DE102006051096A1

DE102006051096A1 - Anhängevorrichtung

Info

Publication number: DE102006051096A1
Application number: DE200610051096
Authority: DE
Inventors: Mathias HÜSING; Guido Lonij; Burkhard Corves
Original assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Mvg Metallverarbeitungsgesellschaft Mbh De
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2026-10-26
Also published as: WO2008049569A1; DE102006051096B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anhängevorrichtung für Kraftfahrzeuge, die über ein Rahmenbauteil fahrzeugfest angeordnet ist, einen Kupplungsarm (6) aufweist, der von einer Gebrauchs- in eine Ruhestellung und umgekehrt schwenkbar ist, bei der der Kupplungsarm (6) um einen zentralen Punkt (37) und um eine durch den zentralen Punkt (37) verlaufende nicht raumfeste Achse verschwenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anhängevorrichtung für Kraftfahrzeuge, die über ein Rahmenbauteil fahrzeugfest angeordnet ist und einen Kupplungsarm aufweist der von einer Gebrauchs- in eine Ruhestellung und umgekehrt schwenkbar ist. Es handelt sich hierbei insbesondere um eine Vorrichtung zum Absenken und Schwenken einer Anhängerkupplung für Kraftfahrzeuge, bei der ein mit einer genormten Kupplungskugel versehener Kupplungsarm aus einer von außerhalb des Fahrzeuges nicht sichtbaren Ruhestellung in eine zum Befestigen eines Anhängers geeignete Betriebsstellung motorisch oder manuell angetrieben bewegbar ist.
Eine Anhängerkupplung oder eine Anhängevorrichtung ist eine notwendige Vorrichtung, mit der ein Kraftfahrzeug ausgestattet sein muss, um einen Anhänger ziehen zu können. Kernbauteil der Anhängevorrichtungen ist ein mit einer genormten Kupplungskugel versehener Kupplungsarm. Am Anhänger befindet sich als Gegenstück dazu eine Kugelpfanne. Sind Kugel und Kugelpfanne zusammengekoppelt, so ist die Kugelpfanne auf der Kugel drehbar gelagert. Dadurch kann der Anhänger dem Zugfahrzeug gelenkig folgen. Die Anhängerkupplung dient auch als Basis für andere Transportvorrichtungen, wie z. B. Fahrradträger.
Zurzeit auf dem Markt erhältliche Anhängevorrichtungen werden aufgeteilt in folgende Kategorien.
Die erste Kategorie der starren Anhängevorrichtungen wird dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsarm mit genormter Kugel form- oder stoffschlüssig mit einem Rahmen verbunden ist, der an der Karosserie des Kraftfahrzeugs montiert ist. Die Verbindungen eignen sich nicht oder nur bedingt zur schnellen Demontage der Anhängevorrichtung.
Des Weiteren gibt es für Kraftfahrzeuge eine zweite Kategorie Anhängevorrichtungen mit abnehmbarem Kupplungsarm. Aspekte funktioneller oder ästhetischer Natur verlangen die Abnehmbarkeit des Kupplungsarmes. Beispielsweise dürfen Amtliche Kennzeichen nicht durch die Anhängevorrichtung verdeckt werden. lief am Kraftfahrzeugheck angeordnete amtliche Kennzeichen können durch Abnehmen des Kupplungsarmes unverdeckt bleiben. Die Wiederherstellung der beeinträchtigten Formschönheit des Fahrzeughecks aufgrund des herausragenden Kupplungsarmes können auch durch dessen Abnahme erreicht werden. Die Demontage des Kupplungsarmes sowie Verwahrung des Kupplungsarmes im Nichtgebrauchszustand der Anhängevorrichtung und die Verwahrung des Montagewerkzeuges müssen zusätzlich in Kauf genommen werden.
Die dritte Kategorie der Anhängevorrichtungen wird durch einen beweglichen Kupplungsarm gekennzeichnet. Diese Kategorie Anhängevorrichtungen erlaubt die Bewegung des Kupplungsarmes zwischen einer relativ zum Kraftfahrzeug nach hinten gerichteter zum Befestigen eines Anhängers geeignete Gebrauchsstellung und einer von außerhalb des Fahrzeuges nicht sichtbaren Ruhestellung und verlangt keine Demontage einzelner Bauteile. Der Kupplungsarm wird entweder manuell oder motorisch zwischen Gebrauchsstellung und Ruhestellung bewegt und aus Sicherheitsgründen in beiden Endstellungen arretiert. Die Arretierung ist form- oder kraftschlüssiger Natur wobei die Formschlüssige die bevorzugte weil sicherere Variante ist.
Es sind verschiedene Ausführungsformen solcher manuell oder motorisch angetriebene Anhängerkupplungen bekannt, z.B. DE 198 26 618 , DE 199 44 0264 und DE 100 04 523 , bei denen ein senkrecht stehender Kupplungsarm zunächst axial so nach unten bewegt wird, dass die Kugel des Kupplungsarmes unterhalb des Stoßfängers liegt.
Danach wird der Kupplungsarm um ca. 90° um die Hochachse gedreht und anschließend wieder angehoben, bis die Kugel am Ende des Kupplungsarmes sich in der Betriebsstellung befindet. Mit dieser Ausführungsvariante sind Nachteile im Bezug auf den zur Verfügung stehenden Bauraum verbunden. Zum Beispiel reicht die Bodenfreiheit abhängig vom Fahrzeugtyp nicht aus und bedingt die senkrecht angeordnete Kugelstange einen hohen Bauraum, der mit dem Wunsch einer niedrig liegenden Kofferraumkante moderner Kraftfahrzeugen nicht vereinbart werden kann.
