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Die Erfindung betrifft eine Anhängerkupplung, insbesondere für ein Fahrzeug, nach dem Oberbegriff der Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anhängerkupplung.
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Zur Umsetzung eines Rangierassistenten für Anhänger, um das Rückwärtsfahren mit einem Anhänger zu vereinfachen, ist grundsätzlich der Winkel (Knickwinkel) zwischen Anhänger und Zugfahrzeug erforderlich.
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Die
DE 102012206133 A1 beschreibt einen Sensor, mit dem es möglich ist, den Knickwinkel zwischen Anhänger und Zugfahrzeug berührungslos zu bestimmen. Der Sensor besteht aus mehreren Einzelsensoren, die in einer Nut rund um einen Kugelkopf der Anhängerkupplung angebracht sind sowie einer Auswerteelektronik mit einem Mikrocontroller, der in einer Vertikalbohrung im Zapfen sitzt.
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Es wird eine Anhängerkupplung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung betrifft eine Anhängerkupplung für ein Fahrzeug mit einem Kugelträger und einer Kupplungskugel, die an einem freien Ende des Kugelträgers angeordnet ist. Des Weiteren ist eine Winkelsensorik vorgesehen, wobei die Winkelsensorik dazu dient, eine Stellung einer Kupplungsklaue in Bezug auf die Kupplungskugel zu erfassen, wenn die Kupplungsklaue an bzw. auf der Kupplungskugel angekuppelt ist. Die Winkelsensorik weist zumindest einen Sensor auf, der in einer Bohrung der Kupplungskugel angeordnet ist. Eine Auswerteeinheit ist in einer Axialbohrung des Kugelträgers angeordnet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der zumindest eine Sensor in einer Bohrung angeordnet ist, die radial vom Mittelpunkt der Kupplungskugel abragend ausgebildet ist. Mit anderen Worten schneidet die Längsachse der Bohrung etwa den Mittelpunkt, vorzugsweise genau den Mittelpunkt der Kupplungskugel. Die Längsachsen ragen bei mehreren Bohrungen strahlförmig, vorzugsweise vom Mittelpunkt, radial zur äußeren Hülle bzw. der Oberfläche der Kupplungskugel ab. Sie schneiden sich vorzugsweise alle genau in einem Punkt, vorzugsweise genau im Mittelpunkt der Kupplungskugel.
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Der Sensor kann beispielsweise als ein Induktivsensor ausgestaltet sein, der dazu dient, eine Position eines nichtmetallischen Teils oder Bereichs eines in der Kupplungsklaue, auch genannt Zugkupplung, und/oder Verschlussstücks der Kupplungsklaue zu bestimmen. Aus dieser Bestimmung kann der Winkel zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger abgeleitet werden, denn die Position des Verschlussstücks hängt in Bezug zu der Kupplungskugel mit der Stellung des Anhängers in Bezug auf das Fahrzeug zusammen. In der Regel sind mehrere, insbesondere senkrecht zur Kugeloberfläche angeordnete, Bohrungen in der Kupplungskugel vorgesehen, wobei je Bohrung ein Sensor eingesetzt wird. Die Sensoren sind so platziert, dass die Stellung der Kupplungsklaue in dem gesamten Umfang der Kupplungskugel, also um 360 Grad um die Längsachse der Kupplungskugel, erfasst wird bzw. werden kann. Gegebenenfalls sind die Sensoren auch so angeordnet, dass die Neigung zwischen dem Anhänger und dem Fahrzeug bestimmt werden kann.
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Der Sensor kann beispielsweise eine herkömmliche Spule sein, die in einen Kunststoffzylinder eingespritzt wird. Eine solche Spule ist vollständig mit Kunststoff umspritzt und ist somit vor äußerer Fremdeinwirkung bzw. Korrosion geschützt. Der Sensor weist in diesem Fall eine umspritzte Spule und Kontaktstifte auf. Der Sensor kann alternativ als leitfähige Fläche oder auch Folie ausgestaltet sein. Die Folie oder Fläche können mehrlagig mit, vorzugsweise hintereinander liegenden Spulen ausgebildet sein, um die induktive Wirkung zu verstärken und die Einflüsse von elektromagnetischen Außeneinflüssen zu minimieren.
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Alternativ zu einer umlaufenden Nut in der Kugel kann die zumindest eine Bohrung so angeordnet werden, dass die Festigkeit bzw. strukturelle Integrität der Anhängerkupplung erhalten bleibt.
