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Die Erfindung betrifft eine Anhängekupplung für Zugfahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Zugfahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruches 30.
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Aus
DE 10 2010 006 335 A1 ist ein Tragbauteil einer Anhängekupplung oder eines Lastenträgers bekannt, welches auch als Kupplungsarm gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgestaltet sein kann. Als Versteifungsmasse oder Füllmaterial dient beispielsweise Kunststoff oder Beton.
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Eine weitere Anhängekupplung ist aus
EP 0 985 564 B1 bekannt, deren Kugelhals aus Leichtmetall hergestellt ist, an dem eine Kupplungskugel aus einem verschleißfesterem Material angeordnet ist.
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Aus
DE 10 2005 020 163 A1 geht eine Anhängekupplung für Kraftfahrzeuge hervor, bei der ein kugeliger Kupplungskopf von einem Zuganker durchsetzt ist.
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Aus
EP 1 022 164 B1 geht eine Anhängevorrichtung und ein Kupplungshaken hervor, bei der ein Kraftübertragungsteil mindestens zwei miteinander verbundene Teilschalen aus faserverstärktem Kunststoff aufweist.
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Ein aus Leichtmetall bestehende Kugelhals einer Anhängekupplung gemäß
DE 296 09 507 U1 hat einen gebogenen Schaft mit einer Kupplungskugel am einen Ende und mit einer Befestigungsmechanik zur Verbindung mit dem Zugfahrzeug am anderen Schaftende. Die Kupplungskugel weist einen nach unten abstehenden Zapfen auf und ist damit in eine Schrauböffnung am zugewandten Schaftende eingeschraubt. Eine Spannschraube mit einem gegenläufigen Gewinde soll die Verbindung zusätzlich sichern. In der Praxis haben sich Korrosions- und Belastungserscheinungen gezeigt, die zu einer Lockerung der Gewindeverbindungen führen. Außerdem ist der vorbekannte Kugelhals mechanisch nicht ausreichend belastbar, insbesondere gegenüber Biegemomenten und Kräften, und hat die vorerwähnten Korrosionsprobleme.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Anhängekupplung und ein verbessertes Zugfahrzeug bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe sind eine Anhängekupplung nach der technischen Lehre des Anspruches 1 sowie ein Zugfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, gemäß der technischen Lehre des Anspruches 30 vorgesehen.
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Die mechanische Stabilität des beanspruchten Kupplungshalses wird durch eine strukturelle Verstärkung am einen Endbereich des Schaftes erhöht. Dies ist insbesondere gegenüber Querkräften von Vorteil, die z. B. von aufgesetzten Fahrradträgern oder dgl. eingebracht werden. Auch die Momentenabstützung ist verbessert.
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Die strukturelle Verstärkung ist in den Schaft bzw. in das Schaftmaterial integriert. Sie kann sich längs des Schafts (5) erstrecken oder das Schaftmaterial in seinen Werkstoffeigenschaften verändern und dadurch verstärken.
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Die strukturelle Verstärkung dient zumindest der lokalen Stabilisierung des Schaftes an der am meisten beanspruchten Stelle unterhalb des Kugelelements, insbesondere eines Kugelkopfes. Die strukturelle Verstärkung kann sich darüber hinaus auch auf andere Bereiche des Schaftes erstrecken.
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Für einen Kugelhals mit einer Kupplungskugel und einer genormten Formgebung ergeben sich besondere Stabilitätsvorteile.
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Der beanspruchte Kugelhals ist außerdem nicht mehr korrosionsempfindlich. Dies kommt auch der dauerhaften und sicheren Verbindung von Kupplungselement und Kupplungshals zu Gute.
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Zur Ausbildung der strukturellen Verstärkung gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, z. B. erfindungsgemäß mit einem stabilisierenden und in den Schaft integrierten Einsatz oder einer Partikel- oder Strukturverstärkung des als Leichtbauwerkstoff ausgebildeten Schaftmaterials. Ein Einsatz ist erfindungsgemäß als starrer Stützkörper, insbesondere als Bolzen oder als gebogenes Stützprofil, ausgebildet. Er bewirkt eine gezielte Verstärkung und Stabilisierung des Schaftes an der oder den mechanisch am höchsten beanspruchten Stelle(n). Durch eine innige Verbindung zwischen dem Einsatz und dem Schaftmaterial, die z. B. durch ein geeignetes Haltemittel geschaffen werden kann, ist die Stütz- und Verstärkungsfunktion des Einsatzes auch im Dauerbetrieb gewährleistet.
