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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Für diverse Assistenzsysteme bei Kraftfahrzeugen mit Anhängerbetrieb (Anhängerstabilisierung, etc.) kann es erforderlich sein, den momentanen Deichselwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger und gegebenenfalls Ableitungen davon zu ermitteln und in Berechnungen zu Maßnahmen einzubeziehen. Der Deichselwinkel kann zum Beispiel durch ein Drehlager zwischen dem zugfahrzeugseitigen Gelenkteil (in der Regel einer Gelenkkugel) und der fahrzeugfesten Gelenkabstützung und durch eine in das Drehlager integrierte Winkel-Messeinrichtung ermittelt werden. Eine Neutrallage (Geradeausfahrt, Deichselwinkel +/–0) kann gegebenenfalls im Fahrbetrieb anhand fahrdynamischer Parameter des Zugfahrzeuges berechnet werden.
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Aus der
US 2009/0 102 155 A1 ist eine Kupplungsvorrichtung bekannt, bei zwischen der Gelenkkugel des Zugfahrzeuges – einem Motorrad – und der fahrzeugfesten Gelenkabstützung ein in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtetes Drehlager vorgesehen ist. Das Drehlager soll dazu dienen, die Seitenneigungen des Motorrades beim Durchfahren von Kurven auszugleichen. Eine Messeinrichtung zur Ermittlung eines Deichselwinkels ist nicht vorgesehen.
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Die
US 3,947,839 A zeigt in der Zusammenschau der dortigen
3 und
4 lediglich einen starr an einer Gelenkabstützung gelagerten Kugelkopf, der einen Horizontalschlitz aufweist, in den ein Arm in Horizontalrichtung verschwenkbar einragt, wobei der Arm in einem vertikalen Aufnahmeschlitz der anhängerseitigen Kugelaufnahme geführt ist, so dass bei horizontalen Schwenkbewegungen der Kugelaufnahme des Anhängers um die Gelenkkugel der Arm im Horizontalschlitz der Gelenkkugel verlagert wird und dadurch ein im Inneren der Gelenkkugel geführter Dreharm mitsamt Winkelgeber verlagert wird. Der Winkelgeber ist mit einer elektrischen Auswerteeinrichtung verbunden, die die jeweilige Winkelstellung dann im Bereich der Instrumententafel anzeigt.
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Aus der
DE 28 50 424 A1 ist lediglich ein zugfahrzeugseitig drehbar gelagerter Kugelkopf bekannt, an dem ein Gabelteil befestigt ist, in den ein Zapfen des anhängerseitigen Lagers dergestalt eingreift, dass dieser Zapfen bei einer seitlichen Schwenkbewegung des zum Beispiel Anhängers bzw. bei seitlichen Schwenkbewegungen eine Verdrehung der Gabel und damit der Gelenkkugel bewirkt. Damit soll eine verbesserte Dämpfungswirkung erzielt werden.
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Die
EP 2 110 272 A1 zeigt lediglich einen drehbar gelagerten Zapfen samt Kugel, welche Kugel Nuten für einen formschlüssigen Eingriff eines zugmaulseitigen bzw. anhängerseitigen Stiftes aufweist.
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Die
DE 92 01 838 U1 zeigt ebenfalls lediglich eine verschwenkbar am Zugfahrzeug gelagerte Kugelgelenkteileinheit, bei der kugelseitig eine Steckmuffe ausgebildet ist, in die ein Steckteil einer anhängerseitigen Antriebswelle kardangelenksartig eingreift.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupplungsvorrichtung vorzuschlagen, die unter Berücksichtigung fahrdynamischer Einflüsse und Fahrbahngegebenheiten eine noch genauere Ermittlung der Deichselwinkel und gegebenenfalls Ableitungen davon zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass funktionell zwischen dem am Zugfahrzeug angeordneten Gelenkteil und dessen fester Gelenkabstützung zusätzlich zum Schwenklager ein Kardangelenk eingeschaltet ist. Durch die Kombination Schwenklager und Kardangelenk werden alle im Fahrbetrieb auftretenden Fahrzeug- und Anhängerbewegungen aufgenommen, so dass die besagten Gelenkteile der Kupplungsvorrichtung keine Relativbewegungen mehr ausführen und gegebenenfalls auch nicht mehr als Kugelgelenk ausgeführt sein müssen. Es wird insbesondere vermieden, dass zum Beispiel bei einer Gelenkkugel und einem diese umschließenden Zugmaul als übliche Kupplungsvorrichtung Winkelfehler in der Messung dann auftreten, wenn der Anhänger zum Beispiel um die Längsachse und/oder um die Querachse relativ zum Zugfahrzeug (oder umgekehrt) verlagert wird. Dies kann zum Beispiel durch Federbewegungen, durch Fahrbahnneigungen, Seitenkräfte, etc. verursacht werden, wobei sich die Gelenkkugel innerhalb des Zugmaules der Kupplungsvorrichtung um das vorhandene Schwenklager verdrehen könnte, was durch den erfindungsgemäßen Vorschlag aber zuverlässig vermieden ist. Das Kardangelenk kann dabei bevorzugt zwischen dem an der Gelenkabstützung angeordneten Schwenklager und dem Gelenkteil angeordnet sein.
