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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Winkelstellungssensor für ein Gespann aus einem Antriebsfahrzeug und einem mit diesem mittels einer Kupplung gekuppelten Folgefahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die vorliegende Anmeldung ein Antriebsfahrzeug mit einer Kupplung und einem solchen Winkelstellungssensor.
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Ein gattungsgemäßer Winkelstellungssensor ist aus der
DE 39 23 677 A1 bekannt. Dieser gattungsgemäße Winkelstellungssensor weist einen Tasthebel auf, welcher relativ zu einem antriebsfahrzeugseitigen Kupplungsteil um eine zu einer fahrbahnparallelen Bezugsebene orthogonale Schwenkachse schwenkbar ist. Der im gattungsgemäßen Winkelstellungssensor eingesetzte Sensor ist zur Erfassung der Winkelstellung des Tasthebels relativ zu dem ihn tragenden Kupplungsteil schwenkbar ausgebildet. Die Schwenkachse des Tasthebels des gattungsgemäßen Winkelstellungssensors fällt mit einer Relativdrehachse zusammen, um welche das antriebsfahrzeugseitige Kupplungsteil und das folgefahrzeugseitige Gegenkupplungsteil relativ zueinander verdrehbar sind.
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Ein Winkelstellungssensor mit allen Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist außerdem aus der
US 3 833 928 A bekannt. Dieser bekannte Winkelstellungssensor umfasst außerdem Vorspannmittel, die den Tasthebel dieses Winkelstellungssensors zur Anlage an das folgefahrzeugseitige Gegenkupplungsteil vorspannen.
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Die
US 4 164 737 offenbart einen Winkelstellungssensor, bei welchem ein folgefahrzeugseitiges Gegenkupplungsteil von einem gabelförmigen mechanischen Anlagebauteil an seinen beiden entgegengesetzten Seitenflächen in Anlageeingriff genommen wird, wenn das folgefahrzeugseitige Gegenkupplungsteil mit dem antriebsfahrzeugseitigen Kupplungsteil zur Bildung eines Gespanns gekuppelt wird. Die Gabelweite ist dabei einstellbar, so dass die beiden Gabelschenkel möglichst spielfrei an den Seitenwänden des Gegenkupplungsteils in Anlageeingriff gelangen können.
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Aus der
2 der
DE 93 01 732 U1 ist ein weiterer Winkelstellungssensor bekannt, bei welchem ein Drehpotentiometer derart an der Unterseite eines eine Kupplungskugel tragenden Bauteils angeordnet ist, dass die Drehachse des Drehpotentiometers durch den Kugelmittelpunkt der Kupplungskugel verläuft. Die Eingangsdrehwelle des Drehpotentiometers mit der zuvor beschriebenen Achslage ist um eine zur Drehachse der Drehwelle orthogonale Schwenkachse schwenkbar mit einem Teleskoparm verbunden, der an seinem drehwellenfernen Längsende mittels einer Kugelkupplung mit der folgefahrzeugseitigen Kupplungspfanne gekoppelt ist. Bei Relativverdrehung von Kupplungspfanne und Kupplungskugel kommt es zu einer den relativen Verdrehwinkel anzeigenden Verstellung des Drehpotentiometers, wobei die beschriebene Schwenkverbindung, die Teleskopierbarkeit des Verbindungsarms und das Kugelgelenk einen Toleranzausgleich von Nebenbewegungen, wie etwa ein Verschwenken von Kupplungskugel und Kupplungspfanne um eine Nickachse und dergleichen, bewirken können und somit eine Zerstörung des Drehpotentiometers im Fahrbetrieb verhindern.
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Mit Antriebsfahrzeug ist dabei jenes Fahrzeug bezeichnet, welches die Antriebskraft für eine Fortbewegung des Gespanns liefert. Das Folgefahrzeug läuft dabei auf Grund der Kupplung mit dem Antriebsfahrzeug mit diesem mit.
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Beispielsweise kann das Antriebsfahrzeug ein Zugfahrzeug sein, welches das Folgefahrzeug als Nachlauffahrzeug zieht. Es kann jedoch auch an einen Schubbetrieb gedacht sein, etwa beim Rangieren oder in einem sonstigen Betriebsmodus, bei welchem das Antriebsfahrzeug das mit ihm gekuppelte Folgefahrzeug schiebt.
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Kupplungen zum Kuppeln von Antriebsfahrzeug und Folgefahrzeug sind beispielsweise als Anhängerkupplungen allgemein bekannt.
