DE102015214278A1

DE102015214278A1 - Anhängerkupplung mit gebautem Kugelzapfen

Info

Publication number: DE102015214278A1
Application number: DE102015214278.7A
Authority: DE
Inventors: Hermann Frye; Volker Grube; Klaus Haskamp; Florian Bäumer; Michael Schwab; Martin Hoffmann; Henner Aßmann; Michael Spiekermann; Robert Acres
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Anhängerkupplung (50) mit einem, insbesondere mehrteilig ausgebildeten, Kugelhals (16), an dessen einem Ende eine Kupplungskugel (14) zur Aufnahme einer Zugkupplung (17) eines Anhängers ausgebildet ist, wobei der Kugelhals (16) einen ersten zugfahrzeugseitigen Abschnitt (16.1) aufweist an den ein zweiter, durch einen Kugelzapfen (15) gebildeten, Abschnitt (16.2) angeordnet ist, wobei der Kugelzapfen (15) an dessen von dem ersten Abschnitt (16.1) abgewandten Ende ein Kupplungskugelunterteil (15a) aufweist, an den sich ein Kupplungskugeloberteil (14a) anschließt, wobei das Kupplungskugeloberteil (14a) durch Formschluss verdrehsicher gegenüber dem Zapfen (15) montierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anhängerkupplung, mit einem, insbesondere mehrteilig ausgebildeten, Kugelhals, an dessen einem Ende eine Kupplungskugel zur Aufnahme einer Zugkupplung eines Anhängers ausgebildet ist, wobei der Kugelhals einen ersten fahrzeugseitigen Abschnitt aufweist, an den ein zweiter, durch einen Zapfen gebildeter, Abschnitt angeordnet ist, wobei der Zapfen an dessen von dem ersten Abschnitt abgewandten Ende ein Kupplungskugelunterteil aufweist, an den sich ein Kupplungskugeloberteil anschließt. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Zapfen für eine Anhängerkupplung, einen Nutstein zur Aufnahme in einen Zapfen für eine Anhängerkupplung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Anhängerkupplung nach den unabhängigen Patentansprüchen.
Damit eine Anhängerkupplung die Bedingungen hinsichtlich der Betriebsfestigkeit im Anhängerbetrieb erfüllen kann, sind herkömmliche, einfache Anhängerkupplungen zumeist einstückig ausgebildet und bestehen aus einem Kugelhals, der einenends bzw. fahrzeugseitig mit einem Querträger schwenkbar, lösbar oder unlösbar verbunden ist. Der Querträger wird über weitere Bauteile, zumeist Längsträger, mit der Karosserie des Zugfahrzeugs verbunden. Anderenends weist der Kugelhals eine Kupplungskugel auf, die im Regelfall ein Normmaß, beispielsweise einen Durchmesser von 50 mm, aufweist. Der Kugelhals mit der Kugel ist zumeist als Schmiedeteil hergestellt. Zur Winkelerfassung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger wird wenigstens ein Sensor zur Winkelerfassung benötigt, um den Winkel, auch Knickwinkel genannt, zwischen Zugfahrzeug und dem Anhänger zu ermitteln, wenn eine Zugkupplung des Anhängers auf der Kupplungskugel drehbar gelagert und mittels eines Verschlussstücks auf der Kupplungskugel gesichert ist. Das Verschlussstück verhindert, dass sich die Kupplungskugelaufnahme von der Kupplungskugel lösen kann.
Aus der DE 10 2010 033 641 A1 ist eine Anhängerkupplung für ein Zugfahrzeug bekannt, bei der innerhalb der Kupplungskugel eine Messsensorik verbaut ist. Die Messsensorik besteht aus einem in einer Nut der Kupplungskugel drehbar gelagerten Mitnehmerring, der durch die Zugkupplung durch Reibschluss mitgedreht wird und dient zur Ermittlung des Knickwinkels. Damit die Sensorik einfach in die Kupplungskugel eingebaut werden kann, ist ein Zapfen mit einem Kugelansatz vorgesehen, der durch eine Kugelkappe nach Montage mit dem Zapfen zu einer vollständigen Kugel komplettiert wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Anhängerkupplung bereitzustellen, bei der zum einen die Knickwinkelsensorik einfach montierbar ist, zum anderen mit einer herkömmlichen Anhängerkupplung nutzbar ist. Neben einer kostengünstigen Montage bzw. Anhängerkupplungseinheit insgesamt muss die Anhängerkupplung auch den gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich der Betriebsfestigkeit genügen.
Diese Aufgabe wird durch eine Anhängerkupplung bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anhängerkupplung nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Neben den zur Herstellung der Anhängerkupplung notwendigen Bauteilen Zapfen und Nutstein, denen jeweils ein unabhängiger Anspruch gewidmet ist, sind bevorzugte Weiterbildungen der Anhängerkupplung und des Verfahrens in den Unteransprüchen angegeben.
Um die Kupplungskugel des zuvor genannten Kugelhalses mit einem Sensor auszustatten, wäre ein nicht unerheblicher Aufwand notwendig. Der einstückige Kugelhals müsste in eine Vorrichtung eingespannt werden, um eine spanende Bearbeitung zu ermöglichen, damit ein Sensor oder eine Sensorik zur Knickwinkelerfassung in die mit der spanenden Bearbeitung geschaffenen Freiräume eingebaut werden kann. Die gesetzlichen Vorgaben an die Betriebsfestigkeit dürfen dabei durch die spanende Bearbeitung nicht unterschritten werden.
