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Die
Erfindung betrifft eine Radschraube zur Übertragung einer Fixierkraft
auf ein Kraftfahrzeugrad mit einem Schraubenkopf und mit einem einen Gewindeabschnitt
aufweisenden Schaft, wobei die Fixierkraft mittels eines gegen das
Kraftfahrzeugrad mit einer nicht-ebenen Kontaktfläche anlegbaren Stützringes
der Radschraube übertragbar
ist.
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Eine
solche Radschraube wird in der modernen Automobilherstellung insbesondere
bei hohen Beanspruchungen eingesetzt. Um die Übertragung großer Kräfte zu ermöglichen,
weist die Radschraube einen Stützring
auf, der zwischen dem Schraubenkopf und dem Kraftfahrzeugrad angeordnet
ist. Hierdurch kann die Schaftlänge
der Radschraube vergrößert werden.
Die größere Schaftlänge führt zu einer höheren Belastbarkeit,
insbesondere gegenüber
einer Querbelastung bzw. zu einer geringeren Belastung der Schraube
bei Querverschiebungen.
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Durch
die
EP 11 74 283 A1 ist
beispielsweise eine Radschraube bekannt, deren Schraubenkopf auf
ihrer dem Stützring
zugekehrten Kontaktfläche eine
erste Keilflächenverzahnung
und der Stützring auf
seiner dem Schraubenkopf zugewandten Gegenfläche eine korrespondierende
zweite Keilflächenverzahnung
aufweist. Die beiden Keilflächenverzahnungen
sind so ausgebildet und angeordnet, dass beim Fixieren der Radschraube
zwischen der Radschraube und dem Stützring ein Formschluss entsteht,
während
beim Lösen
der Radschrauben die Keilflächenverzahnungen
aufeinander gleiten und die Radschraube und der Stützring unter
Erhöhung
der Axialkraft auseinander gedrückt
werden. Auf diese Weise wird einem unbeabsichtigten Lösen der
Radschraube durch eine Erhöhung
der Axialkraft entgegengewirkt.
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Als
nachteilig erweist sich bei dieser Radschraube, dass zur Erhöhung der
Fixierkraft ein wesentlich höheres
Anzugsmoment auf den Radschraube übertragen werden muss, als
dies zur Erreichung derselben Fixierkraft bei gewöhnlichen
Radschrauben ohne eine Keilflächenverzahnung
erforderlich ist. Die zusätzlich
zu überwindende
Axialkraft führt
zudem zu einem erhöhten
Widerstand beim Lösen
der Radschraube.
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Es
sind weiterhin auch Radschrauben bekannt, deren Kontakffläche unter
dem Schraubenkopf in besonderer Weise ausgebildet ist, um die Gefahr
des selbsttätigen
Lösens
bei Belastung zu vermindern. Die Abstützfläche ist hierzu unter dem Schraubenkopf
mit einer Keilflächenverzahnung
versehen, deren Zähne
sich nach dem Festziehen und unter Belastung in das Material des
Kraftfahrzeugrades eingraben und damit einen erhöhten Widerstand hervorrufen,
der beim Lösen
aufgebracht werden muss.
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Als
problematisch erweist sich bei der Verwendung solcher Radschrauben
die Beschädigung der
Oberfläche
des Kraftfahrzeugrades. Außerdem ist
die mehrfache Verwendung solcher Radschrauben nur begrenzt möglich.
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Die
EP 08 36 016 B1 offenbart
bereits eine Radschraube für
ein Kraftfahrzeugrad, deren Stützring
im Bereich der Kontaktfläche
kugelförmig
ausgebildet ist und an dem Schraubenschaft in einer Ringnut über mindestens
eine Verstemmung verdrehbar gehalten ist. Hierdurch ist der Stützring verliersicher gehalten.
Zugleich wird dabei die Reibung zwischen dem Stützring und dem Schraubenkopf
verringert. Aufgrund der verringerten Reibung besteht jedoch die
Gefahr, dass sich die Radschraube selbsttätig löst.
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Durch
die
DE-OS 24 13 760 ,
die
US 32 63 727 sowie
die
EP 01 31 556 sind
auch bereits Federringanordnungen mit mehreren aufeinander liegenden
Federringen bekannt, die in Verbindung mit einer Radschraube eingesetzt
werden. Diese Federringe weisen auf ihren nach außen gekehrten
Oberflächen eine
die Reibung erhöhende
Verzahnung auf. Beim Fixieren der Radschraube entsteht ein Formschluss zwischen
den beiden Federringen. Beim Lösen
gleiten die beiden Federringe aufeinander ab Außerdem ist gemäß der
DE 297 04 820 U1 eine
Radschraube mit einem Stützring
bekannt, dessen Durchgangsbohrung einen Durchmesser aufweist, der
wesentlich größer als
der Außendurchmesser
des Gewindeschaftteiles der Radschraube bemessen ist. Hierdurch
sollen Krafffahrzeugräder
mit demselben Lochkreis an Radflanschen mit unterschiedlichen Lochkreisen
fixierbar sein.
