerschnitt 9 über eine fußseitige Öffnung 13 in bzw. an eine Umgebung des Schraubelements 2. Wenn verhindert werden soll, dass Fluide und/oder Gegenstände über die fußseitige Öffnung 13 in das Innere des Hohlquerschnitts 9 gelangen, beispielsweise um eine Korrosion im Inneren des Schraubelements 2 zu vermeiden, kann ein nicht dargestelltes Verschlusselement vorgesehen sein, welches mit der fußseitigen Öffnung 13 korrespondiert und mittels welchem die fußseitige Öffnung 13 verschließbar, insbesondere fluidisch verschließbar ist.
2 zeigt in schematischer und entlang der Längserstreckungsrichtung 1 radial geschnittener Darstellung das Rohrelement 10. Da das in 1 gezeigte Schraubelement aus dem in 2 dargestellten Rohrelement 10 herstellbar oder hergestellt ist, ist zu verstehen, dass eine Längsmittenachse des Rohrelements 10 mit der Längsmittenachse 7 des Schraubelements 2 zusammenfällt. Das Rohrelement 10, aus welchem nach dem Umformen das Schraubelement 2 hervorgeht, ist einstückig ausgebildet. Das bedeutet, dass sich das Rohrelement 10 entlang der Längserstreckungsrichtung 1 bzw. der Längsmittenachse 7 unterbrechungsfrei, insbesondere nahtlos, erstreckt. Infolgedessen ist - insbesondere bei einer Zusammenschau der 1 mit der 2 - klar, dass der Kopfteil 3 zusammen mit dem Schaftteil 4 einstückig ausgebildet ist, indem das Rohrelement 10 spanlos umgeformt wird.
Das Rohrelement 10 weist vor dem Umformen einen Hohlquerschnitt 14, aus welchem bei dem Umformen bzw. mittels des Umformens der Hohlquerschnitt 9 des Schraubelements 2 hervorgeht. Es ist aber genauso gut denkbar, dass der Hohlquerschnitt 14 des unverformten Rohrelements 10 vor dem Umformen bereits zumindest im Wesentlichen dem Hohlquerschnitt 9 des Schraubelements 2 entspricht. Anders ausgedrückt kann der Hohlquerschnitt 14 des Rohrelements 10 bereits vor dem Umformen in Form und Dimension wie der Hohlquerschnitt 9 des Schraubelements 2 ausgebildet sein.
3 zeigt in schematischer und quer zu der Längserstreckungsrichtung 1 radial geschnittener Darstellung das Rohrelement 10. Es ist klar zu erkennen, dass der Hohlquerschnitt 9 an seiner Innenumfangsfläche 15 frei von einer eckigen Form bzw. frei von einer Ecke bzw. Kante ist. Demnach kann der Hohlquerschnitt 9 zumindest entlang der Innenumfangsfläche 15 oval und/oder elliptisch ausgebildet sein. Im vorliegenden Beispiel ist der Hohlquerschnitt 9 innenumfangsseitig, das heißt entlang der Innenumfangsfläche 15 kreisrund ausgebildet. Demzufolge kann das Rohrelement 10 einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisen. Aufgrund dieser eckfreien Innenumfangsfläche 15 sind keine besonderen Anforderungen an das Rohrelement 10 gestellt, um daraus das Schraubelement 2 zu formen.
Das Schraubelement 2 kann - wie in 1b gezeigt - als eine Dehnschraube ausgebildet sein, das bedeutet, dass das Schraubelement 2 optional einen Dehnbereich 16 aufweisen kann, welcher in 1b gezeigt ist. Beispielsweise kann der Schaftteil 4 den Dehnbereich 16 aufweisen, welcher zwischen dem Kopfteil 3 und dem Gewindebereich 5 angeordnet ist. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass der Dehnbereich 16 gewindefrei ausgebildet ist. Mit anderen Worten erstreckt sich der Dehnbereich entlang der Längserstreckungsrichtung 1 bzw. entlang der Längsmittenachse 7 zwischen dem Kopfteil 3 und dem Gewindebereich 5, sodass der Dehnbereich 16 an den Kopfteil 3 und an den Gewindebereich 5 angrenzt.
