DE102017010410A1 - Anhängerkupplung für ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anhängerkupplung (1) für ein Fahrzeug mit einer zwischen einer Ruhestellung (I) und einer Betriebsstellung (II) schwenkbaren Kugelstange (2), welche mit einer Kugelstangenantriebswelle (5.5) koppelbar ist, mit wenigstens einem Sperrelement (3.1), welches zwischen einer Blockierstellung (III₁, III₂), in welcher die Kugelstange (2) schwenksperrbar ist, und wenigstens einer die Schwenkbewegung der Kugelstange (2) freigebenden Freigabestellung (IV₁, IV₂, IV₃) bewegbar ist, mit einem von einer Antriebseinheit (4) über eine Getriebeantriebswelle (5.1) antreibbaren Wechselgetriebe (5.0) mit einem ersten Teilgetriebe (5.2), einem zweiten Teilgetriebe (5.3) und einer Abtriebswelle (5.4), wobei die Getriebeantriebswelle (5.1) mit dem Sperrelement (3.1) zum Verfahren zwischen der Blockierstellung (III₁, III₂) und der wenigstens einen Freigabestellung (IV₁, IV₂, IV₃) gekoppelt ist und die Abtriebswelle (5.4) mittels einer Antriebskupplung (5.6) mit der Kugelstangenantriebswelle (5.5) koppelbar ist, ferner mit einer mit dem Sperrelement (3.1) gekoppelten Getriebeschalteinrichtung (6) zum Schalten des ersten oder des zweiten Teilgetriebes (5.2, 5.3) in Abhängigkeit einer Bewegungsposition des Sperrelementes (3.1), und schließlich mit einem Kupplungsschaltmittel (7) zum Betätigen der Antriebskupplung (5.6) in Abhängigkeit einer Bewegungsposition des Sperrelementes (3.1).