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Der Einsatz hat eine höhere Festigkeit als das umgebende Schaftmaterial, welches aus Gewichtsgründen vorzugsweise aus einem Leichtbauwerkstoff besteht. Der Einsatz behebt an den zu stabilisierenden Stellen des Kupplungshalses die strukturelle Schwäche des Schaftmaterials. Der Einsatz kann hierbei ein Skelett oder Traggerüst im Inneren des Schaftes bilden. Der Einsatz und das Schaftmaterial tragen miteinander im Verbund und nehmen die Lasten auf, wobei das Kupplungsgewicht gemindert wird.
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Die beanspruchte Anhängekupplung hat den Vorteil, dass sie bei hoher mechanischer Stabilität und Korrosionsfestigkeit ein minimiertes Gewicht aufweist. Gewicht und mechanische Stabilität können gegenseitig optimiert werden. Die Anhängekupplung eignet sich für unterschiedlichste Arten von Zugfahrzeugen, insbesondere auch für leichtgewichtige Elektromobile.
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Die Kupplungshandhabung kann in beliebiger Weise manuell, halbautomatisch oder vollautomatisch, ggf. unter Benutzung von einem oder mehreren Antrieben, z.B. Elektromotoren, erfolgen. Die Anhängekupplung kann an einem Zugfahrzeug fest oder beweglich, insbesondere verschwenkbar, angeordnet sein. Sie kann auch als abnehmbare Kupplung gestaltet sein. Die Gewichtsreduktion ist hierfür besonders vorteilhaft. Das Befestigungsmittel kann in entsprechender Weise unterschiedlich ausgebildet sein.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
- 1: eine abgebrochene und vergrößerte Detaildarstellung der strukturellen Verstärkung,
- 2: eine erste Variante einer Anhängekupplung mit einer strukturellen Verstärkung in einer Seitenansicht,
- 3: eine geklappte Ansicht der Anhängekupplung von 2 in Halbschnitten,
- 4: eine abgebrochene und vergrößerte Detaildarstellung der strukturellen Verstärkung,
- 5 und 6: eine Variante der Anhängekupplung und der strukturellen Verstärkung in einer Seitenansicht und einer vergrößerten Detaildarstellung,
- 7: eine Schemadarstellung einer gesetzlich vorgegebenen Gestaltung einer Kupplungskugel mit einem anschließenden Kugelhalsabschnitt und
- 8: eine Variante einer nicht erfindungsgemäßen Anhängekupplung mit einer strukturellen Verstärkung.
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Die Erfindung betrifft eine Anhängevorrichtung, insbesondere eine Anhängekupplung (1) für Zugfahrzeuge (31). Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einer solchen Anhängekupplung (1) ausgerüstetes Zugfahrzeug (31).
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In 1 ist schematisch eine Anhängekupplung (1) an einem Zugfahrzeug (31) dargestellt. Die Anhängekupplung (1) weist einen Kupplungshals (2), ein Kupplungselement (3) und ein Befestigungsmittel (4) zur starren, beweglichen oder lösbaren Befestigung am Zugfahrzeug (31) auf. Das Zugfahrzeug (31) ist vorzugsweise ein Kraftfahrzeug, wobei die Anhängekupplung (1) z.B. an dessen Heck montiert ist. Die Anhängekupplung (1) dient zum Ankuppeln eines Anhängers (nicht dargestellt) mit dessen Kupplungsteil.
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Das Kupplungselement (3) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Kupplungskugel. Alternativ sind andere Bauformen, z.B. ein Kegelzapfen oder dgl., möglich. Der Kupplungshals (2) ist in der gezeigten Ausführungsform als mehrfach gebogener Kugelhals ausgebildet. Er kann ansonsten je nach Art und Anordnung des Kupplungselements (3) auch eine andere Formgebung haben. Die nachstehenden Erläuterungen zu den Ausführungsbeispielen einer Kupplungskugel (3) und eines Kugelhalses (2) gelten entsprechend auch für andere Kupplungsbauformen.