Im Bezug auf die Wirtschaftlichkeit sind die hohen Kosten und die aufwendige Konstruktion für zwei motorische Antriebe und eine komplizierte Steuerung der Antriebe als Nachteile dieser Ausführungsvariante zu berücksichtigen. Zudem erfordern die hohen Betriebskräfte bei Gewährleistung einer ausreichenden Sicherheit passgenaue Führungen über relativ große Strecken und die Verwendung hochwertiger Materialien. Ein Verzicht auf motorische Antriebe erfordert ein mehrfaches Umgreifen während des Verfahrens des Kupplungsarmes und Beeinträchtigt somit den Komfort und Bedienfreundlichkeit.
Eine weitere Ausführungsvariante enthält einen Kupplungsarm, der an einem fahrzeugfesten Drehlager angeordnet ist und motorisch aus einer unterhalb des Fahrzeugbodens befindlichen Ruhestellung in die Betriebsstellung geschwenkt wird, wie z.B. von DE 196 54 867 , DE 196 12 959 oder WO 98/57 813 beschrieben werden. Diese Ausführungsvariante zeigt Nachteile im Bezug auf den zur Verfügung stehenden Bauraum. Die Bodenfreiheit reicht abhängig vom Fahrzeugtyp nicht aus und die in der Ruhestellung unter dem Fahrzeugboden angeordnete Kugelstange kann nicht mit einem tief liegenden Kofferraumboden vereinbart werden.
Aus DE 100 23 640 und DE 101 04 185 ist weiterhin eine Ausführungsvariante bekannt, bei der die Kugelstange schwenkbar mit einem Lagerblock verbunden ist. Wobei der Lagerblock selbst um eine in Fahrzeugrichtung angeordnete Achse schwenken kann, wodurch eine senkende und danach schwenkende Bewegung erzeugt wird. Nachteile dieser Ausführungsvariante sind die Verwendung zwei motorischer Antriebe die mit Hilfe einer komplizierten Steuerung die Bewegungsschritte Senken, Drehen und Heben realisieren.
Eine sehr kostengünstige Ausführungsvariante wird in EP 1 586 471 , EP 1 586 470 und EP 1 584 499 beschrieben. Hierbei ist ein Kupplungsarm fest mit einem Drehachsglied verbunden. Das Drehachsglied wird im Gehäuse linear verschoben. Die Drehung des Kupplungsarmes in Richtung der Fahrzeuglängsachse erfolgt formschlüssig, z.B. durch einen exzentrisch gelagerten Bolzen, der bedingt durch eine Kulisse den Kupplungsarm in den Betriebszustand befördert. Nachteile dieser Lösungsvariante sind die fehlende Möglichkeit einer ausreichenden Absenkung des Kupplungsarmes bei Kraftfahrzeugen mit niedriger Bodenfreiheit und das Erreichen einer ausreichenden Höhe der Kupplungskugel
Schließlich ist eine Ausführungsvariante EP 1 533 149 bekannt, in der ein Kupplungsarm in einem Taumellager schwenkbar gelagert ist. Zusätzlich bietet dieses Lager die Möglichkeit einer axialen Verschiebung, mit der die Verriegelung des Mechanismus aufgehoben werden kann. Zudem wird der Kupplungsarm mit Hilfe einer in diesem Teil enthaltenen Kulisse und darin eingreifenden Folgemittel geführt. Nachteilig an dieser Ausführungsvariante ist die sehr komplexe Konstruktion des Taumellagers.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anhängevorrichtung mit beweglichem Kupplungsarm zu schaffen, bei der der beanspruchte Bauraum in Gebrauchs- und Ruhestellung möglichst klein ist, bevorzugt ein einziger Antrieb für die Verstellung des Kupplungsarmes zwischen beiden Endlagen sowie die Betätigung der Arretiervorrichtung ausreicht und die Vorrichtung besonders kostengünstig herzustellen ist.
Bei der Anhängevorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Kupplungsarm nicht direkt über ein Drehgelenk mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist, sondern mit Hilfe von Verbindungsgliedern schwenkbar gelagert ist. Die Achse um die sich der Kupplungsarm bei der Bewegung von der Ruhestellung in die Gebrauchsstellung und umgekehrt um einen zentralen Punkt bewegt, der selbst auf der Achse liegt, ist aufgrund der schwenkbaren Lagerung der Verbindungsglieder nicht raumfest. Die nichtraumfeste Achse erlaubt sehr komplexe Bewegungen. Eine Position des Kupplungsarmes in der Ruhestellung zwischen dem hinteren Stoßfänger und der Karosserie des Kraftfahrzeuges erlaubt eine optimale Nutzung dieses sonst nicht benutzten Bauraums.
Die Bewegung ist also dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsarm zwischen Ruhestellung und Betriebsstellung um eine nicht raumfeste Achse geschwenkt wird. Hierbei kann, wie später noch beschrieben wird die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Arretierung des Kupplungsarmes in beiden Endlagen umfassen, wobei formschlüssige oder kraftschlüssige Elemente derart in Kontakt kommen können, dass eine weitere Bewegung des Kupplungsarmes verhindert wird.
Die Struktur der Anhängevorrichtung, die eine exakte Führung des Kupplungsarmes gewährleitstet, umfasst drei Verbindungsglieder und ein Rahmenbauteil. Das Rahmenbauteil ist fest mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden und weist nur mit zwei der drei Verbindungsglieder jeweils eine Kontaktstelle auf. Das verbleibende Verbindungsglied ist zwischen beiden anderen Verbindungsgliedern angeordnet und weist nur mit diesen beiden Verbindungsgliedern jeweils eine Kontaktstelle auf. Sämtliche Kontaktstellen sind z.B. als einfache Drehlager ausgeführt. Die Achsen aller Drehlager schneiden sich in einem gemeinsamen zentralen Punkt.
