DE69622200T2 - Einzelmutter für leichtmetall-radanordnung eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

• Einzelmutter für Leichtmetall-Radanordnung eines Kraftfahrzeuges Beschreibung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leichtmetall-Radanordnung mit Einzelmutter für ein Kraftfahrzeug.
• In sogenannten Einzelmutter-Leichtmetallrädern sind Nabe, Felge und Mutter koaxial zu einer Achse des Rades angeordnet. Zu diesem Zweck umfaßt die Nabe einen axialen Bolzen, der mit einem Außengewinde und einer Kontaktfläche für die Felge versehen ist, die kreisförmig um den Bolzen angeordnet ist. Die Felge schließt wiederum eine Kontaktfläche für die Nabe und eine Kontaktfläche für die Mutter ein. Letztere umfaßt schließlich ein axiales Innengewinde zum Eingriff mit dem Gewindebolzen der Nabe, einen Schraubkopf zum Drehen sowie eine Kontaktfläche für die Felge.
• Die Verwendung von Einzelmutterrädern ist nicht länger auf Rennfahrzeuge beschränkt, sondern verbreitet sich auch unter Tourenwagen, deren sportliche Merkmale unterstrichen werden sollen. Diese Ausbreitung wird insbesondere dank der Bereitstellung von Anpassungs-Bausätzen verstärkt, die eine Montage von Einzelmutterrädern selbst an Fahrzeugen ermöglichen, die mit Naben für mehrere Muttern ausgestattet sind, indem Zwischennabenaufsätze verwendet werden, die einerseits geeignet sind, auf Naben mit mehreren Muttern montiert zu werden und andererseits Einzelmutterfelgen aufnehmen können. Für weitere Details siehe WO95/05291.
• Die Montage und die Demontage eines Einzelmutterrades sind die kritischen Aspekte, durch die eine Verbreitung bisher nur bedingt erfolgt ist. Während man tatsächlich bei Rennveranstaltungen die Geschwindigkeit, mit der ein kompletter Radwechsel erfolgen kann, zu schätzen weiß, ist das große Drehmoment, das zum Festziehen und Lösen aufgewendet werden muß, bei Touringwagen unerwünscht. Dieser Nachteil wird nur teilweise durch Spezialschraubenschlüssel mit ausziehbarem Hebel (70 cm oder mehr) ausgeglichen, die als Standardausrüstung dem Käufer von Einzelmutterrädern mitgeliefert werden.
• Die Demontage ist besonders kritisch, vor allem, wenn sie nach einer sehr langen Laufzeit des Rades erfolgt. Es sind Fälle aufgetreten, bei denen ein Lösen der Mutter durch Erzeugen eines Drehmoments nur mit Hilfe des mitgelieferten Schraubenschlüssels aufgrund von Festfressen zwischen der Mutter und der Felge praktisch unmöglich war, wobei dessen Ursachen wahrscheinlich in unmerklichen Positionierungsfehlern bei der Montage, in Fehlern, die winziges Spiel zwischen den aneinanderliegenden Flächen verursachen oder in der Bildung von Oxiden zwischen den Teilen liegen (die Oberflächen der Mutter und der Felge, die miteinander in Kontakt sind, können nicht durch einen Farbauftrag geschützt werden).
• Die WO-A-93/09355 offenbart eine Verbindungselement-Lager-Anordnung zum Verringern der Drehreibung zwischen dem Kopf eines Verbindungselements und einem Fahrzeugrad. Ein Ring aus einem Feststoff-Trockenschmiermittel wird zwischen zwei kreisförmigen Bauteilen angeordnet, die zwischen dem Kopf des Verbindungselements und dem Rad angeordnet sind.
• Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, eine Baugruppe für ein Einzelmutterrad bereitzustellen, bei der das Festziehen und Lösen der Mutter erleichtert wird.
• Deshalb betrifft die vorliegende Erfindung eine Baugruppe für ein Leichtmetallrad mit Einzelmutter für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1; auf bevorzugte Ausführungsformen wird in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 Bezug genommen.
• Es wurde beobachtet, dass die Felge durch den Axialdruck, der durch die festgezogene Mutter und durch die resultierende Gleitreibung mit der Nabe zwischen den jeweiligen miteinander in Kontakt befindlichen Kontaktflächen auf sie ausgeübt wird, in der richtigen Position gehalten wird. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass ein versehentliches Lösen der einmal festgezogenen Mutter durch die Gleitreibung zwischen den miteinander im Eingriff befindlichen Gewinden der Mutter und der Nabe verhindert wird, wobei diese Reibung ebenfalls durch den Axialdruck zwischen der Mutter und der Nabe verursacht wird. Das Festziehen der Mutter dient demzufolge in Wirklichkeit der Erzeugung des Axialdrucks zwischen der Mutter und der Nabe.
