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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Erfassung der auf eine Anhängerkupplung wirkenden Kräfte. Die Erfindung betrifft weiterhin eine mit einer derartigen Sensoreinrichtung ausgestattete Anhängerkupplung.
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Anhängelasten an PKWs oder LKWs beeinflussen die Traktion und das Bremsverhalten von Fahrzeugen. Eine Vorauskalkulation der Fahrzeugzustände ist nicht immer möglich. Wünschenswert wäre eine Rückmeldung über die Fahr- und Lastzustände, die auf die Hinterachse wirken, da die Fahrzeugelektronik hieraus Rückschlüsse auf die Fahrdynamik ziehen könnte. In dem Fall, dass ein Anhänger am Fahrzeug installiert ist, hat die Fahrzeugelektronik nur sehr geringe Möglichkeiten, Fahrzustände bezüglich der Anhängelasten vorauszukalkulieren. Der Fahrzeugelektronik ist durch die Verbindung mit der Signalanlage bekannt, dass ein Anhänger angekoppelt ist. Über das Getriebe bekommt die Fahrzeugelektronik eine Rückmeldung, wieviel Kraft zum Vortrieb benötigt wird. Es gibt jedoch keine Rückmeldung darüber, wo die Kräfte wirken. Zu den Kräften gehören Windlasten, die abrupt an größeren Hängern mit Aufbauten wirken können, oder Lastzustände, die bei Steigungen plötzlich Zug- oder Schublasten erzeugen können. Die zulässigen Kräfte sind für unterschiedliche Fahrzeugklassen jeweils neu zu definieren. Beispielsweise wird in den unteren Fahrzeugklassen von dem OEM (Erstausrüster) eine maximale Aufliegelast von 50 KG in der Bedienungsanleitung gefordert. Die Kontrolle dieser Vorgabe ist in der Praxis gerade bei einachsigen Anhängern sehr schwierig. Durch eine einseitige Belastung in Richtung Kofferraum kann die vorgegebene Aufliegelast mühelos überschritten werden. Im Betrieb könnte sich beispielsweise die Ladung verschieben. Beim Beladen des Anhängers wird zum Beispiel eine Aufliegelast ermittelt, die sich im Betrieb von einer Druckbelastung in eine Zugbelastung ändert, da sich die Ladung in Richtung Kofferraum hinter die Achse des Anhängers verschoben hat. Dies ist gefährlich, weil die Anhängerkupplung übermäßig belastet wird und die Hinterachse des Zugfahrzeuges stark entlastet wird und somit die Bodenhaftung ungewollt vermindert ist. Es gibt zahlreiche derartige Fahrzeugzustände, die derzeit keiner Überwachung unterliegen. Der OEM versucht dies durch Einschränkungen in der Fahrzeugtypengenehmigung abzusichern bzw. überträgt die Verantwortung für die Einhaltung der zulässigen Belastungen auf den Fahrzeugführer. Wünschenswert wäre eine kontinuierliche Überwachung der Aufliegelasten, da hierdurch sichergestellt werden kann, dass gefährliche Fahrzeugzustände durch entsprechende Gegenmaßnahmen vermieden werden können. In diesem Fall könnten die erlaubten Aufliegelasten sogar erhöht werden.
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In der
DE 36 17 426 ist eine Anhängevorrichtung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, welche einen im Bereich eines hinteren Stoßfängers des Kraftfahrzeugs befestigten Kugelhals mit Kugelkopf umfasst. Am Kugelhals bzw. Kugelkopf sind Dehnungsmessstreifen zum Messen der Stützlast befestigt.
