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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Verbinden eines Zugfahrzeugs mit einem gezogenen Fahrzeug, ein Kupplungselement für ein Fahrzeug zum mechanischen Kuppeln mit einem weiteren Fahrzeug und ein Verfahren zum Verbinden eines Zugfahrzeugs mit einem gezogenen Fahrzeug. Bei den hierin geschilderten Fahrzeugen und insbesondere dem Zugfahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug wie z.B. einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen handeln. Ebenso können hierin geschilderte Fahrzeuge und insbesondere ein gezogenes Fahrzeug ein Anhänger sein, der vorzugsweise ohne eigene Antriebseinrichtung (z.B. ohne eigenen Traktionsmotor) realisiert ist oder eine im Vergleich zum Zugfahrzeug leistungsschwächere Antriebseinrichtung aufweist.
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Es ist bekannt, zwischen einem Zugfahrzeug, wie z.B. einem Lastkraftwagen oder einem Personenkraftwagen, und einen gezogenen Fahrzeug, wie z.B. einem Anhänger, elektrische Energie zu übertragen. Hierfür werden derzeit Kabelverbindungen verwendet. Insbesondere werden Kabel des gezogenen Fahrzeugs über einen Stecker mit Kabeln des Zugfahrzeugs verbunden, wobei das Zugfahrzeug elektrische Energie in die Kabel einspeist, beispielsweise um Rückleuchten des gezogenen Fahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Aus dem Stand der Technik sind ferner Beispiele bekannt, um auch über eine mechanische Kupplungsanordnung zwischen dem Zugfahrzeug und dem gezogenen Fahrzeug und insbesondere über an sich bekannte Anhängerkupplungsvorrichtungen elektrische Energie zu übertragen. In diesem Zusammenhang offenbart die
DE 100 21 232 A1 eine Lösung, bei der im Kugelkopf einer zugfahrzeugmontierten Anhängerkupplung elektrische Kontakte ausgebildet sind, mit denen korrespondierende Kontaktelemente in der Anhängerkupplung eines gezogenen Fahrzeugs (Anhänger) in Kontakt bringbar sind. Somit kann also eine kontaktbasierte elektrische Energieübertragung zwischen den beiden Fahrzeugen stattfinden. Die
DE 198 10 378 A1 offenbart eine vergleichbare Lösung, bei der über eine elektrische Steckverbindung zwischen einer Anhängerkupplung und einem Anhänger elektrische Energie übertragbar ist.
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Die vorangehend erwähnten Lösungen, die jeweils kontaktbasierte elektrische Energieübertragungen zum Teil basierend auf Steckverbindungen erfordern, haben sich nicht immer als ausreichend zuverlässig erwiesen. Beispielsweise können hergestellte Kontakte sich aufgrund von Vibrationen oder Erschütterungen im Fahrzeugbetrieb lösen. Auch ist die Herstellung von Steckverbindungen aus Sicht eines Bedieners unkomfortabel.
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Aus den weiteren der folgenden Druckschriften sind jeweils Kupplungslösungen mit einer induktiven Energieübertragung bekannt:
DE 11 2017 004 133 T5 offenbart eine induktive Energieübertragung zwischen der Schleppkugel eines PKWs und der Schlepppfanne eines Anhängers, um Anhängerfunktionen mit elektrischer Energie zu versorgen und eine Anhängerbatterie aufzuladen;
US 6 222 443 B1 offenbart eine induktive Energieübertragung und auch Datenübertragung zwischen einem Anhänger und einem Fahrzeug; WO 2008/ 094 096 A1 offenbart ebenfalls ein induktives Energieübertragungssystem zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger, wobei eine magnetische Kupplung zum Einsatz kommt; US 2007 / 0 176 394 A1 offenbart eine Kupplung zwischen einem Sattelschlepper-LKW und einem dazugehörigen Anhänger, bei der auch eine induktive elektrische Energieübertragung möglich ist;
AU 2006 100 302 A4 offenbart eine Steckverbindung zum elektrischen Versorgung eines Anhängers, wobei die Energieübertragung mittels Induktionsspulen erfolgt;
DE 10 2012 016 234 A1 offenbart ebenfalls ein Zugfahrzeug-Anhänger-System mit elektrischer Energieübertragung.
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Es besteht somit ein Bedarf dafür, die Energieübertragung zwischen einem Zugfahrzeug und einem gezogenen Fahrzeug zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1, ein Kupplungselement mit den Merkmalen von Anspruch 8 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
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Sämtliche der vorstehenden Erläuterungen und Beispiele können, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich, auch bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein bzw. auf diese zutreffen.