Erfindungsgemäß ist eine Anhängerkupplung mit einem, insbesondere mehrteilig ausgebildeten, Kugelhals vorgesehen, an dessen einem Ende eine Kupplungskugel zur Aufnahme einer Zugkupplung eines Anhängers ausgebildet ist. Der Kugelhals weist einen ersten zugfahrzeugseitigen Abschnitt auf, an den ein zweiter, durch einen Zapfen gebildeten Abschnitt angeordnet ist, wobei der Zapfen an dessen von dem ersten Abschnitt abgewandten Ende ein Kupplungskugelunterteil aufweist, an den sich ein Kupplungskugeloberteil anschließt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungskugeloberteil durch Formschluss verdrehsicher gegenüber dem Zapfen montierbar bzw. befestigt ist. Wenn das Kupplungskugeloberteil mit dem Zapfen montiert wurde, ergibt sich dadurch eine Kugel, wie diese bei üblichen Anhängerkupplungen vorgesehen ist. Damit ist sichergestellt, dass übliche Zugkupplungen von Anhängern mit der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung verwendet werden können. Eine zusätzliche Änderung der Zugkupplung ist nicht notwendig. Durch den Formschluss zwischen Kupplungskugeloberteil und dem Zapfen ist gewährleistet, dass sich bei Drehbewegungen der Zugkupplung des Anhängers gegenüber der Anhängerkupplung im Fahrbetrieb das Kupplungskugeloberteil gegenüber dem Zapfen bzw. dem Kugelhals nicht verdrehen kann.
Bevorzugt weist der Zapfen an wenigstens einem Ende zumindest einen polygonalen Absatz auf, der sich in axialer Richtung, beginnend vom Kupplungskugelunterteil erstreckt, wobei das Kupplungskugeloberteil einen zu dem polygonalen Absatz komplementären Freiraum aufweist. Der komplementäre Freiraum ist vorzugsweise so ausgebildet, dass dieser mit dem polygonalen Absatz an dem Zapfen eine spielfreie Verbindung ermöglicht. Es ist offensichtlich, dass sich somit ein Formschluss erreichen lässt, der ein Verdrehen des Kupplungskugeloberteils gegenüber dem Zapfen bzw. dem sich an einem Ende des Zapfens befindlichen Kupplungskugelunterteil verhindert. Der Zapfen mit seinem Kupplungskugelunterteil und dem sich daran anschließenden polygonalen Absatz sowie das Kupplungskugeloberteil mit seinem Freiraum sind derart ausgebildet, dass nach einer Montage eine Kupplungskugel entsteht, die eine umlaufende Ringnut enthält. Diese Ringnut wird, wie später noch erläutert wird, mit einem Ringkörper, der ein Trägerbauteil einer Sensorik bzw. eines Sensors ist, aufgefüllt. Der polygonale Absatz bzw. der komplementäre Freiraum an Zapfen bzw. Kugel sind vorzugsweise als Vierkant-, insbesondere als Sechskant- oder aber als ovales oder ellipsenförmiges Polygon ausgebildet. Dies ergibt einen Formschluss von Kupplungskugeloberteil zum Zapfen, der ein Verdrehen der Bauteile zueinander unmöglich macht.
Gemäß einer Weiterbildung der Anhängerkupplung weist der Absatz des Zapfens, beginnend vom Kupplungskugelunterteil einen ersten säulenförmigen Abschnitt auf, an den sich ein zweiter polygonaler Abschnitt anschließt. Das Kupplungskugelunterteil an dem Zapfen ist derart ausgebildet, dass dieses eine Kreisringfläche ausbildet, die orthogonal zur Längsachse des Zapfens ausgebildet ist. Der erste säulenförmige Abschnitt beginnt an der Kreisringfläche und erstreckt sich bis zum zweiten polygonalen Abschnitt und dieser bis zum Ende des Zapfens hin. Beim Aufsetzen des Kupplungskugeloberteils auf den zweiten polygonalen Abschnitt, wird dieser von dem Kupplungskugeloberteil vollständig aufgenommen. Es verbleibt somit zwischen dem Kupplungskugelunterteil und dem zweiten Abschnitt und um diesen herum eine Ringnut. Es ist dadurch gewährleistet, dass die Ringnut innerhalb vorgegebener Toleranzen stets gleiche Abmessungen zur Aufnahme eines Ringkörpers mit einer Sensorik bereithält.
Bevorzugt ist der Absatz des Zapfens konzentrisch zur Längsachse des Kugelzapfens ausgebildet. Hinsichtlich des Zapfens ergibt sich somit ein symmetrisches Bauteil, das im Wesentlichen als Drehteil oder Frästeil durch bekannte spanende Verfahren einfach herstellbar ist. Der zweite polygonale Abschnitt lässt sich ebenfalls einfach herstellen, beispielsweise mittels bekannter NC-Technik (Numeric Control – nummerisch kontrollierte Maschinenführung). Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass der Absatz oder die Abschnitte des Zapfens auch exzentrisch zur Längsachse des Kugelzapfens ausgebildet sein kann bzw. können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Absatz am kugelseitigen Zapfenende eine quer, vorzugsweise orthogonal, zur Längsachse des Zapfens verlaufende Nut aufweisen. Dadurch wird ein Freiraum geschaffen, der entweder zur Montage genutzt werden kann, oder aber die Sensorik oder Teile des Sensors bzw. Kabel oder Kontakte aufnehmen kann. Nach Aufsetzen des Kupplungskugeloberteils ist diese Nut verschlossen bzw. komplett geschlossen, wenn der Ringkörper der Sensorik die Kupplungskugel komplett nach außen abschließt und sich eine kugelige Oberfläche ergibt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Zapfen einen nahezu parallel, vorzugsweise konzentrisch zur Längsachse verlaufenden, insbesondere zylindrischen, Freiraum, vorzugsweise eine Bohrung, auf, wobei die Nut und der Freiraum sich schneiden, vorzugsweise die Nut nahezu, vorzugsweise genau, quer zum Freiraum verläuft. Der vorzugsweise zylindrische Freiraum lässt sich hervorragend zur Aufnahme von Bauteilen, wie ein Kabel, eine Platine oder einer vollständigen Elektronik zur Auswertung eines Sensorsignals oder auch zur Aufnahme der Sensorik selbst nutzen. Wie später zum Verfahren noch gesagt wird, lässt sich eine Auswerteelektronik für eine Knickwinkelsensorik vorteilhaft in einen zylindrischen bzw. säulenförmigen Körper unterbringen, der dann zu Montagezwecken mit einer hohen Passgenauigkeit und geschützt in den vorgenannten Freiraum eingebracht werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die quer verlaufende Nut zur Aufnahme eines Nutsteines an ihren Seitenwänden jeweils Nute auf, vorzugsweise im Bereich des polygonalen Abschnitts des Absatzes, wobei die Seitenwände vorzugsweise nahezu parallel zur Längsachse des Zapfens verlaufen. Eine zuvor in den Zapfen eingebaute säulenförmige Auswerteelektronik und/oder eine Sensorik kann besonders vorteilhaft durch den in die quer verlaufende Nut eingebrachten Nutstein geschützt werden. Der Nutstein schließt den polygonalen Absatz des Zapfens bündig ab. Der Zapfen kann derart ausgebildet sein, dass dieser den Nutstein nur in dem Bereich des polygonalen Absatzes aufnehmen kann. Es ist jedoch auch möglich, dass der Nutstein eine solche Materialstärke aufweist, dass dieser auch in den Bereich des ersten säulenförmigen Absatzes hineinragt bzw. diesen ausfüllt, wenn der Nutstein in die beiden Absätze eingebracht wird.
