DE102010054208B4

DE102010054208B4 - Steuereinrichtung für eine Anhängerkupplung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102010054208B4
Application number: DE102010054208.3A
Authority: DE
Inventors: Phillipp Becker; Uwe Gackenheimer
Original assignee: Westfalia Automotive GmbH
Current assignee: Westfalia Automotive GmbH
Priority date: 2010-12-11
Filing date: 2010-12-11
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2030-12-12
Also published as: DE102010054208A1

Abstract

Steuereinheit für eine Anhängekupplung eines Kraftfahrzeugs, die einen zwischen einer Betriebsstellung und einer Ruhestellung verstellbaren Kugelarm mit einer Kupplungskugel umfasst, welche Steuereinheit eine axial bewegliche Schubstange zur Freigabe der Betriebsstellung des Kugelarms aufweist, wobei die Schubstange an einem ersten Ende als ein mit Rastmitteln zusammenwirkender Sperrbolzen ausgebildet ist und an einem zweiten Ende über eine Zahnstange mit einem Getriebe einer die Schubstange beeinflussbaren Antriebseinheit in Wirkverbindung steht, welches Getriebe unter Vermittlung einer Zahnradeinrichtung an die Zahnstange angeschlossen ist, wobei die Zahnradeinrichtung (17) des Getriebes (15) ein axialbewegliches mit der Zahnstange (14) in Eingriff stehendes Steuerzahnrad (29) besitzt, das durch eine Axialbewegung (B) zwischen einer Verriegelungsstellung (Vst) und einer Entriegelungsstellung (Est) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerzapfen (30) drehfest mit dem Steuerzahnrad (29) verbunden ist, der in der Verriegelungsstellung (Vst) in eine Zapfenaufnahme (36) eines Fixierlagers (31) eingerückt und in der Entriegelungsstellung (Est) aus der Zapfenaufnahme (36) des Fixierlagers (31) ausgerückt ist, so dass das Steuerzahnrad (29) in der Verriegelungsstellung (Vst) drehfest und in der Entriegelungsstellung (Est) zur Betätigung der Zahnstange (14) in deren axialer Richtung (Rax) drehbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinheit für eine Anhängekupplung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige, manuell betätigbare Anhängekupplung ist z. B. aus DE 10 2007 019 488 A1 oder EP 0 934 838 A1 bekannt.
Es ist eine weitere Anhängekupplung für ein Kraftfahrzeug bekannt, EP 1 512 558 B1 , die eine Steuereinheit für einen Kugelarm mit einer Kupplungskugel umfasst. Der Kupplungsarm ist zwischen einer Betriebsstellung und einer Ruhestellung bewegbar, und die Steuereinheit weist eine Axial-Schubstange auf, die an einem ersten Ende als ein mit Rastmitteln zusammenwirkender Sperrbolzen ausgebildet. An einem zweiten Ende der Schubstange ist eine Zahnstange angeformt, die mittels eines mit einer Zahnstangeneinrichtung versehenen Getriebes beeinflussbar ist. Das Getriebe steht in Wirkverbindung mit einem elektrischen Antrieb in Gestalt eines Motors. Ein Motorritzel des Getriebes kämmt mit einem Antriebsrad, das einstückig mit einem Zylinderkörper und einem auf seiner inneren Stirnfläche außerhalb einer Umlaufbahn des Zylinderkörpers angeordneten Kurvensegment verbunden ist. Letzteres besitzt an seinem in Drehrichtung des Antriebsrads vorderen Ende eine allmählich ansteigende, konvexe Anlauffläche und am hinteren Ende eine steil abfallende, mit konkaver Krümmung auslaufende Ablauffläche. Dem Kurvensegment ist ein Sicherungsbolzen zugeordnet, der von einer in einer Bohrung eines Stützblocks vorgesehenen Druckfeder in Richtung Antriebsrad abgestützt und in der Mitte mit einer Einschnürung versehen ist. Um den Sperrbolzen auszurücken und den Kugelarm zu verschwenken dreht der elektrische Antrieb über das Motorritzel das Antriebsrad mit seinem Kurvensegment zu dem die Zahnstange kreuzenden und sperrenden Sicherungsbolzen. Die Anlauffläche hebt dabei mit dem Kurvensegment den Sicherungsbolzen an, und zwar bis sich dessen Einschnürung über der Zahnstange befindet, die damit einen freien Durchgang hat.