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Gemäß einer Grundidee der Erfindung ist eine induktive elektrische Energieübertragung zwischen dem Zugfahrzeug und dem gezogenen Fahrzeug vorgesehen. Insbesondere ist vorgesehen, dass zwischen den elektrischen Anordnungen bzw. elektrischen Komponenten im Zugfahrzeug und dem gezogenen Fahrzeug, die eine elektrische Energieübertragung ermöglichen, ein Spalt verbleibt bzw. diese Anordnungen bzw. Komponenten nicht im direkten Kontakt miteinander stehen. Die elektrische Energieübertragung erfolgt somit bevorzugt nicht kontaktbasiert, wie dies im Stand der Technik der Fall ist. Stattdessen können zwischen den genannten Anordnungen bzw. Komponenten Luftspalte verbleiben und/oder anderweitige Materialschichten bzw. Kupplungsabschnitte, durch die sozusagen hindurch die induktive Energieübertragung stattfindet. Ein Vorteil ist die erhöhte Zuverlässigkeit, da es für die induktive Energieübertragung nicht zwingend auf das Aufrechterhalten eines festen (Steck-) Kontaktes zwischen den elektrischen Anordnungen bzw. Komponenten ankommt. Auch kann es aus Sicht eines Bedieners leichter sein, die Energieübertragung zu ermöglichen, da dieser nicht erst manuell Steckverbindungen oder dergleichen herstellen muss.
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Im Detail wird eine Anordnung zum Verbinden eines Zugfahrzeugs mit einem gezogenen Fahrzeug vorgeschlagen, wobei das Zugfahrzeug ein erstes Kupplungselement zur mechanischen Kupplung mit einem zweiten Kupplungselement des gezogenen Fahrzeugs aufweist, wobei das erste Kupplungselement eine erste elektrische Anordnung (und/oder wenigstens eine erste elektrische Komponente) aufweist und das zweite Kupplungselement eine zweite elektrische Anordnung (und/oder eine zweite elektrische Komponente) aufweist, wobei die erste und die zweite elektrische Anordnung für eine induktive Übertragung elektrischer Energie zwischen dem Zugfahrzeug und dem gezogenen Fahrzeug eingerichtet sind.
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Wie erwähnt, kann es sich bei dem Zugfahrzeug um einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen und bei dem gezogenen Fahrzeug um einen Anhänger handeln. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass in bestimmten Betriebszuständen das Zugfahrzeug einem gezogenen Fahrzeug entspricht und das gezogene Fahrzeug einem Zugfahrzeug, zumindest wenn das gezogene Fahrzeug ebenfalls eine Antriebseinrichtung aufweist.
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Die Kupplungselemente zum mechanischen Kuppeln der Fahrzeuge können zumindest äußerlich als eine herkömmliche Anhängerkupplung ausgebildet sein. Insbesondere kann das erste Kupplungselement eine Anhängerkupplung umfassend einen Kugelkopf sein und das zweite Kupplungselement kann eine den Kugelkopf aufnehmende Anordnung sein, z.B. ein Deichselende mit einer zumindest teil-kugelförmigen Ausnehmung, die den Kugelkopf in sich aufnehmen kann. Die mechanische Kupplung kann derart erfolgen, dass die Kupplungselemente zumindest um eine vertikale Raumachse (d.h. eine Achse, entlang der die Gravitationskraft wirkt) verschwenkbar zueinander sind, um Kurvenfahrten zu ermöglichen.
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Die erste elektrische Anordnung und die zweite elektrische Anordnung können jeweils zumindest teilweise in den Kupplungselementen positioniert bzw. verbaut sein. Dies kann insbesondere innenliegend erfolgen, also derart, dass diese durch die Kupplungselemente zumindest teilweise von außen abgeschirmt sind. Beispielsweise können die elektrischen Anordnungen jeweils in Hohlräumen innerhalb der Kupplungselemente verbaut sein. Hierdurch können sie von Verschmutzungen oder anderen Störungen abgeschirmt sein. Weiter können sie durch die Kupplungselemente zumindest teilweise von Stößen und Vibrationen geschützt werden.
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Die elektrischen Anordnungen können elektrisch betrieben werden (d.h. mit Strom versorgt werden oder Strom führen) und/oder zumindest für eine entsprechende Stromführung eingerichtet sein, d.h. elektrisch leitend sein. Allgemein können sie dazu eingerichtet sein, ein elektrisches Feld und vorzugsweise ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen und/oder zu empfangen. Hierdurch kann die induktive Energieübertragung realisiert werden. Insbesondere kann in an sich bekannter Weise eine der elektrischen Anordnungen ein alternierendes elektromagnetisches Feld erzeugen und die andere elektrische Anordnung kann dieses empfangen und in Reaktion darauf Spannung bzw. Strom in einem elektrischen Leiter erzeugen. Hierzu können, wie nachstehend noch erläutert, die elektrischen Anordnungen jeweils wenigstens eine Spule umfassen.
