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Dokumentenidentifikation DE19501808C2 16.10.1997
Titel Radkappe zum Aufklemmen auf eine Radfelge
Anmelder Baumann & Cie. AG, Rüti, CH
Erfinder Geisel, Alwin, Dipl.-Ing., Rüti, CH
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Anmeldedatum 21.01.1995
DE-Aktenzeichen 19501808
Offenlegungstag 17.08.1995
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.10.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.10.1997
IPC-Hauptklasse B60B 7/06

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Radkappe zum Aufklemmen auf eine Radfelge, insbesondere von Personenkraftwagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus US 27 46 805, US 28 19 929, US 37 47 984 und DE 26 22 908 A1 sind Radkappen bekannt, die einen kreisrunden Federring aufweisen, der in fest mit der Radkappe verbundenen Stützen gehalten ist. Beim Aufklemmen der Radkappe werden die Stützen radial nach innen gegen die Federkraft des Federrings gebogen, bis an den Stützen vorgesehene Rastnasen in eine umlaufende Rille an der Radfelge einrasten. Die notwendige radiale Haltekraft wird somit durch den geschweißten Federring aus Federstahldraht erzeugt. Nachteilig bei solchen Radkappen ist, daß beim Aufklemmen der Radkappen relativ große Gegenkräfte überwunden werden müssen, die vom Federring ausgeübt werden. Diese großen Gegenkräfte sind darauf zurückzuführen, daß ein relativ steifer Federring verwendet werden muß, um einen ausreichend guten und festen Halt der Radkappe an der Radfelge erreichen zu können.

Zur optimalen Befestigung der Radkappe an der Felge müssen die folgenden vier Funktionen erfüllt sein:

  • 1. Wenn die Radkappe nicht in der Felge montiert ist, darf der Federring die Stützen nicht zu weit radial nach außen drücken, damit eine gute Montierbarkeit der Radkappe in der Felge gewährleistet ist und die Stützen beim Montieren nicht abbrechen können.
  • 2. Beim Abziehen der Radkappe von der Felge soll eine bestimmte Abzugskraft gegeben sein, welche sicherstellt, daß sich die Radkappe beim Gebrauch des Fahrzeugs nicht von der Felge löst. Zu berücksichtigen sind dabei beispielsweise Vibrationen, Fliehkräfte sowie äußere Einwirkungen. Allerdings sollte in der Regel die Radkappe trotzdem von Hand und ohne Werkzeug demontierbar sein.
  • 3. Im montierten Zustand muß die Radialkraft noch ausreichend groß sein, um ein möglichst hohes Verdrehmoment der Radkappe in der Felge zu erzeugen. Dies ist notwendig, um ein Beschädigen des durch die Blende ragenden Ventils und eine Abnutzung der Rastnasen zu vermeiden. Insbesondere darf sich die Radkappe auch dann nicht verdrehen, wenn ruckartige Rad-Drehbewegungen beim Antiblockiersystem (ABS) und bei der Antischlupfregelung (ASR) auftreten.
  • 4. Die Fertigungstoleranzen von Felge, Radkappe und Federring dürfen die Funktionalität der Radkappe nicht beeinträchtigen.


Um die beim Aufklemmen zu überwindende Gegenkraft zu verringern, sind in DE 29 43 137 C2, DE 30 20 244 C2 sowie DE 33 15 342 C1 Federringe mit nach außen gebogenen Bügelteilen beschrieben. Aufgrund der Bügelteile weist der Federring eine erhöhte Biegefähigkeit auf. Die Bügelteile sind in Führungen oder Blenden der mit der Radkappe fest verbundenen Stützen gehalten und geführt.

Weitere Lösungsvarianten sind in DE 29 37 083 B1, DE 30 39 219 A1, US 4 740 038 sowie JP 3-169 702 A beschrieben. Hier wird vorgeschlagen, daß der Federring im Bereich der nach außen gebogenen Bügelteile innerhalb der Radkappe radial oder tangential vorgespannt angeordnet wird. Somit kann das Aufklemmen der Radkappe infolge der Vorspannung mit relativ geringem Kraftaufwand auf die Felge erfolgen, wobei die Radkappe dennoch infolge der Vorspannung mit relativ großer Kraft in der Felge gehalten wird. Die Vorspannung des Federrings muß allerdings in unmontiertem Zustand von der Radkappe aufgenommen werden. Um Deformationen der nicht montierten Radkappe zu vermeiden, muß diese stark versteift werden. Hierdurch erhöhen sich die Werkzeug- und Teilekosten sowie das Eigengewicht der Radkappe.