Der Dehnbereich 16 kann außenumfangsseitig oder innenumfangsseitig gewindefrei ausgebildet sein. Ferner kann der Dehnbereich 16 außenumfangsseitig und innenumfangsseitig gewindefrei ausgebildet sein. Darüber hinaus - wie im vorliegenden Beispiel - kann der Dehnbereich 16 einen geringeren Außenumfang als der Gewindebereich 5 aufweisen. Das bedeutet, dass der Dehnbereich 16 gegenüber dem Gewindebereich 5 einen kleineren Radius aufweisen kann als der Gewindebereich 5, insbesondere als ein Gewindekernradius des Außengewindes 6.
Der Dehnbereich 16 kann über einen kopfseitigen Übergangsbereich 17 an den Kopfteil 3 des Schraubelements 2 angrenzen, sodass der Kopfteil 3 direkt an den Übergangsbereich 17 angrenzt und dieser direkt an den Dehnbereich 16 angrenzt. Hierbei verjüngt sich der Übergangsbereich 17 ausgehend von dem Kopfteil 3 in Richtung zu dem Dehnbereich hin, das heißt in Längserstreckungsrichtung 1, sodass ein kopfseitiger Außendurchmesser des Übergangsbereichs 17 größer ist als ein dehnbereichsseitiger Außendurchmesser des Übergangsbereichs 17. Der Übergangsbereich 17 kann in diesem Zusammenhang im Querschnitt betrachtet wenigstens einen konkaven Radius aufweisen. Bei dem Umformen des Rohrelements 10 wird der Übergangsbereich 17 als Teil des Schaftteils 4 erzeugt, sodass der Kopfteil 3 und der Übergangsbereich 17 miteinander einstückig ausgebildet sind. Gleichermaßen sind der Übergangsbereich 17 und der Dehnbereich 16 miteinander einstückig ausgebildet.
Das Schraubelement 2 kann einen weiteren Übergangsbereich 18 aufweisen, welcher den Übergangsbereich 17 entlang der Längsmittenachse 7 entgegengesetzt ist und zwischen dem Dehnbereich 16 und dem Gewindebereich 5 angeordnet ist. Der weitere Übergangsbereich 18 verjüngt sich - analog zur vorstehenden Beschreibung des Übergangsbereichs 17 - entgegen der Längserstreckungsrichtung 1 des Schaftteils 4 ausgehend von dem Gewindebereich 5 hin zu dem Dehnbereich 16. Das bedeutet, dass der Gewindebereich 5 den Dehnbereich 16 in radialer Richtung überragt.
1 zeigt des Weiteren den Kopfteil 3, welcher einen größeren Außenumfang als der Schaftteil 4 aufweist. Mit anderen Worten überragt der Kopfteil 3 den Schaftteil 4 in radialer Richtung. In schematischer Darstellung ist in 4 eine Draufsicht auf den Kopfteil 3 des Schraubelements 2 gezeigt. Lediglich beispielhaft weist der Kopfteil 3 in 4 eine sechseckige Form auf. Alternativ oder zusätzlich kann der Kopfteil 3 als ein kreiszylindrisch ausgebildeter Kopf, als Senkkopf, als Rund- und/oder Halbrundkopf, als Linsenkopf etc. ausgebildet sein. Ferner kann der Kopfteil 3 einen Werkzeugangriff 19 aufweisen, über welchen der Kopfteil 3 mit einem Werkzeug zum Antreiben des Schraubelements 2 koppelbar ist. Die beispielhaft gezeigte, sechseckige Kopfform des Kopfteils 3 ermöglicht beispielsweise das Ankoppeln eines Maulschlüssels, über welchen das Schraubelement 2, insbesondere dessen Schaftteil 4, um die Längsmittenachse 7 rotierend antreibbar ist. Das bedeutet, dass die sechseckige Kopfform des Kopfteils 3 den Werkzeugangriff 19 bildet. Alternativ oder zusätzlich kann der Kopfteil 3 einen weiteren Werkzeugangriff 20 aufweisen, wie er aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt ist. Im vorliegenden Beispiel ist der weitere Werkzeugangriff 20 als ein Innensechskant ausgebildet, sodass das Schraubelement 2 mittels eines mit dem weiteren Werkzeugangriff 20 korrespondierenden Außensechskants um die Längsmittenachse 7 rotierbar und infolgedessen antreibbar ist.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des Schraubelements 2 beschrieben. Hierzu zeigt 5 in schematischer Darstellung das Rohrelement 10 und unterschiedliche, aus einzelnen Verfahrensschritten des Verfahrens zum Herstellen des Schraubelements hervorgehende Zwischenprodukte 21, 22, 23, 24 sowie das Schraubelement 2.