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In der Regel ist ein antriebsfahrzeugseitiges Kupplungsteil formschlüssig mit einem folgefahrzeugseitigen Gegenkupplungsteil gekoppelt. Trotz der formschlüssigen Kupplung von Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil ist eine Relativbewegung zwischen diesen beiden Kupplungsteilen zugelassen, um eine Relativbewegung von Antriebsfahrzeug und Folgefahrzeug zu ermöglichen, so dass ein sequentielles Überfahren von Bodenwellen durch Antriebs- und Folgefahrzeug oder etwa ein Abbiegen um eine Kurve möglich ist. Dabei findet insbesondere beim Abbiegen bzw. beim Rangieren eine sehr große Relativbewegung zwischen Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil in einer im Wesentlichen fahrbahnparallelen Ebene statt, d. h. Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil drehen relativ zueinander um eine zur Fahrbahnebene im Wesentlichen orthogonale Drehachse. Dabei kann es für den Führer des Antriebsfahrzeugs von Interesse sein, die Relativstellung von Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil in dieser fahrbahnparallelen Bezugsebene zu erfassen, um ihm ein Rangieren zu erleichtern, oder um ihn im Führerhaus durch ein Warnsignal zu informieren, dass er einen zulässigen Relativstellungsbereich von Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil verlässt und die Gefahr einer Kollision von Kupplungsteil oder Gegenkupplungsteil mit dem Folgefahrzeug bzw. Antriebsfahrzeug besteht. Darüber hinaus kann eine erfasste derartige Relativstellung als Eingangsgröße für eine Fahrzeugsteuerung Verwendung finden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Winkelstellungssensor der eingangs genannten Art anzugeben, welcher in der Lage ist, die oben bezeichnete Relativstellung zwischen Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil in der fahrbahnparallelen Bezugsebene zu erfassen und bei welchem der Tasthebel mit dem jeweils anderen Teil auf besonders einfache Art und Weise in einen eine besonders genaue Bewegungsübertragung ermöglichenden Formschlusseingriff bringbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Winkelstellungssensor für ein Gespann aus einem Antriebsfahrzeug und einem mit diesem mittels einer Kupplung gekuppelten Folgefahrzeug, wobei zur Kupplung genauer ein antriebsfahrzeugseitiges Kupplungsteil formschlüssig mit einem folgefahrzeugseitigen Gegenkupplungsteil gekuppelt ist, wobei der Winkelstellungssensor dazu ausgebildet ist, einen in einer im Wesentlichen fahrbahnparallelen Bezugsebene gelegenen Winkel zwischen einer im Wesentlichen in der Bezugsebene liegenden kupplungsteilfesten Antriebsfahrzeugachse und einer ebenfalls im Wesentlichen in der Bezugsebene liegenden gegenkupplungsteilfesten Folgefahrzeugachse zu erfassen, wobei der Winkelstellungssensor umfasst:
- – einen Tasthebel, welcher an einem der Teile: Kupplungsteil oder Gegenkupplungsteil, relativ zu dem einen Teil bewegbar vorgesehen ist und derart in Eingriff mit dem jeweils anderen Teil bringbar ist, dass eine Veränderung des zu erfassenden Winkels eine Bewegung des Tasthebels relativ zu dem ihn tragenden einen Teil bewirkt, sowie
- – einen Sensor, welcher zur Erfassung der Stellung des Tasthebels relativ zu dem einen ihn tragenden Teil ausgebildet ist, bei welchem erfindungsgemäß der Tasthebel zwei Tasthebelschenkel aufweist, welche scherenartig aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind. In diesem Falle können die Tasthebelschenkel zur einfachen Ankopplung des Folgefahrzeugs an dem Antriebsfahrzeug gespreizt werden und nach vollzogener Ankupplung scherenartig aufeinander zu bewegt werden und dann das andere Teil zwischen sich halten bzw. einklemmen.
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Grundsätzlich kann daran gedacht sein, die Tasthebelschenkel um eine gemeinsame Tasthebelschenkel-Bewegungsachse scherenartig aufeinander zu und voneinander weg bewegen zu lassen. Für eine weiter unten noch ausführlicher beschriebene spielfreie Mitführung des Tasthebels durch das andere Teil aus Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil ist es jedoch vorteilhaft, wenn jeder Tasthebelschenkel zur Ausführung der scherenartigen Bewegung um eine zur Bezugsebene im Wesentlichen orthogonale Tasthebelschenkel-Bewegungsachse schwenkbeweglich ist und die beiden Tasthebelschenkel-Bewegungsachsen parallel zueinander, d. h. mit Abstand voneinander angeordnet sind.
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Die oben genannte Antriebsfahrzeugachse sowie die Folgefahrzeugachse sind virtuell gedachte Achsen, welche in der Bezugsebene liegen und im Falle der Antriebsfahrzeugachse kupplungsteilfest und im Falle der Folgefahrzeugachse gegenkupplungsteilfest sind, d. h. die virtuellen Achsen ändern ihre Orientierung relativ zum Kupplungsteil bzw. Gegenkupplungsteil in der Bezugsebene nicht. Die Definition der Antriebsfahrzeugachse und der Folgefahrzeugachse ist frei, jedoch liegen die genannten Fahrzeugachsen nach ihrer erfolgten Definition in ihrer Stellung zu dem ihnen jeweils zugeordneten Teil: Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil, fest. in der Regel wird man als Antriebsfahrzeugachse eine durch ein charakteristisches Bauteil des Kupplungsteils gehende Parallele zur Längsachse des Antriebsfahrzeugs wählen. Ebenso wird man häufig als Folgefahrzeugachse eine Achse wählen, welche durch ein charakteristisches Bauteil des Gegenkupplungsteils geht und orthogonal zu einer Ebene verläuft, welche orthogonal zur Bezugsebene ist und eine durch das Gegenkupplungsteil lenkbare Radachse des Folgefahrzeugs enthält. Im Gegensatz zur virtuellen Folgefahrzeugachse ist die Radachse eine tatsächliche Achse, um welche sich wenigstens ein Rad des Folgefahrzeugs dreht.
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Grundsätzlich kann der Tasthebel beliebig relativ zu dem ihn tragenden einen Teil bewegbar sein, etwa linear oder/und rotatorisch. Aus Gründen eines geringen erforderlichen Bauraums bei gleichzeitig sehr guter Erfassungsgenauigkeit ist es jedoch bevorzugt, dass der Tasthebel um eine Schwenkachse relativ zu dem einen Teil schwenkbar ist und demgemäß der Sensor dazu ausgebildet ist, eine Winkelstellung des Tasthebels relativ zu dem einen Teil zu erfassen. in der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform bewirkt eine Veränderung des zu erfassenden Winkels dann eine Schwenkbewegung des Tasthebels um seine Schwenkachse.
