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Die
Erfindung betrifft ein Nabenaggregat für das Rad eines Kraftfahrzeugs
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Zum
besseren Verständnis
der Probleme und der technischen Lösungen, die gegenwärtig in Bezug
auf die Festlegung einer Schraube auf einer Nabe bekannt sind, wird
in großen
Zügen eine
herkömmliche
Ausführung
der Festlegung beschrieben, wozu auf 1 der beigefügten Zeichnungen
verwiesen wird.
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Nach 1 werden
bei den bis heute überwiegenden
Anwendungsmodalitäten
für die
Befestigung des Rades und des Bremsrotors an einem radialen Flansch 17 einer
Radnabe 18 in axialer Richtung das (nicht dargestellte)
Rad, ein (nicht dargestellter) Flansch des Bremsrotors und der radiale
Nabenflansch 17 nebeneinander angeordnet, wobei die in diesen
Bauteilen angebrachten Bohrungen zum Fluchten gebracht werden. Gewöhnlich werden
vier oder fünf
Bolzenschrauben 10 verwendet, die von der in axialer Richtung
innenliegenden (oder Inboard-Seite) des Nabenflansches eingeführt werden. Jede
Schraube hat einen Kopf 11 und einen Schaft 12 mit
einem Endbereich 13, der ein Gewinde trägt, und einem nahe dem Schraubenkopf
gelegenen, mit Rändelung
versehenen Bereich 14. Die Schrauben 10 werden
in kreisrunde axiale Löcher 16 in
dem Nabenflansch 17 mit negativem Spiel eingetrieben. Nach
der Einbringung wird auf den Endteil der Schraubenschäfte von
außen
zunächst
der Bremsrotor und dann das Rad eingeführt und zuletzt die äußeren (nicht
dargestellten) Muttern mit einem vorgegebenen Anzugsmoment aufgeschraubt.
Die Rändelungen 15 dienen
dazu, die Schrauben 10 gegen eine Drehung gegenüber dem
Nabenflansch festzulegen, und zwar sowohl wenn das erwähnte Anzugsmoment angelegt
wird als auch wenn die Mutter gelöst wird, um das Rad und/oder
den Bremsrotor von der Nabe abzunehmen.
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Diese
Festlegungswirkung kann jedoch gerade wegen des Vorgangs des Eintreibens
bzw. Einpressens verlorengehen. Damit nämlich die Rändelung in das Material des
Flansches einzuschneiden vermag, werden die Schrauben vorab einer
Härtungsbehandlung
durch Vergütung
unterworfen; die Kämme
bzw. Grate der Rändelung
sind jedoch besonders schwer zu härten, da sie infolge ihrer
spitz zulaufenden Form zur Entkohlung neigen. Während des Einpressens erleiden
daher die Kämme
bzw. Grate der Rändelung
einen Abrieb, und die auf die Verhinderung einer Drehbewegung angelegte
Passung verliert an Wirksamkeit. Das im übrigen nicht beherrschbare
Problem taucht dann auf, wenn man versucht, die Befestigungsmuttern
anzuziehen, und die Schrauben durchdrehen und dadurch dieser Arbeitsvorgang
erschwert wird. Dazu kommt noch, dass der Stahl, aus dem die Nabe
besteht, wesentlich weniger hart sein muß, als das Material der Schrauben,
damit die drehungsverhindernde Passung wirksam ist. Dieses Problem
tritt noch deutlicher zutage bei den immer härteren Stählen, aus denen die heutigen
Naben bestehen.
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Ein
weiteres Problem, das mit dem Einpressen in Verbindung steht, liegt
in dem Umstand, dass aufgrund des beträchtlichen negativen radialen Spiels,
das erforderlich ist, um die Drehbewegung der Schrauben gegenüber dem
Nabenflansch zu unterbinden, dieses Einpressen auf der radial außenliegenden
Seite 19 des Nabenflansches unvermeidlicherweise eine Stauchung
oder ein Austreten des aus den Bohrungen 16 abgetragenen
Materials verursacht. „Vulkanförmige" Bildungen dieser
Art sind unerwünscht,
weil sie Vorsprünge
auf der Außenseite 19 bilden,
die stattdessen eine vollkommen ebene Oberfläche aufweisen sollte, an der
der Bremsrotor anliegen muß.
Dazu kommt noch, dass die beim Einpressen wirkenden starken Axialkräfte weitere
Verformungen in Gestalt radial verlaufender Wellenbildungen auf
der axial außenliegenden
Fläche
des Nabenflansches verursachen.
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Wegen
aller dieser Faktoren bildet die Außenfläche 19 keine ebene
und genau senkrecht zur Nabendrehachse verlaufende Anliegefläche mehr; während des
Bremsvorgangs kommt es daher zu abnormen Vibrationen (dem sog. Juddering).
