DE20018414U1

DE20018414U1 - Vorrichtung zur Befestigung von Messeinrichtungen am Rad eines Fahrzeuges

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Publication date: 2001-01-18
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Description

Vorrichtung zur Befestigung von Messeinrichtungen am Rad eines Fahrzeuges

Die Felge von Fahrzeugrädern wird heute meist über Radschrauben mit Sechskantkopf in einem Innengewinde an der Nabe befestigt. Umgekehrt ist es auch üblich, dass in der Nabe Gewindebolzen eingesetzt sind und die Felge mit Radmuttern befestigt wird. Wenn nachfolgend der Begaff Radschrauben benutzt wird, sind gleichzeitig auch die Versionen mit Radmutter gemeint.

hi der Entwicklung, bei Zulassungen und Überprüfungen von Fahrzeugen werden vielfach Messwerte aus dem Bereich der Fahrzeugräder benötigt, wie z.B. die Raddrehzahl oder Temperaturwerte der Bremsanlage. Um die benötigten Messmittel ohne bauliche Veränderungen am Rad des Fahrzeuges zu fixieren, (Fig 1) wird nach dem Stand der Technik eine Scheibe (5) zentrisch und parallel zur Felge (1) des zu messenden Rades angebracht. Im Zentrum der Scheibe wird z.B. ein Drehratensensor (7), ein Schleifringübertrager oder ein Telemetrieübertrager eingesetzt. Die Scheibe (5) wird dazu an den Radschrauben (2) befestigt, entweder durch

1. eine Schraubverbindung, wobei zuvor die serienmäßigen Radschrauben durch Sonderradschrauben ersetzt wurden, die in der Mitte des Schraubenkopfes ein Gewinde haben oder durch

2. Spannzangensysteme aus Stahl nach Fig 3a. Die Klemmung erfolgt, indem eine Spannzange per Schraube in eine konische Hülse (13) gezogen wird, bis sich die sechs Spannzangenfinger (12) an den Flanken der Radschraube (10) festklemmen.

Bei Methode 1 sind die Komponenten preisgünstig, jedoch müssen vor dem Test die serienmäßigen Radschrauben gewechselt werden. Da Radschrauben ein sicherheitskritisches Bauteil am Fahrzeug sind, muss die Materialauswahl und Fertigung der Sonderradschrauben in Kleinserie besonders sorgfältig durchgeführt werden. Für verschiedene Fahrzeuge werden unterschiedliche Sätze von Radschrauben benötigt.

Die Spannzangen nach Methode 2 sind aus speziellen Stahllegierungen mit Federeigenschaften gefertigt. Problematisch ist das Korrosionsverhalten auf salznassen Fahrbahnen und das relativ hohe Gewicht.

Die dynamischen Eigenschaften und die rotierende Masse des zu prüfenden Rades sollen durch die Messeinrichtung möglichst wenig verändert werden. Deshalb wird angestrebt, die Komponenten der Messeinrichtung aus leichtem Material zu fertigen. Außerdem wird hohe Korrosionsbeständigkeit gefordert.
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Bei den genannten Lösungen sind pro Radschraube eine oder zwei Schrauben einzudrehen oder zu lösen, wenn die Messvorrichtung an- oder abmontiert werden soll. Diese Befestigungsart stellt noch keine optimale Lösung dar, wenn es darum geht, die Scheibe mit dem Messmittel besonders oft oder schnell zu wechseln, z.B. bei Versuchsreihen an Reifen. Zum Felgenwechsel muss die Messvorrichtung jedesmal abmontiert werden, um die Radmuttern lösen zu können. Die umgekehrte Arbeitsfolge ist nach dem Reifentausch erforderlich. Es sind dazu viele Schraubvorgänge nötig, die in der Summe erheblich Zeit kosten. Es wird deshalb eine Befestigungsvariante im Anspruch 6 vorgeschlagen, bei der sich die Messeinrichtung ohne wiederholtes Schrauben aufsetzen und abnehmen lässt.