• Umgekehrt wurde beobachtet, dass die Gleitreibung zwischen der Mutter und der Felge weder wirksam dazu beiträgt, dass die Felge in Position gehalten wird, noch ein versehentliches Lösen der Mutter verhindert, während es die Ursache für einen oft sehr beträchtlichen Teil des für das Lösen oder Festziehen der Mutter erforderlichen Drehmomentes ist. Der positive Effekt in diesem Sinne, der bei oberflächlicher Betrachtung der Situation wahrgenommen werden kann, ist in der Tat nur scheinbar. Tatsächlich ist all das Drehmoment, das von der Reibung zwischen der Mutter und der Felge während des Festziehens absorbiert wird, Drehmoment, das von dem Drehmoment abgezogen wird, welches zum Überwinden der Gleitreibung am Gewinde und zum Erzeugen von Axialdruck an der Felge erforderlich ist. Je größer die Reibung zwischen der Mutter und der Felge, desto größer ist der Teil des Anzugsdrehmoments, der nicht zur Erzeugung von Axialdruck zur Verfügung steht.
• Dank einer Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt keinerlei Gleiten zwischen der Mutter und der Felge an den jeweiligen Kontaktflächen, so dass das Drehmoment, das durch die Reibung zwischen diesen Flächen absorbiert wird, gleich Null ist. Darüber hinaus verhindert die Abwesenheit von Gleitung jegliches Festfressen oder Blockieren und stellt sicher, dass eine Oxidbildung jeglicher Art kein Hindernis beim Lösen der Mutter ist.
• Vorzugsweise umfaßt in der Radbaugruppe:
• - der Hauptkörper der Mutter
• - eine Axialbuchse sowie
• - einen Radialflansch um die Axialbuchse herum;
• - der Kontaktkörper eine kreisförmige Grundfläche; und
• - das Lager wird zwischen dem Radialflansch des Hauptkörpers und der kreisförmigen Grundfläche des Kontaktkörpers eingebaut.
• Dieser Aufbau ermöglicht eine optimale Verteilung der Kräfte und erleichtert das korrekte Funktionieren des Lagers.
• Die Art des Lagers ist nicht festgelegt, es kann ein Gleit- oder ein Wälzlager sein. Im ersten Fall hat sich die Schmierung als geeignetes Mittel erwiesen, um den hohen axialen Belastungen standhalten zu können, ohne die Reibungsverringerung zu verschlechtern. Aus diesem Grund wird ein Wälzlager bevorzugt, insbesondere eines mit Radialrollen, um sowohl eine optimale Aufnahme von Axialbelastungen als auch eine große Einfachheit bei der Verwendung sicherzustellen.
• Die Mutter umfaßt vorzugsweise eine ringförmige Schutzabdeckung für das Lager, die so eingebaut wird, dass sie den Hauptkörper und den Kontaktkörper umgibt und frei gegenüber den beiden Körpern drehbar ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich im Betrieb Schmutz oder Staub auf dem Lager absetzt, was Wartungsarbeiten in regelmäßigen Abständen erforderlich machen würde.
• Vorzugsweise verlaufen die Kontaktfläche der Felge für die Mutter und die Kontaktfläche der Mutter für die Felge schräg zur Achse der Radbaugruppe mit einem Winkel von 30º und 60º, vorzugsweise von etwa 45º. Die kegelförmige Form erleichtert den korrekten Einbau der Felge, weil sie von sich aus zu einer Zentrierung beiträgt.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile einer erfindungsgemäßen Radbaugruppe werden besser in der detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung erklärt, die nachstehend in Form eines nicht einschränkend gemeinten Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben wird, wobei Fig. 1 eine Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen Radbaugruppe zeigt, und
• Fig. 2 eine Explosionszeichnung der Mutter der Radbaugruppe nach Fig. 1 im Teilquerschnitt ist.
