DE3333785A1 - Vorrichtung zum befestigen eines fahrzeugrades oder mehrerer fahrzeugraeder zwischen einer nabe und der vorrichtung - Google Patents

Description

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W. 34 059 (Gh/Ne)

Vorrichtung zum Befestigen eines Fahrzeugrades oder mehrerer Fahrzeugräder zwischen einer Nabe und der

Vorrichtung

Die Erfindung betrifft Befestigungsvorrichtungen, und insbesondere betrifft sie eine verbesserte Befestigungsvorrichtung für das Montieren von Fahrzeugrädern.

Fahrzeugräder sind üblicherweise mittels einer Gewindebefestigungsvorrichtung an einer Nabe oder an einem aus einer Nabe und einer Bremstrommel bestehenden Gebilde montiert. Bei einer typischen Ausführung erstrecken sich Gewindezapfen von der Nabe durch in den Rädern vorgesehene Zapfenlöcher nach außen, und die Räder werden gegen die Nabe durch Radmuttern oder Kappenmuttern gehalten, die auf die Zapfen aufgeschraubt sind. Bei einer anderen Ausführung können sich Bolzen durch die Radmontagelöcher erstrecken und sie werden in die Nabe oder in der Nabe zugeordnete Muttern eingeschraubt. Die Räder können auf vielfache Weise zentriert werden, beispielsweise durch das Zusammenpassen zusammenarbeitender Flächen an den Rädern und an den Radmuttern, oder durch verschiedene Naben-Zentrier- oder Leitsysteme.

Es ist wesentlich, daß bei dem Montagesystem die Radklemmlast aufrechterhalten wird, um Bewegung oder Mißausrichtung der Räder an der Nabe zu verhindern. Wenn die das Rad gegen die Nabe haltende Klemmkraft verloren geht oder sich verringert, kann sich eine katastrophale Situation ergeben,

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in welcher das Rad sich relativ zu der Nabe und zu den Zapfen bewegen kann, was zu einem schnellen Versagen der Zapfen und zu einer Trennung des Rades von der Nabe führt.

Bei üblichen Radmontagesystemen kann eine beträchtliche Klemmlast verloren gehen als Ergebnis eines relativ geringen Grades an axialer Auslenkung in der Befestigungsverbindung als Folge verschiedener Faktoren, wie beispielsweise Kriechen, Einsinken oder Einlagern der Befestigungselemente oder dgl. Das einzige beachtliche Federungsvermögen bei dem üblichen System ergibt sich als Folge der Verlängerung der Zapfen beim Anziehen, wobei 0,10 bis 0,13 mm Verlängerung typisch sind. Demgemäß kann eine axiale Auslenkung von nur 0,025 mm zu einem Verlust von 20 bis 25 % der Klemmlast führen.

Als Folge der ernsthaften und möglicherweise gefährlichen Art oder Natur dieser Probleme sind oftmalige Überprüfungen des Anziehdrehmomentes erforderlich, insbesondere bei schwer beladenen Fahrzeugen, bei Zwillingsradmontage, bei- rauhen Betriebsbedingungen und dgl. Es ist nicht unüblich, daß in gewissen Situationen Überprüfungen des Anziehdrehmomentes der Radmuttern alle 800 km vorgeschrieben sind. Diese Arbeitsweise kann, obwohl sie aus Sicherheits- und Wartungsgründen erforderlich ist, unbequem und zeitraubend sein.

Es wäre erwünscht, mehr Federungsvermögen bei dem Montagesystem mit Radmuttern zu haben, jedoch ist dies schwierig als Folge der erfahrenen großen Klemmkräfte und als Folge der Größenbeschränkungen, die durch den zur Verfügung stehenden Raum gegeben sind. Beispielsweise könnte das genannte Problem mit Federringen oder Federscheiben oder mit Belleville-Scheiben nicht gelöst werden, weil die Federscheiben oder Federringe zu groß wären, beispielsweise einen Durchmesser von 10 cm oder mehr haben würden für eine Klemmlast von etwa 13 500 kg.