Die Kombination aus Rahmen und Verbindungsglieder verbindet die Karosserie des Kraftfahrzeugs und den Kupplungsarm und bildet aufgrund der Achslage und -orientierung einen so genannten sphärischen Mechanismus. Der Kupplungsarm ist fest mit dem mittleren Verbindungsglied verbunden. Wie bei einem Kardangelenk bewegen sich alle Punkte der einzelnen Glieder auf konzentrischen Kugeloberflächen. Der Unterschied zum Kardangelenk besteht darin, dass die Winkel zwischen den Gelenkachsen bei Kardangelenken 90° betragen. Die Winkel zwischen den Gelenkachsen der Anhängevorrichtung betragen nicht notwendigerweise 90° und weichen bevorzugt von 90 Grad ab.
Durch unterschiedliche Winkel zwischen den Gelenkachsen kann die Bewegung des Kupplungsarmes den jeweiligen Bauraumrestriktionen des Kraftfahrzeugs angepasst werden. Die Verwendung einfacher Drehgelenke in Kombination mit der Achslage und -orientierung erlaubt eine kostengünstige Herstellung der Vorrichtung die trotzdem in der Lage ist, eine äußerst komplexe Bewegung des Kupplungsarmes zu realisieren.
Bevorzugt wird nur eines der Verbindungsglieder motorisch oder manuell angetrieben. Besonders vorteilhaft ist der Antrieb eines der beiden mit dem Rahmenbauteil gekoppelten Verbindungsglieder aufgrund der ortsfesten Drehgelenkachse. Die Bewegung des Kupplungsarmes sowie die Bewegung der beiden anderen Verbindungsglieder sind abhängig von der Bewegung des angetriebenen Verbindungsgliedes. Der Einsatz eines einzigen Antriebes ermöglicht eine Kosteneinsparung sowie eine Vereinfachung der Vorrichtung gegenüber schwenkbaren Anhängevorrichtungen mit zwei Antrieben.
Des Weiteren kann der Antrieb des Verbindungsgliedes zusätzlich für die Betätigung der Arretiervorrichtung verwendet werden. Im Falle einer Blockierung des angetriebenen Gliedes kann ein Malteserkreuzgetriebe eingesetzt werden. Das Malteserkreuzgetriebe kennzeichnet sich dadurch, dass die Antriebswelle, die entweder motorisch oder manuell angetrieben wird, einen bestimmten Achsabstand zur Drehachse des angetriebenen Verbindungsgliedes aufweist.
Es kann vorgesehen sein, dass ein an der Antriebswelle angeordneter Bolzen während der Drehbewegung der Antriebswelle derart in eine Nut des angetriebenen Verbindungsgliedes eingeführt wird, dass die antreibende Motorwellenbewegung ein Verschwenken des angetriebenen Verbindungsliedes erzeugt. Beim Austritt des Bolzens aus der Nut werden Verriegelungselemente der Antriebswelle und des angetriebenen Verbindungsglied derart in einander eingeführt, dass ein weiteres Verschwenken des angetriebenen Verbindungsgliedes verhindert wird.
Der Antrieb des Verbindungsgliedes kann zusätzlich für die Betätigung der Arretiervorrichtung eingesetzt werden. Einen zusätzlichen Kostenaufwand, in Form eines zweiten Antriebes für die Arretierung, bzw. einen zusätzlichen Bedienaufwand, bei manuellem Verschwenken der Anhängevorrichtung von der Ruhestellung in die Gebrauchsstellung die eine komplizierte Abfolge von Handgriffen der Bedienperson verlangt, wird somit verhindert. Zudem wird eine weitere Beanspruchung des Bauraums in Form einer zusätzlichen Antriebseinheit vermieden.
Besonders vorteilhaft hinsichtlich des beanspruchten Bauraums ist eine Anhängevorrichtung die sich dadurch kennzeichnet, dass entweder eines der beiden Verbindungsglieder oder der Kupplungsarm manuell verschwenkt werden kann, wobei auch die Betätigung der Arretiervorrichtung ebenfalls manuell erfolgen kann. Aufgrund der sphärischen Anordnung wird nach dem Entriegeln eine stetige Bewegung des manuell bewegten Gliedes ermöglicht, was der Handhabung der Vorrichtung durch eine Bedienperson zugute kommt.
Besonders vorteilhaft hinsichtlich der Kraftübertragung ist eine Anhängevorrichtung die im gemeinsamen zentralen Schnittpunkt der Drehgelenkachsen des sphärischen Mechanismus ein zentrales kugelförmiges Element aufweist. Das zentrale Kugelelement ist mit dem Kupplungsarm bzw. mit dem mittleren Verbindungsglied stoff- oder formschlüssig verbunden und kann in Schalenelemente gehalten werden, die am Rahmenbauteil befestigt werden. In Ruhestellung und Gebrauchsstellung dient dieses zentrale Element als zentrale Halterung. Bei der Bewegung zwischen beiden Endlagen wird das zentrale Element mitrotiert.
Die Betriebskräfte sind vor allem während der Gebrauchsphase der Anhängevorrichtung relativ groß. Das zentrale Element erlaubt eine direkte Krafteinleitung vom Kupplungsarm in das Gestell und verringert zugleich die Kräfte die von den Verbindungsgliedern aufgenommen werden. Durch den Einsatz des zentralen Elementes können sowohl die Verbindungsglieder als auch dessen Drehlager kleiner bzw. leichter ausgeführt werden, was wiederum eine positive Auswirkung auf den notwendigen Bauraum bedeutet.