• In den Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Baugruppe aus Leichtmetall- Legierung mit einer Einzelmutter für ein Kraftfahrzeug A (von dem in Fig. 1 nur einige Teile in der Nähe der Radbaugruppe 1 zu sehen sind). Die Radbaugruppe 1 umfaßt eine Nabe 2, eine Felge 3 und eine Mutter 4. Die in Fig. 1 dargestellte Nabe 2 ist richtigerweise ein Zwischennabenaufsatz, der auf die richtige Nabe 5 montiert wurde, um die Radmontage mittels einer Einzelmutter zu ermöglichen. Mehr Informationen zu dieser Art von Vorrichtung sind in der WO95/05291 desselben Anmelders zu finden. Da jedoch für die Zwecke der vorliegenden Erfindung der Nabenaufsatz 2 in Wirklichkeit das Element ist, das in Bezug auf die Felge 3 alle Funktionen der Nabe ausübt, wird der Nabenaufsatz 2 nachfolgend nur "Nabe" genannt, während die richtige Nabe 5 nicht mehr erwähnt wird.
• Die Nabe 2 besteht aus einem Einzelkörper (üblicherweise aus geschmiedetem Stahl), der einen axialen Gewindebolzen 6 umfaßt, der sich entlang der Achse X der Radbaugruppe 1 erstreckt und vom Kraftfahrzeug A aus nach außen gerichtet ist, sowie einen Flansch 7, der den axialen Bolzen 6 umgibt und sich radial davon erstreckt. An der Nabe 2 ist für die Felge 3 eine Kontaktfläche 8 ausgebildet, die kreisförmig auf dem Flansch 7 ausgeführt ist und vom Kraftfahrzeug A aus nach außen gerichtet ist.
• Die Felge 3 umfaßt einen Mittelkörper 9, der mit einem Umfangskanal für den Reifen (wobei beide Teile nicht in Fig. 1 gezeigt sind) durch Speichen 10 verbunden ist. Vorzugsweise wird die Felge 3 in Einzelmuttersystemen einstückig durch Gießen einer geeigneten Leichtmetall-Legierung, im allgemeinen auf der Basis von Aluminium, hergestellt. Der Mittelkörper 9 weist auf gleicher Höhe mit der Achse X eine Öffnung 11 auf, um ihn mit der Nabe 2 auf dem Bolzen 6 zu verkeilen, und ist mit einer Kontaktfläche 12 für die Nabe 2 versehen, die ringförmig um die Öffnung 11 angeordnet und zum Innern des Kraftfahrzeugs A gerichtet ist.
• Die Felge 3 umfaßt darüber hinaus eine Kontaktfläche 13 für die Mutter 4, die in der Öffnung 11 vorgesehen ist. Die Kontaktfläche 13 verläuft schräg gegenüber der Achse X mit einem Winkel von 30º bis 60º, vorzugsweise von 45º, wobei der ideale Scheitel des Kegels zum Innern des Kraftfahrzeugs A gerichtet ist. Der Winkel der kegelförmigen Fläche bezieht sich (hier und im gesamten vorliegenden Patenttext) auf den Winkel, der zwischen der Kegelachse und einer ihrer erzeugenden Linien eingeschlossen ist.
• Unterhalb der Kontaktfläche 13 für die Mutter 4 ist im Mittelkörper 9 der Felge 3 eine Ringnut 14 ausgebildet, um der Felge 3 eine bestimmte elastische Nachgiebigkeit gegenüber Belastungen zu verleihen, die an der Kontaktfläche 13 angreifen.
• Die Mutter 4 umfaßt einen Hauptkörper 15, einen ringförmigen Kontaktkörper 16 sowie ein Lager 17, das zwischen den beiden Körpern eingesetzt ist, damit sie frei gegeneinander drehbar sind.
• Insbesondere der Hauptkörper 15 umfaßt eine einstückige axiale Buchse 18 (vorzugsweise aus Stahl) mit einem Innengewinde 19 zum Verschrauben mit dem Gewindebolzen 6 der Nabe 2, einen Flansch 20, der sich radial um die Buchse 18 herum erstreckt sowie einen Schraubkopf 21 zum Drehen, der beispielsweise sechskantig sein kann.
• Der Kontaktkörper 16, der ebenfalls einstückig ausgeführt ist, weist eine Ringstruktur auf und umfaßt eine Grundfläche 22 sowie eine Kontaktfläche 23 für die Felge 3. Die Kontaktfläche 23 ist kegelförmig mit einem Winkel ausgebildet, der dem der Kontaktfläche 13 der Felge 3 entspricht.
• Das Lager 17 ist vorzugsweise ein Wälzlager mit Axialrollen und geeignet, Belastungen in axialer Richtung aufzunehmen. Es umfaßt eine Reihe von Rollen 24, die zwischen zwei Ringen 25 und 26 eingebaut sind. Der Ring 25 ist an den Flansch 20 des Hauptkörpers 15 der Mutter 4 gefügt, während der Ring 26 an der Grundfläche 22 des Kontaktkörpers 16 angebracht ist. Der Hauptkörper 15 und der Kontaktkörper 16 der Mutter 4 werden in axialer Richtung durch einen Federring 27 (in der Art eines Seegerrings) gegeneinander verspannt, der mit einer Nut 28 in der axialen Buchse 18 des Hauptkörpers 15 und einer Nut 29 im Kontaktkörper 16 zusammenwirkt. Die elastische Verformbarkeit des Federringes 27 (aus Stahl), die durch einen Schlitz 30 in seinem Umfang sichergestellt ist, läßt genügend große Veränderungen im Durchmesser zu, um einen Einbau zu ermöglichen, der auch von einer äußeren Abfasung 31, die am Ende der Buchse 18 ausgebildet ist, unterstützt wird, wie nachstehend ausführlicher erklärt wird.