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anhängerkupplung für ein Fahrzeug mit einem zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung schwenkbaren Kugelstange.
• Eine vollelektrisch zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung schwenkbare Anhängerkupplung ist bspw. aus der DE 10 2015 204 902 A1 bekannt, bei welchem eine Kugelstange mit einer endseitig angeordneten Kupplungskugel über ein Kugelgelenk mit einem Anhängerkupplungsträger des Fahrzeugs fahrzeugfest verbunden ist. Mittels eines elektrischen Antriebs wird die Kugelstange zwischen der Ruhestellung und der Betriebsstellung bewegt sowie eine Ver- und Entriegelung in den Endlagen der Kugelstange bewirkt. Das Kugelgelenk besteht aus einer als Gehäuse ausgebildeten Gelenkpfanne und einem darin schwenkbeweglich gelagerten Kugelzapfen.
• Der Kugelzapfen dieser bekannten Anhängerkupplung ist hohl ausgebildet und nimmt eine Spindel und einen linear verschiebbaren Sperrbolzen auf. Der Antrieb dieses Sperrbolzens erfolgt über die Spindel mittels eines auf dem Kugelzapfen angeordneten Zahnrads, so dass der Sperrbolzen zur Verriegelung einer Endposition der Kugelstange mit einem Verriegelungskörper zusammenwirkt und dadurch eine verdrehfeste und spielfreie Verbindung zwischen dem Kugelzapfen und der Kugelstange entsteht. Zur Ermittlung der Endlagen der Kugelstange wird ein Endlagensensor eingesetzt.
• Ausgehend von einer Endlage dieser bekannten Anhängerkupplung gemäß der DE 10 2015 204 902 A1 wird durch die Bedienung einer Taste der elektrische Antrieb aktiviert, um zunächst die Anhängerkupplung zu entriegeln. Anschließend wird mittels des elektrischen Antriebs die Anhängerkupplung in die andere Endlage verschwenkt und in dieser Endlage wieder verriegelt. Durch die Erfassung von Stromgradientenwerten des elektrischen Antriebs und deren Vergleich mit gespeicherten Werten werden Hindernisse im Schwenkbereich der Kugelstange detektiert und gegebenenfalls der elektrische Antrieb abgeschaltet und in die Ausgangsendlage zurückverschwenkt.
• Diese bekannte Anhängerkupplung erfordert aufgrund des Einsatzes eines hohlen Kugelzapfens einen relativ großen Bauraum.
• Es ist Aufgabe der Erfindung eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Anhängerkupplung anzugeben, welche insbesondere nur wenig Bauraum erfordert und eine hohe Funktionssicherheit aufweist.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anhängerkupplung für Fahrzeuge mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Eine solche Anhängerkupplung für ein Fahrzeug umfasst folgende Komponenten:
• - eine zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung schwenkbare Kugelstange, welche mit einer Kugelstangenantriebswelle koppelbar ist,
• - wenigstens ein Sperrelement, welches zwischen einer Blockierstellung, in welcher über in Eingriff bringbare Formschlusskonturen die Kugelstange schwenksperrbar ist, und wenigstens einer Freigabestellung, in welcher die Formschlusskonturen außer Eingriff sind, bewegbar ist,
• - ein von einer Antriebseinheit über eine Getriebeantriebswelle antreibbaren Wechselgetriebe mit einem ersten Teilgetriebe, einem zweiten Teilgetriebe und einer Abtriebswelle, wobei
  • - die Getriebeantriebswelle mit dem Sperrelement zum Verfahren zwischen der Blockierstellung und der wenigstens einen Freigabestellung gekoppelt ist, und
  • - die Abtriebswelle mittels einer Antriebskupplung mit der Kugelstangenantriebswelle koppelbar ist,
• - eine mit dem Sperrelement gekoppelten Getriebeschalteinrichtung zum Schalten des ersten oder des zweiten Teilgetriebes in Abhängigkeit einer Bewegungsposition des Sperrelementes, wobei
• - bei geschaltetem ersten Teilgetriebe die Kugelstange aus der Ruhestellung in die Betriebsstellung verschwenkbar ist, und
• - bei geschaltetem zweiten Teilgetriebe die Kugelstange aus der Betriebsstellung in die Ruhestellung verschwenkbar ist, und
• - einem Kupplungsschaltmittel zum Schalten der Antriebskupplung in Abhängigkeit einer Freigabestellung des Sperrelementes.
• Bei dieser erfindungsgemäßen Anhängerkupplung ist die Antriebseinheit über die Getriebeantriebswelle drehfest mit dem wenigstens einen Sperrelement gekoppelt, so dass in einer Drehrichtung der Getriebeantriebswelle das Sperrelement aus der Blockierstellung in eine Freigabestellung und in umgekehrter Drehrichtung der Getriebeantriebswelle zurück in die Blockierstellung bewegbar ist. Bei gegebener Drehrichtung der Getriebeantriebswelle wird \ das Wechselgetriebe in Abhängigkeit der Bewegungsposition des Sperrelementes so geschaltet, dass bei betätigter Antriebskupplung die zum Verschwenken der Kugelstange aus der Ruhestellung in die Betriebsstellung oder umgekehrt die zum Verschwenken der Kugelstange aus der Betriebsstellung in die Ruhestellung erforderliche Drehrichtung der Abtriebswelle entsteht. Hierbei erfolgt in Abhängigkeit der Bewegungsposition des Sperrelementes nicht nur das Schalten des Wechselgetriebes sondern auch das Betätigen des Kupplungsschaltmittels.
• Diese erfindungsgemäße Anhängerkupplung weist somit einen konstruktiv einfachen Aufbau mit nur einer einzigen Antriebseinheit auf, mit welcher sowohl die Kugelstange zwischen der Ruhestellung und der Betriebsstellung verschwenkbar ist als auch der Schließmechanismus zum Sperren und Entsperren der Schwenkbewegung der Kugelstange mittels des Sperrelementes für die beiden Endstellungen „Freigabestellung“ und „Blockierstellung“ betätigbar ist. Mit einem solchen mechanisch einfachen Aufbau wird eine hohe Funktionssicherheit sichergestellt.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
• - das erste Teilgetriebe des Wechselgetriebes einen ersten Zahnradsatz aufweist, mit welchem die Antriebswelle mit der Abtriebswelle mit Drehrichtungsumkehrung drehverbindbar ist,
• - das zweite Teilgetriebe des Wechselgetriebes einen zweiten Zahnradsatz aufweist, mit welchem die Antriebswelle mit der Abtriebswelle drehrichtungsgleich drehverbindbar ist, und
• - die Getriebeschalteinrichtung als Schaltnuss ausgebildet ist, mit welcher der erste Zahnradsatz oder der zweite Zahnradsatz mit der Abtriebswelle koppelbar ist.
• Im einfachsten Fall ist damit für das erste Teilgetriebe nur ein Antriebszahnrad und ein Abtriebszahnrad erforderlich ist, während für das zweite Teilgetriebe zur Realisierung einer Drehrichtungsgleichheit nur ein Zwischenzahnrad als weiteres Zahnrad einzusetzen ist. Ein solches Wechselgetriebe weist einen einfachen Aufbau auf und führt zu einer bauraumsparenden Baugruppe.
• Vorzugsweise ist zum Schalten der Antriebskupplung ein Kupplungsantriebsmittel vorgesehen, welches einerseits mit dem Kupplungsschaltmittel mittels einer federbelasteten Kugelraste lösbar gekoppelt ist und andererseits mit dem Sperrelement über ein gefedertes Mitnehmerelement verbunden ist. Damit wird in konstruktiv einfacher Weise die Antriebskupplung in Abhängigkeit der Bewegungsposition des Sperrriegels betätigt und wieder gelöst. Vorzugsweise ist in einer ersten Freigabestellung als Bewegungsposition des Sperrriegels, in welcher die Formschlusskonturen außer Eingriff sind, die Antriebskupplung mittels des Kupplungsschaltmittels betätigt, während in einer zweiten Freigabestellung als weitere Bewegungsposition des Sperrriegels die Kugelstange in einer Endposition und das Kupplungsantriebsmittel von dem Kupplungsschaltmittel entkoppelt ist. Damit wird von dem Sperrelement, nachdem es die Blockierstellung, in welcher die Schwenkbewegung der Kugelstange blockiert wird, verlassen hat, zunächst in einer ersten Freigabestellung die Antriebskupplung mittels des Kupplungsschaltmittels zum Bewegen der Kugelstange aus einer Endlage in die andere Endlage betätigt und anschließend, nachdem die Kugelstange die Endlage erreicht hat das Kupplungsantriebsmittel von dem Kupplungsschaltmittel entkoppelt, wodurch eine Entkopplung der Abtriebswelle von der Kugelstangenantriebswelle ermöglicht wird.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn weiterbildungsgemäß die Abtriebswelle als Hohlwelle ausgebildet ist, in welcher die Kugelstangenantriebswelle drehbar gelagert ist, und zum Koppeln der Abtriebswelle mit der Kugelstangenantriebswelle die Antriebskupplung als Kugelrastkupplung ausgebildet ist.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist