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Bei einer PressFit Kontaktierung handelt es sich um die nachfolgend beschriebene Verbindungsmöglichkeit bei elektrischen Kontakten. Wenn zwei Kontaktflächen zusammengefügt werden, sind sie nur an wenigen Punkten tatsächlich (von Metall zu Metall) verbunden. Auch dann, wenn die Oberflächen poliert sind. Der Mindestradius einer derartigen Kontaktstelle beträgt im typischen Fall 10 µm. Bei der Einpresstechnologie, wie auch bei der PressFit Kontaktierung, erfolgt immer eine plastische Verformung an diesen Kontaktpunkten innerhalb des Loches und der Kontaktzone. Diese Verformung ist auf den hohen Kontaktdruck zurückzuführen, der auftritt, weil die makroskopische Kontaktkraft auf einen mikroskopisch kleinen Kontaktbereich konzentriert ist. Die beiden Flächen werden dabei miteinander verschmolzen. Es entsteht eine ausfallsichere dauerhafte elektrische Verbindung. Alternativ kann diese Verbindung mit einer Lötverbindung kombiniert werden. In einer Platine können Löcher eingebracht werden (z.B. durch Bohren oder mittels Laser), in die ein Steckkontakt im Sinne einer PressFit Kontaktierung eingepresst wird, wodurch die o.g. Kontaktierung bewerkstelligt wird. Diese Löcher sind auch als besondere Durchkontaktierungen (englisch Vias) ausgebildet, denn die Innenwände werden mit einem elektrisch leitenden Werkstoff z.B. durch katalytische Metallisierung hergestellt, ggfs. mit elektrolytischer Verstärkung.
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Die Auswerteeinheit wird in der Axialbohrung des Kugelträgers und/oder der Kupplungskugel untergebracht. Dort ist sie vor mechanischen Belastungen oder auch Korrosion geschützt und es wird kein zusätzlicher Bauraum (ggfs. außen) an der Anhängerkupplung benötigt.
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In einer Ausführungsform der Anhängerkupplung weist die Winkelsensorik ein Stanzgitter auf, das dazu dient, den wenigstens einen Sensor mit der Auswerteeinheit elektrisch zu verbinden. Das Stanzgitter kann mehrere Kontaktglieder aufweisen, die hinsichtlich Ausformung und Formgebung nahezu beliebig in der Kupplungskugel positioniert werden können. Bei einem Stanzgitter handelt es sich um eine gitterartige Struktur, die in Verbindung mit Steckkontakten eine Steckverbindung zur elektrischen Verbindung ermöglicht (Stecker/Buchse). Die Kontaktglieder können hier beispielsweise Ausnehmungen oder Löcher bzw. Bohrungen zur Aufnahme der Steckkontakte aufweisen.
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In einer Weiterbildung der Ausführungsform weist das Stanzgitter zumindest ein Loch auf, das dazu dient, einen Kontaktstift des Sensors aufzunehmen, um somit die, insbesondere als PressFit ausgebildete, Kontaktierung zwischen dem Sensor und dem Stanzgitter herzustellen. Die Kontaktglieder weisen Löcher auf, um Kontaktstifte des Sensors bzw. der Sensoren aufzunehmen. Somit kann eine PressFit Kontaktierung hergestellt werden. Die Verwendung einer PressFit Kontaktierung dieser Art ermöglicht eine Anordnung der Sensoren in der Kupplungskugel derart, dass die mechanische Belastbarkeit der Kupplungskugel nicht beeinträchtigt wird. Hierdurch kann die Kugel den Kräften und Momenten, die gegebenenfalls von einer Antischlingerkupplung aufgebracht werden, standhalten. Weiterhin kann das elektrische Verbinden des Sensors mit der Auswerteeinheit während des Montierens hergestellt werden, da es nach dem Montieren der Platine und dem Sensor keinen Zugang mehr zur innenliegenden Platine gibt. Eine PressFit Kontaktierung eignet sich ebenfalls bei starken dynamischen Belastungen wie z.B. Vibrationen, die im Fahrzeug auftreten können.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine der Kontaktierungen als Durchkontaktierung (auch Vias genannt) in einer Platine in der Auswerteelektronik ausgestaltet, wobei durch diese das Stanzgitter mit der Platine elektrisch verbunden wird. Für die Sensormontage werden die Kontaktglieder der Stanzgitter in die Durchkontaktierungen bzw. Vias der Platine gesteckt und verlötet. Alternativ können die Kontaktglieder auf die Flächen der Platine gelötet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Stanzgitter zumindest teilweise oder auch vollständig mit Kunststoff umspritzt. Insbesondere ist das Stanzgitter in einem Kunststoffzylinder befindlich umspritzt. Die Löcher in den Stanzgittern sind hinsichtlich des Zusammenwirkens mit Steckkontakten vergleichbar mit den Durchkontaktierungen (Vias) auf der Platine.