• Eine Schutzabdeckung 32, die ringförmig ist und vorzugsweise aus einem Elastomerwerkstoff besteht, umgibt das Lager 17 von außen und ist so befestigt, dass sie den Hauptkörper 15 und den Kontaktkörper 16 der Mutter 4 so umgibt, dass ihre gemeinsame Drehbewegung nicht behindert wird. Insbesondere ist die Abdeckung 32 mit einem Vorsprung 33 und mit einem Rand 34 versehen, der nach innen weist. Der Vorsprung 33 greift in eine entsprechende Nut 35 ein, die am Außenumfang des Flansches 20 des Hauptkörpers 15 ausgebildet ist, während der Rand 34 in eine entsprechende Nut 36 eingreift, die am Außenumfang des Kontaktkörpers 16 vorgesehen ist.
• Der Zusammenbau der Mutter 4 der Radbaugruppe 1 geschieht in der folgenden Weise.
• Als erstes wird das Lager 17 auf dem Hauptkörper 15 angebracht, indem es auf dem Flansch 20 abgelegt wird, während der Federring 27 in der Nut 29 im Kontaktkörper 16 eingesetzt wird. Anschließend wird der Kontaktkörper 16 auf der Buchse 18 des Hauptkörpers 15 angebracht. Durch einen leichten Druck in axialer Richtung verursacht die Abfasung 31 eine elastische Verformung des Federringes 27 (Expansion), um einen Zusammenbau zu ermöglichen. Nachdem der Zusammenbau so weit fortgeschritten ist, dass der Federring 27 auch in die Nut 28 eingreift, können die beiden Körper 15 und 16 nicht mehr voneinander getrennt werden, außer durch die Zerstörung des Federrings 27. Die Form der zwei Nuten 28 und 29 ist tatsächlich so, dass vermieden wird, dass axiale Kräfte zwischen den zwei Körpern 15 und 16 eine Expansion oder Kontraktion des Federringes verursachen. Der Zusammenbau der Mutter 4 wird durch das Anbringen der Schutzabdeckung 32 vervollständigt.
• Die Radbaugruppe 1 umfaßt darüber hinaus eine Diebstahlsicherungsschraube 37, die axial zur Achse X angeordnet ist. Der Kopf 38 der Schraube 37 greift in einen speziell gebohrten Sitz 39 ein, der am Schraubkopf 21 der Mutter 4 vorgesehen ist, während der Gewindeschaft 40 mit einer Bohrung 41 zusammenwirkt, die in einer Wand 42 des axialen Bolzens 6 der Nabe 2 ausgebildet ist. Der Kopf 38 der Schraube 37 ist mit einer Sechskantausnehmung 43 zum Drehen versehen, was teilweise durch einen axialen Stift 44 behindert wird. Das Drehen der Schraube 37 ist also nur möglich mit einem (nicht-dargestellten) Spezialschraubenschlüssel, der in seiner Form komplementär zur Ausnehmung 43 ist, d. h. mit einem axial aufgebohrten Inbusschlüssel.
• Die Radbaugruppe 1 umfaßt schließlich eine Kappe 45 zum Abdecken der Mutter 4, die unter Druckausübung in einen speziellen ringförmigen Sitz 46 eingesetzt wird, der durch eine Ausnehmung 47 unterbrochen ist, damit die Kappe 45 mit Hilfe eines gewöhnlichen Schraubendrehers entfernt werden kann.
• Der Einbau und der Ausbau der Felge 3 auf die und von der Nabe 2 erfolgt gänzlich analog zu den entsprechenden Vorgängen bei konventionellen Radbaugruppen.
• Während jedoch die Mutter 4 festgeschraubt wird, dreht sich die Kontaktfläche 23 der Mutter 4 nicht gegenüber der Kontaktfläche 13 der Felge 3. Folglich wird kein Widerstandsdrehmoment aufgrund von Reibung erzeugt. Bei der Montage bedeutet dies, dass das gesamte auf die Mutter 4 aufgebrachte Drehmoment auf die Verbindung zwischen dem Innengewinde 19 der Mutter 4 und dem Gewindebolzen 6 der Nabe 2 übertragen wird, um einen Axialdruck zu erzeugen, der an die Felge 3 abgegeben wird, die auf diese Weise mit ihrer Kontaktfläche 12 gegen die Kontaktfläche 8 der Nabe 2 gepreßt wird.
• Umgekehrt kann der Zustand der Kontaktfläche 23 und der Kontaktfläche 13 der Mutter 4 bzw. der Felge 3, die miteinander in Kontakt sind, bei der Demontage kein Widerstandsdrehmoment erzeugen, welches das Drehen der Mutter 4 behindern würde. Dies erweist sich selbst in extremen Fällen als wahr, wenn beispielsweise eine Art Zementierung aufgrund von Oxidbildung erfolgt ist.

