DE102017207849A1 - Angle measuring device - Google Patents

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Fabian Utermoehlen
Andreas Merz
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Winkelmessanordnung (20) zum Erfassen eines Schwenkwinkels (a) zwischen der Längsmittelachse (M1) eines Zugfahrzeugs (2) und der Längsmittelachse (M2) eines mit dem Zugfahrzeug (2) durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse (A) im Scheitelpunkt (P) des Schwenkwinkels (a) bildende Kupplung (4) gekoppelten Anhängers (3), wobei die Kupplung (4) ein mit dem Zugfahrzeug (2) verbundenes erstes Kupplungselement (5) und ein mit dem Anhänger (3) verbundenes zweites Kupplungselement (6) aufweist, mit einem der Kupplung (4) zugeordneten Messwertgeber (13) zum Erzeugen eines Magnetfelds, mit einem der Kupplung (4) zugeordneten Messwertsensor (14) zum Erfassen des Magnetfelds und mit einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen des Schwenkwinkels (a) in Abhängigkeit von dem durch den Messwertsensor (14) erfassten Magnetfeld. Es ist vorgesehen, dass der Messwertgeber (13) als Senderspule (17) und der Messwertsensor (14) als Empfängerspule (18) beide an dem ersten oder beide an dem zweiten Kupplungselement (5,6) angeordnet sind, und dass ein Magnetfeldmanipulator (10) an dem zweiten oder dem ersten Kupplungselement (6,5) angeordnet ist, der in Bezug auf die Schwenkachse (A) dem Messwertgeber (13) und dem Messwertsensor (14) zumindest im Wesentlichen radial gegenüberliegt.

Figure DE102017207849A1_0000
The invention relates to an angle measuring arrangement (20) for detecting a swivel angle (a) between the longitudinal center axis (M1) of a towing vehicle (2) and the longitudinal center axis (M2) of a towing vehicle (2) by a particular detachable and a pivot axis (A) in Vertex (P) of the swivel angle (a) forming the coupling (4) coupled trailer (3), said clutch (4) connected to the towing vehicle (2) first coupling element (5) and connected to the trailer (3) second coupling element (6), with a coupling (4) associated with the transmitter (13) for generating a magnetic field, with a clutch (4) associated with the measured value sensor (14) for detecting the magnetic field and with an evaluation device for determining the pivot angle (a) in Dependence on the magnetic field detected by the measured value sensor (14). It is provided that the transmitter (13) as a transmitter coil (17) and the sensor (14) as a receiver coil (18) both on the first or both on the second coupling element (5,6) are arranged, and in that a magnetic field manipulator (10 ) is arranged on the second or the first coupling element (6, 5) which, with respect to the pivot axis (A), is at least essentially radially opposite the measuring value transmitter (13) and the measured value sensor (14).
Figure DE102017207849A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Winkelmessanordnung zum Erfassen eines Schwenkwinkels zwischen der Längsmittelachse eines Zugfahrzeugs und der Längsmittelachse eines mit dem Zugfahrzeug durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse im Scheitelpunkt des Schwenkwinkels bildende Kupplung gekoppelten Anhängers, wobei die Kupplung ein mit dem Zugfahrzeug verbundenes erstes Kupplungselement und ein mit dem Anhänger verbundenes zweites Kupplungselement aufweist, mit einem der Kupplung zugeordneten Messwertgeber zum Erzeugen eines Magnetfelds, mit einem der Kupplung zugeordneten Messwertsensor zum Erfassen des Magnetfelds und mit einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen des Schwenkwinkels in Abhängigkeit von dem durch den Messwertsensor erfassten Magnetfeld.The invention relates to an angle measuring arrangement for detecting a pivot angle between the longitudinal center axis of a towing vehicle and the longitudinal central axis of a to the towing vehicle by a particular releasable and a pivot axis at the apex of the swivel angle forming coupling coupled trailer, wherein the coupling connected to the towing vehicle first coupling element and a with having the trailer associated second coupling element, with a clutch associated with the transmitter for generating a magnetic field, with a clutch associated with the sensor for detecting the magnetic field and with an evaluation device for determining the pivot angle in dependence on the magnetic field detected by the measured value sensor.

Ferner betrifft die Erfindung eine Kupplung mit einer derartigen Winkelmessanordnung.Furthermore, the invention relates to a coupling with such an angle measuring arrangement.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Zuggespann mit einem Zugfahrzeug und einem mit dem Zugfahrzeug durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse im Scheitelpunkt des Schwenkwinkels bildende Kupplung gekoppelten Anhänger, wobei die Kupplung ein mit dem Zugfahrzeug verbundenes erstes Kupplungselement und ein mit dem Anhänger verbundenes zweites Kupplungselement aufweist.In addition, the invention relates to a train with a towing vehicle and with the towing vehicle by a particular releasable and a pivot axis at the apex of the pivoting angle forming coupling coupled trailer, wherein the coupling has a connected to the towing vehicle first coupling element and connected to the trailer second coupling element.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen eines Schwenkwinkels zwischen der Längsmittelachse eines Zugfahrzeugs und der Längsmittelachse eines mit dem Zugfahrzeug durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse im Scheitelpunkt des Schwenkwinkels bildende Kupplung gekoppelten Anhängers mittels einer Winkelmessanordnung.Furthermore, the invention relates to a method for detecting a pivoting angle between the longitudinal center axis of a towing vehicle and the longitudinal central axis of a trailer coupled by a particular detachable and a pivot axis at the apex of the pivoting angle coupling coupling trailer by means of an angle measuring arrangement.

Stand der TechnikState of the art

Winkelmessanordnungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 10 2014 224 808 A1 eine Winkelmessanordnung zum Erfassen eines Schwenkwinkels zwischen der Längsmittelachse eines Zugfahrzeug und der Längsmittelachse eines Anhängers. Bei solchen klassischen Winkelmessanordnungen findet das Erfassen des Schwenkwinkels mittels eines Messwertsensors statt, welcher zur Erfassung eines gegenüber des Messwertsensors verschwenkbaren Messwertgebers, insbesondere magnetischen Elements eingerichtet ist. Üblicherweise ist dazu der Messwertsensor an dem Zugfahrzeug, insbesondere einem ersten Kupplungselement des Zugfahrzeugs, angeordnet und der Messwertgeber am Anhänger, insbesondere an einem zweiten Kupplungselement des Anhängers. Alternativ ist der Messwertsensor am zweiten Kupplungselement und der Messwertgeber am ersten Kupplungselement angeordnet. Üblicherweise wird der Messwertsensor und der Messwertgeber in das jeweilige Kupplungselement integriert. Nachteilig dabei ist, dass derartige Winkelmessanordnungen empfindlich gegenüber externen Magnetfeldern sind. Auch ist das Erfassen des Schwenkwinkels mittels derartiger Winkelmessanordnungen stark beeinflusst von mechanischen Verschiebungen zwischen dem Messwertgeber und dem Messwertsensor. Ein weiterer Nachteil dabei ist, dass ein derartiger Messwertgeber teuer ist.Angle measuring arrangements of the type mentioned are known from the prior art. For example, the published patent application DE 10 2014 224 808 A1 an angle measuring arrangement for detecting a pivot angle between the longitudinal center axis of a towing vehicle and the longitudinal center axis of a trailer. In such classical angle measuring arrangements, the detection of the swivel angle takes place by means of a measured value sensor, which is set up to detect a transmitter, in particular a magnetic element, which can be pivoted relative to the measured value sensor. Usually for this purpose the measured value sensor is arranged on the towing vehicle, in particular a first coupling element of the towing vehicle, and the transmitter on the trailer, in particular on a second coupling element of the trailer. Alternatively, the measured value sensor is arranged on the second coupling element and the measuring transducer on the first coupling element. Usually, the measured value sensor and the transmitter are integrated into the respective coupling element. The disadvantage here is that such angle measuring arrangements are sensitive to external magnetic fields. Also, the detection of the pivoting angle by means of such angle measuring arrangements is strongly influenced by mechanical displacements between the transmitter and the measured value sensor. Another disadvantage is that such a transmitter is expensive.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Winkelmessanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie insbesondere durch Verzicht auf ein teures magnetisches Element, kostengünstig ist. Auch entfällt das Einsetzen des Messwertgebers in das Kupplungselement. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Winkelmessanordnung störunanfällig gegenüber äußeren Magnetfeldern ist. Außerdem ist der benötigte Bauraum gering und die Winkelmessanordnung ist toleranzrobust gegenüber mechanischen Verschiebungen und unabhängig von vielen Fremdeinflüssen, wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Schmierstoff. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der Messwertgeber der Winkelmessanordnung als Senderspule und der Messwertsensor als Empfängerspule beide an dem ersten oder beide an dem zweiten Kupplungselement angeordnet sind, und dass ein Magnetfeldmanipulator an dem zweiten oder dem ersten Kupplungselement angeordnet ist, der in Bezug auf die Schwenkachse dem Messwertgeber und dem Messwertsensor zumindest im Wesentlichen radial gegenüberliegt.The angle measuring arrangement according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it is cost-effective in particular by dispensing with an expensive magnetic element. Also eliminates the insertion of the transmitter in the coupling element. Another advantage is that the angle measuring arrangement is immune to interference from external magnetic fields. In addition, the space required is small and the angle measuring arrangement is tolerant to mechanical shifts and independent of many external influences, such as humidity, temperature and lubricant. According to the invention, it is provided for this purpose that the measuring transducer of the angle measuring arrangement as transmitter coil and the measured value sensor as receiver coil are both arranged on the first or both of the second coupling element, and that a magnetic field manipulator is arranged on the second or the first coupling element, with respect to the pivot axis the transmitter and the sensor, at least substantially radially opposite.

