DE102015109411B4

DE102015109411B4 - Anhängerkupplung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015109411B4
Application number: DE102015109411.8A
Authority: DE
Inventors: Ercan Mutlu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2035-06-13
Also published as: DE102015109411A1; DE202015104504U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anhängerkupplung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kupplungsarm, der an seinem freien Ende ein Kupplungselement wie eine Kupplungskugel trägt zum Ankuppeln eines Anhängers oder eines Hecklastenträgers, wobei der Kupplungsarm drehbar um eine Schwenkachse zur Einstellung zumindest einer Arbeitsposition und einer Parkposition gelagert ist, einem Käfigelement mit zumindest einer Führungstasche zum Aufnehmen und Führen eines Rotationselementes; einem Laufrillenelement mit einer zumindest abschnittsweisen wendel- oder spiralartigen Laufrille für das Rotationselement und einem Laufflächenelement zur Bereitstellung einer Lauffläche für das Rotationselement. Dabei ist das Laufrillenelement, das Käfigelement oder das Laufflächenelement als Schwenkelement ausgebildet, das drehbar um die Schwenkachse angeordnet ist und den Kupplungsarm trägt, wobei Käfigelement, Laufrillenelement und Laufflächenelement koaxial und so zueinander ausgerichtet sind, dass das zumindest eine Rotationselement sich gleichzeitig in der zumindest einen Laufrille des Laufrillenelement und der Lauffläche des Laufflächenelement abwälzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anhängerkupplung für ein Kraftfahrzeug mit einem Kupplungsarm, der an seinem freien Ende als Kupplungselement eine Kupplungskugel trägt zum Ankuppeln eines Anhängers oder eines Hecklastenträgers, wobei der Kupplungsarm drehbar um eine Schwenkachse zur Einstellung zumindest einer Arbeitsposition und einer Parkposition gelagert ist.
Eine derartige Anhängerkupplung ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 007 111 A1 offenbart. Üblicherweise wird dabei der Kupplungsarm bei Nichtnutzung der Anhängerkupplung unter eine Verblendung oder Schürze des Kraftfahrzeuges in eine Parkposition geschwenkt, während er für eine Nutzung aus dieser Parkposition heraus in eine Arbeitsposition drehbar gelagert ist, in welcher beispielsweise ein Anhänger angekuppelt werden kann. Bei den herkömmlichen Anhängerkupplungen wird durch die angegebene Gestaltung erreicht, dass die Anhängerkupplung in der Parkposition in der Regel nicht sichtbar ist. Dies zieht jedoch eine aufwendige mechanische Konstruktion und die Verwendung einer Vielzahl von Bauteilen nach sich, was zum einen kostenintensiv ist und zum anderen durch die Vielzahl von bewegten Bauteilen eine erhöhte Störanfälligkeit zur Folge haben kann.
Die nächstkommende DE 10 2011 053 506 A1 betrifft eine Anhängerkupplung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kupplungsarm, der an seinem freien Ende ein Kupplungselement wie eine Kupplungskugel trägt zum Ankuppeln eines Anhängers oder eines Hecklastenträgers, wobei der Kupplungsarm drehbar um eine Schwenkachse zur Einstellung zumindest einer Arbeitsposition und einer Parkposition gelagert ist. Die beschriebene Anhängerkupplung weist ferner ein Käfigelement mit zumindest einer Führungstasche zum Aufnehmen und Führen eines Rotationselementes auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anhängerkupplung so weiterzubilden, dass die beschriebenen Nachteile herkömmlicher Anhängerkupplungen zumindest teilweise behoben sind.
Die erfindungsgemäße Anhängerkupplung löst diese Aufgabe mit einer Anhängerkupplung, umfassend die Merkmale von Anspruch 1. Diese weist ein Käfigelement mit zumindest einer Führungstasche zum Aufnehmen und Führen eines Rotationselementes wie eines Wälzkörpers, ein Laufrillenelement mit zumindest einer wendel- oder spiralartigen Laufrille für das Rotationselement sowie ein Laufflächenelement zur Bereitstellung einer Lauffläche für das Rotationselement, auf welcher sich das Rotationselement zumindest abschnittsweise auf einer wendel- oder spiralartigen Laufbahn bewegen kann, auf. Entweder das Laufrillenelement, das Käfigelement oder das Laufflächenelement ist als Schwenkelement ausgebildet, das drehbar um die Schwenkachse angeordnet ist und den Kupplungsarm trägt, beispielsweise mit diesem zusammenhergestellt oder mit diesem fest verbunden ist. Erfindungsgemäß sind Käfigelement, Laufrillenelement und Laufflächenelement koaxial und so zueinander ausgerichtet, dass das zumindest eine Rotationselement sich gleichzeitig in der Laufrille des Laufrillenelementes und an der Lauffläche des Laufflächenelementes abwälzt.
Die erfindungsgemäß gestaltete Anhängerkupplung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus, welcher im Wesentlichen die Teile Käfigelement, Laufrillenelement, Laufflächenelement und das zumindest einen Rotationselement umfasst, wobei eines der drei erstgenannten Bauteile als Schwenkelement ausgebildet ist, was auch die Wartungsanfälligkeit der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung vermindert.
Die zumindest eine Führungstasche zum Aufnehmen und Führen eines Rotationselementes kann sich je nach Ausführungsform in Richtung zur Schwenkachse oder senkrecht dazu oder sich auch in eine Richtung erstrecken, die eine axiale Komponente sowie eine radiale Komponente aufweist. Dabei kann eine solche Führungstasche in solcher Weise ein Rotationselement aufnehmen, dass die Bewegung des Rotationselementes durch die Begrenzungsflächen der Führungstasche beschränkt ist. In bestimmten Betriebssituationen kann insofern das jeweilige Rotationselement an einer Begrenzungsfläche der Führungstasche anliegen. Als Rotationselemente sind beliebige Wälzkörper wählbar, insbesondere Walzen, konusförmige Elemente oder Kugeln.
Das Laufrillenelement kann wenigstens eine, zumindest abschnittsweise wendel- oder spiralartige Laufrille zum Führen eines Rotationselementes aufweisen, wobei zweckmäßigerweise das Rotationselement in allen Betriebssituationen innerhalb dieser durch die zumindest eine Laufrille vorgegebene Bahn geführt sein kann. Je nach Ausführungsform kann das Rotationselement innerhalb der Laufrille punkt-, linien- oder flächenförmig geführt sein bzw. an dieser anliegen. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass das Laufrillenelement mehrere derartiger, zumindest abschnittsweise wendel- oder spiralartige Laufrillen aufweist, die insbesondere zueinander beabstandet, beispielsweise auf einer Innenmantel oder Außenmantelfläche des Elementes verlaufen. Zweckmäßigerweise kann im Falle von mehreren Laufrillen am Laufrillenelement vorgesehen sein, dass die Bewegung eines Rotationselementes auf eine dieser Laufrillen beschränkt ist, d. h. ein vorgegebener Rotationskörper bewegt sich im Betrieb bzw. in unterschiedlichen Betriebsphasen nicht in mehreren Laufrillen des Laufrillenelements. Erfindungsgemäß kann die zumindest eine Laufrille auf einem Konus erlaufen, sodass die Laufrille eine axiale und/oder eine radiale Erstreckungskomponente aufweisen kann. Es kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Rotationskörper in allen Betriebsphasen der erfindungsgemäßer Anhängerkupplung in der zumindest einen Laufrille des Laufrillenelementes geführt ist.
Das Laufflächenelement kann ähnlich wie das Laufrillenelement Oberflächenbereiche bereitstellen, auf welchen das zumindest eine Rotationselement abrollen kann. Je nach Ausführungsform kann das Rotationselement dabei punktförmig, linienförmig oder flächenförmig beim Abrollen bzw. Bewegen an dem Laufflächenelement anliegen. Dabei kann das Laufflächenelement Kontaktbereiche mit dem Rotationselement aufweisen, in welchen eine Zwangsführung des Rotationselementes wie es bei einer Laufrille des Laufrillenelementes der Fall ist, nicht vorliegt.
Zweckmäßigerweise kann die Gestaltung der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung so ausgeführt sein, dass sich bei allen Schwenkphasen des Schwenkelements um die Schwenkachse das zumindest eine Rotationselement sowohl am Laufflächenelement als auch am Laufrillenelement abwälzt. Zweckmäßigerweise kann das Schwenkelement so gelagert sein, dass es allein eine Drehbewegung um die Schwenkachse ausführt, was den konstruktiven Aufbau vereinfacht, insbesondere keine Bewegung senkrecht zur Schwenkachse.