Aus der den Oberbegriff bildenden Druckschrift DE 79 30 255 U1 ist ein Federring bekannt, der nach außen gebogene Bügelteile aufweist. Die Bügelteile sind in radial verlaufenden Aussparungen der Stützen der Radkappe fest gehalten. Der Federring ist entweder ohne Vorspannung in der Radkappe gehalten, so daß das erzielbare Verdrehmoment nicht ausreichend ist, oder er ist vorgespannt in den Stützen gehalten, wobei die Radkappe entsprechend versteift sein muß.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Radkappe zu schaffen, die bei hohem Verdrehmoment mit geringem Kraftaufwand montierbar und demontierbar ist und auf die keine tangentialen oder radialen Vorspannkräfte in nicht montiertem Zustand wirken.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Radkappe weist einen Federring mit einem inneren Drahtring auf, der entlang seines im wesentlichen kreisrunden Umfangs nach außen gebogene Bügelteile aufweist. Die Bügelteile sind an radial federnden Stützen der Radkappe gehalten.

Erfindungsgemäß sind die Bügelteile an den Stützen drehbar gelagert, so daß der Federring beim Aufklemmen auf eine Radfelge nicht nur in einer Ebene gebogen wird, sondern zusätzlich auch eine Axialbewegung ausführen kann. Somit ist der innere Drahtring beim Aufklemmen auf die Radfelge frei aus seiner ursprünglichen Ebene nach oben oder nach unten auslenkbar, so daß bei der Federung des erfindungsgemäßen Federringes zusätzlich zu einer radialen Einwärtsbewegung eine Axialbewegung des inneren Drahtrings erfolgt.

Aufgrund der ermöglichten Axialbewegung des inneren Draht rings zusätzlich zu der eine Biegung des Federrings hervorrufenden Einwärtsbewegung ist ohne Vorspannen des Federrings ein ausreichend hohes Verdrehmoment erreicht, so daß sich die Radkappe auch bei ruckartigen Rad-Drehbewegungen nicht verdreht.

Gegenüber bekannten Radkappen mit vorgespannten Federringen ist die erfindungsgemäße Radkappe wesentlich einfacher aufgebaut, da von der Radkappe in nicht montiertem Zustand keine Vorspannkräfte aufgenommen werden müssen. Die erfindungsgemäße Radkappe weist somit keine zusätzlichen Versteifungsrippen auf und ist daher leichter.

Die Auswirkung der Überlagerung der beiden Bewegungen zeigt sich anhand eines Federkraft-Federweg-Diagrammes, wobei in der ersten Phase des radialen Federweges der Federring im wesentlichen weitgehend radial nach innen gebogen wird. Hierbei verbleibt der innere Drahtring in der Ringebene. In dieser ersten Phase findet ein starker Aufbau der Federkraft statt. In der zweiten Phase des Federwegs federt der innere Drahtring in axialer Richtung, d. h. im wesentlichen senkrecht zur ursprünglichen Ringebene, so daß eine Axialbewegung des inneren Drahtrings stattfindet. In dieser zweiten Phase erfolgt nur noch ein schwacher weiterer Aufbau der Federkraft bei langem Federweg. In beiden Phasen findet eine gewisse Überlagerung der beiden Federbewegungen statt.

Aufgrund der sehr flachen Federkraftkennlinie im Bereich der zweiten Federungsphase ist es möglich, die erfindungsgemäße Radkappe fest an Felgen zu montieren, welche relativ große Maßtoleranzen aufweisen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn beispielsweise dieselben Radkappen an Felgen verschiedener Hersteller für daßelbe Kraftfahrzeug verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radkappe ist die Federung des Federringes innerhalb des nutzbaren Federweges im wesentlichen eine Axialbewegung, d. h. eine Federbewegung des inneren Drahtrings senkrecht zur Ebene des Federrings. Damit vorzugsweise eine Axialbewegung des inneren Drahtringes senkrecht zur Ringebene stattfindet, die ferner in eine vorgegebene Richtung erfolgt, sind vorzugsweise die Bügelteile im nicht belasteten Zustand des Federringes gegenüber der Ringebene um maximal 10°, vorzugsweise um maximal 5°, geneigt.

