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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad
bestehend aus einer Felge und einer damit verbundenen Radscheibe
oder Radschüssel
, die an einer Nabe, Bremstrommel oder -scheibe mit mehreren über dem Umfang
des Schraubenlochkreises angeordneten Anschlußaugen für die Schraubenlöcher der
Radschrauben befestigbar ist, wobei die Anschlußaugen ein Versenk aufweisen,
und der das Versenk umfassende Bereich nach außen gestülpt ist und die Radscheibe
oder Radschüssel über den
Umfang verteilt angeordnete, nach innen weisende Anlageflächen für die Nabe,
Bremstrommel oder -scheibe aufweist, die ringförmig das Mittenloch umgeben
und unter Ausnutzung der Elastizität des Materials der Radscheibe
oder Radschüssel
beim Anziehen der Radschrauben an die Nabe, Bremstrommel oder -scheibe
anlegbar sind, wobei eine innere ringförmige Anlagefläche, deren
radialer Abstand zum Mittenloch kleiner ist als der radiale Abstand
der Anschlußaugen vom
Mittenloch und eine äußere Anlagefläche gebildet
ist, deren radialer Abstand zum Mittenloch größer ist als der radiale Abstand
der Anschlußaugen
vom Mittenloch, so daß der
Lochkreis der Schraubenlöcher
zwischen den beiden ringförmigen
Anlageflächen
liegt und wobei zwischen den beiden ringförmigen Anlageflächen eine
wulstartige, sich nach außen erstreckende
Erhöhung
vorgesehen ist.
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Bei der Montage eines Fahrzeugrades
bestehend aus einer Felge und einer damit verbundenen Radscheibe
oder Radschüssel
an das Fahrzeug wird die Radscheibe bzw. die Radschüssel mittels der
Radschrauben kraftschlüssig
mit der Nabe, Bremstrommel oder der Bremsscheibe verbunden.
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Die Radschrauben werden mittels Drehmomentenschlüssel angezogen,
um eine definierte, ausreichend große Schraubenlängskraft
zu erzeugen. Die Größe der erforderlichen
Schraubenlängskraft
wird u. a. durch die Anzahl der Schrauben, den Reibdurchmesser der
Anlagenflächen,
die Reibwerte zwischen den Verbindungselementen und die zu übertragenden
Antriebs- bzw. Bremsmomente bestimmt.
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Der erforderlichen Schraubenlängskraft
wird ein Sicherheitszuschlag überlagert,
der die beim Abrollen des Rades auf die Schraube einwirkenden Kräfte berücksichtigt.
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Über
die Schraubenlängskraft
wird das Anschlußauge
bzw. Versenk des Rades mit der Nabe oder der Bremstrommel verspannt.
Das Versenk hat dabei die Aufgabe, der Schraubenlängskraft
bis hin zu erhöhten
Werten, wie sie durch Mißbrauch,
wie z. B. geölte
Schrauben oder zu hohe Anzugsdrehmomente entstehen, einen elastischen
Widerstand entgegenzusetzen, da ein plastisches Fließen zu einem Abfall
der Schraubenlängskraft
und damit letztendlich zu einem Lockern der Radschrauben führen würde.
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Bekannte Ausführungen von Anschlußaugen beziehen
ihre Federsteifigkeit in Richtung der Schraubenlängsachse aus einer Biegung
des ringförmig
um das Versenk angeordneten Materials. Zur Erhöhung der Federsteifigkeit gegenüber der
aus der normalen Blechdicke sind konstruktive Versteifungen bekannt.
Eine der Möglichkeiten
besteht darin, den axial einwärts
liegenden Bereich des Anschlußauges nach
innen zu stülpen.
Diese Form hat außerdem den
Vorteil, die Kontaktfläche
zum Radbolzen gegenüber
einfachen Ausstülpungen
nach außen
zu vergrößern. Beispielhaft
wird hierzu auf den Räderkatalog
Ausgabe 1990/1991 der Mannesmann Kronprinz AG, Seite 28 untere Hälfte verwiesen.
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Nachteil der bisherigen Ausführungen
des Anschlußauges
ist eine deutliche Abhängigkeit
der Steifigkeit des Anschlußauges
von der Blechdicke und der Materialfestigkeit des Ausgangsmaterials.