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Da
die Automobilhersteller fordern, dass der sog. axiale Runout der
Nabenfläche,
die als axiale Auflage für
den Bremsrotor dient, auf ein Mindestmaß verringert wird, muß nach dem
Einpressen der Schrauben die Auflagefläche 19 einer Endbearbeitung
auf der Drehbank unterzogen werden, um die unerwünschten Auswirkungen des Einpressens
zu beseitigen oder zumindest zu verringern. Diese Endbearbeitung
ist kostspielig, erfordert viel Zeit und wird darüber hinaus
durch die Anwesenheit der in den Nabenflansch eingesetzten Schrauben
erschwert. Um wenigstens einigen dieser Probleme abzuhelfen, wurde
vorgeschlagen, einen Bereich in Form eines rückspringenden Kreisrings zu
schaffen, der den Bereich umfasst, in dem die Bohrungen 16 auf
der Auflagefläche 19 erscheinen,
um auf diese Weise die ungünstige
Wirkung der Stauchungen 20 zu verringern oder zu beseitigen.
Die Wellenbildungen verbleiben jedoch, und die Endbearbeitung auf
der Drehbank wird daher praktisch unerlässlich, wenn man den verbleibenden
axialen Runout auf Werte unter 30 μm verringern will.
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Ziel
der Erfindung ist es daher, die Festlegung der Schrauben für die Anbringung
des Rades an der Nabe so zu verbessern, dass alle Nachteile und
Einschränkungen
des oben erörterten
Standes der Technik beseitigt werden.
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Diese
und weitere Ziele und Vorteile, die nachfolgend noch besser verständlich werden,
werden erfindungsgemäß durch
ein Nabenaggregat erreicht, wie es in den beigefügten Ansprüchen erfasst ist.
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Es
werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen
einige bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
axialen Schnitt durch ein Lager-Nabe-Aggregat für das Rad eines Kraftfahrzeugs,
das mit Schrauben versehen ist, die nach dem Stand der Technik eingetrieben
wurden;
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2 einen
axialen Schnitt durch ein Nabenaggregat einschließlich Feststellungselementen
für Schrauben
zur Anbringung eines Rades;
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3 eine
perspektivische Ansicht in vergrößertem Maßstab eines
der Festlegungselemente der 2;
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4 einen
radialen Schnitt durch das Festlegungselement der 3;
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5 eine
vergrößerte Ansicht
einer Einzelheit von 4;
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6 einen
axialen Schnitt längs
der Linie VI-VI von 4;
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die 7 und 8 radiale
Schnitte durch zwei abweichende Ausführungsformen des Festlegungselements,
und
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9 einen
axialen Schnitt durch eine weitere abweichende Ausführungsform
des Festlegungselements.
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Bezugnehmend
auf 2 und unter Verwendung der gleichen Bezugszahlen
für gleiche
oder entsprechende, bereits im Zusammenhang mit 1 beschriebene
Teile, sind Schrauben 10 für die Anbringung eines (nicht
dargestellten) Rades in die axialen Bohrungen 16 des Flansches 17 der
drehbaren Nabe 18 eingefügt. Die Schäfte 12 der Schrauben 10 in 2 sind
ohne die herkömmlichen
Rändelungen in
dem den Schraubenköpfen 11 benachbarten
Bereich.
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Erfindungsgemäß ist zwischen
dem Schaft 12 einer jeden Schraube und der entsprechenden axialen
Bohrung 16 in radialer Richtung ein allgemein ringförmiges Festlegungselement 30 eingefügt, das in
den 3 bis 6 gesondert dargestellt ist.
Jedes Festlegungselement 30 ist in Form eines im Wesentlichen
zylindrischen, sich in axialer Richtung erstreckenden offenen elastischen
Rings ausgebildet und weist eine Vielzahl von radial nach innen
vorspringenden elastischen Laschen 32 auf, deren Enden
mit dem Schaft 12 einer Schraube 10 in Berührung stehen,
sowie eine Vielzahl von radial nach außen vorspringenden elastischen
Laschen 31, mit Enden, die mit der Oberfläche einer
Bohrung 16 der mit Flansch versehenen Nabe 18 in Berührung stehen. Die
Laschen 31, 32 bleiben elastisch in radialer Richtung
zwischen der Schraube und der Bohrung 16 eingespannt, weshalb
die Festlegungselemente 30 die Schrauben 10 gegen
eine Drehbewegung gegenüber dem
Nabenflansch festlegen, und zwar sowohl dann, wenn die äußeren (nicht
dargestellten) Muttern aufgeschraubt und angezogen werden, als auch
dann, wenn die Muttern abgeschraubt werden, um das Rad und/oder
den Bremsrotor von der Nabe abzunehmen.