Die Arretierung des Kupplungsarmes in Ruhestellung und Gebrauchsstellung kann besonders steif ausgeführt werden, indem Betätigungsorgane eine formschlüssige Verbindung zwischen Rahmen und Zentralelement schaffen. Die Verbindungsglieder und deren Drehgelenke können besonders klein bzw. leicht ausgeführt werden weil die Betriebskräfte auf dem Kupplungsarm auf direktem Wege in den Rahmen eingeleitet werden. Die formschlüssige Verbindung zwischen Rahmen und Zentralelement erlaubt somit eine Reduzierung des Bauraums sowie den Einsatz von kostengünstigen Drehgelenken. Die Betätigungsorgane und die dazu angeordneten Verriegelungselemente können sowohl drehend als auch schiebend angetrieben werden.
Besonders vorteilhaft ist die Gestaltung der beschriebenen formschlüssigen Betätigungsorgane in Form eines Bolzens. Die Fertigung solcher Betätigungsorgane ist besonders kostengünstig.
Eine besonders vorteilhafte Positionierung der Betätigungsorgane der Arretiervorrichtung fällt zusammen mit der Position der Drehgelenkachsen der Verbindungsstellen des Rahmens mit den Verbindungsgliedern. Die einfachen Drehgelenke werden in diesem Fall aus der Kombination von Hohlwellen und Lagerbuchsen ausgeführt. Diese Positionierung der Betätigungsorgane erlaubt einen sehr kompakten Aufbau der Anhängevorrichtung sowie der Arretiervorrichtung.
Die Betätigungskräfte der Arretiervorrichtung können bevorzugt mit Hilfe konisch zulaufender, verschiebbarer Verriegelungselemente im Vergleich zu den Haltekräften der Betätigungsorgane gering gehalten werden. Die Bewegung der Verriegelungselemente verursacht ein Vordringen der Betätigungsorgane in ihre Arretierstellung. Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Verriegelungselementes bei der das Verriegelungselement eine Kulisse aufweist in der das Ende des Betätigungsorgans gehalten wird, erlaubt einen formschlüssigen Kontakt des Verriegelungselementes mit dem Betätigungsorgan. Jede Bewegung des Verriegelungselementes führt zu einer Bewegung des Betätigungsorgans wobei auf krafteinbringende Elemente wie zum Beispiel mechanische Federn verzichtet werden kann.
Die einzelnen zu den Betätigungsorganen der Verriegelungsvorrichtung gehörenden Verriegelungselemente können in einer Ausführung über ein Ringsegment bzw. über Zugmittel (Kette, Zahnriemen, Kabel oder Riemen) verbunden werden, so dass die Verriegelungselemente gleichzeitig betätigt werden können.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung können alle Verriegelungselemente zu einem Ringsegment zusammengefasst werden. Das Ringsegment ist um den zentralen Punkt angeordnet. Die innere Lauffläche des Ringsegmentes besitzt keinen konstanten Durchmesser. Vielmehr ist der Abstand zum zentralen Punkt durch einen sich stetig ändernden Radius gekennzeichnet. Ein Verdrehen des Ringsegmentes um den zentralen Punkt bewirkt eine Änderung des radialen Abstandes zwischen Ringsegment und zentrales Kugelelement im Bereich der Betätigungsorgane. Die Betätigungsorgane werden bei der Verdrehung des Kreissegmentes radial in Richtung des zentralen Punktes bewegt zur Realisierung des form- oder kraftschlüssigen Kontaktes und der Verriegelung bzw. Entriegelung der Anhängevorrichtung.
In einer besonders kostengünstigen Ausführungsvariante können die Verriegelungselemente durch Zugmittel wie zum Beispiel Kabel, Ketten Band oder Riemen miteinander verbunden werden.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführungsvariante bei der ein einziger Antrieb ausreicht für das Verschwenken des Kupplungsarms und die anschließende Verriegelung. Eine Möglichkeit zur Realisierung dieser Ausführungsvariante stellt das vorhin beschriebene Maltesergetriebe dar. Eine weitere Ausführungsvariante weist eine Verzahnung an der Anhängevorrichtung und der Arretiervorrichtung auf die erst dann in Eingriff kommt wenn die Verriegelung aufgehoben worden ist und ein Verschwenken stattfinden darf. Die Verwendung eines einzigen Antriebes reduziert den Kostenaufwand, den Bauraum und die Komplexität der gesamten Vorrichtung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren dargestellt, Es zeigen:
1: eine Anhängevorrichtung in Gebrauchsstellung
2: die Einzelteile Kurbel (1), Koppel (2) und Schwinge (3)
3: eine Anhängevorrichtung ohne Zentralelement
4: eine Anhängevorrichtung in der Ruhestellung
5: eine Anhängevorrichtung mit zusätzlicher Lagerstelle
6: die Einzelteile Malteserantriebsglied (20), Malteserabtriebsglied (24)
7: die Betriebszustände des Maltesergetriebes
8: eine Schnittdarstellung der zusätzlichen Lagerstelle
9: eine Schnittdarstellung der Lagerstellen der Verbindungsglieder mit Betätigungsglied
10: Teilkreisförmige Verriegelungselemente
11: Keilförmige Verriegelungselemente
12: eine Anhängevorrichtung in Betriebsstellung
13: eine Anhängevorrichtung ohne Rahmenbauteil
14: die Einzelteile Betätigungsorgan (42) und Lagerbuchse (43)
15: eine Anhängevorrichtung inklusiv Arretiervorrichtung
16: eine Seitenansicht der Anhängevorrichtung in Gebrauchsstellung
17: eine Seitenansicht der Anhängevorrichtung im Bewegungsbereich 1
18 eine Seitenansicht der Anhängevorrichtung im Bewegungsbereich 2
19: eine Seitenansicht Anhängevorrichtung in Ruhestellung
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anhängevorrichtung in der Gebrauchsstellung. Die Anhängevorrichtung umfasst die Verbindungsglieder Kurbel (1) und Schwinge (3) die den Kupplungsarm (6) schwenkbar mit Bauteilen des Rahmens (4) verbinden. Die Rahmenbauteile (4 und 5) werden mit Hilfe weiterer Rahmenbauteile, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt werden, mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs fest verbunden. Der Kupplungsarm (6) umfasst eine genormte Kupplungskugel (7) und ist stoff- oder formschlüssig mit einem weiteren Verbindungsglied, der Koppel (2) verbunden.