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Zu den wichtigen Zwecken der vorliegenden Erfindung gehört es, eine verbesserte Befestigungsvorrichtung zu schaffen, insbesondere eine Befestigungsvorrichtung, die beim Festklemmen durch Montieren von Kahrzeugrädern nützlich ist, ferner eine Befestigungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, beim Betrieb einem Verlust an Klemmlast zu widerstehen, eine Befestigungsvorrichtung zu schaffen, mit welcher die Probleme und Gefahren überwunden bzw. beseitigt werden, die sich aus einem Verlust an Klemmlast ergeben als Folge eines Kriechens, eines Einsinkens oder dgl. der Befestigungselemente in üblichen Montagesystemen, eine Befestigungsvorrichtung zu schaffen, die nach dem Befestigen bzw. nach der Montage erhöhtes Federungsvermögen schafft in zuverlässiger und wirtschaftlicher Weise und ohne übergroße Teile der Befestigungsvorrichtung, eine Befestigungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, beträchtliches Federungsvermögen zu schaffen ohne Beschädigung der Bauteile der Vorrichtung beim Anziehen, und eine verbesserte Befestigungsvorrichtung für festgeklemmte Räder zu schaffen, mit welcher die Nachteile von Befestigungselementen und Befestigungsvorrichtungen überwunden werden, die bisher für diesen Zweck verwendet wurden.

In Übereinstimmung mit und. zum Erreichen der oben genannten Zwecke und weiterer Zwecke ist gemäß der Erfindung eine Befestigungsvorrichtung geschaffen zum Montieren oder Festklemmen eines Fahrzeugrades oder mehrerer Fahrzeugräder zwischen einer Nabe und der Befestigungsvorrichtung, und zwar mit einer vorbestimmten Klemmlast. Die Befestigungsvorrichtung umfaßt ein Gewindebefestigungselement mit einem Körper und einem zylindrischen axial orientierten Gewindegebilde, von denen der Körper mit einer Gestalt gebildet ist, derart, daß mit ihm ein Werkzeug zum Anziehen der Befestigungsvorrichtung in Eingriff gebracht werden kann. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin einen federnd verformbaren Klemmring bzw. eine solche Klemmscheibe, der bzw. die relativ zu dem Körper drehbar ist und eine mittlere öffnung besitzt, welche die Ebene des zylindrischen Gewindegebildes umgibt. An dem Körper der Befestigungsvorrichtung

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ist eine Körperlagerfläche oder Körpertragfläche gebildet, die zu einer mit ihr zusammenarbeitenden Lager- oder Tragfläche des Klemmringes bzw. der Klemmscheibe gewandt ist, die auf einer Seite des Klemmringes bzw. der Klemmscheibe gebildet ist. An der gegenüberliegenden Seite des Klemmringes bzw der Klemmscheibe ist eine mit dem Fahrzeugrad in Eingriff tretende Klemmfläche gebildet.

Die an dem Klemmring bzw. der Klemmscheibe (nachstehend der Einfachheit halber als Klemmring bezeichnet) gebildete Klemmfläche ist allgemein konisch und sie verläuft relativ zur radialen Richtung in einem anfänglichen Klemmflächenkegelwinkel schräg. Die Körperlagerfläche ist ebenfalls allgemein konisch und sie verläuft relativ zur radialen Richtung schräg in einem Winkel, dessen Tangens nicht größer ist als der Reibungskoeffizient zwischen dem Klemmring und dem Körper der Befestigungsvorrichtung, so daß verhindert ist, daß beim Anziehen der Befestigungsvorrichtung Ringspannungen oder Ringbeanspruchungen auf den Klemmring ausgeübt werden.

Vor dem Anziehen der Befestigungsvorrichtung kann der Klemmring mit einem zu montierenden Rad entlang einer ersten kreisförmigen Berührungslinie in Eingriff gebracht werden, und der Körper der Befestigungsvorrichtung kann entlang einer . zweiten kreisförmigen Berührungslinie zwischen dem Klemmring und der Körperlagerfläche oder Körpertragfläche angeordnet werden. Die kreisförmigen Berührungslinien sind radial und axial versetzt, und die Strecke der axialen Versetzung steht im wesentlichen in Beziehung zu der Strecke der radialen Versetzung, um große Federkräfte in einer kompakten Ausführung zu erhalten.

