螺母尤其是车轮螺母或轮轴螺母、垫圈、车辆中车轮螺母或轮轴螺母的控制装置及设有其的车辆的制作方法

在道路交通中，可能由于许多不同的原因而发生事故，除人为失误外，特别是车辆或车辆部件上的技术故障也可能构成发生事故的原因。在商用车辆以及私家车中，鲜少检查用于将车辆车轮固定到车轮轮毂的车轮螺母的固定布置。不仅仅是在更换车轮后，还由于车辆在道路上的日常操作使用，个别车轮螺母可能变得松动，这可能已经在弯道行驶时导致极端情况，诸如失去对车辆的控制或者甚至损坏轮胎或者车辆车轮变得松动。在例如更换制动盘后，用于将车轮轴承(一般包括车轮轮毂和制动盘)稳固到车辆轮轴的轮轴螺母也可能变得松动或者可能安装不当。

对于商用车辆(诸如公共汽车、卡车、垃圾车、用于运输危险品的车辆和多用途车辆)来说，通常使用车轮螺母指示器，该车轮螺母指示器可用于极多种扳手宽度，并且取决于结构，或者构造成具有标记箭头的环或者构造成具有标记箭头的盖，并且该车轮螺母指示器在车轮更换后固定至优选地以预定转矩拧紧的车轮螺母。如果每个车辆车轮上的每个车轮螺母都设置有相应的指示器，就可以为车辆驾驶员确保最高的安全等级，其中，两个相邻的车轮螺母通常形成一对，指示器在其中安装成使得箭头尖端(arrow tip，箭头端)指向彼此。这样车辆驾驶员就可以通过对所有车辆车轮的目视检验来检查车轮螺母是否变得松动。然而，如果使用了覆盖车轮螺母的车轮盖，则无法以有利的方式使用相应的指示器。还存在指示器被偷或变得松动的风险。通过选择适当的塑料材料，制动器中过多的热量产生也可以用指示器发出信号，也就是说，如果熔点太低则使指示器变形或熔化。

DE 20 2004 051 865 B4公开了一种用于车轮螺母的电子车轮固定系统。每个单独的车轮螺栓均设置有绝缘触销，该绝缘触销的自由销端突出得超过车轮螺栓的上侧。各个车轮螺栓的外螺纹部分均是局部绝缘的，并且所有车轮螺栓均经由接触轨彼此连接，使得螺拧在车轮螺栓上的车轮螺母通过绝缘触销啮合在其固定位置的区域中，从而闭合车轮螺栓和接触轨之间的回路。如果车轮螺母松脱了至少一个螺纹匝的必要最小尺寸，则该接触被中断，由此会产生电脉冲，电脉冲以声音和/或光方式作为警报信号指示给车辆驾驶员。这种系统是非常被动的，并且仅在螺纹已经变松到一定程度使得在某些情境下可能已经发生危险情况时做出反应。此外，必须永久用电流作用于接触轨对于接触轨也是不利的。

本发明的目的是能够检测到螺纹固定件内螺母的松动，诸如尤其是车辆的车轮螺母或轮轴螺母的松动，并且能够将它们指示给车辆驾驶员，使得在一开始就避免危险情况。

为了实现该目的，本发明提出了螺母设置至少一个凹部，传感器元件布置于所述凹部中，其中传感器元件连接至无线接口，所述无线接口配置为将传感器元件的传感器信号无线地传输至外部接收单元。由于传感器元件集成在螺母中，不仅集成在车轮螺母中，而且例如也集成在轮轴螺母中，还集成在用于稳固例如转动机械部件(诸如锯片)或者遭受强烈振动的机械部件的螺母中，所以可以检测到例如螺母中内应力的状态变化，从而因传感器信号而在适当时产生警报信号，所述传感器信号是由于螺母(例如车轮螺母或轮轴螺母)已经变松动的状态变化引发的。

在具有垫圈的螺纹连接件中，为了实现上述目的，还可以在垫圈的盘状主体中设置凹部，其中，传感器元件布置于凹部中，并且该传感器元件连接至无线接口，所述无线接口配置为将该传感器元件的传感器信号无线地传输至外部接收单元。因此，如果在螺纹连接件中使用了垫圈，所述垫圈借助于螺母夹在车辆侧(机侧)夹紧面与螺母的抵接面之间并且当螺母被拧紧时产生的力作用在该垫圈上，那么并不一定需要在螺母(车轮螺母、轮轴螺母、固定螺母)处直接建立状态变化。