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Allgemein können die erste und die zweite elektrische Anordnung nach Art eines Transformators zusammenwirken. Dabei ist jedoch bevorzugt, dass die Anordnung keinen gemeinsamen bzw. durchgängigen Magnetkern aufweist, der die elektrischen Anordnungen verbindet, da ansonsten eine Relativbeweglichkeit und insbesondere -verschwenkung zwischen dem Zugfahrzeug und dem gezogenen Fahrzeug nicht realisierbar wäre. Weiter kann in Abweichung von verbreiteten Transformatorprinzipien vorgesehen sein, dass die erste und zweite elektrische Anordnung nicht zwingend unterschiedliche Windungszahlen aufweisen, was aber prinzipiell ebenso möglich ist.
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Je nachdem, von welchem Fahrzeug zu welchem Energie übertragen wird, kann das energieübertragende Fahrzeug bzw. dessen elektrische Anordnung die Primärseite und das die elektrische Energie empfangende Fahrzeug bzw. dessen elektrische Anordnung die Sekundärseite für die induktive Energieübertragung sein. Prinzipiell kann vorgesehen sein, dass festgelegt ist, von welchem Fahrzeug zu welchem eine Energieübertragung möglich ist (z.B. in sämtlichen Betriebssituationen möglich ist). Es kann aber ebenso vorgesehen sein, dass je nach Betriebssituation gewechselt wird, d.h. dass eines der Fahrzeuge dann als energieübertragendes und ein anderes als energieempfangendes Fahrzeug ausgewählt wird, wobei betriebssituationsabhängig die Zuordnung auch verändert bzw. umgekehrt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung ist beispielsweise vorgesehen, dass die Energieübertragung von dem Zugfahrzeug zu dem gezogenen Fahrzeug durchführbar ist, insbesondere während eines rekuperativen Bremsvorgangs des Zugfahrzeugs. Unter einem rekuperativen Bremsvorgang kann in an sich bekannter Weise verstanden werden, dass eine Rückgewinnung elektrischer Energie durch Umwandlung mechanischer Energie während des Bremsvorgangs stattfindet, beispielsweise wenn Antriebsmotoren des Zugfahrzeugs während eines Bremsvorgangs in einen Generatorbetrieb geschaltet werden. Die dabei gewonnene elektrische Energie kann zumindest teilweise zu dem gezogenen Fahrzeug induktiv übertragen werden. Dort kann sie zum Betreiben elektrischer Verbraucher verwendet werden und/oder einem elektrischen Energiespeicher zugeführt werden.
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Allgemein kann im Rahmen dieser Offenbarung vorgesehen sein, dass das gezogene Fahrzeug einen elektrischen Energiespeicher aufweist. Dieser kann dazu vorgesehen sein, das gezogene Fahrzeug mit elektrischer Energie zu versorgen, beispielsweise um Traktionsenergie zu erzeugen oder aber anderweitige elektrische Verbraucher mit Energie zu versorgen. Hierfür kann das gezogene Fahrzeug wenigstens eine Batterie umfassen.
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Entsprechend kann gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Energieübertragung von dem gezogenen Fahrzeug zu dem Zugfahrzeug durchführbar ist, insbesondere von einem Energiespeicher des gezogenen Fahrzeugs zu einem elektrischen Verbraucher des Zugfahrzeugs.
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Sollen, wie vorstehend erwähnt, je nach Betriebssituation Richtungen der induktiven elektrischen Energieübertragung geändert werden (d.h. von welchem Fahrzeug zu welchem die Übertragung erfolgt), können in an sich bekannter Weise Steuereinrichtungen und/oder Schalteranordnungen vorgesehen sein, um die elektrischen Anordnungen der Kupplungselemente geeignet zu betreiben bzw. hiermit verbundene Einrichtungen und insbesondere Schaltereinrichtungen geeignet anzusteuern. Hierfür können das Zugfahrzeug und das gezogene Fahrzeug auch Steuersignale miteinander austauschen, was prinzipiell auch kabellos erfolgen kann.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Anordnung wenigstens eine Spule umfassen und genauer gesagt eine Spule aus einem elektrischen Leiter. Diese kann dazu verwendet werden, um in an sich bekannter Weise die induktive elektrische Energieübertragung zu ermöglichen. Die Spule einer der elektrischen Anordnungen kann dann entsprechend eine Primärspule und die Spule der anderen elektrischen Anordnung eine Sekundärspule bilden. Die Primärspule kann ein veränderliches Magnetfeld erzeugen und die Sekundärspule kann dieses veränderliche Magnetfeld empfangen bzw. diesem ausgesetzt sein und nach Maßgabe der Änderungen dann einen Stromfluss erzeugen.