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Das Gelenkteil des Zugfahrzeuges kann ferner in bevorzugter Auslegung mit der einen Kardangabel und das Schwenklager mit der anderen Kardangabel fest verbunden sein, wobei die Kardangabeln über einen Kardanring miteinander gelenkig gekoppelt sind. Baulich besonders günstig können dabei die beiden über Kreuz am Kardanring angelenkten Kardangabeln nach unten vom Gelenkteil wegführend gekrümmt sein. Dies ergibt eine robuste, ineinander verschachtelte Konstruktion, mit geringer Bauhöhe der Kupplungsvorrichtung und einem ausreichenden Freigang für das anzukuppelnde Gelenkteil des Anhängers.
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Eine besonders günstige Krafteinleitung von auf die Kupplungsvorrichtung wirkenden Seitenkräften und Zugkräften wird des Weiteren dadurch erzielt, dass das Gelenkteil des Zugfahrzeuges derart angeordnet ist, dass der Schnittpunkt der beiden Kardangabellagerungen mit dem Mittelpunkt des Gelenkteiles zumindest im wesentlichen zusammenfällt. Damit werden auf die Gelenkteile der Kupplungsvorrichtung und/oder auf das Kardangelenk wirkende Kippmomente weitgehendst ausgeschlossen.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können in dem Kardangelenk federnd nachgiebige Mittel vorgesehen sein, die die Kardangabeln relativ zum Kardanring in eine konstruktiv definierte Mittelstellung vorspannen. Dies erleichtert das Handling der Kupplungsvorrichtung beim Ankuppeln eines Anhängers und schließt gegebenenfalls unerwünschte Schieflagen des Kardangelenkes im regulären Fahrbetrieb aus.
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Das Gelenkteil des Zugfahrzeuges kann in an sich bekannter Weise als eine herkömmliche, das heißt kugelige Gelenkkugel und das anhängerseitige Gelenkteil als ein die Gelenkkugel einspannendes Zugmaul der Anhängevorrichtung ausgeführt sein. Damit ist sichergestellt, dass bereits in Betrieb befindliche Anhänger mit auf Gelenkkugeln abgestellten Anhängevorrichtungen mit der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung kompatibel sind.
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Weiter ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei der unter bevorzugt Beibehaltung einer üblichen, herkömmlichen Zugmaulgestaltung die Gelenkkugel so ausgestaltet ist, dass diese keine Relativbewegung mehr relativ zum Zugmaul ausführen kann, das heißt somit Gelenkkugel und Zugmaul starr, aber lösbar verbunden sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
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1 in stark abstrahierter Darstellung ein Zugfahrzeug mit einem über eine Kupplungsvorrichtung mit einer Betätigungsvorrichtung angekuppelten Anhänger, wobei zwischen der festen Gelenkabstützung des Zugfahrzeuges und einem Schwenklager mit einer Winkel-Messeinrichtung ein Kardangelenk integriert ist; und
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2 in raumbildlicher Darstellung das in 1 nur angedeutete Kardangelenk mit zwei nach unten gekrümmten Kardangabeln und einem diese verbindenden Kardanring.
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Die 1 zeigt ein Zugfahrzeug 10, an das über eine feste Gelenkabstützung 12 und eine Kupplungsvorrichtung 14 mit einer Betätigungsvorrichtung 16 ein Anhänger 18 angehängt ist.
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Der Anhänger 18 weist eine Deichsel 20 auf, an der die Betätigungsvorrichtung 16 mit einem schließbaren Zugmaul 22 als das eine Gelenkteil der Kupplungsvorrichtung 14 befestigt ist.
