DE69932865T2

DE69932865T2 - Drehmoment begrenzende Radmutter

Info

Publication number: DE69932865T2
Application number: DE69932865T
Authority: DE
Inventors: Larry J. Wilson
Original assignee: MacLean Fogg GmbH
Current assignee: MacLean Fogg GmbH
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: US6102488A; EP0938983A2; EP0938983B1; DE69914236D1; EP1393929B1; JP3902708B2; JP2000027832A; DE69914236T2; EP0938983A3; EP1393929A2; EP1393929A3; DE69932865D1

Description

HINTERGRUND UND KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein Radmuttern und die Radmontage für Achsen von Kraftfahrzeugen. Genauer ist die Radmutter der erfindungsgemäßen Kombination so aufgebaut, dass die Mutter das Rad nicht mit einer Überlast einspannen kann, die zu einer Verformung des Rades führen könnte, insbesondere wenn das Rad aus einem weicheren Metall als Stahl, wie etwa Aluminium, besteht. Die Mehrzahl der Radmuttern weist eine konische Fläche auf, die das Rad einspannt und als Reaktion auf das Drehmoment eine Spannkraft auf das Rad ausübt.
Die konische Fläche ist das bestimmende Merkmal der Mehrzahl der Radmuttern. Dies ist die Fläche, über die Spannkräfte ausgeübt werden und mit der das Rad in der endgültigen Montageposition zentriert wird. Jahrzehnte der Anwendung und Erprobung haben eine großes Kontingent von ingenieurtechnischem Wissen über die Radmontage hervorgebracht. Im Ergebnis dieser empirischen Daten wurden moderne Radmontageverfahren und Kontrollvorrichtungen entwickelt. Die US-Patentschrift US-A-4382635 offenbart eine Kombination gemäß dem Einleitungsteil von Anspruch 1.
Es wird eine bestimmte Mindestspannkraft für eine Radmontage vorgeschrieben, und es bedarf eines Verfahrens zur Überprüfung der Einhaltung dieses Kriteriums. Im Labor geschieht dies mit einer speziellen Vorrichtung und einem Lastsensor, der diese Kraft misst. Im Montagebereich gibt es kein anwendbares Verfahren zur direkten Messung dieser Kraft, doch können Drehmoment und Drehwinkel gemessen werden. Das Verständnis der Beziehung zwischen Drehmoment und Anpressdruck macht Drehmoment und Drehwinkel zu einer geeigneten Kontrollmessung zur Gewährleistung des richtigen Anpressdrucks. Die Ober- und Untergrenze für das bei der Montage eingesetzte Drehmoment wird eingestellt und der Drehwinkel wird überwacht, um Abweichungen von der normalen Dauer der Drehmoment-Spannkraft-Kurve zu erkennen. Eine extreme Abweichung von der definierten Norm kann ein Problem bei der Montage anzeigen, das die Montagefestigkeit beeinträchtigen kann.
Gelegentlich werden (aufgrund einer von mehreren Variablen) sehr hohe Anpressdrücke erzeugt, was zu einem Verbindungsdefekt bei einem Rad aus Aluminiumlegierung und keinem negativen Einfluss auf ein Stahlrad führen kann. Der Fehler liegt darin, dass der Mutternsitz diesen hohen Anpressdruck nicht unterstützen kann, was eine Folge der geringeren Festigkeit des Aluminiums ist. Wenn dies auftritt, frisst sich die Mutter durch das Rad, bis der Anpressdruck erreicht ist. Der Umfang der Mutternsitzverformung kann am Wert des Drehwinkels beurteilt werden, wobei ein größerer Drehwinkel eine größere Mutternsitzdeformation anzeigt. Eine übermäßige Verformung ergibt eine defekte oder nicht akzeptable Verbindung. Diese Erfindung bietet ein Merkmal auf der Radmutter, das die Größe der Verformung im Radsitz begrenzt, wobei der Drehwinkel bei der Montage gleichermaßen begrenzt wird.
Das Begrenzungsmerkmal dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Anschlagfläche auf der Radmutter, die im Allgemeinen senkrecht zur Mutternachse verläuft und die konische Fläche kreuzt, wodurch sie die Ausübung von Drehmomentkräften auf die Radmutter verhindert, die aus weicheren Metallen wie Aluminium gefertigte Räder überlasten und verformen würden. Offen gelegt wird eine Ausführungsform der Erfindung einschließlich der begrenzenden Anschlagfläche, die die auf das Rad bei der Montage am Kraftfahrzeug einwirkende Spannkraft begrenzt, sowie der in Anspruch 1 definierten Unterlegscheibe und Kappe.
Weitere Merkmale, Vorzüge und Weiterbildungen ergeben sich aus den folgenden Zeichnungen, wenn diese im Zusammenhang mit der Beschreibung und den Ansprüchen betrachtet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Radmutter nach dem relativ üblichen Stand der Technik in Montagebeziehung zu einem Rad und einem Achsengestell, wobei zahlreiche Elemente zum besseren Verständnis in einer Schnittansicht dargestellt sind;
2 ist eine Schnittdarstellung wie 1, die eine Ausführungsform einer von den Ansprüchen nicht erfassten Radmutter zeigt;
3 ist eine Schnittdarstellung wie 2, die die erfindungsgemäße Radmutter in Form einer Radmutter mit einer Schmuckkappe zeigt;
4 zeigt eine Draufsicht auf die in 3 dargestellte Radmutter;
5 zeigt eine senkrechte Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
6 zeigt eine Draufsicht auf die in 5 dargestellte Radmutter und
7 zeigt eine Schnittdarstellung einer Radmutter des Standes der Technik wie in 1 in einer Position mit hohem Anpressdruck, in der sie das Rad verformt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weist die allgemein mit 10 in 2 bezeichnete Radmutter einen Metallkörper 12 mit einer Längsachse 14 und einer Axialöffnung 16 auf. Der Körper 12 verfügt über Enden 18 und 20 mit einer konischen Fläche 22 am inneren Ende 18 und Abflachungen für Mutternschlüssel 24 am äußeren Ende 20.