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Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die erste elektrische Anordnung und die zweite elektrische Anordnung jeweils wenigstens einen Magnetkern umfassen. In an sich bekannter Weise können Magnetkerne im Rahmen einer induktiven elektrischen Energieübertragung oder allgemein nach dem Transformatorprinzip dazu dienen, ein erzeugtes Magnetfeld in gewünschter Weise zu führen bzw. auszurichten, insbesondere damit dieses eine Sekundärspule in gewünschter Weise durchdringt. Die Magnetkerne können U-, V-, stab-, stiftförmig sein oder vergleichbare Formen aufweisen.
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In einer Variante ist vorgesehen, dass die Magnetkerne der ersten und zweiten elektrischen Anordnung zumindest bei einer vorbestimmten Relativausrichtung zueinander einen gemeinsamen geometrischen Umriss und/oder eine gemeinsame geometrische Form definieren. Diese Form bzw. dieser Umriss kann z.B. wenigstens zwei Symmetrieachsen aufweisen, die sich in einer gemeinsamen Ebene schneiden. Beispielsweise können die Magnetkerne einen O-förmigen, kreisförmigen oder einen rechteckigen Umriss bilden. Hierfür kann z.B. eine der elektrischen Anordnungen einen U-förmigen oder einseitig geöffneten rechteckförmigen Verlauf aufweisen und der Magnetkern der anderen Anordnung kann im Wesentlichen horizontal verlaufen, insbesondere um die offene Form des anderen Magnetkerns sozusagen zu verschließen. Hierbei ist es aber gemäß vorstehender Varianten bevorzugt, dass die elektrischen Anordnungen und insbesondere auch die Magnetkerne einander nicht berühren (d.h. kontaktfrei sind). Sämtliche der vorstehenden Varianten zu den Magnetkernen und deren Relativausrichtung sind aber ebenso gültig, wenn diese zumindest geringfügig voneinander beabstandet sind und nicht unmittelbar aufeinander aufliegen.
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Wie erwähnt, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die erste elektrische Anordnung und die zweite elektrische Anordnung auch durch das jeweilige erste oder zweite Kupplungselement von der Umgebung zumindest teilweise (und bevorzugt im Wesentlichen vollständig) abgeschirmt sind. Dies kann auch dann gelten, wenn die mechanische Kupplung der Kupplungselemente noch nicht hergestellt ist. Beispielsweise können die erste und die zweite elektrische Anordnung in einem Hohlraum der jeweiligen Kupplungselemente aufgenommen sein.
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Ebenso kann vorgesehen sein, dass die erste elektrische Anordnung und die zweite elektrische Anordnung auch beim Herstellen der mechanischen Kupplung der Kupplungselemente kontaktfrei zueinander bleiben. Auch dies kann dadurch ermöglicht werden, dass diese durch die jeweiligen Kupplungselemente von der Umgebung zumindest teilweise abgeschirmt werden und/oder in Hohlräumen innerhalb der Kupplungselemente aufgenommen sind. Hierdurch werden die elektrischen Anordnungen von Störungen und Beschädigungen geschützt, was die Zuverlässigkeit erhöht. Weiter wird im Vergleich zu kontaktbasierten Lösungen des Standes der Technik die Bedienbarkeit erleichtert, da z.B. keine Steckverbindungen zwischen den elektrischen Anordnungen hergestellt werden müssen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste und die zweite elektrische Anordnung in einer vorbestimmten Relativorientierung zueinander anordenbar und insbesondere zentrierbar sind.
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Diese Anordnung bzw. Zentrierung kann z.B. beim Herstellen der mechanischen Kupplung erfolgen. Hierfür können Eingriffsstrukturen oder andere mechanische Wechselwirkungen vorgesehen sein, sodass beispielsweise die Kupplung nur unter Einnahme bzw. Aufrechterhaltung der entsprechenden Relativanordnung herstellbar ist. Beispielsweise kann eines der Kupplungselemente wenigstens eine Ausnehmung umfassen und das andere Kupplungselement wenigstens einen Vorsprung, der in diese Ausnehmung eingreifen kann. Um den Eingriff herzustellen, kann aber die Einnahme der vorbestimmten Relativorientierung erforderlich sein. Allgemein ist bevorzugt, wenn wenigstens zwei derartige Ausnehmungen und Vorsprünge vorgesehen sind. Die Zentrierung und/oder Relativorientierung kann sich allgemein auf eine entsprechende relative Winkelposition bzw. Winkellage zueinander um die vorstehend erwähnte vertikale Raumachse beziehen. Anders ausgedrückt kann mit der Zentrierung das Einstellen einer bevorzugten Relativverdrehung bzw. Relativorientierung der ersten und zweiten elektrischen Anordnung um diese vertikale Raumachse erreicht werden.