Je nach Ausführungsform kann sich das zumindest eine Rotationselement auf einem Umfang, axial und/oder radial bewegen, d. h. der Schwerpunkt des zumindest einen Rotationselements ändert sich beim Einstellen unterschiedlicher Betriebspositionen des Schwenkelements auf einem Umfang, in axialer und/oder radialer Richtung. Eine axiale und gleichzeitig eine radiale Bewegung des Rotationselementes kann beispielsweise dadurch eingestellt sein, dass das Laufrillenelement die zumindest eine Laufrille auf einer konischen Manteloberfläche aufweist.
Die geometrische Gestaltung der zumindest einen Laufrille am Laufrillenelement kann an das jeweilige Rotationselement angepasst sein und kann durch zwei Begrenzungsflanken und den diese Flanken verbindenden Rillengrund gebildet sein, wobei die Begrenzungsflanken eine Zwangsführung insbesondere senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schwerpunktes des zumindest einen Rotationselementes darstellen können. Wie obenstehend schon erläutert, kann das Laufbahnelement einen Bereich einer Lauffläche bereitstellen, in welchem das Rotationselement abwälzt, jedoch keine Zwangsführung durch das Laufbahnelement für das Rotationselement bereitgestellt ist.
Weitere Ausbildungen der Erfindung sowie Details sind in der allgemeinen Beschreibung, der Figurenbeschreibung, den Zeichnungen sowie den Unteransprüchen angegeben.
Vorteilhafterweise kann die Gestaltung der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung so ausgeführt sein, dass die gegenseitige Anordnung von Käfigelement, Laufrillenelement und Laufflächenelement in axialer Richtung im Betrieb bzw. in allen Betriebssituationen unveränderlich ist. Im letzteren Fall tritt insofern keine gegenseitige axiale Verschiebung der genannten drei Bauteile zueinander auf. Da all diese Bauteile mit Ausnahme des Rotationselementes zueinander axial fest angeordnet sind, vereinfacht sich die Lagerung der Teile zueinander und damit auch die Ausfallsicherheit der gesamten Vorrichtung weiter.
Zweckmäßigerweise kann der Betrieb der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung durch das Abwälzen des zumindest einen Rotationselementes am Laufrillenelement und am Laufflächenelement gesteuert werden. Insbesondere kann in einer Schwenkphase zwischen Arbeitsposition und Parkposition, in einer Betriebsphase zur Einstellung der Parkposition und/oder in einer Betriebsphase zur Einstellung der Arbeitsposition durch das Abwälzen des zumindest einen Rotationselementes ein Kraftschluss zwischen Laufrillenelement und Laufflächenelement zur Drehung des Schwenkelementes zwischen zumindest zwei Drehpositionen eingerichtet sein. In einer besonderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in allen Schwenkphasen, d. h. in Zeiträumen, in welchen das Schwenkelement um die Schwenkachse dreht, ein Kraftschluss zwischen Laufrillenelement und Laufflächenelement durch das zumindest eine Rotationselement vermittelt wird. Bei dieser Ausführungsform kann jede Betriebsposition des Schwenkelements durch eine zugeordnete Lage des Rotationselements am Laufflächenelement und Laufrillenelement eingestellt und gesteuert werden.
Konstruktionsbedingt kann das Schwenkelement der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung als Abtriebsteil angesehen werden, das entweder durch das Laufrillenelement oder das Laufflächenelement bereitgestellt werden kann. Das andere der beiden Elemente oder das Käfigelement kann dann erfindungsgemäß als motorgetriebenes Antriebsteil ausgebildet sein, das über den durch das zumindest eine Rotationselement bereitgestellten Kraftschluss zwischen Laufrillenelement und Laufflächenelement das Schwenkelement zur Drehung um die Schwenkachse in eine vorgegebene Drehrichtung bewegt. In solchen Fällen, in welchen das Laufrillenelement oder das Laufflächenelement als Antriebsteil eingesetzt sind, drehen Antriebsteil und Abtriebsteil in entgegen gesetzte Richtungen. Wird dagegen das Käfigelement zur Drehung angetrieben, ist die Drehrichtung von Laufrillenelement und Laufflächenelement identisch.
Zweckmäßigerweise können bei der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung alle Betriebszustände sequentiell, d. h. nacheinander durch Bewegen des zumindest einen Rotationselementes in der zumindest einen Laufrille des Laufrillenelementes eingestellt werden, insbesondere durch mechanisches Wechselwirken des zumindest einen Rotationselementes mit der Laufrille des Laufrillenelementes, der Führungstasche des Käfigelements und/oder mit einer Anlage- oder Lauffläche am Laufflächenelement. Das Einstellen eines bestimmten Betriebszustandes bedeutet damit, dass vor Erreichen dieses Betriebszustandes zwingend andere, vorgegebene Betriebszustände durchlaufen werden müssen. Insofern ist der Ablauf zwischen unterschiedlichen Betriebszuständen vollständig determiniert, da der „Weg” von einem Betriebszustand, z. B. ein Schwenkzustand des Schwenkelementes, zu einem anderen, keine Alternative zulässt. Dieser „Weg” kann das mechanisches Wechselwirken des zumindest einen Rotationselementes mit der Laufrille des Laufrillenelementes, der Führungstasche des Käfigelements und/oder mit einer Anlage- oder Lauffläche am Laufflächenelement fest vorgegeben sein.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass durch mechanisches Zusammenwirken der genannten Bauteile die Bewegung des zumindest einen Rotationselementes in umgekehrter Richtung in der Laufrille in gleicher vorgegebener und eindeutiger Weise erfolgt. Zweckmäßigerweise kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Rotationselement durch Anlage an einer Flanke der Laufrille in eine bestimmte Betriebsposition, beispielsweise der Parkpositionen oder der Arbeitsposition gehalten ist, während das Rotationselement bei der Umkehrbewegung am Antriebsteil durch die gegenüber liegende Flanke der Laufrille aktiv aus der Position herausbewegt wird.
Zweckmäßigerweise kann das Käfigelement axial und/oder radial zwischen Laufrillenelement und Laufflächenelement angeordnet sein, wobei sich das zumindest eine Rotationselement in axialer und/oder radialer Richtung zur Anlage an das Laufrillenelement und an das Laufflächenelement durch das Käfigelement hindurch erstreckt. Durch diese konstruktive Maßnahme wird erreicht, dass über das zumindest eine Rotationselement ein Kraftschluss zwischen Laufrillenelement und Laufflächenelement bereitgestellt werden kann. Im Falle einer axialen Anordnung können Käfigelement, Laufrillenelement und Laufflächenelement jeweils zylinderartig bzw. hohlzylinderartig ausgebildet sein, wobei die Laufrille wendel- oder schraubenartig angeordnet sein kann zur Bereitstellung einer Zwangsführung des zumindest einen Rotationselementes auf dem Laufrillenelement. In entsprechender Weise bewegt sich bei dieser Ausführungsform das Rotationselement nicht in radialer Richtung. Demgegenüber kann in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, das Laufrillenelement so auszuführen, dass die Laufrille spiralförmig verläuft, sodass das zumindest eine Rotationselement axial fixiert ist, d. h. sich in axialer Richtung im Wesentlichen nicht bewegt.
In einer allgemeinen Ausführungsform kann das Laufflächenelement konusförmig ausgebildet sein, sodass die zumindest eine Laufrille eine Komponente in axialer als auch eine Komponente in radialer Richtung zumindest abschnittsweise aufweist. Während die beschriebene axiale Bauweise der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung zur Übertragung hoher Kräfte ausgebildet ist, bietet die beschriebene radiale Bauform den Vorteil einer besonders kompakten Bauweise.
Um eine stabile Befestigung der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges zur Abführung der Betriebskräfte bereitzustellen, kann vorgesehen sein, dass eines der Elemente Laufrillenelement, Käfigelement oder Laufflächenelement, insbesondere das Käfigelement fest mit einer Flanschplatte verbunden ist, welche mit einem Querträger des Kraftfahrzeuges verbindbar ist. Grundsätzlich ist die Angabe „fest” in Bezug auf zwei Bauteile so zu verstehen, dass diese beiden Bauteile zur Übertragung von Betriebskräften zueinander ortsfest angeordnet sind. Zweckmäßigerweise kann sich das Käfigelement axial durch eine Öffnung in der Flanschplatte erstrecken, wobei die die Öffnung festlegenden inneren Begrenzungsflächen der Flanschplatte und der Außenumfang des Käfigelementes zur Gestaltung eines Formschlusses in Umfangsrichtung ausgebildet sein können. Beide Teile können beispielsweise zueinander komplementär eckig ausgebildet sein, sodass das Käfigelement in der Öffnung der Flanschplatte nicht gedreht werden kann. Zur axialen Fixierung von Käfigelement und Flanschplatte kann beispielsweise vorgesehen sein, einen Kragen am Käfigelement anzuordnen, welcher im zusammengesetzten Zustand einseitig an der Flanschplatte anliegt, während von der anderen Seite eine mit dem Käfigelement zusammenwirkende Mutter aufgeschraubt wird, die gegen die andere Seite der Flanschplatte drückt. Darüber hinaus kann beispielsweise auch vorgesehen sein, Flanschplatte und Käfigelement zur axialen Fixierung beider Teile zueinander zu verpressen.