Die Senderspule und die Empfängerspule sind als elektromagnetische Spulen ausgebildet, zur Erzeugung und/oder zur Erfassung von magnetischen Feldern eingerichtet und vorzugsweise auf demselben Bauteil, insbesondere derselben Leiterplatte, ausgebildet. Die Senderspule ist zur Erzeugung eines magnetischen Feldes ausgebildet und eingerichtet. Die Empfängerspule ist zur Erfassung des von der Senderspule erzeugten Magnetfelds ausgebildet und eingerichtet. Somit bildet die Senderspule den Messwertgeber und die Empfängerspule den Messwertsensor. Messwertgeber und Messwertsensor sind beide an dem ersten oder beide an dem zweiten Kupplungselement angeordnet und der Magnetfeldmanipulator ist an dem jeweils anderen, also dem zweiten oder dem ersten Kupplungselement angeordnet. Der Magnetfeldmanipulator ist in Bezug auf die Schwenkachse dem Messwertgeber und/oder dem Messwertsensor zumindest im Wesentlichen radial gegenüberliegend. Vorzugsweise sind der Messwertgeber, der Messwertsensor und der Magnetfeldmanipulator auf derselben axialen Höhe der Schwenkachse angeordnet, jedoch ist der Magnetfeldmanipulator in einem anderen Abstand zur Schwenkachse als der Messwertgeber und der Messwertsensor angeordnet. Vorzugsweise liegen der Magnetfeldmanipulator, der Messwertgeber und der Messwertsensor in einer gedachten Ebene, welche sich senkrecht zur Schwenkachse erstreckt. Dabei ist der Magnetfeldmanipulator mittels der Kupplung schwenkbar gegenüber dem Messwertgeber und/oder dem Messwertsensor gelagert.The transmitter coil and the receiver coil are designed as electromagnetic coils, designed for the generation and / or detection of magnetic fields and preferably formed on the same component, in particular the same circuit board. The transmitter coil is designed and set up to generate a magnetic field. The receiver coil is designed and set up to detect the magnetic field generated by the transmitter coil. Thus, the transmitter coil forms the transmitter and the receiver coil the sensor. Transmitter and measured value sensor are both arranged on the first or both of the second coupling element and the magnetic field manipulator is arranged on the respective other, ie the second or the first coupling element. The magnetic field manipulator is at least substantially radially opposite the transducer and / or the measured value sensor with respect to the pivot axis. Preferably, the Transducer, the sensor and the magnetic field manipulator arranged at the same axial height of the pivot axis, however, the magnetic field manipulator is arranged at a different distance to the pivot axis than the transmitter and the sensor. Preferably, the magnetic field manipulator, the transmitter and the sensor are in an imaginary plane which extends perpendicular to the pivot axis. In this case, the magnetic field manipulator is mounted by means of the coupling pivotable relative to the transmitter and / or the measured value sensor.

Unter einem Magnetfeldmanipulator ist hier ein Element oder eine Struktur zu verstehen, welches dazu eingerichtet ist, das vom Messwertgeber erzeugte Magnetfeld derart zu beeinflussen, dass mittels des vom Messwertsensor erfassten Magnetfelds und einer Auswerteeinrichtung der Schwenkwinkel ermittelbar ist. Vorzugsweise ist dabei der Magnetfeldmanipulator als passives Element ausgebildet, welches auf keinerlei elektrische Spannungsversorgung angewiesen ist. Insbesondere weist der Magnetfeldmanipulator zumindest in einem ersten Bereich eine erste elektrische und/oder magnetische Leitfähigkeit auf, die sich von einer zweiten elektrischen und/oder magnetischen Leitfähigkeit in einem zweiten Bereich des Magnetfeldmanipulators oder einem zu dem Magnetfeldmanipulator ortsfest benachbarten Bereich unterscheidet.A magnetic field manipulator here is to be understood as meaning an element or a structure which is set up to influence the magnetic field generated by the measuring sensor in such a way that the pivoting angle can be determined by means of the magnetic field detected by the measured value sensor and an evaluation device. Preferably, the magnetic field manipulator is designed as a passive element which is not dependent on any electrical power supply. In particular, the magnetic field manipulator has at least in a first region a first electrical and / or magnetic conductivity, which differs from a second electrical and / or magnetic conductivity in a second region of the magnetic field manipulator or a region adjacent to the magnetic field manipulator.