Claims (5)

1. Radbaugruppe aus Leichtmetall-Legierung und Einzelmutter für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Nabe (2), die am Kraftfahrzeug gelagert ist, eine Felge (3) und eine Mutter (4) zum Befestigen der Felge an der Nabe, wobei Nabe, Felge und Mutter coaxial mit einer Achse (X) der Radbaugruppe (1) angeordnet sind, und wobei:

- die Nabe (2) folgendes umfaßt:

- einen axialen Bolzen (6) mit Außengewinde und

- eine Kontaktfläche (8) für die Felge (3), die ringförmig um den Bolzen (6) angeordnet ist;

- die Felge (3) folgendes umfaßt:

- eine Kontaktfläche (12) für die Nabe (2), und

- eine Kontaktfläche (13) für die Mutter; und

- die Mutter (4) folgendes umfaßt:

- einen Hauptkörper (15) mit:

- einem axialen Innengewinde (19) zum Verschrauben mit dem Gewindebolzen (6) der Nabe (2), und

- einem Mitnehmerkopf (21), der drehend arbeitet;

dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (4) des weiteren folgendes umfaßt:

- einen ringförmigen Kontaktkörper (16), der mit Spiel am Hauptkörper (15) montiert ist und eine Kontaktfläche (23) für die Felge (3) aufweist;

- ein reibungsminderndes Lager (17), das zwischen Hauptkörper (15) und Kontaktkörper (16) angeordnet ist, um wechselseitige Drehfreiheit zwischen Hauptkörper (15) und Kontaktkörper (16) zu ergeben, so daß die Kontaktfläche (13) der Felge (3) für die Mutter (4) und die Kontaktfläche (23) der Mutter (4) für die Felge (3) sich bei Drehung der Mutter (4) nicht gegeneinander drehen können,

- einen elastischen Ring (27), der in jeweilige Nuten (28, 29) eingreift, die am Hauptkörper (15) und am Kontaktkörper (16) ausgebildet sind, so daß der Kontaktkörper (16) dauerhaft am Hauptkörper (15) axial arretiert ist.

2. Radbaugruppe nach Anspruch 1, wobei

- der Hauptkörper (15) der Mutter (4) folgendes umfaßt:

- eine axiale Manschette (18), und

- einen radialen Flansch (20) um die axiale Manschette (18);

- der Kontaktkörper (16) einen ringförmigen Sockel (22) umfaßt, und

- das Lager (17) zwischen dem radialen Flansch (20) des Hauptkörpers (15) und dem ringförmigen Sockel (22) des Kontaktkörpers (16) eingebaut ist.

3. Radbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Lager (17) ein Radialwälzlager ist.

4. Radbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Mutter (4) eine ringförmige Schutzabdeckung (32) für das Lager (17) umfaßt, die so eingebaut ist, daß sie den Hauptkörper (15) und den Kontaktkörper (16) überspannt und sich bezüglich der beiden Körper frei drehen kann.

5. Radbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Kontaktfläche (13) der Felge (3) für die Mutter (4) und die Kontaktfläche (23) der Mutter (4) für die Felge (3) kegelförmig mit einem Winkel zur Achse (X) der Radbaugruppe (1) zwischen 30º und 60º zulaufen.