Um eine symmetrischere Belastung der einzelnen Bauteile und/oder eine symmetrische Lagerung der Bauteile zueinander und damit eine Spielfreiheit bereitzustellen, kann vorgesehen sein, dass das Käfigelement eine Mehrzahl von axial oder umfänglich beanstandeten Führungstaschen aufweist zum jeweiligen Aufnehmen und Führen eines Rotationselementes, das in einer oder mehreren Betriebsphasen, insbesondere bei einer Schwenkphase zur Bereitstellung eines Reib- oder Kraftschlusses zwischen Laufrillenelement und Laufflächenelement an diesem abrollt. Zweckmäßigerweise können die Führungstaschen geschlossen sein, sodass das jeweilige Rotationselement innerhalb der Tasche „gefangen” ist. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform kann erreicht werden, wenn zumindest drei Führungstaschen oder Führungstaschenpaare zur jeweiligen Aufnahme und Führung eines Rotationselementes am Käfigelement vorgesehen sind, die im Wesentlichen symmetrisch um die Achse herum angeordnet sind.
In einer besonders zweckmäßigen und axial ausgebildeten Ausführungsform kann das Laufrillenelement mit zumindest abschnittsweiser, wendelartiger Laufrille als Spindel ausgebildet sein, bei welcher die Laufrille am Außenmantel angeordnet ist, wobei das Käfigelement als Hohlzylinder mit zumindest einer Mantelausnehmung zur Bereitstellung der Führungstasche zur Aufnahme und zum Führen des zumindest einen Rotationselementes ausgebildet ist. Diese Führungstasche kann als wesentliche Erstreckungskomponente in axialer Richtung verlaufen, wobei der Hohlzylinder bzw. das Käfigelement koaxial und radial außen zur Spindel angeordnet sein kann und das als Schwenkelement ausgebildete Laufbahnelement eine Gehäusehülse darstellt, die an Ihrem Innenmantel die Lauffläche für das Rotationselement aufweist.
In einer weiteren rein axialen Ausführungsform kann die zumindest eine Laufrille auf einer Innenmantelfläche eines Hohlzylinders angeordnet sein, wobei das Antriebsteil dann radial innen zum Laufrillenelement angeordnet sein kann und die Lauffläche auf dem Außenmantel des Antriebsteils verläuft. Auch bei dieser Ausführungsform kann das Käfigteil, beispielsweise mittels einer Flanschplatte, fest mit einem Querträger des Kraftfahrzeuges verbunden sein.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform, umfassend eine Spindel mit wendelartiger Laufrille kann die Spindel als motorgetriebenes Antriebsteil ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform dreht das Schwenkteil in Betriebssituationen, in welchen das Rotationselement einen Kraftschluss zwischen Spindel und Schwenkelement herstellt, in umgekehrter Richtung zur Drehrichtung der Spindel. Demgegenüber kann auch vorgesehen sein, dass das Käfigelement als motorgetriebenes Antriebsteil ausgebildet ist, sodass sich Antriebsteil und Abtriebsteil respektive das Laufrillenelement und das Laufflächenelement in die gleiche Richtung drehen.
Um eine stabile Lagerung des Schwenkelements in der Arbeitsposition bereitzustellen, in der die gesamten Betriebskräfte in die Karosserie des Kraftfahrzeuges eingeleitet werden können, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass in der Arbeitsposition durch das zumindest eine Rotationselement ein Formschluss gesteuert wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das zumindest eine Rotationselement in Kontakt mit einem weiteren Element gerät und dieses Element in einen Formschluss bringt, der verursacht, dass das Abtriebselement, d. h. das Schwenkelement zu dem Element, das fest mit der Karosserie des Fahrzeuges verbunden ist, verklemmt ist. Ein solcher Formschluss kann auch direkt durch das Rotationselement erzeugt werden, insbesondere dadurch, dass das Rotationselement durch die geometrische Anordnung zum Laufrillenelement, zum Käfigelement sowie zum Laufbahnelement verklemmt ist, wodurch ein Formschluss zwischen dem Schwenkelement und dem Element, das fest mit der Karosserie des Fahrzeuges verbunden ist, eingestellt sein kann. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass in der Arbeitsposition das zumindest eine Rotationselement an einer der beiden Flanken der Laufrille des Laufrillenelements, an einer Innenseite der dem Rotationselement zugeordneten Führungstasche des Käfigelements und an der Innenfläche einer kalotten- oder taschenartigen Gestaltung am Laufflächenelement anliegt. Dabei kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das zumindest eine Rotationselement bei der Einstellung der Arbeitsposition durch die Anlage an der besagten Flanke der Laufrille des Laufrillenelementes in die kalotten- oder taschenartige Gestaltung am Laufflächenelement hineingedrückt wird. Zweckmäßigerweise ist die Gestaltung derart, dass beim Lösen der Arbeitsposition, d. h. bei der Umkehr der Drehrichtung des Schwenkelementes zum Lösen der Arbeitsposition die andere Flanke der Laufrille das Rotationselement aktiv aus dem beschriebenen Formschluss herausbewegt bzw. drückt. Anders ausgedrückt, durch eine Drehumkehr des Antriebselements, das z. B. als elektrisch ansteuerbarer Antrieb wie ein elektrisch ansteuerbarer Schneckenantrieb ausgebildet sein kann, wird zunächst der Kontakt der Flanke der Laufrille, welche das Rotationselement in die kalottenartige Gestaltung des Laufflächenelementes drückt, gelöst, sodass dann die gegenüber liegende Flanke der Laufrille gegen das Rotationselement schlägt und dieses aus der kalottenartigen Gestaltung am Laufflächenelement herausbewegt zum Lösen des Formschlusses.
Zweckmäßigerweise kann bei der Gestaltung des Laufrillenelements vorgesehen sein, dass ein spezifischer Parameter der zumindest einen Laufrille zur Einstellung unterschiedlicher Betriebsphasen über die Erstreckung der Laufrille variiert, beispielsweise Steigung, Abstand, Krümmung des Laufrillengrundes und/oder Höhe der Flanken variiert. Eine Änderung der Steigung ist insbesondere bei Vorsehen mehrerer Laufrillen am Laufrillenelement zweckmäßig. Eine solche Änderung von Parametern der Laufrille, d. h. von deren Eigenschaften, kann insbesondere zur Festlegung der unterschiedlichen Betriebsphasen zweckmäßig sein. Beispielsweise kann durch Einstellung einer kleinen Steigung eine stärkere Selbsthemmung eingestellt sein, gleichzeitig ist der Anteil der Antriebsleistung zum Drehen des Antriebsteils, der für die Rotation zur Verfügung steht, erhöht. Andererseits kann der Schwenkvorgang beim Vorliegen einer größeren Steigung in einem kürzeren Zeitraum durchgeführt werden. Eine Variation des Abstand der die Rille festlegenden Flanken oder der Krümmung des Laufrillengrundes kann beispielsweise eine Variation des Anpressdruckes des zumindest einen Rotationselementes an das Laufflächenelement und damit des Kraftflusses zwischen Laufflächenelement und Laufrillenelement verursachen. Trotz der Beschränkung auf eine axiale Ausführungsform, bei welcher die Bauteile Käfigelement, Laufrillenelement und Laufflächenelement axial zueinander im Wesentlichen unveränderlich angeordnet sind, kann hierdurch ein weiterer Freiheitsgrad bereitgestellt werden, um die unterschiedlichen Betriebspositionen einzustellen.