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Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass wenigstens eine von der ersten und der zweiten elektrischen Anordnung in dem dazugehörigen Kupplungselement drehbar gelagert ist (insbesondere um die vertikale Raumachse). Beispielsweise können diese über Wälzlager oder dergleichen um die vertikale Raumachse in dem Kupplungselement verdrehbar sein, wobei vorzugsweise aber auch, wie vorstehend erwähnt, Ausnehmungen und/oder Vorsprünge einer etwaigen Zentrierungseinrichtung mit verlagert werden. Beispielsweise kann eine Baugruppe, umfassend diese Vorsprünge und/oder Ausnehmungen bzw. eine allgemeine Zentrierungskomponente (Vorsprung/Ausnehmung) und ferner umfassend die elektrische Anordnung, drehbar aufgenommen bzw. gelagert sein. Verschwenken die Kupplungselemente z.B. während einer Kurvenfahrt relativ zueinander, kann diese Baugruppe eine eingestellte vorbestimmte Relativorientierung zu dem anderen Kupplungselement z.B. aufgrund des über die Zentrieranordnung hergestellten mechanischen Eingriffes zu dem anderen Kupplungselement aufrechterhalten. Das diese Baugruppe aufnehmende Kupplungselement kann sozusagen relativ zu der Baugruppe verschwenken bzw. an dieser abgleiten, ohne aber, dass die Baugruppe selbst ihre Orientierung um die vertikale Raumachse ändert.
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Entsprechend ist in diesem Zusammenhang ferner vorgesehen, dass die vorbestimmte Relativorientierung auch bei Relativverschwenkungen der Kupplungselemente aufrechterhaltbar ist, was bevorzugt über die vorstehend erwähnte drehbare Lagerung von zumindest einer der elektrischen Anordnungen erfolgt.
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Die diskutierte Variante einer drehbar gelagerten elektrischen Anordnung bietet den Vorteil, dass eine Relativanordnung der elektrischen Anordnungen zueinander, die einen besonders hohen Wirkungsgrad für die induktive Energieübertragung aufweist, möglichst lange aufrechterhalten werden kann. Insbesondere kann hierdurch eine bevorzugte Ausrichtung der Magnetkerne der elektrischen Anordnung zueinander aufrechterhalten werden, beispielsweise um vorstehend erläuterte und hiervon definierte Formen bzw. Umrisse möglichst unverändert auch während Kurvenfahrten aufrechtzuerhalten.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kupplungselement für ein Fahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 8, wobei es sich sowohl um das Zugfahrzeug als auch um ein gezogenes Fahrzeug handeln kann, zum mechanischen Kuppeln mit einem weiteren Fahrzeug, wobei es sich z.B. um das jeweils andere von Zugfahrzeug und gezogenem Fahrzeug handeln kann, wobei das Kupplungselement eine elektrische Anordnung umfasst, die dazu eingerichtet ist, mit einer elektrischen Anordnung des weiteren Fahrzeugs für eine induktive Übertragung elektrischer Energie zusammenzuwirken.
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Insbesondere kann es sich hierbei um das erste oder zweite Kupplungselement gemäß jeglicher der hierin erläuterten Varianten und Aspekte handeln. Folglich kann auch die elektrische Anordnung eine erste oder zweite elektrische Anordnung gemäß jeglicher der hierin erläuterten Varianten sein. Beispielsweise kann es sich um ein Kupplungselement mit einer drehbar gelagerten elektrischen Anordnung handeln und/oder allgemein um ein Kupplungselement, bei dem eine elektrische Anordnung in einem Hohlraum des Kupplungselements aufgenommen ist. Die elektrische Anordnung kann dabei wiederum wenigstens eine Spule und/oder wenigstens einen Magnetkern umfassen, um die hierin geschilderte induktive elektrische Energieübertragung zu ermöglichen.
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Die Erfindung betrifft ferner auch ein Verfahren zum Verbinden eines Zugfahrzeugs mit einem gezogenen Fahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 9 und u.a. mit:
- - mechanischem Kuppeln von einem ersten Kupplungselement des Zugfahrzeugs mit einem zweiten Kupplungselement des gezogenen Fahrzeugs;
- - induktivem Übertragen elektrischer Energie zwischen dem Zugfahrzeug und dem gezogenen Fahrzeug mittels einer ersten elektrischen Anordnung des ersten Kupplungselements und einer zweiten elektrischen Anordnung des zweiten Kupplungselements.