Das Gewicht wird durch die im Schutzanspruch 1 genannten Materialien reduziert. Sofern Leichtmetall wie z.B. Aluminium eingesetzt wird, ist für den Korrosionsschutz eine Eloxalbeschichtung oder Hartanodisieren geeignet. Allerdings besteht die Gefahr der Beschädigung der Schutzschicht. Fig. 3a und 3b stellen jeweils die Hälfte einer Spannzange in Draufsicht und einer Radschraube im Schnitt dar. (Fig. 3a: Variante nach dem Stand der Technik, Fig. 3b: verbesserte Variante). Die Finger (12) entstehen dadurch, dass in ein zylindrisches Rohr sechs Längsschlitze geschnitten werden. Die bekannten Spannzangensysteme nach Fig. 3 a drücken auf die Flanken der Radschaubenköpfe (10) am Rand der Spannfinger (12). Durch die Kontur im Bereich

(11) ergeben sich hochbelastete Druckstellen. Eine aufgebrachte Korrosionsschutzschicht (z.B. eine harte Eloxalschicht) neigt an den Fingerflanken wegen hoher Scherkräfte zum Abplatzen. Hat das Spannzangenmaterial nur geringe Härte, (z.B. Kunststoff), würden die Kanten der Spannfinger verformt und auf Dauer beschädigt. Deshalb wird im Anspruch 2 und Fig. 3b vorgeschlagen, die Innenseite der Spannfinger (15) so zu gestalten, dass sie auf einer Breite b (14) den Schraubenflanken (10) angepasst sind. Der Druck verteilt sich dadurch auf eine größere Fläche und wirkt senkrecht zur Materialoberfläche. Das vermeidet Verformungen des Materials und Scherkräfte auf die Korrosionsschutzschicht.

Eine Ausgestaltung zur schnelleren Montage des Spannzangensystems ist im Schutzanspruch 4 wiedergegeben. Bekannt ist aus G9206155.9, dass die Spannzange, die mit einer Schraube in die Hülse gezogen wird, bereits an der Scheibe (5) vormontiert ist. Durch den dort beschriebenen Zentrierstern können die einzelnen Spannelemente zwar schnell auf den Lochkreisdurchmesser der Radmuttern angepasst werden, doch aufsetzen lässt sich die Einheit dann meist noch nicht, weil die Spannelemente einzeln auf Winkelstellung der Radschraubenköpfe eingerichtet werden müssen. Dagegen wird in Schutzanspruch 4 vorgeschlagen, dass Spannzange und Hülse (3) mit einem Spannknopf (4) kombiniert werden (Fig. 1). Das Aufsetzen am Sechskant der Radschraube und das Festspannen erfolgt mit einem einzigen Handgriff. Nachdem das letzte Spannelement fixiert ist, wird die Scheibe (5) mit dem Messmittel aufgesteckt und mit Schnellspannrändelrnuttern (6) befestigt.

Eine Weiterbildung nach Anspruch 5 stellt der im Spannknopf eingebaute Höhenausgleich dar. Werden an einem Rad mit vier oder fünf Radschrauben die Spannelemente aufgesetzt und gespannt, befinden sich wegen Montagetoleranzen die Rückseiten der Spannelemente meist nicht exakt in einer Ebene. Beim Festschrauben der Scheibe (5) käme es dann zu Verwindungen. Deshalb ist im Spannknopf (4) eine Tellerfeder mit beweglicher Abdeckung eingebaut, die den erforderlichen Höhen- und Winkelausgleich bewirkt.

Eine weitere, deutliche Verkürzung der Montagezeit wird erreicht, wenn die Spannzangenhalter durch die in Anspruch 6 genannten magnetischen Halteelemente (8) ausgetauscht werden (Fig. 2). Dadurch ist ein Schraub Vorgang nur noch beim ersten Aufsetzen der Messeinrichtung auf die Felge erforderlich. Das Abnehmen und erneute Aufsetzen der kompletten Messeinrichtung ist dann jeweils nur noch ein einziger Handgriff. Zur Erstmontage werden die Magnethalter (8) einzeln auf den Köpfen der Radschrauben (2) angesetzt, die bei praktisch allen Fahrzeugen aus Stahl gefertigt sind.