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Das Befestigungsmittel (4) kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Es kann sich um eine starre Befestigung an einem geeigneten Träger des Zugfahrzeugs (31) oder an anderer geeigneter Fahrzeugstelle handeln. Die Anhängekupplung (1) kann auch beweglich, insbesondere um eine oder mehrere Achsen schwenkbar am Zugfahrzeug (31) angeordnet sein, wobei die Verstellung zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebstellung manuell oder mittels einer oder mehrerer Antriebe, insbesondere elektromotorischer Antriebe, erfolgen kann. Die Verstellung kann halbautomatisch oder vollautomatisch geschehen. In den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen ist die Anhängekupplung (1) als abnehmbare Kupplung ausgebildet, die in eine entsprechende Aufnahme am Zugfahrzeug (31) eingesteckt und dort arretiert werden kann. Am Zugfahrzeug (31) kann eine Schnittstelle, insbesondere eine Steckdose, für eine Betriebsmittelversorgung des Anhängers angeordnet sein, wobei diese Anordnung starr oder beweglich sein kann.
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In 2 bis 8 sind verschiedene Ausführungsformen einer Anhängekupplung (1) dargestellt. In den verschiedenen Ausführungsformen weist der Kugelhals (2) jeweils einen gebogenen Schaft (5) auf, an dessen einem Endbereich (6) die Kupplungskugel (3) und an dessen anderem Endbereich (7) das Befestigungsmittel (4) zur Verbindung mit dem Zugfahrzeug (31) angeordnet ist. Das Befestigungsmittel (4) ist entsprechend der vorgenannten unterschiedlichen Kinematik ausgebildet. In den gezeigten Ausführungsformen einer abnehmbaren Anhängekupplung (1) weist das Befestigungsmittel (4) eine Befestigungsmechanik (17) auf, die z.B. Riegelelemente, Betätigungselemente, Führungselemente und dgl. beinhalten kann.
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Die Anhängekupplung (1) hat in den gezeigten Ausführungsbeispielen eine im wesentlichen U-förmig gebogene Gestalt und weist am hinteren Endbereich (7) einen hochstehenden und im wesentlichen geraden Abschnitt mit dem Befestigungsmittel (4) auf. Am vorderen Endbereich (6) ist ebenfalls ein hochstehender und gestreckter Abschnitt (10) vorhanden, der im wesentlichen gerade ausgebildet sein kann und in Betriebstellung der Anhängekupplung (1) vertikal ausgerichtet ist.
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Der Schaft (5) weist z.B. zwei Krümmungen (8,9) auf, wobei an die zweite obere Krümmung (9) der gestreckte und vom Schaftende gebildete Abschnitt (10) anschließt. Der Schaft (5) besteht aus einem Leichtbaumaterial (12), welches nachfolgend auch als Schaftmaterial bezeichnet wird. Das Leichtbau- oder Schaftmaterial (12) hat ein niedriges Gewicht und kann z.B. aus Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminium-Legierung, bestehen. Der Schaft (5) kann darüber hinaus weitere Materialien beinhalten.
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In den verschiedenen Ausführungsbeispielen hat der Schaft (5) zumindest am einen, insbesondere vorderen, Endbereich (6) eine strukturelle Verstärkung (23). Diese ist bevorzugt in den Schaft (5) bzw. in das Schaftmaterial integriert. Eine strukturelle Verstärkung (23) kann sich sich längs des Schafts (5) erstrecken und eine skelettartige Stützfunktion für den Schaft (5) und das Schaftmaterial haben. Eine strukturelle Verstärkung (23) kann zusätzlich in das Schaftmaterial als Materialkomponente, z.B. partikelartig, integriert sein und dessen Materialeigenschaften verändern.
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Die strukturelle Verstärkung (23) kann in den verschiedenen Ausführungsformen unterschiedlich ausgebildet sein. Die Verstärkung (23) kann sich unterschiedlich weit vom Endbereich (6) aus entlang des Schaftverlaufs erstrecken.
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In den verschiedenen Ausführungsbeispielen wird der Schaft (5) vom Kupplungselement (3) dichtend abgedeckt. Das Kupplungselement (3) kann eine umfangseitig geschlossene Außenform oder Außenwandung aufweisen, die allenfalls an einer etwaigen Verbindungsstelle mit dem Schaft (5) eine Öffnung aufweist. Zumindest an seiner Oberseite bzw. am Kontaktbereich mit einem anhängerseitigen Kupplungsteil kann das Kupplungselement (3) eine geschlossene Außenwandung besitzen.