Die Lagerfläche oder Tragfläche (nachstehend der Einfachheit halber als Tragfläche bezeichnet) des Körpers und die Tragfläche des Federringes bestimmen einen anfänglichen Trenn-winkel der Tragflächen, und dieser Winkel ist wenigstens so groß wie der anfängliche Kegelwinkel der Klemmfläche. Beim An-

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ziehen der Befestigungsvorrichtung verformt sich der Klemmring federnd bzw. elastisch, und es ist gewährleistet, daß zwischen den Tragflächen des Federringes und des Körpers ein Trennwinkel aufrechterhalten bleibt. Der Klemmring ist so gestaltet, daß beim Anziehen der Befestigungsvorrichtung der Klemmring sich elastisch verformt, um den Kegelwinkel der Klemmfläche und den Tragflächentrennwinkel zu verkleinern, wobei bei der vorbestimmten Klemmlast der Klemmflächenkegelwinkel größer als Null ist, so daß nach dem vollständigen Anziehen in dem System beträchtliches Federungsvermögen vorhan-

> den ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung bei-

spielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht einer Montageausführung für ein Fahrzeugrad mit einer Befestigungsanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.

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Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Befestigungsanordnung gemäß Fig. 1 entlang der Achse der Anordnung, wobei die Befestigungsanordnung vor der Anwendung zur Montage eines Rades dargestellt ist.

.J!ig. 3 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene und etwas schTematische axiale Teilschnittansicht eines Teiles der Befe-' stigungsanordnung und einer Radfläche, wobei die einzelnen Teile in derjenigen Stellung wiedergegeben sind, die durch Anziehen von Hand erreicht werden kann.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, in welcher das Verhältnis zwischen der Klemmlast und der Auslenkung in einer Radmontageausführung, die eine Befestigungsanordnung gemäß der Erfindung umfaßt, und in einer ähnlichen Radmontageausführung dargestellt ist, bei welcher eine übliche Befestigungsanordnung verwendet wird.

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In Fig. 1 ist ein Teil einer Montageaüsführung für ein Fahrzeugrad dargestellt, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist und eine Befestigungsvorrichtung bzw. eine Befestigungsanordnung aufweist, die allgemein mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet und nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung gestaltet ist. Die dargestellte Radmontageausführung umfaßt eine Nabe 14,'an welcher zwei Räder 16 und 18 mittels einer Befestigungsanordnung montiert sind, die einen Zapfen 20 und eine Befestigungsanordnung 12 aufweist. Obwohl die Montageausführung 10 als eine Ausführung zur Montage vom Zwillingsrädern dargestellt ist, ist zu verstehen, daß die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch bei Einzelradmontage anwendbar s ind. \

Die Nabe 14 umfaßt einen Nabenteil 22 und eine auf der Außenseite angeordnete Bremstrommel 24. Es ist zu verstehen, daß der Ausdruck "Nabe", wie er hier verwendet ist, nicht nur eine Ausführung mit Nabe und Bremstrommel umfaßt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist und bei der das Rad gegen die Trommel geklemmt wird, sondern auch andere Arten von Ausführungen, beispielsweise Ausführungen mit auf der Innenseite angeordneter Bremstrommel, bei denen das Rad direkt an der Nabe oder an einem anderen Bauteil des Nabengebildes montiert werden kann.

Eine gegebene Anzahl von Zapfen 2 0 ist in üblicherweise auf einem Kreis rund um den Umfang der Nabe 14 angeordnet, und die Anzahl der Zapfen 20 hängt ab von der Größe des Fahrzeugs, der Größe des Rades, den Lastanforderungen und ähnlichen Faktoren. In Fig. 1 ist nur ein solcher Zapfen 2 0 dargestellt, und es ist zu verstehen, daß eine Befestigungsanordnung 12 jedem Zapfen 20 der Radmontageausführung zugeordnet werden kann. Bei der dargestellten Ausführungsform ist' der Zapfen 2 0 halbdauerhaft angebracht mittels Anordnung durch Preßsitz in der Nabe 14, obwohl andere übliche Arten der Zapfenmontage verwendet werden können. Der Zapfen 20 erstreckt sich, wie es üblich ist, in axialer Richtung r ilativ zur Achse der Befestigungsanordnung

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12 nach außen, und zwar durch Löcher 26 hindurch, die in den Rädern 16 und 18 gebildet sind. Die Räder 16 und 18 können beim anfänglichen Anordnen an der Nabe 14 zum Zeitpunkt des Anziehens der Befestigungsanordnung 12 relativ zu der Nabe 14 in irgendeiner gewünschten Weise zentriert werden, beispielsweise mittels einer nicht dargestellten geeigneten Führungsoder Ausrichteinrichtung. Es ist zu bemerken, daß zwischen dem Zapfen 20 und den Rädern 16 und 18 ein Spiel vorhanden ist. Nach dem Anordnen der Räder 16 und 18 und nach dem Anziehen der Befestigungsanordnung 12 oder Befestigungsvorrichtung 12 dient die zwischen der Nabe 14 und der Befestigungsanordnung 12 ange-' legte Klemmlast dazu, Bewegung der Räder 16, 18 relativ zur Nabe 14 zu verhindern.