Die Radmutter 10 wird in 2 in einer Position dargestellt, in der sie ein nur teilweise dargestelltes Kraftfahrzeugrad 26 an einer herkömmlichen, an der Achse eines Kraftfahrzeuges befestigten Achsscheibe 28 (nicht dargestellt) einspannt. Das Rad 26 ist mit einer Radmutternsitzfläche 36 versehen, die entsprechend der konischen Fläche 22 eine konische Form aufweist.
Das Rad 26 wird an der Achsscheibe 28 durch eine Anzahl von Radmuttern 10 auf von der Achsscheibe 28 getragenen Bolzen befestigt, von denen einer mit dem Referenzsymbol 30 in 2 dargestellt ist. Das Rad 26 weist eine Anzahl Öffnungen 34 auf, von denen nur eine in 2 dargestellt ist und die auf die Bolzen 30 aufgeschoben sind. Jede Öffnung 34 hat einen konischen Mutternsitz 36, dessen Form der konischen Fläche 22 auf der Radmutter 10 entspricht. Die Radmutter 10 wird auf den Bolzen 32 bis zu einer Position aufgeschraubt, in der die konische Fläche 22 auf dem Sitz 36 aufsitzt.
Auf die Abflachungen für Mutternschlüssel 24 wird eine Drehkraft ausgeübt, um am Rad 26 auf der Sitzfläche 36 und über die konische Fläche 22 an der Radmutter 10 eine Spannkraft zu induzieren. Wenn angenommen wird, dass das Rad 26 aus einem weicheren Metall als Stahl, wie zum Beispiel Aluminium, gefertigt ist, kann die Spannkraft auf das Rad mit einer herkömmlichen in 1 dargestellten Mutter 35 in normaler Radbefestigungsposition übermäßig stark werden. Bei der erfindungsgemäßen Radmutter 10 ist der Körper 12 der Radmutter 10 mit einem Flansch 38 versehen, der im Wesentlichen in einer senkrecht zur Achse 14 angeordneten Ebene 42 eine Anschlagfläche 40 aufweist. Wenn die Fläche 40 das Rad 26 einspannt, kann das auf die Abflachungen für Mutternschlüssel 24 ausgeübte Drehmoment die Radmutter auf dem Bolzen 30 nicht weiter vorantreiben. Damit wird jede Möglichkeit einer damit zusammenhängenden hohen, das Rad 26 übermäßig verformenden Belastung durch die Radmutter 10 verhindert.
Im Gegensatz dazu ist die dem Stand der Technik entsprechende Mutter 35 in der Lage, das Rad 26 durch eine hohe Spannkraft wie in 7 dargestellt zu verformen. Die Mutter 35 hat eine konische Fläche 37, aber keinen Flansch 38. Der zylindrische Ring 39 über der Fläche 37 kann die Mutter 35 nicht daran hindern, weiter in die Fläche 37 vorzudringen.
Die auf das Rad 26 durch die Radmutter 10 als Reaktion auf die Drehkraft auf die Abflachungen für Mutternschlüssel 24 ausgeübten Spannkräfte stehen in Beziehung zum Einschlusswinkel zwischen der Achse 14 und der konischen Fläche 22. Je kleiner dieser Winkel ist, desto größer der Anteil der als Druckkraft auf das Rad 26 parallel zur Achse 14 übertragenen Spannkräfte. Durch Schaffung des wünschenswerten Winkels auf der konischen Fläche 22 und der Flanschposition in Richtung der Achse 14 können somit die gewünschten Spannkräfte ohne Gefahr der Verformung des Metallrades 26 gewährleistet werden. Damit die Anschlagfläche 40 wirksam sein kann, muss sie die konische Fläche 22 schneiden. Wenn die Ebene 42 im Abstand zur der konischen Fläche angeordnet ist, kann es zu einer Verformung des Rades kommen, bevor die Anschlagfläche 40 das Rad 26 einspannt.
3 und 5 zeigen weitere Ausführungsformen einer Radmutter 10, wobei 3 eine erfindungsgemäße Radmutter offen legt. Diese Ausführungsformen ähneln der in 2 dargestellten Ausführungsform, und aus diesem Grunde werden für die gleichen Teile der Radmuttern 10, 10a und 10b die gleichen Referenzsymbole verwendet. Die Radmuttern 10a und 10b unterscheiden sich von der oben beschriebenen Radmutter 10 darin, dass 10a und 10b jeweils einen aus mehreren Stücken bestehenden Körper 50 aus einem Innengewindeglied 52, das auf den Bolzen 30 aufgeschraubt werden kann, und einer Unterlegscheibe oder einem „Radsitz-Spannglied" 54 verwenden. Die Unterlegscheibe 54 dreht sich frei um die Achse 14. In der erfindungsgemäßen Kombination einschließlich der Radmutter 10a hält eine externe Kappe 56 das Gewindeglied 52 und die Unterlegscheibe 54 zusammen.
Jede der Radmuttern 10a, 10b umfasst wesentliche Komponenten der Radmutter 10. Zum Beispiel weist jede die konische Fläche 22, den Flansch 38 und die Anschlagfläche 40 auf, die senkrecht zur Achse 14 und in einer die konische Fläche 22 schneidenden Ebene angeordnet ist. Bei der Radmutter 10a weist das äußere Element 50 eine geneigte untere Fläche 58 auf, die sich im Flächenkontakt mit einer ähnlichen Fläche 60 an der Außenseite der Unterlegscheibe 54 befindet. Eine ähnliche Anordnung gibt es in der Radmutter 10b, in der sich das Glied und die Unterlegscheibe 54 relativ frei voneinander drehen. Die Endflächen 62 und 64 auf den jeweils aneinander grenzenden Enden des Gewindeglieds 52 und der Unterlegscheibe 54 wirken bei der Übertragung der Drehkräfte am Glied 52 als Spannkräfte auf die konische Fläche 22 zusammen.
Aus der obigen Offenlegung geht hervor, dass die Erfindung eine Radmutter 10a bereitstellt, die effektiv zur Befestigung von Rädern aus weichem Metall an Kraftfahrzeugen ohne Verformung der Räder verwendet werden kann. Diese Weichmetallräder sind gegenwärtig weit verbreitet. Diese Erfindung gestattet die weitere Nutzung von Aluminiumrädern.