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Als
nachteilig erweist sich dabei der zusätzliche Freiheitsgrad, der
insbesondere bei Querkräften zu
einem selbsttätigen
Lösen der
Radschraube führen
könnte.
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Die
DE 197 54 188 A 1
beschreibt ferner auch bereits eine spezielle Buchse zur Aufnahme
einer Radschraube, die für
Kraftfahrzeugräder
geeignet ist, die aus einer Außen-
und einer Innenschale bestehen. Die Buchse ist in Bohrungen der
Schalen eingepresst. Hierdurch soll eine einfache Fixierung erreicht
werden.
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Derartige
Federringanordnungen sind jedoch aufwendig in der Herstellung. Zugleich
erhöht sich
dadurch die Anzahl der erforderlichen Einzelteile. Weiterhin wird
der Handhabungsaufwand erhöht.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Radschraube der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die
Fixierkraft erhöht
werden kann, ohne hierzu zugleich auch das Anzugsmoment bei der
Montage der Radschraube erhöhen
zu müssen.
Insbesondere soll die Radschraube mit einem geringen Aufwand herstellbar sein.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit einer Radschraube gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also
eine Radschraube vorgesehen, deren Stützring mit der Radschraube mittels
einer Verdrehsicherung drehfest verbunden ist. Die Erfindung geht
dabei von der Erkenntnis aus, dass die Kontaktfläche zwischen dem Stützring und dem
Kraftfahrzeugrad in einfacher Weise die zuverlässige Übertragung hoher Fixierkräfte gestattet,
weil mittels der nicht-ebenen Kontaktfläche eine Keilwirkung erreicht
wird, die aufgrund der erhöhten
Normalkraft zu erhöhten
Reibungswerten führt.
Die so realisierten erhöhten
Reibungswerte lassen sich dabei zugleich zur Erhöhung der Fixierkraft nutzen,
indem mittels der Verdrehsicherung eine relative Drehbewegung der
Schraube gegenüber
dem Stützring verhindert
wird.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass der Schraubenkopf
relativ zu dem Stützring
um eine Querachse zu seiner Längsachse
eingeschränkt
schwenkbeweglich ausgeführt
ist. Hierdurch ist bei einer auftretenden Schubbelastung des Schraubverbundes
bestehend aus dem Kraftfahrzeugrad und der Radaufnahme eine Ausweichbewegung des
Schraubenkopfes möglich,
ohne dass hierbei zugleich auch eine unerwünschte Gleitbewegung des Stützringes
gegenüber
dem Kraftfahrzeugrad verbunden ist. Hierdurch wird die Schubbelastung
der Radschraube, die einen entscheidenden Einfluss auf das mögliche Lösen der
Radschraube hat, wesentlich verringert. Insbesondere wird ein Lösen der
Radschraube dadurch verhindert, dass das bei einer Schubverformung
des Rad-Nabe-Verbundes eingeleitete Lösemoment um die Radschraubenachse
aufgrund der Verdrehhemmung nicht zu rotatorischen Komponenten in
den Gleitbewegungen zwischen dem Schraubenkopf und dem Stützring führen, die ein
Lösen der
Radschraube nach sich ziehen können.
Es wird bei einer Relativbewegung zwischen dem Schraubenkopf und
dem Stützring
durch die Verdrehsicherung eine Lösedrehbewegung der Radschraube
verhindert.
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Dabei
erweist es sich als besonders praxisgerecht, wenn der Stützring eine
die Schwenkbeweglichkeit gestattende Gleitfläche aufweist, um so eine zuverlässig vorherbestimmbare
Ausweichbewegung des Schraubenkopfes gegenüber dem Stützring zu gewährleisten.
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Insbesondere
ist es hierbei besonders günstig,
wenn die Gleitfläche
zumindest abschnittsweise kalottenförmig ausgeführt ist und dadurch eine Verlagerung
ohne eine Verlagerung der Radschraube in deren Längsrichtung gestattet, um so
eine unerwünschte
Beeinträchtigung
der Schwenkbewegung zu vermeiden.