Zum einfachen Aufklemmen der Radkappe auf der Radfelge weist der Federring mindestens drei Bügelteile auf. Um ein Verkanten beim Aufklemmen zu vermeiden, weist der Federring vorzugsweise vier bis zehn Bügelteile auf. Jeder Bügelteil besteht jeweils aus einem im wesentlichen entlang eines äußeren Kreises verlaufenden Verbindungsbogens sowie aus zwei Schenkelteilen, die den Verbindungsbogen mit dem inneren Drahtring verbinden. Vorzugsweise verlaufen die Schenkelteile im wesentlichen radial zu dem inneren Drahtring bzw. zu dem Verbindungsbogen. Somit schließt der Verbindungsbogen mit dem Schenkelteil sowie das Schenkelteil mit dem inneren Drahtring einen Winkel von 90° ein. Diese beiden Winkel können auch größer als 90°, jedoch nicht kleiner sein. Somit ist sichergestellt, daß bei radial auf die Verbindungsbögen der Bügelteile wirkender Kraft eine starke Biegung der Schenkelteile auftritt. Daher wird die radial auf die Bügelteile wirkende Kraft im wesentlichen durch eine Axialbewegung des inneren Draht rings kompensiert.

Um beim Zusammendrücken des Federrings den Anteil der Axialbewegung des inneren Drahtrings gegenüber der radialen Einwärtsbewegung weiter zu erhöhen, ist der Radius der äußeren Verbindungsbögen maximal um 15% größer als der Radius des inneren Drahtrings. Vorzugsweise ist der Radius der äußeren Verbindungsbögen um 7% bis 10% größer als der Radius des inneren Drahtrings. Das Radienverhältnis hängt ferner von dem Drahtdurchmesser des Federrings ab. Bei einem dickeren Draht zur Herstellung des Federrings ist vorzugsweise ein größerer Abstand zwischen den äußeren Verbindungsbögen und dem inneren Drahtring als bei Verwenden eines dünneren Drahtes zu wählen. Der Drahtdurchmesser zur Herstellung des vorzugsweise geschweißten Federrings aus Federstahldraht liegt im Bereich von 1 mm bis 4 mm, vorzugsweise bei 1,5 mm bis 3 mm.

Nachstehend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Federrings,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Radkappe mit dem eingebauten Federring gemäß Fig. 1,

Fig. 3a eine Schnittansicht der Radkappe gemäß Fig. 2 in unmontiertem bzw. ungespanntem Zustand,

Fig. 3b eine Schnittansicht der Radkappe gemäß Fig. 2 in montiertem bzw. gespanntem Zustand und

Fig. 4 ein Diagramm, das in Abhängigkeit der Federkraft vom Federweg sowohl einen erfindungsgemäß montierten Federring als auch einen herkömmlichen, nicht vorgespannten Federring zeigt.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Federring 1, welcher im wesentlichen kreisrund ausgebildet ist. Der Federring 1 dient dazu, eine Radkappe 11, wie in Fig. 2 dargestellt, in einer Felge eines Personenkraftwagens klemmend zu halten.

Der Federring 2 weist einen inneren Drahtring 3, der in mehrere Abschnitte unterteilt ist, sowie sechs nach außen gebogene Bügelteile 5 auf. Die Bügelteile 5 bestehen aus zwei im wesentlichen radial nach außen verlaufenden Schenkelteilen 7 sowie aus einem weitgehend entlang eines äußeren Kreises verlaufenden Verbindungsbogens 9. Ein Winkel α zwischen dem inneren Drahtring 3 und dem Schenkelteil 7 sowie ein Winkel α&min; zwischen dem Schenkelteil 7 und dem Verbindungsbogen 9 beträgt jeweils mindestens 90°.

Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Abschnitte des inneren Drahtrings 3 länger als die äußeren Verbindungsbögen 9. Die Länge der beiden Schenkelteile beträgt nicht mehr als maximal 15% des Radius des inneren Drahtrings 3. Mit anderen Worten ist der Radius des äußeren Verbindungsbogens 9 maximal um 15% größer als der Radius des inneren Drahtringes 3.