Der Messwertgeber und/oder der Messwertsensor sind vorzugsweise auf einem gekrümmten und/oder flexiblen Bauelement, insbesondere auf einer Flexleiterplatte ausgebildet.The transmitter and / or the measured value sensor are preferably formed on a curved and / or flexible component, in particular on a flex circuit board.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Magnetfeldmanipulator in oder an einem Kugelkopf des ersten Kupplungselements angeordnet oder ausgebildet ist. Der Kugelkopf ist vorzugsweise Bestandteil einer Kugelkopfkupplung, bei der das zweite Kupplungselement im Wesentlichen als halbkugelförmiges Element ausgebildet ist, welches zur Kupplung auf den Kugelkopf aufgesetzt, fixiert und schwenkbar gelagert ist. Eine derartige Anordnung oder Ausbildung des Magnetfeldmanipulators hat den Vorteil, dass die Winkelmessanordnung besonders platzsparend und kompakt realisiert ist.According to one embodiment of the invention it is provided that the magnetic field manipulator is arranged or formed in or on a ball head of the first coupling element. The ball head is preferably part of a ball-and-socket coupling, in which the second coupling element is designed substantially as a hemispherical element which is mounted, fixed and pivotally mounted for coupling to the ball head. Such an arrangement or design of the magnetic field manipulator has the advantage that the angle measuring arrangement is realized in a particularly space-saving and compact.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Magnetfeldmanipulator durch eine Aussparung oder mehrere Aussparungen in oder an dem ersten oder dem zweiten Kupplungselement ausgebildet ist. Ein derartiger Magnetfeldmanipulator hat den Vorteil, dass die Winkelmessanordnung kostengünstig ist und ohne hohen technischen Aufwand auf einfache Weise vorzugsweise mittels einer oder mehrerer Fräsungen ausgebildet werden kann. Weiterhin ist ein derartiger Magnetfeldmanipulator störunanfällig und nicht auf eine elektrische Spannungsversorgung angewiesen.Furthermore, it is preferably provided that the magnetic field manipulator is formed by a recess or a plurality of recesses in or on the first or the second coupling element. Such a magnetic field manipulator has the advantage that the angle measuring arrangement is inexpensive and can be formed in a simple manner, preferably by means of one or more millings, without high technical complexity. Furthermore, such a magnetic field manipulator is susceptible to interference and does not rely on an electrical power supply.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aussparung des Magnetfeldmanipulators mit einem elektrisch und/oder magnetisch isolierenden Material, insbesondere einem reibfesten Kunststoff und/oder einer Keramik aufgefüllt ist. Somit ist die Kupplung besonders stabil ausgebildet und unanfällig gegenüber mechanischen Verschiebungen. Alternativ ist die Aussparung mit einem Material gefüllt, welches eine geringe elektrische und/oder magnetische Leitfähigkeit aufweist. Wichtig ist, dass sich die elektrische und/oder magnetische Leitfähigkeit der Aussparung oder des Materials von der elektrischen und/oder magnetischen Leitfähigkeit des umgebenden Materials, also insbesondere von dem Material des ersten oder des zweiten Kupplungselements unterscheidet. Damit ist ein Gefüge gebildet aus verschiedenen Materialien, welches das von der Senderspule erzeugte Magnetfeld schwenkwinkelabhängig derart beeinflusst, dass ein Schwenkwinkel ermittelbar ist. Der Magnetfeldmanipulator, insbesondere die mit Luft gefüllte Aussparung, insbesondere das elektrisch und/oder magnetisch isolierende Material beeinflusst das von der Senderspule erzeugte Magnetfeld also stärker oder schwächer als die den Magnetfeldmanipulator umgebenden Bereiche. Vorzugsweise ist der Magnetfeldmanipulator, insbesondere das Material in der Aussparung nicht magnetisch. Besonders bevorzugt weist der Magnetfeldmanipulator keinen Permanentmagneten auf.According to an alternative embodiment of the invention it is provided that the recess of the magnetic field manipulator is filled with an electrically and / or magnetically insulating material, in particular a friction-resistant plastic and / or a ceramic. Thus, the coupling is designed to be particularly stable and not susceptible to mechanical displacement. Alternatively, the recess is filled with a material which has a low electrical and / or magnetic conductivity. It is important that the electrical and / or magnetic conductivity of the recess or the material of the electrical and / or magnetic conductivity of the surrounding material, that is different in particular from the material of the first or the second coupling element. Thus, a microstructure is formed of different materials, which influence the magnetic field generated by the transmitter coil in dependence on the pivoting angle such that a pivoting angle can be determined. The magnetic field manipulator, in particular the gap filled with air, in particular the electrically and / or magnetically insulating material, thus influences the magnetic field generated by the transmitter coil more or less strongly than the areas surrounding the magnetic field manipulator. Preferably, the magnetic field manipulator, in particular the material in the recess is not magnetic. Particularly preferably, the magnetic field manipulator does not have a permanent magnet.

Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich der Messwertgeber und/oder der Messwertsensor entlang eines Umfangskreisabschnitts zur Schwenkachse erstrecken. Vorzugsweise umfasst der Umfangskreisabschnitt den gesamten Umfangskreis, vorzugsweise zumindest eine zusammenhängende Hälfte des Umfangskreises, vorzugsweise zumindest einen für die Lenkung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger relevanten Winkelbereich. Damit ist die Genauigkeit der Winkelmessanordnung erhöht.According to a further alternative embodiment of the invention, it is provided that the transmitter and / or the measured value sensor extend along a circumference circle section to the pivot axis. Preferably, the circumferential circle section comprises the entire circumferential circle, preferably at least one contiguous half of the peripheral circle, preferably at least one angle range relevant for the steering between towing vehicle and trailer. This increases the accuracy of the angle measuring arrangement.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Umfangskreisabschnitt eine Zylinderinnenwand oder eine Zylinderauswand des ersten oder zweiten Kupplungselements ist. Vorzugsweise bildet die Schwenkachse die Mittelachse des Zylinders. Alternativ liegt die Mittelachse des Zylinders nicht in der Schwenkachse, sondern parallel dazu in einem Abstand. Bei dem Zylinder handelt es sich zumindest um einen gedachten Zylinder, welcher dem ersten oder zweiten Kupplungselement zuordenbar ist, vorzugsweise ist jedoch eines der beiden Kupplungselemente zumindest abschnittsweise als Zylinder ausgebildet. Insbesondere durch einen Zylinder als ein Bolzen einer Bolzenkupplung und/oder einer Maulkupplung bereitgestellt. Vorzugsweise ist auch dem Magnetfeldmanipulator ein Umfangskreisabschnitt eines zweiten Zylinders zugeordnet. Diese beiden Zylinder sind vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet und weisen verschiedene Radien auf. In diesem Fall bewegt sich der Magnetfeldmanipulator bei einer Verschwenkung auf einer Kreisbahn, die zumindest im Wesentlichen konzentrisch ist zu dem Umfangskreisabschnitt, entlang dem sich der Messwertsensor und/oder der Messwertgeber erstreckt. Somit ist eine äußerst genaue und störunanfällige Ermittlung des Schwenkwinkels geschaffen.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the circumferential circle section is a cylinder inner wall or a cylinder wall of the first or second coupling element. Preferably, the pivot axis forms the center axis of the cylinder. Alternatively, the center axis of the cylinder is not in the pivot axis, but parallel to it at a distance. The cylinder is at least an imaginary cylinder, which can be assigned to the first or second coupling element, but preferably one of the two coupling elements is designed at least in sections as a cylinder. In particular by a cylinder as a bolt one Bolt coupling and / or a jaw clutch provided. Preferably, a circumferential circle section of a second cylinder is also associated with the magnetic field manipulator. These two cylinders are preferably arranged concentrically to one another and have different radii. In this case, the magnetic field manipulator moves on a circular path that is at least substantially concentric with the circumferential circle section along which the measured-value sensor and / or the transmitter extends. Thus, an extremely accurate and störunanfällige determination of the pivot angle is created.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Umfangskreisabschnitt eine Kugelinnenwand oder eine Kugelaußenwand des ersten oder zweiten Kupplungselements ist. Der Mittelpunkt einer solchen Kugel ist vorzugsweise der Scheitelpunkt des Schwenkwinkels. Auch der Magnetfeldmanipulator ist auf einer Kugelinnenfläche oder Kugelaußenfläche des ersten oder zweiten Kupplungselements angeordnet oder kann dieser zumindest zugeordnet werden. Analog zu der Beschreibung der relativen Lagerung der beiden Zylinder zueinander sind auch die beiden Kugeln verschwenkbar und/oder verdrehbar zueinander gelagert und konzentrisch zueinander angeordnet. Mittels einer solchen Anordnung sind nicht nur Schwenkwinkel, die sich in einer Straßenebene befinden, ermittelbar, sondern alternativ solche Schwenkwinkel, die sich in einer Ebene befinden, die senkrecht oder in einem Winkel zu der Straßenebene ist.According to one embodiment of the invention, it is provided that the circumferential circle section is a ball inner wall or a ball outer wall of the first or second coupling element. The center of such a sphere is preferably the vertex of the pivoting angle. Also, the magnetic field manipulator is disposed on a ball inner surface or ball outer surface of the first or second coupling element or can be at least assigned to this. Analogous to the description of the relative mounting of the two cylinders to one another, the two balls are also pivotable and / or rotatable relative to one another and arranged concentrically with one another. By means of such an arrangement not only pivoting angles, which are located in a street level, can be determined, but alternatively such pivoting angles, which are located in a plane that is perpendicular or at an angle to the street level.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Messwertgeber und/oder der Messwertsensor mittels einer Schutzschicht geschützt, insbesondere überdeckt ist. Die Schutzschicht ist vorzugsweise elektrisch isolierend und verhindert vorteilhafterweise einen Abrieb des Messwertgebers und/oder des Messwertsensors.According to one embodiment of the invention, it is provided that the measuring sensor and / or the measured value sensor is protected, in particular covered, by means of a protective layer. The protective layer is preferably electrically insulating and advantageously prevents abrasion of the transmitter and / or the measured value sensor.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Messwertgeber und der Messwertsensor derart an der Kupplung angeordnet sind, dass der Messwertsensor mit dem Messwertgeber induktiv koppelbar ist. Insbesondere ist der Messwertgeber mit dem Messwertsensor induktiv gekoppelt, wenn zwischen Zugfahrzeug und Anhänger eine Kupplung besteht beziehungsweise die Kupplung wirksam ist und eine elektrische Spannung am Messwertgeber und/oder am Messwertsensor anliegt. Insbesondere ist also der Messwertsensor in einem Wirkbereich eines von dem Messwertgeber erzeugbaren Magnetfelds angeordnet.According to an alternative embodiment of the invention, it is provided that the measuring sensor and the measured value sensor are arranged on the coupling such that the measured value sensor can be coupled inductively with the measuring transmitter. In particular, the sensor is inductively coupled to the measured value sensor if there is a coupling between towing vehicle and trailer or if the coupling is effective and an electrical voltage is applied to the transmitter and / or to the measured value sensor. In particular, the measured value sensor is therefore arranged in an effective range of a magnetic field that can be generated by the measuring transducer.