Die Verbindungsstellen der Verbindungsglieder Kurbel (1) und Schwinge (3) mit dem Rahmenbauteil (4) und der Koppel (2) sind als einfache Drehlager ausgeführt und aus Lagerbolzen (8) und Lagerbuchsen (9) aufgebaut. Die Lagerbolzen (8) der Verbindungsstellen zwischen Koppel (2) und Verbindungsglieder Kurbel (1) und Schwinge (3) sind in einem Zentralelement (10), in Form einer Kugel, befestigt.
Das Kugelelement (10) wird in Kugelschalen (11) gelagert. In der Betriebsstellung können an der Kupplungskugel (7) eingeführte Kräfte auf direktem Wege in die Rahmenbauteile (4) und der Karosserie des Kraftfahrzeugs eingeleitet werden. Während der Bewegungsphase wird das Kugelelement (10) mitrotiert.
2 zeigt die Bauteile Kurbel (1), Koppel (2) und Schwinge (3). Die Winkel zwischen den Bohrungsachsen sind im Ausführungsbeispiel alle kleiner als 90°. Eine Änderung der Winkel erlaubt eine Anpassung der Bewegung des Kupplungsarmes an den Bauraumrestriktionen des Kraftfahrzeugs.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anhängevorrichtung ohne Zentralelement in der Gebrauchsstellung. Die Betriebskräfte werden über die Verbindungsglieder Kurbel (1), Koppel (2) und Schwinge (3) in die Rahmenbauteile (4) und die Karosserie des Kraftfahrzeugs eingeleitet.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anhängevorrichtung in der Ruhestellung. Der Kupplungsarm (6) und die Kupplungskugel (7) befinden sich nahezu in der Fahrzeughochebene (13) quer zur Fahrzeuglängsachse (12). In der Ruhestellung werden die Massen- und Trägheitskräfte zum Teil mit Hilfe des Zentralelementes (10) und die Lagerschalen (11) in die Rahmenbauteile (4) und die Karosserie des Kraftfahrzeuges geleitet. Der schraffierte Bereich (14) bietet Platz für eine weitere Lagerschale.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anhängevorrichtung mit einer dritten Lagerstelle (15) des Zentralelementes. Außerdem zeigt die Figur die Position an der das Malteserantriebsglied (20) und das Malteserabtriebsglied (24) unter einem Achsabstand angebracht sind.
6 zeigt ein Malteserkreuzgetriebe, das eingesetzt wird zum Verriegeln und Schwenken der Anhängevorrichtung. Das Malteserantriebsglied (20) kennzeichnet sich durch drei im gleichen Abstand zur Mittelachse (21) angeordnete Bolzen (22) und ein konzentrisch zur Mittelachse (21) angeordnetes, teilzylinderförmiges Sperrelement (23). Das Malteserantriebsglied wird entweder direkt mit der motorisch bzw. der manuell angetriebenen Antriebswelle oder mit dem Abtriebsglied eines zwischengeschalteten Getriebes verbunden. Das Malteserabtriebsglied (24) zeichnet sich aus durch drei radial angeordnete Nuten (25) und eine passend zum Sperrelement (23) des Malteserantriebsgliedes (20) angeordnete teilzylinderförmige Aussparung (26) in der Stirnfläche des Malteserabtriebsgliedes (27). Das Malteserabtriebsglied (24) wird direkt mit dem angetriebenen Verbindungsglied (1) der Anhängevorrichtung verbunden.
7A zeigt beide Malteserglieder im Eingriff. Das Sperrelement (23) des Malteserantriebsgliedes (20) greift in dieser Situation in die teilzylinderförmige Aussparung (26) des Malteserabtriebsgliedes (24). Keiner der Bolzen (22) des Malteserantriebsgliedes (20) ist zu dieser Zeit im Eingriff mit den Nuten (25) im Malteserabgriffsglied (24). 7B zeigt das Maltesergetriebe mit einem um einen Winkel relativ zur Ausgangslage (7A) gedrehten Malteserantriebsglied (20). In dieser Situation läuft der Bolzen (22) des Malteserantriebsgliedes (20) in der Nut (25) des Malteserabtriebsgliedes ein. Gleichzeitig verliert das Sperrglied (23) des Malteserantriebgliedes (20) den Kontakt mit der teilzylinderförmigen Aussparung (26) des Malteserabtriebsgliedes (24). Das Malteserabtriebsglied hat sich in dieser Situation noch nicht weitergedreht.
7C zeigt die Situation in der sich das Malteserabtriebsglied um einen Winkel verdreht hat. In dieser Situation läuft der zweite Bolzen (22) des Malteserantriebsgliedes (20) in eine Nut (25) des Malteserabtriebsgliedes (24) ein.
Gleichzeitig verliert der erste Bolzen (22) des Malteserantriebsgliedes (20) den Kontakt mit der ersten Nut des Malteserabtriebsgliedes (24). Das Malteserabtriebsglied (24) ist um einen Winkel in entgegengesetzter Richtung zum Malteserantriebsglied (20) verschwenkt worden.
