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Die
vorliegende Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ein Befestigungselement für Fahrzeugräder
mit einem einendig einen Schraubenkopf aufweisenden Gewindebolzen
mit einem Außengewinde-Nenndurchmesser im Bereich von 10
mm bis 16 mm, wobei der Schraubenkopf aus einem Kraftangriff für
ein Drehwerkzeug und einem zwischen dem Kraftangriff und dem Gewindebolzen angeordneten
Eingriffabschnitt mit einer sich im Durchmesser verjüngenden
Anlagefläche zum Eingriff in eine Gegenkontur eines radseitigen
Befestigungsloches besteht, wobei der Kraftangriff als Außenkraftangriff
mit einem polygonalen Außenquerschnitt ausgebildet ist.
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Derartige
Befestigungselemente (Radschrauben) sind allgemein bekannt. Lediglich
beispielhaft sei hier auf die Veröffentlichung
DE 87 02 166 U1 verwiesen.
Der Kraftangriff ist in aller Regel als Außensechskant
ausgebildet.
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Solche
Schrauben werden üblicherweise aus einem bolzenförmigen
Metall-Rohling (Drahtmaterial) durch plastisches Umformen in einem
Kaltumformprozess hergestellt, vgl. dazu beispielsweise die
DE 10 2007 050 849
A1 , die allerdings eine andere, bezüglich der
Kopf-Form nicht gattungsgemäße Radschraube beschreibt.
Grundsätzlich wird aber der Kopf durch einen Stauchvorgang
gebildet, wobei das Material plastisch in die gewünschte
Form umgeformt werden muss. Bei einer Radschraube der oben beschriebenen,
gattungsgemäßen Art bestehen Probleme bei der
Formung des Schraubenkopfes durch den Stauchvorgang, und zwar vor
allem im Bereich des Eingriffabschnittes und seiner Anlagefläche,
wodurch bisher der Anlagekontakt in der Gegenkontur des jeweiligen
radseitigen Befestigungsloches nicht optimal war. Daher kommt es
bei herkömmlichen Radschrauben in der Praxis recht häufig
zu einem Setzverlust, einer Lockerung (Vorspannkraftverlust) oder sogar
zum vollständigen Lösen der Radschraube, was zu
einem recht hohen Sicherheitsrisiko führt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Befestigungselement der
beschriebenen Art so zu verbessern, dass dieses im Kaltumformprozess mit
erhöhter Prozesssicherheit und verbesserter Präzision
insbesondere im Bereich der Anlagefläche zur Rad-Lochkontur
hin herstellbar ist, so dass eine erhöhte Gebrauchssicherheit
gewährleistet werden kann.
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Erfindungsgemäß wird
dies durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind in den abhängigen
Ansprüchen sowie in der anschließenden Beschreibung
enthalten.
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Demnach
weist erfindungsgemäß der Schraubenkopf auf seiner
von dem Gewindebolzen wegweisenden Stirnseite eine zentrische Eindruckvertiefung
mit einer kalottenartigen Kontur sowie mit einer im Zentrum axial
gemessenen Tiefe auf, die mindestens der axialen Höhe des
Eingriffabschnittes entspricht, wobei zwischen dem Zentrum der Eindruckvertiefung
und dem dieser zugewandten Beginn des Eingriffabschnittes ein axialer
Abstand von mindestens 2 mm bis maximal 5 mm vorhanden ist. Indem
die erfindungsgemäße Eindruckvertiefung ebenfalls
im Kaltumformprozess in den Kopf eingeprägt wird, wird
im Kopfbereich bei der plastischen Umformung ein derart verbesserter
Materialfluss bewirkt, dass eine deutlich verbesserte Qualität
im Bereich der Anlagefläche des Eingriffabschnittes erreicht
werden kann. Vorzugsweise wird hierbei eine geschliffene und polierte
Werkzeugform verwendet, so dass durch die erfindungsgemäß erreichte
exakte Abbildegenauigkeit eine besonders hohe Oberflächengüte
erzielt wird und somit während des Gebrauchs des Befestigungselementes
ein vollflächiges, gleichmäßiges Tragen
mit sehr geringen Setzverlusten gewährleistet ist. Die
so herstellbare, voll tragende und mit geringer Rautiefe erzeugte
Anlagefläche (Funktionsfläche) zur radseitigen
Lochkontur (Felgensitz) hin ergibt einen hohen Sicherheitsgewinn
gegen Setzverluste und vermeidet ein Lockern oder sogar Lösen
des Befestigungselementes vom Rad. Diese Ausführung führt
auch zur Vermeidung der so genannten Dauerbruchgefahr im Falle von Vorspannkraftverlusten.
Dadurch verbessert sich die Sicherheit, indem ein Lösen
eines Rades während der Fahrt vermieden und somit die Unfallgefahr
verringert wird.
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Die
Erfindung bezieht sich speziell auf Radschrauben mit einem Außengewinde-Nenndurchmesser
im Bereich von 10 mm bis 16 mm. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen,
dass die Höhe des Eingriffabschnittes im Bereich von 4
mm bis 8 mm, insbesondere 5 mm bis 7 mm, liegt, wobei die Tiefe
der Eindruckvertiefung im Bereich von 5 mm bis 10 mm und insbesondere
im Bereich um 7 mm liegt.