Ein wesentlicher Unterschied zu einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines herkömmlichen Schraubelements besteht darin, dass das Rohrelement 10 als Ausgangsprodukt für das Schraubelement 2 eingesetzt wird. Anders ausgedrückt erfolgt anstelle einer Ausdünnung von außen (wie bei einer Herstellung eines herkömmlichen Schraubelements aus einem herkömmlichen Vollrundstab) eine Ausdünnung an der Innenumfangsfläche 15 des Rohrelements 10. Ansonsten kann vorgesehen sein, dass das Rohrelement 10 analog zu dem Vollrundstab, welcher im Gegensatz zum Rohrelement 10 keinen kreisringförmigen, sondern einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, bearbeitet wird, um das Schraubelement 2 herzustellen. Ein Drehmoment kann im Gegensatz zu dem Vollrundstab mittels des Rohrelements 10 leichter übertragen werden.
Demnach kann das Schraubelement 2 mittels des Verfahrens zum Herstellen desselben erzeugt werden, indem der Kopfteil 3 und der Schaftteil 4 aus dem Rohrelement 10 hergestellt werden, wobei das Rohrelement 10 in dem Teilbereich 11 spanlos umgeformt wird. Infolge des spanlosen Umformens des Rohrelements 10 bzw. des Teilbereichs 11 wird dort der Hohlquerschnitt 9 entlang der Längserstreckungsrichtung 1 bzw. entlang der Längsmittenachse 7 verschlossen. Das bedeutet, dass der Hohlquerschnitt 9 kopfseitig, das heißt in einem Bereich des Kopfteils 3, insbesondere durch den Kopfteil 3, verschlossen wird. Mit wieder anderen Worten wird der Hohlquerschnitt 9 auf Seiten des Kopfteils 3 verschlossen, insbesondere fluidisch verschlossen, indem in dem Teilbereich 11 das Rohrelement 10 derart umgeformt wird, dass dort der Kopfteil 3 hergestellt wird.
Wie bereits dargelegt bildet das Rohrelement 10 das Edukt zum Herstellen des Schraubelements 2, sodass bei dem spanlosen Umformen des Rohrelements 10 bzw. mittels des Umformens des Rohrelements 10 daraus das Schraubelement 2 hervorgeht. Das bedeutet, dass bei dem Verfahren zum Herstellen des Schraubelements 2 vorgesehen ist, dass das Rohrelement 10 zeitlich vor dem Umformen desselben den Hohlquerschnitt 14 des Rohrelements 10 bereits aufweist, aus welchem - wie bereits weiter oben beschrieben - der Hohlquerschnitt 9 hervorgeht. Beispielsweise kann ein Außendurchmesser des Rohrelements 10 geringfügig kleiner gewählt werden als ein Außendurchmesser des Schraubelements 2 bzw. des Hohlquerschnitts 9. Ebenso kann ein Innendurchmesser des Rohrelements 10 geringfügig größer gewählt werden als ein Innendurchmesser des Schraubelements 2 bzw. des Hohlquerschnitts 9. Dies bietet den Vorteil, dass eine Toleranzgüte des Schraubelements 2 bei bzw. mittels der Fertigung desselben bestimmbar ist und nicht durch das Rohrelement 10 bestimmt wird.
Demnach ist ein Fertigungsschritt, welcher ein Ausbilden einer Materialausnehmung in einem Vollrundstab beinhaltet, obsolet, da diese Materialausnehmung naturgemäß bereits in dem Rohrelement 10 vorhanden ist. Hierdurch umfasst das Verfahren zum Herstellen des Schraubelements 2 besonders wenige Verfahrensschritte, sodass mittels des Verfahrens das Schraubelement 2 besonders effizient herstellbar ist.