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Aus der US-A-3,664,708 ist ein Rad
bekannt, welches aus einer profilierten Felge und einer damit im
Tiefbettbereich über
Schweißen
verbundenen Radschüssel
besteht. Zur Vermeidung eines Anrisses des Anschlußauges bei
zu starkem Anziehen der Radschrauben, wird vorgeschlagen, eine krempenartig ausgebildete
Buchse im Anschlußauge
anzuordnen. Der krempenartig ausgebildete Bereich der Buchse liegt
auf der Nabe bzw. Bremstrommel zugewandten Seite und muß vor der
Montage des Rades durch das Anschlußauge gesteckt werden. Nach
dem Aufstecken des Rades wird durch das Anziehen der Radmutter ein
Kegel des vorderen Bereiches der Buchse angeformt. Dieser Kegel
kommt am Randbereich des Anschlußauges zur Anlage, aber erst
dann, wenn die Stirnseite des krempenartigen Bereiches der Buchse auf
der Nabe bzw. Bremstrommel aufliegt. Nachteilig bei dieser Konstruktion
ist, daß gesondert
Buchsen hergestellt werden müssen,
die bei der Montage des Rades leicht aus dem Anschlußauge herausfallen können, solange
der die Buchse fixierende Kegel nicht gebildet ist. Weiterhin ist
diese Anordnung nur für
Räder mit
an der Nabe bzw. Bremstrommel oder Bremsscheibe angeordneten Stehbolzen
geeignet, da bei der ansonsten üblichen
Radschraubenbefestigung die Buchsen bei der Montage leicht herunterfallen
können.
Von weiterem Nachteil ist, daß die
Buchse immer nur für
einen Radtyp passend ist, so daß bei
hundert verschiedenen Radtypen hundert verschiedene Buchsen hergestellt
und lagermäßig vorgehalten
werden müssen.
Außerdem
kann es zu Vennrechslungen kommen, so daß die falsche Buchse eingesetzt
wird. Von weiterem Nachteil ist, daß durch die zweiteilige Anordnung
mindestens zwei Setzspalte erhalten bleiben. Dies ist sehr ungünstig für die Stabilität der Schraubenlängskraft.
Darüber
hinaus wird bei der Montage die Biegefeder schon stark belastet,
da mittels der Radmutter der Kegel der Buchse angeformt wird.
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Bei Rädern, die den modernen Leichtbauanforderungen
genügen,
ist der Radspiegel erheblich stärker
beansprucht, was in Verbindung mit hohen Motormomenten und hohen
Radlasten zu größeren elastischen
Verformungen und dadurch zu Problemen im Anschraubbereich der Radschüssel führen kann.
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Durch Versenke mit zu geringer Federsteifigkeit
kann es zu Plastifizierungen des Materials und damit zu einem Abfall
der Schraubenvorspannung kommen.
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In der Praxis durchgesetzt haben
sich Anlagebedingungen, die zwei schmale, ringförmige Bereiche als Anlageflächen aufweisen,
die beidseitig des Lochkreises vorgesehen sind und auf einer gemeinsamen
Konusfläche
liegen, die sich vom radial äußersten
Anlagekreis axial nach außen
zum Mittenloch hin erstreckt, wodurch sich die erforderliche Federwirkung
des Radspiegels ergibt.
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Durch eine zu schmale Ausführung dieser Kontaktflächen (Anlageflächen) zwischen
Radschüssel
und Nabe bzw. Bremstrommel oder Bremsscheibe kann es aufgrund zu
hoher Flächenpressung
zu Einarbeitungen und damit ebenfalls zu einem Abfall der Schraubenvorspannung
kommen, was zu einem vorzeitigen Versagen des Bauteils durch Anrisse
im Anlagebereich führen
kann.
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Die optimale Gestaltung solcher Räder muß daher
neben einer ausgeglichenen Gesamtformsteifigkeit auch die Anlagebedingungen
und die Form der Befestigungsversenke einschließen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Anlageflächen
im Hinblick auf große
Federsteifigkeit und geringste Einarbeitungen zu optimieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
im Kennzeichen des Schutzanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes
geht aus den Merkmalen der Unteransprüche hervor.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Anlageflächen führt dazu,
daß die
Momentenabstützung
wesentlich gegenüber
der beim Stand der Technik abweicht. Während – wie oben dargelegt – es bisher
zu einer Plastifizierung des Materials kommen konnte, also der Anteil
der plastischen Verformung mit zunehmender Schraubenlängskraft
stieg und der elastische Anteil abnahm, bleibt bei der erfindungsgemäßen Optimierung
der Anlageflächen
der Anteil der plastischen Verformung sehr gering und auch bei steigender
Schraubenlängskraft
nahezu unverändert.
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Da aber die plastische Verformung
nahezu keinen Anteil an der Gesamtverformung hat, bleibt die Schraubenvorspannung
aufgrund der bleibenden Elastizität des Materials erhalten und
dies führt
zu einer völlig
signifikanten Lebensdauersteigerung eines auf diese Weise konstruierten
Fahrzeugrades.
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Es hat sich gezeigt, daß diese
Steigerung der Lebensdauer im Bereich des 10-fachen liegen kann.
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Die Erfindung wird nachstehend an
einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel im Vergleich
mit einem herkömmlichen
Fahrzeugrad erläutert.