Die erfindungsgemäße Kupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Winkelmessanordnung aus. Eine derartige Kupplung ist besonders kostengünstig herstellbar und störunanfällig gegenüber mechanischen Verschiebungen, Temperaturänderungen, Luftfeuchtigkeitsänderungen und/oder externen elektromagnetischen Feldern.The coupling according to the invention with the features of claim 10 is characterized by the angle measuring arrangement according to the invention. Such a coupling is particularly inexpensive to produce and störunanfällig against mechanical shifts, temperature changes, humidity changes and / or external electromagnetic fields.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung als eine Kugelkopfkupplung, Sattelkupplung, Bolzenkupplung und/oder Sattelkupplung ausgebildet ist. Derartige Kupplungen sind äußerst stabil, weit verbreitet und damit vielseitig einsetzbar.According to one embodiment of the invention it is provided that the coupling is designed as a ball and socket coupling, fifth wheel, pin coupling and / or fifth wheel. Such couplings are extremely stable, widely used and therefore versatile.

Das erfindungsgemäße Zuggespann mit den Merkmalen des Anspruchs 12 mit einem Zugfahrzeug und einem mit dem Zugfahrzeug durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse im Scheitelpunkt des Schwenkwinkels bildende Kupplung gekoppelten Anhänger, wobei die Kupplung ein mit dem Zugfahrzeug verbundenes erstes Kupplungselement und ein mit dem Anhänger verbundenes zweites Kupplungselement aufweist, zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Kupplung aus. Ein derartiges Zuggespann ist aufgrund der störunanfälligen Kupplung beim Fahren im Verkehr besonders sicher.The train combination according to the invention with the features of claim 12 with a towing vehicle and a coupled to the towing vehicle by a particular releasable and a pivot axis at the apex of the swivel angle forming coupling coupled trailer, wherein the coupling is connected to the towing vehicle first coupling element and connected to the trailer second Having coupling element is characterized by the coupling according to the invention. Such a train is particularly safe due to the störunanfälligen clutch when driving in traffic.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 zum Erfassen eines Schwenkwinkels zwischen der Längsmittelachse eines Zugfahrzeugs und der Längsmittelachse eines mit dem Zugfahrzeug durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse im Scheitelpunkt des Schwenkwinkels bildende Kupplung gekoppelten Anhängers mittels der erfindungsgemäßen Winkelmessanordnung zeichnet sich durch folgende Schritte aus: Erzeugen eines Magnetfeldes mittels des Messwertgebers, Erfassen des Magnetfeldes mittels des Magnetfeldsensors, und Bestimmen des Schwenkwinkels mittels der Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten und durch den Magnetfeldmanipulator beeinflussten Magnetfeld. Mithilfe eines derartigen Verfahrens ist das Erfassen eines Schwenkwinkels besonders kostengünstig durchführbar und weitestgehend ungestört von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Schmiermitteln und/oder mechanischen Verschiebungen zwischen den Kupplungselementen.The inventive method with the features of claim 13 for detecting a pivot angle between the longitudinal center axis of a towing vehicle and the longitudinal center axis of a coupled to the towing vehicle by a particular releasable and a pivot axis at the apex of the pivoting angle forming coupling coupled trailer by means of the angle measuring arrangement according to the invention is characterized by the following steps : Generating a magnetic field by means of the transmitter, detecting the magnetic field by means of the magnetic field sensor, and determining the pivot angle by means of the evaluation device in dependence on the detected and influenced by the magnetic field manipulator magnetic field. Using such a method, the detection of a pivot angle is particularly cost feasible and largely undisturbed by temperature, humidity, lubricants and / or mechanical shifts between the coupling elements.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

  • 1 ein Zuggespann mit einer Kupplung und einer Winkelmessanordnung in einer Draufsicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine Kupplung mit einer Winkelmessanordnung in einer Seitenansicht,
  • 3 eine Kupplung mit einer Winkelmessanordnung in einer Draufsicht und
  • 4 eine Senderspule und eine Empfängerspule auf einer Leiterplatte.
In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show this
  • 1 a traction unit with a coupling and an angle measuring arrangement in a plan view according to a first embodiment,
  • 2 a coupling with an angle measuring arrangement in a side view,
  • 3 a coupling with an angle measuring arrangement in a plan view and
  • 4 a transmitter coil and a receiver coil on a printed circuit board.

1 zeigt in einer vereinfachten Ansicht ein Zuggespann 1 mit einem Zugfahrzeug 2 und einem Anhänger 3, wobei das Zugfahrzeug 2 mit dem Anhänger 3 in dem Scheitelpunkt P des Schwenkwinkels α mittels einer Kupplung 4 gekoppelt ist und somit eine Schwenkachse A gebildet ist. In 1 liegt die Schwenkachse A senkrecht zur Zeichenebene und geht durch den Scheitelpunkt P hindurch. Der Schwenkwinkel α muss nicht zwangsläufig in der dargestellten Zeichenebene liegen, sondern kann auch in einer Ebene senkrecht oder in einem Winkel hierzu liegen. Insbesondere bei einer Bewegung des Zugfahrzeugs 2 und des Anhängers 3 entlang einer zunehmenden oder abnehmenden Steigung, wie beispielsweise an einem Hang, hat der Schwenkwinkel α auch eine Komponente, die senkrecht zur Zeichenebene liegt. Wichtig ist, wie in 1 erkennbar, dass der Schwenkwinkel α zwischen einer Längsmittelachse M1 des Zugfahrzeugs 2 und einer Längsmittelachse M2 des Anhängers 3 liegt. 1 shows in a simplified view a train 1 with a towing vehicle 2 and a trailer 3 where the towing vehicle 2 with the trailer 3 in the vertex P of the swivel angle α by means of a coupling 4 is coupled and thus a pivot axis A is formed. In 1 is the pivot axis A perpendicular to the drawing plane and goes through the vertex P therethrough. The swivel angle α does not necessarily have to lie in the illustrated plane, but can also be perpendicular or at an angle to it in a plane. In particular, during a movement of the towing vehicle 2 and the trailer 3 along an increasing or decreasing slope, such as on a slope, has the tilt angle α also a component that is perpendicular to the drawing plane. Important is how in 1 recognizable that the swivel angle α between a longitudinal central axis M1 of the towing vehicle 2 and a longitudinal center axis M2 of the trailer 3 lies.

2 zeigt die Kupplung 4 zwischen dem mit dem Zugfahrzeug 2 verbundenen ersten Kupplungselement 5 und dem mit dem Anhänger 3 verbundenen zweiten Kupplungselement 6. In diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Kupplungselement 5 im Wesentlichen als Kugelkopf 7 ausgebildet, auf welches eine zumindest halbkugelförmige Öffnung 8 des zweiten Kupplungselements 6 zur Kopplung aufgesetzt und mittels des Hebels 9 fixiert ist. 2 shows the clutch 4 between that with the towing vehicle 2 connected first coupling element 5 and with the trailer 3 connected second coupling element 6 , In this embodiment, the first coupling element 5 essentially as a ball head 7 formed on which an at least hemispherical opening 8th of the second coupling element 6 put on for coupling and by means of the lever 9 is fixed.

In 2 ist außerdem ein Magnetfeldmanipulator 10, der hier als Aussparung 11, insbesondere als Fräsung 12 ausgebildet ist, dargestellt. Der Messwertgeber 13 und der Messwertsensor 14, die in Zusammenwirkung mit der Aussparung 11 den Schwenkwinkel α erfassen, sind je auf einer Leiterplatte 15, hier einer Flexleiterplatte, ausgebildet.In 2 is also a magnetic field manipulator 10 who is here as a recess 11 , especially as a milling 12 is formed, shown. The transmitter 13 and the sensor 14 which cooperate with the recess 11 the swivel angle α capture, are ever on a circuit board 15 , here a flex circuit board, formed.