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In einer weiteren Ausführungsform verläuft die zumindest eine Bohrung der Kupplungskugel im Wesentlichen orthogonal zu der Axialbohrung die vertikal innerhalb des Kugelträgers verläuft.
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Bevorzugt ist die zumindest eine Bohrung der Kupplungskugel als Radialbohrung ausgeführt, so dass bei mehreren Bohrungen diese strahlenförmig etwa vom Mittelpunkt, insbesondere genau vom Mittelpunkt der Kupplungskugel abragen, wie zuvor bereits beschrieben.
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Vorzugsweise ist die zumindest eine Bohrung bei eingesetztem Sensor nach außen hin abgedichtet, um das Eindringen von Feuchtigkeit oder Staub etc. in die Kupplungskugel zu vermeiden. Der Sensor befindet sich bevorzugt in einem umspritzten Sensorzylinder und kann beim Einsetzen beispielsweise mit einem Klebstoff in die Bohrung eingeklebt werden. Der Sensor bietet hierzu ausreichende Klebeflächen auf der Mantelfläche des Sensorzylinders.
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In einer Ausführungsform weist die Kupplungskugel einen Hohlraum auf, und die radiale Bohrung verläuft zwischen der Oberfläche der Kupplungskugel und dem Hohlraum. Dieser Hohlraum ist beispielsweise eine Erweiterung der Axialbohrung des Kugelträgers.
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In einer Ausführungsform ist das Stanzgitter zumindest teilweise im Hohlraum angeordnet. Somit können die elektrischen Verbindungen zwischen dem zumindest einen Sensor und dem Stanzgitter hergestellt werden.
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In einer alternativen Ausführungsform ist der zumindest eine Sensor mit einer Platine der Auswerteeinheit verbunden, wobei eine PressFit Kontaktierung in einer Durchkontaktierung einer Platine in der Auswerteeinheit ausgestaltet ist, um das der Platine zugeordnete Ende des Stanzgitters mit der Platine elektrisch zu verbinden.
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Dazu befinden sich auf der Platine Vias (Durchkontaktierungen). Die Kontaktstifte und der Sensor werden beim Montieren des Sensors in die dafür vorgesehenen Löcher in der Platine (Vias) eingepresst und dadurch mechanisch und elektrisch mit der Platine verbunden, so dass ein selbsttätiges Lösen verhindert wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Lötverbindung vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Platine zumindest teilweise mit einem Gehäuse ummantelt, wobei das Gehäuse einen Vorsprung aufweist. Eine Nut ist in der Axialbohrung am von der Kupplungskugel abgewandten Ende des Kugelträgers vorgesehen, wobei der Vorsprung und die Nut so ineinander greifen, dass die Platine in einer vorgegebenen Position in der Axialbohrung verdrehsicher angeordnet ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Position der Platine anhand einer Ausrichtung des zumindest einen Sensors vorgegeben, um eine sichere Kontaktierung zwischen dem Sensor, Stanzgitter und der Platine zu gewährleisten.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Anhängerkupplung, sodass das Stanzgitter und/oder die Platine zunächst in der Axialbohrung des Kugelträgers positioniert wird, und dass der zumindest eine Sensor anschließend in die Bohrung der Kupplungskugel eingesetzt wird. In dem Fall, dass mehrere Sensoren montiert werden, sind die einzelnen Sensoren im Wesentlichen gleich ausgestaltet und es ergibt sich eine einfache Montage. Die Herstellung der Anhängerkupplung wird somit vereinfacht und gestaltet sich kostengünstig.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Die zeigen:
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1a–c eine Perspektivsicht einer Anhängerkupplung, sowie ein Stanzgitter und ein umspritztes Stanzgitter;
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2 eine nähere Perspektive des ersten Endes des in 1b gezeigten Stanzgitters;
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3 eine Perspektivansicht der Anhängerkupplung wobei die Kupplungskugel und Kugelträger mit durchsichtigen Wanden dargestellt sind;
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3a zeigt schematisch und vergrößert eine PressFit- bzw. Einpress-Verbindung/Kontaktierung im Detail; und
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4 eine Perspektivsicht einer alternativen Ausführungsform einer Anhängerkupplung, sowie eine Platine, die teilweise von einem Gehäuse ummantelt ist.