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Der Tasthebel ist entweder am Kupplungsteil oder am Gegenkupplungsteil relativ zu dem Teil bewegbar, insbesondere schwenkbar vorgesehen. Da ein in der fahrbahnparallelen Bezugsebene liegender Winkel zwischen Antriebsfahrzeugachse und Folgefahrzeugachse durch den erfindungsgemäßen Winkelstellungssensor erfasst werden soll, ist der Tasthebel bevorzugt um eine zur Bezugsebene im Wesentlichen orthogonale Schwenkachse schwenkbar. Durch Eingriff mit dem jeweils anderen Teil aus Kupplungsteil oder Gegenkupplungsteil führt eine Relativbewegung von Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil dann zu einer Schwenkbewegung des Tasthebels relativ zu dem ihn tragenden einen Teil. Diese Schwenkbewegung führt zu einer Änderung der Relativstellung des Tasthebels relativ zu dem ihn tragenden einen Teil, welche durch den Sensor erfassbar ist. Der Sensor kann hierzu ein beliebiger Winkel- bzw. Drehstellungssensor sein, der vorzugsweise permanent abtastet. Dadurch kann der Fahrer kontinuierlich über die Winkelstellung von kupplungsteilfester und gegenkupplungsteilfester Achse informiert werden.
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Grundsätzlich kann der Tasthebel beliebig angeordnet sein, wobei bevorzugt ist, dass die Schwenkachse des Tasthebels im Wesentlichen mit einer zur Bezugsebene orthogonalen Relativdrehachse zusammenfällt, um welche das Kupplungsteil und das Gegenkupplungsteil in der Bezugsebene relativ zueinander verdrehbar sind. In diesem bevorzugten Fall entspricht die Relativdrehung des Tasthebels um die Schwenkachse der Relativdrehung von Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil relativ zueinander, so dass die vom Sensor erfasste Winkeländerung der Winkeländerung von Antriebsfahrzeugachse und Folgefahrzeugachse entspricht. Fallen dagegen Schwenkachse und Relativdrehachse auseinander, so besteht eine Bewegungsbeziehung zwischen der Tasthebelbewegung und der Relativbewegung von Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil und das vom Sensor erhaltene Winkelstellungssignal muss erst weiter umgerechnet werden, um daraus den gewünschten zu erfassenden Winkel zwischen Antriebsfahrzeugachse und Folgefahrzeugachse zu erhalten. Diese Bewegungsbeziehung kann abhängig von der Winkelstellung selbst sein und damit einen komplizierten Berechnungsvorgang erfordern, welcher im Falle der oben genannten bevorzugten Ausführungsform vermieden wird.
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Wenn in dieser Anmeldung ausgesagt ist, dass der Tasthebel in Eingriff mit dem jeweils anderen Teil bringbar ist, so bedeutet dies nicht, dass der Tasthebel unmittelbar mit dem anderen Teil aus Kupplungsteil oder Gegenkupplungsteil in Anlageeingriff stehen muss. Es soll im Rahmen der vorliegenden Anmeldung genügen, dass der Tasthebel in Eingriff mit einem starr mit dem anderen Teil verbundenen Bauteil bringbar ist.
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Der Tasthebel kann grundsätzlich beliebig in Eingriff mit dem jeweils anderen Teil sein, solange eine Relativdrehbewegung von Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil um eine zur Bezugsebene orthogonale Relativdrehachse zu einer Bewegung, vorzugsweise Schwenkbewegung, des Tasthebels führt. Beispielsweise kann der Tasthebel formschlüssig mit einem Gleitstein in einem Langloch des jeweils anderen Teil gleiten und so eine Relativdrehung von Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil durch eine Bewegung, insbesondere Schwenkbewegung um seine Schwenkachse, wiedergeben.
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Ebenso kann der Tasthebel das andere Teil gabelartig umgreifen und so einen Formschlusseingriff mit dem jeweils anderen Teil mit der gewünschten Wirkung erzeugen.
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Um einen besonders einfachen Anlageeingriff in einer Vielzahl von Betriebssituationen des Fahrzeuggespanns sicherstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Winkelstellungssensor Vorspannmittel umfasst, welche den Tasthebel zur Anlage an das andere Teil vorspannen.
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An dem erfindungsgemäßen aus zwei Tasthebelschenkeln gebildeten Tasthebel können die Vorspannmittel derart vorgesehen sein, dass sie die beiden Tasthebelschenkel aufeinander zu vorspannen. In diesem Fall ist ebenfalls dafür gesorgt, dass jeder Tasthebelschenkel unabhängig von der Richtung der Relativdrehung um die zur Bezugsebene orthogonale Relativdrehachse zwischen Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil sicher an dem anderen Teil anliegt und damit die Relativdrehung zwischen diesen Teilen mit großer Genauigkeit wiedergibt.