Die Leiterplatte 15 ist in eine Umfangsrichtung um die Schwenkachse A in der Öffnung 8 an das zweite Kupplungselement 6 angeordnet. Die Leiterplatte 15 erstreckt sich entlang eines Umfangskreisabschnitts der zumindest halbkugelförmigen Öffnung 8, wobei der Mittelpunkt der zumindest halbkugelförmigen Öffnung 8 vorzugsweise in der Schwenkachse A liegt.The circuit board 15 is in a circumferential direction about the pivot axis A in the opening 8th to the second coupling element 6 arranged. The circuit board 15 extends along a circumferential circle portion of the at least hemispherical opening 8th , wherein the center of the at least hemispherical opening 8th preferably in the pivot axis A lies.

Die Fräsung 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel rechteckig ausgebildet. Alternativ kann sie jedoch auch andere Formen aufweisen. Wichtig ist, dass das von ihr beeinflusste Magnetfeld derart beeinflusst wird, dass mittels der induzierten Spannung in einer Empfängerspule der Schwenkwinkel α ermittelbar ist.The milling 12 is rectangular in this embodiment. Alternatively, however, it may have other shapes. It is important that the magnetic field influenced by it is influenced in such a way that by means of the induced voltage in a receiver coil the swivel angle α can be determined.

In einem weiteren hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fräsung 12 mit einem elektrischen und/oder magnetisch nicht leitenden Material, insbesondere einem reibfesten Kunststoff oder einer Keramik zumindest teilweise aufgefüllt. Alternativ sind mehrere Fräsungen 12 vorgesehen, wobei jede der Fräsungen 12 zur Erhöhung der Stabilität der Kupplung 4 oder, um ein gewünschtes elektromagnetisches Störungsverhalten des Magnetfeldmanipulators 10 zu erreichen mit einem elektrisch oder magnetisch nicht leitenden oder geringfügig leitenden Material aufgefüllt ist.In another embodiment, not shown here, the milling 12 filled with an electrically and / or magnetically non-conductive material, in particular a friction-resistant plastic or ceramic at least partially. Alternatively, there are several millings 12 provided, with each of the millings 12 to increase the stability of the coupling 4 or, to a desired electromagnetic interference behavior of the magnetic field manipulator 10 reach is filled with an electrically or magnetically non-conductive or slightly conductive material.

3 zeigt die Kupplung 4 in einer Draufsicht. Gut zu erkennen ist hier, dass die Leiterplatte 15 einen Umfangskreisabschnitt zur Schwenkachse A bildet. Außerdem ist die Leiterplatte 15 - relativ zu der Längsmittelachse M2 des Anhängers 3 - im Wesentlichen seitlich angeordnet. Entsprechend ist die Fräsung 12 - relativ zu der Längsmittelachse M1 des Zugfahrzeugs 2 - seitlich angeordnet. Somit sind auf die Leiterplatte 15 und/oder die Fräsung 12 einwirkende Belastungen, insbesondere Reibkräfte und/oder Zugspannungskräfte, reduziert. 3 shows the clutch 4 in a top view. Good to see here is that the circuit board 15 a circumferential circle portion to the pivot axis A forms. In addition, the circuit board 15 - relative to the longitudinal central axis M2 of the trailer 3 - Arranged substantially laterally. The milling is corresponding 12 - relative to the longitudinal central axis M1 of the towing vehicle 2 - arranged laterally. Thus, on the circuit board 15 and / or the milling 12 acting loads, in particular friction and / or tensile forces reduced.

In 3 erstreckt sich die Leiterplatte 15 entlang des Umfangskreisabschnitts zur Schwenkachse A über einen Winkelbereich von ungefähr 120°. Alternativ erstreckt sich die Leiterplatte 15 jedoch über einen größeren oder kleineren Umfangskreisabschnitt. Alternativ erstreckt sich die Leiterplatte 15 über den gesamten Umfangskreis, sodass sie den Kugelkopf 7 zumindest in radialer Richtung der Schwenkachse A umschließt.In 3 extends the circuit board 15 along the circumference circle section to the pivot axis A over an angular range of about 120 °. Alternatively, the circuit board extends 15 however, over a larger or smaller circumference section. Alternatively, the circuit board extends 15 over the entire circumference circle, so that the ball head 7 at least in the radial direction of the pivot axis A encloses.

Weiterhin ist in 3 erkennbar, dass auf der Leiterplatte 15, insbesondere zwischen der Leiterplatte 15 und dem ersten Kupplungselement 5, eine Schutzschicht 16, angeordnet ist. Die Schutzschicht 16 schützt die Leiterplatte 15 vor mechanischem Abrieb und/oder ist elektrisch isolierend.Furthermore, in 3 recognizable on the circuit board 15 , in particular between the circuit board 15 and the first coupling element 5 , a protective layer 16 , is arranged. The protective layer 16 protects the circuit board 15 against mechanical abrasion and / or is electrically insulating.

4 zeigt den Messwertgeber 13 als eine äußere Senderspule 17 und den Messwertsensor 14, welcher durch drei innerhalb der Senderspule 17 angeordnete Empfängerspulen 18 ausgebildet ist. Alle Sender- und Empfängerspulen 17, 18 sind auf einem gemeinsamen Träger, nämlich der Leiterplatte 15, welche insbesondere als Flexleiterplatte ausgebildet ist, angeordnet. Jede der Spulen 17, 18 kann gemäß einer bekannten Bauart einer Spule mehrere Leiterschleifen aufweisen. Der Einfachheit halber ist hier jeweils jedoch nur eine Leiterschleife dargestellt. 4 shows the transmitter 13 as an external transmitter coil 17 and the measured value sensor 14 passing through three inside the transmitter coil 17 arranged receiver coils 18 is trained. All transmitter and receiver coils 17 . 18 are on a common carrier, namely the circuit board 15 , which is designed in particular as a flex circuit board, arranged. Each of the coils 17 . 18 may comprise a plurality of conductor loops according to a known type of coil. For the sake of simplicity, however, only one conductor loop is shown here in each case.

In dem hier dargestellten Fall ist eine der Spulen 17, 18, insbesondere die Senderspule 17 eine äußere Spule und die jeweils andere Spule, insbesondere die Empfängerspule 18 eine innere Spule. In einer Querschnittsebene - senkrecht zu einer axialen Richtung der Spule - betrachtet, umschließt die zumindest eine Leiterschleife der äußeren Spule im Wesentlichen eine erste Fläche, in welcher die zumindest eine Leiterschleife der inneren Spule angeordnet ist. Die von der inneren Spule umschlossene zweite Fläche ist parallel zu der ersten Fläche, vorzugsweise liegt sie in der ersten Fläche. In the case shown here is one of the coils 17 . 18 , in particular the transmitter coil 17 an outer coil and the other coil, in particular the receiver coil 18 an inner coil. Viewed in a cross-sectional plane, perpendicular to an axial direction of the coil, the at least one outer coil conductor loop substantially encloses a first surface in which the at least one inner coil conductor loop is disposed. The second enclosed by the inner coil Surface is parallel to the first surface, preferably it lies in the first surface.

Insbesondere verläuft die Leiterbahn der Senderspule 17 in 4 in einem Rechteck und bildet so eine Leiterschleife. Jede der Leiterbahnen der Empfängerspule 18 verlaufen innerhalb dieses Rechtecks und sind aus sinusförmigen Leiterbahnabschnitten gebildet. Alternativ sind die Leiterbahnabschnitte in einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kreisförmig ausgebildet. In einem Bereich der Leiterplatte, der hier einem Kontaktbereich 19 der Spulen 17, 18 gegenüberliegt, sind hier zusätzlich gerade Leiterbahnabschnitte vorgesehen, die - analog zu einem Phasensprung von 180° einer Welle - zwei sinusförmige Leiterbahnabschnitte verbindet. Somit ist die Sinusförmigkeit eines empfangenen Signals in der Empfängerspule 18 sichergestellt.In particular, the conductor track of the transmitter coil runs 17 in 4 in a rectangle, forming a conductor loop. Each of the tracks of the receiver coil 18 run within this rectangle and are formed of sinusoidal conductor track sections. Alternatively, the conductor track sections are circular in an embodiment not shown here. In one area of the circuit board, here is a contact area 19 the coils 17 . 18 opposite, straight conductor track sections are additionally provided here, which - analogous to a phase jump of 180 ° of a shaft - connects two sinusoidal conductor track sections. Thus, the sinusoidality of a received signal is in the receiver coil 18 ensured.