Der Fachmann erkennt, dass die Berührungsflächen bzw. -bahnen von Laufrillenelement und Laufflächenelement an das zumindest eine Rotationselement in den verschiedenen Betriebsphasen der Anhängerkupplung aneinander angepasst werden können. Bei solchen Ausführungsformen, bei welchen sowohl das Laufflächenelement als auch das Laufrillenelement zylinder- oder hohlzylinderartig aufgebaut sind, kann das Laufflächenelement an einer Mantelfläche zur Bereitstellung einer Lauffläche für das zumindest eine Rotationselement axial nacheinander folgend zumindest drei Bereiche aufweisen, insbesondere einen Bereich mit sich verminderndem Abstand zur Achse, der beispielsweise rampenförmig oder bogenförmig ausgebildet sein kann, einen Bereich mit konstantem Abstand zur Achse und/oder einen Bereich mit taschenförmigen oder kalottenförmigen Aufnahmen zur Bereitstellung eines Formschlusses für das zumindest eine Rotationselement. Ein erster axialer Bereich kann insbesondere zum Einstellen einer Parkposition für das Schwenkelement vorgesehen sein, der sich durch einen erhöhten Kraftschluss zwischen Laufrillenelement und Laufflächenelement auszeichnet, wiederum vermittelt durch das zumindest eine Rotationselement. Ein axialer Bereich, bei welchem ein konstanter Abstand der Lauffläche zur Achse vorliegt, kann beispielsweise für den eigentlichen Schwenkvorgang des Schwenkelements aus der Parkposition in die Arbeitsposition vorgesehen sein, wiederum durch Vermittlung eines Kraftschlusses zwischen Laufrillenelement und Laufflächenelement durch das zumindest eine Rotationselement erfolgen. Der dritte Bereich mit zumindest einer taschen- bzw. kalottenartigen Aufnahme kann wie obenstehend schon beschrieben, zur Einstellung eines Formschlusses zwischen dem fest mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges verbundenen Element, beispielsweise dem Käfigelement, und dem Schwenkelement dienen, der dadurch erzeugbar ist, das Rotationselement in der taschen- oder kalottenartigen Aufnahme aufgenommen ist.
Vorteilhafterweise kann die Oberfläche des zumindest einen Rotationselements härter ausgebildet sein, als die Oberfläche der zumindest einen Laufrille des Laufrillenelement und/oder die Lauffläche des Laufflächenelementes. Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass sich in einem vorbestimmten Maße beim Betrieb der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung das Rotationselement in das Material des Laufrillenelementes und/oder des Laufflächenelementes einarbeitet. Dies kann zu einer plastischen Verformung in diesen Elementen führen, wodurch zum einen die Flächenbelastung an den Teilen abnimmt und zum anderen bei besonderer, dem Fachmann bekannter Auswahl der Materialien eine Kaltverfestigung im Bereich der Verformungen erfolgen kann, sodass der in diesem Maße gewünschte Verschleiß am Laufrillenelement und/oder am Laufflächenelement automatisch vermindert wird.
Um eine Information über die Drehlage des Schwenkelementes zu erhalten, kann bei der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung eine Abtastanordnung vorgesehen sein, die ein erstes an dem Laufflächenelement an einer Mantelfläche an einem vorgegebenen axialen Ort angeordnetes erstes Abtastmittel aufweist, insbesondere in Form einer umfänglich verlaufenden Bahn mit einer Mehrzahl von umfänglich beabstandeten Nocken, das mit einem an dem Käfigelement angeordneten zweiten Abtastmittel zusammenwirkt, insbesondere in Form eines kraftbeaufschlagten, bei der Drehung des Schwenkelements nacheinander an die Nocken anschlagenden Anschlagteils zur Abtastung der Drehstellung des Schwenkelements. Dabei kann der erhöhte Widerstand am Antriebsteil durch das Anschlagen der Nocken an das Anschlagsteil bei der Drehung des Schwenkelements erfasst, und zur Ermittlung der Drehlage verwendet werden. Diese Erfassung kann beispielsweise durch das Erkennen von Stromspitzen bei der Motoransteuerung durchgeführt werden.
Um den Motor zum Bewegen des Antriebsteils zu entlasten kann ein mechanisches Energiespeicherelement wie eine Spiralfeder vorgesehen sein, das am Schwenkelement und an der Karosserie des Kraftfahrzeuges angreift zur Kompensation der Gewichtskraft des Schwenkelementes. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Antriebskraft des Motors über die Spiralfeder auf das Antriebsteil eingeleitet wird, wobei dieses Antriebsteil wie obenstehend angegeben eines der Teile Laufrillenelement, Laufflächenelement oder Käfigelement sein kann.
In ähnlicher Weise kann auch vorgesehen sein, durch ein derartiges mechanisches Energiespeicherelement wie eine Spiralfeder eine kraftbeaufschlagte Fixierung der Arbeitsposition bereitzustellen. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Energiespeicherelement wie eine Spiralfeder als kraftübertragendes Element an einem motorgetriebenen Antriebselement wie einem motorgetriebenen Zahnrad und dem Abtriebsteil, insbesondere dem Laufrillenelement angreift. Hierdurch kann insbesondere erreicht werden, dass im Betrieb permanent der obenstehend beschriebene Formschluss beibehalten oder „nachgefahren” werden kann, ohne dass der Antrieb bzw. der Motor betrieben werden muss.
Insbesondere bei der Ausbildung einer axialen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher Laufrillenelement, Laufflächenelement und Käfigelement zylinder- bzw. hohlzylinderartig aufgebaut sind, kann es zweckmäßig sein, wenn das innenliegende Element, beispielsweise eine Spindel zur Bereitstellung des Laufrillenelementes, in axialer Richtung hohl ausgebildet ist zum Führen von elektrischen Versorgungseinrichtungen wie Kabel, sodass diese gegen äußere Einflüsse geschützt sind.
Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben mehrerer Ausführungsformen unter Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert, wobei
1 in einer Explosionsdarstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anhängerkupplung,
2a, b die für die Befestigung der Anhängerkupplung gemäß 1 wesentlichen Bauteile Käfigelement und Flanschplatte in einer perspektivischen Ansicht,
3a, b die Bauteile gemäß 2a, b in einer Frontansicht,
4a–d als weiteres Bauteil der Anhängerkupplung gemäß 1 ein Laufrillenelement in Form einer Spindel in einer perspektivischen Ansicht, einer Frontansicht, einer Seitenansicht sowie einer Schnittdarstellung,
5a, b das als Schwenkteil ausgebildete Laufflächenelement in einer perspektivischen Ansicht sowie einer Stirnseitenansicht,
5c das in 5a gekennzeichnete Detail A in einer vergrößerten Ansicht,
6a–c die erfindungsgemäß gestaltete Anhängerkupplung gemäß 1 im zusammengesetzten Zustand in drei unterschiedlichen Betriebspositionen in einer Schnittdarstellung,
7 in einem aufgewickelten Zustand die zusammenwirkenden Bauteile in drei Betriebsphasen, ausgehend von der Parkposition,
8 eine Darstellung ähnlich der in 7, ausgehend von der Arbeitsposition,
9a–d ein konusartiges Laufrillenelement in Form einer konusförmigen Spindel für eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anhängerkupplung, und
10, 11 in einer Explosionsdarstellung sowie im zusammengesetzten Zustand eine radiale Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anhängerkupplung in einer ersten und zweiten Perspektive
zeigt.
Der Aufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Anhängerkupplung 1 für einen Pkw in einer axialen Ausführungsform ist in 1 dargestellt. Dabei sind als wesentliche Bauteile das Schwenkelement 10, das Käfigelement 30 sowie das über einen Motor 70 zur Drehung um die Achse S antreibbare Spindel 50 umfasst. In der beschriebenen Ausführungsform sind Schwenkelement 10, Käfig 30 sowie die Spindel 50 hohlzylinderartig ausgebildet. Vom Außenmantel des hohlzylinderförmigen Schwenkelements 10 erstreckt sich zunächst etwa tangential radial nach außen ein Schwenkarm 11, der endstämmig um etwa 90° zum anfänglichen tangentialen Verlauf gekrümmt ist und eine Kupplungskugel 12 trägt, die zum Ankuppeln eines Anhängers oder eines Hecklastenträgers dient. Zur Kraftvermittlung zwischen der angetriebenen Spindel 50 und dem Schwenkelement 10 dienen Rotationselemente, die in der beschriebenen Ausführungsform als Kugeln 60 bzw. 60a, b ausgebildet sind. Jede dieser Kugeln 60a, b ist in einer zugeordneten Führungstasche 31, 31' des Käfigelements 30 aufgenommen und geführt, welche sich in der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen parallel zur Achse S erstrecken.
Die Abmessungen der Kugeln 60a, b relativ zur Dicke des Käfigs 30 im Bereich der Führungstaschen ist derart, dass diese Rotationselemente in noch näher zu erläuternden Betriebssituationen sowohl an der Außenmantelfläche der zum Käfig 30 radial innen angeordneten, angetriebenen Spindel 50 als auch an der Innenmantelfläche der Schwenkelements 10 anliegen zur Bereitstellung eines Kraftschlusses bzw. Reibschlusses zwischen der angetriebenen Spindel 50 und dem Schwenkelement 10 bzw. zur Gestaltung eines Formschlusses zwischen den genannten Bauteilen in der Arbeitsposition des Schwenkelements. Die Spindel 50 weist in der dargestellten Ausführungsform eine einzelne wendelförmige Laufrille 51 mit konstanter Steigung auf.