Die Befestigungsanordnung 12 gemäß der Erfindung umfaßt einen Körper 28 und einen mit ihm zusammenarbeitenden Klemmring 30. Wenn die Befestigungsanordnung 12 bei einer Radmontageausführung gemäß Fig. 1 verwendet wird, ist der Klemmring 30 zwischen dem Körper 28 und einer Fläche 32 des Rades 18 festgeklemmt, und die Fläche 32 ist mit Bezug auf die Achse der Befestigungsanordnung 12 radial angeordnet. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform ist der Körper 28 eine sechseckige Mutter, die zur Verwendung mit dem Gewindezapfen 20 geeignet ist. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind auch bei Befesti- · gungselementen, die keine Muttern sind, anwendbar, beispielsweise bei Kopfbolzen oder Kopfschrauben, die bei anderen Arten von Radmontageausführungen verwendet werden. Demgemäß ist der Ausdruck "Körper" so zu verstehen, daß er nicht nur den Körper einer Mutter, sondern auch den Kopfteil eines einen Schaft aufweisenden Befestigungselementes umfaßt.

Für den Eingriff mit dem Außengewinde des Zapfens 20 besitzt der Körper 28 ein Innengewinde 34, welches allgemein in einer zylindrischen Ebene symmetrisch um die mittlere Längsachse des Körpers 28 liegt. Um ein Anziehen der Befestigungsanordnung auf dem Zapfen 20 zu ermöglichen, weist der Körper 28 eine Gestaltung auf derart, daß ein Schlüssel oder dgl. mit ihm in

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Eingriff gebracht werden kann. Diese umfaßt ebene Flächen 36 des sechseckigen Mutterkörpers. Bei anderen Ausführungsformen von Körpern der Befestigungsanordnung kann anstelle j eines Innengewindes Außengewinde vorgesehen sein, und verschiedene Arten der Gestaltung zwecks Eingriffs mit einem Schlüssel oder dgl. , oder andere Gestaltungen zum Antreiben des Körpers können für das Anziehen der Befestigungsanordnung vorgesehen bzw. verwendet werden.

Der Körper 28 und der Klemmring 30 sind mittels eines Flansches oder Bundes 38 in zusammengefügtem Zustand gehalten, der sich von dem Körper 28 durch einen Halsteil 40 kleineren Durchmessers der mittleren axialen Öffnung 42 des Klemmringes 30 axial erstreckt. Das Ende des Flansches oder Bundes 38 hat einen größeren Durchmesser als der Hals 40, so daß der Körper 28 und der Klemmring 30 in zusammengefügtem Zustand gehalten sind, während freie Drehung und eine gewisse Bewegung zwischen dem Körper 28 und dem Klemmring 30 ermöglicht sind.

Diejenige Seite des Klemmringes 30, die mit der Radfläche 32 in Eingriff tritt, ist mit einer Klemmfläche 44 versehen. Die gegenüberliegende Seite des Klemmringes 30 ist mit einer Tragfläche 46 versehen. Die Tragfläche 46 des Ringes 30 ist einer Tragfläche 48 des Körpers 28 zugewandt und arbeitet mit dieser zusammen. Jede der Flächen 44, 46 und 48 ist eine kontinuierliche Fläche und eine ringförmige Umdrehungsfläche und sie hat einen Innenumfang und einen Außenumfang. Der Körper 28 der Befestigungsanordnung 12 ist zur Aufnahme seiner Tragfläche 48 mit einem kleinen Flansch 5 0 versehen.

Der Körper 28 und der Klemmring 30 bestehen vorzugsweise aus einem Stahl, der mittels Wärmebehandlung auf hohe Härte gebracht werden kann. Bei den Klemmlasten, für welche die Befestigungsanordnung 12 gestaltet ist, ist der Klemmring 30 elastisch verformbar und wirkt dahingehend, im angezogenen Zustand in einer Racmontageausführung, beispielsweise der

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typischen Ausführung gemäß Fig. 1, beträchtliche Federkräfte zu schaffen.

