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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine motorisch verklappbare Anhängevorrichtung
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
EP 1 741 572 A1 ist
eine Anhängevorrichtung bekannt, bei der einen Verschluss
für einen Kugelhals bildende Drehblockierkörper über
eine flache keilförmige Fläche sehr hohe Bauteilbelastungen
aufgrund der Stütz- und Anhängelasten erzeugen.
Dementsprechend stabil, groß und schwer werden die Bauteile
des Verschlusses.
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Aus
der
EP 1 504 928 A1 ist
eine Anhängevorrichtung bekannt, bei der eine rotatorische
Bewegung eines Antriebs zum rotatorischen Verklappen eines Kugelhalses
erst in eine translatorische Bewegung umgewandelt werden muss, um
den Kugelhals zu verriegeln.
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Aus
der
EP 1 516 755 A1 ist
eine Anhängevorrichtung bekannt, bei der eine Schwenklagerung eines
Kugelhalses, der zwischen einer Betriebsstellung und einer Ruhestellung
verschwenkbar ist, so groß und sperrig ausgebildet ist,
dass in der Ruhelage die in der Schwenkrichtung hinten liegende
Seite des Kugelhalses nach oben hin gekehrt ist und der Bogen des
Kugelhalses mit seiner Konvexseite in der Ruhelage entgegen der
Vorwärtsfahrtrichtung nach hinten weisen muss.
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Weitere
Nachteile der bereits bekannten, motorisch verklappbaren Anhängevorrichtungen
betreffen das große Gewicht der Bauteile, die großen Abmessungen
des Verschlusses, die hohe Anzahl an Bauteilen im Verschluss und
im Antrieb, die mehrfache Umwandlung von rotatorischen Bewegungen
in translatorische Bewegungen, die teure Herstellung vieler großer
Bauteile mittels spanender Verfahren, die hohen Antriebskräfte
und Momente in den gesamten Anhängevorrichtungen und die
dadurch verursachten langen Entriegelungs- und Verklappzeiten.
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Vor
allem das Verhältnis von Entriegelungszeit zu Verklappzeit
ist extrem ungünstig. Etwa 80% der gesamten Verklappdauer
wird für das Entriegeln und Verriegeln der Verschlüsse
benötigt. In dieser Zeit wartet ein Anwender nach dem Betätigen
des Schalters scheinbar erfolglos auf eine Reaktion der Anhängevorrichtung.
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Die
Lastmomente des Verschlusses und des Kugelhalses können
sehr stark variieren. Deshalb werden hohe Antriebsmomente benötigt.
Diese können nur mit hohen Untersetzungen und starken Motoren
erzeugt werden.
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Das
Lastmoment des Kugelhalses wird nicht durch geeignete Mittel kompensiert
und damit verkleinert.
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Der
Kugelhals ist an einer einzelnen sehr dickwandigen Platte fliegend
gelagert.
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Weitere
Nachteile der bereits bekannten, motorisch verklappbaren Anhängevorrichtungen
betreffen die unterschiedlichen Lastmomente, welche erst beim Entriegeln
und Verriegeln des Verschlusses und dann beim Verklappen des Kugelhalses
entstehen.
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Beim Öffnen
und Schließen des Verschlusses werden hohe Losbrechmomente
und Blockiermomente benötigt, um den Verschluss zu öffnen
oder spielfrei zu schließen. Beim Verklappen werden nur geringe
Momente benötigt. Diese gegensätzlichen Anforderungen
an einen Antrieb wurden in der Regel durch eine Überdimensionierung
des Antriebs gelöst.
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Beim
Schließen wird der Verschluss in beiden Klappstellungen
mit der vollen motorischen Antriebskraft zugedrückt und
verkeilt. Das erzeugt natürlich sehr hohe Losbrechmomente
in beiden Klappstellungen des Kugelhalses beim anschließenden Öffnen
des Verschlusses.
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Die
Verzweigung der Antriebsleistung in einen Antriebsstrang für
den Verschluss und eine Antriebsstrang für den Kugelhals
erfolgt nicht direkt nach dem Antriebsmotor sondern erst ganz spät
im Verschluss. Dadurch können die Untersetzungen für die
beiden Antriebsstränge nicht mehr so stark unterschiedlich
gemacht werden.