In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn der Hohlquerschnitt 14 zeitlich vor dem Umformen das Rohrelement 10 entlang dessen gesamter Längserstreckungsrichtung, insbesondere entlang der Längsmittenachse 7, durchsetzt, zum Beispiel vollständig durchdringt. Mit anderen Worten und unter erneuter Bezugnahme auf die 2 bedeutet das, dass das Rohrelement 10 zwei einander gegenüberliegende und entgegengesetzt orientierte Enden 25 aufweist, welche jeweils eine kreisringförmige Form aufweisen, sodass die kreisringförmige Form der jeweiligen Enden 25 in Bezug zu der Längsmittenachse 7 koaxial und deckungsgleich mit dem Hohlquerschnitt 14 des Rohrelements 10 sind. Dementsprechend ist an dem jeweiligen Ende 25 eine jeweilige Rohröffnung 26 ausgebildet, welche über ein Kanalelement 27 miteinander fluidisch verbunden sind. Aus einer der Rohröffnungen 26 geht die fußseitige Öffnung 13 hervor. Das bedeutet, dass das Rohrelement 10 über dessen Kanalelement 27 von einem Fluid durchströmbar ist bzw. dass über das Kanalelement 27 ein ausreichend kleiner Gegenstand das Rohrelement 10 entlang der Längserstreckungsrichtung 1 durchdringen kann. Mit wieder anderen Worten mündet das Kanalelement 27 an beiden Enden 25 des Rohrelements 10 in eine Umgebung des Rohrelements 10.
Besonders bevorzugt wird zum Herstellen des Schraubelements 2 ein Gesenk 28 bereitgestellt, welches einen Dorn 29 und/oder eine Negativform 30 einer Außenkontur des Schraubelements 2 aufweisen kann. Entsprechend zeigt 6 in schematischer Darstellung, wie das Rohrelement 10 zur Herstellung des Schraubelements 2 in das Gesenk 28 eingesetzt ist. Die Negativform 30 kann mit einer gewünschten Schaftform des Schaftteils 4 des Schraubelements 2 korrespondieren, sodass beim Umformen des Rohrelements 10 der Schaftteil 4 gemäß der Negativform 30 ausgebildet wird. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Dorn 29 sich in Richtung zu dem Rohrelement 10 hin verjüngt, zum Beispiel konisch bzw. kreiskegelförmig und/oder kreiskegelstumpfförmig ausgebildet ist, sodass nach einem Umformen des Rohrelements 10 dieses wieder besonders einfach von dem Dorn 29 lösbar ist. Denn aufgrund der konischen bzw. kegelstumpfförmigen Form des Dorns 29 besteht lediglich ein besonders geringes Risiko, dass beim Umformen zwischen dem Dorn 29 und der Innenumfangsfläche 15 des Rohrelements 10 ein so starker Reibschluss erzeugt wird, dass das Rohrelement 10 bzw. das Schraubelement 2 nur unter einem übermäßigen Kraftaufwand aus dem Gesenk 28 bzw. von dem Dorn 29 gelöst werden kann. Entsprechend geht aus dem Hohlquerschnitt 14 des Rohrelements 10 beim Herstellen des Schraubelements 2 ein konischer Hohlquerschnitt 9 hervor, wobei ein Abziehen des Rohrelements 10 oder des Schraubelements 2 vom Gesenk 28 aufgrund des konischen Dorns 29 und/oder des konischen Hohlquerschnitts 9 besonders einfach erfolgen kann. In 6 ist der konische Hohlquerschnitt 9 durch die Durchmesser d1 und d2 dargestellt, wobei der Durchmesser d1 im Teilbereich 11 des Rohrelements 10 bzw. des Schraubelements 2 kleiner ist als der Durchmesser d2 am späteren fußseitigen Ende 12 des Schraubelements 2 (d1 ≤ d2). Das bedeutet, dass der Dorn 29 an den entsprechenden Stellen jeweilige Durchmesser aufweisen kann, die den Durchmessern d1, d2 zumindest im Wesentlichen entsprechen. Darüber hinaus kann der Dorn 29 gestuft ausgebildet sein, sodass im Gewindebereich 5 ein größerer Hohlquerschnitt 9 kalibriert werden kann als im Dehnbereich 16.
Es ist des Weiteren vorgesehen, dass sich der Dorn 29 bis in den Teilbereich 11 hineinerstreckt, sodass der Kopfteil 3 des fertigen Schraubelements 2 noch teilweise den Hohlquerschnitt 9 aufweist. Mit anderen Worten ist der Dorn 29 länger ausgebildet, als der fertige Schaftteil 4 des fertigen Schraubelements 2.