在特别优选的实施例中，传感器元件与浇铸复合料或粘合剂一起布置在凹部中。如果浇铸复合料或粘合剂围绕传感器元件完全填充凹部，则是特别有利的。

无线接口优选地具有连接至传感器元件的传输单元。

根据一实施例，螺母可以设置优选地一体设置有压力板，该压力板的板边缘突出得超过扳手面，并且该压力板的下侧形成抵接面。在用于商用车辆的车轮螺母中通常设置有具有非释放一体式压力板的相应螺母。这样，在本实施例中，凹部也可以形成在压力板的板边缘中。板边缘的板周缘可以优选地具有圆柱形部分和锥形部分。该布置可以产生为使得凹部仅形成在圆柱形部分的区域中，或者凹部形成在圆柱形部分和锥形部分二者中。

根据一种构造变型，在螺母或垫圈或压力板的情况下，凹部可以部分或完全形成在周缘壁中。在具有压力板的螺母中或在垫圈中，凹部也可以优选地在压力板或垫圈的上侧中形成为部分凹部，其中，这样，该凹部优选地具有通到周缘壁的通道。还可以设置多个彼此连接的凹部或者凹陷。

根据一种变型，传输单元可以布置在凹部的外部，并且经由印刷电路板或接线电连接至传感器元件。在本实施例中，可能有利的是，印刷电路板作为基板延伸远至凹部内部的位置，或者有利的是，在传输单元下方设置支撑板，该支撑板延伸远至凹部内部的位置。在这个实例中，印刷电路板可以优选地构造为圆形或环段状的基板。

根据一种替代变型，传输单元可以与传感器元件一起布置在凹部内，适当时还可以与用于供电的电池一起布置在凹部内。特别地在该构造中，可以在凹部外部布置天线，以确保无线信号传输。

根据一有利的实施例，传感器元件可以是压力传感器或力传感器，利用该压力传感器或力传感器可以检测到当螺母或具有垫圈的螺纹连接件被拧紧时在压力板、垫圈或螺母的主体中产生的压力和/或扭转应力；这样，在适当时，尤其是在拧紧过程中在凹部中产生并作用于粘合剂或浇铸复合料的力能够用该传感器检测或者可以用该传感器检测到。

根据另一个种构造变型，传感器元件可以是位置传感器，利用该位置传感器可以检测传感器元件相对于参考位置的相对位移。

还可以通过用于车辆中的车轮螺母或轮轴螺母的控制装置以及通过车轮螺母和/或轮轴螺母或与之配合的垫圈来实现上述目的，所述车辆设置有车载电子系统，经由该车载电子系统可以向车辆驾驶员显示来自传感器元件的信息，在车轮螺母和/或轮轴螺母或与之配合的垫圈的周缘壁中具有至少一个凹部，传感器元件布置于所述凹部中，其中，传感器元件连接至无线接口，所述无线接口配置为将传感器元件的传感器信号无线地传输至与车载电子系统连接的外部接收单元。因此，螺母或垫圈优选地按如上所述来构造。

如上所述，本发明优选地用于车辆(且尤其是商用车辆)中，所述车辆具有通过轮轴螺母与包括至少一个车轮轮毂的车轮轴承固定的多个车辆轮轴，具有通过多个车轮螺母与每个车轮轮毂固定的至少一个车辆车轮，并具有车载电子系统，通过该车载电子系统可以向车辆驾驶员显示来自传感器元件的信息，其中，车轮螺母和/或轮轴螺母设置有螺母主体、中心螺纹孔、周缘壁、位于螺母的下侧的抵接面以及位于螺母主体的周缘壁上的多个扳手面，所述扳手面用于借助于与扳手面配合的工具来拧紧或释放螺母，并且所述车辆具有用于控制车轮螺母或轮轴螺母的布置状态的控制装置，其中，至少一个车轮螺母或轮轴螺母或垫圈按如上所述形成，并且设置了与车载电子系统连接的至少一个接收单元，用以将车轮螺母或轮轴螺母或垫圈的传感器信号传输至车载电子系统。根据优选的实施例，在车辆中设置有用于接收设置有传感器元件的所有螺母的传感器信号的中心接收单元。