• - das Kupplungsschaltmittel als auf der Abtriebswelle verschiebbar angeordnete Kupplungsschalthülse ausgebildet, welche gegen eine Kupplungsrückstellfeder in eine die Antriebskupplung betätigende Position mittels des Kupplungsantriebsmittels verschiebbar ist, und
• - in der zweiten Freigabestellung des Sperrelementes das Kupplungsantriebsmittel von dem Kupplungsschaltmittel entkoppelt und die Kupplungsschalthülse in eine die Antriebskupplung nichtbetätigende Position mittels der Kupplungsrückstellfeder verschiebbar.
• Bei dieser Weiterbildung der Erfindung ist die Kupplungsschalthülse als Kupplungsschaltmittel mit dem Kupplungsantriebsmittel derart gekoppelt, dass die Verschiebung des Kupplungsschaltmittels gegen die Kupplungsrückstellfeder aufgrund der Bewegung des Sperrelementes in dessen erste Freigabestellung zur Betätigung der Antriebskupplung führt und in der nachfolgenden zweiten Freigabestellung das Kupplungsantriebsmittel von der Kupplungsschalthülse entkoppelt ist, wodurch die Kupplungsschalthülse durch die Rückstellkraft der Kupplungsrückstellfeder zurück in ihrer Ausgangsstellung geschoben wird, in welcher die Antriebskupplung entkoppelt ist. Vorzugsweise ist das Kupplungsantriebsmittel als auf der Kupplungsschalthülse angeordnete Schlepphülse ausgebildet.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Getriebeschalteinrichtung mit dem wenigstens einen Sperrelement derart gekoppelt, dass nach dem Verschwenken der Kugelstange aus der Ruhestellung in deren Betriebsstellung das Wechselgetriebe mittels der Getriebeschalteinrichtung von dem ersten Teilgetriebe auf das zweite Teilgetriebe schaltbar ist. Damit wird nach dem Ausschwenken der Kugelstange in deren Betriebsstellung das Wechselgetriebe auf das zweite Teilgetriebe geschaltet. Dieser Schaltzustand des Wechselgetriebes bleibt erhalten, so dass zum Verschwenken der Kugelstange zurück in deren Ruhestellung bereits die richtige Drehrichtung sichergestellt ist.
• Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Kugelstange mit einer ersten Sperrrampe als Formschlusskontur ausgebildet, welche mit dem wenigstens einen Sperrelement in der Ruhestellung der Kugelstange in Eingriff bringbar ist, und die Kugelstange mit einer zweiten Sperrrampe als Formschlusskontur ausgebildet, welche mit dem wenigstens einen Sperrelement in der Betriebsstellung der Kugelstange in Eingriff bringbar ist.
• Um das Wechselgetriebe zur Sicherstellung der richtigen Drehrichtungen der Abtriebswelle mittels des Sperrelementes in Abhängigkeit von dessen Bewegungsposition entsprechend zu schalten, ist die Kopplung des wenigstens einen Sperrelementes mit der Getriebeschalteinrichtung derart ausgebildet, dass bei Eingriff des Sperrelementes mit der zweiten Sperrrampe das Wechselgetriebe mittels der Getriebeschalteinrichtung von dem zweiten Teilgetriebe auf das erste Teilgetriebe schaltbar ist.
• Des Weiteren ist weiterbildungsgemäß die Kugelstange mittels eines Kugelgelenks schwenkbar ausgebildet, bei welcher ein Kugelstangenlagerkopf der Kugelstange als Gelenkpfanne und ein Gelenkkopf fahrzeugfest angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Kugelstangenlagerkopf mit einer Kulissenbahn-Zahnstange ausgebildet, welche mit einem Antriebsritzel kämmt, welches mit der Kugelstangenantriebswelle gekoppelt ist.
• Schließlich in einer letzten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung das Antriebsritzel mittels einer federbelasteten Halteraste drehfixierbar.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
• 1 eine Anhängerkupplung gemäß der Erfindung in einer Ruhestellung,
• 2 die Anhängerkupplung nach 1 in einer Betriebsstellung,
• 3 die Anhängerkupplung nach 1 in einer Zwischenstellung,
• 4 eine Detaildarstellung der Anhängerkupplung nach 1 mit einem Getriebe und einer Kugelstange,
• 5 eine Schemadarstellung der Anhängerkupplung nach 1 beim Entriegeln einer Blockiervorrichtung in einer Ruhestellung der Kugelstange,
• 6 eine schematische Darstellung der Anhängerkupplung nach 1 beim Ausfahren der Kugelstange aus der Ruhestellung in die Betriebsstellung,
• 7 eine schematische Darstellung der Anhängerkupplung nach 1 beim Entkoppeln einer Antriebskopplung in der Betriebsstellung der Kugelstange,
• 8 eine schematische Darstellung der Anhängerkupplung nach 1 beim Verriegeln der Kugelstange in deren Betriebsstellung,
• 9 eine schematische Darstellung der Anhängerkupplung nach 1 im verriegelten Zustand der Kugelstange in deren Betriebsstellung,
• 10 eine schematische Darstellung der Anhängerkupplung nach 1 beim Verschwenken der Kugelstange aus der Betriebsstellung in die Ruhestellung,
• 11 eine schematische Darstellung der Anhängerkupplung nach 1 beim Entkoppeln einer Antriebskopplung in der Ruhestellung der Kugelstange,
• 12 eine schematische Darstellung der Anhängerkupplung nach 1 beim Verriegeln der Kugelstange in deren Ruhestellung, und
• 13 eine schematische Darstellung der Anhängerkupplung nach 1 im verriegelten Zustand der Kugelstange in deren Ruhestellung.
• Die 1, 2 und 3 zeigen jeweils eine Anhängerkupplung 1 mit einer Kugelstange 2, die an einem Ende eine Kupplungskugel 2.4 und am anderen Ende über ein Kugelgelenk 2.1 an einem Fahrzeug (nicht dargestellt) fahrzeugfest montiert ist.
• Das Kugelgelenk 2.1 umfasst einen als Gelenkpfanne ausgebildeten Kugelstangenlagerkopf 2.10 der Kugelstange 2 und einen fahrzeugfest montierten Gelenkkopf 2.11. Die Kugelstange 2 weist daher an ihrem einen Ende die Kupplungskugel 2.4 und am gegenüberliegenden Ende den Kugelstangenlagerkopf 2.10 auf, der als Gelenkpfanne schwenk- und drehbar den Gelenkkopf 2.11 umschließt.
• Die Kugelstange 2 der Anhängerkupplung ist gemäß den 1 und 2 zwischen einer Ruhestellung I (vgl. 1) und einer Betriebsstellung II (vgl. 2) mittels einer elektrischen Antriebseinheit 4 vollelektrisch schwenkbar. Bei dieser Schwenkbewegung aus der Ruhestellung I oder der Betriebsstellung II führt die Kugelstange 2 zunächst eine Kippbewegung mit anschließender Drehbewegung und zuletzt wieder eine Kippbewegung aus. Dies gilt auch umgekehrt bei einer Schwenkbewegung aus der Betriebsstellung II zurück in die Ruhestellung I.
• Zur Durchführung einer solchen Kipp- und Drehbewegung weist der Gelenkkopf 2.11 einen Führungszapfen 2.110 auf, welcher in einer Führungsnut 2.111 des Kugelstangenlagerkopfes 2.10 ragt, so dass mit der Kippbewegung der Führungszapfen 2.110 entlang der Führungsnut 2.111 geführt wird. Schlägt der Führungszapfen 2.110 an einem Ende der Führungsnut 2.111 an, erfolgt die Drehbewegung mit diesem Führungszapfen 2.110 als Drehachse, wie dies in 3 dargestellt ist. Nach dieser 3 befindet sich die Kugelstange 2 in einer Zwischenposition zwischen der Ruhestellung I und der Betriebsstellung II.
• Zur Realisierung dieser Kipp- und Drehbewegung der Kugelstange 2 wird die Drehbewegung der Antriebseinheit 4 mittels einer Getriebeeinheit 5 auf ein Antriebsritzel 2.2 übertragen, welches mit einer Kulissenbahn-Zahnstange 2.12 des Kugelstangenlagerkopfes 2.10 kämmt.
• Die Endpositionen der Kugelstange 2, also die Ruhestellung I und die Betriebsstellung II werden mittels einer Blockiervorrichtung 3 verriegelt. Diese Blockiervorrichtung 3 besteht aus zwei auf einer Gewindespindel 5.10 angeordneten Sperrelementen 3.1 und 3.2, die jeweils als Sperrriegel ausgeführt sind, wobei die Gewindespindel 5.10 in eine Getriebeantriebswelle 5.1 übergeht, die von der Antriebseinheit 4 angetrieben wird.
• Zur Verriegelung der Kugelstange 2 in deren Ruhestellung I und deren Betriebsstellung II weisen die Sperrelemente 3.1 und 3.2 sowie der Kugelstangenlagerkopf 2.10 jeweils als Flächen ausgebildete Formschlusskonturen auf, die in einer die Ruhestellung I der Kugelstange 2 blockierenden ersten Blockierstellung III₁ der beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 auf der Gewindespindel 5.10 und in einer die Betriebsstellung II der Kugelstange 2 blockierenden zweiten Blockierstellung III₂ der beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 auf der Gewindespindel 5.10 flächig aneinander liegen und somit ein Verschwenken der Kugelstange 2 verhindern. Hierzu ist das Sperrelement 3.1 und 3.2 jeweils mit einer Formschlusskontur 3.10 bzw. 3.20 ausgebildet, die zum Verriegeln der Ruhestellung I der Kugelstange 2 an einer auf der Oberfläche des Kugelstangenlagerkopfes 2.10 angeordneten und eine Formschlusskontur 2.51 und 2.52 aufweisenden ersten Sperrrampe 2.5 des Kugelstangenlagerkopfes 2.10 anliegt. Mit dieser ersten Sperrrampe 2.5 wird die erste Blockierstellung III₁ der Sperrelemente 3.1 und 3.2 definiert. In der Betriebsstellung II liegen die Formschlusskonturen 3.10 und 3.20 der beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 an einer zweiten Sperrrampe 2.6 mit Formschlusskonturen 2.61 und 2.62 des Kugelstangenlagerkopfes 2.10 an, wodurch die zweite Blockierstellung III₂ definiert ist.