Danach wird, wie bei der Spannzangenbefestigung, eine Scheibe (5) mit dem Sensor (7) auf die Rückseite der Magnethalter geschraubt. Beim Abnehmen muss nur die magnetische Haltekraft mit einem horizontalen Ruck überwunden werden. Beim wiederholten Aufsetzen schnappt die Messeinheit durch die Magnetkräfte selbsttätig an die Radschrauben.

Damit die Messeinheit bei Fahrten über Schlaglochstrecken nicht abgeschüttelt wird, ist es erforderlich, dass im Magnethalter ein starker Magnet in einer haftkraftverstärkenden Anordnung verwendet wird. Weiterhin muss eine Hülse an der Frontseite des Halters vorhanden sein, die den Magnethalter auf der Radschraube zentriert und ein Abrutschen des Halters bei starken vertikalen Stößen verhindert.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Erkenntnis, dass in der beschriebenen Anordnung bereits relativ geringe horizontale Haftkräfte ausreichen, um auch bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit und schlechter Fahrbahn ein Abrutschen der Messeinheit zu verhindern. Weiterhin wird durch den nachfolgend vorgeschlagenen Aufbau des Magnetsystems erreicht, dass auch bei unterschiedlich geformten Radschrauben genügend Haftkraft für einen sicheren Einsatz vorhanden ist.

Fig.4 a und 4b zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel im Querschnitt. Variante 4a:

Das kelchförmige Gehäuse (21) besteht aus ferromagnetischem Material. Im Kelch ist ein Dauermagnet (24) mit einer Polplatte (22) mit Vergussmasse (23) so eingeklebt, dass bei angesetzter Radschraube (20) der magnetische Kreis (25) über den Kopf der Radschraube geschlossen wird. Die Kelchöffhung (26) ist secheckig ausgeführt und soll zu den Flanken der Radschraube möglichst geringe Toleranzen haben. Durch einen geringen Luftspalt wird die Haftkraft erhöht und vertikales Abrutschen des Halters von der Radschraube verhindert.

Variante 4b:

Im Gehäuse (28) aus nichtmagnetischem Material ist der Haftmagnet (24) mit zwei Polschuhen (29) aus ferromagnetischem Material (z.B. Weicheisen) eingeklebt (23). Der Magnetkreis (25) wird über die Polschuhe (29) und den Kopf der Radschraube (20) geschlossen. Um ein Abkippen der Magnethalter von der Radschraube zu verhindern, ist der obere Teil des Halters als Führungshülse (27) gestaltet, die als Innendurchmesser (30) das Eckmaß des Schraubenkopfes hat. Der Magnethalter kann nur durch horizontale Kräfte abgezogen werden, die im Fahrbetrieb nur in geringem Maße auftreten.

Eine vorteilhafte Gestaltung der Führungshülse (27) besteht darin, dass sie auswechselbar ist, z.B. indem sie mit einem Schraubgewinde befestigt wird. Bei der Verwendung der laut Fig. 1 und Fig. 4a beschriebenen Halter müssen verschiedene Sätze für die

unterschiedlich großen Radschrauben (z.B. SW 15,17,19, 21 usw.) bereitgehalten werden. Bei der Ausführung nach Fig. 4b dagegen genügt es, die Führungshülsen auszuwechseln, um die Magnethalter an Radschrauben mit unterschiedlicher Schlüsselweite anzupassen.