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Zwar kann der Tasthebel zur manuellen Verstellung zwischen einer Eingriffsstellung und einer Nicht-Eingriffsstellung ausgebildet sein, jedoch ist es wesentlich komfortabler, wenn der Winkelstellungssensor Verstellmittel umfasst, welche eine Verstellung des Tasthebels gestatten zwischen der Nicht-Eingriffsstellung, in der der Tasthebel sich nicht im Eingriff mit dem anderen Teil befindet, und der Eingriffsstellung, in der der Tasthebel sich im Eingriff mit dem anderen Teil befindet. Außerdem können bei Vorsehen von Verstellmitteln die von den Vorspannmitteln auf den Tasthebel bzw. auf die Tasthebelschenkel ausgeübten Vorspannkräfte weiter erhöht werden, um die Sicherheit der Anlage des Tasthebels an dem anderen Teil zu gewährleisten, ohne die Verstellung des Tasthebels zwischen der Nicht-Eingriffsstellung und der Eingriffsstellung durch zu hohe Vorspannkräfte zu gefährden.
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Zur Reduzierung der Herstellungskosten des Winkelstellungssensors kann dieser derart weitergebildet sein, dass die Verstellmittel als Übertotpunkt-Verstellmittel mit zwei stabilen Endstellungen ausgebildet sind, von welchen die eine Endstellung der Nicht-Eingriffsstellung und die andere Endstellung der Eingriffsstellung zugeordnet ist, wobei die Vorspannmittel die Übertotpunkt-Verstellmittel abhängig von ihrer Betätigungsstellung über den Tasthebel in jede der Endstellungen vorspannen. Die Verstellmittel können dabei manuell oder durch ein Kraftgerät betätigt werden. Als Kraftgerät kann ein pneumatisches oder/und hydraulisches oder/und elektrisches oder/und elektromagnetisches Kraftgerät vorgesehen sein.
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In dem bevorzugten einfachen Fall, dass der Tasthebel sich im Anlageeingriff mit dem anderen Teil befindet, kann die Erfassungsgenauigkeit des Winkelstellungssensors dadurch erhöht werden, dass der Winkelstellungssensor Einstellmittel umfasst, welche eine Justage des Tasthebels für einen spielfreien Anlageeingriff ermöglichen.
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In der besonders bevorzugten Ausführungsform, gemäß welcher der Tasthebel zwei scherenartig bewegliche Tasthebelschenkel umfasst, die das andere Teil zwischen sich halten, kann zur Erhöhung der Erfassungsgenauigkeit vorgesehen sein, dass jeder Tasthebelschenkel Einstellmittel umfasst, welche eine Justage des jeweiligen Tasthebelschenkels für einen spielfreien Anlageeingriff ermöglichen.
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Da es auf die Stellung des Tasthebels in der Nicht-Eingriffsstellung für dessen Erfassungsgenauigkeit im Grunde nicht ankommt, reicht es aus, wenn die Einstellmittel derart ausgebildet sind, dass sie eine Veränderung der Eingriffsstellung des Tasthebels gestatten.
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Dies kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruktiv dadurch gelöst sein, dass die Einstellmittel sich an einer Kurvenbahn abstützen, welche die Schwenkachse des Tasthebels umgibt, vorzugsweise diese als Zentrum hat. Die Abstützung der Einstellmittel an einer die Schwenkachse des Tasthebels umgebenden Kurvenbahn hat darüber hinaus den Vorteil, dass die einmal eingestellte Eingriffsstellung des Tasthebels sich bei dessen Verdrehung um seine Schwenkachse nicht ändert. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Tasthebel in seinem gesamten betriebsmäßigen Schwenkbereich spielfrei eine Relativbewegung zwischen Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil wiedergeben kann.
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Besonders einfach kann das Einstellmittel einen Gewindestift umfassen, durch dessen Betätigung der Abstand des Tasthebels oder eines Tasthebelschenkels, bevorzugt beider Tasthebelschenkel, von der Kurvenbahn einstellbar ist. Durch einfaches Verdrehen des Gewindestifts als Abstandseinstellmittel kann so der Tasthebel bzw. ein Tasthebelschenkel auf die Kurvenbahn zu oder von dieser weg bewegt werden. Im Falle der oben als bevorzugt genannten Ausführungsform eines Tasthebels mit scherenartig bewegbaren Tasthebelschenkeln hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Einstellmittel in Tasthebelschenkellängsrichtung zwischen einer Anlagestelle des Tasthebelschenkels an dem anderen Teil aus Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil und der Tasthebelschenkel-Bewegungsachse anzuordnen. Bei einer derartigen Anordnung kann ein sehr günstiges Verhältnis von Stellweg des Abstandseinstellmittels zu Verstellweg des Tasthebels bzw. Tasthebelschenkels erreicht werden.
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Besonders bevorzugt umfasst das Einstellmittel eine Schraube als das o. g. Abstandseinstellmittel, da an dieser bereits eine standardisierte Werkzeugangriffsgeometrie vorgesehen ist, so dass die Eingriffsstellung des Tasthebels in sehr einfacher Weise mit einem Standardwerkzeug einstellbar ist.
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Besonders bevorzugt ist die Kurvenbahn derart angeordnet, dass sie sich mit dem Tasthebel mitdreht, so dass keine Relativbewegung zwischen dem Abstandseinstellmittel, wie etwa dem o. g. Gewindestift oder der o. g. Schraube, und der Kurvenbahn auftritt und somit ein langfristig die Lage des Tasthebels verändernder Abrieb vermieden wird. In diesem bevorzugten Falle wäre es daher sachgerechter, anstelle von einer Kurvenbahn von einer Anlagefläche zu sprechen. Dennoch ist im Folgenden zur Vermeidung unnötig vieler unterschiedlicher Begriffe weiterhin von einer Kurvenbahn die Rede, welche im Sinne der vorliegenden Anmeldung die mit dem Abstandseinstellmittel mitbewegte Anlagefläche begrifflich mit einschließen soll.