7D zeigt das Maltesergetriebe bei dem sich die Anhängevorrichtung in der Ruhestellung befindet. In dieser Situation ist der letzte Bolzen (22) des Malteserantriebsgliedes (20) in der dritten Nut (25) des Malteserabtriebsglieds (24) eingefahren. Wenn noch größere Antriebswinkel erwünscht sind, kann das Sperrelement (23) nach Weiterdrehen des Malteserantriebsgliedes (20) mit der teilzylindrischen Aussparung (26) im Malteserabtriebsglied (24) zum Eingriff kommen.
8 zeigt die zusätzliche Lagerstelle des Kugelelementes (10) im Schnitt. Sie ist wie die anderen Lagerstellen aufgebaut aus einem Schalenelement (11), das mit Hilfe eines Bolzens (8) auf das kugelförmige Zentralelement (10) gedrückt wird, dazu ist der Bolzen (8) mit einem Außengewinde relativ zum Rahmenbauteil (4) mit einem Innengewinde axial verstellbar. Zusätzlich ist der Bolzen (8) hohl ausgeführt. In der Bohrung des Bolzens (8) ist ein weiterer Bolzen (51) positioniert, der nach dem Schwenken der Anhängevorrichtung in die Aussparung (52) des Zentralelementes (10) eingeführt wird und somit ein Verschwenken der Anhängevorrichtung um alle Achsen verhindert. Ein vollständiges Verhindern eines Verschwenkens der Anhängevorrichtung erfordert entweder den Einsatz des oben beschriebenen Malteserkreuzgetriebes oder ein weiteres Betätigungsorgan (51).
9 zeigt die Möglichkeiten zur Positionierung eines zusätzlichen Betätigungsorgans. Diese bieten sich an den Verbindungsstellen der Verbindungsglieder, Kurbel (1) und Schwinge (3) mit den Rahmenbauteilen (4). Hier werden die Lagerbolzen (8) hohl ausgeführt und dienen zur Aufnahme eines Betätigungselementes (51).
10A zeigt eine besonders vorteilhafte Arretiervorrichtung. Das Zentralelement (10) ist umgeben von mehreren Betätigungsorgane (51). Ein Verriegelungselement (56) in Form eines Ringsegmentes ist im direkten Kontakt mit den Betätigungsorganen (51). Die Verdrehung des Verriegelungselementes (56) bewirkt eine Verschiebung der Betätigungsorgane (51) in Richtung des Zentralelementes (10) aufgrund der Wölbungen (57) der Lauffläche des Verriegelungsgliedes (56).
10B zeigt den im Kreis (9A) dargestellten Aufbau im Detail. Die Führung der Betätigungsorgane wird übernommen vom Rahmenbauteil (4). Nach der Verdrehung des Verriegelungsgliedes (56) und der Arretierung des Zentralelementes (10) liegt eine formschlüssige Verbindung des Zentralelements (10) mit dem Rahmenbauteil (4) vor.
10C zeigt die Verriegelungsvorrichtung (9B) im verriegelten Zustand. Nach der Verdrehung des Verriegelungselementes (56) und der Arretierung des Zentralelementes (10) liegt eine formschlüssige Verbindung des Zentralelements (10) mit dem Rahmenbauteil (59) vor.
11A zeigt eine weitere vorteilhafte Betätigungsmöglichkeit der Verriegelungsvorrichtung. Statt eines gewölbten Verstellgliedes werden individuell zu den Betätigungsorganen (51) keilförmige Verriegelungselemente (56) eingesetzt, die relativ zum Rahmenbauteil (4) verschoben werden und die Betätigungsorgane (51) in Richtung des Zentralelementes (10) bewegen.
11B zeigt die zweite Verriegelungsvorrichtung im verriegelten Zustand. Statt einer Drehung des gewölbten Verstellgliedes werden individuell zu den Betätigungsorganen (55) keilförmige Verriegelungselemente 56 linear verschoben. Die Verschiebung der Verriegelungselemente (56) verursacht eine formschlüssige Arretierung der Anhängevorrichtung.
12 zeigt ein weiteres besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anhängevorrichtung, bei der eine sehr strikte Aufgabenteilung bezüglich Verschwenken der Anhängevorrichtung und Abstützen der Betriebskräfte in Gebrauchs- und Ruhestellung erreicht wird. Die Anhängevorrichtung umfasst die Verbindungsglieder Kurbel (1) und Schwing (3) die den Kupplungsarm (6) schwenkbar mit einem Bauteil des Rahmens (4) verbinden. Das Rahmenbauteil (4) ist auf der in 12 abgewandten Seite nicht geschlossen und ermöglicht somit das Verschwenken des Kupplungsarmes (6) von der Gebrauchs- in die Ruhestellung.
Mit Hilfe weiterer Rahmenbauteile die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt werden, wird das Rahmenbauteil (4) mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs fest verbunden. Der Kupplungsarm (6) ist an einem Ende mit einer genormten Kupplungskugel (7) und am anderen Ende mit einem Zentralelement (10) in Form einer Kugel stoffschlüssig verbunden. Die Verbindungsstellen der Verbindungsglieder Kurbel (1) und Schwinge (3) mit dem Rahmenbauteil (4) und dem Zentralelement (10) sind als einfache Drehlager ausgeführt. Die Drehlager umfassen einen Bolzen (8) und ein in den Verbindungsgliedern Kurbel (1) und Schwinge (3) gefasstes Gleitlager (9).
Weil im Ausführungsbeispiel während der Gebrauchs- und Ruhestellung keine oder relativ kleine Betriebskräfte über die Verbindungselemente Kurbel (1) und Schwinge (3) in das Rahmenbauteil (4) eingeleitet werden, können diese sehr leicht ausgeführt werden. Auch die Auslegung der Drehlager bezüglich Kraftübertragung und Fertigungstoleranzen ist viel weniger strikten Anforderungen unterworfen. Grundsätzlich führt dies zu einer Reduzierung der Fertigungskosten. Die in der Gebrauchs- und Ruhestellung entstehenden Kräfte werden mit Hilfe von Schalenelementen (11) in das Rahmenbauteil (4) geleitet. Die Schalenelemente (11) können form-, stoff- oder kraftschlüssig mit dem Rahmenbauteil (4) verbunden werden. Die Bohrungen 36 in Rahmenbauteil (4) dienen zur Durchführung der Betätigungsorgane (51).