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Die strukturelle Verstärkung (23) kann getrennt vom Kupplungselement (3) angeordnet sein. Die dichtende Schaftabdeckung durch das Kupplungselement (3) verhindert den Zutritt korrosiver Medien oder anderer Umwelteinflüsse zu der ggf. im Schaftinneren angeordneten strukturellen Verstärkung (23). Das Kupplungselement (3) kann den Schaft (5) selbst und ggf. die Verbindungsstelle abdichten.
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In den Ausführungsformen von 2 bis 6 ist die Verstärkung (23) als stabilisierender und in den Schaft (5) integrierter Einsatz (24) ausgebildet. Der Einsatz (24) ist als starrer, vorgefertigter Stützkörper ausgebildet. Dessen Ausbildung, z.B. Querschnittsform, kann nach den im Betrieb auftretenden Belastungen optimiert sein und kann z.B. ein großes Flächenträgheitsmoment für eine hohe Biegefestigkeit bieten.
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Der Einsatz (24) ist bevorzugt zumindest am einen Endbereich (6) angeordnet und befindet sich insbesondere in dem gestreckten Abschnitt (10). Er kann sich darüber hinaus noch weiter durch das Schaftinnere zum anderen Endbereich (7) hin erstrecken. In den verschiedenen gezeigten Varianten ist der Einsatz (24) in das Schaftmaterial (12) eingebettet. Der Einsatz (24) ist versenkt im Schaft (5) angeordnet. Er kann hierbei mit der einen Stirnfläche (11) des Schaftes (5) am vorderen Endbereich (6) bündig abschließen. Er kann auch unterhalb dieser Stirnfläche (11) enden. Vorzugsweise ragt der Einsatz (24) nicht aus dem Schaft (5) heraus und steht auch nicht über die Stirnfläche (11) vor. Dies ist allerdings nur eine bevorzugte Ausführungsform und kann ggf. geändert werden.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen von 2 bis 6 überdeckt das Kupplungselement (3) den Einsatz (24) und dichtet diesen nach außen hin ab. In den gezeigten Varianten sind das Kupplungselement (3) und der Einsatz (24) als getrennte Teile ausgebildet. In einer nicht dargestellten Ausführungsform können sie auch miteinander verbunden sein. Dies schließt eine mögliche einteilige Ausbildung ein.
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In der Variante von 2 bis 4 ist der Einsatz (24) als z.B. massiver Bolzen (25) ausgebildet, wobei auch eine hohle, z.B. rohrartige oder eine sonstige profilartige Bauform möglich ist. Der Bolzen (25) kann eine gerade und z.B. zylindrische Form haben. Er kann dabei einen kreisrunden, ovalen oder prismatischen oder sonstigen geeigneten Querschnitt haben. Der z.B. gerade Bolzen (25) hat eine begrenzte Länge und erstreckt sich durch den geraden Abschnitt (10), wobei er an oder vor der folgenden Krümmung (9) endet. Der Einsatz (24) ist bis auf die Stirnfläche (11) allseitig vom Schaftmaterial (12) umgeben und ist mit diesem innig verbunden. In einer nicht dargestellten Variante kann der Bolzen (25) vollkommen versenkt und allseitig umschlossen im Schaftmaterial (12) angeordnet sein. Der Bolzen (25) ist zentral im Endbereich (6) angeordnet und entlang der Achse des geraden Abschnitts (10) ausgerichtet.
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Der Einsatz (24) besteht in den verschiedenen Ausführungsformen aus einem Material, das eine höhere Festigkeit, insbesondere einen höheren E-Modul als das Leichtbaumaterial (12) des Schaftes (5) aufweist. Der Einsatz (24) kann hierbei z.B. aus Stahl oder aus einem anderen metallischen oder sonstigen Material, insbesondere einem Verbundmaterial, bestehen. Ein solcher Werkstoffverbund kann unterschiedlich ausgebildet sein. Es kann sich z.B. um ein faserverstärktes Material handeln, beispielsweise um ein Aluminium-Matrix-Composite, abgekürzt AMC. Als Stützelement eines Verbundwerkstoffs dient hier eine Matrix, nämlich eine metallische Matrix oder alternativ eine Matrix aus Polymermaterial oder einem anderen Werkstoff. Die Faserverstärkung kann aus Einzelfasern, Rovings, Gelegen, Schläuchen oder dgl. bestehen. Als Faserwerkstoff eignen sich z.B. Kohlenstofffasern, aber auch Fasern aus anderen Werkstoffen, insbesondere Aluminiumoxid, Basalt oder Stahl.