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Die
Verdrehsicherung könnte
durch eine kraftschlüssige
Verbindung, beispielsweise durch eine Klemmverbindung zwischen dem
Stützring
und dem Schaft realisiert werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der die Verdrehsicherung eine fomschlüssige Verbindung
zwischen dem Stützring
und dem Schaft aufweist. Hierdurch gestattet die Verdrehsicherung
die zuverlässige Übertragung
hoher Kräfte.
Zugleich wird dadurch der konstruktive Aufwand verringert und die
Herstellung wesentlich vereinfacht. Zudem sind dadurch Montagefehler
nahezu ausgeschlossen, weil die formschlüssige Verbindung lediglich
eine vorbestimmte Montageposition gestattet und diese Montageposition
ohne weitere Hilfsmittel visuell überprüfbar ist.
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Die
Verdrehsicherung kann hierzu durch eine Verbindung zwischen dem
Schaft und dem Stützring
realisiert werden. Besonders praxisnah ist es hingegen, wenn die
Verdrehsicherung eine formschlüssige
Verbindung zwischen dem Stützring
und dem Schraubenkopf aufweist. Hierdurch kann der Schaft gegenüber einer
nach dem Stand der Technik bekannten Radschraube unverändert ausgeführt werden.
Insbesondere kann auf diese Weise ein unerwünschter Einfluss der Verdrehsicherung
auf die mit der Radschraube übertragbaren
Kräfte
vermieden werden. Zudem könnten
bereits vorhandene Radschrauben-Konstruktionen mit geringfügigen Änderungen übernommen
werden.
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Die
Verdrehsicherung könnten
beispielsweise durch einen Sicherungsbolzen erreicht werden, der
sowohl den Schaft als auch den Stützring durchdringt. Besonders
einfach ist hingegen eine Abwandlung der vorliegenden Erfindung,
bei welcher die Verdrehsicherung eine Keilverbindung oder Verzahnung aufweist.
Hierdurch können
auch vergleichsweise große
Kräfte
zuverlässig übertragen
werden, ohne dass hierzu die Anzahl der Bauelemente und damit der
Montageschritte erhöht
werden muss. Die Verdrehsicherung kann hierbei auch durch Vielzahn- oder
Torxverbindung, sowie eine Riffelung erreicht werden.
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Eine
besonders Erfolg versprechende Abwandlung wird dabei auch dann erreicht,
wenn die Radschraube mehrere am Umfang gleichverteilt angeordnete
Vorsprünge
aufweist, die in korrespondierende Ausnehmungen des Stützringes
formschlüssig eingreifen.
Hierdurch wird einerseits eine gleichmäßige Krafteinleitung ermöglicht,
wobei zudem aufgrund der Symmetrie eine bestimmte Winkelstellung
nicht erforderlich ist. Andererseits werden durch die achssymmetrische
Gestaltung ungleichmäßige Gewichtsverteilungen,
die zu einer Unwucht des Kraftfahrzeugrades führen könnten, vermieden.
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Eine
besonders zweckmäßige Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Radschraube
wird auch dadurch erreicht, dass der Stützring kalottenförmig ausgeführt ist.
Hierdurch wird die gewünschte
Keilwirkung erreicht, ohne dass unerwünschte Spannungszustände in der
Kontaktfläche
auftreten könnten.
Zudem gestattet die kalottenförmige
Gestaltung des Stützringes
einen Ausgleich möglicher
Fertigungstoleranzen.
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Weiterhin
erweist es sich als besonders Erfolg versprechend, wenn der Stützring zumindest
abschnittsweise aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium besteht
und dadurch bereits aufgrund der Reibpaarung die Übertragung
hoher Kräfte
vergleichsweise einfach erreicht werden kann. Der Stützring aus
Aluminium oder Magnesium kann dabei gleichermaßen bei Stahl- oder Leichmetallrädern eingesetzt
werden.
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Die
Erfindung lässt
zahlreiche Ausführungsformen
zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon
in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese
zeigt in
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1 eine erfindungsgemäße Radschraube mit
einer Verdrehsicherung in einer Schnittdarstellung;
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2 eine Draufsicht auf einen
Stützring
der in 1 gezeigten Radschraube;
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3 eine weitere erfindungsgemäße Radschraube
mit einer Verdrehsicherung in einer perspektivischen Darstellung
von schräg
unten;
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4 eine weitere perspektivische
Darstellung der in 3 gezeigten
Radschraube in einer Ansicht von schräg oben;
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5 eine geschnittene Seitenansicht
der in 3 gezeigten Radschraube.
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1 zeigt in einer geschnittenen
Seitenansicht eine Radschraube 1 für ein nicht gezeigtes Kraftfahrzeugrad.
