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Die Erfindung betrifft eine Anhängerkupplung mit einer Knickwinkel-Messvorrichtung zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfassung eines Knickwinkels zwischen der Fahrzeug-Geradeausrichtung und der Anhänger-Geradeausrichtung ermöglicht bei Rückwärtsfahrten eine neue Art der Anhängersteuerung. Mit einer Knickwinkel-Messvorrichtung kann zudem erkannt werden, wenn ein Anhänger bei Vorwärtsfahrten anfängt unkontrolliert zu schwingen, so dass dagegen gezielt, beispielsweise mit einem ESP eingegriffen werden kann.
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Eine Anhängerkupplung mit einer Knickwinkel-Messvorrichtung für eine permanente Erfassung des Knickwinkels im Anhängerbetrieb ist bereits bekannt (
DE 103 34 000 A1 ). Die fahrzeugseitige Anhängerkupplung weist dabei einen Kugelkopf auf einem vertikalen Kupplungshals auf, wobei auf den Kugelkopf ein Zugmaul des Anhängers für eine Zugverbindung aufsetzbar ist. Die Knickwinkel-Messvorrichtung umfasst einen Drehstellungsgeber und einen Drehwinkelsensor zur permanenten Erfassung des Knickwinkels.
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Konkret ist dabei der Kugelkopf als Hohlkugel ausgebildet, welche auf das obere Ende des Kupplungshalses um eine vertikale Achse drehbar aufgesteckt ist. In der Hohlkugel ist ein Permanentmagnet angeordnet, der mit einem Magnetfeldsensor am Kupplungshalsende zusammenwirkt dergestalt, dass bei einer Verdrehung der Hohlkugel gegenüber dem Kupplungshalsende am Magnetfeldsensor ein entsprechendes Knickwinkelsignal erzeugt wird.
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Ersichtlich kann hier ein Knickwinkel zwischen einem Zugmaul eines Anhängers und dem fahrzeugfesten Kupplungshals nur dann erfasst werden, wenn das Kupplungsmaul verdrehfest mit dem verdrehbaren Kugelkopf verbunden ist. Da üblicherweise der Kugelkopf verdrehfest mit dem Kupplungshals verbunden ist und das Zugmaul verdrehbar am Kugelkopf angeschlossen ist. Diese bekannte Anordnung erfordert nachteilig eine spezielle Ausbildung des Zugmauls mit einer Kugelkopfarretierung. Zudem sind eine Reihe von Funktionsteilen auf dem Markt, welche einen starren, unverdrehbaren Kugelkopf einer Anhängerkupplung erfordern, wie zum Beispiel Fahrradträger, Anti-Schlinger-Kupplungen, etc. Solche Funktionsteile sind mit dem vorstehend genannten verdrehbaren Kugelkopf nicht benutzbar. Zudem ist hier ein Ausgleich kardanischer Bewegungen zwischen dem Zugmaul und dem verdrehbaren Kugelkopf, wie sie zum Beispiel beim Durchfahren von Senken auftreten, nicht gelöst.
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Weiter ist eine sehr aufwändige Anhängerkupplung mit einer Knickwinkel-Messvorrichtung bekannt (
WO 2007/093 069 A1 ), bei der an einem Außenbereich eines starren, unverdrehbaren Kugelkopfs eine Messfläche angeordnet ist, die von einer Sensoreinrichtung im Zugmaul zur Erfassung eines Knickwinkels abgetastet wird. Ersichtlich sind dazu spezielle Ausgestaltungen sowohl am Kugelkopf als auch am Zugmaul erforderlich, deren hohe Kosten einem praktischen allgemeinen Einsatz entgegenstehen.
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Aus der gattungsbildenden
US 3 833 928 A ist weiter ein Aufbau einer Anhängerkupplung bekannt, bei der ein Kupplungskopf über ein Gewinde fest in eine fahrzeugseitige Kupplungsplatte eingeschraubt ist. Dieser Kupplungskopf durchgreift mit dem Gewindebolzen ein inneres Ringelement, das mit dem Kupplungskopf durch Festziehen einer Mutter auf dem Gewindebolzen drehfest verbindbar ist. Das innere Ringelement weist auf seiner Außenseite ein Widerstandselement auf, das konkret dort in eine nutenförmige Ausnehmung eingelegt und ebenfalls drehfest mit dem inneren Ringelement verbunden ist. An diesem Zusammenbau aus Widerstandselement und innerem Ringelement ist ein äußerer Ring relativ dazu verdrehbar gelagert. Dieser äußere Ring weist einen davon abragenden Bereich auf, in dem ein nach oben abragender Passstift eingesetzt ist. Dieser Passstift weist eine obere und untere Öffnung auf, in die jeweils Enden einer Spiralfeder eingehängt und festgelegt werden können. Wie dies insbesondere aus der
1 dieser
US 3 833 928 A hervorgeht, umgreift diese Feder im montierten Zustand eines Anhänger-Zugmauls eben dieses Zugmaul entlang seines Außenumfangs, sodass eine Drehbewegung des Zugmauls relativ zum Kugelkopf über das Passstift/Federelement auf den äußeren Ring übertragen wird, der dann relativ zum inneren Ringelement verlagert wird. Im Bereich des äußeren Rings ist ferner ein Abgriffselement gelagert, das in einem Schleifkontakt mit dem Widerstandselement steht (siehe insbesondere
3), sodass bei einer Relativverdrehung des äußeren Rings relativ zum inneren Ringelement die entsprechende Drehbewegung als Signal über den Schleifkontakt am Widerstandselement abgegriffen wird. Ein derartiger Aufbau stellt keine hochwertige stabile und beständige Lösung dar, sodass es auf jeden Fall zu erheblichen Messungenauigkeiten kommen kann.