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In
einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Radschraube ist die Anlagefläche des Eingriffabschnittes
kugelkalottenförmig konvex gewölbt ausgebildet.
In Anpassung hieran weist die Eindruckvertiefung eine spezielle
Ausgestaltung auf, die in der nachfolgenden Beschreibung noch genauer
erläutert werden wird.
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In
einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Radschraube ist die Anlagefläche des Eingriffabschnittes
konisch ausgebildet. Auch dabei weist dann die Eindruckvertiefung
eine angepasste besondere Kontur auf, die ebenfalls noch genauer
beschrieben werden wird.
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Im
Folgenden sollen anhand der Zeichnungen zwei bevorzugte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Befestigungselementes genauer
erläutert werden. Dabei zeigen:
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1 einen
stark vergrößerten Axialschnitt einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Befestigungselementes und
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2 eine
zweite Ausführung des Befestigungselementes in einer Darstellung
analog zu 1.
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In
den beiden Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein
erfindungsgemäßes Befestigungselement (Radschraube) 1 besteht
aus einem Gewindebolzen 2 mit einem einendigen Schraubenkopf 4.
Der Schraubenkopf 4 ist durch einen Stauchvorgang im Kaltumformprozess
einstückig und gegenüber dem Gewindebolzen 2 mit
vergrößertem Querschnitt angeformt. Der Gewindebolzen 2 weist
ein Außengewinde 6 mit einem Nenndurchmesser D
im Bereich von 10 mm bis 16 mm auf. Der Schraubenkopf 4 besteht
aus einem Kraftangriff 8 für ein nicht dargestelltes
Drehwerkzeug zur Drehmomentübertragung und einem zwischen
dem Kraftangriff 8 und dem Gewindebolzen 2 angeordneten
Eingriffabschnitt 10 mit einer sich im Durchmesser in Richtung
des Gewindebolzens 2 verjüngenden Anlagefläche 12 zum
Eingriff in eine Gegenkontur eines radseitigen, als „Senkloch” ausgebildeten
Befestigungsloches (nicht dargestellt). Der Kraftangriff 8 ist
als Außenkraftangriff mit einem polygonalen Außenquerschnitt
und insbesondere als Außen-Sechskant ausgebildet.
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Erfindungsgemäß weist
der Schraubenkopf 4 auf seiner von dem Gewindebolzen 2 wegweisenden
Stirnseite 14 eine zentrische Eindruckvertiefung 16 mit
einer kalottenartigen Kontur auf. Hierbei ist es wesentlich, dass
diese Eindruckvertiefung 16 eine in ihrem Zentrum 18 axial
gemessene Tiefe T aufweist, die mindestens der axialen Höhe
M des Eingriffabschnittes 10 entspricht. Weiterhin ist
es wesentlich, dass axial zwischen dem Zentrum 18 der Eindruckvertiefung 16 und
dem Beginn des Eingriffabschnittes 10 ein axialer Abstand
A von mindestens 2 mm bis maximal 5 mm vorhanden ist. Somit gelten
die Beziehungen: T ≥ M sowie 2 mm ≤ A ≤ 5
mm.
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Aufgrund
dieser erfindungsgemäßen Auslegung wird bei der
Herstellung der erfindungsgemäßen Radschraube 1 im
Kaltumformprozess durch das Einprägen der Eindruckvertiefung 16 das
Material gezielt in den Bereich des Eingriffabschnittes 10 verdrängt,
so dass sich eine hohe Abbildegenauigkeit im Bereich der Anlagefläche 12 erreichen
lässt.
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Die
Höhe M des Eingriffabschnittes 10 liegt im Bereich
von 4 mm bis 8 mm, insbesondere im Bereich von 5 mm bis 7 mm. Hierbei
liegt dann die Tiefe T der Eindruckvertiefung 16 im Bereich
von 5 mm bis 10 mm und insbesondere im Bereich um 7 mm. Bei der
Festlegung der Größenverhältnisse muss
natürlich stets die obige Bedingung T ≥ M erfüllt
sein. Der Kraftangriff 8 weist eine axiale Höhe
H im Bereich von 7 mm bis 12 mm, insbesondere 8 mm bis 10 mm auf. Besonders
bevorzugt liegt H im Bereich um 9 bis 9,5 mm.
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In
den dargestellten, vorteilhaften Ausführungsformen ist
axial zwischen dem Kraftangriff 8 und dem Eingriffabschnitt 10 noch
ein Übergangsabschnitt 20 angeordnet, der ausgehend
von dem Kraftangriff 8 über eine radiale Stufenfläche 22 im
Querschnitt vergrößert ist. Der Übergangsabschnitt 20 weist
einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist vorzugsweise
zylindrisch ausgebildet. Vorzugsweise schließt sich der
Eingriffabschnitt 10 unmittelbar an den Übergangsabschnitt 20 an.
Der Übergangsabschnitt 20 weist eine axial gemessene
Höhe Z auf, und er ist über einen axialen Abstand
S von dem Zentrum 18 der Eindruckvertiefung 16 beabstandet.