Die Senderspule 17 wird mittels des Kontaktbereichs 19 mit einer elektrischen Wechselspannung mit einer Frequenz von, vorzugsweise einigen Megahertz, besonders bevorzugt 5 MHz, beaufschlagt und zwar derart, dass sich ein elektromagnetisches Wechselfeld senkrecht zu der von der Leiterschleife umschlossenen Fläche ausbildet. Dadurch wiederum wird eine elektrische Spannung in den Leiterbahnen der Empfängerspule 18 induziert, da die von den Leiterbahnen der Empfängerspule 18 umschlossenen Fläche parallel zu der umschlossenen Fläche der Leiterbahn der Senderspule 17 liegen. Die Empfängerspulen 18 sind also induktiv an die Senderspule 17 gekoppelt.The transmitter coil 17 is by means of the contact area 19 with an electrical alternating voltage having a frequency of, preferably a few megahertz, more preferably 5 MHz, applied in such a way that forms an electromagnetic alternating field perpendicular to the area enclosed by the conductor loop surface. This in turn causes an electrical voltage in the conductor tracks of the receiver coil 18 induced because of the tracks of the receiver coil 18 enclosed area parallel to the enclosed area of the track of the transmitter coil 17 lie. The receiver coils 18 are therefore inductive to the transmitter coil 17 coupled.

Die Spulen 17, 18 und der Magnetfeldmanipulator 10 sind vorzugsweise derart zueinander angeordnet und dimensioniert, dass ein Amplitudenverhältnis zwischen angelegter Wechselspannung und induzierter Wechselspannung in der Empfängerspule 18 schwenkwinkelabhängig in einem Wertebereich zwischen -1 und +1, vorzugsweise zwischen -0,3 und +0,3 liegt. In Abhängigkeit von dem Schwenkwinkel α variiert das Amplitudenverhältnis von der Wechselspannung der Senderspule 17 zur induzierten Wechselspannung der Empfängerspule 18, also zumindest zwischen -1 und +1, vorzugsweise zwischen -0,3 und +0,3. Wichtig ist auch, dass der Magnetfeldmanipulator 10 und/oder die Leiterbahn der Empfangsspule 18 derart geformt und angeordnet sind, dass das Amplitudenverhältnis zwischen der Wechselspannung der Senderspule 17 und der induzierten Wechselspannung der Empfängerspule 18 sinusförmig ist. Um dies zu erreichen ist, wie hier anhand von 4 dargestellt, die zumindest eine Leiterschleife der zumindest einen Empfängerspule 18 aus sinusförmigen Leiterbahnabschnitten zusammengesetzt.The spools 17 . 18 and the magnetic field manipulator 10 are preferably arranged and dimensioned in such a way that an amplitude ratio between applied AC voltage and induced AC voltage in the receiver coil 18 is dependent on the pivoting angle in a value range between -1 and +1, preferably between -0.3 and +0.3. Depending on the swivel angle α, the amplitude ratio of the alternating voltage of the transmitter coil varies 17 to the induced AC voltage of the receiver coil 18 , ie at least between -1 and +1, preferably between -0.3 and +0.3. It is also important that the magnetic field manipulator 10 and / or the trace of the receiving coil 18 are shaped and arranged such that the amplitude ratio between the alternating voltage of the transmitter coil 17 and the induced AC voltage of the receiver coil 18 sinusoidal. To achieve this is, as here by means of 4 illustrated, the at least one conductor loop of the at least one receiver coil 18 composed of sinusoidal conductor track sections.

Durch Vergleichen der beiden Wechselspannungen, insbesondere durch Demodulation der induzierten Wechselspannung mit der Wechselspannung der Senderspule 17, wird auf ein Betrag und eine Phase der Kopplung geschlossen. Der Betrag variiert insbesondere kontinuierlich mit dem Schwenkwinkel α, sodass beliebige Schwenkwinkel α erfassbar sind. Vorzugsweise sind die Senderspule 17 und die zumindest eine Empfängerspule 18 derart eingerichtet, dass die Phasenlage zueinander 0° oder 180° beträgt. Mithilfe der Arkustangens-Funktion wird, insbesondere bei drei Empfängerspulen 18, welche vorzugsweise einen Phasenversatz von 120° aufweisen, auf den Schwenkwinkel α geschlossen werden.By comparing the two AC voltages, in particular by demodulation of the induced AC voltage with the AC voltage of the transmitter coil 17 , is closed on an amount and a phase of the coupling. The amount varies in particular continuously with the swivel angle α , so any tilt angle α are detectable. Preferably, the transmitter coil 17 and the at least one receiver coil 18 arranged such that the phase angle to each other is 0 ° or 180 °. Using the arctangent function, especially with three receiver coils 18 , which preferably have a phase offset of 120 °, are closed to the pivot angle α.

Vorzugsweise weist die Empfängerspule 18 zumindest einen linkslaufenden und zumindest einen rechtslaufenden Leiterbahnabschnitt auf, in welchen, bei Anlegen eines externen elektromagnetischen Wechselfeldes, stets entgegen gerichtete Felder ausgebildet sind. Insbesondere ist jede der Leiterbahnen derart verdreht, dass sie in der Querschnittsebene achtähnlich ausgebildet ist. Eine derartige Spule hat den Vorteil, dass externe Störmagnetfelder, insbesondere homogene externe Störmagnetfelder, in beiden Leiterbahnabschnitten der Spule, also in dem rechtslaufenden Abschnitt und in dem linkslaufenden Abschnitt, jeweils gleich große elektrische Störspannungen in entgegengesetzte Richtungen induzieren, sodass die resultierende gesamte elektrische Störspannung über die gesamte Empfängerspule null ist und die Erfassung eines Schwenkwinkels α mit einer derartigen Spule nicht gestört ist. Die Leiterbahnen der Empfängerspulen 18 sind also derart angeordnet, dass die in einem Bereich von einer ersten Leiterschleife der jeweiligen Empfängerspule 18 umschlossene Fläche genauso groß ist wie die von einer oder mehreren anderen zweiten Leiterschleifen derselben jeweiligen Empfängerspule 18 umschlossenen Flächen, wobei die Windungsrichtung der ersten Leiterschleife entgegengesetzt ist zu der Windungsrichtung der einen oder mehreren zweiten Leiterschleifen. Dazu überkreuzen sich die Leiterbahnen zumindest einmal, hier im Wesentlichen in ihrem Symmetriezentrum. In dem Überkreuzungsbereich besteht jedoch kein elektrischer Kontakt zwischen den sich kreuzenden Leiterbahnen. In der 4 ist anhand der durch eine durchgezogene Linie dargestellten Empfängerspule 18 eine derartige erste Leiterschleife in der linken Hälfte und eine entsprechende zweite Leiterschleife in der rechten Hälfte dargestellt, wobei beide Leiterschleifen symmetrisch zueinander sind und somit gleich große Flächen umschließen, jedoch eine entgegengesetzte Windungsrichtung aufweisen. In einer derartigen Empfängerspule 18 werden von homogenen Feldern nur abschnittsweise elektrische Spannungen induziert. Die an dem Kontaktbereich 19 erfassbare elektrische Spannung ist jedoch null. Somit wird eine derartige Spule nicht von externen homogenen Magnetfeldern beeinflusst.Preferably, the receiver coil 18 at least one anti-clockwise and at least one clockwise running track section, in which, upon application of an external electromagnetic alternating field, always oppositely directed fields are formed. In particular, each of the conductor tracks is twisted such that it is designed to be eight-similar in the cross-sectional plane. Such a coil has the advantage that external interference magnetic fields, in particular homogeneous external interference magnetic fields, in both conductor track sections of the coil, ie in the right-handed section and in the left-running section, each induce equal electrical interference voltages in opposite directions, so that the resulting total electrical noise over the entire receiver coil is zero and the detection of a swivel angle α is not disturbed with such a coil. The tracks of the receiver coils 18 are thus arranged such that in a region of a first conductor loop of the respective receiver coil 18 enclosed area is the same size as that of one or more other second conductor loops of the same respective receiver coil 18 enclosed areas, wherein the winding direction of the first conductor loop is opposite to the winding direction of the one or more second conductor loops. For this purpose, the interconnects intersect at least once, here essentially in their center of symmetry. However, there is no electrical contact between the intersecting tracks in the crossover area. In the 4 is shown by the receiver coil shown by a solid line 18 such a first conductor loop shown in the left half and a corresponding second conductor loop in the right half, wherein both conductor loops are symmetrical to each other and thus enclose the same sized areas, but have an opposite winding direction. In such a receiver coil 18 homogeneous voltages only partially induce electrical voltages. The at the contact area 19 however, detectable electrical voltage is zero. Thus, such a coil is not affected by external homogeneous magnetic fields.