Der Nutstein ist an seinen Enden derart ausgebildet, dass dieser mit der Außenkontur des polygonalen Absatzes bzw. Abschnitts fluchtet, wenn der Nutstein in die Nut eingesetzt ist. Auch in Querrichtung zur Längsachse des Zapfens wird somit erreicht, dass der Nutstein die polygonale Form komplettiert und diese nicht stört bzw. in dem Kupplungskugeloberteil kein sonderlicher Freiraum für den Nutstein vorzusehen ist. Durch den formschlüssigen Eingriff des Nutsteins in den polygonalen Absatz ergibt sich vorteilhafterweise eine Stärkung des polygonalen Absatzes, womit die Betriebsfestigkeit des Kugelhalses bzw. der Kugel der Anhängerkupplung gewährleistet ist.
Bevorzugt weist der Zapfen an seinem anderen von dem polygonalen Absatz abgewandten Ende einen weiteren Absatz, vorzugsweise in Form eines Gewindes auf. Handelt es sich bei der Anhängerkupplung um eine Variante, bei der der Zapfen separat mit der Kugel wie vorgenannt gefertigt wird, so kann dieser zunächst komplettiert werden, z. B. mit der Sensorik und der Auswerteelektronik und weiteren benötigten elektrischen oder mechanischen Bauteilen, und als vorgefertigtes Bauteil mit dem eigentlichen Kugelhals verbunden werden. Ein Gewinde kann kostengünstig hergestellt werden und somit ist eine kostengünstige, formschlüssige Verbindung zwischen Zapfen und Kugelhals möglich. Der Nutstein zur Aufnahme in einen Zapfen für eine Anhängerkupplung, wie vorgenannt, ist im Wesentlichen vorteilhaft quaderförmig ausgebildet, wobei an zwei gegenüberliegenden Längsseiten des Nutsteins jeweils eine parallel zur Längsachse des Nutsteins ausgebildete Feder vorgesehen ist. Es ist hierbei nicht eine mechanische Wendelfeder oder dergleichen gemeint, sondern die Feder der aus der Mechanik bekannten Nutfederverbindung. Die Feder ist somit das Komplementär, hier an dem Nutstein vorgesehen, die eine erhabene und komplementäre Form zur Nut aufweist und formschlüssig in diese eingreift, wenn der Nutstein in die Nut eingeschoben bzw. eingesetzt wird. Durch eine parallel zur Längsachse des Nutsteins ausgebildete Feder bzw. Federn ist eine einfache Montage in die Nuten der Seitenwände der Nut möglich. Außerdem ist ein solcher Nutstein günstig herstellbar.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer Anhängerkupplung, wie zuvor beschrieben, zur Erfassung eines Knickwinkels zwischen Zugfahrzeug und Anhänger, insbesondere mit einem zuvor beschriebenen Zapfen und einem ebenfalls zuvor beschriebenen Nutstein, welches die nachfolgenden Schritte beinhaltet. Um die Anhängerkupplung kostengünstig herstellen zu können, sind zunächst Überlegungen anzustellen, wie mit möglichst wenig Bauteilen ein einfacher Zusammenbau möglich ist. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass die elektronischen Bauteile für eine Sensorik in der Weise zusammengebaut werden müssen, dass nach dem Zusammenbau eine dauerhafte elektrische Verbindung ermöglicht ist. Dieses ist insbesondere mit Blick auf Umwelteinflüsse, wie Temperatur, Feuchtigkeit und Staub zu berücksichtigen, denn die Anhängerkupplung ist bekanntermaßen außerhalb, vorzugsweise am Ende des Fahrzeuges angebracht und somit sämtlichen Umwelteinflüssen direkt ausgesetzt. Die elektrische Verbindung muss dabei in einem Temperaturbereich von etwa –40 bis +80 Grad Celsius dauerhaft gewährleistet sein. Wie zuvor bereits gesagt, ist der Kugelhals bei üblichen Anhängerkupplungen ein Schmiedebauteil, welches einstückig ausgebildet ist. Aufgrund der erforderlichen mechanischen Bearbeitung zumindest der Kugel, um dort eine Sensorik bzw. einen Sensor zur Knickwinkelerfassung einbauen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Kugelhals aus separaten Teilen gefertigt wird. Für die Herstellung ist somit wenigstens ein Teil eines Kugelhalses bereitzustellen sowie wenigstens ein Zapfen und wenigstens ein Kupplungskugeloberteil, und wenigstens eine Sensorik sowie eine Auswerteelektronik und eines Nutsteins.