In einem weiteren, zum Beispiel zweiten Verfahrensschritt wird das Rohrelement 10 auf dem Dorn 29 aufgesetzt, indem der Dorn 29 zumindest teilweise in den Hohlquerschnitt 14 des Rohrelements 10 eingesteckt wird. Gleichermaßen kann das Rohrelement 10, indem dieses auf den Dorn 29 aufgesteckt wird, in das Gesenk 28 bzw. in dessen Negativform 30 eingesetzt, zum Beispiel eingesteckt werden. Das bedeutet, dass in diesem Zustand die Negativform 30 bzw. das Gesenk 28 das Rohrelement 10 zumindest bereichsweise umgreift.
In einem weiteren, zum Beispiel dritten Verfahrensschritt erfolgt ein Umformen des Rohrelements 10, während das Rohrelement 10 auf den Dorn 29 aufgesetzt ist bzw. in die Negativform 30 eingesetzt ist, sodass das Rohrelement 10 während des Umformens mittels des Dorns 29 und/oder mittels der Negativform 30 gehalten wird. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass als das Umformen ein Kaltstauchen durchgeführt wird, wobei, insbesondere entlang der Längserstreckungsrichtung 1 bzw. entlang der Längsmittenachse 7, eine Stauchkraft 31 auf das Rohrelement 10 aufgebracht wird, sodass das Rohrelement 10 in der Negativform 30 gestaucht wird. Das Kaltstauchen bzw. Kaltverformen hat den Vorteil, dass Material- und/oder Gefügefasern des Rohrelements 10 und infolgedessen des Schraubelements 2 während des Umformens nicht unterbrochen werden. Aufgrund dessen ist mittels des Verfahrens das Schraubelement 2 herstellbar, welches besonders leistungsfähig, insbesondere im Hinblick auf eine zumindest im Wesentlichen parallel zu der Längsmittenachse 7 wirkende Zugkraft oder Spannkraft bzw. Vorspannkraft ausgebildet ist.
Das Gesenk 28 kann Teil eines Umformwerkzeugs 32 sein, wobei das Gesenk 28 als ein Untergesenk ausgebildet sein kann. Entsprechend kann das Umformwerkzeug 32 ein weiteres, insbesondere als Obergesenk ausgebildetes Gesenk 33 aufweisen, das dem Untergesenk 28 entgegengesetzt ist. Demnach kann die Stauchkraft 31 auf das Rohrelement 10 aufgebracht werden, indem die beiden Gesenke 28, 33 aufeinander zu bewegt werden. Das weitere Gesenk 33 oder das Obergesenk 33 kann eine weitere Negativform 34 aufweisen, die mit einer gewünschten Form des Kopfteils 3 korrespondiert. Die Negativform 34 ist dazu ausgebildet, den Teilbereich 11 aufzunehmen, um beim Stauchen des Rohrelements 10 den Kopfteil 3 auszubilden. Insbesondere kann die Negativform 34 Strukturen aufweisen, mittels derer beim Stauchen des Rohrelements 10 der Werkzeugangriff 19 und/oder der Werkzeugangriff 20 integral mit dem Kopfteil 3 ausgebildet wird.
Da der Außendurchmesser des Rohrelements 10 geringfügig kleiner gewählt werden kann als ein Außendurchmesser des Schraubelements 2 bzw. des Hohlquerschnitts 9 und/oder der Innendurchmesser des Rohrelements 10 geringfügig größer gewählt werden kann als ein Innendurchmesser des Schraubelements 2 bzw. des Hohlquerschnitts 9, wird die Toleranzgüte des Schraubelements 2 beim Herstellen desselben durch das Gesenk 28 und nicht durch das Rohrelement 10 bestimmt. Um einen Längenausgleich, zum Beispiel wegen Schwankungen einer Rohrelementlänge, durchzuführen, sodass das hergestellte Schraubelement 2 eine der geforderten Toleranzgüte entsprechende Länge aufweist, kann vorgesehen sein, eine Tiefe des Werkzeugangriffs 20 zu variieren. Denn beim Herstellen des Schraubelements 2 würde ein zu kurzes Rohrelement 10 zum Beispiel dazu führen, dass bei gleicher Tiefe des Werkzeugangriffs 20 der Kopfteil 3 mit zu wenig Material gebildet werden würde. Durch ein Vertiefen des Werkzeugangriffs 20 wird Material dem Kopfteil 3 zugeführt, sodass dieser auch bei einem zu kurzen Rohrelement 10 wunschgemäß ausgebildet wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zum Längenausgleich, eine nicht näher definierte Einbuchtung am Kopfteil 3 eingebracht, zum Beispiel eingeschlagen wird, um - analog zum Vertiefen des Werkzeugangriffs 20 - den Kopfteil 3 bei zu kurzem Rohrelement 10 korrekt auszubilden. So lassen sich auch bei schwankenden Längen des jeweiligen Rohrelements 10 bei der Fertigung toleranzgemäße Schraubelemente 20 besonders einfach herstellen.