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Die
DE 10 2011 117 519 A1 zeigt eine Anhängerkupplung für ein Zugfahrzeug mit einem einen Kupplungsarm umfassenden Kuppelträger, an dessen freiem Ende ein Kuppelelement zum Anhängen eines Anhängers angeordnet ist. Der Kuppelträger ist mit einer am Zugfahrzeug befestigten bzw. befestigbaren Halterung fest oder lösbar verbunden. Die Anhängerkupplung umfasst weiterhin einen Kraftsensor zur Erfassung einer auf die Anhängerkupplung einwirkenden Kraft, wenn der Anhänger an die Anhängerkupplung angekuppelt ist. Der Kraftsensor ist ein auf Druck bzw. Zug empfindlicher Verformungssensor, welcher an einem Anbringungsort am Kuppelträger oder der Halterung angeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2012 208 492 A1 ist ein Maschinenelement bekannt, welches an seiner Oberfläche eine Dehnungsmessstreifenanordnung aufweist. Zur Realisierung der Dehnungsmessstreifenanordnung werden an der Oberfläche des Maschinenelements eine verformungssensitive Messschicht und eine darüber liegende Schutzschicht aufgebracht.
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Die
WO 2011/104291 A1 zeigt eine Kraftmess-Hülse in deren äußere Mantelfläche Ausnehmungen eingebracht sind, in welchen jeweils ein Dehnungsmessstreifen befestigt ist. An der inneren Mantelfläche sind mindestens zwei Auflager angebracht, die als eine konzentrische Kraftübertragungsfläche mit zueinander beabstandeten Ringsegmenten ausgebildet sind.
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Die
DE 10 2006 030 001 A1 beschreibt ein Regel- und Steuersystem in einem Fahrzeugverbund, bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem über eine Anhängerkupplung verbundenen Anhänger. Das System umfasst eine Sensorik im Zugfahrzeug zum Erfassen von den Fahrzustand beschreibenden Fahrzustandsgrößen, welche einem Steuergerät zuzuführen sind. Im Steuergerät werden aus den Fahrzuständen Signale erzeugt, die mindestens einer Signalverarbeitungseinheit zuführbar sind. Die Sensoreinheit ist als eine in der Anhängerkupplung angeordnete Belastungssensoreinrichtung ausgebildet, die die auf die Anhängerkupplung wirkende Belastung in mindestens einer Richtung erfasst. Als Belastungssensoren können Dehnungsmesstreifen oder Kraftmessbolzen Einsatz finden. Bei Nutzung von Kraftmessbolzen sind diese vorzugsweise unmittelbarer Bestandteil der Befestigung der Anhängerkupplung am Chassis des Fahrzeuges.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend von der
DE 10 2006 030 001 A1 darin, eine verbesserte Sensoreinrichtung für eine Anhängerkupplung zur Verfügung zu stellen, welche aufwandsarm in die Anhängerkupplung integrierbar ist, nur wenig Modifikationen der Anhängerkupplung erfordert und eine zuverlässige Rückmeldung über die auf die Anhängerkupplung wirkenden Kräfte gibt. Die Sensoreinrichtung sollte einen einfachen Aufbau aufweisen und preiswert zu fertigen sein. Weiterhin soll eine Anhängerkupplung mit einer integrierten Sensoreinrichtung bereitgestellt werden.
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Zur Lösung der Aufgabe dient eine Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 1 sowie eine Anhängerkupplung gemäß Anspruch 6.
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Die Sensoreinrichtung dient zur Erfassung der auf eine Anhängerkupplung wirkenden Kräfte. Sie umfasst zunächst einen in die Anhängerkupplung integrierbaren Kraftmessbolzen. Erfindungswesentlich ist, dass der Kraftmessbolzen in einer Bohrung der Anhängerkupplung anordenbar ist. Ein weiterer Bestandteil der Sensoreinrichtung ist eine an eine Signalschnittstelle des Fahrzeuges anschließbare Verbindungeinheit, welche zur Übertragung der mittels Kraftmessbolzen erfassten Daten an eine Auswerteeinheit dient. Die Signalschnittstelle ist vorzugsweise die Signalleuchtenschnittstelle des Fahrzeugs.
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Ein wesentlicher Vorteil der Sensoreinrichtung besteht darin, dass diese aufwandsarm in eine als solche bekannte Anhängerkupplung integrierbar ist. Hierfür muss lediglich eine entsprechende Bohrung in die Anhängerkupplung eingebracht werden. Weitere Modifikationen an der Anhängerkupplung sind nicht nötig. Die signaltechnische Anbindung der Sensoreinrichtung erfolgt auf einfache Art und Weise mit Hilfe der Verbindungseinheit. Aufwändige Kommunikationsschnittstellen werden nicht benötigt. Die Energiezuführung zu der Sensoreinrichtung kann durch das Fahrzeug selbst über die Signalschnittstelle erfolgen. Somit erübrigt sich eine separate Energieversorgungseinheit für die Sensoreinrichtung. Die Sensoreinrichtung kann bei der Erstausrüstung einer Anhängerkupplung verbaut werden. Sie kann ebenso im Zubehör einer nachrüstbaren Anhängerkupplung verbaut sein.