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Sofern hierin von einer Energieübertragung zwischen zwei Fahrzeugen gesprochen wird, ist hierunter nicht eine zwingende Definition einer Richtung zu verstehen, von welchem der Fahrzeuge zu welchem die Energieübertragung stattfindet (sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich). Stattdessen sollen hierdurch Energieübertragungen in beide Richtungen abgedeckt sein, also eine Energieübertragung vom Zugfahrzeug zum gezogenen Fahrzeug als auch vom gezogenen Fahrzeug zum Zugfahrzeug. Beispiele für Betriebssituationen, in denen nur in bestimmten Richtungen Energieübertragungen erfolgen, wurden vorstehend genannt.
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Das Verfahren kann allgemein mit einer Anordnung gemäß jeglicher der hierin geschilderten Varianten ausführbar sein. Insbesondere kann das Verfahren jegliche Weiterbildungen, jegliche Schritte und jegliche Merkmale umfassen, um sämtliche der hierin geschilderten Betriebszustände, Effekte und Wechselwirkungen einer erfindungsgemäßen Anordnung bereitzustellen. Insbesondere können sämtliche Weiterbildungen, Varianten und Erläuterungen zu Merkmalen der Anordnungen auch auf gleichlautende Verfahrensmerkmale zutreffen bzw. bei diesen ebenfalls vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Gleichartige bzw. gleichwirkende Merkmale können figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein.
- 1 zeigt eine Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Gesamtansicht;
- 2 zeigt eine Detailansicht der Anordnung aus 1 in einem nichtgekuppelten Zustand und betreffend eine nicht beanspruchte Variante;
- 3 zeigt eine Ansicht analog zu 2 in einem gekuppelten Zustand der Anordnung gemäß einer nicht beanspruchten Variante;
- 4 zeigt eine Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Seitenansicht und
- 5 zeigt die Anordnung aus 4 in einer Draufsicht.
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1 zeigt eine Anordnung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Mittels der Anordnung 10 werden ein gezogenes Fahrzeug 12, bei dem es sich um einen nicht angetriebenen einachsigen Anhänger handelt, und ein Zugfahrzeug 14, bei dem es sich um einen herkömmlichen PKW handelt, miteinander mechanisch gekuppelt. Das Zugfahrzeug 14 kann entsprechend eine Antriebs- bzw. Traktionsenergie auf das gezogene Fahrzeug 12 aufbringen. Die Anordnung 10 umfasst ein erstes Kupplungselement 16, das an dem Zugfahrzeug 14 montiert ist und als eine herkömmliche Anhängerkupplung ausgebildet ist. Entsprechend umfasst es einen gebogenen Schaft 18 mit einem in 1 verdeckten Kugelkopf 20. Das gezogene Fahrzeug 12 umfasst ein zweites Kupplungselement 22. Hierbei handelt es sich um einen herkömmlichen Anhängerkupplungskopf, der z.B. an einer Deichsel des gezogenen Fahrzeugs 12 angebracht ist und einen angedeuteten Hohlraum 24 zur Aufnahme des Kugelkopfes 20 der Anhängerkupplung 18 aufweist.
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Wie nachstehend noch näher erläutert, ist die Anordnung 10 und sind insbesondere deren Kupplungselemente 16, 22 für eine induktive Übertragung elektrischer Energie eingerichtet. Diese kann prinzipiell in beide Richtungen erfolgen (d.h. von dem Zugfahrzeug 14 zum gezogenen Fahrzeug 12, z.B. während eines rekuperativen Bremsvorgangs oder umgekehrt). Lediglich beispielhaft ist angedeutet, dass das gezogene Fahrzeug 12 einen Energiespeicher 26 in Form einer Batterie umfasst. In diesem kann elektrische Energie z.B. aus einer Ladestation und/oder aus rekuperativen Bremsvorgängen des Zugfahrzeugs 14 gewonnene elektrische Energie gespeichert werden. Diese kann dann wieder an das Zugfahrzeug 14 zwecks Erzeugen von Antriebsenergie übertragen werden. Hierfür kann das Zugfahrzeug 14 nicht gesondert dargestellte Elektromotoren umfassen. Bereits angedeutet in 1 sind schließlich strichförmige elektrische Leitungen (Kabel 36) innerhalb der Kupplungselemente 16, 22.