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1a zeigt einen Teil einer Anhängerkupplung mit einem Kugelträger 1 und einer Kupplungskugel 2, die an einem freien Ende des Kugelträgers 1 angeordnet ist. In der Kupplungskugel 2 sind Bohrungen 5 vorgesehen. Die Bohrungen 5 dienen zur Aufnahme von Sensoren 4. Die Sensoren 4 können beispielsweise als induktive Spulen oder optische Sensoren ausgestaltet sein. Der Kugelträger 1 weist eine hier strichliniert gezeigte Axialbohrung 7 auf. Die Axialbohrung 7 nimmt ein Stanzgitter 9 auf, wie in 1b gezeigt. Das Stanzgitter 9 in 1b weist zwei Enden auf. Ein erstes Ende wird in einem Hohlraum 14 in der Kupplungskugel 2 angeordnet. Dieses erste Ende weist mehrere Kontaktglieder auf. Die Kontaktglieder sind radial um eine Längsachse des Stanzgitters 9 angeordnet. Jedes Kontaktglied weist ein Loch 10 auf, wobei die Löcher 10 dazu dienen, einen Stiftkontakt bzw. Kontaktstift 11 eines Sensors 4 aufzunehmen. Es wird somit innerhalb der Kupplungskugel 2 eine Kontaktierung, hier als Einpressverbindung (PressFit-Verbindung) hergestellt. Das zweite von der Kupplungskugel abgewandte Ende des Stanzgitters 9 ist mit einer Auswerteeinheit 6 verbunden. In 1b ist die Auswerteeinheit 6 als eine Platine 12 erkennbar. Die Kontaktglieder des Stanzgitters 9 sind anhand sogenannter Vias oder auch genannt Durchkontaktierungen 12a mit der Platine 12 elektrisch verbunden. Alternativ hierzu bietet es sich an, keine Durchkontaktierungen 12a, sondern Lötflächen oder -löcher auf der Platine 12 vorzusehen, um die Stanzgitter 9 mit der Auswerteeinheit 6 elektrisch zu verbinden. 1c zeigt das Stanzgitter 9 wie in 1b, wobei in 1c das Stanzgitter 9 in dem vertikalen Bereich umspritzt ist.
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung des ersten, kupplungskugelseitigen Endes des in 1b gezeigten Stanzgitters 9. Es ist zu erkennen, dass die Löcher 10 des Stanzgitters 9 als Kontaktglieder in vertikaler Richtung gesehen paarweise ausgestaltet sind. Die Löcherpaare dienen zur Aufnahme von jeweils zwei Kontaktstiften 11 eines Sensors 4. Somit wird der Sensor 4 elektrisch mit dem Stanzgitter 9 mittels einer PressFit Kontaktierung verbunden. Der Sensor 4 ist somit elektrisch mit der Auswerteeinheit 6 verbunden. Die von dem Sensor bzw. den Sensoren 4 erfassten Messsignale können somit von der Auswerteeinheit 6 abgegriffen werden. Die Messsignale enthalten dabei Informationen, die die Erfassung der Stellung der Kupplungskugel in Relation zur Anhängerklaue (Zugkupplung) betreffen.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils der Anhängerkupplung, wobei die Kupplungskugel 2 und Kugelträger 1 teildurchsichtig dargestellt sind. Neben der Kupplungskugel 2 und den darin vorhandenen Löchern in Form von Bohrungen 5 ist ein Sensor 4 dargestellt. Der Sensor 4 ist dabei vergrößert dargestellt. Bei der Herstellung der Anhängerkupplung wird das Stanzgitter 9 in der Axialbohrung 7 des Kugelträgers 1 eingesetzt. Die Löcher 10 des Stanzgitters 9 sind somit in der Kupplungskugel 2 angeordnet. Der Sensor 4 ist in einer der Bohrungen 5 in die Kupplungskugel 2 eingeführt. Der Sensor 4 weist zwei Kontaktstifte 11 auf. Bei dem Einführen des Sensors 4 in die Bohrung 5 werden die Kontaktstifte 11 in die Löcher 10 des Stanzgitters 9 eingeschoben und mit diesen verpresst (Einpress-/PressFit-Kontaktierung). Der Durchmesser der Kontaktstifte 11 des Sensors 4 beträgt z.B. etwa 0,5–2mm.
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3a zeigt schematisch und vergrößert eine PressFit- bzw. Einpress-Verbindung/Kontaktierung im Detail. Der Kontaktstift 11 wird in die Platine 12 eingesetzt, wobei in einem Loch in der Platine 12 eine elektrisch leitende Durchkontaktierung 12a vorgesehen ist. Es ist deutlich ersichtlich, dass es beim Einstecken des Kontaktstiftes 11 offenbar zu einer Verpressung kommt, denn der Durchmesser des Kontaktstiftes 11 ist im eingepressten Zustand verringert.