Daraus ergibt sich A = S + Z, wobei Z etwa 2 mm beträgt. Zudem
gilt S ≥ 0.
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Im
Folgenden sollen die beiden speziellen Ausführungsformen
genauer erläutert werden.
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Bei
der ersten Ausführung gemäß 1 ist die
Anlagefläche 12 des Eingriffabschnittes 10 kugelkalottenförmig
konvex gewölbt ausgebildet. Dabei weist die Anlagefläche 12 im
Axialschnitt gesehen einen ersten, größeren Krümmungsradius
R1 auf. Bei dieser Ausführung weist die Eindruckvertiefung 16 im Axialschnitt
gesehen konkav mit einem zweiten, kleineren Krümmungsradius
R2 gekrümmte Innenflächen 24 auf. Weiterhin
entspricht hierbei der zweite Krümmungsradius R2 etwa dem
halben ersten Krümmungsradius R1 mit einer Abweichung von
maximal +/–2 mm. Diese Ausgestaltung trägt ebenfalls
zu einem günstigen Umformverhalten im Kaltumformprozess
bei. Bezogen auf die konkrete Schraubengröße liegt
der erste Krümmungsradius R1 der Anlagefläche 12 des
Eingriffabschnittes 10 im Bereich von 10 mm bis 18 mm,
insbesondere im Bereich von 12 mm bis 16 mm und besonders bevorzugt
im Bereich um 14 mm. Daraus ergibt sich für R2 bei dem
bevorzugten Krümmungsradius R1 = 14 mm: R2 = 5 mm bis 9 mm.
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Ein
weiteres besonderes Merkmal der ersten Ausführungsform
gemäß 1 ist, dass die Eindruckvertiefung 16 aus
mehreren, und zwar insbesondere sechs konkaven Teilflächen 24a besteht,
die gemeinsam im stirnseitigen Bereich des Kraftangriffs 8 eine
derart an den polygonalen Außenquerschnitt des Kraftangriffs 8 angepasste,
ebenfalls entsprechend polygonale Randkontur 26 bilden,
dass zwischen der Randkontur 26 der Eindruckvertiefung 16 und
dem Außenquerschnitt des Kraftangriffs 8 ein schmaler
Randsteg 28 mit einem entsprechend polygonalen Verlauf
gebildet ist. Aufgrund der relativ schmalen Stegform des Randsteges 28 kann
beim Herstellungsprozess das Material auch im Bereich der der Stirnseite 14 zugewandten
Enden der Polygonecken mit optimierter Kantenfüllung umgeformt werden.
Somit führt dies auch in diesem Bereich zu einer Optimierung
des Herstellungsprozesses durch plastisches Umformen.
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Was
nun die zweite Ausführung des Befestigungselementes 1 gemäß 2 betrifft,
so ist hierbei die Anlagefläche 12 des Eingriffabschnittes 10 konisch
mit einem zur Schrauben-Längsachse X gemessenen ersten
Konushalbwinkel α1 ausgebildet. In Anpassung hieran weist
die Eindruckvertiefung 16 in einem Bereich von mindestens
30% ihrer Tiefe T eine Konusfläche 30 mit einem
zur Längsachse X gemessenen zweiten Konushalbwinkel α2
auf, wobei sich dieser zweite Konushalbwinkel α2 um maximal +/–10° von
dem ersten Konushalbwinkel α1 des Eingriffabschnittes 10 unterscheidet.
Der erste Konushalbwinkel α1 liegt im Bereich von 20° bis
40° und insbesondere um 30°. Bezogen auf den bevorzugten Wert
von α1 = 30° ergibt sich, dass der Winkel α2
im Bereich von 20° bis 40° liegt.
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In
weiterer Ausgestaltung dieser zweiten Ausführung gemäß 2 ist
vorgesehen, dass der Schraubenkopf 4 im stirnseitigen Bereich
des Kraftangriffs 8 im Anschluss an einen kreisförmigen Öffnungsrand 31 der
Eindruckvertiefung 16 eine Öffnungserweiterung 32 mit
einer derart an den polygonalen Außenquerschnitt des Kraftangriffs 8 angepassten,
ebenfalls entsprechend polygonalen Randkontur 34 aufweist,
dass zwischen dieser polygonalen Randkontur 34 der Öffnungserweiterung 32 und dem
polygonalen Außenquerschnitt des Kraftangriffs 8 ein
schmaler Randsteg 36 mit einem entsprechend polygonalen
Verlauf gebildet ist. Prinzipiell entspricht diese bevorzugte Ausgestaltung
mit dem schmalen Randsteg 36 der Ausführung gemäß 1 mit
dem Randsteg 28. Dies bedeutet, dass auch bei der Ausführung
gemäß 2 durch den Randsteg 36 eine gute
Eckenfüllung im stirnseitigen Endbereich des polygonalen
Außenquerschnitts des Kraftangriffs 8 erreicht
wird.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung
gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung
bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination
beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere
Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten
Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich
praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch
mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal
ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein
erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 8702166
U1 [0002]
- - DE 102007050849 A1 [0003]