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Dem gegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hochwertige Anhängerkupplung mit einer Knickwinkel-Messvorrichtung zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger zur Verfügung zu stellen, die trotz einfachem Aufbau eine hohe Funktionssicherheit in Verbindung mit einer permanenten Knickwinkelmessung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass der Kugelkopf und der Kupplungshals verdrehfest, vorzugsweise einstückig und materialeinheitlich, verbunden sind. Dadurch können in der Grundausstattung einfache handelsübliche Anhängerkupplungen verwendet werden und Funktionsteile, welche mit einem starren Kugelkopf zusammenwirken, wie Fahrradträger und Anti-Schlinger-Kupplungen können uneingeschränkt benutzt werden.
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Weiter ist der Drehwinkelsensor drehfest am Kupplungshals angeordnet und der damit zusammenwirkende Drehstellungsgeber ist ebenfalls am Kupplungshals um dessen vertikale Achse verdrehbar angebracht. Eine Drehstellungsänderung des Drehstellungsgebers bezüglich des Kupplungshalses wird vom Drehwinkelsensor erfasst und von diesem ein entsprechendes Winkelsignal abgegeben. Um ein Knickwinkelsignal zu erzeugen, ist es erforderlich den Drehstellungsgeber mit dem Zugmaul drehübertragend zu koppeln. Dies wird mittels eines Anschlussteils erreicht, das einerseits mit dem Drehstellungsgeber und andererseits mit dem Zugmaul für eine Drehmitnahmeverbindung verbindbar ist.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass das Anschlussteil in Vertikalrichtung elastisch ausgebildet ist mit einem vertikalen Übermaß bezüglich der Anschlussposition eines aufgesetzten Zugmauls, sodass bei einem aufgesetzten Zugmaul das Anschlussteil elastisch zusammengepresst am nach unten weisenden Zugmaulrand und/oder am Drehstellungsgeber mit einem Reibschluss und/oder formschlussdrehübertragend anliegt.
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Insbesondere wird dadurch beim Aufsetzen des Zugmauls das Anschlussteil elastisch in Vertikalrichtung nach unten zusammengepresst, wodurch zwischen dem nach unten weisenden Zugmaulrand und dem Anschlussteil ein drehübertragender Reibschluss und/oder ein Formschluss hergestellt wird. Vorteilhaft wird somit das Zugmaul ohne weitere Maßnahmen selbsttätig beim Aufsetzen auf den Kugelkopf drehübertragend mit dem Drehstellungsgeber verbunden. Dies wird vorteilhaft mit allen handelsüblichen Zugmaulausführungen erreicht. Das Anschlussteil kann fest mit dem Drehstellungsgeber, insbesondere mit einem Magnetring verbunden sein oder ebenfalls erst beim Aufsetzen des Zugmauls eine drehübertragende Verbindung durch Reibschluss und/oder Formschluss bilden.
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Durch die Anordnung sowohl des Drehstellungsgebers als auch des Drehwinkelsensors am Kupplungshals kann zudem die Knickwinkel-Messvorrichtung besonders einfach und kostengünstig, bei guter Funktion ausgebildet werden, wobei weder am Kugelkopf noch am Zugmaul aufwändige Anordnungen für die Knickwinkel-Messvorrichtung erforderlich sind.
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Der Drehwinkelsensor kann dabei geschützt in einer Ausnehmung des Kupplungshalses angeordnet sein. Von dort ist auch eine einfache Weiterführung einer Signalleitung zu einer Auswerte- und Verarbeitungselektronik ins Fahrzeug möglich.