根据下文对附图中示意性示出的本发明的实施例和可能应用的描述将理解本发明的其它优点和实施例，附图中：

图1是通过根据本发明的轮轴螺母固定的车轮轴承和通过根据本发明的车轮螺母固定到轮毂的车辆车轮的示意截面图；

图2是图1中使用的车轮螺母的详细视图；

图3示出了根据本发明的车轮螺母，其上放置有工具；

图4是根据本发明的螺母且尤其是根据第二实施例的车轮螺母的高度简化的示意性立体图；

图5是图4的车轮螺母连同安装在其上的工具的截面图；

图6是根据第三实施例的螺母的高度简化的示意性立体图；

图7是螺母且尤其是轮毂螺母的高度简化的示意立体分解图；

图8是穿过根据本发明的垫圈截取的截面图；

图9是根据第四实施例的具有垫圈或压力板的螺母的高度简化的示意立体图；

图10是根据图9的螺母中的压力板的平面图；以及

图11以商用车辆的示意平面图示出了本发明的优选应用领域。

图1是位于未更详细示出的车辆(诸如是商用车辆)的轮轴端部2处的车轮轴承的高度简化示意图，该车轮轴承通常以1表示。以本身已知的方式，车轮轴承1包括轴承鼓4，该轴承鼓通过适合的滚柱轴承固定在轮轴端部2处，并且刹车盘5和车轮轮毂6以旋转稳固的方式固定到该轴承鼓，所述车轮轮毂6设置有用于固定车辆车轮50的突伸车轮螺栓7。整个车轮轴承1通过轮轴螺母20稳固在轮轴的轮轴端部2处。

车辆车轮50又通过数量与车轮螺栓7的数量相对应的车轮螺母10稳固到车轮轮毂6，其中各个车轮螺母10通常通过工具60稳固到车轮轴承1的车轮轮毂6，该工具被示出为其工具头61具有预定的紧固扭矩。在图1中，所示的所有车轮螺母10均分别设置有传感器元件11，如下文将解释的，利用所述传感器元件，可以监测稳固布置，尤其是车轮螺栓7上的车轮螺母10的应力状态，其中所述传感器元件与无线接口12连接，通过所述无线接口，可以将传感器元件11的传感器信号无线地传输到外部接收单元(未详细示出)。在根据图1所示的实施例中，轮轴螺母30还设置有传感器元件31和与该传感器元件连接的无线接口32，以便将由传感器元件31检测到的有关于轮轴螺母30的稳固布置的传感器信号优选地传输到未示出的同一外部接收单元。车轮轴承1的所示结构和车辆车轮50的构造仅是示例性的并且能自由选择，并且仅用于解释本发明的优选应用领域。

图2是图1中的车轮螺母10以放大比例绘制的截面图。车轮螺母10本身已知的构造类型构造为六角形凸缘螺母，并且具有螺母主体13，该螺母主体设置有中心螺纹孔14，并且在该螺母主体的周缘处设置有六个扳手面15，这些扳手面被定位成相对于彼此偏置。在所示的实例中，在螺母主体13的下侧布置有可移动压力板16，该可移动压力板以不可释放的方式保持在螺母主体15上，但是该可移动压力板可以围绕车轮螺母10的孔轴线A相对于螺母主体旋转。压力板16在固定状态下沿朝向车辆车轮的轮盘方向形成颈环17，该颈环在向外方向上变宽，并且其下侧18形成车辆车轮的轮盘的外部面处的抵接面，所述车辆车轮通过车轮螺母10(如图1所示)固定至轮毂并且与其配合。实际的螺母主体13的下侧19和压力板16的上侧20形成摩擦面，当优选地通过扭矩扳手拧紧车轮螺母时，基本上通常只螺母主体13旋转，以便符合紧固扭矩，而压力板16就最大可能程度保持固定在位。

根据本发明，在螺母主体13的周缘壁13′中且优选地相对于扳手面15中之一居中地形成有凹部21，凹部中布置有传感器元件11和无线接口12二者，该无线接口以相应微型化方式构造并且具有集成的传输单元，该传输单元连接至传感器元件11，使得可以无线地传输传感器元件11的传感器信号。传感器元件11和无线接口12完全布置在凹部21中而没有突伸，其中凹部21还填充有适合的粘合剂或适合的浇铸复合料，粘合剂或浇铸复合料保护布置在凹部21中的元件(传感器元件11、无线接口12)尤其免受环境影响，并且同时将传感器元件11和无线接口12稳固地保持在凹部21中。当借助于工具60的工具头61(如图3中以放大的方式示出的，该工具60优选地包括扭矩扳手，利用扭矩扳手可以确定用于车轮螺母的扭矩)拧紧螺母10时，在压力板16中产生通过传感器元件11可以检测到的压应力和/或扭应力形式的内应力，并且，由于压力板16的上侧20和螺母主体13的下侧19之间的公共接触面，在螺母本体13中也产生所述内应力。为此，传感器元件11可以例如包括压力传感器(诸如小型DMS传感器或压电传感器)，压力传感器针对根据车轮螺母的扭矩的特定应力状态产生与该扭矩对应的传感器信号。通过作为传输单元的无线接口12，就可以将该传感器信号无线地传输到接收单元并且随后用车辆的车载电子系统进行评价。如果车轮螺母10变松动，则螺母主体13中的内应力状态相应地变化，因此传感器信号也变化；或者通过车载电子系统可以恒定地评价和显示相应的传感器信号，或者只有当数值下降到传感器信号的特定信号数值之下时才触发用于车辆驾驶员的警报信号，以便通知驾驶员车轮螺母中至少一个在固定方面有缺陷。传感器元件11和接口12完全集成在凹部21中并且没有突出的超过周缘壁13′，从而仍然可以利用扳手配合面使得工具头61在六边形凸缘螺母的螺母主体13上反转。

