DE102014221741A1

DE102014221741A1 - Schwenkmodul einer Anhängerkupplung

Info

Publication number: DE102014221741A1
Application number: DE102014221741.5A
Authority: DE
Inventors: Julian Stratmann; Jürgen Eissen
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: DE102014221741B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schwenkmodul einer Anhängerkupplung, umfassend einen Kugelzapfen (2), an welchem dreh- und schwenkbar ein Gehäuse (4) befestigt ist, eine im Gehäuse (4) angeordnete Verriegelungseinrichtung (14), eine im Kugelzapfen (2) längs beweglich angeordnete und über einen Drehantrieb (10, 11, 12) antreibbare Spindel (7), welche mit einem Sperrbolzen (8) zur Übertragung der Längsbewegung gekoppelt ist. Es wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Sperrbolzen (8) und dem Kugelzapfen (2) ein erstes in Verriegelungsrichtung wirkendes Federelement (9) und im Kraftfluss zwischen dem Drehantrieb (10, 11) und dem Sperrbolzen (8) ein zweites in Ver- und Entriegelungsrichtung wirkendes Federelement (15) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwenkmodul einer Anhängerkupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bekannt durch die EP 2 711 210 A2 .
Durch die EP 2 711 210 A2 wurde ein Kugelschwenkmodul, auch kurz Schwenkmodul genannt, für eine Anhängerkupplung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Das Schwenkmodul ist einerseits über einen sog. Verbinder mit einem Querträger des Kraftfahrzeuges und andererseits mit einem Kugelhaken verbunden. Das Schwenkmodul umfasst einen ortsfest, d. h. in einer Bohrung des Verbinders fest angeordneten Kugelzapfen, welcher ein motorisch angetriebenes, schwenk- und kippbares Gehäuse, an welchem der Kugelhaken befestigt ist, trägt. Das Gehäuse ist über eine Verriegelungseinrichtung gegenüber dem Kugelzapfen in seiner Ruheposition und seiner Arbeitsposition blockierbar. Die Verriegelungseinrichtung umfasst insbesondere eine über einen Drehantrieb mittels einer Spindelmutter in Längsrichtung verschiebbare Spindel, welche einen Sperrbolzen der Verrieglungseinrichtung betätigt, d. h. einerseits in eine Verriegelungsposition hineindrückt und andererseits in eine Entriegelungsposition herauszieht. Der Sperrbolzen wird durch eine so genannte Zentralfeder, ausgebildet als Schraubendruckfeder, belastet, wobei die Zentralfeder in Verriegelungsrichtung auf den Sperrbolzen wirkt und beim Entriegeln gespannt wird. Dies bedeutet, dass der Drehantrieb, welcher einen Elektromotor umfasst, beim Entriegeln gegen die Kraft der Zentralfeder arbeitet. Das Problem besteht darin, dass die Zentralfeder einerseits in der Verriegelungsposition eine relativ hohe Vorspannung auf den Sperrbolzen ausüben soll, aber andererseits nicht so groß sein darf, dass der Motor beim Entriegeln einen zu hohen Widerstand überwinden und daher größer dimensioniert werden muss. Eine starke Vorspannung des Verriegelungsbolzen in der Verriegelungsposition, insbesondere in der Betriebsposition ist wichtig, um ein möglichst spielfreies, wenig elastisches System zu erhalten, d. h. der Kugelhaken muss in beiden Endpositionen möglichst fest sitzen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für ein Schwenkmodul der eingangs genannten Art eine möglichst spielfreie und unelastische Verriegelungsposition zu erreichen und andererseits die für die Entriegelung erforderlichen Kräfte nicht zu groß werden zu lassen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist – zusätzlich zum ersten Federelement – ein zweites Federelement vorgesehen, welches den Sperrbolzen – direkt oder mittelbar – in Verriegelungsrichtung belastet und die Spindel oder den Drehantrieb in Entriegelungsrichtung entlastet. Das zweite Federelement, welches als elastisches Glied im Kraftfluss zwischen dem Antriebsmotor des Drehantriebes und dem Sperrbolzen angeordnet ist, erhöht in der Verriegelungsposition die Vorspannung auf den Sperrbolzen und bewirkt damit eine spielfreie und steife Verriegelungsposition. Andererseits wirkt die Federkraft des zweiten Federelements beim Entriegeln der Federkraft des ersten Federelements entgegen, sodass sich die Verriegelung leichter, d. h. mit weniger Kraftaufwand lösen lässt – der Entriegelungsvorgang wird somit durch das zweite Federelement unterstützt. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass der Sperrbolzen – z. B. bei Materialabnutzung – automatisch nachgestellt wird und somit eine spielfreie Verriegelungsposition beibehalten werden kann.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Federelement als Druckfeder ausgebildet, die sich einerseits am Kugelzapfen und andererseits am Sperrbolzen abstützt. Das erste Federelement, auch Sperrbolzenfeder genannt, wirkt somit direkt auf den Sperrbolzen und drückt diesen in seine Verriegelungsposition.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Federelement als Druckfeder ausgebildet, die sich zwischen der Spindel und dem Sperrbolzen abstützt. Damit wirkt das zweite Federelement einerseits direkt auf den Sperrbolzen und unterstützt somit die Verriegelungskraft des ersten Federelements. Andererseits wirkt das zweite Federelement in Entriegelungsrichtung direkt auf die Spindel, d. h. in entgegengesetzter Richtung wie das erste Federelement. Damit wirkt der Entriegelungsvorgang erleichtert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das zweite Federelement als Metallfeder oder auch als elastomeres Federelement ausgebildet sein. In letzterem Falle ergeben sich Vorteile hinsichtlich des Gewichts und der Herstellkosten.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Stirnende der Spindel in einer Sacklochbohrung des Sperrbolzens aufgenommen, wobei das zweite Federelement zwischen der Stirnfläche der Spindel und dem Boden der Sacklochbohrung angeordnet ist. Damit ergibt sich gleichzeitig eine Führung für das zweite Federelement.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Federelement – im Vergleich zum ersten Federelement – eine relativ hohe Federsteifigkeit und damit einen geringen Federweg auf. Durch den relativ kurzen Federweg von vorzugsweise von 1 bis 2 mm ergibt sich eine verbesserte Nachstellung der Verriegelungseinrichtung bei Verschleiß, ohne dass hierfür der Motor bestromt werden müsste. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass dynamische Belastungen, die während des Betriebs auftreten, durch die erhöhte Vorspannung zwischen Sperrbolzen und Spindel abgefangen und gedämpft werden. Schließlich wird durch die erhöhte Vorspannung aufgrund des zweiten Federelements die Selbsthemmung im Bewegungsgewinde zwischen Spindel und Spindelmutter erhöht, sodass es nicht zu einer unbeabsichtigten Entriegelung während des Betriebs kommen kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Federelement als Drehfeder ausgebildet, d. h. als Federelement, welches in Umfangsrichtung, bezogen auf die Längsachse der Spindel, wirkt. Die Wirkung der Drehfeder ist dabei grundsätzlich die gleiche wie die der zuvor erwähnten Druckfeder, welche in Längsrichtung der Spindel wirkt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drehfeder einerseits an der Spindelmutter, welche die Spindel in Längsrichtung verstellt, und andererseits an einem Zahnkranz, welcher die Spindelmutter antreibt, abgestützt. Damit wird ein elastisches Drehmoment in Verriegelungsrichtung auf die die Spindel antreibende Spindelmutter ausgeübt, wodurch ebenfalls die Vorspannung auf den Sperrbolzen erhöht wird. Beim Verriegeln wird die Drehfeder gespannt; beim Entriegeln entspannt sich die Drehfeder und unterstützt das Herausziehen der Spindel aus der Verriegelungsposition.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
1 ein Schwenkmodul im Schnitt und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Drehfeder.