In einem weiteren, jedoch nicht zwingend nachfolgenden Schritt wird die Sensorik mit der Auswerteelektronik gefügt, wobei die Sensorik in einem Ringkörper ausgebildet ist und die Auswerteelektronik auf einer Platine angeordnet ist. Dabei wird zwischen Sensorik und Auswerteelektronik eine elektrische, lebensdauerhafte Verbindung hergestellt. Die Sensorik und die Auswerteelektronik werden anschließend in den Zapfen eingesetzt bzw. mit diesem gefügt. Zur ortsfesten Sicherung der Sensorik bzw. der Auswerteelektronik innerhalb des Zapfens kann ein Kleber verwendet werden.
Alternativ ist es möglich, dass, wenn der Zapfen eine Bohrung und die Auswerteelektronik eine Hülsenform aufweist, diese Hülsenform mit einem Übermaß gefertigt ist, so dass die Hülse mit der Auswerteelektronik in die Bohrung des Zapfens eingepresst wird und somit dort ortsfest gesichert werden kann.
Wie zuvor bereits gesagt, ist die Sensorik kreisringförmig bzw. als Ringkörper (einstückig oder in zwei oder mehrere Teile geteilt) vorgefertigt. Der Zapfen weist an seinem einen Ende ein Kupplungskugelunterteil in Form einer Kugelscheibe auf. Die Kugelscheibe endet mit einer vorzugsweise orthogonal zur Längsachse des Zapfens ausgerichteten Kreisringfläche, an die sich ein Absatz anschließt.
Wie zuvor beschrieben, ist dieser Absatz vorzugsweise zweigeteilt, so dass nach der Kreisringfläche erst ein säulenförmiger Absatz folgt, an den sich ein polygonförmiger Absatz anschließt. Der Absatz bzw. die Absätze weisen eine Nut auf, in die Teile des Sensors bzw. der Sensorik, wie z. B. Kontakte oder Kabel eingelegt werden können. Wenn die Sensorik mit dem Zapfen gefügt wird, wird die Sensorik, ausgebildet als Ringkörper, bzw. falls die Sensorik aus zwei oder mehreren Ringkörpern besteht, auf die Kreisringfläche aufgelegt, wobei Kontaktbereiche bzw. Anschlussstege mit Kabeln bzw. elektrischen Kontakten in die vorgenannte Nut im Absatz eingreifen. Danach bzw. während des Einsetzens der Sensorik wird die Auswerteelektronik in einen vorzugsweise als Bohrung ausgeführten Freiraum des Zapfens eingesetzt bzw. mit diesem gefügt und dabei eine elektrische Verbindung zwischen der Auswerteelektronik und der Sensorik hergestellt. Zur einfachen Montage weisen die Sensorik bzw. Auswerteelektronik Kontakte auf, die in einfacher Weise miteinander durch Ineinanderstecken verbunden werden können. Hierzu eignen sich insbesondere elektrisch leitfähige Steckkontakte, insbesondere Pressfitkontakte, die in elektrisch leitfähige Durchkontaktierungen, insbesondere sogenannte Vias, eingesteckt und somit dauerhaft elektrisch verbunden werden können. Diese Art der elektrischen Verbindung ist einfach herstellbar. Jedoch ist alternativ oder zusätzlich auch eine Verbindung möglich, die durch Verlöten der Kontakte miteinander bewerkstelligt werden kann.
Zur Sicherung der elektrischen Verbindung bzw. der Kontakte miteinander in den Zapfen wird nach Einsetzen der Auswerteelektronik und der Sensorik ein Nutstein in den polygonalen Absatz des Zapfens eingefügt. Die Federn an dem Nutstein greifen dabei in die Nuten ein, die sich an den Seitenwänden der eigentlichen Nut für den Nutstein befinden. Der Nutstein ist dabei so dimensioniert, dass dessen Enden nach Einsetzen des Nutsteins mit dem polygonalen Absatz fluchten. Zur Komplettierung der Kugel wird schließlich das Kupplungskugeloberteil durch Aufsetzen auf den Zapfen mit diesem gefügt. Das Kupplungskugeloberteil weist hierzu, wie zuvor gesagt, eine polygonale Aussparung bzw. einen Freiraum auf, die passgenau und komplementär zum polygonalen Absatz des Zapfens gefertigt ist.
Der komplettierte Kugelzapfen wird schlussendlich mit dem Kugelhals gefügt. Der Zapfen weist hierzu an der von der Kugel abgewandten Seite einen Absatz auf, der in einen hierzu vorgesehenen Freiraum des Kugelhalses eingefügt wird. Um eine dauerhafte Verbindung zu gewährleisten, kann eine Klebeverbindung vorgesehen sein, vorzugsweise weist das Zapfenende ein Gewinde auf, welches mit dem Innengewinde des Endes des Kugelzapfens verschraubt wird. Zur dauerhaften Verbindung kann es vorgesehen sein, dass ein Schraubenlack oder sonstiges Material bei der Verschraubung auf das Gewinde aufgetragen wird, so dass sich eine dauerfeste Verbindung zwischen Zapfen und Kugelhals ergibt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Sensorik und die Auswerteelektronik vor dem Bereitstellen zu einer Knickwinkel-Sensor-Baueinheit vormontiert, so dass sich eine einstückige elektrische Baueinheit ergibt, die mit dem Zapfen in einem Arbeitsgang gefügt werden kann. Es kann somit sichergestellt werden, dass die elektrische Kontaktierung zwischen Auswerteelektronik und Sensorik vor dem Fügen mit dem Zapfen hergestellt und auf Funktion überprüft werden kann. Es ergibt sich damit eine noch einfachere Montage der elektrischen Bauteile mit dem Zapfen, da bei dem Fügen der Auswerteelektronik und der Sensorik an den Zapfen nicht mehr abschließend eine elektrische Prüfung der elektrischen Verbindung vorgesehen werden muss.