图4和图5示出了螺母110的第二实施例，其再次优选为用于将车辆车轮固定至车轮轴承的车轮轮毂的车轮螺母。螺母110也是具有螺母主体113的六边形凸缘螺母形式，螺母主体在其周缘壁113′处具有六个扳手面115，并且该螺母主体在中心设置有螺纹孔114，车轮螺母110可以通过螺纹孔旋紧在车轮螺栓上。如在前述实施例中那样，车轮螺母110设置有压力板116，压力板形成颈环，该颈环向外加宽并经由锥形过渡部分125并入圆柱形部分126，该圆柱形部分的下侧118形成与车辆车轮的轮盘的接触面。如在图5中可以清楚地看到的，尽管此处压力板116也以不可释放方式稳固到螺母主体113，但是压力板仍可以相对于螺母主体旋转，并且能够以极其不同的方式实现压力板116到螺母主体113的稳固，因为这不是本发明的重要方面。在螺母110中，实际的螺母主体113未设置凹部121，而是压力板116在板边缘(板周缘)处设置凹部，在这种情况下，由于圆柱形部分126和锥形部分125的选定尺寸，凹部部分地在锥形部分125的区域中延伸并且部分地在圆柱形部分126的区域中延伸。传感器元件111在凹部121中布置成使得其传感器面位于凹部121内，如图5具体所示。在传感器元件111的下方布置有基板127，该基板同时可以至少部分地形成印刷电路板并且可以连接至传输单元128，由此印刷电路板127和传输单元128形成无线接口112，以便将传感器元件111的传感器信号无线地传输到外部接收单元(未示出)。在传感器元件111与接口112的组装状态下，凹部121再次优选地用粘合剂或浇铸复合料填充，使得传感器元件111的传感器面受到保护以免受环境影响。在这种情况下，当螺母110被拧紧时产生的力可以被传输到传感器元件111的传感器面，在适当的情况下也经由粘合剂或浇铸复合料传输所产生的力。由于在车轮螺母110中，传感器元件的整个布置位于扳手面115的外部，因此可以借助于例如扭矩扳手(未示出)的工具头161拧紧车轮螺母110，而不存在当拧紧车轮螺母110时损坏传感器元件或无线接口112中的传输单元的风险。

图6是构造为六边形凸缘螺母的车轮螺母210的又一个实施例的示意性简化视图。在该实例中，传感器元件(未详细示出)和无线接口212也不与实际的螺母主体213相关联，而是与压力板216相关联。无线接口212布置在环段状的基板227上，所述基板在凹部221的两侧处延伸，传感器元件布置在所述凹部内。段状的基板227紧邻压力板216的圆柱形部分226的外周缘。这种布置在基板227的上侧上提供更紧密、同时更可靠的传输单元228(仅在此处指示)的布置。

本发明的应用范围不限于车轮螺母。图7示出了轮轴螺母330的实施例，该轮轴螺母例如用于稳固如参考图1已经简要解释过的车轮轴承。轮轴螺母330具有带有中心螺纹孔314的螺母主体313，利用该中心螺纹孔可以将轮轴螺母330稳固到轮轴端部。轮轴螺母330的下侧339用作例如相对于用于滚柱轴承的支撑盘的接触面。在该实例中，螺母主体330的周缘壁333′再次设置有六个扳手面335，以便能够借助于与扳手面335配合的适合工具来拧紧或拧松轮轴螺母310。螺母主体333在周缘壁333′中设置有凹部321，在该实例中所述凹部位于其中一个扳手面335的下方，其中传感器元件311以其传感器面布置在该凹部331中；传感器元件311优选地经由集成在支撑板327中的印刷电路板连接至传输单元328，作为无线接口312。在所示的实施例中，基板327和发射器328具有圆形截面，并且在使用状态下，粘合剂或浇铸复合料优选地围绕传感器元件311和印刷电路板或与凹部321邻接的支撑板部分329完全填充凹部331。