Es kann vorgesehen sein, dass mittels des bis hierher beschriebenen Verfahrens das Rohrelement 10 lediglich grob verformt bzw. einer Form des Schraubelements 2 lediglich grob angenähert wird. Demnach kann vorgesehen sein, dass das bereits grob verformte Rohrelement 10 einem Verfahrensschritt oder mehreren Verfahrensschritten des zuvor beschriebenen Verfahrens zum Herstellen des Schraubelements 2 erneut und/oder wiederholt unterzogen wird, sodass aus dem Rohrelement 10 letztendlich das gewünschte Schraubelement 2 hervorgeht, wobei das Außengewinde 6 in einem diesem Verfahren nachgeschalteten Schritt erzeugt wird. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein weiteres Gesenk eingesetzt wird, welches einen weiteren Dorn aufweist. Der weitere Dorn kann eine kleinere Außenumfangsfläche als der Dorn des ersten Gesenks 28 aufweisen, sodass im Verlaufe des Herstellens des Schraubelements 2 beim Umformen des Rohrelements 10 ermöglicht ist, die Innenumfangsfläche 15 immer weiter zu verkleinern. Falls mittels des Untergesenks 28 oder mittels eines weiteren Untergesenks oder mittels mehrerer weiterer Untergesenke der Kopfteil 3 des Schraubelements 2 ausgebildet wird, kann insbesondere bei einem finalen Verformen des Rohrelements 10 vorgesehen sein, dass das bei dem finalen Umformen eingesetzte Gesenk 28 dornfrei ausgebildet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann/können der Dorn 29 und/oder ein dem Dorn 29 entgegengesetzter, weiterer Dorn dazu vorgesehen und entsprechend ausgebildet sein, einen Werkzeugangriff, insbesondere den Werkzeugangriff 20, am Kopfteil 3 des Schraubelements 2 auszubilden. Das bedeutet, dass der den Werkzeugangriff 20 ausbildende Dorn, welcher insbesondere an einem nicht dargestellten Obergesenk ausgebildet sein kann, mit einer gewünschten Kontur des Werkzeugangriffs 20 korrespondiert, beispielsweise als ein Au ßensechskant ausgebildet ist. Hierbei sind eine Längserstreckung des Dorns 29 und eine Längserstreckung des weiteren Dorns so aufeinander abgestimmt, dass die Dorne das Herstellen des Schraubelements 2 nicht behindern. Gleichermaßen kann das Gesenk 28, insbesondere die Negativform 30, dazu ausgebildet sein, einen Werkzeugangriff, insbesondere den Werkzeugangriff 19, an dem Kopfteil 3 auszubilden. Beispielsweise wird mittels der Negativform 30 die in 4 gezeigte sechskantige Kopfform des Kopfteils 3 erreicht, wenn die Negativform 30, zumindest entlang deren Innenumfangskontur, als ein Innensechskant ausgebildet ist, welcher mit dem Werkzeugangriff 19 korrespondiert.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Innendurchmesser des Rohrelements 10 bzw. ein Innendurchmesser des Schraubelements 2 beim Kaltstauchen, insbesondere mittels des Dorns 29, auf ein vorgebbares oder vorgegebenes Maß kalibriert wird.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie das besonders stabile und masseeffizient ausgebildete Schraubelement 2 bereitzustellen ist, welches besonders flexibel einsetzbar und besonders aufwandsarm herstellbar ist. Gegenüber der eingangs genannten Hohlschraube weist das Rohrelement 10 und infolgedessen das Schraubelement 2 einen eckfrei ausgebildeten Innenquerschnitt auf, wodurch das Schraubelement 2 besonders einfach herstellbar ist.