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Besonders einfach kann zur Reduzierung der Anzahl an notwendigen Bauteilen die die Tasthebel-Schwenkachse umgebende Kurvenbahn von einer Fläche eines Drehlagers des Tasthebels gebildet sein. Am einfachsten zugänglich ist dabei die radial äußere Fläche eines Drehlager-Außenrings. Dabei kommt es auf die Art des Drehlagers, etwa Wälzlager oder Gleitlager, nicht an. Bevorzugt wird jedoch der Tasthebel mit Wälzlagern zur Drehung seiner Schwenkachse gelagert.
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Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann der Sensor zur Erfassung der Relativstellung des Tasthebels in Bezug auf das ihn tragende eine Teil gut dadurch vor mechanischen äußeren Einflüssen geschützt werden, dass er radial und axial zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, innerhalb des Drehlagers des Tasthebels angeordnet ist.
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Da in der Regel das am Antriebsfahrzeug vorgesehene Kupplungsteil starr mit diesem verbunden ist, während das am Folgefahrzeug vorgesehene Gegenkupplungsteil mit einer um eine gierachsenparallele Lenkachse drehbaren Radachse des Folgefahrzeugs verbunden ist, ist es zur genauen Erfassung der oben bezeichneten Winkelstellung vorteilhaft, wenn der Tasthebel am Kupplungsteil relativ zu diesem schwenkbar vorgesehen ist und in Eingriff, vorzugsweise Anlageeingriff, mit dem Gegenkupplungsteil bringbar ist.
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Grundsätzlich kann die Kupplung jede Art von Kupplung sein. Besonders bevorzugt ist der oben beschriebene Winkelstellungssensor jedoch an einer Kugelkupplung einsetzbar, da bei dieser eine Kupplungskugel als Kupplungsteil im Wesentlichen spielfrei mit einer Kugelpfanne als Gegenkupplungsteil kuppelbar ist. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Winkelstellungssensor der vorliegenden Anmeldung auch an einer Kupplung etwa mit einem im Kupplungszustand eine ringartige Zugöse durchsetzenden Kupplungsbolzen anwendbar sein kann. Die Genauigkeit der Winkelstellungserfassung ist dabei umso höher, je geringer der Unterschied zwischen Innendurchmesser der Zugösenöffnung und Außendurchmesser des die Zugösenöffnung durchsetzenden Kupplungszapfens ist.
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Bei der o. g. vorteilhaften Anordnung des Winkelstellungssensors an dem das Kupplungsteil tragenden Fahrzeug kann der Tasthebel zur Erfassung der Winkelstellung der oben bezeichneten Achsen vorteilhaft mit einer das Folgefahrzeug und die Kugelpfanne verbindenden Deichselstange in Anlageeingriff kommen. Dies hat den Vorteil, dass an der Deichselstange reichlich Bauraum zur Verfügung steht, einen Eingriff, insbesondere Anlageeingriff, mit dem Tasthebel herzustellen, ohne die Kugelpfanne hierdurch zu beeinflussen. Diese kann daher funktionsgerecht ausgebildet werden.
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Um darüber hinaus eine Kombination von unterschiedlichen Antriebsfahrzeugen mit unterschiedlichen Folgefahrzeugen zu ermöglichen, kann daran gedacht sein, in einem Kontaktlängsabschnitt der Deichselstange, in welchem der Eingriff zwischen Tasthebel und Deichselstange erfolgt, eine Kontaktbuchse mit vorbestimmter Geometrie vorzusehen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Tasthebel stets mit einer gleichen Geometrie, insbesondere Außengeometrie, in Eingriff, insbesondere Anlageeingriff, ist und somit stets mit der gleichen Genauigkeit die oben bezeichnete Winkelstellung von Antriebsfahrzeugachse und Folgefahrzeugachse erfasst.
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Im Falle eines Anlageeingriffs reicht es grundsätzlich aus, wenn die Kontaktbuchse zylindrisch ist und einen vorbestimmten Außendurchmesser aufweist. In diesem Falle beeinflussen Relativbewegungen von Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil um eine rollachsenparallele erste Achse oder/und um eine nickachsenparallele zweite Achse, welche beide in der Bezugsebene liegen, das Erfassungergebnis in vorteilhafter Weise wenig oder sogar gar nicht.
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Weiterhin kann zur Erleichterung der Montage des Winkelstellungssensors vorgesehen sein, dass eine Baugruppe aus Tasthebel und Sensor, gegebenenfalls unter Einbeziehung der Verstellmittel oder/und Vorspannmittel oder/und Einstellmittel zwischen Fahrbahn und Kupplungskugel derart vorgesehen ist, dass die Tasthebel-Schwenkachse im Wesentlichen durch den Mittelpunkt der Kupplungskugel verläuft.
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Zur konstruktiven Lösung dieses modularen Aufbaus kann in einfacher Weise beispielsweise vorgesehen sein, dass an einem das Kupplungsteil tragenden Anhängebock Seitenwangen zur Fahrbahn hin verlängert werden, und zwischen diesen Seitenwangenverlängerungen die o. g. Baugruppe angeordnet wird. Hier steht Bauraum zur Verfügung, welcher genutzt werden kann, ohne andere Funktionselemente am Antriebsfahrzeug zu behindern. Außerdem kann durch die Einbauart zwischen den verlängerten Seitenwangen des Anhängebocks mit einfachen Mitteln sichergestellt werden, dass beispielsweise die Tasthebel-Schwenkachse durch den Mittelpunkt der Kupplungskugel verläuft und somit die Relativdrehachse von Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil orthogonal zur Bezugsebene und die Tasthebel-Schwenkachse im Wesentlichen zusammenfallen.