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Für die innige Verbindung an den Grenzflächen und den Halt des Einsatzes (24) im Schaft (5) und im Schaftmaterial (12) ist ein Haltemittel (27) vorgesehen. Das Haltemittel (27) kann z.B. als haftungsvermittelnde Beschichtung (28) des Einsatzes (24) ausgebildet sein. Wenn der Einsatz (24) aus Stahl besteht, verhindert eine solche Beschichtung (28) an den Grenzflächen zwischen Stahl und Leichtbaumaterial (12) die Bildung spröder intermetallischer Phasen oder dgl..
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Wenn der Einsatz (24) ein zum Schaftmaterial (12) gleichartiges Material, z.B. Leichtmetall, enthält, kann ggf. auf ein zusätzliches Haltemittel (27) verzichtet werden, weil die Materialien eine stoffschlüssige Verbindung eingehen. Der Einsatz (24) kann auch eine strukturierte Oberfläche besitzen, mit der ein zusätzlicher Formschluss erzeugt werden kann. Eine solche Oberflächenstrukturierung kann beispielsweise durch mechanische Oberflächenbehandlung erzeugt sein und mit dem Material des Schaftes (5) korrespondieren. Besonders bevorzugt kann eine Kombination von Form- und Stoffschluss vorliegen, was sich besonders günstig auf die Festigkeitssteigerung auswirken kann.
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In der zweiten Variante von 5 und 6 ist der Einsatz (24) als ggf. gebogenes Stützprofil (26) ausgebildet, welches sich auch über eine größere Länge des Schaftes (5) und ggf. bis zum rückwärtigen Endbereich (7) erstrecken kann. Das Stützprofil (26) kann sich dabei z.B. über eine oder mehrere Krümmungen (8,9) hinweg erstrecken. Ein solcher Einsatz (24) kann ein inneres Skelett oder eine innere Tragstruktur des Schaftes (5) bilden. Das Stützprofil (26) kann hohl oder massiv ausgebildet sein. Es kann auch hohle und massive Bereiche aufweisen. Auch in dieser Variante kann der Einsatz (24) zentral im Schaft (5) angeordnet sein und sich entlang von dessen Längsachse erstrecken.
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Der Einsatz (24) kann sich in einer nicht dargestellten Variante auch weiter bis in den hinteren Endbereich (7) und zu dem dortigen Befestigungsmittel (4) erstrecken. Ein Teil des Einsatzes (24) kann z.B. eine innenliegende Hülse oder ein anderes Bauteil des Befestigungsmittels (4) bzw. einer Befestigungsmechanik (17) bilden und für eine dortige Verstärkung sorgen. Der Einsatz (24) ist in den gezeigten Ausführungsformen einteilig ausgebildet. Er kann alternativ mehrteilig sein und kann auch ggf. aus streckenweise voneinander distanzierten Teilen bestehen.
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Bei der zweiten Variante kann ebenfalls ein Haltemittel (27) eingesetzt werden. Dieses kann wie im ersten Ausführungsbeispiel als Beschichtung ausgeführt sein. 6 zeigt in der vergrößerten Darstellung eine Variante hierzu, wobei das Haltemittel (27) als eine Oberflächenstruktur (29) des Einsatzes (24) ausgebildet ist, die mit dem umgebenden Schaftmaterial (12) in Verbindung tritt und z.B. einen Formschluss vermittelt. Eine solche Oberflächenstruktur (29) kann z.B. aus Vertiefungen, Erhebungen, Durchbrüchen oder dgl. anderen Formmerkmalen des Einsatzes (24) und insbesondere seiner Außenwandung, bestehen, die vom angeformten Schaftmaterial (12) dicht umschlossen werden.
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In der dargestellten Ausführungsform von 5 und 6 ist das Stützprofil (26) als hohle Stange oder Rohr ausgeführt, die am vorderen Endbereich (6) mit Abstand unterhalb der Stirnfläche (11) endet. In das offene Stangenende kann ein Verschluss oder dgl. eingesetzt sein, der ggf. mit der besagten Oberfläche (11) bündig abschließt. In einer anderen Ausführungsform kann z.B. das Stützprofil (26) von einem Profilstab mit einem I-Querschnitt ausgebildet sein, der ggf. Vertiefungen oder Durchbrechungen am Mittelsteg aufweist. Auch andere Profilformen, z.B. fachwerkartige Strukturteile, sind möglich.