Bevorzugt wird nach dem Fügen der Sensorik und der Auswerteelektronik mit dem Zapfen bzw. nach Fügen der vormontierten Baueinheit aus Sensorik und Auswerteelektronik mit dem Zapfen und Vorfügen des Zapfens mit dem Kupplungskugeloberteil, wie zuvor gesagt, der Nutstein in die Nut und die Nute in den Absatz eingefügt, wobei während und/oder nach anschließendem Aufsetzen des Kupplungskugeloberteils auf den Zapfen dieses kraft- und/oder stoff- und/oder formschlüssig mit dem Zapfen verbunden wird. Das Kupplungskugeloberteil kann dabei mit dem polygonalen Absatz verklebt werden. Alternativ kann das Kupplungskugeloberteil ein Loch bzw. eine Bohrung aufweisen und somit das Kupplungskugeloberteil auf dem polygonalen Absatz mittels einer durch das Loch bzw. die Bohrung durchgesteckten Schraube auf dem polygonalen Absatz gesichert werden, wenn in dem Nutstein ein Gewinde für die Schraube eingearbeitet ist.
Nach dem Aufsetzen des Kupplungskugeloberteils ergibt sich durch dieses in Verbindung mit der ringkörperförmigen Sensorik und dem Kupplungskugelunterteil eine kugelige Außenoberfläche, wie diese bei herkömmlichen Kugeln von Anhängerkupplungen ausgebildet ist.
Beim Aufsetzen der Sensorik auf die Kreisringfläche kann zuvor auf die Kreisringfläche oder auf den die Sensorik beinhaltenden Ringkörper eine Fügemasse, wie z. B. ein geeigneter Klebstoff aufgetragen werden, um eine dauerhafte und verdrehsichere Verbindung zwischen Sensorik und Kupplungskugel zu gewährleisten. Vor Aufsetzen des Kupplungskugeloberteils kann ebenfalls noch eine Verbindungsmasse auf die Sensorik bzw. Unterseite der Kreisringfläche des Kupplungskugeloberteils aufgetragen werden, um in gleicher Weise eine dauerhafte Verbindung und Abdichtung des Innenraumes der Kupplungskugel zu gewährleisten, damit die dort gelagerten Sensor- bzw. Sensorikbauteile vor äußeren Einflüssen dauerhaft geschützt sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Anhängerkupplung,
2 eine dreigeteilte perspektivische Darstellung einer Anhängerkupplung bzw. Teilen von dieser,
3 einen Zapfen bzw. Kugelzapfen gemäß der in 2 gezeigten Anhängerkupplung,
4 eine schematische Seitenansicht der Anhängerkupplung entlang der aus 1 ersichtlichen Schnittlinie A-A mit einem Sensor,
5 eine perspektivische Detailansicht des Zapfens gemäß 3,
6 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Anhängerkupplung gemäß 2 sowie eine Seitenansicht eines Kugelhalses einer solchen Anhängerkupplung.
In 1 ist in einer schematischen Seitenansicht eine Anhängerkupplung mit einem Kugelhals 16 gezeigt, die mit einem Fahrzeug verbunden ist. Am Ende des Kugelhalses befindet sich die Kupplungskugel 14, die von einer Zugkupplung 17 aufgenommen und durch ein Verschlussstück 18, zusätzlich mittels einer Stützfeder 19, gesichert ist. Die Zugkupplung 17 ist dreh- und schwenkbeweglich auf der Kupplungskugel 14 gelagert, so dass durch das Zugfahrzeug der Anhänger gezogen und problemlos rangiert werden kann. Durch den Mittelpunkt der Kupplungskugel 14 verlaufen zwei senkrecht zueinander stehende Strichpunktlinien, wobei die waagerecht bzw. parallel zur Zugkupplung 17 verlaufende Linie gleichzeitig eine Schnittlinie A-A darstellt, die in 4 gezeigt ist.
4 zeigt die Schnittdarstellung A-A gemäß 1, wobei auch hier die Kupplungskugel 14 erkennbar ist, die von der Zugkupplung 17 aufgenommen ist und durch das Verschlussstück 18 gesichert ist. Zwischen der Zugkupplung 17 und dem Kugelhals 18 bzw. der Kupplungskugel 14, die verdrehfest mit dem Kugelhals 16 verbunden ist, ist ein Knickwinkel α eingezeichnet. Im äußeren Bereich der Kupplungskugel 14 ist ein Sensor 2 gezeigt, der aus zwei Ringhälften gebildet ist. Schematisch dargestellt ist eine Auswerteelektronik 20, die mit dem Sensor verbunden ist.