• Die paarweise in Eingriff kommenden Formschlusskonturen sind derart ausgerichtet, dass beim Zusammenfahren der beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 aus ihrer Freigabestellung IV in deren erste oder zweite Blockierstellung III₁ bzw. III₂ , die als Sperrriegel ausgebildeten Sperrelemente 3.1 und 3.2 mit ihren flächigen Formschlusskonturen 3.10 und 3.20 auf die ebenso flächigen Formschlusskonturen 2.51 und 2.52 der ersten Sperrrampe 2.5 in der Ruhestellung I der Kugelstange 2 bzw. auf die ebenso flächigen Formschlusskonturen 2.61 und 2.62 der zweiten Sperrrampe 2.6 in der Betriebsstellung II der Kugelstange 2 auffahren und damit einen Form- und Kraftschluss bilden. Die beiden Sperrrampen 2.5 und 2.6 sind unterschiedlich ausgeführt, so dass sich die Positionen der beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 auf der Gewindespindel 5.10 in den beiden Blockierstellungen III₁ und III₂ unterscheiden.
• Damit eine Schwenkbewegung der Kugelstange 2 ermöglicht wird, wird die Blockiervorrichtung 3 entriegelt, indem die beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 aus deren ersten oder zweiten Blockierstellung III₁ bzw. III₂ in eine Freigabestellung IV₁ , IV₂ und IV₃ gemäß den 6 bis 8 und 10 bis 12 verfahren werden, so dass die beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 in der Ruhestellung I der Kugelstange 2 nicht mehr in Eingriff mit den Formschlusskonturen 2.51 und 2.52 der ersten Sperrrampe 2.5 und in der Betriebsstellung II der Kugelstange 2 nicht mehr in Eingriff mit den Formschlusskonturen 2.61 und 2.62 der zweiten Sperrrampe 2.6 liegen und eine Schwenkbewegung der Kugelstange 2 nicht behindern können. Hierzu wird die Getriebeantriebswelle 5.1 und damit auch die Gewindespindel 5.0 von der Antriebseinheit 4 angetrieben.
• Befindet sich die Kugelstange 2 in einer verriegelten Endposition, wird zum Verschwenken der Kugelstange 2 in die andere Endposition zunächst die verriegelte Endposition mittels der Blockiervorrichtung 3 entriegelt, anschließend die Kugelstange 2 entweder in die Betriebsstellung II ausgefahren oder in die Ruhestellung I eingefahren und abschließend die Endposition mittels der Blockiervorrichtung 3 wieder verriegelt.
• Die einzelnen Komponenten der Anhängerkupplung 1 ist in 5 detailliert mit entsprechenden Bezugszeichen in der mittels der Blockiervorrichtung 3 verriegelten Kugelstange 2 in deren Ruhestellung I dargestellt. Die 6 bis 13 zeigen diese Anhängerkupplung 1 gemäß 5 in unterschiedlichen Betriebszuständen, wobei in diesen 6 bis 13 lediglich die für den Funktionsablauf des Verschwenkens der Kugelstange 2 aus der Ruhestellung I in die Betriebsstellung II und des Verschwenkens der Kugelstange 2 zurück in die Ruhestellung I erforderlichen Komponenten bezeichnet sind.
• Gemäß 5 wird über die Getriebeeinheit 5 sowohl die Blockiervorrichtung 3 über die Gewindespindel 5.10 mit den darauf verfahrbaren Sperrelementen 3.1 und 3.2 angetrieben als auch das Antriebsritzel 2.2, welches gemäß 4 mit der Kulissenbahn-Zahnstange 2.12 drehgekoppelt ist.
• Da die Gewindespindel 5.10 gleichzeitig die Getriebeantriebswelle 5.1 darstellt, wird eine Drehbewegung der Antriebseinheit 4 direkt auf die Gewindespindel 5.10 übertragen, so dass die beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 zwischen einem die erste oder zweite Blockierstellung III₁ bzw. III₂ und einem eine Freigabestellung IV₃ definierenden Anschlag 3.3 auf der Gewindespindel 5.10 verfahrbar sind.
• Die Getriebeeinheit 5 umfasst ein Wechselgetriebe 5.0 mit einem ersten Teilgetriebe 5.2 und einem zweiten Teilgetriebe 5.3. Über eine Schalteinrichtung 6, die als Schaltnuss 6.0 ausgebildet ist, wird entweder das erste Teilgetriebe 5.2 oder das zweite Teilgetriebe 5.3 geschaltet, wobei mittels den beiden Teilgetrieben 5.2 und 5.3 die Getriebeantriebswelle 5.1 mit einer als Hohlwelle 5.40 ausgebildeten Abtriebswelle 5.4 drehgekoppelt wird.
• Das erste Teilgetriebe 5.2 besteht aus einem ersten Zahnradsatz 5.20 mit einem Antriebszahnrad 5.21 und einem drehfest mit der Hohlwelle 5.40 verbundenen Abtriebszahnrad 5.22. Mit diesem ersten Zahnradsatz 5.20 wird eine Drehbewegung der Getriebeantriebswelle 5.1 mit Drehrichtüngsumkehrung auf die Hohlwelle 5.40 übertragen, um bei geschalteter Antriebskupplung 5.6 die Kugelstange 2 aus der Ruhestellung I in deren Betriebsstellung II zu verschwenken.
• Das zweite Teilgetriebe 5.3 besteht aus einem zweiten Zahnradsatz 5.30 mit einem Antriebszahnrad 5.31 und einem drehfest mit der Hohlwelle 5.40 verbundenen Abtriebszahnrad 5.32, wobei zur Realisierung einer Drehrichtungsgleichheit der beiden Wellen 5.1 und 5.4 ein Zwischenzahnrad 5.33 die beiden Zahnräder 5.31 und 5.32 verbindet. Mit diesem zweiten Teilgetriebe 5.3 wird bei geschalteter Antriebskupplung 5.6 die Kugelstange 2 aus der Betriebsstellung II in deren Ruhestellung I verschwenkt. Sowohl zum Verschwenken der Kugelstange 2 in die Betriebsstellung II als auch zum Verschwenken in die Ruhestellung I erzeugt die Antriebseinheit 4 eine Drehbewegung D1 (vgl. 5 bis 7 sowie 10 und 11).
• Die Hohlwelle 5.40 wird mittels einer als Kugelrastkupplung 5.60 ausgebildeten Antriebskupplung 5.6 mit der Kugelstangenantriebswelle 5.5 drehverbunden, wobei die Kugelstangenantriebswelle 5.5 mit einem becherförmigen Wellenflansch 5.41 endet. Dieser Wellenflansch 5.41 nimmt die Welle 2.20 des Antriebsritzels 2.2 auf und wird über eine in diesem Wellenflansch 5.41 angeordneten Kugelraste 5.7 mit der Kugelstangenantriebswelle 5.5 gekoppelt. Zur Fixierung einer mit der Ruhestellung I und der Betriebsstellung II der Kugelstange 2 korrespondierenden Drehstellung des Antriebsritzels 2.2 ist eine Halteraste 2.3 vorgesehen, welche jeweils in der Ruhestellung I und der Betriebsstellung II der Kugelstange 2 mit der Welle 2.20 des Antriebsritzels 2.2 verrastet.
• Zum Schalten des Wechselgetriebes 5.0 zwischen dem ersten Teilgetriebe 5.2 und dem zweiten Teilgetriebe 5.3 ist die als Schaltnuss 6.0 ausgebildete Getriebeschalteinrichtung 6 vorgesehen. Diese Schaltnuss 6.0 ist mit dem ersten Sperrelement 3.1 über eine Koppelstange (in den Figuren nicht dargestellt) derart gekoppelt, dass in bestimmten Bewegungspositionen des ersten Sperrelementes 3.1, die mit den Endpositionen, also der Ruhestellung I oder der Betriebsstellung II korrespondieren, eine Umschaltung zwischen den beiden Teilgetrieben 5.2 und 5.3 bewirkt wird.
• Nicht nur die Umschaltung des Wechselgetriebes 5.0 zwischen den beiden Teilgetrieben 5.2 und 5.3 wird mit Bewegungspositionen des Sperrelementes 3.1 synchronisiert, sondern auch das Betätigen der als Kugelrastkupplung 5.60 ausgebildeten Antriebskupplung 5.6 und deren Entkupplung.
• Hierzu ist ein als Kupplungsschalthülse 7.0 ausgebildetes Kupplungsschaltmittel 7 vorgesehen, wobei diese Kupplungsschalthülse 7.0 auf der als Hohlwelle 5.40 ausgebildeten Abtriebswelle 5.4 in Achsrichtung zwischen einer Entkupplungsstellung und einer Kupplungsstellung verschiebbar angeordnet ist. In der Entkupplungsstellung liegt die Kupplungsschalthülse 7.0 an der zur Kugelstangenantriebswelle 5.5 zeigenden Stirnseite des Wellenflansches 5.41 an und ist von dort in Richtung des ersten Zahnradsatzes 5.20 in die Kupplungsstellung verschiebbar. Ferner überdeckt gemäß 5 eine benachbart zur Kupplungsschalthülse 7.0 angeordnete Freilaufhülse 7.2 einen Kugelrastbereich der Hohlwelle 5.40 und der Kugelstangenantriebswelle 5.5, so dass die die Verbindung der beiden Wellen 5.40 und 5.5 herstellenden Kugeln radial nach außen ausweichen können. In der Kupplungsstellung der Kupplungsschalthülse 7.0 überdeckt dieselbe diesen Kugelrastbereich, wodurch die Kugeln radial nach innen gedrückt werden und dadurch eine drehfeste Verbindung zwischen den beiden Wellen 5.40 und 5.5 hergestellt wird, wie dies in 6 dargestellt ist.