Der in 4 angedeutete Magnetfeldmanipulator 10 überdeckt überdeckt im gekoppelten Zustand der Kupplungselemente 5, 6 einen Bereich der Leiterplatte 15 und damit einen Bereich der Empfängerspule 18 und der Senderspule 17. Der benachbarte Bereich ist nicht von dem Magnetfeldmanipulator 10 überdeckt, sondern von dem den Magnetfeldmanipulator 10 umgebenden Material, hier also dem Kupplungsmaterial. Je nach elektrischer und/oder magnetischer Leitfähigkeit der jeweiligen Bereiche, ist ein auf die Empfängerspule 18 wirkendes magnetisches Wechselfeld in diesem Bereich entweder verstärkt oder abgeschwächt. Aufgrund dieser Beeinflussung, also der Verstärkung oder Abschwächung, der Empfängerspulen 18, ist im Kontaktbereich 19 der Empfängerspulen 18 ein elektrisches Spannungssignal erfassbar. Mittels dieses Spannungssignals und der Auswerteeinrichtung, welche hier nicht dargestellt ist, ist ein Schwenkwinkel α ermittelbar, da das Spannungssignal aufgrund der Sinusförmigkeit der Leiterbahn der Empfängerspule 18 schwenkwinkelabhängig ist. Wichtig ist, dass der Bereich der Fräsung 12 relativ zu dem benachbarten Bereich eine andere elektrische und/oder magnetische Leitfähigkeit aufweist. Wichtig ist auch, dass die Empfängerspule 18 verschiedene Bereiche aufweist, in denen die Windungsrichtung zueinander entgegengesetzt ist. Somit kann ein Schwenkwinkel α erfasst, insbesondere kontinuierlich erfasst werden. The in 4 indicated magnetic field manipulator 10 Covered covered in the coupled state of the coupling elements 5 . 6 an area of the circuit board 15 and thus an area of the receiver coil 18 and the transmitter coil 17 , The adjacent area is not from the magnetic field manipulator 10 but covered by the magnetic field manipulator 10 surrounding material, in this case the coupling material. Depending on the electrical and / or magnetic conductivity of the respective areas, one is on the receiver coil 18 acting alternating magnetic field in this area either amplified or attenuated. Due to this influence, ie the gain or attenuation, the receiver coils 18 , is in the contact area 19 the receiver coils 18 an electrical voltage signal detectable. By means of this voltage signal and the evaluation device, which is not shown here, is a swivel angle α detectable, since the voltage signal due to the sinusoidal nature of the track of the receiver coil 18 is pivot angle dependent. The important thing is that the field of milling 12 has a different electrical and / or magnetic conductivity relative to the adjacent region. It is also important that the receiver coil 18 has different areas in which the winding direction is opposite to each other. Thus, a swivel angle α recorded, in particular continuously recorded.

Wie aus den 1 bis 4 ersichtlich, ist somit eine Winkelmessanordnung 20 geschaffen, zum Erfassen eines Schwenkwinkels α zwischen der Längsmittelachse M1 eines Zugfahrzeugs 2 und der Längsmittelachse M2 eins mit dem Zugfahrzeug 2 durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse A im Scheitelpunkt P des Schwenkwinkels α bildende Kupplung 4 gekoppelten Anhängers 3, wobei die Kopplung 4 ein mit dem Zugfahrzeug 2 verbundenes erstes Kupplungselement 5 und ein mit dem Anhänger 3 verbundenes zweites Kupplungselement 6 aufweist. Dabei sind der Kopplung 4 ein Messwertgeber 13 zum Erzeugen eines Magnetfelds und ein Messwertsensor 14 zum Erfassen des Magnetfelds zugeordnet. Außerdem ist eine in den Figuren nicht dargestellte Auswerteeinrichtung zum Bestimmen des Schwenkwinkels α in Abhängigkeit von dem durch den Messwertsensor 14 erfassten Magnetfeld.Like from the 1 to 4 can be seen, is thus an angle measuring arrangement 20 created, for detecting a swivel angle α between the longitudinal center axis M1 a towing vehicle 2 and the longitudinal center axis M2 one with the towing vehicle 2 by a particular detachable and a pivot axis A in the vertex P the swivel angle α forming coupling 4 coupled trailer 3 , where the coupling 4 one with the towing vehicle 2 connected first coupling element 5 and one with the trailer 3 connected second coupling element 6 having. Here are the coupling 4 a transmitter 13 for generating a magnetic field and a measured value sensor 14 assigned to detecting the magnetic field. In addition, an evaluation device not shown in the figures for determining the pivot angle α as a function of the by the measured value sensor 14 detected magnetic field.

Außerdem sind vorzugsweise weitere elektronische Komponenten der Winkelmesseinrichtung 20, wie anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), Mikrocontroller und/oder weitere passive Bauelemente auf der Leiterplatte 15 angeordnet und damit in die Kupplung 4 integriert. Die Datenschnittstelle zum Zugfahrzeug 2 und/oder Anhänger 3 zur Übertragung des ermittelten Schwenkwinkels α und vorzugsweise weiterer Daten der weiteren elektronischen Komponenten ist bevorzugt durch ein serielles Bussystem, besonders bevorzugt durch einen CAN-Bus, oder eine anderer digitale Schnittstelle, besonders bevorzugt SENT, bereitgestellt. Alternativ oder zusätzlich ist eine Analogschnittstelle bereitgestellt.In addition, preferably further electronic components of the angle measuring device 20 , such as application specific integrated circuits (ASIC), microcontroller and / or other passive components on the circuit board 15 arranged and thus in the clutch 4 integrated. The data interface to the towing vehicle 2 and / or followers 3 for transmitting the determined pivoting angle α and preferably further data of the further electronic components is preferably provided by a serial bus system, particularly preferably by a CAN bus, or another digital interface, particularly preferably SENT. Alternatively or additionally, an analog interface is provided.