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Darüber hinaus kann der Anhängebock in einfacher Art und Weise vormontiert werden und als vormontierte Einheit dann beispielsweise an einer Traverse des Antriebsfahrzeugs oder einem anderen Rahmenteil angebracht werden.
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Weiterhin kann ein Rechengerät vorgesehen sein, um gegebenenfalls notwendige Berechnungen zur Ermittlung des zu erfassenden Winkels aus der Relativstellung von Tasthebel und dem ihn tragenden einen Teil aus Kupplungsteil und Gegenkupplungsteil auszuführen.
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Zusätzlich kann eine Speichereinrichtung vorgesehen sein, um Erfassungsparameter, wie etwa die oben erwähnte Bewegungsbeziehung, Erfassungsergebnisse, Grenzwerte und ähnliche Daten zu speichern.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Antriebsfahrzeug mit einer Kupplung zur Ankupplung eines Folgefahrzeugs und mit einem Winkelstellungssensor in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen, welche ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Winkelstellungssensors zeigen, näher beschrieben werden. Es stellt dar:
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1 eine Seitenansicht einer Kugelkupplung mit angekuppelter Kugelpfanne und Deichselstange sowie mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Winkelstellungssensors im Teilschnitt,
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2a eine Draufsicht auf den zweiteiligen Tasthebel von 1 in seiner Nicht-Eingriffsstellung,
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2b eine Draufsicht auf den zweiteiligen Tasthebel der 1 und 2a in seiner Eingriffsstellung,
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3 eine Vorderansicht der Kugelkupplung von 1 unter Weglassung von Kugelpfanne und Deichselstange mit einem Teilschnitt durch den Winkelstellungssensor längs der Ebene III-III in 2b, sowie
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4 eine vereinfachte Schnittansicht der Kugelkupplung von 1 längs der Ebene IV-IV.
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In 1 ist ein Anhängebock allgemein mit 10 bezeichnet. Dieser Anhängebock 10 trägt eine an sich bekannte Kugelkupplung 12 mit einem in 1 unter der Kupplungskugel 14 gelegenen Winkelstellungssensor 16.
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An die von einem nicht dargestellten Antriebsfahrzeug gehaltene Kupplungskugel 14 angekuppelt ist eine an einem nicht dargestellten Folgefahrzeug vorgesehene Kugelpfanne 18, welche integral mit einer Deichselstange 20 verbunden ist, etwa durch Schmieden der Kugelpfanne 18 an einem Längsende der Deichselstange 20 oder durch Anschweißen der Kugelpfanne 18 an die Deichselstange 20. Auch die Kugelpfanne 18 sowie die Deichselstange 20 sind im Stand der Technik bekannt.
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Die Kugelkupplung 10 verfügt weiterhin in an sich bekannter Weise über eine Sicherungsklinke 22, welche zur Verhinderung eines Abhebens der Kugelpfanne 18 von der Kupplungskugel 14 über die Kugelpfanne 18 verschwenkbar ist, so dass diese ein Abheben der Kugelpfanne 18 von der Kupplungskugel 14 mechanisch blockiert. In 1 ist die Sicherungsklinke in ihrer Sperrstellung dargestellt, in welcher die Kugelpfanne 18 von der Kupplungskugel 14 nicht abhebbar ist.
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Mit der Sicherungsklinke 22 wirkt ein Sicherungsbolzen 24 zusammen, welcher in an sich bekannter Weise die Sicherungsklinke in ihrer in 1 dargestellten Sperrstellung sichert.
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In 1 ist der Mittelpunkt der Kupplungskugel 14 mit M bezeichnet. Idealerweise fallen der Mittelpunkt m der sphärischen Ausnehmung in der Kugelpfanne 18 und der Mittelpunkt M der Kupplungskugel 14 im Ankupplungszustand von Kugelpfanne 18 und Kupplungskugel 14 zusammen.
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In diesem Ankupplungszustand kann die Deichselstange 20 um die durch den Kugelmittelpunkt M verlaufende rollachsenparallele Achse R rollen, kann um die durch den Kugelmittelpunkt M gehende, orthogonal zur Zeichenebene der 1 verlaufende nickachsenparallele Achse N schwenken und kann relativ zum Kugelkopf 14 um die durch den Kugelmittelpunkt M verlaufende, parallel zur Zeichenebene der 1 liegende gierachsenparallele Relativdrehachse G schwenken. Diese Schwenkbewegung der Deichselstange 20 um die Achse G relativ zur Kugelkupplung 10 soll der Winkelstellungssensor 16 erfassen.
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Die Relativdrehachse G ist orthogonal zum Fahrbahnboden. Die vom Winkelstellungssensor 16 zu erfassende Winkelstellung kann daher beschrieben werden als die Winkelstellung einer durch den Mittelpunkt M gehenden kugelkupplungsfesten Achse K zu einer durch den Mittelpunkt M gehenden und zur Achse G orthogonalen kugelpfannenfesten Achse D. Auf Grund ihrer Orthogonalität zu der Achse G liegen die beiden Achsen K und D in einer zur Zeichenebene der 1 orthogonalen fahrbahnparallelen Bezugsebene B, welche den Mittelpunkt M der Kupplungskugel enthalten soll.