In Fig. 2 ist der Federring 1 in einer Radkappe 11 montiert dargestellt. Dabei wird der Federring 1 in rillenartigen Einkerbungen 15 an Stützen 14 der Radkappe 11 gehalten. Ferner weist die Radkappe 11 Lüftungsschlitze 12 auf.

Aus Fig. 3a ist ersichtlich, daß die Bügelteile 5 in bezug auf die Ebene des Drahtringes 1 geringfügig um den Winkel β geneigt sind. Diese Vorneigung legt die axiale Federungsrichtung des inneren Drahtrings 3 fest. In dem in Fig. 3a dargestellten, entspannten Zustand sind die Stützen 14 entlastet, d. h. der Federring 1 wird einzig durch die rillenartige Einkerbung 15 in den Stützen 14 gehalten.

Beim Aufklemmen der Radkappe 11 auf eine Felge (nicht dargestellt) werden die Stützen 14, wie in Fig. 3b dargestellt, in Pfeilrichtung nach innen gedrückt. Dabei werden zunächst die jeweils an der äußeren Kontur der Stützen 14 angeordneten Rastnasen 16 so weit nach innen gedrückt, daß die Radkappe 11 über einen äußeren Ringwulst an der Radfelge übergeschoben werden kann. Anschließend greifen die Rastnasen 16 in eine umlaufende Rille der Felge ein, um die Radkappe 11 am Rad zu halten. Bei dieser Bewegung der Stützen 14 wird der Federring "zusammengedrückt", wobei zusätzlich zu einer radialen Einwärtsbewegung der nach außen gebogenen Bügelteile 5 eine Axialbewegung des inneren Drahtrings 3 stattfindet, wobei der innere Drahtring 3, wie in Fig.3b dargestellt, im wesentlichen senkrecht zur Ringebene nach unten ausgelenkt wird.

Das Erstellen des Diagramms gemäß Fig. 4 erfolgte mit einer Meßanordnung bzw. in einem Prüfgerät, bei welcher bzw. in welchem gleichzeitig an allen Bügelteilen 5 am Federring dieselbe Kraft angelegt und gleichzeitig der Federweg gemessen worden ist. Dabei zeigt die Kurve I die Funktion der Feder- bzw. Radialkraft über dem Federweg des erfindungsgemäßen Federringes und Kurve II die gleiche Funktion eines herkömmlichen Federringes.

Zunächst verläuft die Kurve I sehr steil, wobei in diesem Bereich vor allem eine Biegung bzw. radiale Einwärtsbewegung des Federringes 1 stattfindet. Der sehr steile Verlauf der Kurve ergibt sich durch die Geometrie der nach außen gebogenen Bügelteile 5, die sicherstellt, daß der Biegung ein relativ hoher Widerstand entgegengesetzt wird.

Im Bereich E geht der relativ steile Ast der Kennlinie I über einen Knick in einen relativ flachen Teil der Kennlinie I über. Dieser Knick ist darauf zurückzuführen, daß die Biegung mehr und mehr durch die Axialbewegung des inneren Drahtringes 3 überlagert wird. Anschließend verläuft die Kennlinie bis zu einer maximalen Auslenkung A relativ flach. Die maximale Auslenkung A kennzeichnet den maximal nutzbaren Federweg. Der nutzbare Federweg ist derjenige Wert, um welchen in der Praxis maximal ein Federring verformt werden kann, ohne daß Schädigungen auftreten.

Beim Anbringen einer Radkappe an einer Felge wird der Federring zunächst bis nahe an den nutzbaren Federweg bis zum Punkt B verformt. Anschließend expandiert der Federring beispielsweise bis zu einem Punkt C, an dem die Rastnasen 16 in die umlaufende Halterille der Felge eingreifen. Infolge von Herstellungstoleranzen oder aber unterschiedlicher Auslegung von Felgen für Winter- und Sommerreifen ist es auch möglich, daß der Federring wieder bis zum Punkt D expandiert. Anhand der Kennlinie I wird deutlich, daß die Federkraft im Punkt C oder im Punkt D weitgehend identisch ist, so daß das Verdrehmoment der Radkappe in der Felge annähernd gleichbleibend ist und somit ein Verdrehen der Radkappe verhindert ist.