In der Ausführungsform gemäß 1 weist das Käfigelement 30 vier umfänglich äquidistant beabstandete Paare von Führungstaschen 31, 31' auf, die insofern auf dem Umfang des Käfigelementes um 90° versetzt sind. Jede dieser Paare von Führungstaschen 31, 31' sind identisch aufgebaut. Die in den Führungstaschen aufgenommenen und gehaltenen Kugeln 60a, b sind radial innen in der Laufrille 51 der Spirale 50 geführt bzw. die Kugeln wälzen sich daran ab. Radial außen zum Käfig berühren sie die Innenmantelfläche des Schwenkelements 10, die eine Lauffläche für die Kugeln bereitstellt, an welcher sie sich je nach Betriebssituation gleichzeitig abrollen und hierdurch das Schwenkelement in eine Schwenkbewegung versetzen.
Das über die Schnecke 71 vom Motor 70 angetriebene Schneckenrad 80 ist an seiner Innenseite mit einer sich radial innen zum Schneckenrad angeordneten Spiralfeder 90 verbunden, welche an ihrem innenliegenden Ende einen radial nach innen verlaufenden Eingriff 91b aufweist. Im zusammengesetzten Zustand greift dieser Eingriff 91b in eine komplementär ausgebildete Ausnehmung 59 im Bereich der vorderen Außenmantelfläche 58 der Spirale 50 ein zum Drehen der Spindel 50 um die Achse S. Die Befestigung von Spiralfeder 90 und Schneckenrad 80 erfolgt in der beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass ein am äußeren Ende der Spiralfeder 90 angeordneter und radial nach außen erstreckender Eingriff 91a in eine komplementär ausgebildete und am Innenmantel des Schneckenrades 80 angeordnete Ausnehmung 81 eingreift.
Die Übertragung der Betriebskräfte auf das KFZ erfolgt in der beschriebenen Ausführungsform über eine Verschraubung des Käfigs 30 mit einer Flanschplatte 100, worauf untenstehend noch näher eingegangen wird. Das Schwenkelement 10 ist über den Schraubring 95 am Käfigelement 30, das sich im zusammengesetzten Zustand teilweise durch die Öffnung 101 der Flanschplatte 100 erstreckt, befestigt. Die Befestigung des Käfigelements 30 mit der Flanschplatte 100 erfolgt über den Schraubring 96, der auf das Gewinde 35a aufdrehbar ist. Der Pressring 97 verhindert im zusammengesetzten Zustand der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung eine axiale gegenseitige Verschiebbarkeit von Spindel 50 und Käfigelement 30.
Die in der Darstellung der 1 links zur Flanschplatte 100 im zusammengesetzten Zustand sich erstreckenden Teile bzw. Abschnitte der beschriebenen Bauteile werden durch die Abdeckung 109 geschützt.
Um zu verhindern, dass in einem Fehlerfall, beispielsweise im Bereich des Schneckenantriebes, insbesondere durch den Bruch der Spiralfeder 90, die Spindel 50 sich aufgrund der auftretenden Betriebskräfte aus der eingestellten Arbeitsposition herausbewegt, ist in der beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung ein Sicherungssystem vorgesehen. Dieses Sicherungssystem umfasst ein federbeaufschlagtes Betätigungselement 98, das im zusammengesetzten Zustand der Anhängerkupplung zumindest abschnittsweise innerhalb der Wandung des Käfigelementes 30 und benachbart zu einer der Führungstaschen, z. B. die Führungstasche 31 verläuft. In diesem Bereich weist das Betätigungselement 98 endstämmig eine Ausnehmung 98b auf, die einer Sperrkugel 99 zugeordnet ist. Diese Sperrkugel 99 kann durch eine in den Figuren nicht dargestellte Öffnung in einer die Tasche 31 begrenzende Begrenzungsfläche 32c oder 32d (siehe 2a) in das Innere der Führungstasche 31 durch Drehen des Betätigungselementes 98 parallel zur Achse S eingeführt werden, wodurch die Bewegung des Rotationselementes 60a in der Laufrille 51 der Spindel 50 und der Führungstasche 31 des Käfigelementes 30 blockiert ist. Diese Blockade stellt die Grundstellung des Sicherungssystems dar, welche durch eine Betätigung des Betätigungselementes 98 über den Hebel 98a, welcher über eine nicht dargestellte Rampensteuerung mit dem Motor 70 zusammenwirkt, bei Drehung des Motors in vorgegebener Weise aufgehoben wird, beispielsweise ein- oder zweimal pro Umdrehung der Motorwelle des Motors 70. Durch diese Betätigung des Betätigungselementes wird insofern motorgesteuert der Weg für das Rotationselement 60a periodisch freigegeben zur beschriebenen Bewegung der Kugel 60a auf der Spindel sowie auf der Lauffläche des Schwenkelements 10 in die Arbeitsposition der Anhängerkupplung. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass beim Ausfall des Schneckenantriebes die Arbeitsposition beibehalten wird.
Die Befestigung der Anhängerkupplung an der Flanschplatte 100 sowie der detaillierte Aufbau des Käfigelements 30 wird mit Bezug auf die 2a, b und 3a, b näher erläutert. Das hohlzylinderförmige Käfigelement 30 weist im Bereich seiner motorseitigen Stirnfläche 36 einen radialen Außenmantelabschnitt 34 mit Abkantungen 34a auf, die mit der Begrenzungsfläche 105 der Öffnung 101 der Flanschplatte 100 sowie den Abkantungen 105a korrespondieren. Somit kann das Käfigelement, wie in der Figur dargestellt, zur Flanschplatte axial orientiert und dann in die Öffnung 101 der Flanschplatte mit vorgegebener Orientierung eingeführt werden. Auf diese Weise kommt der umfängliche Außenmantelabschnitt 34 zur Anlage mit der Begrenzungsfläche 105 der Öffnung 101 und gleichzeitig der radiale Anlageflansch 37 des Käfigelements zur Anlage an der Flanschplatte 100. Durch den beschriebenen Formschluss zwischen Flanschplatte und Käfigelement in Umfangsrichtung ist die Übertragung von rotatorischen Kräften auf das Käfigelement in die Karosserie des Kraftfahrzeuges sichergestellt, da die Flanschplatte in nicht dargestellter Weise an einem Querträger des Kraftfahrzeuges verschweißt ist. In axialer Richtung erfolgt die Befestigung zwischen Käfigelement 30 und Flanschelement 100 durch Aufschrauben des Schraubrings 96 auf das Stirnseitengewinde 35a, siehe 1, sodass der Schraubring 96 an der dem Flansch 37 gegenüber liegenden Seite am Öffnungsrand der Flanschplatte 100 anliegt.
In der beschriebenen Ausführungsform ist die Innenmantelfläche 33 des Käfigelements 30 vollkommen zylindrisch aufgebaut und weist vier Paare von Mantelausnehmungen auf, die hier als Führungstaschen 31, 31' bezeichnet sind. Die Anordnung der Führungstaschen auf den Umfang des Käfigelements ist äquidistant, sodass benachbarte Führungstaschenpaare jeweils um 90° auf dem Umfang versetzt sind.
Die Taschen 31, 31' weisen jeweils eine etwa rechteckige Grundfläche auf, wobei die kurzen Seiten abgerundet sind. Die wesentliche Erstreckungskomponente liegt hier axial und beträgt etwa das zwei- bis dreifache der Erstreckung in Umfangsrichtung. Alle Ausnehmungen bzw. Taschen des Käfigelements sind geschlossen und werden durch jeweilige Begrenzungsflächen 32a–d bzw. 32'a–d festgelegt. Die beiden Taschen eines Taschenpaars sind in Bezug auf die axiale Erstreckung etwas zueinander verkippt, worauf untenstehend noch näher eingegangen werden soll.
Im Bereich der Stirnfläche, welche der Stirnfläche 36 gegenüberliegt, ist am Außenmantel ein weiteres Gewinde 35b vorgesehen, über welches das Käfigelement 30 axial mit dem Schwenkelement 10 verbunden wird, sodass Käfigelement und Schwenkelement in axialer Richtung S zueinander fest angeordnet sind. Hierzu dient der Schraubring 95, der gegen das stirnseitige Ende des Schwenkelements 10 drückt und auf das Gewinde 35b aufgeschraubt ist, siehe 1.