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Der überdimensionierte
Antriebsmotor besitzt eine große Drehmasse, welche viel
Rotationsenergie speichert und diese dann beim Fahren auf Block
als Momentenstoß abgibt. Der Verschluss wird dadurch quasi
zugehämmert. Ein Lösen wird entsprechend erschwert.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anhängevorrichtung
zu schaffen, welche alle vorher genannte Nachteile nicht mehr aufweist.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die motorisch
verklappbare Anhängevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Spezielle
Ausführungsformen der Anhängevorrichtung nach
der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Der
Verschluss kann insbesondere aus zwei drehbaren Sperrbolzen mit
nur einer Klemmfläche bestehen, welche nur in der Anhängestellung
des Kugelhalses wirkt.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform der Anhängevorrichtung
nach der Erfindung wird der Kugelhals über eine Balancierfeder
ausbalanciert. Durch diese Ausbalancierung des Kugelhalses sinken
die zum Antrieb des Kugelhalses erforderlichen Momente zum Verklappen
des Kugelhalses.
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Bei
einer weiteren speziellen Ausführungsform erfolgt die Leistungsverzweigung
des Motors sofort am Motor und nicht erst nach einer Getriebeuntersetzung
im Verschluss.
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Dadurch
kann man im Lastpfad für den Kugelhals eine kleinere Untersetzung
wählen und gleichzeitig einen schwächeren Motor
verwenden, der zudem auch eine kleinere Drehmasse besitzt. Eine
große Motordrehmasse speichert Energie und gibt diese beim
Fahren auf Block als Momentenstoß ab. Der Verschluss würde
dadurch zugehämmert.
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In
der Anhängeposition wird der Verschluss nun mit einem kleineren
Moment, aber immer noch motorisch verschlossen. Das Lösemoment
reduziert sich aufgrund des kleineren Antriebsmomentes und der kleineren
Motordrehmasse.
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In
der Verklappstellung wird der Verschluss mechanisch durch die Schließfedern
geschlossen. Das Zuhaltemoment ist hier durch die Federmomente vorgegeben.
Ein Momentenstoß aus der Drehmasse des Motors tritt hier
nicht auf. Der Verschluss wird nicht zugehämmert. Das Lösemoment
bleibt klein.
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Ein
wesentlicher und entscheidender Vorteil der vorgeschlagenen motorisch
verklappbaren Anhängevorrichtung besteht somit darin, dass
weder im Lastpfad für den Verschluss noch im Lastpfad des Kugelhalses
hohe Löse- oder Verklappmomente auftreten, weil die Balancierfeder
das Antriebsmoment des Kugelhalses nahezu vollständig zu
Null kompensiert.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung
sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen
entnehmbar.
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Eine
Ausführungsbeispiel einer Anhängevorrichtung nach
der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt
und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:
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1a)
eine Explosionsdarstellung einer motorisch verklappbaren Anhängevorrichtung;
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1b)
die Anhängevorrichtung im teilmontierten Zustand;
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2a)
eine Explosionsdarstellung eines Antrieb der Anhängevorrichtung;
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2b) eine perspektivische Ansicht eines Getriebes
des Antriebs;
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3 eine
Seitensicht der Anhängevorrichtung auf der Seite des Antriebs;
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4 eine
Unteransicht der Anhängevorrichtung;
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5 einen
Schnitt entlang der Linie A-A in 3;
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6 einen
Schnitt entlang der Linie C-C in 4;
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7 einen
Schnitt entlang der Linie D-D in 5; und
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8 einen
Schnitt entlang der Linie E-E in 4;
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In
der Zeichnung ist eine Anhängevorrichtung für
ein Kraftfahrzeug darstellt, die ein Gestell 1 aufweist,
das eine Basisplatte und zwei Lagerplatten aufweist und an dem ein
Kugelhals 2 angeordnet ist, der mittels eines Lagerbolzens 3 drehbar
gelagert ist. Der Teilzusammenbau nach 1b)
zeigt die Anhänge- bzw. Betriebsstellung 32 und
die Verklapp- bzw. Ruhestellung 33, zwischen denen der
Kugelhals 2 mittels eines unten beschriebenen Antriebs 8 verstellbar
ist. Das Gestell 1 ist gegenüber der Karosserie
des betreffenden Kraftfahrzeugs so orientiert, dass die Ebenen der
Lagerplatten die Fahrzeuglängsmittelebene in einem Winkel
zwischen 25° und 65° schneiden.
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Der
Lagerbolzen 3 ist mit dem Kugelhals 2 drehfest
verbunden. In dem Gestell 1 sind des Weiteren zwei Sperrbolzen
li/re 4 angeordnet, die den Kugelhals 2 verriegeln.