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Der Kraftmessbolzen weist vorzugsweise mindestens einen Messabschnitt zum Messen mindesten einer einwirkenden Kraft auf. In dem Messabschnitt befindet sich vorzugsweise zumindest ein an dem Kraftmessbolzen befestigter Dehnungsmessstreifen. Der Dehnungsmesstreifen kann zum Beispiel am Messabschnitt aufgeklebt sein. Mittels Dehnungsmesstreifen werden die durch die auftretenden Kräfte verursachten Dehnungen erfasst. Um die bei geklebten Dehnungsmesstreifen auftretende Sensordrift durch Materialkriechen zu verhindern, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, einen Dehnungssensor in Form einer im Bereich des Messabschnittes befindlichen mehrschichtigen Beschichtung auszubilden. Bevorzugte Ausführungsformen nutzen einen ersten Messabschnitt, welcher sich in Längsrichtung des Kraftmessbolzens erstreckt. Optional oder ergänzend kann der Kraftmessbolzen mit einem zweiten Messabschnitt ausgestattet sein. Der zweite Messabschnitt befindet sich an einer zu der Längsachse des Kraftmessbolzens senkrecht stehenden Stirnfläche des Kraftmessbolzens. Durch die Verwendung der unterschiedlich positionierten Messabschnitte können in unterschiedliche Richtungen wirkende Kräfte ermittelt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbindungseinheit einen Stecker zum Anschließen an die Signalschnittstelle des Fahrzeuges auf. Mittels Stecker wird eine einfache Ankopplung ermöglicht.
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Die Anhängerkupplung umfasst einen Kugelhals zur Befestigung an einem Fahrzeugrahmen und einen an dem freien Ende des Kugelhalses befindlichen Kugelkopf zur Befestigung eines Anhängers sowie die beschriebene Sensoreinrichtung zur Messung der auf die Anhängerkupplung wirkenden Kräfte.
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Die Anhängerkupplung kann als lösbare Anhängerkupplung ausgebildet sein. Hierfür ist sie mit einem Anschlussstück ausgestattet, welches mit dem Fahrzeugrahmen fest verbunden werden kann. An dem Anschlussstück kann der Kugelhals lösbar befestigt werden. Bei dieser Ausführung befindet sich die zur Aufnahme des Kraftmessbolzens dienende Bohrung in dem Anschlussstück.
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Alternativ kann die Anhängerkupplung auch über den Kugelhals fest mit dem Fahrzeug verbindbar sein. In diesem Fall ist die zur Aufnahme des Kraftmessbolzens dienende Bohrung im Kugelhals ausgebildet. Die Bohrung befindet sich hierbei vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Fahrzeugrahmens. Die fahrzeugrahmennahe Position schützt die Sensoreinrichtung vor Feuchtigkeit und vor Verschmutzung durch herumfliegende Schmutzpartikel, insbesondere beim Befahren unbefestigter Wege. Außerdem ermöglicht diese Position eine kurze Zuleitung zur Signalschnittstelle und ggf. eine verborgene und geschützte Anordnung der Zuleitung in einem Kabelkanal.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anhängerkupplung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine Ansicht von hinten der Anhängerkupplung gemäß der ersten Ausführungsform;
- 3 eine Seitenansicht der Anhängerkupplung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 4 eine perspektivische Ansicht eines Kraftmessbolzens.
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1 und 2 zeigen verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Anhängerkupplung 01 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Anhängerkupplung 01 weist einen Kugelhals 02 auf. Der Kugelhals 02 ist mit einem Fahrzeugrahmen 03 eines Fahrzeuges fest verbunden. An dem freien Ende des Kugelhalses 02 befindet sich ein Kugelkopf 04, welcher zur Befestigung eines Anhängers (nicht dargestellt) dient.