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Die
Anzahl, die Form, die Abmessungen und die Verteilung der elastischen
Laschen 31, 32 sind vorzugsweise so gewählt, dass
in dem in 2 dargestellten Zustand, d.h.
vor der Anbringung des Rades und/oder des Bremsrotors, jedes Festlegungselement
die jeweilige Schraube mit dem über
den Flansch in einer axial äußeren und
im Wesentlichen zur Nabenachse x parallelen Richtung vorstehenden Gewindeteil 13 festhält. Bei
dieser Anordnung fluchten die Schrauben in axialer Richtung mit
den entsprechenden an einem (nicht dargestellten) Rad vorhandenen
Bohrungen für
den Radeinbau und gegebenenfalls auch mit denen eines (nicht dargestellten) Bremsrotors,
was die Anbringung des Rades und des Bremsrotors erleichtert. Zu
diesem Zweck haben die Laschen 31, 32 eine axiale
Ausdehnung von vorzugsweise mindestens 3 mm.
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Die
elastischen Laschen 31, 32 werden vorzugsweise
durch Schneiden, Trennen oder Stanzen ausgehend von einem zylindrischen
Ringelement aus Federstahl, vorzugsweise gehärtetem Stahl, hergestellt,
so dass sie scharfkantige Außenränder aufweisen,
die eine noch wirksamere Festlegung erzielen, indem sie sich gegen
die jeweiligen glatten Flächen
des Schaftes 12 der Schraube 10 und der axialen
Bohrung 16 einspreizen. Es ist daher besonders vorteilhaft,
nach außen
geneigte und nach innen geneigte Laschen wie die in den Zeichnungen
dargestellten herzustellen, um ihre elastischen Eigenschaften zu
nutzen, indem sie in eine radiale Ebene abgebogen werden, wenn sie
zwischen die Schraubenschäfte
und die Nabenbohrungen 16 eingefügt werden.
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Bei
der in den 3 bis 6 dargestellten Ausführungsform
sind alle inneren Laschen 32 bezogen auf einen Drehsinn
nach vorn geneigt und die äußeren Laschen 31 alle in Bezug auf den
entgegengesetzten Drehsinn nach vorne geneigt. In der in 7 dargestellten
abweichenden Ausführungsform
sind einige der inneren Laschen 32 in Bezug auf einen Drehsinn
nach vorn geneigt, während
andere innere Laschen in dem entgegengesetzten Drehsinn nach vorne
geneigt sind. In entsprechender Weise sind einige der äußeren Laschen 31 gegenüber einem Drehsinn
nach vorn geneigt, während
andere äußere Laschen
in dem entgegengesetzten Drehsinn nach vorne geneigt sind.
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Die
einschlägigen
Fachleute werden erkennen, dass die von den elastischen Laschen
erzeugte elastische Wirkung auch mit Laschen oder allgemeiner elastischen
Vorsprüngen
mit Formen, Abmessungen und Neigungen genutzt werden kann, die von den
hier lediglich als Beispielen dargestellten verschieden sind. Beispielsweise
können,
wie in der abweichenden Ausführungsform
der 8 dargestellt, die elastischen Laschen durch mechanisch
gleichwertige elastische Einrichtungen ersetzt werden, wie etwa
nach außen
(31) oder nach innen (32) sich konvex darstellende
Bereiche, die durch Ausbeulen und/oder Schneiden bzw. Trennen oder
Stanzen gebildet werden.
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In
gleicher Weise kann das Festlegungselement 30 eine axial
unsymmetrische Form aufweisen wie die in 9 dargestellte,
die mit einem in radialer Richtung vorspringenden seitlichen Rand 33 versehen
ist, der gegen die „Inboard"-Seite 22 des
Flansches 17 zum Anschlag kommen kann.
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Wie
sich aus der vorausgehenden Beschreibung ergibt, ermöglicht die
Erfindung eine „elastische" Festlegung der Schrauben
gegen eine Verdrehung gegenüber
der Nabe.
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Die
einschlägigen
Fachleute werden erkennen, dass die Erfindung die folgenden wesentlichen Vorteile
gegenüber
dem in der Beschreibungseinleitung erwähnten Stand der Technik ermöglicht.
- 1) Die Erfindung gewährleistet vor allem eine beständige und
zuverlässige
Befestigung der Schrauben auch an stählernen Flanschen großer Härte.
- 2) Die Oberfläche 19 des
Nabenflansches, die als axiale Anliegefläche für den Bremsrotor dient, weist
einen geringen axialen Runout auf. Durch die Erfindung werden die
verschiedenen plastischen Verformungen (Wellenbildungen, Stauchungen
usw.), die durch das herkömmliche
Eintreiben verursacht werden, und die Endbearbeitungen vermieden,
die darauf abzielen, diese Verformungen zu verringern.