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In 2 ist die Anordnung 10 und sind insbesondere die Kupplungselemente 16, 22 in einer nicht gekuppelten Detailansicht gezeigt. Genauer gesagt sind die Kupplungselemente 16, 22 jeweils geschnitten dargestellt, wobei eine Schnittebene mittig durch die Kupplungselemente 16, 22 verläuft und eine vertikale Raumachse umfasst. Man erkennt, dass im Innern bzw. in Hohlräumen der Kupplungselemente 16, 22 elektrische Anordnungen 30, 32 angeordnet sind. Eine erste elektrische Anordnung 30 ist in dem ersten Kupplungselement 16 angeordnet. Sie umfasst eine Spule 34, die über Kabel 36 z.B. mit einem Elektromotor des Zugfahrzeugs 14 verbunden ist (z.B. zumindest mittelbar über nicht gesondert dargestellte Zwischenkomponenten wie Stromrichter und/oder Steuereinrichtungen). Weiter umfasst die erste elektrische Anordnung 30 einen Magnetkern 38. Dieser ist lediglich beispielhaft U-förmig dargestellt und weist einen in dem zweiten Kupplungselement 22 geöffneten Bereich bzw. Schenkel auf.
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Die zweite elektrische Anordnung 32 umfasst ebenfalls Kabel 36, mit denen die zweite elektrische Anordnung 32 mit der Batterie 26 aus 1 verbunden ist (erneut zumindest mittelbar über nicht dargestellte etwaige Stromrichterkomponenten und/oder Steuereinrichtungen). Weiter umfasst auch die zweite elektrische Anordnung 32 eine Spule 34 sowie einen Magnetkern 38. Beide Magnetkerne 38 der elektrischen Anordnungen 30, 32 sind zumindest teilweise in den jeweiligen Spulen 34 aufgenommen bzw. von diesen umwickelt. Der Magnetkern 38 der zweiten elektrischen Anordnung 32 ist stift- bzw. I-förmige ausgebildet. Er ist zudem horizontal ausgerichtet und bildet zumindest in dem dargestellten nicht ausgelenkten Zustand der Anordnung 10 (d.h. bei einer Geradeausfahrt) einen magnetischen Abschnitt, der das geschlossene Profil des unteren Querschnitts 38 sozusagen verschließt. Anders ausgedrückt definieren die Magnetkerne 38 eine (mit Ausnahme eines geringen Luftspalts) geschlossene umlaufende Form bzw. einen Umriss, der im vorliegenden Fall rechteckförmig ist (siehe nachstehende 3).
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Dadurch, dass die elektrischen Anordnungen 30, 32 aber jeweils in Hohlräumen der Kupplungselemente 20, 22 aufgenommen sind, berühren sie sich nicht und berühren sich auch die Magnetkerne 38 nicht unmittelbar. Stattdessen sind diese geringfügig voneinander beabstandet, was aber dennoch in an sich bekannter Weise eine induktive elektrische Energieübertragung ermöglicht.
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Dies verdeutlicht sich ferner aus der Darstellung von 3. In diesem Fall sind die Kupplungselemente 16, 22 im Wesentlichen nicht geschnitten dargestellt. Lediglich zu Orientierungszwecken sind schematisch die an sich im Innern positionierten ersten und zweiten elektrischen Anordnungen 30, 32 gezeigt. Auch ist angedeutet, wie der Kupplungskopf 20 innerhalb des ersten Kupplungselements 22 aufgenommen ist.
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Es ist aber erfindungsgemäß auch möglich, einen Kontakt zwischen den Magnetkernen herzustellen, z.B. wenn diese an Oberflächen der Kupplungselemente 20, 22 vorgesehen sind oder diese bilden. Dies ist ein allgemeiner Aspekt, der unabhängig von weiteren Details der Figurenbeschreibung beanspruchbar ist.
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Man erkennt, dass in der dargestellten Geradeausfahrt und somit bei nicht ausgelenkter Ausrichtung der Kupplungselemente 16, 22 um eine vertikale Raumachse V die Magnetkerne 38 einen langgestreckten rechteckigen Umriss bilden, wobei jedoch die Magnetkerne 38 aufgrund ihrer Aufnahme im Innern der Kupplungselemente 16, 22 geringfügig voneinander beabstandet sind.
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In an sich bekannter Weise wird z.B. für eine Energieübertragung von dem Zugfahrzeug 14 zu dem gezogenen Fahrzeug 12 die Spule 34 der ersten elektrischen Anordnung 30 mit Wechselstrom beaufschlagt, woraufhin diese ein veränderliches Magnetfeld erzeugt. Dieses wirkt insbesondere unter magnetischer Kupplung der Magnetkerne 38 auf die Spule 34 der zweiten elektrischen Anordnung ein und erzeugt auf der entsprechenden Sekundärseite einen Stromfluss. Es versteht sich, dass die Richtung dieser geschilderten induktiven elektrischen Energieübertragung auch umgekehrt werden kann, sodass die Spule 34 der zweiten elektrischen Anordnung ein Magnetfeld erzeugt und die Spule 34 der ersten elektrischen Anordnung 30 entsprechend einen Stromfluss.