Die 4a–d zeigen die Gestaltung der im Zusammengesetzten Zustand der Anhängerkupplung radial innen liegenden Spindel 50 der Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anhängerkupplung gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht, einer Vorderansicht, einer Seitenansicht sowie einer Schnittdarstellung. Zur Aufnahme und Führung der kraftvermittelnden Rotationselemente, die hier als Kugeln 60a, b ausgebildet sind, weist die Spindel in der beschriebenen Ausführungsform eine Laufrille 51 mit konstanter Steigung an dem Außenmantel des als Hohlzylinder ausgebildeten Bauteils auf. Wie insbesondere aus der Querschnittsdarstellung der 4d hervorgeht, ist der Rillengrund 53 sphärisch gestaltet und geht in die beiden Flanken 52a, b zur Festlegung der Laufrille 51 über. In dieser Ausführungsform ist die Gestaltung der Laufrille in Querrichtung über ihre gesamte wirksame Erstreckung konstant und ändert sich nicht. „Wirksame Erstreckung” meint hier die Erstreckung, innerhalb welcher ein Rotationselement im Betrieb der Anhängerkupplung geführt ist. An der Schwenkelement-seitigen Stirnseite der Spindel 50 ist eine axial verlaufende Rille 55 vorgesehen zur Aufnahme eines O-Rings zur Abdichtung zwischen Laufrillenelement 50 und Schwenkelement, das hier als Laufflächenelement ausgebildet ist.
Durch die Ausführung der Spindel als Hohlzylinder kann deren Innenraum zum Führen der elektrischen Versorgung dienen, worauf im Folgenden nicht näher eingegangen werden muss.
Die 5a und 5b zeigen den Aufbau des Schwenkelements 10 in einer perspektivischen Ansicht sowie einer Frontansicht, wobei 5c das in 5a bezeichnete Detail A in einem vergrößerten Maßstab angibt.
An der Innenmantelfläche der zylinderrohrartigen Grundform des Schwenkelements 10 sind in axialer Richtung aufeinanderfolgend unterschiedliche Laufflächenabschnitte gestaltet, die sich jeweils nicht notwendigerweise über den gesamten Umfang des Innenmantels erstrecken müssen. Etwa axial mittig ist ein zylindrischer Laufflächenabschnitt 16 angeordnet, in welchem in der beschriebenen Ausführungsform die Kugeln 60a, b zur Vermittlung eines Kraftschlusses zwischen Spindel 50 und Schwenkelement 10 bei der motorgetriebenen Drehung der Spindel durch den Motor abrollen und das Schwenken des Schwenkelements 10 vermitteln bzw. verursachen. Ausgehend von diesem zylindrischen Laufflächenabschnitt 16 in der Figur axial nach unten ist ein rampenförmiger Laufflächenabschnitt 15 vorgesehen, der sich hier an den Laufflächenabschnitt 16 in axialer Richtung anschließt. Dieser Rampenabschnitt 15 zeichnet sich dadurch aus, dass er sich ausgehend von dem zylindrischen Abschnitt 16 rampenförmig erstreckt, derart, dass er einen geringeren Abstand zur Achse S aufweist als der Laufflächenabschnitt 16 wodurch ein stärkerer Kraftschluss zwischen Spindel 50 und Schwenkelement 10 bereitgestellt wird zum Fixieren der Parkposition des Schwenkelements. In einer anderen Ausführungsform kann der rampenförmige Laufflächenabschnitt auch in axialer Richtung bogenförmig gestaltet sein, derart, dass wiederum mit zunehmendem axialem Abstand zum zylindrischen Laufflächenabschnitt 16 der Abstand der Manteloberfläche zur Achse S abnimmt.
Auf der zum Rampenabschnitt gegenüber liegenden Seite des zylindrischen Laufabschnittes 16 ist in axialer Richtung auf letzterem folgend ein Laufflächenabschnitt 17 zur Einstellung der Arbeitsposition des Schwenkelements vorgesehen. Die Laufflächenabschnitte 16 und 17 können identisch aufgebaut sein, insbesondere zylinderförmig und mit gleichem radialen Abstand zur Achse S. Am axialen Ende des Abschnitts 17 sind jeweils Paare von kalottenförmigen Ausnehmungen 18a, b eingearbeitet, die in noch zu beschreibender Art einen Formschluss zwischen den in einer Schwenkphase zueinander bewegten Teilen ermöglichen.
Wie aus 5a hervorgeht, weist die Innenmantelfläche des Schwenkelements 10 darüber hinaus eine an einem vorgegebenen axialen Ort über einen Umfangsabschnitt eine weitere Laufrille 20 auf, die zur Ermittlung der Drehposition bzw. zum Erkennen des Erreichens der Park- oder der Arbeitsposition des Schwenkelements dient. Hierzu kann das Käfigelement ein Abtastmittel in Form eines federbelasteten Anschlagteils wie einer Kugel aufweisen, die in der Laufrille des Schwenkelements 10 geführt ist. Sobald das Anschlagteil sequentiell in die zueinander beabstandeten Nocken 21, siehe 5c, gerät, erhöht sich der Drehwiderstand für den Motor, was elektronisch erfassbar ist. In ähnlicher Weise kann am anderen Ende der Laufrille das Erreichen der zweiten Endposition, d. h. Arbeits- oder Parkposition detektiert werden.
Die verschiedenen Betriebsphasen der mit Bezug auf die Figuren beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung werden unter Bezug auf die Schnittdarstellungen der 6a bis 6c näher erläutert. 6a zeigt die relative geometrische Anordnung von Schwenkelement 10, Käfigelement 30, Spindel 50 und zwei der zwischen Schwenkelement und Spindel angeordneten und in der Schnittdarstellung sichtbaren Kugeln 60a im Falle der Arbeitsposition, 6b in einer Schwenkphase und 6c in der Situation, bei welcher sich das Schwenkelement in der Parkposition befindet.
Zunächst sei auf die Schwenkphase gemäß 6b eingegangen, bei welcher die Kugeln 60a einen Reibschluss zwischen der angetriebenen Spindel 50 und dem Schwenkelement 10 vermitteln. Die Spindel 50 wird wie obenstehend erläutert motorisch über das Schneckenrad 80 zum Schwenken um die Achse S angetrieben. Dabei sind die Kugeln 60a, b zur Spindelseite in der wendelförmigen Laufrille 51 zwangsgeführt, d. h. durch die Drehung der Spindel 50 werden die Kugeln je nach Drehrichtung der Spindel axial zur Flanschplatte 100 hinbewegt oder von dieser wegbewegt. Gleichzeitig rollen sie in der Laufrille ab, wobei durch den Reibschluss zwischen den Kugeln und dem Käfigelement 50 sowie dem Schwenkelement 10 das Schwenkelement in entgegen gesetzter Richtung zur Drehrichtung der Spindel schwenkt. Wie aus den Figuren hervorgeht, liegen die Kugeln in der beschriebenen Ausführungsform, durch Anpassung der Rillenform bzw. des Rillengrundes an den Krümmungsradius der Kugeln 60a, b, flächig an der Spindel an.
Erkennbar ist der Laufflächenabschnitt 16 des Schwenkelements, in welchem sich die Kugeln 60a, b während der Schwenkphase des Schwenkelements befinden, rein zylinderförmig gestaltet, während sich axial daran der Rampenabschnitt 15 anschließt, in welchem durch den verminderten Abstand zur Achse S zum Fixieren der Parkposition ein größerer Kraftschluss zwischen Spindel und Schwenkelement 10 durch die Kugeln 60a, b vermittelt wird. Diese Situation ist in 6c dargestellt, wobei der verstärkte Reibschluss zwischen Kugeln und Schwenkelement grafisch durch eine besondere Strichmarkierung angegeben ist.
Wird die Spindel ausgehend von der in 6b gezeigten Position nicht zum Erreichen der in 6c angegebenen Parkposition, sondern in umgekehrter Richtung gedreht bzw. geschwenkt, bewegen sich die Kugeln in der Laufrille 51 auf die Flanschplatte 100 zu. 6a zeigt das Erreichen der Arbeitsposition, in welcher in der beschriebenen Ausführungsform durch die Kugeln 60a, b ein Formschluss zwischen den Teilen Schwenkelement 10, Spindel 50 und Käfigelement 30 eingestellt wird, dass die Kugeln 60a, 60b in jeweils zugeordnete kalottenartige Ausnehmungen 18, 18b an der Innenmantelfläche des Schwenkteils 10 eingedrückt werden, siehe auch die 5a, 5b.