Die Klemmfläche 44 des Klemmringes 3Ö ist im anfänglichen ZU7 stand des Klemmringes 30 vor dem Anziehen der Befestigungsanordnung 12 konisch. Die Fläche 44 verläuft relativ zur radialen Richtung der Befestigungsanordnung schräg in einem Winkel B (Fig. 3), was bedeutet, daß sie relativ zu der radial liegenden Radfläche 32 in einem Winkel B schräg verläuft. Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich, tritt im nicht angezogenen Zustand der Befestigungsanordnung 12 oder in dem Zustand nach einem anfänglichen Anziehen von Hand, der Klemmring 30 mit der Radfläche 32 entlang einer kreisförmigen Berührungslinie 52 zwischen der Klemmfläche 44 und der Fläche 32 in Eingriff.

Die Tragfläche 46 des Klemmringes 3 6 ist bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls konisch und sie verläuft relativ zur radialen Richtung schräg in einem Winkel A (Fig. 3). Die Tragfläche 48 des Körpers 28 hat ebenfalls konische Gestalt und sie verläuft relativ zur radialen Richtung schräg in einem Winkel C (Fig. 3). Der Winkel C ist größer als der Winkel A, und im anfänglichen Zustand berührt der Körper 28 den Klemmring 30 entlang einer kreisförmigen Berührungslinie 54 zwischen den Tragflächen 46 und 48. Die Tragflächen 46 und 48 sind anfänglich durch einen Winkel D voneinander getrennt bzw. verlaufen in diesem Winkel relativ zueinander, und der Winkel D ist gleich dem Winkel C minus dem Winkel A. Die Flächen 44, 46 und 48 sind zwar als echte konische Flächen dargestellt, jedoch können einige dieser Flächen oder alle dieser Flächen etwas abgerundet sein oder von einer klassischen geometrischen Konusform oder Kegelform geringfügig abweichen, und der Ausdruck konisch oder kegelförmig sollte so verstanden sein, daß solche Abwandlungen eingeschlossen oder umfaßt sind.

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Wenn die Befestigungsanordnung 12 angezogen wird, bewegt sich der Körper 28 in Richtung gegen die Werkstückfläche bzw. Radfläche 32, und der Klemmring 30 verformt sich, um diese Bewegung zu ermöglichen. Wenn der Klemmring 30 sich verformt, verkleinert sich der anfängliche Klemmflächenwinkel B, und der anfängliche Tragflächentrennwinkel D zwischen den Tragflächen 46 und 48 verkleinert sich in ähnlicher Weise um ein gleiches Ausmaß, weil der Winkel A sich verkleinert, /während der Winkel C unverändert bleibt. Während dieser Verformung ist es erwünscht, daß der Körper 28 sich relativ zum Klemmring 30 dreht, und daß der Klemmring 30 sich relativ zur Radfläche 32 nicht dreht. Es ist erwünscht, daß relative Drehung zwischen den Tr-agflachen 46 und 48 stattfindet ,die für diesen Zweck gestaltet sind, und daß unerwünschte Beschädigung der Radfläche 32 als Folge von Drehung des Klemmringes 30 vermieden ist. Während des Anziehens haben die Reibungskräfte zwischen dem Körper 28 und dem Klemmring 30 das Bestreben, zu bewirken, daß der Klemmring 30 sich dreht, während die Reibungskräfte zwischen dem Klemmring 30 und dem Rad 18 das Bestreben haben, Bewegung des Klemmringes 30 zu verhindern. Die kreisförmigen Berührungslinien 52 und 54 liegen beide symmetrisch um die Achse der Befestigungsanordnung 12, und an diese kreisförmigen Linien oder Kreise angelegte Reibungskräfte wirken über deren Radien. Da der Radius des Kreises 52 beträchtlich größer ist als der Radius des Kreises 54, werden die Kräfte, die das Bestreben haben, Drehung des Klemmringes 30 hervorzurufen, wirksam gedämpft oder geschwächt und der Klemmring 30 bleibt stillstehend.

Die Befestigungsvorrichtung bzw. Befestigungsanordnung 12 ist so gestaltet, daß in einer Radmontageausführung eine vorbestimmte Klemmlast erhalten wird. Der anfängliche Klemmflächenkegelwinkel B ist so gewählt, daß, obwohl der Winkel B sich während des Anziehens verkleinert, er beim Erreichen der bestimmten Klemmlast größer als Null bleibt. Da der Klemmring 30 während des Anziehens eine Federwirkung liefert, wird da-

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durch gewährleistet, daß bei der vollen Klemmlast eine gewisse Reservefederwirkung verbleibt und daß ein Spielraum für Fehler vorhanden ist im Fall des Überanziehens. Es wird bevorzugt, daß beim Anziehen auf volle Klemmlast der Winkel B sich auf nahe Null verkleinert, jedoch keinesfalls auf Null, und eine Verkleinerung des Winkels B von etwa 75 bis 85 % wird bevorzugt.