- 3) Die „Inboard"-Oberfläche 22 des
Nabenflansches kann unbearbeitet bleiben und die herkömmliche
Dreh-Bearbeitung dieser Seite des Flansches kann folglich wegfallen.
- 4) Da die axialen Bohrungen 16 in dem Flansch 17 der
Nabe keine genaue radiale Passung mit den Schrauben gewährleisten
müssen,
bedarf es der herkömmlichen
Feinbohrbearbeitung nicht mehr. Die Elastizität der Laschen gleicht das radiale
Spiel zwischen dem Schaft 12 der Schraube und der entsprechenden
Bohrung 16 aus.
- 5) Die axiale Ausrichtung der Schrauben 10 erleichtert,
sobald sie einmal an der Nabe angebracht sind, dank ihrer flexiblen
Anbringung ihre Einführung
in die Bohrungen des Bremsrotors und des Rades. Wenn nämlich eine
herkömmliche Rändelschraube
in ungenauer Weise eingetrieben wurde, so dass sie gegenüber der
Nabendrehachse geneigt war, musste sie unter Kraftaufbietung gerade
ausgerichtet werden, wodurch die von den herkömmlichen Rändelungen bewirkte Passung
gefährdet
wurde.
- 6) Die Herstellung der Schraubenrändelung und die damit verbundenen
Kosten entfallen.
- 7) Die Wärmebehandlung,
der die Schrauben unterworfen werden, ist weniger kritisch; der
Wegfall der Rändelung
ermöglicht
eine vereinfachte und wirtschaftlichere Wärmebehandlung, bei der es nicht
mehr nötig
ist, eine Aufkohlung vorzunehmen, um die erwähnten Risiken der Entkohlung der
Grate der herkömmlichen
Rändelung
zu begrenzen.
- 8) Die Anbringung der Schrauben mittels der erfindungsgemäßen ringförmigen Festlegungselemente
ermöglicht
es, die Schrauben, die ohne Rändelung
sind, zu vereinheitlichen bzw. zu normieren in Abhängigkeit
lediglich vom Kerndurchmesser, unabhängig von den geometrischen Merkmalen
des erforderlichen Gewindes und ohne noch auf den Durchmesser der
Rändelung achten
zu müssen.
Mit anderen Worten, auf unbearbeiteten Schrauben mit einem gegebenen
Kerndurchmesser können
unterschiedliche Gewinde erzeugt werden, während bis jetzt die Wahl der unbearbeiteten
Schrauben auch vom Durchmesser der Rändelung abhing. Die Erfindung
bringt folglich auch eine vorteilhafte Reduzierung der für die Herstellung
der axialen Bohrungen in dem Nabenflansch erforderlichen Werkzeuge
mit sich.
- 9) Die erfindungsgemäße Anbringung
einer Schraube ermöglicht
ihre Wiederverwendung, wobei allenfalls das ringförmige Festlegungselement
ersetzt wird. Der Wegfall der Rändelungen verhindert
auch die von diesen normalerweise in den Bohrungen des Nabenflansches
verursachten Einschnitte, weshalb eine (neue oder bereits vorher
verwendete) Schraube von neuem in eine im Wesentlichen unversehrte
Bohrung eingeführt werden
kann.
- 10) Es kann eine ideale Korrosionsschutzbehandlung für den Gewindeteil
der Schraube gewählt werden.
Bei den herkömmlichen
Rändelschrauben
muß die
gewählte
Korrosionsschutzbehandlung ein Kompromiß zwischen zwei verschiedenen
optimalen Lösungen
sein, einer besseren für die
Rändelung
und einer für
das Gewinde.
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Ein
Nabenaggregat für
das Rad eines Kraftfahrzeugs enthält eine drehbare Nabe mit einem
radialen Flansch, durch den axiale Durchgangsbohrungen verlaufen.
Durch jede Bohrung ist der Schaft einer Schraube eingeführt, um
ein Rad an der Nabe befestigen zu können. Zwischen jeder Bohrung
und dem Schaft der entsprechenden Schraube ist radial ein Festlegungselement
eingefügt,
das die Schraube gegen eine Drehung gegenüber dem Nabenflansch festlegt.
Das Festlegungselement hat die Form eines Ringes mit einer Reihe
von Laschen, die radial nach innen vorspringen und in elastischer
Berührung
mit dem Schraubenschaft stehen, und einer Reihe von Laschen, die
radial nach außen
vorspringen und in elastischer Berührung mit der inneren Oberfläche der Bohrung
stehen.