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Anhand der 4 und 5 wird im Folgenden eine beanspruchte und erfindungsgemäße Lösung geschildert, bei der eine der elektrischen Anordnungen 30, 32 drehbar in dem dazugehörigen Kupplungselement 16, 22 aufgenommen ist. Lediglich beispielhaft wird hierbei eine drehbare Lagerung der zweiten elektrischen Anordnung 32 in dem zweiten Kupplungselement 22 geschildert (d.h. zusätzlich oder alternativ wäre auch eine drehbare Lagerung der ersten elektrischen Anordnung 30 in dem ersten Kupplungselement 16 möglich). Von den elektrischen Anordnungen 30, 32 sind wiederum schematisch die Spulen 34 und die Magnetkerne 38 angedeutet. Im Fall der drehbar gelagerten elektrischen Anordnung 32 kann eine Energieübertragung zu Kabeln 36 über nicht gesondert dargestellte Schleifringkontakte realisiert werden.
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In 4 ist eine Zentrieranordnung 50 gezeigt, mit der die erste elektrische Anordnung 32 und die zweite elektrische Anordnung 30 in einer vorbestimmten Relativanordnung zueinander um die vertikale Raumachse V ausrichtbar (d.h. zentrierbar) zueinander sind. Die Zentrieranordnung 50 umfasst wenigstens zwei Vorsprünge 52 an einer der zweiten Kupplungsanordnung 22 zugewandten Oberseite des ersten Kupplungselements 16. Diese befinden sich in dem gezeigten Beispiel an einer Oberseite des Kupplungskopfes 20. Weiter umfasst die Zentrieranordnung 50 Ausnehmungen 54 innerhalb des drehbar gelagerten Abschnitts des zweiten Kupplungselements 22. Genauer gesagt sind diese Ausnehmungen 54 in einer drehbar gelagerten Baugruppe 60 ausgebildet, welche auch die Spule 34 und den Magnetkern 38 der zweiten elektrischen Anordnung 32 umfasst. An einer dem Kupplungskopf 20 zugewandten Unterseite dieser Baugruppe 60 sind die Ausnehmungen 54 derart positioniert und dimensioniert, dass sie die Vorsprünge 52 in sich aufnehmen können. Ist dieser mechanische Eingriff hergestellt, ist die erste elektrische Anordnung 32 durch entsprechendes Ausrichten der Baugruppe 60 relativ zu der unteren elektrischen Anordnung 34 gemäß dem Zustand von 3 ausgerichtet und zentriert. Die Magnetkerne 38 bilden dann den Umriss bzw. die Form, die eine möglichst effiziente induktive Energieübertragung ermöglicht. Dies gilt auch während Kurvenfahrten. In diesem Fall würde die Baugruppe 60 an dem Kupplungskopf 20 durch den hergestellten mechanischen Eingriff gehalten werden und insbesondere in der vorbestimmten Ausrichtung um die vertikale Raumachse V gehalten werden. Das zweite Kupplungselement 22 würde dann sozusagen um die bezogen auf die vertikale Raumachse V fixierte Baugruppe 60 verschwenkt werden bzw. an dieser abgleiten. Lediglich beispielhaft sind zum Herstellen der drehbaren Lagerung Wälzlager 62 in 4 angedeutet.
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5 zeigt eine Ansicht des Kupplungselements 22 aus 4 von unten bzw. aus Sicht des Kupplungskopfes 20. Man erkennt wiederum die drehbar gelagerte Baugruppe 60 sowie deren Eingriffsstrukturen 52 bzw. die entsprechenden Ausnehmungen 54, welche mit den nicht dargestellten Vorsprüngen 52 des Kugelkopfes 20 die Zentrieranordnung 50 bilden. Man erkennt wiederum die zweite elektrische Anordnung 32 und deren Eisenkern 38 sowie die Spule 34. Weiter erkennt man die Wälzlager 62 zur drehbaren Lagerung der Baugruppe 60.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Anordnung
- 12
- gezogenes Fahrzeug
- 14
- Zugfahrzeug
- 16
- erstes Kupplungselement
- 18
- Anhängerkupplung
- 20
- Kugelkopf
- 22
- zweites Kupplungselement
- 24
- Hohlraum
- 26
- Batterie
- 30
- erste elektrische Anordnung
- 32
- zweite elektrische Anordnung
- 34
- Spule
- 36
- Kabel
- 38
- Magnetkern
- 50
- Zentrieranordnung
- 52
- Eingriffsstruktur
- 54
- Ausnehmung
- 60
- Baugruppe
- 62
- Wälzlager