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Wie in 3 gezeigt sind mehrere Bohrungen 5 vorgesehen, sodass mehrere Sensoren 4 eingesetzt werden können. Der Sensor 4 in 3 ist als Induktivsensor 4 ausgestaltet. Induktivsensoren 4 dieser Art dienen dazu, wie im Stand der Technik beschrieben, nichtmetallische Freiräume in der Nähe eines Verschlussstücks einer Kupplungsklaue zu detektieren. Durch die Bestimmung der Position des Verschlussstücks bzw. der nichtmetallischen Freiräume relativ zu der Kupplungskugel 2 kann der Winkel zwischen einem Anhänger und einem Zugfahrzeug bestimmt werden. Dadurch, dass die elektrische Verbindung zwischen Sensor 4 und Auswerteeinheit 6 mittels einer PressFit Kontaktierung hergestellt wird, ist es möglich, die Sensoren 4 auf Lebensdauer der Anhängerkupplung sicher mit der Auswerteeinheit 6 bzw. dem Stanzgitter 9 zu verbinden. Eine PressFit Kontaktierung ist weiterhin robust gegenüber Vibrationen, die in einer Anhängerkupplung vorkommen können. Die strukturelle Integrität der Anhängerkupplung wird durch die Bohrungen nicht beeinträchtigt.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Anhängerkupplung 20, sowie eine Platine 12 mit Auswerteeinheit, die teilweise von einem Gehäuse 16 ummantelt ist. Die Auswerteeinheit befindet sich in dem Gehäuse 16 und ist nicht näher dargestellt. Es wird die Platine 12 direkt in die Axialbohrung 7 des Kugelträgers 1 eingeführt. Die Platine 12 selbst weist an ihrem Ende Vias bzw. Durchkontaktierungen 12a auf. Die Durchkontaktierungen 12a sind nach dem Einsetzen der Platine in den Hohlraum 14 in der Kupplungskugel 2 angeordnet, sodass die Kontaktstifte 11 des bzw. der Sensoren 4 in die Vias 12a eingepresst werden können. Dieses geschieht beim Montieren der Sensoren 4 in die dafür vorgesehenen Löcher bzw. Bohrungen 5 der Kupplungskugel 2.
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Somit können Sensoren 4 in die Kupplungskugel 2 eingesetzt werden, die um die Längsachse des Kugelträgers 1 bzw. auf der Oberfläche 15 verteilt angeordnet sind. Die Platine 12 wird teilweise von einem Kunststoffgehäuse 16 ummantelt, so dass die Platine in der Axialbohrung 7 eine Führung erfährt. Um sicherzustellen, dass die Platine 12 in der Anhängerkupplung so ausgerichtet ist, dass die PressFit Kontaktierung mit dem Stanzgitter 9 einfach und sicher hergestellt werden kann, wird das Kunststoffgehäuse 16 mit einem Vorsprung 17 vorgesehen. Die Axialbohrung 7 des Kugelträgers 1 weist weiterhin eine Nut 18 auf. Der Vorsprung 17 greift in die Nut 18 ein und die Ausrichtung der Platine 12 wird somit sichergestellt. Auch ergibt sich durch den Vorsprung bei Eingreifen in die Nut eine Verdrehsicherung. Am Gehäuse 16 sind zudem Klipse 19 vorhanden, die federnd ausgeführt sind, so dass beim Einsetzen des Gehäuses 16 in die Axialbohrung 7 ein Verrasten dort ermöglicht wird. Hier sind in der Innenwand der Axialbohrung 7 Aussparungen vorgesehen, in die Klipsenden eingreifen. Die elektrische Verbindung zum Fahrzeug, z.B. einem Steuergerät zur Winkelerfassung zwischen (Zug-)Fahrzeug und Anhänger, wird über ein mit der Platine bzw. der Auswerteeinheit verbundenes Kabel oder aber kabellos sichergestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelträger, Zugstange
- 2
- Kupplungskugel
- 3
- Winkelsensorik
- 4
- Sensor
- 5
- Bohrung
- 6
- Auswerteeinheit
- 7
- Axialbohrung
- 9
- Stanzgitter
- 10
- Loch des Stanzgitters
- 11
- Kontaktstift
- 12
- Platine
- 12a
- Durchkontaktierung (Vias)
- 13
- Kunststoff Ummantelung
- 14
- Hohlraum
- 15
- Oberfläche der Kupplungskugel
- 16
- Gehäuse
- 17
- Vorsprung
- 18
- Nut
- 19
- Klips
- 20
- Anhängerkupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012206133 A1 [0003]