Zur Übertragung
eines Anzugsmomentes ist die Radschraube 1 mit einem zur
Montage durch handelsübliche
Werkzeuge geeigneten Schraubenkopf 2 ausgestattet.
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Ein
Schaft 3 der Radschraube 1 ist an einem dem Schraubekopf 2 abgeneigten
Abschnitt mit einem Gewindeabschnitt 4 ausgestattet, welcher
zum Einschrauben in eine nicht gezeigte Gewindeaufnahme einer Radbefestigung
ausgeführt
ist. Zwischen dem Schraubenkopf 2 und dem Gewindeabschnitt 4 ist
auf dem Schaft 3 ein Stützring 5 angeordnet,
der eine kalottenförmige
Kontaktfläche 6 zur
Anlage gegen die Radbefestigung für das Kraftfahrzeugrad aufweist.
Der Stützring 5 ist
auf dem Schaft 3 mittels einer Verdrehsicherung 7 drehfest
geführt,
um die aufgrund der kalottenförmigen
Ausgestaltung erreichbare Fixierkraft zuverlässig auf die Radschraube 1 übertragen
zu können
und damit ein unbeabsichtigtes Lösen
der Radschraube 1 zu verhindern. Hierzu ist die Radschraube 1 mit
mehreren am Umfang angeordneten Vorsprüngen 8 ausgestattet,
die in korrespondierende Ausnehmungen 9 des Stützringes 5 formschlüssig eingreifen.
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Die
konstruktive Ausführung
des Stützringes 5 wird
ergänzend
anhand der 2 verdeutlicht,
die den Stützring 5 der
in 1 gezeigten Radschraube 1 in
einer Draufsicht zeigt. Zu erkennen sind die am Umfang gleichverteilt
angeordneten Ausnehmungen 9 des Stützringes 5, durch
die eine zuverlässige Übertragung
hoher Kräfte
erreicht wird und zugleich eine fehlerhafte Montage vermieden wird.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Radschraube 10 mit
einer Verdrehsicherung 11 wird anhand der 3 und 4 beschrieben,
die jeweils eine perspektivische Darstellung der Radschraube 10 aus
verschiedenen Blickwinkeln zeigen. Die Radschraube 10 hat
einen Gewindeabschnitt 12 und einen Schraubenkopf 13.
Der Schraubenkopf 13 hat an seiner Unterseite eine kalottenförmige Gleitfläche 14 mit
mehreren am Umfang gleich verteilt angeordneten Vorsprüngen 15,
die in korrespondierende Ausnehmungen 16 eines ebenfalls
kalottenförmigen
Stützringes 17 formschlüssig eingreifen.
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Wie
anhand der 5 näher dargestellt
gestattet die Gleitfläche 14 eine
Ausweichbewegung des Schraubenkopfes 13 aufgrund einer
in Pfeilrichtung wirkenden Schubkraft F, ohne dass hiermit zugleich
auch eine unerwünschte
relative Verlagerung des Stützringes 17 gegenüber einem
Kraftfahrzeugrad 18 verbunden ist. Insbesondere führt eine
relative Verschiebung einer Radaufnahme 21, in dessen Gewindeaufnahme 22 der
Gewindeabschnitt 12 festgelegt ist, gegenüber dem
Kraftfahrzeugrad 18 um die Verschiebung x zu einer Verformung des
durch eine Durchbrechung 19 des Kraftfahrzeugrades 18 hindurchreichenden
Schaftes 20 der Radschraube 10. Diese Verformung
führt zu
einer Auslenkung α der
Radschraube 10 gegenüber
der senkrechten Normallage. Aufgrund der kalottenförmigen Gleitfläche 14 und
der Verdrehhemmung gegenüber
dem Schraubenkopf 13 wird dadurch das eingeleitete Lösemoment
verringert und eine Lösedrehbewegung der
Radschraube 10 bei Gleitbewegungen vermieden.
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- 1
- Radschraube
- 2
- Schraubenkopf
- 3
- Schaft
- 4
- Gewindeabschnitt
- 5
- Stützring
- 6
- Kontaktfläche
- 7
- Verdrehsicherung
- 8
- Vorsprung
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Radschraube
- 11
- Verdrehsicherung
- 12
- Gewindeabschnitt
- 13
- Schraubenkopf
- 14
- Gleitfläche
- 15
- Vorsprung
- 16
- Ausnehmung
- 17
- Stützring
- 18
- Kraftfahrzeugrad
- 19
- Durchbrechung
- 20
- Schaft
- 21
- Radaufnahme
- 22
- Gewindeaufnahme
- F
- Schubkraft
- x
- Verschiebung
- α
- Auslenkung