Der Winkel D sollte nicht größer als der Winkel B sein, so daß beim Anziehen der Befestigungsanordnung 12 der Winkel D bei der vollen Klemmlast sich nicht auf Null verkleinert und sich auch nicht auf Null verkleinert, bevor der Winkel B sich auf Null verkleinert hat. Es wird bevorzugt, daß der Winkel D geringfügig größer als der Winkel B ist, beispielsweise um 1° oder weniger, so daß das genannte Verhältnis gewährleistet ist trotz Änderungen der Herstellungstoleranz.

Die Größe des Tragflächenkegelwinkels C des Körpers 28 ist derart gewählt,, daß verhindert ist, daß während des Anziehens der Befestigungsanordnung 12 unerwünschte Ringbeanspruchungen auf den Klemmring 30 ausgeübt werden. Die beim Anziehen zwischen den Tragflächen 46 und 48 auftretenden Reibungskräfte werden durch die Wahl des Winkels C dazu verwendet, zu verhindern, daß übermäßige radial.nach außen gerichtete Kräfte auf den Klemmring 30 ausgeübt werden, die den unerwünschten Effekt haben könnten, zu bewirken, daß der Klemmring 30 seine Elastizität verliert und in der Radmontageausführung nicht mehr als eine Feder wirkt.

Insbesondere wird, wenn die Befestigungsanordnung 12 angezogen wird, eine Kraft an den Klemmring 3 0 von der Tragfläche 48 des Körpers 28 in einer Richtung rechtwinklig zu der Fläche angelegt. Diese Kraft hat eine radial nach außen gerichtete Komponente, die durch Vektoranalyse bestimmt ist als eine Kraft gleich der an der Fläche 48 angelegten normalen oder rechtwinkeligen Kraft, multipliziert mit dem Sinus des Winkels C. Diese Kraft hat das Bestreben, zu bewirken, daß der Klemm-

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ring 30 radial nach außen verformt wird, und sie hat das Bestreben, den Klemmring 30 einer zerstörenden Ausdehnungswirkung oder einer Ringspannung oder Ringbeanspruchung zu unterwerfen.

Im Gegensatz dazu haben die zwischen den Tragflächen 46. und aufgebauten Reibungskräfte das Bestreben, zu verhindern, daß der Klemmring 30 sich radial nach außen ausdehnt oder bewegt. Die zwischen den Tragflächen 46 und 48 aufgebauten Reibungskräfte werden parallel zu diesen Flächen 46 und 48 angelegt, und im angezogenen Zustand im wesentlichen parallel zur Fläche 48 angelegt. Diejenige Komponente der Reibungskraft, die radial nach innen gerichtet ist und Ausdehnung des Klemmringes 30 verhindert, kann durch Vektoranalyse berechnet werden als eine Kraft, die gleich ist der normalen oder rechtwinkeligen Kraft, multipliziert mit dem Reibungskoeffizienten zwischen den Flächen 46 und 48, multipliziert mit dem Cosinus des Winkels C.

Es ist somit ersichtlich, daß die radial nach außen gerichtete Kraft zu der radial nach innen gerichtete Reibungskraft entgegengesetzt ist. Es ist erwünscht, daß diese Reibungskraft wenigstens so groß wie die radial nach außen gerichtete Kraft ist, um das Anlegen von Ringbeanspruchungen an den Klemmring 30 zu minimieren. Demgemäß sollte die Reibungskraft (Reibungskoeffizient, multipliziert mit der normalen oder rechtwinkeligen Kraft, multipliziert mit dem Cosinus des Winkels C) größer als die oder gleich der radial nach außen gerichteten Kraft sein (normale oder rechtwinkelige Kraft, multipliziert mit dem Sinus des Winkels C). Da die normale oder rechtwinkelige Kraft sowohl bei der radial nach innen als auch bei der radial nach außen gerichteten Kraft ein Faktor ist, kann diese Kraft aus der Berechnung herausgenommen werden, und der Reibungskoeffizient, multipliziert mit dem Cosinus des Winkels C sollte größer als der oder gleich dem Sinus des Winkels C sein. In anderen Worten ausgedrückt, sollte der Reibungs koeffizient größer < Is der oder gleich dem Tangens des Winkkels C sein.