Aus der EP 1 614 556 B1 geht ein schwenkbeweglicher Kugelarm mit einer Kupplungskugel einer Anhängekupplung eines Kraftfahrzeugs hervor. Der Kugelarm ist von einer Betriebsstellung in eine Ruhestellung verstellbar und vice versa, wofür zur Freigabe der Betriebsstellung und der Ruhestellung eine Axial-Schubstange eingebaut ist, die an dem einen Endbereich als Sperrbolzen und an dem anderen Endbereich an einen motorischen Antrieb angeschlossen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine funktionsgerechte Steuereinheit für eine Anhängekupplung eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die zur gezielten Beeinflussung einer axialbeweglichen zumindest eine Betriebsstellung eines Kugelarms mit einer Kupplungskugel freigebenden Schubstange, mit einem Getriebe und einer ist. Antriebseinheit versehen ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Steuereinheit nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass das Zusammenwirken der Zahnstange mit dem Steuerzahnrad bzw. das Steuerzahnrad mit dem Fixierlager Maßstäbe für die Entwicklung und Herstellung hochwertiger Kraftfahrzeug-Anhängekupplungen setzt. Denn zum einen sind sowohl das Steuerzahnrad und das Fixierlager leicht darstellbare und mit vertretbaren Mitteln herstellbare Bauteile und zum anderen zeichnen sie sich durch musterhafte Funktion aus. Dank der Axialbeweglichkeit des Steuerzahnrads und des in das Fixierlager einrückbaren Steuerzapfens ist eine ausgezeichnete Ansteuerung der Entriegelungsstellung und Verriegelungsstellung des Steuerzahnrads bzw. des Steuerzapfens erzielbar. Für die Axialbewegung ist der Einsatz der Gewindeeinrichtung vorbildlich geeignet. Diese Gewindeeinrichtung lässt sich ohne weiteres durch ein Innengewinde des Steuerzahnrads und ein Außengewinde der Zahnradeinrichtung realisieren. Schließlich sichern die Untersetzungsstufen des Getriebes zwischen Antriebseinheit und Zahnstange einen wirkungsvollen Betrieb der Steuereinrichtung, wobei das Getriebe mit Antriebseinheit als kompakte, wenig Raum beanspruchende Baueinheit darstellbar ist.
In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das nachstehend näher erläutert wird.
Es zeigen
1 eine Schrägansicht einer Anhängekupplung für ein Kraftfahrzeug mit einer Steuereinheit,
2 eine Schrägansicht auf die Steuereinheit mit Zahnstange, Getriebe, Zahnradeinrichtung und Antriebseinheit der 1,
3 Einzelheiten der Steuereinrichtung mit Getriebe, Zahnradeinrichtung, Steuerzahnrad, Steuerzapfen, Fixierlager und Antriebseinheit,
4 eine Funktionsdarstellung der Zahnradeinrichtung mit Steuerzahnrad, Steuerzapfen und Fixierlager in einer Verriegelungsstellung,
5 eine Ansicht entsprechend 4 in einer Zwischenstellung,
6 eine Ansicht entsprechend 4 in einer Entriegelungsstellung,
Eine Anhängekupplung 1 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug umfasst einen Kugelarm 2, der an einem freien Ende 3 eine Kupplungskugel 4 trägt und an einem anderen Ende 5 einen Kugelarmkopf 6 trägt. Zur Befestigung des Kugelarms 2 am Kraftfahrzeug dient eine Haltkonsole 7, und der Kugelarm 2 ist zwischen einer Betriebsstellung Bst und einer Ruhestellung – nicht dargestellt – bewegbar. Hierzu ist der Kugelarm 2 um eine Schwenkachse 8 schwenkbar, die koaxial zu einer Schubstange 9 ausgerichtet und Bestandteil einer Steuereinheit 10 ist.
Die Schubstange 9 ist an einem ersten Endbereich 11 als ein mit Rastmitteln zusammenwirkender Sperrbolzen 12 ausgeführt; Rastmittel und Sperrbolzen werden in den eingangs beschriebenen Schutzrechtszitaten EP 1 512 558 B1 und EP 1 614 556 B1 beispielhaft beschrieben. An einem zweiten Endbereich 13 der Schubstange 9 ist ein Abschnitt einer Zahnstange 14 vorgesehen, die mit einem Getriebe 15 und einer Antriebseinheit 16 z. B. elektromotorischer Gattung zusammenarbeitet. Die Zahnstange 14 wirkt mit einer Zahnradeinrichtung 17 zusammen, die in das Getriebe 15 integriert ist.