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7 verdeutlicht die in Deutschland bestehenden gesetzlichen Vorgaben für die Formgebung einer Kupplungskugel (3). Diese weist einen abgeflachten Dachbereich und am Übergang zum im Durchmesser verkleinerten Kugelhals (2) bzw. Schaft (5) eine umlaufende Einschnürung (15) auf. An dieser Stelle ist der Schaftquerschnitt gemindert und die mechanische Stabilität des Kupplungshalses (2) verringert. Der Einsatz (24) behebt diesen Nachteil und erstreckt sich über die Einschnürung (15) und die hier gebildete Schwachstelle hinweg.
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Die Ausbildung des Kupplungselementes (3), insbesondere der Kupplungskugel, und des Übergangs in den Kupplungshals (2), insbesondere den Kugelhals, kann unterschiedlich ausgebildet sein. In den gezeigten Ausführungsformen weist die Kupplungskugel (3) eine Haube oder Kappe (18) auf, die außen die vorgegebene und in 7 gezeigte Kugelform aufweist, die zentral an der Unterseite ein Aufnahmeelement (19), hier z.B. eine Aufnahmeöffnung, besitzt. Die Aufnahmeöffnung (19) kann kegelförmig ausgebildet sein.
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Der Schaft (5) weist am Endbereich (6) ein Tragelement (13) auf, welches in den gezeigten Ausführungsbeispielen als Tragzapfen ausgebildet ist, das formschlüssig in die Aufnahmeöffnung (19) greift, wobei das Tragelement (13) ebenfalls einen konischen Mantel (14) besitzt. Die beiden Konuswinkel können geringfügig unterschiedlich sein, wodurch sich eine Klemmpassung ergeben kann. Bei der Montage kann die Kugelkappe (18) auf den Tragzapfen aufgepresst werden.
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Zwischen dem Kupplungselement (3) und dem Tragelement (13) besteht vorzugsweise eine feste und innige Verbindung, die Relativbewegungen der Teile (3,13) verhindert. Diese Verbindung kann in beliebiger Weise ausgeführt sein. Sie kann insbesondere auf Formschluss und/oder Kraftschluss und/oder Stoffschluss beruhen. Mögliche Verbindungstechniken sind Klemmen, Kleben oder dgl..
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Zwischen dem Kupplungselement (3), insbesondere der Kugelhaube (18), und dem Tragelement (13) besteht eine formschlüssige Lagesicherung (21). Diese kann gegen Drehen und/oder Abheben sichern. Eine Lagesicherung (21) kann z.B. aus einer axialen Rändelung an einer oder beiden Mantelflächen (14,20) bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann eine formschlüssige Lagesicherung (21) auch von einem unteren Kappenrand (22) gebildet werden, welcher umgebogen wird und hinter eine Einschnürung (15) am Tragelement (13) greift. 4 verdeutlicht diese Ausgestaltung beider Elemente einer Lagesicherung (21). Durch das Zusammenwirken des Tragelements (13) und der Kugelkappe (18) wird auch die Formvorgabe gemäß 7 eingehalten. Hierbei ist auch ersichtlich, dass das obere Elementende (16), insbesondere Zapfenende, die vorerwähnte Stirnfläche (11) bildet. An dieser Stelle liegen das Kupplungselement (3) und das Tragelement (13) dicht aneinander und sind vorzugsweise über die Lagesicherung (21) auch zusammengepresst und in Kontakt gehalten. Hierbei werden auch der anschließende Einsatz (24) und seine Grenzflächen zum Schaftmaterial (12) dicht abgeschlossen.
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In 8 ist eine andere Ausbildung einer strukturellen Verstärkung (23) dargestellt. Diese besteht aus einer Partikelverstärkung oder Strukturverstärkung (30) des Schaftmaterials (12). Ein aus Leichtmetall, insbesondere einer Aluminium-Legierung, bestehendes Schaftmaterial (12) kann hierbei durch eingelagerte stabilisierende Partikel aus Siliziumcarbid, Borkarbid oder einem anderen geeigneten strukturverstärkenden Material gebildet werden. In einer anderen nicht dargestellten Variante kann der Kupplungshals (2) von einem Faserformteil gebildet werden, welches z.B. als sog. Preform zur Infiltration mit metallischer oder polymerer Matrix oder Polymermatrix mit einem Bindemittel ausgebildet ist. Die Faserkomponente bildet hierbei die Strukturverstärkung (30).