图8示出了优选地与用作车轮螺母的六角螺母一起使用的垫圈440。该垫圈440包括具有中心非螺纹孔414的环形盘状主体413，盘状主体413在其周缘壁413′处设置有凹部421，在凹部中布置有传感器元件411，传感器元件经由基板或印刷电路板部分429和同时用作印刷电路板的基板427连接至传输单元428，以便与这些元件一起形成无线接口412，经由该无线接口可以将传感器元件411的传感器信号传输到外部接收单元。垫圈410具有下侧418和上侧420，下侧418用作例如轮盘上的邻接面，而上侧420用作用于螺母的抵接面。由于垫圈410布置在螺母和止动面(例如，轮盘)之间的螺纹连接件内，因此垫圈410的主体413遭受当螺纹连接件的螺母被拧紧时施加的压力和扭力，该压力和扭力可以由凹部421内的传感器元件411检测到，并且该压力和扭力可以用作用于螺纹连接件的稳固布置或先前的稳固布置的变化的参考信号。

图9和图10示出了具有压力板516的螺母510的又一实施例。在该实施例中，压力板516可以特别地为环形垫圈的形式或包括这种垫圈。在螺母主体513上形成有扳手面515，利用该扳手面可以借助于工具拧紧或释放螺母510。图9示出了天线555在锥形部分525的外侧处安装在螺母510中，该天线例如经由电缆556连接至传输单元528(发射器)，该传输单元布置在压力板516的凹部521中。在该实例中，如在图10中可以特别清楚地看到的，凹部521包括部分凹部，该部分凹部在压力板516的上侧520中机械地产生并且仅经由开口557相对于螺母510的周缘壁或压力板516敞开。在该实施例中，凹部521可以以不同的方式构造，并且在适当的情况下还可以相对于压力板516的内周缘敞开。凹部还可以包括朝向上侧敞开的多个较小的凹部。除了传输单元528之外，在上侧520的部分区域上方连续延伸的凹部中还布置有传感器元件511和电池558，传感器元件和电池彼此连接或经由电缆或印刷电路板分别连接至无线接口512的传输单元528。

如上面已经多次提到的，本发明的主要应用领域涉及控制商用车辆中的车轮螺母和/或轮轴螺母的固定和可靠布置。图11是商用车辆670的示例的平面图，在该实例中，商用车辆具有前轮轴(不可见)和两个后轮轴，所述两个后轮轴具有双轮胎布置。通常，为了保障双轮胎布置，所有的车轮螺栓都设置有车轮螺母，如上所述，所述车轮螺母设置有传感器元件和具有传输单元的无线接口。在适当的情况下，每个轮轴螺母还可以在相应的轮轴端部处设置有具有传输单元的传感器元件。举例来说，图9的平面图示出了提供有中心接收单元690，以便检测各个传感器信号并且将它们转发到车载电子系统(未示出)，在该车载电子系统中可以经由各个传感器信号确定各个车轮螺母和/或轮轴螺母的紧固扭矩是在稳固布置的容差范围内移动，还是移动得超出了该容差范围。

本领域技术人员根据前述描述产生大量修改，这些修改意在落入所附权利要求的保护范围内。附图中各个实施例的描述仅仅是示例性和示意性的。传感器元件也可以布置在构造为没有压力板或没有颈环的螺母上。压力板可以形成为螺母主体的一体部件，然后以旋转稳固的方式连接至螺母本体。轮轴螺母也可以具有压力板。该实施例还可以实现为使得凹部位于车轮螺母或轮轴螺母上的扳手面内或者位于两个扳手面之间。压力板可以仅成锥形地延伸或者构造为仅具有圆柱形周缘边缘的盘状膨胀部。特别地，实际上，布置在凹部外的传输单元的形状可以自由地制造并且不限于所示的形状。传感器元件还可以包括位置传感器，利用该位置传感器可以检测传感器元件相对于参考位置的相对位移。在这种情况下，将不存在由于螺母主体和/或压力板内的紧固扭矩而产生的力，而仅仅是或者在适当的情况下额外地存在位置偏移，该位置偏移作为传感器信号被检测到并且经由无线接口的传输单元被传输到车载电子系统。针对用于车辆的车轮螺母、垫圈和轮轴螺母，已经给出了附图的整个描述。然而，本发明通常可以用在用于固定可释放部件(诸如，机器元件)的所有螺母中，所述可释放部件在操作使用期间遭受例如由于振动而增加的固定和可靠布置变松动方面的风险。