• Bei einem Verschieben der Kupplungsschalthülse 7.0 aus deren Entkupplungsstellung in Richtung des ersten Zahnradsatzes 5.20 wird auch die Freilaufhülse 7.2 in die gleiche Richtung mitbewegt. Die Freilaufhülse 7.2 weist einen in Richtung des ersten Zahnradsatzes 5.20 zeigenden hülsenförmigen Fortsatz 7.20 auf, welcher eine Kupplungsrückstellfeder 7.1 aufnimmt, die einerseits an einem Anschlag 8.4 im Bereich des ersten Zahnradsatzes 5.20 anliegt und andererseits sich an der Freilaufhülse 7.2 abstützt, so dass bei einer Bewegung derselben in Richtung des ersten Zahnradsatzes 5.20 die Kupplungsrückstellfeder 7.1 gespannt wird.
• Um bei entriegelter Kugelstange 2, wenn also die Sperrelemente 3.1 und 3.2 nicht mehr in Eingriff mit den Formschlusskonturen 2.51 und 2.52 der ersten Sperrrampe 2.5 bzw. mit den Formschlusskonturen 2.61 und 2.62 der zweiten Sperrrampe 2.6 stehen, muss die Antriebskupplung 5.6 betätigbar sein. Hierzu ist ein Kupplungsantriebsmittel 8 vorgesehen, welches als Schlepp- - hülse 8.0 auf der Kupplungsschalthülse 7.0 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist. Diese Schlepphülse 8.0 ist einerseits mit der Kupplungsschalthülse 7.0 mittels einer federbelasteten Kugelraste 8.1 lösbar gekoppelt und andererseits mit dem Sperrelement 3.1 über ein gefedertes Mitnehmerelement 8.2 verbunden. Dieses Mitnehmerelement 8.2 ist derart mittels einer an der Schlepphülse 8.0 angeordneten Regelfeder 8.3 gekoppelt, dass bei einer Bewegung des Sperrelementes 3.1 in die beiden axialen Richtungen erst mit dem Erreichen einer bestimmten Federkraft die Bewegung des Sperrelementes 3.1 auf die Schlepphülse 8.0 übertragen wird. Außerdem ist die Federkennlinie der Regelfeder 8.3 mit der Federkennlinie der Kupplungsrückstellfeder 7.1 abgestimmt, wie weiter unten erläutert wird.
• Nachfolgend werden unterschiedliche Betriebsphasen während des Verschwenkens der Kugelstange 2 aus der Ruhestellung I in die Betriebsstellung II und umgekehrt aus der Betriebsstellung II in die Ruhestellung I einschließlich der Verriegelungs- und Entriegelungsphasen mittels der Blockiervorrichtung 3 beschrieben.
• Die 5 zeigt einen Betriebszustand der Anhängerkupplung 1 mit der Kugelstange 2 in deren verriegelten Ruhestellung I und den Sperrelementen 3.1 und 3.2 in deren Blockierstellung III₁ . Hierbei bilden die Formschlusskonturen 3.10 und 3.20 der beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 einen Formschluss mit den Formschlusskonturen 2.51 und 2.52 der ersten Sperrrampe 2.5 des Kugelstangenlagerkopfes 2.10. Die Schaltnuss 6.0 als Getriebeschalteinrichtung 6 koppelt die Getriebeantriebswelle 5.1 mit dem ersten Teilgetriebe 5.2. Die Antriebskupplung 5.6 ist geöffnet, so dass kein Drehmoment von der Hohlwelle 5.40 auf die Kugelstangenantriebswelle 5.5 übertragen wird.
• Zum Verschwenken der Kugelstange 2 in die Betriebsstellung II wird die Antriebseinheit 4, bspw. durch die manuelle Betätigung eines Tasters bestromt, wodurch die Getriebeantriebswelle 5.1 und damit auch die Gewindespindel 5.10 in eine Drehrichtung D1 gedreht wird. Dies hat zur Folge, dass die beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 auf der Gewindespindel 5.10 auseinander fahren (vgl. Pfeil P1) und damit die Verriegelung zur ersten Sperrrampe 2.5 gelöst wird. Die Drehbewegung wird über die erste Getriebeeinheit 5.2 auch auf die Hohlwelle 5.40 mit umgekehrter Drehrichtung D2 übertragen, jedoch nicht auf die Kugelstangenantriebswelle 5.5, da die Antriebskupplung 5.6 nicht geschaltet ist. Das Antriebsritzel 2.2 wird durch die eingerastete Halteraste 2.3 am Drehen gehindert.
• Mit dem weiteren Verfahren des Sperrelementes 3.1 in Richtung des ersten Zahnradsatzes 5.20 wird die Regelfeder 8.3 mittels des Mitnehmerelementes 8.2 gespannt und schiebt dabei die Schlepphülse 8.0 in Richtung des ersten Zahnradsatzes 5.20 (vgl. Pfeil P2). Gleichzeitig wird über die Kugelraste 8.1 die Freilaufhülse 7.2 zusammen mit der Kupplungsschalthülse 7.0 ebenso in Richtung des ersten Zahnradsatzes 5.20 zu deren Kupplungsstellung verschoben (vgl. Pfeil P3), wodurch die Kupplungsschalthülse 7.0 über die Kugelrastkupplung 5.60 geschoben und dadurch die Hohlwelle 5.40 mit der Kugelstangenantriebswelle 5.5 gekoppelt wird. Die entsprechende Position des Sperrelementes 3.1 wird als erste Freigabestellung IV₁ bezeichnet. Damit wird das Drehmoment der Getriebeantriebsachse 5.1 über den ersten Zahnradsatz 5.20 auf die Kugelstangenantriebswelle 5.5 übertragen und die Kugelstange 2 von der Antriebsritzel 2.2 in die Betriebsstellung II verschwenkt. Gleichzeitig wird die Freilaufhülse 7.2 an einen Anschlag 8.4 gefahren und damit die Kupplungsrückstellfeder 7.1 gespannt. Dieser Betriebszustand der Anhängerkupplung 1 ist in 6 dargestellt.
• Ausgehend von dieser ersten Freigabestellung IV₁ wird das Sperrelement 3.1 weiter in Richtung des Anschlags 3.3 bewegt und zieht hierbei die Schlepphülse 8.0 in die gleiche Richtung mit (vgl. Pfeil P2), bis in einer zweiten Freigabestellung IV₂ die Kugelraste 8.1 die Kopplung mit der Kupplungsschalthülse 7.0 freigibt, wodurch mittels der Federkraft der gespannten Kupplungsrückstellfeder 7.1 die Freilaufhülse 7.2 zusammen mit der Kupplungsschalthülse 7.0 aus deren Kupplungsstellung in deren Entkupplungsstellung, in welcher diese an dem Wellenflansch 5.41 anschlägt, zurückgeschoben (vgl. Pfeil P4). Damit wird die Antriebskupplung 5.6 gelöst und das Antriebsritzel 2.2 mittels der Halteraste 2.3 in der der Betriebsstellung II der Kugelstange 2 entsprechenden Position fixiert. Dieser Betriebszustand der Anhängerkupplung 1 ist in 7 dargestellt.
• Mit dem kontinuierlichen Weiterbewegen des Sperrelementes 3.1 in Richtung des ersten Zahnradsatzes 5.20 schlägt das Sperrelement 3.1 an dem Anschlag 3.3 an, gleichzeitig schlägt auch die Schlepphülse 8.0 an dem Anschlag 8.4 an. Mit dieser Bewegungsposition des Sperrelementes 3.1 wird eine dritte Freigabestellung IV₃ definiert und die Schaltnuss 6.0 in Richtung des zweiten Zahnradsatzes 5.30 mittels der Koppelstange, die das Sperrelement 3.1 mit der Schaltnuss 6.0 koppelt, geschoben, wodurch die Getriebeantriebswelle 5.1 über den zweiten Zahnradsatzes 5.30 mit der Hohlwelle 5.40 drehrichtungsgleich gekoppelt wird. Gleichzeitig mit dem Anschlagen des Sperrelementes 3.1 an dem Anschlag 3.3 steigt die Stromstärke des Betriebsstromes der Antriebseinheit 4 an, wodurch eine Drehrichtungsumkehrung der Getriebeantriebswelle 5.1 in die Drehrichtung D2 bewirkt wird (vgl. 8). Diese Drehrichtungsumkehrung wird mittels einer Steuerlogik der als Elektromotor ausgeführten Antriebseinheit 4 realisiert. In die gleiche Drehrichtung D2 wird auch die Hohlwelle 5.40 gedreht, jedoch das Drehmoment aufgrund der nichtbetätigten Antriebskupplung 5.6 nicht auf die Kugelstangenantriebswelle 5.5 übertragen. Mit dieser Drehrichtung D2 der Getriebeantriebswelle 5.1 und damit auch der Gewindespindel 5.10 werden die beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 auf der Gewindespindel 5.10 aufeinander zu in Richtung von deren Blockierstellung III₂ (vgl. Pfeile P5) verfahren. Hierbei befindet sich die Kupplungsschalthülse 7.0 zusammen mit der Freilaufhülse 7.2 in deren Entkupplungsstellung, in welcher die Kupplungsschalthülse 7.0 an dem Wellenflansch 5.41 anliegt und die Freilaufhülse 7.2 damit den Freilauf der Hohlwelle 5.40 sichert. Dieser Betriebszustand der Anhängerkupplung 1 ist in 8 dargestellt.