Mit Bezug auf die 7, 8 werden im Folgenden weitere Details bezüglich des mechanischen Wechselwirkens von Schwenkelement, Käfigelement, Spindel sowie Rotationselementen in den verschiedenen Betriebsphasen erläutert. 7 zeigt für drei Betriebssituationen, projiziert auf die aufgewickelte Spindelebene, die relative Lage von Spindellaufrille 51, Führungstaschen 31, 31' sowie Kalotten A, B und Kugeln 60a, b, wobei in der ersten Zeile die Parkposition des Schwenkelements 10, in der zweiten Zeile das Schwenken des Drehelements 10 durch das Drehen der Spindel 50 in entgegen gesetzter Schwenkrichtung und in der dritten Zeile die Betriebssituation der Arbeitsposition zeigt. Aus den Figuren geht insbesondere hervor, dass die beiden Führungstaschen 31, 31' in Bezug auf ihre Begrenzungsflächen 32c, 32'c, 32d, 32'd geringfügig zueinander verkippt sind, sodass die jeweilige Taschen eines Taschenpaars nicht parallel zueinander verlaufen, sondern leicht schräg zueinander mit einer Verkippung von wenigen Grad. Erkennbar liegen in der gezeigten entriegelten Parkposition alle Kugeln 60a, b an der einen Flanke 52a der Laufrille 51 an. Wie obenstehend erläutert, weist die Lauffläche am Schwenkelement 10 für die Parkposition in dem Laufabschnitt 15 einen verminderten Abstand zur Achse S auf, sodass ein erhöhter Reibschluss zwischen Schwenkelement und Spindel durch die Kugeln 60a, b vermittelt wird zum Fixieren des Schwenkelements in der Parkposition.
Die in der mittleren Zeile gezeigte Schwenksituation zeichnet sich dadurch aus, dass die Kugeln 60a, b nun gegen die Begrenzungsflächen 32d, 32d' der jeweiligen Führungstasche 31, 31' drücken, sodass die Kugeln 60a, b sowohl durch die Laufrille 52a als auch durch die Grenzflächen 32d, 32'd geführt sind. Aufgrund des Umstandes, dass sich das Käfigelement 30 radial außen zur Spindel 50 angeordnet ist, liegen die in der zweiten Zeile gekennzeichneten Berührungspunkte bzw. -flächen nicht in einer Ebene, sondern sind radial zueinander versetzt bzw. liegen senkrecht zur Zeichnungsebene versetzt.
In der dritten Zeile der 7 ist nach Durchfahren der gesamten Schwenkphase die Arbeitsphase erreicht, bei welcher das Schwenkelement durch Einstellung eines Formschlusses zwischen den zueinander bewegten Teilen fixiert ist. Dabei ist die jeweilige Kugel 60a, b in eine Kalotte 18a, b eingeschoben (siehe auch 5a, b). Erkennbar liegen alle Kugeln an der Flanke 52a der Rille 51, an den Begrenzungsflächen 32c, 32c' der Taschen 31, 31' sowie einer Begrenzungsfläche der jeweiligen Kalotte 18a, 18b an. In der angegebenen Situation werden die Kugeln durch die Anlage an der Flanke 52a zur Beibehaltung des Formschlusses in die jeweilige Kalotte 18a, 18b hineingedrückt. Wie oben erläutert, kann bei ausgeschaltetem Antriebsmotor beispielsweise ein mechanischer Energiespeicher wie eine an der Spindel angreifende Spiralfeder eingesetzt werden, um eine permanente Kraft über die Flanke 52a auf die Kugeln zu erzeugen, um diese in der Arbeitsbetriebsphase der Anhängerkupplung in der Kalotte 18a, b zu halten. Wie in der Situation zur zweiten Zeile geschildert, liegen die Berührungslinien bzw. -punkte auch in der in der dritten Zeile angegebenen Situation radial beabstandet zueinander.
8 zeigt die mit Bezug auf 7 diskutierten Betriebssituationen mit dem Unterschied, dass die Spindel in entgegen gesetzter Richtung gedreht wird. Dabei ist in der ersten Zeile die Arbeitsposition entriegelt dargestellt, die zweite Zeile zeigt wiederum eine Schwenkphase des Schwenkelements 10 und die dritte Zeile das „Einfahren” des Schwenkelements in die Parkposition. Erkennbar liegen die den Kraftschluss zwischen Spindel und Schwenkelement vermittelten Kugeln im Unterschied zu den Betriebssituationen gemäß 7 nicht an der Flanke 52a der Rille 51 an, sondern aufgrund der umgekehrten Drehrichtung der Spindel an der gegenüber liegenden Flanke 52b. Hierdurch wird ersichtlich, dass bei der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung durch Zwangsführung der Kugeln die jeweilige Betriebssituation aktiv angefahren bzw. beendet werden kann.
9 zeigt eine konische Spindel 50' für eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher im Betrieb die Rotationselemente nicht rein axial (und natürlich auch in umfänglicher Richtung) bewegt werden, sondern zusätzlich auch in radialer Richtung. Da die Spindel 50' in dieser Ausführungsform bis auf den konusförmigen Querschnitt identisch wie die Spindel 50 aufgebaut sind, sind alle Bezugszeichen gleich verwendet, nur gestrichen angegeben. Der Fachmann erkennt, dass die weiteren wesentlichen Bauteile, namentlich das Käfigelement und das Schwenkelement an die konische Grundstruktur der Spindel anzupassen sind, darüber hinaus bleibt der grundsätzliche Aufbau identisch zu dem der vorhergehenden 1–8.
Eine weitere Ausführungsform einer Anhängerkupplung ist in den 10, 11 angegeben, wobei beide Figuren die Anhängerkupplung in einer Explosionsdarstellung sowie im zusammengesetzten Zustand unter unterschiedlichen Perspektiven zeigen. Dargestellt ist eine radiale Ausführungsform, umfassend als wesentliche Bestandteile ein plattenförmiges Schwenkelement 110, das an einer Seite den Schwenkarm 111 mit aufgesetzter Kupplungskugel 112 trägt. Ferner ist ein plattenförmiges Käfigelement 130 umfasst, das umfänglich beabstandet in der beschriebenen Ausführungsform 6 radial verlaufende Führungstaschen 131 aufweist, in welchen die Kugeln 160 geführt sind. Das Laufrillenelement 150 ist wiederum plattenförmig ausgebildet, wobei es zur Seite des Käfigelements 130 als Laufrille eine konzentrische Spiralbahn 151 trägt, welche durch die Flanken 152a, 152b festgelegt ist. Alle Bauteile 110, 130 und 150 sind wiederum koaxial in Bezug auf die Achse S im zusammengesetzten Zustand angeordnet, derart, dass die Kugeln 160 jeweils in einer Führungstasche 131 des Käfigelementes 130 radial geführt sind. Die Rotationselemente liegen zur Vermittlung eines Kraftschlusses in einer Schwenkphase des Schwenkelements 110 sowohl an der Spiralbahn 151 des Laufrillenelementes als auch an der zugeordneten Laufbahn 116 des Schwenkelementes 110 an. In ähnlicher Weise wie obenstehend für die vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen erläutert, kann auch bei der Ausführungsform gemäß den 10, 11 entweder das Laufrillenelement 150 oder das Käfigelement 130 motorgetrieben zur Drehung um die Achse S angeordnet sein, um das Schwenkelement 110 beispielsweise ausgehend von einer Parkposition in einer Arbeitsposition zu schwenken. Das Laufflächenelement 110 weist für diese Schwenkphase eine ebene Lauffläche 116 auf, während sowohl für die Parkposition als auch für die Arbeitsposition in dieser Ausführungsform Kalotten 118, 119 vorgesehen sind, in welche die Kugeln 160 in ähnlicher Weise wie für die vorstehenden Ausführungsformen beschrieben, zur Gestaltung eines Formschlusses zwischen den einzelnen Bauteilen der Anhängerkupplung durch entsprechendes Anliegen an den innenseitigen Begrenzungsflächen der Führungstaschen 131 und/oder der Flanken 152a, 152b „eingefahren” bzw. zur Aufhebung des Formschlusses „ausgefahren” werden. Wie aus den Figuren ersichtlich, zeichnet sich die Ausführungsform durch eine in axialer Richtung extrem kompakte Bauform aus.