13 zeigt die Anhängevorrichtung ohne Rahmenbauteil (4). Das Ausführungsbeispiel der Anhängevorrichtung der eingangs bezeichneten Art umfasst drei Schalenelemente (11) zur Lagerung des Zentralelementes (10). Die Anzahl der Schalenelemente (11) ist jedoch frei, sofern das Zentralelement nicht aufgrund der Betriebskräfte aus der Lagerung herausgedrückt werden kann.
Im Zentralelement (10) sind weiterhin Bohrungen (41) angebracht die in Gebrauchsstellung kollinear zu den Bohrungen (36) im Rahmenbauteil (4) aus 12 angeordnet sind. Die Fertigungstoleranzen der Bolzen (8) und Gleitbuchsen (9) der Drehlager sind derart ausgelegt, dass die Schalenelemente (11) die Position des zentralen Punktes bestimmen. Das Verschwenken der Anhängevorrichtung zwischen Gebrauchs- und Ruhestellung kann somit nicht zum Verklemmen der Vorrichtung führen.
14 zeigt ein Betätigungsorgan (51) und die dazugehörige Lagerbuchse (43). Das Betätigungsorgan weist an einem Ende eine kegelstumpfartige Form auf. Diese Form hat auch die Bohrung (41) im Zentralelement (10).
15 zeigt das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anhängevorrichtung inklusiv einer Arretiervorrichtung. Die Arretiervorrichtung enthält Betätigungsorgane (51) die mit einem Antriebsglied (45) verbunden werden. Die Betätigungsorgane (51) sind zusätzlich im Rahmenbauteil (8) mit Hilfe der Lagerbuchsen (43) beweglich gelagert. Das Antriebsglied (45) wird entweder motorisch oder manuell angetrieben und in Richtung des Zentralelementes (10) verschoben. Die Übertragung der Schubbewegung auf das Verbindungsglied Kurbel (1) wird realisiert mit Hilfe einer Verzahnung (47) und (48) des Antriebs- bzw. des Verbindungsgliedes Kurbel (1).
Die Verzahnung (47) des Verbindungsgliedes Kurbel (1) ist auf einen Teil des Umfangs beschränkt. Die Verzahnung (47) bzw. (48) beider Teile ist nur beim Schwenken des Kupplungsarmes (6) zwischen Gebrauchs- und Ruhestellung im Eingriff. Sobald die Gebrauchsstellung der Anhängevorrichtung erreicht ist, wird der Verzahnungseingriff aufgehoben und das Antriebsglied (45) kann weiter verschoben werden ohne eine Bewegung des Verbindungsgliedes Kurbel (1) zu verursachen. In dieser letzten Phase der Bewegung des Antriebsgliedes (45) werden die Betätigungsorgane (51) soweit in Richtung des Zentralelementes (10) verschoben, dass sie in die Bohrungen (41) des Zentralelementes (10) vordringen. Aufgrund von Fertigungstoleranzen sollen minimal drei der vier Betätigungsorgane (51) relativ zum Antriebsglied (45) positioniert werden können. Die relative Positionierung der Betätigungsorgane (51) ermöglicht den gleichzeitigen Eingriff aller Elemente in den zugehörigen Bohrungen (41) im Zentralelement (10).
16 zeigt die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Anhängevorrichtung in der Gebrauchsstellung. Der Kupplungsarm (6) und Kupplungskugel (7) ragen unter dem hinteren Stoßfänger (60) des Kraftfahrzeugs hervor. Sämtliche anderen Bauteile sind von einem Beobachter der sich hinter dem Kraftfahrzeug befindet, nicht sichtbar. Die Verstellbewegung wird realisiert durch eine reine Drehbewegung der Schwinge (3) und lässt sich gliedern in drei Bewegungsbereiche die nahtlos ineinander übergehen.
17 zeigt die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Anhängevorrichtung in verschwenktem Zustand. Der erste Bewegungsbereich, ausgehend von der Gebrauchsstellung aus 14, kennzeichnet sich dadurch, dass die Kupplungskugel (7) von der genormten Betriebshöhe nach unten verschwenkt wird. Weil alle Punkte sämtlicher bewegten Teile während der Verschwenkung der Anhängevorrichtung Bahnen beschreiben die auf konzentrischen Kugeloberflächen liegen, bewegt sich die Kupplungskugel nicht nur nach unten sondern auch in Richtung des Fahrzeughecks und zur Fahrzeugseite. Die beiden letzten Bewegungen sind vor allem zum Anfang des Verschwenkvorgangs relativ klein. Die Anpassung der Bewegung des Kupplungsarmes (6) an den Bauraumrestriktionen des betreffenden Kraftfahrzeugs geschieht durch Änderung der Winkel zwischen den Drehachsen der Verbindungsglieder, Kurbel (1) und Schwinge (2), der Winkel zwischen den Drehachsen der Rahmenbauteile (4) und der Winkel zwischen den Drehachsen der Koppel (2).
17 zeigt die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Anhängevorrichtung in einem weiteren verschwenkten Zustand. Je weiter die Kupplungskugel 7 (bzw. 33) abgesenkt wird, umso größer werden die Anteile der Bewegungen in Richtung des Fahrzeughecks. Im zweiten Bewegungsbereich wird die Kupplungskugel (7) derart bewegt, dass sie sich unter dem hinteren Stoßfänger (60) des Kraftfahrzeugs befindet.