In 2 ist in perspektivischer Ansicht ein Kugelhals 16 bzw. Zapfen 15 dargestellt. Der Kugelhals 16 weist einen Anschlussdom 16a auf, der für die elektrische Verbindung des Sensors in der Kupplungskugel 14 vorgesehen ist. In der rechten Darstellung der 2 ist der Kugelhals 16 komplett mit Zapfen 15 an seinem einen Ende und Befestigungsabschnitt 16b dargestellt. Der in der linken und mittleren Darstellung gezeigte Zapfen 15 ist in der rechten Darstellung der 2 mit einem zweiten Abschnitt 16.2 bezeichnet. Die Kugel 14 weist eine Ringnut 6 auf, die umlaufend komplett um die montierte Kugel 14 herum ausgebildet ist und einen Ringkörper mit einer Sensorik aufnehmen kann. Der Zapfen 15 weist einen als Kugelscheibe ausgebildetes Kupplungskugelunterteil 15a auf, welches an seinem, den Absätzen 6z bzw. 15z zugewandten Ende eine Kreisringfläche 6r aufweist. Ausgehend von der Kreisringfläche 6r ist ein säulenförmiger Absatz 6z ausgebildet, an den sich ein polygonaler Absatz 15z anschließt, der hier als Sechskant ausgebildet ist. Die obere Hälfte der Kupplungskugel 14 ist durch ein Kupplungskugeloberteil 14a gebildet. In der 2 ist ersichtlich, dass in der linken Hälfte die Montage des Zapfens 15 mit dem Kupplungskugeloberteil 14a erfolgt, worauf der komplettierte Kugelzapfen in der mittleren Darstellung mit dem Kugelhals 16 gefügt wird, indem der Zapfen mit dem kugelhalsseitigen Absatz 15u in den Freiraum 16f des Kugelhalses 16 bzw. des ersten Abschnittes 16.1 eingefügt wird.
Die 3 ist in fünf Teildarstellungen, bezeichnet mit 3a bis 3e, dargestellt und zeigt den Zapfen 15 in perspektivischer Darstellung. 3a zeigt den Zapfen 15 gemäß zuvor genannter Darstellung aus 2 mit Kreisringfläche 6r, dem ersten säulenförmigen Abschnitt 6z sowie sich anschließendem polygonartigen Abschnitt 15z. Der Zapfen weist des Weiteren einen Freiraum 15f auf, der als Bohrung konzentrisch zur Längsachse L_Z dargestellt ist.
Mit 15s ist eine Schlüsselfläche bezeichnet, um den Zapfen 15 mit z. B. einem Gabelschlüssel, in den Kugelhals 16 zu schrauben, wenn am Absatz 15u ein Gewinde vorgesehen ist (s. 3a bzw. 3e). In 3b ist eine Quernut 150 dargestellt, die quer bzw. orthogonal zur Längsachse L_Z ausgebildet ist und sich sowohl in dem Abschnitt 6z als auch in dem polygonartigen Abschnitt 15z befindet. In dem Abschnitt 15z ist zusätzlich an dessen Seitenwänden jeweils eine Quernut 150n eingearbeitet. Die Kreisringfläche 6r ist in 3b nicht weiter erkennbar, da die Sensorik 40 bereits auf dieser montiert wurde. Wie ersichtlich, ist die Sensorik 40 im Ringkörper 1 untergebracht, der den säulenförmigen Abschnitt 6z umschließt.
In 3c sind die inneren Seitenwände 150sw der Nut 150 erkennbar. Die 3c ist eine Explosionsdarstellung, der zu entnehmen ist, dass der Nutstein 8 und das Kupplungskugeloberteil mit dem Zapfen 15 montiert werden. Der Nutstein 8 weist eine Längsachse L_N auf, die gleichzeitig Symmetrieachse des Nutsteins 8 darstellt. Parallel zu der Längsachse L_N verlaufen an den Längsseiten 8l des Nutsteins 8 Federn 8f, die sich über die gesamte Länge des Nutsteins 8 erstrecken. Mittig und quer zur Längsachse L_N ist eine Bohrung mit Innengewinde 8g angeordnet. Das Kupplungskugeloberteil 14a weist eine Längsachse L_Z auf, die gleichzeitig Symmetrieachse des Kupplungskugeloberteils 14a ist. Konzentrisch zu dieser Längsachse L_Z verläuft eine Bohrung, durch die eine Schraube 13 gesteckt werden kann. In 3e ist das Kupplungskugeloberteil 14a mit dem Zapfen 15 verbunden und liegt mit seiner Unterseite auf der Kreisringfläche des Ringkörpers 1 auf. Die Schraube 13 ist durch die Bohrung in dem Kupplungskugeloberteil 14a durchgesteckt und in das Innengewinde 8g des Nutsteins 8 eingeschraubt. Wie in 3e ersichtlich, ergibt sich durch das Kupplungskugelunterteil 15a, den Ringkörper 1 und das Kupplungskugeloberteil 14a eine vollständige Kupplungskugel 14.
In der 3d ist im Detail erkennbar, wie der Nutstein 8 in dem polygonartigen Abschnitt 15z eingesteckt ist. 3e ist des Weiteren ein Absatz 15u zu entnehmen, der von der Kupplungskugel 14 abgewandt ist und ein Außengewinde aufweist. In diesem Außengewinde ist der Zapfen 15 in den Freiraum 16f, der ein Innengewinde aufweist, in den ersten Abschnitt 16.1 des Kugelhalses 16 eingeschraubt. 5a und b zeigt den Zapfen in einer detaillierten perspektivischen Teildarstellung. Gezeigt ist das Kupplungskugelunterteil 15a, an dessen Kreisringfläche 6r sich der erste säulenartige Absatz 6z anschließt. Der polygonartige Abschnitt 15z schließt sich wiederum an den Abschnitt 6z an. Dargestellt ist der Zapfen 15 ohne Auswerteelektronik 20 oder Sensorik 40, wobei in beiden Fällen (5a bzw. 5b) eine Explosionsdarstellung mit nicht montiertem Kupplungskugeloberteil 14a gezeigt ist. Beide Zeichnungsfiguren zeigen ebenfalls die sich durch beide Abschnitte 6z, 15z erstreckende Nut 150 zur Aufnahme der Sensorik 40 bzw. des Nutsteins 8 (beide hier nicht dargestellt). 5a weist als Polygonform des Abschnitts 15z einen Sechskant auf, der konzentrisch zur Längsachse L_Z angeordnet ist. In 5b weist der Abschnitt 15z, in Draufsicht gesehen, eine Ovalform auf, wobei der Abschnitt 15z zusätzlich nicht konzentrisch zur Längsachse L_Z angeordnet ist. In beiden Fällen (5a, 5b) weist das Kupplungskugeloberteil 14a einen zu dem jeweiligen Abschnitt 15z komplementären Freiraum 14f auf. Es ist ersichtlich, dass der Freiraum eine verdrehfeste Montage des Kupplungskugeloberteils 14a auf dem Zapfen 15 ermöglicht.