• Mit der Drehbewegung in die Drehrichtung D2 der Getriebeantriebswelle 5.1 und damit der Gewindespindel 5.10 werden die beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 kontinuierlich in Richtung der Pfeile P5 aufeinander zu bewegt, bis diese auf die zweite Sperrrampe 2.6 auffahren und damit die zweite Blockierstellung III₂ auf der Gewindespindel 5.10 erreicht haben, in welcher ein Formschluss zwischen den beiden Sperrelementen 3.1 und 3.2 und der zweiten Sperrrampe 2.6 gebildet ist. Diese zweite Sperrrampe 2.6 ist im Vergleich zur ersten Sperrrampe 2.5 breiter ausgeführt, wodurch die Bewegung der beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 bereits vor dem Erreichen der ersten Blockierstellung III₁ beendet wird, mit der Folge dass ein Schaltpunkt für das Umschalten der Schaltnuss 6.0 mittels der Koppelstange, welche das Sperrelement 3.1 mit der Schaltnuss 6.0 koppelt, nicht erreicht wird. Damit bleibt das zweite Teilgetriebe 5.3 geschaltet und die Getriebeantriebswelle 5.1 ist weiterhin über den zweiten Zahnradsatzes 5.3 mit der Hohlwelle 5.40 drehrichtungsgleich drehgekoppelt. Gleichzeitig mit dem Verfahren der Sperrelemente 3.1 und 3.2 aus der dritten Freigabestellung IV₃ in Richtung der zweiten Blockierstellung III₂ wird auch über das Mitnehmerelement 8.2 die Schlepphülse 8.0 in deren Ausgangslage mitbewegt, in welcher dieselbe über die Kugelraste 8.1 wieder mit der Kupplungsschalthülse 7.0 gekoppelt wird. Ferner steigt mit dem Auffahren der beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 auf die zweite Sperrrampe 2.6 die Stromstärke des Betriebsstroms der elektrischen Antriebseinheit 4 an, wodurch die Antriebseinheit 4 abgeschaltet wird. Dieser Betriebszustand der Anhängerkupplung 1 ist in 9 dargestellt, in welcher die beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 als Sperrriegel an der zweiten Sperrrampe 2.6 form- und kraftschlüssig anliegen, die Schlepphülse 8.0 zusammen mit der Kupplungsschalthülse 7.0 und der Freilaufhülse 7.2 in deren an dem Wellenflansch 5.41 anliegenden Ausgangsstellung mit entspannter Kupplungsrückstellfeder 7.1 anliegen und der zweite Zahnradsatz 5.30 mit der Getriebeantriebswelle 5.1 gekoppelt ist.
• Dieser Betriebszustand gemäß 9, in welcher die Kugelstange 2 sich in deren Betriebsposition II befindet, ist auch der Ausgangszustand zum Verschwenken der Kugelstange 2 zurück in deren Ruheposition I.
• Dieser Funktionsablauf des Verschwenkens der Ankerstange 2 aus der Betriebsposition II zurück in die Ruheposition I wird nachfolgend erläutert.
• Ausgehend von der Betriebsposition gemäß 9 wird durch die manuelle Betätigung des Tasters, welcher auch für den umgekehrten Funktionsablauf des Verschwenkens der Ankerstange 2 in die Betriebsposition II betätigt wird, die Antriebseinheit 4 bestromt, wodurch die Getriebeantriebswelle 5.1 und damit auch die Gewindespindel 5.10 in die Drehrichtung D1 angetrieben wird. Dies führt zu einem Auseinanderfahren der beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2, wodurch die Verriegelung zur zweiten Sperrrampe 2.6 gelöst wird. Die Drehbewegung der Getriebeantriebswelle 5.1 wird über den zweiten Zahnradsatzes 5.30 auf die Hohlwelle 5.40 drehrichtungsgleich übertragen, jedoch aufgrund der eingerasteten Halteraste 2.3 nicht auf das Antriebsritzel 2.2, da die Antriebskupplung 5.6 nicht geschaltet ist.
• Bei dieser Bewegung des Sperrelementes 3.1 in Richtung des ersten Zahnradsatzes 5.20 wird die Regelfeder 8.3 gespannt, wodurch die Schlepphülse 8.0 in Richtung des ersten Zahnradsatzes 5.20 verschoben wird (vgl. Pfeil P2). Über die Kugelraste 8.1 wird gleichzeitig auch die Kupplungsschalthülse 7.0 zusammen mit der Freilaufhülse 7.2 ebenso in Richtung des ersten Zahnradsatzes 5.20 verschoben (vgl. Pfeil P3). Mit dem Erreichen der ersten Freigabestellung IV₁ des Sperrelementes 3.1 wird die Kupplungsschalthülse 7.0 über die Antriebskupplung 5.6 geschoben und dadurch die Hohlwelle 5.40 mit der Kugelstangenantriebswelle 5.5 gekoppelt. Infolgedessen wird die Drehbewegung der Hohlwelle 5.40 in Drehrichtung D1 auf das Antriebsritzel 2.2 übertragen und damit die Ankerstange 2 in deren Ruhestellung I verschwenkt. Gleichzeitig schlägt in dieser ersten Freigabestellung IV₁ die Freilaufhülse 7.2 an dem Anschlag 8.4 an, so dass die Kupplungsrückstellfeder 7.1 gespannt ist. Dieser Betriebszustand der Anhängerkupplung 1 ist in 10 dargestellt.
• Ausgehend von dieser ersten Freigabestellung IV₁ wird das Sperrelement 3.1 weit in Richtung des Anschlags 3.3 kontinuierlich bewegt und schleppt hierbei die Schlepphülse 8.0 in die gleiche Richtung mit (vgl. Pfeil P2), bis in der zweiten Freigabestellung IV₂ die Kugelraste 8.1 die Kopplung mit der Kupplungsschalthülse 7.0 freigibt, wodurch mittels der Federkraft der gespannten Kupplungsrückstellfeder 7.1 die Freilaufhülse 7.2 zusammen mit der Kupplungsschalthülse 7.0 aus deren Kupplungsstellung in deren Entkupplungsstellung, in welcher diese an dem Wellenflansch 5.41 anschlägt, zurückgeschoben wird (vgl. Pfeil P4). Damit ist die Antriebskupplung 5.6 gelöst und das Antriebsritzel 2.2 mittels der Halteraste 2.3 in der der Ruhestellung I der Kugelstange 2 entsprechenden Position fixiert. Dieser Betriebszustand der Anhängerkupplung 7 ist in 11 dargestellt.
• Ausgehend von dieser zweiten Freigabestellung IV₂ wird das Sperrelement 3.1 weiter in Richtung des ersten Zahnradsatzes 5.20 bis zum Anschlagen an dem Anschlag 3.3 bewegt, wo es sich in der dritten Freigabestellung IV₃ befindet. Gleichzeitig schlägt auch die Schlepphülse 7.0 an dem Anschlag 8.4 an. Mit dem Anschlagen des Sperrelementes 3.1 an dem Anschlag 3.3 erfolgt jedoch kein Umschalten des Wechselgetriebes 5.0 auf den ersten Zahnradsatz 5.20, der zweite Zahnradsatz 5.30 bleibt geschaltet und damit auch die Kopplung der Getriebeantriebswelle 5.1 und die Gewindespindel 5.10 mit dem zweiten Teilgetriebe 5.3. Gleichzeitig mit dem Anschlagen des Sperrelementes 3.1 an dem Anschlag 3.3 steigt die Stromstärke des Betriebsstroms der Antriebseinheit 4 an, wodurch eine Drehrichtungsumkehrung der Getriebeantriebswelle 5.1 in die Drehrichtung D2 bewirkt wird. Die Drehrichtungsumkehrung wird mittels der Steuerlogik der als Elektromotor ausgeführten Antriebseinheit 4 realisiert. In die gleiche Drehrichtung D2 wird auch die Hohlwelle 5.40 gedreht, jedoch wird das Drehmoment aufgrund der nichtbetätigten Antriebskupplung 5.6 nicht auf die Kugelstangenantriebswelle 5.5 übertragen. Mit dieser Drehrichtung D2 der Getriebeantriebswelle 5.1 und damit auch der Gewindespindel 5.10 werden die beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 auf der Gewindespindel 5.10 aufeinander zu in Richtung von deren Blockierstellung III₂ (vgl. Pfeil P5) verfahren. Hierbei befindet sich die Kupplungsschalthülse 7.0 zusammen mit der Freilaufhülse 7.2 in deren Entkupplungsstellung, in welcher die Kupplungsschalthülse 7.0 an dem Wellenflansch 5.41 anliegt und die Freilaufhülse 7.2 damit den Freilauf der Hohlwelle 5.40 sichert. Dieser Betriebszustand der Anhängerkupplung 1 ist in 12 dargestellt.
• Mit der Drehbewegung in die Drehrichtung D2 der Getriebeantriebswelle 5.1 und damit der Gewindespindel 5.10 werden die beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 kontinuierlich in Richtung in Richtung der Pfeile P5 aufeinander zu bewegt, bis diese auf die erste Sperrrampe 2.5 auffahren und damit wieder die erste Blockierstellung III₁ auf der Gewindespindel 5.10 erreicht haben, in welcher ein Formschluss zwischen den beiden Sperrelementen 3.1 und 3.2 und der ersten Sperrrampe 2.5 gebildet ist. Mit dem Erreichen dieser ersten Blockierstellung III₁ wird auch Schaltpunkt für das Umschalten der Schaltnuss 6.0 mittels der Koppelstange, die das erste Sperrelement 3.1 mit der Schaltnuss 6.0 koppelt, erreicht, wodurch das Wechselgetriebe 5.0 von dem zweiten Teilgetriebe 5.3 auf das erste Teilgetriebe 5.2 umgeschaltet und damit der erste Zahnradsatz 5.20 mit der Getriebeantriebswelle 5.1 gekoppelt wird. Gleichzeitig mit dem Verfahren der Sperrelemente 3.1 und 3.2 aus der dritten Freigabestellung IV₃ in Richtung der ersten Blockierstellung III₁ wird auch über das Mitnehmerelement 8.2 die Schlepphülse 8.0 in deren Ausgangslage mitbewegt, in welcher dieselbe über die Kugelraste 8.1 wieder mit der Kupplungsschalthülse 7.0 gekoppelt wird. Ferner steigt mit dem Auffahren der beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 auf die erste Sperrrampe 2.5 die Stromstärke des Betriebsstroms der elektrischen Antriebseinheit 4 an, wodurch die Antriebseinheit 4 abgeschaltet wird. Dieser Betriebszustand der Anhängerkupplung 1 entspricht dem Betriebszustand gemäß 13, in welcher die beiden Sperrelemente 3.1 und 3.2 als Sperrriegel an der ersten Sperrrampe 2.5 form- und kraftschlüssig anliegen, die Schlepphülse 8.0 zusammen mit der Kupplungsschalthülse 7.0 und der Freilaufhülse 7.2 in deren an dem Wellenflansch 5.41 anliegenden Ausgangsstellung mit entspannter Kupplungsrückstellfeder 7.1 anliegen und der erste Zahnradsatz 5.20 mit der Getriebeantriebswelle 5.1 gekoppelt ist.
• Dieser Betriebszustand gemäß 13 entspricht dem Betriebszustand von 5, aus welchem mit der Bestromung der Antriebseinheit 4 die Kugelstange 2 wieder aus der Ruhestellung I in deren Betriebstellung II verschwenkt wird, wobei hierzu die Getriebeantriebswelle wieder in eine Drehung in die Drehrichtung D1 versetzt wird.
• Bezugszeichenliste