18 zeigt die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Anhängevorrichtung nachdem die Schwenkbewegung vollständig durchgeführt wurde und sich die Anhängevorrichtung in der Ruhestellung befindet. Im letzten Bewegungsbereich wird die Kupplungskugel (7) vor allem derart nach oben und in seitlicher Richtung bewegt, dass sie sich in dieser Stellung im Hohlraum hinter dem hinteren Stoßfänger des Kraftfahrzeuges befindet. Diese Ruhestellung ist sehr vorteilhaft weil sie die Tiefe des Kofferraums des Kraftfahrzeugs nicht beeinträchtigt.

Claims

Anhängevorrichtung für Kraftfahrzeuge, die über ein Rahmenbauteil fahrzeugfest angeordnet ist, einen Kupplungsarm (6) aufweist der von einer Gebrauchs- in eine Ruhestellung und umgekehrt schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsarm (6) um einen zentralen Punkt (37) und um eine durch den zentralen Punkt (37) verlaufende nicht raumfeste Achse verschwenkbar ist.
Anhängevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Rahmenbauteil ein erstes und ein zweites Verbindungsglied (1, 3, 28, 30) drehbar gelagert sind und dass der Kupplungsarm (6, 32) über ein drittes Verbindungsglied (2) mit dem ersten und dem zweiten Verbindungsglied (1, 3, 28, 30) drehbar verbunden ist, wobei sich die Drehachsen aller Verbindungsglieder in einem zentralen Punkt (37) schneiden.
Anhängevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Verbindungsglieder (1, 3, 28, 30) motorisch oder manuell angetrieben ist.
Anhängevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein motorischer Antrieb direkt oder über ein Malteserkreuz-Getriebe erfolgt, bei dem ein Antriebsglied (20) einen bestimmten Achsabstand zur Drehachse eines Abtriebsgliedes (24) aufweist, das direkt mit einem Verbindungsglied (1, 3, 28, 30) verbunden ist, wobei ein an dem Antriebsglied (20) angeordneter Bolzen (22) in eine Nut (25) des Abtriebsgliedes (24) derart einführbar ist, dass die antreibende Motorwellenbewegung ein Verdrehen des angetriebenen Verbindungsgliedes (1, 3, 28, 30) erzeugt und beim Austreten des Bolzens (22) aus der Nut (25) Verriegelungselemente (23, 26) vom Antriebsglied (20) und Abtriebsglied (24) in einander eingeführt werden, wodurch ein weiteres Verschwenken des Verbindungsgliedes (1, 3, 28, 30) verhindert ist.
Anhängevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie manuell antreibbar ist, indem eines der Verbindungsglieder (1, 3, 28, 30) und/oder der Kupplungsarm (6, 32) von Hand zwischen der Ruhestellung und Gebrauchsstellung verschwenkbar ist.
Anhängevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ruhestellung sowie in der Gebrauchsstellung ein Verriegelungsmechanismus, insbesondere manuell, entriegelbar oder verriegelbar ist.
Anhängevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Punkt (37) den Mittelpunkt eines zentralen Kugelelementes (10) bildet, das als zentrale Halterung dient, die bei einem Verschwenken um den zentralen Punkt (37) aufgrund seiner Befestigung an einem der Verbindungsglieder mitrotierbar ist und auf deren Kugeloberfläche sich wenigstens ein Drehbolzen (8) abstützt, der die Drehachse eines anderen Verbindungsglieds bildet.
Anhängevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement (10) mittels wenigstens eines Drehbolzens (8) an einem Verbindungsglied befestigt ist.
Anhängevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Verbindungsglied (2) als ein um den zentralen Punkt (37) angeordnetes zentrales Kugelelement (2) ausgebildet ist, wobei das Kugelelement in zumindest teilbereichsweise kugelschalenförmig ausgebildeten Halteelementen drehbeweglich gehalten ist, die am Rahmenbauteil befestigt sind.
Anhängevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über wenigstens ein Betätigungsorgan (51) in der Ruhestellung und Gebrauchsstellung eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Rahmenbauteil und dem zentralen Kugelelement (2, 10) herstellbar ist.
Anhängevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Betätigungsorgan als Bolzen (51) ausgeführt ist, der in das zentrale Kugelelement (2, 10) einfahrbar ist, insbesondere wobei ein Bolzen (51) koaxial in einem Drehbolzen (8) angeordnet ist.
Anhängevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Betätigungsorgan (51) über ein konisch zulaufendes, verschiebbares Verriegelungselement (56) derart betätigbar ist, dass es bei der Bewegung des Verriegelungselementes (56) in eine Arretierstellung führbar ist und insbesondere über eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen Verriegelungselement und Betätigungsorgan aus der Arretierstellung lösbar ist.
Anhängevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verriegelungselemente (56) vorgesehen sind, die untereinander derart gekoppelt sind, dass alle Verriegelungselemente (56) gleichzeitig betätigbar sind.
Anhängevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gekoppelten Verriegelungselemente (56) drehend oder schiebend betätigbar sind.
Anhängevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gekoppelten Verriegelungselemente (56) als ein um den zentralen Punkt (37) angeordneter/angeordnetes Ring/Ringsegment ausgebildet sind, der/das eine innere Lauffläche (57) aufweist, mit der die Enden der Betätigungsorgane (51) durch eine Drehung des Rings/Ringssegments in axialer Richtung der Betätigungsorgane (51) verschiebbar sind.
Anhängevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungselemente (61) über Zugmittel, insbesondere eine Kette, Zahnriemen, Kabel, Band miteinander verbunden sind.
Anhängevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des wenigstens einen Verriegelungselementes über einen Motor erfolgt, der zur Verschwenkung vorgesehen ist.