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Der Winkelstellungssensor 16 umfasst einen Tasthebel 26, welcher drehbar um eine Schwenkachse S an dem Anhängebock 10 angeordnet ist. Die Schwenkachse S fällt zur vereinfachten Erfassung des in der Bezugsebene B liegenden Winkels zwischen der kupplungskugelfesten Achse K und der kugelpfannenfesten Achse D mit der Achse G zusammen und geht ebenfalls durch den Mittelpunkt M der Kupplungskugel 14.
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An seinem schwenkachsenfernen Längsende weist der Tasthebel 26 Anlagebügel 28 auf, welche mit einer zylindrischen Kontaktbuchse 30 in Anlageeingriff bringbar sind, die an der Deichselstange 20 festgeklemmt ist.
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Zur weiteren Erläuterung des Tasthebels 26 wird zusätzlich auf die 2a und 2b verwiesen.
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Der Tasthebel 26 ist zweiteilig ausgeführt und umfasst zwei Tasthebelschenkel 26a und 26b, die aus Vierkanthohlprofilen gebildet sind und jeweils um eine zur Schwenkachse S des Tasthebels 26 parallele Tasthebelschenkel-Bewegungsachse 32a und 32b drehbar an einer Basisstruktur 34 aufgenommen sind.
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Die Tasthebelschenkel 26a und 26b sind scherenartig aufeinander zu und voneinander weg bewegbar zwischen einer in 2a gezeigten Nicht-Eingriffsstellung, in welcher die Anlagebügel 28 sich nicht in Anlageeingriff mit der Kontaktbuchse 30 befinden und einer in 2 gezeigten Eingriffsstellung, in welcher sich die Bügel 28 in Anlageeingriff an der Buchse 30 befinden.
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Die Drehbarkeit der Tasthebelschenkel 26a und 26b um die Tasthebelschenkel-Bewegungsachsen 32a und 32b ist in dem hier dargestellten Beispiel durch eine Gleitlagerung realisiert. Die Relativdrehbarkeit kann jedoch in beliebiger Art und Weise realisiert sein.
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Die Tasthebelschenkel 26a und 26b sind weiterhin durch eine Zugfeder 36 aufeinander zu vorgespannt. Diese Zugfeder 36 ist derart eingestellt, dass sie in der in 2 gezeigten Eingriffsstellung die Bügel 28 mit einer vorbestimmten Andruckkraft an die Kontaktbuchse 30 andrücken lässt.
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Zur Verstellung der Tasthebelschenkel 26a und 26b zwischen der Nicht-Eingriffsstellung und der Eingriffsstellung ist ein Verstellmechanismus 38 vorgesehen. Dieser Verstellmechanismus 38 umfasst zwei im Wesentlichen identische Lenker 38a und 38b, welche mit ihrem einen Längsende jeweils an einem der Tasthebelschenkel 26a oder 26b angelenkt sind und mit ihrem jeweils entgegengesetzten Längsende an den Längsenden eines im Bereich seiner Längsmitte um eine zu den Tasthebelschenkel-Bewegungsachsen 32a und 32b parallele Drehachse 40 drehbaren Drehhebels 38c angelenkt sind.
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Der Drehlenker 38c ist über einen Betätigungsfortsatz 42 (s. 1) manuell in der Art eines Übertotpunkt-Stellglieds verstellbar.
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Ein erster nahe seinem Totpunkt gelegener mechanischer Anschlag 44 ist an der Grundstruktur 34 vorgesehen. An diesem liegt der Drehlenker 38c dann an, wenn sich der Tasthebel 26 in seiner Nicht-Eingriffsstellung befindet. Die Anlagestellung am Anschlag 44 ist eine stabile Stellung, da die Zugfeder 36 den Drehlenker 38c über die Tasthebelschenkel 26a und 26b nach Überschreiten seines Totpunkts im Gegenuhrzeigersinn zu dem Anschlag 44 hin vorspannt. Auf Grund der Nähe des Anschlags 44 zum Totpunkt benötigt eine Bedienperson nur einen kurzen Betätigungsweg und eine geringe Betätigungskraft, um gegen die Zugkraft der Feder 36 den Drehlenker in seinen Totpunkt zu bewegen. Bewegt er den Drehlenker im Uhrzeigersinn über seine Totpunktstellung hinaus, so wird der Drehlenker im Uhrzeigersinn um die Drehachse 40 verdreht, bis die Anlagebügel 28 an der Kontaktbuchse 30 anliegen, wie in 2b dargestellt ist. Zur Verstellung des Tasthebels 26 von der Eingriffsstellung in die Nicht-Eingriffsstellung benötigt eine Bedienperson in dem gezeigten Beispiel einen größeren Betätigungsweg sowie eine größere Betätigungskraft als in der umgekehrten Verstellrichtung, jedoch kann durch Wahl eines geeigneten Hebels an dem Betätigungsfortsatz 42 ohne Weiteres eine manuelle Betätigung erfolgen. Selbstverständlich kann statt der manuellen Betätigung durch einen Handgriff 43 auch ein am Betätigungsfortsatz angreifendes pneumatisches, hydraulisches, elektrisches oder/und elektromagnetisches Kraftgerät vorgesehen sein.