1 zeigt ein Schwenkmodul 1, auch Kugelschwenkmodul 1 genannt, für eine Anhängerkupplung eines Kraftfahrzeuges im Schnitt. Das Schwenkmodul 1 umfasst einen Kugelzapfen 2, welcher in einer konischen Bohrung (ohne Bezugszahl) eines Verbindungsbauteiles 3 aufgenommen und verspannt ist. Das Verbindungsbauteil 3 ist vorzugsweise mit einem nicht dargestellten Querträger des Kraftfahrzeuges verbunden. Der Kugelzapfen 2 weist eine Kugel 2a auf, an welcher dreh- und schwenkbar ein Gehäuse 4 mittels eines Verschlussringes 5 befestigt ist. An der in der Zeichnung unten angeordneten Stirnfläche 4a des Gehäuses 4 ist ein nicht dargestellter Kupplungshaken befestigt, der somit mit dem Gehäuse 4 dreh- und schwenkbar ist. Der Kugelzapfen 2 weist eine durchgehende Längsbohrung 6 mit einer Längsachse a auf. In der Längsbohrung 6 sind eine in Längsrichtung verschiebbare Spindel 7 sowie ein Sperrbolzen 8 gleitend angeordnet, welcher in Längsrichtung a mit der Spindel 7 gekoppelt ist, wobei die Spindel 7 mit einem Stirnende 7a in eine Sacklochbohrung 8a des Sperrbolzens 8 hineinragt. Koaxial zu der Spindel 7 ist innerhalb der Längsbohrung 6 ein erstes Federelement 9 angeordnet, welches als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und sich einerseits an einem Widerlager 2b des Kugelzapfens 2 und andererseits an der Stirnfläche 8b des Sperrbolzens 8 abstützt. Das erste Federelement 9 wird auch als Sperrbolzenfeder 9 bezeichnet, welche den Sperrbolzen 8 in eine Verriegelungsstellung (in der Zeichnung nach unten) drückt. Die Spindel 7, welche durch einen nicht mit einer Bezugzahl versehenen Querstift am Verdrehen gehindert ist, wird über einen Drehantrieb, umfassend einen Antriebsmotor 10, eine Motorwelle 11 sowie eine Spindelmutter 12, welche gegenüber dem Kugelzapfen 2 gelagert und über ein Bewegungsgewinde 13 mit der Spindel 7 in Eingriff steht, angetrieben. Der Antriebsmotor 10 dient sowohl zum Verriegeln als auch zum Entriegeln. Die Motorwelle 11 weist ein Ritzel und die Spindelmutter 12 eine Verzahnung auf, in welche das Ritzel eingreift. Eine Drehung der Spindelmutter 12 bewirkt somit eine Verschiebung der Spindel 7 in Längsrichtung a, was durch einen Doppelpfeil P angedeutet ist. In einem mit der Bezugszahl 14 bezeichneten Rechteck ist eine Verriegelungseinrichtung dargestellt, welche hier nicht näher erläutert ist, da sie aus dem eingangs genannten Stand der Technik oder auch aus der DE 10 2010 043 164 A1 der Anmelderin bekannt ist. Durch die Verriegelungseinrichtung 14 ist das Gehäuse 4 gegenüber dem Kugelzapfen 2, insbesondere gegenüber dem Kugelkopf 2a blockierbar, sodass eine Verdrehung des Gehäuses 4 nicht mehr möglich ist.
Erfindungsgemäß ist zwischen der Spindel 7 und dem Sperrbolzen 8 ein zweites Federelement 15 angeordnet, welches als Druckfeder ausgebildet ist und einerseits eine Druckkraft, dargestellt durch einen Pfeil F, auf die Spindel 7 und andererseits eine entgegengesetzt gerichtete Reaktionskraft auf den Sperrbolzen 8 ausübt. In verriegelter Position, welche in der Zeichnung dargestellt ist, wirken also die Federkräfte des ersten Federelements 9 und des zweiten Federelements 15 in derselben Richtung, d. h. in Verriegelungsrichtung auf den Sperrbolzen 8. Damit wird eine erhöhte Vorspannung auf den Sperrbolzen 8 ausgeübt. Das zweite Federelement 15 kann als Metallfeder oder auch als Federelement aus einem elastomeren Werkstoff ausgebildet sein, und weist eine relativ hohe Federsteifigkeit, verbunden mit einem relativ kurzen Federweg, beispielsweise 1 bis 2 mm auf. Damit kann das zweite Federelement 15 auch eine Nachstellung des Sperrbolzens 8 bei Materialverschleiß sicherstellen. Beim Entriegeln wird die Spindel 7 in der Zeichnung nach oben, entsprechend dem Pfeil F, bewegt, d. h. die Spindel 7 wird zusammen mit dem Sperrbolzen 8 nach oben gezogen, wobei die Federkraft des ersten Federelements 9 zu überwinden ist. Die Federkraft F des zweiten Federelements 15 dagegen wirkt unterstützend auf die Entriegelungsbewegung. Es ergibt sich somit eine Erleichterung des Entriegelungsvorganges.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das zweite Federelement als Drehfeder 115 ausgebildet ist. Gleiche oder analoge Teile wie in 1 sind in 2 mit um 100 erhöhten Bezugszahlen bezeichnet. Die Zeichnung zeigt den oberen Teil des Schwenkmoduls 101 mit einem Spindeltrieb, bestehend aus einer Spindel 107, einer Spindelmutter 112 und einem Zahnkranz 116, welcher gegenüber der Spindelmutter 112 über ein Gleitlager 117 drehbar gelagert und über ein nicht dargestelltes Ritzel antreibbar ist. Zwischen dem Zahnkranz 116 und der Spindelmutter 112 ist die Drehfeder 115, eine Variante des zweiten Federelements, derart angeordnet, dass sie sich mit einem inneren Schenkel 115a an der Spindelmutter 112 und mit einem äußeren Schenkel 115b am Zahnkranz 116 abstützt. Die Drehfeder 115 wird beim Verriegeln gespannt und beim Entriegeln entspannt. Die Spindelmutter 112 steht über ein Bewegungsgewinde 113 (Außengewinde der Spindel und Innengewinde der Spindelmutter) mit der Spindel 107 in Eingriff, die ihrerseits in Zug- und Druckrichtung mit dem nicht dargestellten Sperrbolzen verbunden ist. Die Sperrbolzenfeder 109, das erste Federelement, stützt sich einerseits am Widerlager 102b des Kugelzapfens 102 und andererseits am Sperrbolzen ab. Die Drehfeder 115 erhöht – wie in 1 das zweite Federelement 15 – die Vorspannung auf den Sperrbolzen beim Verriegeln.