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Bei der in 8 gezeigten Variante kann auf einen Einsatz (24) verzichtet werden. Alternativ kann ein Einsatz (24) der vorgenannten Arten vorhanden sein.
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In den Ausführungsbeispielen von 2 bis 6 und ggf. auch 8 ist der Schaft (5) als Gussteil und/oder als Schmiedeteil ausgebildet. Das Schaftmaterial (12) wird an den Einsatz (24) angegossen und angeformt. Zusätzlich kann durch einen Umformprozess, insbesondere einen Schmiedeprozess, die feste Verbindung von Einsatz (24) und Schaftmaterial (12) verbessert werden. Geeignete Umform- oder Gießprozesse und entsprechende Schaftmaterialien (12) betreffen z.B. das Thixo-Schmieden oder Pressgießen bzw. Squeeze-Casting oder Verfahrensvarianten des Druckgusses, evtl. Vakuum- oder Niederdruckguss.
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In einer nicht dargestellten Variante ist es möglich, einen Schaft (5) als Gussteil oder Schmiedeteil vorzuformen und eine Aufnahmeöffnung für einen später einzubringenden Einsatz (24) vorzusehen. Hierbei kann ggf. der Schaft (5) und insbesondere dessen zentrale Aufnahmeöffnung mechanisch bearbeitet werden. Der eingebrachte Einsatz (24) kann in geeigneter Weise mit dem Schaftmaterial (12) verbunden werden, z.B. durch Einpressen, Kleben, Einlöten oder dgl. Die Verbindungsstellen bzw. Grenzflächen werden auch in diesem Ausführungsbeispiel durch das Kupplungselement (3) abgedeckt und gesichert.
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In einer weiteren Variante kann ein Einsatz (24) an ein Kupplungselement (3), insbesondere an eine Kappe (18), angeformt oder in anderer Weise damit verbunden sein, wobei dieses Kombiteil in der vorerwähnten Weise mit dem Schaftmaterial (12) durch Angießen oder Anschmieden oder durch nachträgliches Einfügen verbunden wird. Auch in diesem Beispiel ist es vorteilhaft, das Tragelement (13) am Schaftende (6) zapfenförmig auszubilden und das Aufnahmeelement (19) als Öffnung zu gestalten. Diese Ausführung dichtet besonders gut die Grenzflächen zwischen Schaftmaterial (12) und Einsatz (24) ab. In einer anderen Variante kann die Formgebung anders und insbesondere umgekehrt sein, wobei das Aufnahmeelement (19) zapfenförmig und das Tragelement (13) als Öffnung ausgebildet sind. Ansonsten können die Merkmale der Ausführungsbeispiele untereinander vertauscht oder in anderer Weise kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anhängekupplung
- 2
- Kupplungshals, Kugelhals
- 3
- Kupplungselement, Kupplungskugel
- 4
- Befestigungsmittel
- 5
- Schaft
- 6
- Endbereich, Schaftende vorn
- 7
- Endbereich, Schaftende hinten
- 8
- Krümmung
- 9
- Krümmung
- 10
- gestreckter Abschnitt
- 11
- Stirnfläche
- 12
- Schaftmaterial, Leichtbaumaterial
- 13
- Tragelement, Tragzapfen
- 14
- Mantel, Zapfenmantel
- 15
- Einschnürung
- 16
- Elementende, Zapfenende
- 17
- Befestigungsmechanik
- 18
- Kappe, Kugelkappe
- 19
- Aufnahmeelement, Aufnahmeöffnung
- 20
- Mantel, Öffnungsmantel
- 21
- Lagesicherung formschlüssig
- 22
- Kappenrand
- 23
- Verstärkung
- 24
- Einsatz, Stützelement
- 25
- Bolzen
- 26
- Stützprofil, Stützstange
- 27
- Haltemittel
- 28
- Beschichtung
- 29
- Oberflächenstruktur
- 30
- Partikelverstärkung, Strukturverstärkung
- 31
- Zugfahrzeug