Bei Verwendung eines herkömmlichen Federringes, dessen Kraftverlauf über dem Federweg durch die Kennlinie II gekennzeichnet ist, ist ein sicheres Montieren einer entsprechenden Radkappe an einer Felge nicht mehr problemlos durchführbar. Zunächst einmal zeigt die Kennlinie II, daß bei der Montage der Radkappe an der Felge mindestens eine gleich große Kraftaufwendung anzulegen ist, da beim maximal nutzbaren Federweg A die Federkraft größer ist. Demgegenüber ist aber der Abfall der Federkraft des Federringes bei der montierten Radkappe wesentlich größer, und bei Maßtoleranzen, wie beispielsweise durch die beiden Punkte C und D dargestellt, können bereits Probleme in bezug auf das erforderliche Verdrehmoment auftreten.

Somit ist aus Fig. 4 deutlich ersichtlich, daß bei annähernd gleicher Montage- bzw. Abzugskraft mit dem erfindungsgemäßen Federring ein weit höheres Verdrehmoment erzeugt werden kann. Außerdem werden Fertigungstoleranzen bezüglich Federring, Radkappe und Felge wesentlich besser ausgeglichen. Zudem können sehr große Felgendurchmesserdifferenzen ohne unzulässige Differenzen in den Funktionswerten (Abzugskraft, Verdrehmoment, freie Stellung, Gleichmontierbarkeit) ausgeglichen werden.

Ferner wird die Montierbarkeit verbessert, da der für die Abzugskraft erforderliche Radialkraftaufbau bei einem sehr kleinen Radial-Federweg stattfindet. Zusätzlich kann gegenüber bekannten Federringen mit dem erfindungsgemäßen Federring die gleiche Radialkraft mit einem kleineren Drahtdurchmesser erreicht werden. Dies hat eine Gewichtseinsparung zur Folge.


Anspruch[de]
  1. 1. Radkappe (11) zum Aufklemmen auf eine Radfelge, mit einem Federring (1), welcher einen inneren Drahtring (3) aufweist, der entlang seines im wesentlichen kreisrunden Umfanges nach außen gebogene Bügelteile (5) aufweist, welche an radial federnden Stützen (14) der Radkappe (11) gehalten sind, um in einer ringförmigen Vertiefung an der Radfelge die Radkappe (11) einrastbar zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Bügelteile (5) an den Stützen (14) drehbar gelagert sind, so daß bei von außen radial auf die Bügelteile (5) wirkender Kraft zusätzlich zu der resultierenden radialen Einwärtsbewegung des inneren Drahtringes (3) eine Axialbewegung des inneren Drahtrings (3) erfolgt.
  2. 2. Radblende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (1) derart ausgebildet bzw. bemessen ist, daß in einer ersten Phase eines nutzbaren Federwegs (A) des Federrings (1) dieser vorwiegend radial einwärts und in einer zweiten Phase vorwiegend axial bewegt wird.
  3. 3. Radblende nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bügelteile (5) in unbelastetem Zustand des Federringes (1) gegenüber der Ringebene um maximal 10° geneigt sind.
  4. 4. Radblende nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (1) derart ausgebildet bzw. bemessen ist, daß bei dessen Federung (I) innerhalb des ersten Drittels des nutzbaren Federweges (A) mindestens 60% der bei Durchlaufen des nutzbaren Federweges (A) auftretenden maximalen Federkraft aufgebaut wird.
  5. 5. Radblende nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (1) mindestens drei Bügelteile (5) aufweist.
  6. 6. Radblende nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bügelteile (5) je zwei im wesentlichen radial nach außen verlaufende Schenkelteile (7) sowie einen im wesentlichen entlang eines äußeren Kreises verlaufenden Verbindungsbogen (9) aufweisen.
  7. 7. Radblende nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen dem Schenkelteil (7) und dem die Bügelteile (5) verbindenden inneren Drahtring (3) sowie der Winkel (α&min;) zwischen dem Verbindungsbogen (9) und dem Schenkelteil (7) größer als 90° ist.
  8. 8. Radblende nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Länge von äußeren Verbindungsbögen (9) der Bügelteile (5) kleiner als die Hälfte des gesamten Umfanges des Federringes (1) ist.
  9. 9. Radblende nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der äußeren Verbindungsbögen (9) maximal um 15% größer als der Radius des inneren Drahtrings (3) ist.






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