1

Anhängerkupplung

2

Kugelstange

2.1

Kugelgelenk

2.10

Kugelstangenlagerkopf

2.11

Gelenkkopf

2.110

Führungszapfen

2.111

Führungsnut

2.12

Kulissenbahn-Zahnstange

2.2

Antriebsritzel der Kugelstange 2

2.20

Welle des Antriebsritzels 2.2

2.3

Halteraste

2.4

Kupplungskugel

2.5

erste Sperrrampe der Kugelstange 2

2.51

Formschlusskontur der ersten Sperrrampe 2.5

2.52

Formschlusskontur der ersten Sperrrampe 2.5

2.6

zweite Sperrrampe der Kugelstange 2

2.61

Formschlusskontur der zweiten Sperrrampe 2.6

2.62

Formschlusskontur der zweiten sperrende 2.6

3

Blockiervorrichtung

3.1

Sperrelement

3.10

Formschlusskontur des Sperrelementes 3.1

3.2

Sperrelement

3.20

Formschlusskontur des Sperrelementes 3.2

3.3

Anschlag

4

Antriebseinheit

5

Getriebeeinheit

5.0

Wechselgetriebe

5.1

Getriebeantriebswelle

5.10

Gewindespindel

5.2

erstes Teilgetriebe

5.20

erster Zahnradsatz

5.21

Antriebszahnrad des ersten Zahnradsatzes 5.20

5.22

Abtriebszahnrad des ersten Zahnradsatzes 5.20

5.3

zweites Teilgetriebe

5.30

zweiter Zahnradsatz

5.31

Antriebszahnrad des zweiten Zahnradsatzes 5.30

5.32

Abtriebszahnrad des zweiten Zahnradsatzes 5.30

5.33

Zwischenzahnrad des zweiten Zahnradsatzes 5.30

5.4

Abtriebswelle

5.40

Hohlwelle

5.41

Wellenflansch der Hohlwelle 5.40

5.5

Kugelstangenantriebswelle

5.6

Antriebskupplung

5.60

Kugelrastkupplung

5.7

Kugelraste

6

Getriebeschalteinrichtung

6.0

Schaltnuss

7

Kupplungsschaltmittel

7.0

Kupplungsschalthülse

7.1

Kupplungsrückstellfeder

7.2

Freilaufhülse

7.20

hülsenförmiger Fortsatz der Freilaufhülse 7.2

8

Kupplungsantriebsmittel

8.0

Schlepphülse

8.1

Kugelraste

8.2

Mitnehmerelement

8.3

Regelfeder

8.4

Anschlag

I

Ruhestellung der Kugelstange 2

II

Betriebsstellung der Kugelstange 2

III₁

erste Blockierstellung der Blockiervorrichtung 3

III₂

zweite Blockierstellung der Blockiervorrichtung 3

IV₁

erste Freigabestellung der Blockiervorrichtung 3

IV₂

zweite Freigabestellung der Blockiervorrichtung 3

IV₃

dritte Freigabestellung der Blockiervorrichtung 3

D1

Drehrichtung

D2

Drehrichtung

P1

Richtungspfeil

P2

Richtungspfeil

P3

Richtungspfeil

P4

Richtungspfeil

P5

Richtungspfeil

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102015204902 A1 [0002, 0004]

Claims (13)