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Es ist bestimmt worden, daß bei der Verwendung von Stahlmaterialien der kleinste erfahrende Reibungskoeffizient zwischen den Tragflächen 46 und 48 etwa 0,15 beträgt. Als Ergebnis hat der Winkel C vorzugsweise etwa 8,5°, so daß der Tangens· > dieses Winkels den Reibungskoeffizienten nicht überschreitet.

Es ist wichtig, daß die Befestigungsanordnung 12 in radialer Richtung nicht übermäßig groß ist, damit sie in dem verfügbaren Raum von üblichen Radmontageausführungen aufgenommen werden kann. Um beträchtliche Federkräfte ohne große radiale Größe zu erzielen, ist die axiale Versetzung des Klemmringes 30 im Vergleich zur radialen Versetzung beträchtlich. Die axiale Versetzung ist definiert als der Abstand in axialer Richtung zwischen den Berührungskreisen 52 und 54, und die radiale Versetzung ist definiert als der Abstand in radialer Richtung zwischen den Berührungskreisen 52 und 54. Es wird bevorzugt, daß die Strecke der axialen Versetzung wenigstens die Hälfte der Strecke der radialen Versetzung beträgt, um im Bereich des Federungsvermögens des Klemmringes 30 große Klemmlasten zu erzielen.

Es ist gefunden worden, daß bei einer Befestigungsanordnung gemäß der Erfindung mit den nachstehend angegebenen Abmessungen und Parametern die eingangs genannten Zwecke der Erfindung erreicht werden. Diese Abmessungen und Parameter werden als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ohne jede Begrenzung für den Rahmen der Erfindung angegeben:

Nenngröße von Zapfen und Mutter 19 mm

Designierte Klemmlast 13 500 kg

Axiale Auslenkung bei der designierten

Klemmlast 0,0635 mm

Anziehdrehmoment bei der designierten

Klemmlast 34,3 mkg

(250 ft.lbs.)

Axiale Versetzung 9,14 mm

Radiale Versetzung 14,22 mm

Winkel A 5° 45"

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Winkel B 2°35'

Winkel C 8°35'

Winkel D 2°50'

In Fig. 4 ist die in großem Ausmaß verbesserte Klemmcharak-, teristik der Befestigungsanordnung 12 der Erfindung graphisch dargestellt im Vergleich mit einer typischen bekannten Anordnung. Die Linie 56 zeigt das Verhältnis zwischen der angelegten Klemmlast und der axialen Auslenkung , wie es für eine bekannte Radmontageausführung typisch ist. Es ist ersichtlich, daß bei einer Klemmlast von 13 500 kg sich eine axiale Auslenkung von 0,127 mm ergibt. Demgemäß ergibt sich für jeweils 0,0254 mm Verringerung der axialen Auslenkung als Folge von Kriechen oder Einsinken oder Einlagern der Mutter als Folge von Schwingungen, Temperaturänderungen oder dgl. eine Verringerung des Klemmlast um annähernd 2700 kg, wobei diese Verringerung möglicherweise zu einer Zerstörung der Radmontageausführung und zu einem gefährlichem Zustand führt.

Die Linie 58 zeigt das Verhältnis zwischen der Klemmlast und der axialen Auslenkung bei einer Radmontageausführung mit einer Befestigungsanordnung 12 gemäß der Erfindung. Hier beträgt bei einer designierten Klemmlast von 13-500 kg die axiale Auslenkung 0,635 mm. Wenn 0,0254 mm dieser axialen Auslenkung verloren gehen als Folge von Kriechen oder Einsinken oder Eindringen der Befestigungsanordnung, verringert sich die Klemmlast lediglich um etwas mehr als 450 kg, und es verbleibt eine ausreichende Klemmlast, um die Integrität der Radmontageausführung zu gewährleisten. Die Verbesserung in der Charakterisitik Klemmlast-Auslenkung ergibt sich primär als Folge der Federwirkung des Klemmringes 30 und in einem geringeren Ausmaß als Folge der Tatsache, daß durch die Verwendung des Klemmringes 30 die wirksame Länge des Zapfens 20 vergrößert wird.

Im Rahmen der Erfineung sind verschiedene Änderungen möglich.