An den Sperrbolzen li/re 4 sind Rückstellfedern 6 angeordnet,
die jeweils mittels einer Bundschraube 5 am Gestell 1 befestigt
sind. Die Sperrbolzen 4 und die Rückstellfedern 6 bilden
einen Verschluss für den Kugelhals 2.
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An
dem Lagerbolzen 3 ist diesen umgreifend eine Balancierfeder 7 angeordnet,
welche ebenfalls über zwei Bundschrauben 5 an
dem Gestell 1 befestigt ist. Die Balancierfeder 7 balanciert
damit den Kugelhals 2 so aus, dass sie an einander gegenüberliegenden
abgeflachten Seiten des Lagerbolzens 3 anliegt.
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Des
Weiteren ist der Antrieb 8 mittels Schrauben 9 an
dem Gestell 1 befestigt. Wie aus 2 ersichtlich,
umfasst der Antrieb 8 ein Gehäuse 11,
an dem ein Motor 10 und eine Dichtung 12 angeordnet
sind. Der Motor 10 treibt über ein Motorritzel ein
Untersetzungsgetriebe an, das Stufenplaneten 16 aufweist,
welche in einem Steg 17 gelagert sind. Die Stufenplaneten 16 verzweigen
das Motormoment zum Einen auf ein inneres Hohlrad 20, welches über einen
Formschluss den Lagerbolzen 3 und damit den Kugelhals 2 antreibt,
und zum Anderen auf ein äußeres Hohlrad 19,
welches Stirnräder 18 antreibt. Die Stirnräder 18 weisen
jeweils eine Steuerkurve 21 auf.
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In
dem Gehäuse 11 sind des Weiteren Sperrmittel bzw.
-bolzen 13 angeordnet, die mit den Steuerbolzen 4 und
den Steuerkurven 21 der Stirnräder 18 zusammenwirken.
Eine Druckfeder 15 drückt die auf einer Achse
angeordneten Sperrmittel 13 auseinander, so dass letztere
an der jeweiligen Steuerkurve 21 der Stirnräder 18 anliegen.
Mindestens eines der Sperrmittel 13 betätigt dabei
einen Mikroschalter 14.
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Wie 5 zu
entnehmen ist, beschreiben ein Lastpfad Verschluss 27 und
ein Lastpfad Kugelhals 28 den Weg des Motormomentes. Solange
die Sperrbolzen 4 den Kugelhals 2 durch Eingriff
in eine korrespondierende Ausnehmung im Bereich der Kugelhalslagerung
blockieren (8), geht das gesamte Motormoment über
den Lastpfad Verschluss 27 auf die Sperrbolzen 4 und
weiter in die Schließfedern 6. Wenn die Sperrbolzen 4 um
180° gedreht werden, geben sie den Kugelhals 28 frei,
da die Sperrbolzen 4 im Bereich der Kugelhalslagerung einen
im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt haben und somit
nach der Drehung um 180° außer Eingriff bezüglich
der korrespondierenden Ausnehmungen im Bereich der Kugelhalslagerung
stehen. Bei der Drehung werden die Schließfedern 6 gespannt.
Wie oben bereits erwähnt, sind der Lagerbolzen 3 und
der Kugelhals 2 drehfest miteinander verbunden. Der Schnitt
D-D ist in 5 definiert.
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6 veranschaulicht
die Anordnung der Sperrmittel 13, der Druckfeder 15 und
des Mikroschalters 14 im Gehäuse 11.
Die Sperrmittel 13 sichern die Sperrbolzen 4 und
bestätigen diese gesicherten Zustand über ein
elektrisches Signal des Mikroschalters 14 an eine Fahrzeugelektronik.
Die Sperrbolzen 4 besitzen jeweils in zwei Stellungen zwei
Gehäuseanschläge 24.
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7 zeigt
im Schnitt D-D den synchronen Lauf der Stirnräder 18.
Der Kugelhals 2 und die Stirnräder 18 haben
den gleichen Drehsinn. Zwischen dem Stirnrad 18 und den
Sperrbolzen 4 gibt es einen Stirnradanschlag 25.
Es wird nochmals veranschaulicht, wie die Sperrmittel 13 an
der Steuerkurve 21 anliegen. Bevor die Stirnräder 18 die
Sperrbolzen 4 antreiben, drehen sie sich um einen Leerweg 23.
Dabei werden die Sperrmittel 13 mittels der Steuerkurven 21 soweit
bewegt, dass sie aus den Sperrbolzen 4 gezogen werden und
diese freigeben.