Die in diesem Schriftsatz genannten Kopfformen des Kopfteils 3 und/oder Typen bzw. Gestalten der Werkzeugangriffe 19, 20 sind lediglich als beispielhaft zu verstehen. Das bedeutet, dass das erfindungsgemäße Schraubelement 2 mit im Stand der Technik üblichen Kopfformen und/oder Werkzeugangriffen 19, 20 auszurüsten ist. So kann der Kopfteil 3 einen Außensechskant, einen Außentorx, einen Innentorx, einen Schlitz und/oder einen Kreuzschlitz etc. aufweisen, um mittels üblichen Werkzeugen in bekannter Weise antreibbar zu sein.
Wird das Schraubelement 2 in einer Fertigung, insbesondere Serienfertigung, von Kraftfahrzeugen eingesetzt, ist ein Anpassen der Fertigung oder Serienfertigung an das neue Schraubelement 2 obsolet, da eine Außenkontur des Schraubelements 2 zumindest im Wesentlichen der herkömmlicher Schrauben bzw. Schraubelemente entspricht. Mit anderen Worten sind herkömmliche Schrauben bzw. Schraubelemente ohne besondere Maßnahmen, das heißt besonders aufwandsarm, gegen das erfindungsgemäße Schraubelement 2 austauschbar, wodurch das Schraubelement 2, insbesondere ohne Zeitverlust, in eine laufende Fertigung bzw. Serienfertigung von Kraftfahrzeugen integrierbar ist. Auf diese Weise ist mittels des Schraubelements 2 ein Umweltvorteil generiert, da das Schraubelement 2 im Vergleich zu herkömmlichen Schrauben oder Schraubelementen besonders masseeffizient ausgebildet ist. Denn ein Kraftfahrzeug, welches mit dem Schraubelement 2 oder mehreren Schraubelementen 2 ausgerüstet ist, ist besonders leicht, sodass dieses Kraftfahrzeug dann besonders kraftstoff- bzw. energieeffizient sowie emissionsarm zu betreiben ist.
Des Weiteren ist das Außengewinde 6 erzeugbar, indem bereits bekannte Verfahrensschritte Teil des Herstellungsverfahrens des Schraubelements 2 sind. Das bedeutet, dass das Außengewinde 6 beispielsweise gewalzt und/oder geschnitten werden kann, weshalb das Außengewinde 6 und infolgedessen das Schraubelement 2 besonders aufwandsarm herzustellen ist.
Bei einem Kaltstauchen des Rohrelements 10, sodass aus diesem das Schraubelement 2 hervorgeht, ist das Kanalelement 27 kopfseitig zumindest insoweit verschlossen, als dieses, ohne Zuhilfenahme von optischen Hilfsmitteln, nicht sichtbar ist. Das bedeutet, dass ein kopfseitiges Verschließen des Kanalelements 27 entfallen kann. Es wird insbesondere darauf hingewiesen, da eine Kopfauflage des Kopfteils 3 zumindest im Wesentlichen identisch ist mit einer Kopfauflage eines Kopfteils eines Schraubelements ohne Kanalelement. Im Vergleich mit einer Vollschraube bzw. mit dem Schraubelement ohne Kanalelement ergibt sich eine zumindest im Wesentlichen gleiche Vorspannkraft, welche mittels des Schraubelements 2 aufnehmbar bzw. auf mittels des Schraubelements 2 zu verbindende und/oder verbundende Bauteile übertragbar ist. Das bei dem Schraubelement 2 koaxial mit der Längsmittenachse 7 angeordnete Kanalelement stellt zwar eine Materialausnehmung im Gegensatz zu einer Vollschraube dar, doch hat diese Materialausnehmung lediglich einen besonders geringen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Schraubelements 2. Demnach ist das Schraubelement 2 zumindest im Wesentlichen gleich leistungsfähig wie ein Schraubelement 2 ohne Kanalelement bzw. aus Vollmaterial bei vorgegebener Dimensionierung.
Im Zusammenhang mit dem Außengewinde 6 sei darauf hingewiesen, dass dieses, wie bereits beschrieben, mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden, insbesondere spanlos, zum Beispiel Walzen, herstellbar ist. Infolgedessen kann eine verlustfreie Kreisringscheibe, welche beispielsweise als eine Unterlegscheibe zwischen dem Kopfteil 3 und einem mittels des Schraubelements 2 zu verspannenden Bauteil angeordnet sein kann, auf an sich bekannte Weise mit dem Schraubelement 2 in Zusammenwirkung gebracht werden. Insbesondere kann ein letzter Gewindegang geschlossen ausgebildet sein und/oder eine Gewindesteigung kleiner als eine Dicke der Unterleg- bzw. Kreisringscheibe sein, sodass die Unterlegscheibe wirksam gegen Verlust an dem Schaftteil 4 gesichert ist.