Das im Halter eingeklebte Magnetsystem kann je nach Form der Radschraube unterschiedlich ausgeführt sein. (Fig. 5a bis 5d). In vielen Fällen ist der Kopf der Radschraube eben oder ringförmig. Dafür eignet sich ein Magnetsystem nach Fig 5a. Der Magnet (35) ist zwischen zwei Polschuhen mit planer Stirnseite (31) platziert. Bei Fahrzeugfelgen, die mit Radmuttern anstelle der Radschrauben befestigt sind, können die Polschuhe (32) nach Fig. 5b so ausgebildet werden, dass der Gewindebolzen in eine Bohrung in den Polschuhen hineinragt. Die Haftkräfte werden dann über die Stirnseite der Radmutter übertragen.
Eine weitere Ausgestaltung des Halteelementes besteht nach Schutzanspruch 8 darin, dass die Polschuhe (33) an der Oberseite zur Form der Radschraube komplementär geformt sind. Als Beispiel einer Ausführungsform dient Fig. 5c und 5d. Damit lassen sich auch bei Hutmuttern (34) oder gewölbten Radschrauben gute Haftkräfte erreichen.

Die Unempfindlichkeit gegen Abkippen von der Radschraube lässt sich durch den Schutzanspruch 9 weiter verbessern, indem die Innenseite der Führungshülsen (27) nicht rund, sondern sechseckig ausgeführt ist, weil damit das Spiel zwischen den Flanken der Radschraube und der Hülse verringert wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Befestigung von Messeinrichtungen (7) am Rad eines Fahrzeuges (1), wobei eine Scheibe (5) mit einem Messaufnehmer zentrisch und parallel zur Radnabe mit Hilfe von Spannzangen (3) montiert wird, die sich an den Flanken der Radschrauben (2) bzw. Radmuttern festklemmen, dadurch gekennzeichnet, dass für die Spannelemente als Material Leichtmetall oder temperaturbeständiger Kunststoff verwendet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Spannelemente (14) am Berührungspunkt zur Flanke der Radschraube bzw. Radmutter flächig und nicht spitz oder punktförmig gestaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf metallischen Ausführungen der Spannelemente eine Korrosionsschutzschicht aufgebracht ist, die wegen der Ausbildung der Berührungspunkte nach Anspruch 2 auch im Berührungsbereich hauptsächlich senkrecht belastet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Montage die Spannelemente einzeln auf die Radschrauben bzw. Radmuttern aufgesetzt werden und jedes Spannelement (3) getrennt mit einem Spannknopf (4) sofort manuell fixiert wird, noch bevor die Scheibe (5) mit der Messvorrichtung (7) an der Rückseite der Spannknöpfe befestigt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Spannknöpfen (4) ein federnder Höhenausgleich integriert ist, mit dem kleine Niveau- und Parallelitätsunterschiede ausgeglichen werden, die vom manuellen Fixieren der Spannelemente oder von Toleranzen der Radschrauben bzw. Radmuttern herrühren.

6. Vorrichtung zur Befestigung von Messeinrichtungen (7) am Rad eines Fahrzeuges (1), wobei eine Scheibe (3) mit einem Messaufnehmer zentrisch und parallel zur Radnabe an den Radschrauben (2) bzw. Radmuttern fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass pro Radschraube bzw. Radmutter ein Halteelement (8), bestehend aus einem magnetischen Kern (24) in einer Hülse (21, 27) aufgesetzt wird und sich magnetischer Fluss (25) zur Radschraube (2) bzw. Radmutter aufbaut, der eine Haltekraft in horizontaler Richtung bewirkt und dass sich jedes Halteelement durch seine hülsenförmige Ausbildung im vorderen Bereich (21, 27) automatisch auf der Radmutter bzw. Radschraube zentriert und ein Abrutschen durch radiale Kräfte von der Radschraube bzw. Radmutter verhindert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontseite des Halteelemetes als auswechselbare Führungshülse (27) gestaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des magnetischen Kerns plan oder konvex gestaltet ist. (Fig. 5a bis 5d)

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der Führungshülse sechseckig und passend zur Schlüsselweite von Radschraube bzw. Radmutter geformt ist.