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Es zeigen
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1 eine
mehr schematische Teilansicht eines erfindungsgemäßen, an
einer Nabe, Bremstrommel oder -scheibe anliegenden, kraftschlüssig befestigten
Fahrzeugrades im Schnitt (Radschrauben nicht dargestellt),
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2 eine
Teilansicht auf die Innenseite des Fahrzeugrades gemäß 1 mit markierten Anlageflächen,
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3 eine
vergrößerte Darstellung
des Bereiches „X" in 1, jedoch im Zustand vor der kraftschlüssigen Befestigung
und
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4–6 den 1–3 entsprechenden Darstellungen
eines herkömmlichen
Fahrzeugrades
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In den Figuren ist die Felge mit 1,
die Radschüssel
mit 2, das Mittenloch mit 3 bezeichnet. Auf einem
Schraubenlochkreis befinden sich die Anschlußaugen 5. Angedeutet
ist in den Figuren die Nabe Bremstrommel oder -scheibe 4.
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Wie sich aus den 2 und 5 ergibt,
ist der Schraubenlochkreis zwischen ringförmigen Anlageflächen 6' und 7' bzw. 6 und 7 angeordnet.
Mit diesen Anlageflächen
liegt die Radschüssel 2 – nach dem Anziehen
der Schrauben – an
der Nabe oder Bremsscheibe an.
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Die Vergrößerung des Ausschnittes der
Radschüssel 2 in 6 zeigt, daß die äußere Anlagefläche 7 des
herkömmlichen
Fahrzeugrades auf einer Konusfläche
liegt und sich vom radial äußersten
Anlagekreis 7a axial nach außen zum Mittenloch 3 hin erstreckt.
Die gedachte Verlängerung
der konischen Anlagefläche 7 läuft an A
aus, wobei A an der Nabe, Bremstrommel oder -scheibe 4 benachbarten
Mittenlochkanten 3' gelegen
ist.
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Die innere Anlagefläche 6 liegt
auf einer Zylinderfläche.
Von der Anlagefläche
der Nabe, Bremstrommel oder -scheibe 4 aus gesehen, hat
diese innere Anlagefläche 6 den üblichen,
zur Erzeugung der Fedennrirkung des Radspiegels erforderlichen Abstand.
Dieser Abstand beträgt
zwischen 0.1 und 0,5 mm.
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Wie sich aus der 5 ergibt, ist die übliche radiale Breite der äußeren Anlagefläche 7 gleich
oder kleiner als die der inneren Anlagefläche 6.
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Das erfindungsgemäße Rad hat eine äußere Anlagefläche 7' auf einer Konusfläche mit
einem größeren Winkel
als die des herkömmlichen
Fahrzeugrades. Die gedachte Verlängerung
der konischen Anlagefläche 7' läuft an B
aus. Der Abstand zwischen A und B ist höher als 2 mm und vorzugsweise
zwischen 2 und 3 mm. Die erfindungsgemäße innere Anlagefläche 6' ist unmittelbar
am Mittenloch 3 gebildet.
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Sie hat eine radiale Breite zwischen
1 und 5 mm und vorzugsweise zwischen 2 und 3 mm. Diese innere Anlagefläche ist
im Bereich der Anschlußaugen
nicht unterbrochen.
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Eine ebenso große Stützweite zwischen der äußeren und
der inneren Anlagefläche
ist erreichbar, wenn die innere ringförmige Anlagefläche 6' als ein unmittelbar
an das Mittenloch 3 angrenzende Vorsprung ausgebildet ist,
der einen halbkreisförmigen oder
rechteckigen Querschnitt hat (nicht dargestellt).
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Die Verbindung 9 zwischen
der inneren Anlagefläche 6' und der wulstartigen
Erhöhung 8 ist
auf einer konischen Fläche
gebildet. Die Schräge
der äußeren ringförmigen Anlagefläche 7" weist einen
spitzeren Winkel als die Schräge
der konischen Fläche der
Verbindung 9 zwischen der inneren Anlagefläche 6' und der wulstartigen
Erhöhung 8 auf,
jeweils bezogen auf die Anlagefläche
der Nabe, Bremstrommel oder -scheibe.
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Wie sich aus den 2 und 5 ergibt,
hat das erfindungsgemäße Rad eine
größere äußere Anlagefläche und
eine kleinere innere Anlagefläche
als die des herkömmlichen
Fahrzeugrades.
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In den 3 und 6 sind unterhalb der jeweiligen
Anlageflächen
der Radschüssel 2 die
jeweiligen Anpreßkräfte qualitativ
in einfachen Diagrammen gezeigt (d.h. P über F). Das erfindungsgemäße Rad weist
maximale Anpreßkräfte auf,
die kleiner als die des herkömmlichen
Fahrzeugrades sind. Das erfindungsgemäße Rad hat den Vorteil, daß die Anpreßkräfte besser
zwischen äußeren und
inneren Anlageflächen
aufgeteilt sind mit einer gleich großen oder größeren Stützweite.