6 ist aufgeteilt in die 6a und 6b, wobei rechts in 6a eine Explosionsdarstellung einer Anhängerkupplung gezeigt ist. Neben dem Kupplungskugeloberteil 14a und dem Kupplungskugelunterteil 15a, angeordnet an dem Zapfen 15, ist ein zweigeteilter Ringkörper bzw. zwei Hälften oder Ringsegmente des Ringkörpers 1 erkennbar. Die Ringkörperhälften 1 weisen jeweils einen radial nach innen zur Längsachse L_Z einwärts ragenden Kontaktbereich 10 auf, der am Ende eines jeweiligen Steges 10c angeordnet ist. Im Fall der 6a ist der Zapfen zunächst mit dem Kugelhals verbunden (durch Einschrauben). Hiernach werden die Ringkörperhälften auf das Kupplungskugelunterteil 15a gelegt, wobei die Stege 10c bzw. die Kontaktbereiche 10 in die Nut 150 eingelegt werden. Die jeweiligen Kontaktbereiche 10 können sich bei eingelegten Ringkörperhälften 1 überdecken oder mit ihren Enden voreinander liegen, um so eine Kontaktfläche für die Auswerteelektronik 20 zu bilden.
Bei der Montage der Auswerteelektronik werden die an dessen Ende vorhandenen Steckkontakte 21 in die Durchkontaktierungen 22 der Kontaktbereiche 10 eingesteckt, um so eine dauerhafte elektrische Verbindung zu gewährleisten. Wie in 6a ersichtlich, wird die Auswerteelektronik als hülsenförmiger Körper 20 in den Freiraum 15f des Kugelhalses 16 durch den Anschlussdom 16a eingeführt, um schlussendlich mit dem Kontaktbereich 10 bzw. den Kontakten 22 zur Anlage zu kommen.
6b zeigt den komplett zusammengebauten Kugelhals 16 gemäß Explosionsdarstellung aus 6a. Man erkennt den in den Kugelhals 16 eingesetzten Zapfen 15, an dessen Ende sich die Kugel 14 befindet. In der Ringnut 6 befindet sich der Ringkörper 1 bzw. die Sensorik 40. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Kupplungskugel 14 eine insgesamt kugelige Außenform, wie eine herkömmlich aus einem Stück gefertigte Kugel aufweist. Eine herkömmliche Zugkupplung, wie diese in 1 mit Bezugszeichen 17 dargestellt ist, kann so ohne Probleme dreh- und schwenkbeweglich auf der Kugel 14 gelagert werden. An dem Anschlussdom 16a ist eine Ausnehmung 11a ersichtlich, in die die zylindrische bzw. hülsenförmige Auswerteelektronik 20 eingreift. Es ist zu erkennen, dass die Vorsprünge 20n der Auswerteelektronik 20 in die Ausnehmung 11a eingreifen. Damit ist eine Verdrehsicherung der Auswerteelektronik 20 gegenüber dem Kugelhals 16 gewährleistet, sowie eine fehlerfreie Montage dahingehend möglich, da durch die Vorsprünge 20 eine Einbaubegrenzung gegenüber dem Kugelhals bzw. dem Anschlussdom 16a gewährleistet ist. Schlussendlich zeigt 6b noch die Steckkontakte 21 der Auswerteelektronik 20, die zum Anschluss eines Steckers zur Verbindung der Knickwinkelsensorik mit der Fahrzeugelektronik dient.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, eine mechanische Umkehr der Funktionen der einzelnen mechanischen Elemente der Erfindung zu bewirken.
Bezugszeichenliste

1: Ringkörper
2: Sensor
3: Außenwand
4: Innenwand
6: Ringnut
6r: Kreisringfläche
6z: Absatz
7: Trägerbauteil
8: Nutstein
8f: Feder am Nutstein
8g: Loch, Bohrung, Gewinde
8l: Längsseite
10: Kontaktbereich
10c: Steg
11: Verschlusselement
11a: Ausnehmung
13: Schraube
14: Kupplungskugel
14a: Kupplungskugeloberteil
14b: Abflachung
14f: Freiraum
15: Zapfen, Kugelzapfen
15a: Kupplungskugelunterteil
15f: Freiraum
15s: Schlüsselfläche
15u: Absatz
15z: Absatz, Polygon
16: Kugelhals
16a: Anschlussdom
16b: Befestigungsabschnitt
16f: Freiraum
16.1: erster Abschnitt
16.2: zweiter Abschnitt
17: Zugkupplung
18: Verschlussstück
19: Feder
20: Auswerteelektronik
20n: Vorsprung
21: Kontaktbereich, Steckkontakte
22: Kontaktbereich, Durchkontaktierungen
40: Sensorik
50: Anhängerkupplung
60: Baueinheit, Sensorik-Auswerteelektronik-Baueinheit
150: Nut, Quernut
150n: Nut (innen)
150sw: Seitenwand der Nut
L_N: Längsachse
L_R: Längsachse des Ringkörpers
L_T: Längsachse des Trägerbauteils
L_Z: Längsachse
α: Knickwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010033641 A1 [0003]

Claims

Anhängerkupplung (50) mit einem, insbesondere mehrteilig ausgebildeten, Kugelhals (16), an dessen einem Ende eine Kupplungskugel (14) zur Aufnahme einer Zugkupplung (17) eines Anhängers ausgebildet ist, wobei der Kugelhals (16) einen ersten zugfahrzeugseitigen Abschnitt (16.1) aufweist an den ein zweiter, durch einen Zapfen (15) gebildeten, Abschnitt (16.2) angeordnet ist, wobei der Zapfen (15) an dessen von dem ersten Abschnitt (16.1) abgewandten Ende ein Kupplungskugelunterteil (15a) aufweist, an den sich ein Kupplungskugeloberteil (14a) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungskugeloberteil (14a) durch Formschluss verdrehsicher gegenüber dem Zapfen (15) befestigt ist.
Anhängerkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (15) an wenigstens einem Ende zumindest einen polygonalen Absatz (15z) aufweist, der sich in axialer Richtung beginnend von einem Kupplungskugelunterteil (15a) erstreckt, wobei das Kupplungskugeloberteil (14a) einen zu dem polygonalen Absatz (15z) komplementären Freiraum (14f) aufweist.
Anhängerkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (6z, 15z) des Zapfens (15) beginnend vom Kupplungskugelunterteil (15a) einen ersten säulenförmigen Abschnitt (6z) aufweist, an den sich ein zweiter polygonaler Abschnitt (15z) anschließt.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz oder zumindest einer der Abschnitte (6z, 15z) konzentrisch zur Längsachse (L_z) des Zapfens (15) ausgebildet ist.
Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche von 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (6z, 15z) oder zumindest der polygonale Abschnitt (15z) am Zapfenende eine quer, vorzugsweise orthogonal, zur Längsachse (L_z) des Zapfens verlaufende Nut (150) aufweist.
Anhängerkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (15) einen nahezu parallel, vorzugsweise konzentrisch zur Längsachse (L_z) verlaufenden, insbesondere zylindrischen, Freiraum (15f), vorzugsweise eine Bohrung, aufweist, wobei die Nut (150) und der Freiraum sich schneiden, vorzugsweise die Nut (150) nahezu, vorzugsweise genau, quer zum Freiraum (15f) verläuft.
Anhängerkupplung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die quer verlaufende Nut (150) zur Aufnahme eines Nutsteins (8) an ihren Seitenwänden (150sw) jeweils Nute (150n) aufweisen, vorzugsweise im Bereich des polygonalen Absatzes oder Abschnitts (15z), wobei die Seitenwände (150sw) vorzugsweise nahezu parallel zur Längsachse (L_z) des Zapfens verlaufen.
Anhängerkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutstein (8) ein mittig angeordnetes Loch (8g), insbesondere Bohrung, vorzugsweise Innengewinde, zur, insbesondere formschlüssigen und oder stoffschlüssigen, Befestigung des Kupplungskugeloberteils (14a) mit dem Zapfen (15) aufweist.
Anhängerkupplung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutstein (8) an seinen Enden derart ausgebildet ist, dass dieser mit der Außenkontur des polygonalen Abschnittes (15z) fluchtet, wenn der Nutstein (8) in die Nut (150) eingesetzt ist.
Anhängerkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (15) an seinem anderen, von dem polygonalen Abschnitt (15z) abgewandten Ende einen weiteren Absatz (15u), vorzugsweise in Form eines Gewindes, aufweist.
Zapfen(15) für eine Anhängerkupplung (50) ausgebildet gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Nutstein (8) zur Aufnahme in einer Nut (8) des Zapfens (15) für eine Anhängerkupplung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Nutstein (8) im wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist, wobei an zwei gegenüberliegenden Längsseiten (8l) jeweils eine parallel zur Längsachse (L_N) des Nutsteins (8) ausgebildete Feder (8f) vorgesehen ist.
Verfahren zur Herstellung einer Anhängerkupplung (50) nach einem vorhergehenden Ansprüche von 1 bis 11 zur Erfassung eines Knickwinkels zwischen Zugfahrzeug und Anhänger, insbesondere mit einem Zapfen (15) nach Anspruch 11 und einem Nutstein (8) nach Anspruch 12, mit den folgenden Schritten – Bereitstellen wenigstens eines Teils eines Kugelhalses (16), eines Zapfens (15), eines Kupplungskugeloberteils (14a), einer Sensorik (40), einer Auswerteelektronik (20) und eines Nutsteins (8) – Fügen der Sensorik (40) und der Auswerteelektronik (20) mit dem Zapfen (15), wobei zwischen Sensorik (40) und Auswerteelektronik (20) eine elektrische Verbindung hergestellt wird – Fügen des Nutstein (8) mit dem Zapfen (15) – Fügen des Kupplungskugeloberteils (14a) mit dem Zapfen (15) zu einem Kugelzapfen – Fügen des Zapfens (15) als komplettierter Kugelzapfen mit dem Kugelhals (16)
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Sensorik (40) und die Auswerteelektronik (20) vor dem Bereitstellen zu einer Knickwinkel-Sensor- Baueinheit (60) gefügt werden, so dass die einstückige Baueinheit (60) mit dem Zapfen (15) gefügt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei nach dem Fügen der Sensorik (20) und der Auswerteelektronik (20) mit Zapfen (15) oder nach Fügen der Baueinheit (60) mit dem Zapfen (15) und vor Fügen des Zapfens (15) mit dem Kupplungskugeloberteil (14a) der Nutstein (8) in die Nut (150) und die Nute (150n) eingefügt wird, wobei während und/oder nach anschließendem Aufsetzen des Kupplungskugeloberteils (14a) auf den Zapfen (15) dieses kraft- und/oder stoff- und/oder formschlüssig mit dem Zapfen (15) verbunden wird.