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8 zeigt
einen Schnitt durch den durch die Sperrbolzen 4 gebildeten
Verschluss des Kugelhalses 2. An den Sperrbolzen 4 sind
Klemmflächen 30 dargestellt, welche vor Erreichen
des Gehäuseanschlages das Spiel des Kugelhalses 2 im
Gestell 1 der Anhängevorrichtung ausgleichen.
Zwischen dem Kugelhals 2 und den Sperrbolzen 4 befindet
sich ein Kugelhalsanschlag 26.
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In
einer speziellen Ausführungsform kann – wie 3 zeigt – der
gesamte Antrieb 8 mittels eines Faltenbalges 29 gedichtet
sein. In 3 ist die Lage des Schnittes
A-A definiert.
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Wie
aus 4 ersichtlich, kann der Faltenbalg 29 auch
zum Abdichten eines Kabelausganges dienen. 4 zeigt
einen Kabelsatz mit einem Stecker 31 zum Fahrzeug und eine
Kupplung, welche an dem Kugelhals 2 angeordnet ist. Die
Lage der Schnitte C-C und E-E ist in 4 jeweils
definiert.
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Die
vorstehend beschriebene Anhängevorrichtung arbeitet in
nachstehend beschriebener Weise.
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Ausgehend
von der in 2 dargestellten eingeschwenkten
Verklappstellung 33, in der der Kugelhals 2 durch
Eingriff der Sperrbolzen 4 in die korrespondierenden Ausnehmungen
im Bereich der Kugelhalslagerung hinsichtlich seiner Schwenkbewegung
gesperrt ist, wird der Motor 10 betätigt. Dadurch werden über
das Motorritzel die Stufenplaneten 17 angetrieben, die
wiederum einerseits auf das innen verzahnte Hohlrad 20 und
andererseits auf das innen und außen verzahnte Hohlrad 19 wirken. Über
das Hohlrad 19 werden die Stirnräder 18 angetrieben,
so dass durch Zusammenwirken mit den Kulissen bzw. Steuerkurven 21 die
stiftartig ausgebildeten Sperrmittel entgegen der Kraft der Druckfeder 15 aus
den Sperrbolzen 4 gezogen werden. In dieser Phase drehen
sich die Stirnräder 18 gegenüber den
Sperrbolzen 4 um den Leerweg 23. Dann können
die Stirnräder 18 die Sperrbolzen 4 bei
gelösten Sperrmitteln 13 mitnehmen, so dass die
Sperrbolzen 4 in ihre Freigabestellung bezüglich
des Kugelhalses 2 gedreht werden. Ein Sperren des Systems
kann durch entsprechende Auslegung der Übersetzungsverhältnisse zwischen
den Sperrbolzen 4 und dem die Ausnehmungen aufweisenden
Lagerbereich des Kugelhalses 2. Nun nimmt der freigegebene
Kugelhals 2 seine Schwenkbewegung in die ausgeschwenkte
Anhängestellung 32 auf, in der dann die einen
Verschluss bildenden Sperrbolzen 4 wieder in die korrespondierenden
Ausnehmungen im Bereich der Kugelhalslagerung eingreifen und den
Kugelhals hinsichtlich seiner Schwenkbewegung sperren. Das Einschwenken des
Kugelhalses 2 in seine eingeschwenkte Verklappstellung
erfolgt in umgekehrter Weise durch Reversieren des Motors 10,
wobei dann die Sperrbolzen 4 durch die Wirkung der Rückstellfedern 6 in
ihre Sperrstellung verdreht werden.
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- 1
- Gestell
- 2
- Kugelhals
- 3
- Lagerbolzen
- 4
- Sperrbolzen
- 5
- Bundschraube
- 6
- Rückstellfeder
- 7
- Balancierfeder
- 8
- Antrieb
- 9
- Schraube
- 10
- Motor
- 11
- Gehäuse
- 12
- Dichtung
- 13
- Sperrmittel
- 14
- Mikroschalter
- 15
- Feder
- 16
- Stufenplanet
- 17
- Steg
- 18
- Stirnrad
- 19
- Hohlrad
außen
- 20
- Hohlrad
innen
- 21
- Steuerkurve
- 22
- Sperrnut
- 23
- Leerweg
- 24
- Gehäuseanschlag
- 25
- Stirnradanschlag
- 26
- Kugelhalsanschlag
- 27
- Lastpfad
Verschluss
- 28
- Lastpfad
Kugelhals
- 29
- Faltenbalg
- 30
- Klemmflächen
- 31
- Stecker
- 32
- Anhängestellung
- 33
- Verklappstellung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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A1 [0002]
- - EP 1504928 A1 [0003]
- - EP 1516755 A1 [0004]