Claims

Kombination aus einem Rad (26) für ein Kraftfahrzeug und einer Radmutter (10a) von der Art, dass sie die Befestigung des Rades an der Kraftfahrzeugachse ermöglicht, wobei die Radmutter einen Körper mit einer Längsachse umfasst und der Mutternkörper außerdem eine axiale, mit Gewinde versehene Öffnung und ein Endenpaar aufweist, von dem ein Ende eine konische Außenfläche (22) und das andere Abflachungen für Mutternschlüssel (24) hat, diese Abflachungen für Mutternschlüssel das Anlegen eines Drehmoments an den Mutternkörper ermöglichen, das Rad eine Mutternsitzfläche (36) aufweist, die zur Aufnahme der konischen Außenfläche im Eingriff von Fläche zu Fläche vorgesehen ist, so dass am Sitz eine Spannkraft von zunehmender Größe auf das Rad als Reaktion auf das Anlegen des Drehmoments an die Radmutter ausgeübt wird, die durch Mittel zur Bildung einer radial zur konischen Fläche nach außen verlaufenden Anschlagfläche (40) am Mutternkörper charakterisiert wird, wobei die auf der Sitzfläche aufsitzende konische Fläche in einer Position mit dem Rad mithilfe einer Kraft in Eingriff gebracht werden kann, die ausreicht, um das Rad einzuspannen, bevor die Radmutter den Radmutternsitz verformt, und dadurch gekennzeichnet, dass die Radmutter wie folgt mehrere Teile aufweist: a) ein Glied mit einem Innengewinde; b) eine mit dem Gewindeglied fluchtende und in einer Stoßverbindungsbeziehung an dem Gewindeglied anliegende Unterlegscheibe, wobei sich die konische Fläche auf der Unterlegscheibe befindet, und c) ein Kappenelement auf der Radmutter, das das Gewindeglied und die Unterlegscheibe in der Stoßverbindungsbeziehung hält.
Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem die Anschlagfläche bildenden Mittel um einen im wesentlichen senkrecht zur Achse auf dem Körper angeordneten Flansch (38) handelt.
Kombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachungen für Mutternschlüssel, die konische Fläche und der Flansch integrierte Bestandteile der Radmutter (10a) sind.