Bezugszeichenliste

1: Längserstreckungsrichtung
2: Schraubelement
3: Kopfteil
4: Schaftteil
5: Gewindebereich
6: Außengewinde
7: Längsmittenachse
8: Längenbereich
9: Hohlquerschnitt
10: Rohrelement
11: Teilbereich
12: Ende
13: Öffnung
14: Hohlquerschnitt
15: Innenumfangsfläche
16: Dehnbereich
17: Übergangsbereich
18: Übergangsbereich
19: Werkzeugangriff
20: Werkzeugangriff
21: Zwischenprodukt
22: Zwischenprodukt
23: Zwischenprodukt
24: Zwischenprodukt
25: Ende
26: Rohröffnung
27: Kanalelement
28: Gesenk
29: Dorn
30: Negativform
31: Stauch kraft
32: Umformwerkzeug
33: Gesenk
34: Negativform
d1: Durchmesser
d2: Durchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10319236 A1 [0005]

Claims

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, dadurch gekennzeichnet, 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.
Schraubelement (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das den Schaftteil (4) und den Kopfteil (4) bildende Rohrelement (10) einstückig ausgebildet ist, wodurch der Schaftteil (4) einstückig mit dem Kopfteil (3) ausgebildet ist.
Schraubelement (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlquerschnitt (9, 14) innenumfangsseitig frei von einer eckigen Form ist.
Schraubelement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftteil (4) einen in Längserstreckungsrichtung (1) des Schaftteils (4) zwischen dem Kopfteil (3) und dem Gewindebereich (5) einen zumindest außenumfangsseitig gewindefreien Dehnbereich (16) aufweist.
Schraubelement (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnbereich (16) einen geringeren Außenumfang als der Gewindebereich (5) aufweist.
Schraubelement (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftteil (4) einen in Längserstreckungsrichtung (1) des Schafteils (4) zwischen dem Dehnbereich (16) und dem Kopfteil (3) angeordneten Übergangsbereich (17) aufweist, welcher sich in Längserstreckungsrichtung (1) des Schaftteils (4), insbesondere zu dem Dehnbereich (16) hin, verjüngt.
Schraubelement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfteil (3) einen größeren Außenumfang als der Schaftteil (4) aufweist.
Schraubelement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfteil (3) einen Werkzeugangriff (19, 20) aufweist, über welchen der Kopfteil (3), insbesondere formschlüssig, mit einem Werkzeug zum Antreiben des Schraubelements (2) koppelbar ist.
Verfahren zum Herstellen eines Schraubelements (2), bei welchem ein Kopfteil (3) und ein mit dem Kopfteil (3) verbundener und einen Gewindebereich (5) mit einem Außengewinde (6) aufweisender 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, hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfteil (3) und der Schaftteil (4) aus einem Rohrelement (10) hergestellt werden, welches zumindest in einem Teilbereich (11) spanlos umgeformt wird, wodurch in dem Teilbereich (11) der infolge des Umformens den Hohlquerschnitt (9, 14) entlang der Längserstreckungsrichtung (1) auf Seiten des Kopfteils (3) verschließende Kopfteil (3) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrelement (10) zeitlich vor dem Umformen den Hohlquerschnitt (9, 14) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlquerschnitt (9, 14) zeitlich vor dem Umformen das Rohrelement (10) entlang dessen gesamter Längserstreckungsrichtung (1) durchsetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch die Schritte: - Bereitstellen eines einen Dorn (2) aufweisenden Gesenks (28); - Aufsetzen des Rohrelements (10) auf den Dorn (29), indem der Dorn (29) zumindest teilweise in den Hohlquerschnitt (9, 14) des Rohrelements (10) eingesteckt wird; - Umformen des Rohrelements (10), während das Rohrelement (10) auf den Dorn (29) aufgesetzt ist, sodass das Rohrelement (10) während des Umformens mittels des Dorns (29) gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als das Umformen Kaltstauchen durchgeführt wird.