Unter einem Zugfahrzeug 2 ist hier ein in eine Fahrrichtung eines Zuggespanns 1 vorauseilendes Objekt gemeint und unter einem Anhänger 3 ein folgendes Objekt. Es ist also möglich die hier beschriebene Winkelmessanordnung 20 auch zwischen zwei Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Abschleppen eines der Kraftfahrzeuge, oder zwischen zwei Anhängern, insbesondere bei Zuggespannen mit mehreren Anhängern, zu schaffen. In letzterem Fall fungiert ein erster vorauseilender Anhänger als Zugfahrzeug 2 und ein zweiter, dem ersten Anhänger folgende Anhänger als Anhänger 3 im Sinne dieser Beschreibung.Under a towing vehicle 2 Here is a in a direction of travel of a train 1 meant object ahead and under a trailer 3 a following object. It is therefore possible the angle measuring arrangement described here 20 also between two motor vehicles, in particular for towing one of the motor vehicles, or between two trailers, in particular at Zugspannen with several trailers to create. In the latter case, a first leading trailer acts as a towing vehicle 2 and a second pendant following the first pendant as a pendant 3 in the sense of this description.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014224808 A1 [0005]DE 102014224808 A1 [0005]

Claims (13)

Winkelmessanordnung (20) zum Erfassen eines Schwenkwinkels (a) zwischen der Längsmittelachse (M1) eines Zugfahrzeugs (2) und der Längsmittelachse (M2) eines mit dem Zugfahrzeug (2) durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse (A) im Scheitelpunkt (P) des Schwenkwinkels (a) bildende Kupplung (4) gekoppelten Anhängers (3), wobei die Kupplung (4) ein mit dem Zugfahrzeug (2) verbundenes erstes Kupplungselement (5) und ein mit dem Anhänger (3) verbundenes zweites Kupplungselement (6) aufweist, mit einem der Kupplung (4) zugeordneten Messwertgeber (13) zum Erzeugen eines Magnetfelds, mit einem der Kupplung (4) zugeordneten Messwertsensor (14) zum Erfassen des Magnetfelds und mit einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen des Schwenkwinkels (a) in Abhängigkeit von dem durch den Messwertsensor (14) erfassten Magnetfeld, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (13) als Senderspule (17) und der Messwertsensor (14) als Empfängerspule (18) beide an dem ersten oder beide an dem zweiten Kupplungselement (5,6) angeordnet sind, und dass ein Magnetfeldmanipulator (10) an dem zweiten oder dem ersten Kupplungselement (6,5) angeordnet ist, der in Bezug auf die Schwenkachse (A) dem Messwertgeber (13) und dem Messwertsensor (14) zumindest im Wesentlichen radial gegenüberliegt.Angle measuring arrangement (20) for detecting a swivel angle (a) between the longitudinal center axis (M1) of a towing vehicle (2) and the longitudinal center axis (M2) of the towing vehicle (2) by a particular detachable and a pivot axis (A) in the vertex (P) The coupling (4) has a first coupling element (5) connected to the towing vehicle (2) and a second coupling element (6) connected to the trailer (3) of the swivel angle (a) forming the coupling (4) , with one of the clutch (4) associated with transmitter (13) for generating a magnetic field, with a clutch (4) associated with the measured value sensor (14) for detecting the magnetic field and with an evaluation device for determining the pivot angle (a) in dependence on the measured value sensor (14) detected magnetic field, characterized in that the transmitter (13) as a transmitter coil (17) and the measured value sensor (14) as a receiver coil (18) both at the first or both at the a magnetic field manipulator (10) on the second or the first coupling element (6,5) is arranged, with respect to the pivot axis (A) the transmitter (13) and the measured value sensor ( 14) is at least substantially radially opposite. Winkelmessanordnung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldmanipulator (10) in oder an einem Kugelkopf (7) des ersten Kupplungselements (5) angeordnet oder ausgebildet ist.Angular measuring arrangement (20) according to Claim 1 , characterized in that the magnetic field manipulator (10) is arranged or formed in or on a ball head (7) of the first coupling element (5). Winkelmessanordnung (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldmanipulator (10) durch eine Aussparung (11) oder mehrere Aussparungen (11) in dem ersten oder dem zweiten Kupplungselement (5,6) ausgebildet ist.Angular measuring arrangement (20) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the magnetic field manipulator (10) by a recess (11) or a plurality of recesses (11) in the first or the second coupling element (5,6) is formed. Winkelmessanordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (11) des Magnetfeldmanipulators (10) mit einem elektrisch und/oder magnetisch isolierenden Material, insbesondere einem reibfesten Kunststoff und/oder einer Keramik aufgefüllt ist.Angle measuring arrangement (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the recess (11) of the magnetic field manipulator (10) is filled with an electrically and / or magnetically insulating material, in particular a friction-resistant plastic and / or a ceramic. Winkelmessanordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (13) und/oder der Messwertsensor (14) sich entlang eines Umfangskreisabschnitts zur Schwenkachse (A) erstrecken.Angle measuring arrangement (20) according to any one of the preceding claims, characterized in that the transmitter (13) and / or the measured value sensor (14) extend along a peripheral circle section to the pivot axis (A). Winkelmessanordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangskreisabschnitt eine Zylinderinnenwand oder eine Zylinderaußenwand des ersten oder zweiten Kupplungselements (5,6) ist.Angle measuring arrangement (20) according to any one of the preceding claims, characterized in that the peripheral circle section is a cylinder inner wall or a cylinder outer wall of the first or second coupling element (5,6). Winkelmessanordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangskreisabschnitt eine Kugelinnenwand oder eine Kugelaußenwand des ersten oder zweiten Kupplungselements (5,6) ist.Angle measuring arrangement (20) according to any one of the preceding claims, characterized in that the circumferential circle section is a ball inner wall or a ball outer wall of the first or second coupling element (5,6). Winkelmessanordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (13) und/oder der Messwertsensor (14) mittels einer Schutzschicht (16) geschützt, insbesondere überdeckt ist.Angle measuring arrangement (20) according to any one of the preceding claims, characterized in that the transmitter (13) and / or the measured value sensor (14) by means of a protective layer (16) protected, in particular is covered. Winkelmessanordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (13) und der Messwertsensor (14) derart an der Kupplung (4) angeordnet sind, dass der Messwertsensor (14) mit dem Messwertgeber (13) induktiv koppelbar ist.Angle measuring arrangement (20) according to any one of the preceding claims, characterized in that the measuring transducer (13) and the measured value sensor (14) are arranged on the coupling (4) such that the measured value sensor (14) can be inductively coupled to the measuring transducer (13) , Kupplung (4) mit einer Winkelmessanordnung (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmessanordnung (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 gebildet ist.Coupling (4) with an angle measuring arrangement (20), characterized in that the angle measuring arrangement (20) according to one of Claims 1 to 8th is formed. Kupplung (4) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) als eine Kugelkopfkupplung, Sattelkupplung, Bolzenkupplung und/oder Sattelkupplung ausgebildet ist.Coupling (4) after Claim 10 , characterized in that the coupling (4) is designed as a ball and socket coupling, fifth wheel, pin coupling and / or fifth wheel. Zuggespann (1) mit einem Zugfahrzeug (2) und einem mit dem Zugfahrzeug (2) durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse (A) im Scheitelpunkt (P) des Schwenkwinkels (a) bildende Kupplung (4) gekoppelten Anhänger (3), wobei die Kupplung (4) ein mit dem Zugfahrzeug (2) verbundenes erstes Kupplungselement (5) und ein mit dem Anhänger (3) verbundenes zweites Kupplungselement (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) gemäß Anspruch 10 oder 11 gebildet ist.Traction (1) with a towing vehicle (2) and with the towing vehicle (2) by a particular releasable and a pivot axis (A) at the apex (P) of the pivoting angle (a) forming coupling (4) coupled trailer (3), wherein the coupling (4) has a first coupling element (5) connected to the towing vehicle (2) and a second coupling element (3) connected to the trailer (3), characterized in that the coupling (4) according to Claim 10 or 11 is formed. Verfahren zum Erfassen eines Schwenkwinkels (a) zwischen der Längsmittelachse (M1) eines Zugfahrzeugs (2) und der Längsmittelachse (M2) eines mit dem Zugfahrzeug (2) durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse (A) im Scheitelpunkt (P) des Schwenkwinkels (a) bildende Kupplung (4) gekoppelten Anhängers (3) mittels einer Winkelmessanordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit folgenden Schritten: - Erzeugen eines Magnetfeldes mittels des Messwertgebers (13), - Erfassen des Magnetfeldes mittels des Magnetfeldsensors (14), und - Bestimmen des Schwenkwinkels (a) mittels der Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten und durch den Magnetfeldmanipulator (10) beeinflussten Magnetfeld.Method for detecting a swivel angle (a) between the longitudinal center axis (M1) of a towing vehicle (2) and the longitudinal center axis (M2) of a towing vehicle (2) by a particular detachable and a pivot axis (A) in the vertex (P) of the swivel angle ( a) forming coupling (4) coupled trailer (3) by means of an angle measuring arrangement (20) according to one of Claims 1 to 9 , comprising the following steps: - generating a magnetic field by means of the transmitter (13), - detecting the magnetic field by means of the magnetic field sensor (14), and - determining the swivel angle (a) by means of the evaluation device as a function of the detected and by the magnetic field manipulator (10) influenced magnetic field.
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