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Claims (6)

1. MacLean-Fogg Company
   Mundelein, Illinois (USA)

   Vorrichtung zum Befestigen eines Fahrzeugrades oder mehrerer Fahrzeugräder zwischen einer Nabe und der

   Vorrichtung

   Patentansprüche

   j 1 .) Befestigungsvorrichtung oder -anordnung zum Montieren Wines Fahrzeugrades oder mehrerer Fahrzeugräder mit einer vorbestimmten Klemmlast zwischen einer Nabe und der Befestigungsvorrichtung oder -anordnung, gekennzeichnet durchfolgende Merkmale: einen Gewindebefestigungsteil mit einem Körper (28) und mit einem Gewinde (34), welches allgemein in einer zylindrischen Ebene angeordnet ist, die zu der mittleren Längsachse des Körpers parallel verläuft und diese umgibt,

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   POSTSCHECKKONTO: MÖNCHEN 50175-809 ■ BANKKONTO: DEUTSCHE BANK A.G. MÖNCHEN, LEOPOLDSTR. 71, KONTO-NR. 60/35

   der Körper eine Ausbildung aufweist, mit der ein Werkzeug in Eingriff gebracht werden kann zum Anziehen der Befestigungsvorrichtung oder -anordnung in Richtung gegen eine radiale Fläche eines zu montierenden Rades (z. B. 18),

   einen elastisch verformbaren Klemmring (30) , der relativ zu dem Körper (28) drehbar ist, eine mittlere axiale öffnung besitzt, welche die genannte zylindrische Ebene umgibt und zwischen dem Körper (28) und einem zu montierenden Rad angeordnet ist,

   eine Tragfläche (48), die an dem Körper (28) gebildet ist, und eine mit dieser zusammenarbeitende Tragfläche (46), die an einer Seite des Klemmringes (30) gebildet und der Tragfläche des Körpers zugewandt ist,

   eine an der gegenüberliegenden Seite des Klemmringes (30) gebildete Klemmfläche (44),

   die Klemmfläche (44) ist konisch und verläuft relativ zur radialen Richtung schräg in einem anfänglichen Klemmflächenkegelwinkel (B),

   die Tragfläche (48) des Körpers ist konisch und verläuft relativ zur radialen Richtung schräg in einem Winkel (G), dessen Tangens nicht größer ist als der Reibungskoeffizient zwischen dem Klemmring (30) und dem Körper (28),

   der Klemmring kann vor dem Anziehen der Befestigungsvorrichtung oder -anordnung (12) mit einem zu montierenden Rad entlang einer ersten kreisförmigen Berührungslinie (52) zwischen der Klemmfläche (44) und der Radfläche (32) , und mit dem Körper (28) entlang einer zweiten kreisförmigen Berührungslinie (54) zwischen der Tragfläche (46) des Klemmringes und der Tragfläche (48) des Körpers in Eingriff angeordnet werden,

   die zweite kreisförmige Berührungslinie (54) hat einen kleineren Radius als die erste kreisförmige Berührungslinie (52) ,

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   die Tragfläche (48) des Körpers und die Tragfläche (46) des Klemmringes definieren einen anfänglichen Tragflächentrennwinkel (D), der wenigstens so groß ist wie der anfängliche Klemmflächenkegelwinkel (B), und

   beim Anziehen der Befestigungsvorrichtung oder -anordnung verformt sich der Klemmring elastisch, so daß der Kleitimflächenkegelwinkel (B) und der Tragflächentrennwinkel (D) verkleinert werden und der Klemmflächenkegelwinkel bei der vorbestimmten Klemmlast größer als Null ist.
2. 2. Befestigungsvorrichtung oder -anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kreisförmigen Berührungslinien (52 und 54) radial und axial zueinander versetzt sind, nnd daß die Strecke der axialen Versetzung wenigstens die Hälfte der Strecke der radialen Versetzung beträgt.
3. 3. Befestigungsvorrichtung oder -anordnung nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfläche (48) des Körpers (28) in einem Winkel von kleiner als 9° schräg verläuft.
4. 4. Befestigungsvorrichtung oder -anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfläche (48) des Körpers (28) in einem Winkel von mehr als 8° schräg verläuft .
5. 5. Befestigungsvorrichtung oder -anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der anfängliche Tragflächentrennwinkel (D) in einem Bereich liegt derart, daß er gleich dem anfänglichen Klemmflächenkegelwinkel (B) oder um nicht mehr als 1° größer als dieser ist.
6. 6. Befestigungsvorrichtung oder -anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (28) eine mit einem Flansch (5 0) versehene Mutter aufweist, und daß die Tragfläche (48) des Körpeis an dem Flansch gebildet ist.