Die Zahnradeinrichtung 17 umfasst eine Zahnradwelle 18 mit einem ersten Wellenendabschnitt 19 und einem zweiten Wellenendabschnitt 20. Der erste Wellenendabschnitt 19 der Zahnradwelle 18 wird von einem ersten Lager 21 aufgenommen; der zweite Wellenendabschnitt 20 von einem zweiten Lager 22. Dabei ist die Zahnradwelle 18 axialbeweglich ausgebildet, und zwar gegen die Wirkung einer einen Wellenabschnitt 23 umgebenden Druckfeder 24, die sich einerseits an einem Lagerabschnitt 25 des zweiten Lagers 22 und andererseits an einem den Lagerabschnitt 25 begrenzenden Kragen 26 abstützt. Darüber hinaus ist die Zahnradwelle 18 mit einem Antriebszahnrad 27 und einem Steuerzylinderabschnitt 28 für ein Steuerzahnrad 29 versehen, das axial versetzt zu dem Antriebszahnrad 27 zwischen dem Antriebszahnrad 27 und dem ersten Lager 21 angeordnet ist.
Das Steuerzahnrad 29 ist axialbeweglich auf der Zahnradwelle 18 der Zahnradeinrichtung 17 gelagert, und besagtes Steuerzahnrad 29 steht im Eingriff mit der Zahnstange 14 der Schubstange 9. Dabei ist das Steuerzahnrad 29 zwischen einer Verriegelungsstellung Vst und einer Entriegelungsstellung Est verstellbar ist. In der Verriegelungsstellung Vst ist das Steuerzahnrad 29 mittels eines in axialer Richtung A-A der Zahnradwelle 18 sich erstreckenden Steuerzapfens 30 in ein Fixierlager 31 eingerückt. Durch eine Axialbewegung B des Steuerzahnrads 29 wird der Steuerzapfen 30 aus einer korrespondierenden Öffnung 32 des Fixierlagers 31 ausgerückt, wodurch die Zahnstange 14 bzw. die Schubstange 9 mittels des Steuerzahnrads 29 zur Freigabe der Betriebsstellung Bst und der Ruhestellung Rstdes Kugelarms 2 in axialer Richtung Rax betätigbar ist. Denkbar ist aber auch den Steuerzapfen 30 am Fixierlager 31 anzubringen und die Öffnung 32 in das Steuerzahnrad 29 einzuarbeiten.
Für die Axialbewegung B des Steuerzahnrads 29 auf der Zahnradwelle 18 dient eine Gewindeeinrichtung 33, die durch ein Innengewinde 34 des Steuerzahnrads 29 und ein Außengewinde 35 – 3 und 4 – auf dem Steuerzylinderabschnitt 28 für das Steuerzahnrad 29 gebildet wird. Der Steuerzapfen 30 ist nach Art eines Exzenters an dem Steuerzahnrad 29 ausgeführt, und das Fixierlager 31 ist zur Aufnahme des Steuerzapfens 30 mit einer Zapfenaufnahme 36 versehen die als zylinder- oder schlitzförmige Ausnehmung dargestellt sein kann.
Das Getriebe 15 weist zwischen Antriebseinheit 16 und Zahnstange 14 Untersetzungsstufen UsI, UsII und UIII mit beispielsweise drei achsparallelen Getriebewellen 37, 38, und 39 für entsprechende Zahnräder auf, die teilweise miteinander in Eingriff stehen. Dabei wird ein Zahnrad 40 der Getriebewelle 37 der Untersetzungsstufe I mittels eines Schneckenrads 41 der Antriebseinheit 16 angetrieben.
Schließlich sind insbesondere die Antriebseinheit 16 und das Getriebe 15 mit den Untersetzungsstufen UsI, UsII und UsIII zu einer kompakten Baueinheit 42 zusammengefasst. Hierzu ist ein Gehäuse 43 vorgesehen, in das Halterungen und Lagerungen für die Antriebseinheit 16 bzw. die Getriebewellen 37, 38 und 39 eingearbeitet sind. Außerdem kann das Gehäuse 43 mit Getriebe 15 und Antriebseinheit 16 nach Art eines vormontierten Moduls ausgebildet sein.