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Grundsätzlich können der Drehwinkelsensor und der damit zusammenarbeitende Drehstellungsgeber als an sich bekannte Einrichtungen, beispielsweise kapazitiv, optisch, etc. ausgeführt werden. Besonders bevorzugt für eine robuste und funktionssichere Einrichtung wird als Drehwinkelsensor ein Magnetfeldsensor verwendet, welcher mit einem Drehstellungsgeber in der Art eines um den Kupplungshals verdrehbaren Magnetrings zusammenarbeitet. Der Magnetring kann dabei aus einem oder gegebenenfalls mehreren Permanentmagneten gebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Anschlussteils zwischen dem Drehstellungsgeber und dem Zugmaul wird eine trichterförmige Gestalt gewählt, die den Kupplungshals umfasst und sich nach oben um einen Teil des Kugelkopfs herum erweitert, wo das Anschlussteil am Zugmaul angeschlossen wird.
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In einer einfachen und kostengünstigen Ausführung kann das Anschlussteil als trichterförmige Spiraldruckfeder ausgebildet sein, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine sichere drehübertragende Verbindung zum Zugmaul herstellen kann.
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Alternativ dazu kann als Anschlussteil auch ein trichterförmiges Formteil aus Elastomermaterial, insbesondere aus einem Gummimaterial, wie zum Beispiel einem Moosgummimaterial, verwendet werden.
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Sowohl eine Spiraldruckfeder als auch ein Elastomer-Formteil können vorteilhaft zusätzlich zu den Drehübertragungen für die Knickwinkelerfassung kardanische Bewegungen zwischen dem Zugmaul und dem Kugelkopf, wie sie zum Beispiel beim Durchfahren von Senken auftreten, aufnehmen und ausgleichen, ohne dass dadurch die permanente Knickwinkelmessung beeinflusst wird.
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Anhand einer Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Teils einer fahrzeugseitigen Anhängerkupplung einer ersten Ausführungsform,
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2 eine Darstellung entsprechend 1 einer zweiten Ausführungsform, und
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3 eine Darstellung entsprechend 1 mit einem aufgesetzten Zugmaul.
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In 1 ist schematisch der Anschlussbereich einer fahrzeugseitigen Anhängerkupplung 1 gezeigt mit einem Kugelkopf 2, der einstückig und materialeinheitlich mit einem vertikal stehenden Kupplungshals 3 verbunden ist.
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Zur Ausbildung einer Knickwinkel-Messvorrichtung 4 ist im Kupplungshals 3 ein Drehwinkelsensor als Magnetfeldsensor 5 fest angeordnet, von dem aus eine Signalleitung 11 zu einer (nicht dargestellten) Auswerte- und Verarbeitungselektronik im Fahrzeug führt.
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Mit dem Magnetfeldsensor 5 wirkt als Drehstellungsgeber ein um den Kupplungshals 3 drehbar gelagerter Magnetring 6 als Permanentmagnet zusammen.
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Auf dem Magnetring 6 und mit diesem drehfest verbunden stützt sich als Anschlussteil hier eine sich trichterförmig nach oben erweiternde Spiraldruckfeder 7 ab, welche sich mit ihrem oberen freien Ende 8 bis in einen oberen Bereich des Kugelkopfs 2 erstreckt.
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In 2 ist eine alternative Ausführung einer Anhängerkupplung 1' gezeigt, welche in allen Teilen, bis auf die Spiraldruckfeder 7, der Ausführungsform nach 1 entspricht, so dass gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Anstelle der Spiraldruckfeder 7 ist hier als Anschlussteil ein trichterförmiges Elastomerformteil 9 verwendet, welches in seiner Grundform der Gestalt der Spiraldruckfeder 7 entspricht. Auch hier erstreckt sich das Elastomerformteil 9 mit seinem oberen freien Rand 10 bis in einen oberen Bereich des Kugelkopfs 2.
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Die Funktion der Anhängerkupplung 1 wird anhand der 3 erläutert:
In 3 ist bereits ein Zugmaul 12 eines Anhängers auf den Kugelkopf 2 der Anhängerkupplung 1 aufgesetzt, wobei in der schematischen Darstellung Arretierungen etc. weggelassen sind. Dabei wurde die Spiraldruckfeder 7 um die in 1 eingezeichnete Weglänge 13 vertikal zusammengepresst, wodurch zwischen dem oberen freien Ende 8 der Spiraldruckfeder 7 und dem unteren Zugmaulrand 14 eine drehübertragende Reibschlussverbindung hergestellt ist. Dadurch werden Relativverdrehungen zwischen dem Zugmaul 12 und dem Kugelkopf 2 um die Vertikalachse 15 in einer Mitnahmeverbindung auf den Magnetring 6 übertragen. Die damit der Zugmauldrehstellung entsprechende Drehstellung des Magnetrings 6 wird vom Magnetfeldsensor 5 erfasst und als Knickwinkelsignal weitergeleitet.
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Auch die Ausführungsform nach 2 funktioniert entsprechend, wobei hier an Stelle der Spiraldruckfeder 7 das Elastomerformteil 9 als Anschluss-Federteil wirkt und ebenfalls um die Weglänge 13' zur Herstellung einer Drehmitnahmeverbindung zusammengepresst wird.