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Das korrespondierende Gelenkteil der Kupplungsvorrichtung 14 ist durch eine Gelenkkugel 24 gebildet, die über ein Kardangelenk 26 und ein daran angeschlossenes Schwenklager 28 gelenkig mit der festen Gelenkabstützung 12 verbunden ist.
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Innerhalb des um eine Hochachse 30 verdrehbaren Schwenklagers 28 ist eine nicht dargestellte Winkel-Messeinrichtung vorgesehen, die im Fahrbetrieb den Deichselwinkel des Anhängers 18 relativ zum Zugfahrzeug 10 erfasst und entsprechende Signale an eine Regeleinrichtung oder an eine Anzeigeeinrichtung im Fahrzeug abgibt.
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Die 2 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des Kardengelenkes 26, das zwischen die Gelenkkugel 24 der Kupplungsvorrichtung 14 und das Schwenklager 28 eingeschaltet ist.
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Das Kardangelenk 26 setzt sich zusammen aus zwei Kardangabeln 32, 34, die über Kreuz an einem Kardanring 36 über einheitlich mit 38 bezeichnete, nicht näher dargestellte Gelenkstellen angekoppelt sind. Die Gelenkstellen 38 können in bei Kardangelenken an sich bekannter Art durch Lagerbolzen gebildet sein, die in Büchsen gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Wälzelementen drehbar gelagert sind.
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Die Kardangabeln 32, 34 sind wie aus der 2 ersichtlich ist nach unten, von der Gelenkkugel 24 weg gekrümmt ausgeführt, wobei die untere Kardangabel 32 mit dem verdrehbaren Teil des Schwenklagers 28 fest verbunden ist, während die obere Kardangabel 34 über einen Achsstummel 40 die Gelenkkugel 24 trägt.
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Die konstruktive Auslegung des Kardangelenkes 26 ist dabei so getroffen, dass der Mittelpunkt der nach oben abragenden Gelenkkugel 24 zumindest im Wesentlichen im Schnittpunkt der über Kreuz verlaufenden Schwenkachsen 42, 44 des Kardangelenkes 26 liegt. Ferner ist ein ausreichender Freiraum für das Ankoppeln des Anhängers 18 über die Betätigungsvorrichtung 16 mit dem Zugmaul 22 sichergestellt.
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Das Kardangelenk 26 kann in nicht dargestellter Weise federnd nachgiebige Mittel (zum Beispiel an den Gelenkstellen 38 angreifende, auf die Kardangabeln 32, 34 und den Kardanring 36 wirkende Schenkelfedern) aufweisen, die die Kardangabeln 32, 34 relativ zum Kardanring 36 in die gezeichnete Mittelstellung vorspannen, so dass insbesondere beim Ankuppeln des Anhängers 18 die Gelenkkugel 24 stets senkrecht nach oben ausgerichtet bzw. vorgespannt ist.
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Durch die Kombination des Schwenkgelenkes 28 mit dem Kardangelenk 26 können sämtliche zwischen Zugfahrzeug 10 und Anhänger 18 auftretenden Relativbewegungen sowohl um die Hochachse 30 als auch über die Fahrzeuglängsachsen (zum Beispiel Wankneigungen) und/oder über eine Querachse (zum Beispiel Nickbewegungen) ausgeglichen werden, so dass die Kupplungsvorrichtung 14 selbst keine Relativbewegungen der Gelenkteile 22, 24 erfährt.
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Obwohl im beschriebenen Ausführungsbeispiel zur Erzielung kompatibler Kupplungsvorrichtungen 14 bei bereits in Betrieb befindlichen Zugfahrzeugen 10, insbesondere Anhängern 18, eine Gelenkkugel 24 mit entsprechend angepasstem Zugmaul 22 bevorzugt ist, könnte auch eine andere, nicht als Gelenk um die Hochachse 30 wirkende Kupplungsvorrichtung 14 verwendet sein, die dann eine stets gleiche Zuordnung zwischen den Gelenkteilen 22, 24 bzw. dem Zugfahrzeug 10 und dem Anhänger 18 mit Deichsel 20 herstellt.
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Eine ansonsten nach dem Ankuppeln des Anhängers 18 erforderliche Berechnung des Deichselwinkels +/–0 könnte dann entfallen.
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Weiter kann die Gelenkkugel auch so gestaltet sein, dass diese im mit dem Zugmaul verbundenen Zustand starr mit dem Zugmaul verbunden ist, das heißt keine Relativbeweglichkeit zwischen Gelenkkugel und Zugmaul mehr möglich ist.