Funktionsbeschreibung
Um den Kugelarm 2 von der Betriebsstellung Bst in die Ruhestellung zu verbringen, wird Steuereinheit 10 aktiviert, die über die Antriebseinheit 16 und das Getriebe 15 die Zahnradwelle 18 in Rotationsbewegung versetzt. Dabei ist jedoch das Steuerzahnrad 29 der Zahnradeinrichtung 17 aufgrund des im Fixierlager 31 festgelegten Steuerzapfens 30 von der Rotationsbewegung ausgenommen. Allerdings führt das Steuerzahnrad 29 durch das Außengewinde 35 des Steuerzylinderabschnitts 28 der Zahnradwelle 18 und das Innengewinde 34 des besagten Steuerzahnrads 29 mit dem Steuerzapfen 30 die Axialbewegung B aus, und zwar so lange bis der Steuerzapfen 30 aus der Öffnung 32 bzw. der Zapfenaufnahme 36 ausgerückt ist; Steuerzahnrad 29 und Steuerzapfen 30 bewegen sich dabei von der Verriegelungsstellung Vst – 4 – über eine Zwischenstellung Zst – 5 – in die Entriegelungsstellung Est – 6 –, wobei die Zahnradwelle 18 mit ihrem zweiten Wellenendabschnitt 20 gegen die Wirkung der Druckfeder 24 ebenfalls eine Axialbewegung B ausführt und dabei tiefer in das zweite Lager 22 eintaucht. Damit ist die Zahnstange 14 der Schubstange 9 in axialer Richtung Rax betätig- und der Kugelarm 2 in die Ruhestellung verstellbar.

Claims

Steuereinheit für eine Anhängekupplung eines Kraftfahrzeugs, die einen zwischen einer Betriebsstellung und einer Ruhestellung verstellbaren Kugelarm mit einer Kupplungskugel umfasst, welche Steuereinheit eine axial bewegliche Schubstange zur Freigabe der Betriebsstellung des Kugelarms aufweist, wobei die Schubstange an einem ersten Ende als ein mit Rastmitteln zusammenwirkender Sperrbolzen ausgebildet ist und an einem zweiten Ende über eine Zahnstange mit einem Getriebe einer die Schubstange beeinflussbaren Antriebseinheit in Wirkverbindung steht, welches Getriebe unter Vermittlung einer Zahnradeinrichtung an die Zahnstange angeschlossen ist, wobei die Zahnradeinrichtung (17) des Getriebes (15) ein axialbewegliches mit der Zahnstange (14) in Eingriff stehendes Steuerzahnrad (29) besitzt, das durch eine Axialbewegung (B) zwischen einer Verriegelungsstellung (Vst) und einer Entriegelungsstellung (Est) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerzapfen (30) drehfest mit dem Steuerzahnrad (29) verbunden ist, der in der Verriegelungsstellung (Vst) in eine Zapfenaufnahme (36) eines Fixierlagers (31) eingerückt und in der Entriegelungsstellung (Est) aus der Zapfenaufnahme (36) des Fixierlagers (31) ausgerückt ist, so dass das Steuerzahnrad (29) in der Verriegelungsstellung (Vst) drehfest und in der Entriegelungsstellung (Est) zur Betätigung der Zahnstange (14) in deren axialer Richtung (Rax) drehbar ist.
Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerzahnrad (29) mittels einer Gewindeeinrichtung (33) die Axialbewegung (B) ausführt.
Steuereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeeinrichtung (33) ein Innengewinde (34) des Steuerzahnrads (29) und ein Außengewinde (35) der Zahnradeinrichtung (17) umfasst.
Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerzapfen (30) nach Art eines Exzenters am Steuerzahnrad (29) angeordnet und in axialer Richtung (A-A) des besagten Steuerzahnrads (29) ausgerichtet ist.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (15) zwischen Antriebseinheit (16) und Zahnstange (14) mehrere Untersetzungsstufen (UsI, UsII und UsIII) aufweist.
Steuereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersetzungsstufen (UsI, UsII und UsIII) des Getriebes (15) drei achsparallel Getriebewellen (37, 38 und 39) für Zahnräder der Übersetzungsstufen (UsI, UsII und UsIII) aufweist.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (16) unter Zwischenschaltung eines Schneckenrads (41) mit einer der Untersetzungsstufen (UsI) zusammenwirkt.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (16) und das Getriebe (15) zu einer kompakten Baueinheit (42) zusammengefasst sind.
Steuereinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ein Gehäuse (43) aufweisende Baueinheit (42) nach Art eines Moduls aufgebaut ist.