Bezugszeichenliste

1, 1': Anhängerkupplung
10: Schwenkelement
11: Schwenkarm
12: Kupplungskugel
15: rampenförmiger Laufflächenabschnitt
16: zylindrischer Laufflächenabschnitt
17: Laufflächenabschnitt zur Einstellung der Arbeitsposition
18a, b: Kalotte
20: Laufrille
21: Nocken
31, 31': Führungstasche
32a, b, c, d: Begrenzungsfläche
32'a, b, c, d: Begrenzungsfläche
33: Innenmantelfläche
34: radialer Außenmantelabschnitt
34a: Abkantung
35a, b: Stirnseitengewinde
36: Stirnfläche
37: radialer Anlageflansch
50: Spindel
51: Laufrille
52a, b: Flanke
53: Rillengrund
55: Gewinde
56: Stirnfläche
58: Außenmantelabschnitt
59: Ausnehmung
60a, b: Rotationselement, Kugel
70: Motor
71: Schnecke
80: Schneckenrad
81: Ausnehmung
90: Spiralfeder
91a, b: Eingriff
95, 96, 97: Schraubring
98: Betätigungselement
98a: Hebel
98b: Ausnehmung
99: Sperrkugel
100: Flanschplatte
101: Öffnung
105: Begrenzungsfläche
105a: Abkantung
109: Abdeckung
110: Schwenkelement
111: Schwenkarm
112: Kupplungskugel
116: ebene Lauffläche
118, 119: Kalotte
130: Käfigelement
131: Führungstasche
150: Laufrillenelement
151: Spiralbahn
152a, b: Flanke
160: Kugel
A: Detail
S: Achse

Claims

Anhängerkupplung (1, 1') für ein Kraftfahrzeug, mit – einem Kupplungsarm (11, 111), der an seinem freien Ende eine Kupplungskugel (12, 112) trägt zum Ankuppeln eines Anhängers oder eines Hecklastenträgers, wobei der Kupplungsarm (11, 111) drehbar um eine Schwenkachse (S) zur Einstellung zumindest einer Arbeitsposition und einer Parkposition gelagert ist, – einem Käfigelement (30, 130) mit zumindest einer Führungstasche (31, 31', 131) zum Aufnehmen und Führen eines Rotationselementes (60a, b, 160); – einem Laufrillenelement (50, 150) mit zumindest einer wendel- oder spiralartigen Laufrille (51, 151) für das Rotationselement und – einem Laufflächenelement zur Bereitstellung einer Lauffläche (15, 16, 17, 116) für das Rotationselement, wobei das Laufrillenelement (50, 150), das Käfigelement (30, 130) oder das Laufflächenelement als Schwenkelement (10, 110) ausgebildet ist, das drehbar um die Schwenkachse (S) angeordnet ist und den Kupplungsarm (11, 111) trägt, und wobei Käfigelement (30), Laufrillenelement (50, 150) und Laufflächenelement koaxial und so zueinander ausgerichtet sind, dass das zumindest eine Rotationselement (60a, b, 160) sich gleichzeitig in der zumindest einen Laufrille (51, 151) des Laufrillenelement und der Lauffläche (15, 16, 17, 116) des Laufflächenelement abwälzt.
Anhängerkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Käfigelement (30, 130), Laufrillenelement (50, 150) und Laufflächenelement zueinander in axialer Richtung im Betrieb unveränderlich ist.
Anhängerkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schwenkphase zwischen Arbeitsposition und Parkposition des Schwenkelements (10, 110), in einer Betriebsphase zur Einstellung der Parkposition und/oder in einer Betriebsphase zur Einstellung der Arbeitsposition durch das Abwälzen des zumindest einen Rotationselementes (60a, b, 160) in der zumindest einen Laufrille (51, 151) des Laufrillenelement (50, 150) und der Lauffläche (15, 16, 17, 116) des Laufflächenelement ein Kraftschluss zwischen Laufrillenelement und Laufflächenelement zur Drehung des Schwenkelementes (10, 110) zwischen zumindest zwei Drehpositionen eingerichtet ist.
Anhängerkupplung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eines der drei Elemente Laufrillenelement (50, 150), Käfigelement (30, 130) und Laufflächenelement als motorgetriebenes Antriebsteil das als Abtriebsteil angeordnete Schwenkelement (10, 110) über den durch das zumindest eine Rotationselement (60a, b, 160) bereitgestellten Kraftschluss zwischen Laufrillenelement (50, 150) und Laufflächenelement zur Drehung um die Schwenkachse (S) in eine vorgegebene Drehrichtung bewegt.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Betriebszustände des Schwenkelementes (10, 110) der Anhängerkupplung sequentiell durch Bewegen des zumindest einen Rotationselementes (60a, b, 160) in der zumindest einen Laufrille (51, 151) des Laufrillenelementes einstellbar sind durch Wechselwirken des in der zumindest einen Laufrille des Laufrillenelementes und der Führungstasche (31, 31', 131) des Käfigs (30, 130) geführten Rotationselementes (60a, b, 160) mit dem Laufflächenelement.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfigelement (30, 130) zwischen Laufrillenelement (50, 150) und Laufflächenelement angeordnet ist und sich das zumindest eine Rotationselement (60a, b, 160) zur Anlage an das Laufrillenelement (50, 150) und an das Laufflächenelement durch das Käfigelement (30, 130) hindurch erstreckt.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfigelement (30, 130) zur Übertragung der Betriebskräfte fest mit einer Flanschplatte (100) verbunden ist, welche mit einem Querträger des Kraftfahrzeuges verbindbar ist.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfigelement (30, 130) eine Mehrzahl von axial oder umfänglich beabstandeten Führungstaschen (31, 31') aufweist zur jeweiligen Aufnahme und Führen eines Rotationselements (60a, b, 160), das in der Schwenkphase zur Bereitstellung eines Reibschlusses zwischen Laufrillenelement (50, 150) und Laufflächenelement an diesen abrollt.
Anhängerkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfigelement (30, 130) zumindest drei Führungstaschen (31, 31') zur jeweiligen Aufnahme eines Rotationselements (60a, b, 160) aufweist, die symmetrisch um die Achse (S) angeordnet sind.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfigelement (30, 130) radial innenliegend zu einem der beiden Elemente Laufrillenelement (50, 150) und Laufflächenelement und radial außenliegend zu dem anderen der beiden Elemente angeordnet ist.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrillenelement mit zumindest abschnittsweiser, wendelartiger Laufrille als Spindel (50) ausgebildet ist, bei welcher die Laufrille (51) am Außenmantel verläuft, dass das Käfigelement (30) als Hohlzylinder mit zumindest einer Mantelausnehmung (31, 31') zur Aufnahme und zum Führen des zumindest einen Rotationselementes ausgebildet ist, wobei der Hohlzylinder koaxial und radial außen zur Spindel (50) angeordnet ist und das Schwenkelement (10) als Gehäusehülse ausgebildet ist, die an ihrem Innenmantel die Lauffläche für das Rotationselement (60a, b) aufweist.
Anhängerkupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (50) als motorgetriebenes Antriebsteil ausgebildet ist.
Anhängerkupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfigelement (30) als motorgetriebenes Antriebsteil ausgebildet ist.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Arbeitsposition durch das zumindest eine Rotationselement (60a, b, 160) ein Formschluss gesteuert wird.
Anhängerkupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Arbeitsposition das zumindest eine Rotationselement (60a, b) an einer der beiden Flanken (52a, b) der zumindest einen Laufrille (51) des Laufrillenelementes, an einer Begrenzungsfläche einer Führungstasche (31, 31') des Käfigs (30) und an einer Innenfläche einer kalottenartigen Gestaltung (18a, b) am Laufflächenelement anliegt.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung und/oder die Breite der zumindest einen Laufrille (51, 151) an der Mantelfläche der Spindel (50) in axialer Richtung zur Einstellung unterschiedlicher Arbeitsphasen variiert.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufflächenelement an einer Mantelfläche zur Bereitstellung einer Lauffläche für das zumindest eine Rotationselement axial nacheinander folgend zumindest mehrere Bereiche (15, 16, 17) aufweist in Form eines Bereichs mit sich verminderndem Abstand zur Achse, eines Bereichs mit konstanten Abstand zur Achse und/oder eines Bereichs mit taschenförmigen Aufnahmen zur Bereitstellung eines Formschlusses für das zumindest eine Rotationselement (60a, b).
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des zumindest einen Rotationselements (60a, b, 160) härter als die zumindest eine Laufrille (51, 151) des Laufrillenelementes (50, 150) und/oder die Lauffläche (15, 16, 17, 160) des Laufflächenelementes ausgebildet ist.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtastanordnung vorgesehen ist umfassend ein erstes an dem Laufflächenelement an einer Mantelfläche an einem vorgegebenen axialen Ort angeordnetes erstes Abtastmittel in Form einer umfänglichen Laufrille (20) mit einer Mehrzahl von umfänglich beabstandeten Nocken (21), das mit einem an dem Käfigelement (30) angeordneten zweiten Abtastmittel in Form eines kraftbeaufschlagten, bei der Drehung des Schwenkelements nacheinander an die Nocken anschlagenden Anschlagteils zusammenwirkt zur Abtastung der Drehstellung des Schwenkelements.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch ein mechanisches Energiespeicherelement wie eine Spiralfeder, das am Schwenkelement und an der Karosserie des Kraftfahrzeuges angreift zur Kompensation der Gewichtskraft des Schwenkelementes.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch ein mechanisches Energiespeicherelement wie eine Spiralfeder (90), das am Antriebselement und am Laufrillenelement angreift zur kraftbeaufschlagten Fixierung der Arbeitsposition.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innenliegende Element (50), in axialer Richtung hohl ausgebildet ist.