1. Anhängerkupplung (1) für ein Fahrzeug mit - einer zwischen einer Ruhestellung (I) und einer Betriebsstellung (II) schwenkbaren Kugelstange (2), welche mit einer Kugelstangenantriebswelle (5.5) koppelbar ist, - wenigstens einem Sperrelement (3.1), welches zwischen einer Blockierstellung (III₁, III₂), in welcher über in Eingriff bringbare Formschlusskonturen (2.51, 2.52, 2.61, 2.62, 3.10, 3.20) die Kugelstange (2) schwenksperrbar ist, und wenigstens einer Freigabestellung (IV₁, IV₂, IV₃), in welcher die Formschlusskonturen (2.51, 2.52, 2.61, 2.62, 3.10, 3.20) außer Eingriff sind, bewegbar ist, - einem von einer Antriebseinheit (4) über eine Getriebeantriebswelle (5.1) antreibbaren Wechselgetriebe (5.0) mit einem ersten Teilgetriebe (5.2), einem zweiten Teilgetriebe (5.3) und einer Abtriebswelle (5.4), wobei - die Getriebeantriebswelle (5.1) mit dem Sperrelement (3.1) zum Verfahren zwischen der Blockierstellung (III₁, III₂) und der wenigstens einen Freigabestellung (IV₁, IV₂, IV₃) gekoppelt ist, und - die Abtriebswelle (5.4) mittels einer Antriebskupplung (5.6) mit der Kugelstangenantriebswelle (5.5) koppelbar ist, - einer mit dem Sperrelement (3.1) gekoppelten Getriebeschalteinrichtung (6) zum Schalten des ersten oder des zweiten Teilgetriebes (5.2, 5.3) in Abhängigkeit einer Bewegungsposition des Sperrelementes (3.1), wobei - bei geschaltetem ersten Teilgetriebe (5.2) die Kugelstange (2) aus der Ruhestellung (I) in die Betriebsstellung (II) verschwenkbar ist, und - bei geschaltetem zweiten Teilgetriebe (5.3) die Kugelstange (2) aus der Betriebsstellung (II) in die Ruhestellung (I) verschwenkbar ist, und - einem Kupplungsschaltmittel (7) zum Betätigen der Antriebskupplung (5.6) in Abhängigkeit einer Bewegungsposition des Sperrelementes (3.1).
2. Anhängerkupplung (1) nach Anspruch 1, bei welcher - das erste Teilgetriebe (5.2) einen ersten Zahnradsatz (5.20) aufweist, mit welchem die Antriebswelle (5.1) mit der Abtriebswelle (5.4) mit Drehrichtungsumkehrung drehverbindbar ist, - das zweite Teilgetriebe (5.3) einen zweiten Zahnradsatz (5.30) aufweist, mit welchem die Antriebswelle (5.1) mit der Abtriebswelle (5.4) drehrichtungsgleich drehverbindbar ist, und - die Getriebeschalteinrichtung (6) als Schaltnuss (6.0) ausgebildet ist, mit welcher der erste Zahnradsatz (5.20) oder der zweite Zahnradsatz (5.30) mit der Abtriebswelle (5.4) koppelbar ist.
3. Anhängerkupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher zum Betätigen der Antriebskupplung (5.6) ein Kupplungsantriebsmittel (8) vorgesehen ist, welches einerseits mit dem Kupplungsschaltmittel (7) mittels einer federbelasteten Kugelraste (8.1) lösbar gekoppelt ist und andererseits mit dem Sperrelement (3.1) über, ein gefedertes Mitnehmerelement (8.2) verbunden ist.
4. Anhängerkupplung (1) nach Anspruch 3, bei welcher - in einer ersten Freigabestellung (IV₁) des Sperrelementes (3.1), in welcher die Formschlusskonturen (2.51, 2.52, 2.61, 2.62, 3.10, 3.20) außer Eingriff sind, die Antriebskupplung (5.6) mittels des Kupplungsschaltmittels (7) betätigt ist, und - in einer zweiten Freigabestellung (IV₂) des Sperrelementes (3.1) die Kugelstange (2) in einer Endposition (I, II) ist und das Kupplungsantriebsmittel (8) von dem Kupplungsschaltmittel (7) entkoppelt ist.
5. Anhängerkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher - die Abtriebswelle (5.4) als Hohlwelle (5.40) ausgebildet ist, in welcher die Kugelstangenantriebswelle (5.5) drehbar gelagert ist, und - zum Koppeln der Abtriebswelle (5.4) mit der Kugelstangenantriebswelle (5.5) die Antriebskupplung (5.6) als Kugelrastkupplung (5.60) ausgebildet ist.
6. Anhängerkupplung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welcher - das Kupplungsschaltmittel (7) als auf der Abtriebswelle (5.4) verschiebbar angeordnete Kupplungsschalthülse (7.0) ausgebildet ist, welche gegen eine Kupplungsrückstellfeder (7.1) in eine die Antriebskupplung (5.6) betätigende Position mittels des Kupplungsantriebsmittels (8) verschiebbar ist, und - in der zweiten Freigabestellung (IV₂) des Sperrelementes (3.1) das Kupplungsantriebsmittel (8) von dem Kupplungsschaltmittel (7) entkoppelt ist und die Kupplungsschalthülse (7.0) in eine die Antriebskupplung (5.6) nichtbetätigende Position mittels der Kupplungsrückstellfeder (7.1) verschiebbar ist.
7. Anhängerkupplung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei welcher das Kupplungsantriebsmittel (8) als auf der Kupplungsschalthülse (7.0) angeordnete Schlepphülse (8.0) ausgebildet ist.
8. Anhängerkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Getriebeschalteinrichtung (6) mit dem wenigstens einen Sperrelement (3.1) derart gekoppelt ist, dass nach dem Verschwenken der Kugelstange (2) aus der Ruhestellung (I) in deren Betriebsstellung (II) das Wechselgetriebe (5.0) mittels der Getriebeschalteinrichtung (6) von dem ersten Teilgetriebe (5.2) auf das zweite Teilgetriebe (5.3) schaltbar ist.
9. Anhängerkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher - die Kugelstange (2) mit einer ersten Sperrrampe (2.5) als Formschlusskontur (2.51, 2.52) ausgebildet ist, welche mit dem wenigstens einen Sperrelement (3.1) in der Ruhestellung (I) der Kugelstange (2) in Eingriff bringbar ist, und - die Kugelstange (2) mit einer zweiten Sperrrampe (2.6) als Formschlusskontur (2.61, 2.62) ausgebildet ist, welche mit dem wenigstens einen Sperrelement (3.1) in der Betriebsstellung (II) der Kugelstange (2) in Eingriff bringbar ist.
10. Anhängerkupplung (1) nach Anspruch 9, bei welcher die Kopplung des wenigstens einen Sperrelementes (3.1) mit der Getriebeschalteinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass bei Eingriff des Sperrelementes (3.1) mit der zweiten Sperrrampe (2.6) das Wechselgetriebe (5.0) mittels der Getriebeschalteinrichtung (6) von dem zweiten Teilgetriebe (5.3) auf das erste Teilgetriebe (5.2) schaltbar ist.
11. Anhängerkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Kugelstange (2) mittels eines Kugelgelenks (2.1) schwenkbar ausgebildet ist, bei welcher ein Kugelstangenlagerkopf (2.10) der Kugelstange (2) als Gelenkpfanne und ein Gelenkkopf (2.11) fahrzeugfest angeordnet ist.
12. Anhängerkupplung (1) nach Anspruch 11, bei welcher der Kugelstangenlagerkopf (2.10) mit einer Kulissenbahn-Zahnstange (2.12) ausgebildet ist, welche mit einem Antriebsritzel (2.2) kämmt, welches mit der Kugelstangenantriebswelle (5.5) gekoppelt ist.
13. Anhängerkupplung (1) nach Anspruch 12, bei welcher das Antriebsritzel (2.2) mittels einer federbelasteten Halteraste (2.3) drehfixierbar ist.

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