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Die Lenker 38a und 38b können alternativ zu dem dargestellten Beispiel in der Art eines Seilspanners durch mit einer entsprechenden Mutter verbundene gegenläufige Gewindestangen längenveränderlich ausgebildet sein, so dass durch Drehung der Mutter die mit gegenläufigen Gewinden versehenen Gewindestangen aufeinander zu und voneinander weg bewegt und somit die Gesamtlänge der Lenker 38a und 38b verstellt werden kann.
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Zur genauen Justage der Tasthebelschenkel 26a und 26b in ihrer Eingriffsstellung sind diese jeweils von Schrauben 46 und 48 durchsetzt, welche in eine in die Tasthebelschenkel 26a und 26b eingeschweißte Innengewindehülse 50 bzw. 52 eingedreht sind. Die Schrauben liegen an der Außenfläche 54a eines starr mit der Grundstruktur 34 verbundenen Zylinderrings 54 an. Durch Verdrehen der Schrauben 46 und 48 kann der Tasthebel 26 derart eingestellt werden, dass beide Tasthebelschenkel 26a und 26b spielfrei an der Kontaktbuchse 30 anliegen. Ein idealer Zustand ist dann gegeben, wenn die Anlagebügel 28 in der in 2 gezeigten Eingriffsstellung an der Kontaktbuchse 30 anliegen und gleichzeitig die der Tasthebelschwenkachse S näher liegenden Längsenden der Einstellschrauben 46 und 48 spielfrei an der radialen Außenfläche 54a des Zylinderrings 54 anliegen.
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Bewegt sich dann nämlich die in 2b nicht gezeigte Deichselstange um die Achse G in Richtung des Doppelpfeils H, so dass die kupplungskugelfeste Achse D in eine mit D' bezeichnete Lage verstellt wird, wird der Tasthebel 26 als Ganzes spielfrei um seine Schwenkachse S einen gleichen Winkelbetrag im gleichen Drehsinn mit verdreht, was eine sehr genaue Erfassung der Relativdrehung der Deichselachse 20 bzw. der Kugelpfanne 18 um die Achse G ermöglicht. Zur Erfassung einer derartigen Verdrehung des Tasthebels 26 relativ zu einer Aufnahmeplatte 56 am Anhängebock 10 ist ein Winkelsensor 58 vorgesehen. Dieser Winkelsensor 58 gibt ein der erfassten Winkelstellung entsprechendes Signal an eine nicht dargestellte Steuereinheit aus.
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Der Winkelsensor 58 ist starr mit der Aufnahmeplatte 56 verbunden. Weiterhin ist mit der Aufnahmeplatte 56 eine Innenhülse 60 drehfest verbunden, etwa angeschweißt. An dieser Innenhülse 60 ist über eine Wälzlagereinrichtung 62 die Grundstruktur 34 mit dem Zylinderring 54 zur Drehung um die Achse S verbunden. Über einen Deckel 64, welcher sowohl mit der Grundstruktur 34 als auch mit einem Eingangsteil 58a des Winkelsensors zur gemeinsamen Drehung verbunden ist, wird die Verdrehung des Tasthebels 26 über die Grundstruktur 34 in den Winkelsensor 58 zur Erfassung eingeleitet.
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Die Eingriffsstellung von 2b ist im Teilschnitt in 3 dargestellt. Der Schnitt durch den Winkelsteilungssensor 16 ist dabei längs der Ebene III-III in 2b entnommen.
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Die 3 zeigt außerdem, dass der Winkelsteilungssensor 16 als vormontierte Baugruppe besonders einfach an Seitenwangen 10a und 10b des Anhängebocks 10 montiert sein kann. Diese Seitenwangen 10a und 10b sind zur Aufnahme des Winkelstellungssensors 16 zur Fahrbahn hin verlängert.
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In 4 ist die Anlage der Anlagebügel 28 an die zylindrische Kontaktbuchse 30 und deren Klemmfestlegung an der Deichselstange 20 gezeigt. Außerdem kann zwischen der Aufnahmeplatte 56 und dem Zylinderring 54 eine Spritzwasserdichtung 64 vorgesehen sein. Diese schützt den Sensor vor Verschmutzung.
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Die Anlagebügel 28 sind durch Aufnahmen 66 und 68 durchgesteckt und mit Muttern gehalten. Die Aufnahmen 66 und 68 sind an die Tasthebelschenkel 26a, 26b angeschweißt. Durch Orientieren der Bügelschenkel 28a, 28b derart, dass sie in der Eingriffsstellung des Tasthebels 26 in einer zur Andruckrichtung des Tasthebels 26 bzw. der Tasthebelschenkel 26a, 26b an die Kontaktbuchse 30 im Wesentlichen orthogonalen Ebene A (s. 1) liegen, soll eine Erfassungsungenauigkeit des Winkelstellungssensors 16 durch Biegeverformumg der U-förmigen Anlagebügel 28 reduziert oder vermieden werden.
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Alternativ kann in den 1 und 3 der Sensor 58 auch an der Aufnahmeplatte 56 hängend angeordnet sein. Der Sensor 58 kann dann in der Art eines Nabensensors von der Innenhülse 60 umgeben sein. Hierzu kann die Drehlagerung des Tasthebels 26 mit Innenhülse 60, Zylinderring 54, Wälzlagereinrichtung 62 und Deckel 64 soweit in axialer und radialer Richtung vergrößert sein, dass sie zusammen mit der Aufnahmeplatte 56 den Sensor 58 nahezu vollständig umschließt.