Bezugszeichenliste

1: Schwenkmodul
2: Kugelzapfen
2a: Kugel
2b: Widerlager
3: Verbindungsbauteil
4: Gehäuse
4a: Stirnseite
5: Verschlussring
6: Längsbohrung
7: Spindel
7a: Stirnende
8: Sperrbolzen
8a: Sacklochbohrung
8b: Stirnfläche
9: erstes Federelement (Sperrbolzenfeder)
10: Antriebsmotor
11: Motorwelle
12: Spindelmutter
13: Bewegungsgewinde
14: Verriegelungseinheit
15: zweites Federelement
101: Schwenkmodul
102: Kugelzapfen
102b: Widerlager
107: Spindel
109: Sperrbolzenfeder
112: Spindelmutter
113: Bewegungsgewinde
115: Drehfeder
115a: innerer Schenkel
115b: äußerer Schenkel
116: Zahnkranz
117: Gleitlager
a: Längsachse
F: Federkraft
P: Doppelpfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2711210 A2 [0001, 0002]
DE 102010043164 A1 [0016]

Claims

Schwenkmodul einer Anhängerkupplung, umfassend einen Kugelzapfen (2; 102), an welchem dreh- und schwenkbar ein Gehäuse (4) befestigt ist, eine im Gehäuse (4) angeordnete Verriegelungseinrichtung (14), eine im Kugelzapfen (2; 102) längs beweglich angeordnete und über einen Drehantrieb (10, 11, 12; 112, 116) antreibbare Spindel (7; 107), welche mit einem Sperrbolzen (8) zur Übertragung der Längsbewegung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sperrbolzen (8) und dem Kugelzapfen (2; 102) ein erstes in Verriegelungsrichtung wirkendes Federelement (9; 109) und im Kraftfluss zwischen dem Drehantrieb (10, 11; 112, 116) und dem Sperrbolzen (8) ein zweites in Ver- und Entriegelungsrichtung wirkendes Federelement (15; 115) angeordnet sind.
Schwenkmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federelement als Druckfeder (9) ausgebildet ist, die sich einerseits am Kugelzapfen (2b) und andererseits am Sperrbolzen (8) abstützt.
Schwenkmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement als Druckfeder (15) ausgebildet ist, die sich an der Spindel (7) und am Sperrbolzen (8) abstützt.
Schwenkmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement als Metallfeder (15) ausgebildet ist.
Schwenkmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (15) aus einem elastomeren Werkstoff hergestellt ist.
Schwenkmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrbolzen (8) stirnseitig eine Sacklochbohrung (8a) aufweist, in welcher ein Stirnende (7a) der Spindel (7) aufgenommen und dass das zweite Federelement (15) zwischen dem Stirnende (7a) der Spindel (7) und dem Boden der Sacklochbohrung (8a) angeordnet ist.
Schwenkmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (15; 115) in Relation zum ersten Federelement (9, 109) eine hohe Federstkeit aufweist.
Schwenkmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement als Drehfederelement (115) ausgebildet ist.
Schwenkmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb einen Zahnkranz (116) und eine Spindelmutter (112) umfasst und dass die Drehfeder (115) einerseits an der Spindelmutter (112) und andererseits an dem Zahnkranz (116) abgestützt ist.
Schwenkmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (12; 112) auf dem Kugelzapfen (2; 102) gelagert ist.