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In die Anhängerkupplung 01 ist eine Sensoreinrichtung 05 zur Messung der auf die Anhängerkupplung 01 wirkenden Kräfte integriert. Die Sensoreinrichtung 05 umfasst einen Kraftmessbolzen 07, welcher im Detail in 4 dargestellt ist. Der Kraftmessbolzen 07 befindet sich innerhalb einer Bohrung 08. Die Bohrung 08 ist in dem dem Fahrzeugrahmen 03 zugewandten Endbereich des Kugelhalses 02 eingebracht. Durch seine fahrzeugrahmennahe Anordnung ist der Kraftmessbolzen 07 gut vor Verschmutzungen und Feuchtigkeit geschützt. Der Kraftmessbolzen 07 besitzt einen ersten Messabschnitt 09, welcher sich in Längsrichtung des Kraftmessbolzens 07 erstreckt. Des Weiteren ist der Kraftmessbolzen 07 mit einem zweiten Messabschnitt 10 ausgestattet. Der zweite Messabschnitt 10 ist an einer zu der Längsachse des Kraftmessbolzens 07 senkrecht stehenden Stirnfläche des Kraftmessbolzens 07 angeordnet. In den Messabschnitten 09, 10 sind vorzugweise an dem Kraftmessbolzen 07 befestigte Dehnungsmessstreifen 12 positioniert. Die Dehnungsmessstreifen 12 können beispielsweise an den Messabschnitten 09, 10 aufgeklebt sein. Die Dehnungsmesstreifen 12 dienen zur Erfassung der durch die auftretenden Kräfte verursachten Dehnungen. Die Messabschnitte 09, 10 können alternativ auch eine mehrschichtige Beschichtung zur Realisierung eines Dehnungssensors aufweisen.
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Die Anhängerkupplung 01 umfasst weiterhin eine Verbindungseinheit 13, welche an eine Signalschnittstelle 14 des Fahrzeuges über eine elektrische Steckverbindung angeschlossen ist (siehe 2). Über diese Verbindung werden die durch die Sensoreinrichtung 05 erfassten Daten an eine Auswerteeinheit (nicht dargestellt) des Fahrzeuges übertragen. Des Weiteren erfolgt hierüber die Energieversorgung der Sensoreinrichtung 05. Die Sensoreinrichtung 05 benötigt daher keine eigene Energieversorgungseinheit. Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist die Verbindungseinheit 13 als Adapterstecker ausgeführt, welcher auf der einen Seite in die am Fahrzeug vorhandene elektrische Schnittstelle für den Anschluss der Anhängerleuchten eingesteckt wird und auf der anderen Seite das Einstecken des Leuchtensteckers des Anhängers gestattet.
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3 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Anhängerkupplung 01 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Im Unterschied zu der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform besteht hier eine lösbare Verbindung zwischen dem Kugelhals 02 und einem mit dem Fahrzeugrahmen 03 fest verbundenen Anschlussstück 15. Die zur Aufnahme des Kraftmessbolzens 07 dienende Bohrung 08 befindet sich in dem Anschlussstück 15, und zwar in dem Bereich zwischen Fahrzeugrahmen 03 und einem für die Verbindung von Anschlussstück 15 und Kugelhals 02 genutzten Verbindungsloch 16.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Anhängerkupplung
- 02
- Kugelhals
- 03
- Fahrzeugrahmen
- 04
- Kugelkopf
- 05
- Sensoreinrichtung
- 06
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- 07
- Kraftmessbolzen
- 08
- Bohrung
- 09
- erster Messabschnitt
- 10
- zweiter Messabschnitt
- 11
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- 12
- Dehnungsmessstreifen
- 13
- Verbindungseinheit
- 14
- Signalschnittstelle
- 15
- Anschlussstück
- 16
- Verbindungsloch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3617426 [0003]
- DE 102011117519 A1 [0004]
- DE 102012208492 A1 [0005]
- WO 2011/104291 A1 [0006]
- DE 102006030001 A1 [0007, 0008]
