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Die Erfindung betrifft eine Aufnahme für eine Anhängerkupplung und ein Verfahren zum Messen von Kräften in einer solchen Aufnahme.
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Stand der Technik
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Unter einer Anhängerkupplung wird eine Vorrichtung verstanden, mit der ein Fahrzeug mit einem Anhänger verbunden wird. Dabei sind unterschiedliche Bauarten bekannt. Diese sind bspw. Boltzenkupplung, Kugelkopfkupplung, Maulkupplung, Sattelkupplung und Mischformen der genannten Bauformen. Typischerweise ist die Anhängerkupplung, die auch als Anhängevorrichtung bezeichnet wird, am Fahrzeug angeordnet. Am Anhänger bzw. der zu ziehenden Last ist dann ein Gegenstück zu dieser Anhängerkupplung angeordnet, das mit der Anhängerkupplung zusammenwirkt und hierzu dieses typischerweise aufnimmt. Daher wird dieses Gegenstück hierin als Aufnahme bezeichnet. Dabei wirken Anhängerkupplung und Aufnahme zusammen, um auf diese Weise eine sichere Verbindung zwischen Fahrzeug und Anhänger zu gewährleisten.
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Bei einer Kugelkopfkupplung ist typischerweise eine Halterung mit einer Kugel vorgesehen. Am Anhänger befindet sich als Gegenstück dazu typischerweise an der Deichsel eine Kugelpfanne, die regelmäßig einen hintenliegenden Verschluss aufweist.
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Bei hochwertigen Anhängern werden Kugelkopfkupplungen mit Stabilisierungsfunktion verbaut. Diese sind mit federbelasteten Reibelementen ausgerüstet, die die Kupplungskugel des Zugfahrzeugs von vorn und von hinten umschließen. Nick- und Schlingerbewegungen des Anhängers werden dadurch reduziert oder verhindert. Es wird in diesem Zusammenhang auf 1 verwiesen.
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Im Zuge der Elektrifizierung von Fahrzeugen gibt es erste Bestrebungen, den Anhänger mit einer eigenen elektrischen Achse und Batterien auszurüsten und ebenfalls zu elektrifizieren. Dabei wird angestrebt, das Zugfahrzeug zu unterstützen und/oder die überschüssige kinetische Energie beim Bremsen zu rekuperieren.
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Daneben ist eine Möglichkeit für eine effiziente Regelung der generatorischen und motorischen Leistung an radangetriebenen Motoren bekannt. Das Grundprinzip beruht dabei auf der Messung der positiven und negativen Deichselkraft und der daraus generierten resultierenden Regelgröße. Eine Herausforderung dabei ist, eine technisch einfache und kostengünstige Messung der Deichselkraft, die typischerweise in Zugrichtung des Anhängers wirkt, vorzunehmen, da diese für eine intelligente Regelung des elektrifizierten Anhängers unabdingbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden eine Anordnung nach Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Es wird eine Aufnahme für eine Anhängerkupplung vorgestellt. Diese Aufnahme ist dafür eingerichtet, an einem Anhänger angeordnet zu sein, der von einem Fahrzeug, an dem die Anhängerkupplung angeordnet ist, in eine Zugrichtung zu ziehen ist. In der Aufnahme ist mindestens ein Kraftsensor vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, eine Kraft, die in Richtung der Zugrichtung wirkt, aufzunehmen. Es wird somit keine Stützlast bzw. Stützkraft aufgenommen, sondern eine Kraft, die in Richtung der Bewegung des Anhängers bei dessen Transport durch das Zugfahrzeug gerichtet ist. Beim Ziehen des Anhängers treten zwischen Aufnahme und Anhängerkupplung Zug- und Druckkräfte auf, die auf die beschriebene Weise aufgenommen und damit gemessen werden können.
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In Ausgestaltung sind zwei Kraftsensoren vorgesehen, die dazu eingerichtet sind, in gegengesetzte Richtungen wirkende Kräfte aufzunehmen. Hierzu sind diese typischerweise in der Aufnahme entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend angeordnet.
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Die Aufnahme kann bspw. eine Kugelpfanne aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Kugel einer Kugelkopfkupplung aufzunehmen. Kugelkopfkupplungen sind insbesondere bei Personenkraftwagen weit verbreitet. Aber auch bei Lastkrafwagen finden diese Verwendung, so dass die vorgestellte Aufnahme vielfältig eingesetzt werden kann.
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In der Aufnahme kann wenigstens ein Reibbelag vorgesehen sein, wobei der mindestens eine Kraftsensor so angeordnet ist, dass der wenigstens eine Reibbelag zwischen dem mindestens einen Kraftsensor und der Kugel, die in der Aufnahme aufgenommen ist, liegt. Sind zwei Reibbeläge vorgesehen, so sind diese regelmäßig gegenüberliegend in der Aufnahme angeordnet. Die sich hinter den beiden Reibbelägen befindlichen Kraftsensoren sind dann auch gegenüberliegend angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Reibbelag federbelastet ist, so dass eine für die Funktion wichtige Druckkraft aufgebracht werden kann.
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Es wird weiterhin ein Verfahren zum Messen von Kräften in einer Aufnahme der hierin beschriebenen Art vorgestellt, bei dem mit dem mindestens einen Kraftsensor wenigstens eine Kraft aufgenommen wird, die in Richtung der Zugrichtung des Anhängers und damit auch in Fahrtrichtung des Zugfahrzeugs wirkt.
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Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass Kräfte in entgegengesetzte Richtungen aufgenommen werden. Es kann insbesondere eine Zugkraft und/oder eine Druckkraft aufgenommen werden. Außerdem kann zusätzlich eine Druckinformation erfasst werden. Diese kann im Rahmen einer Diagnose verwendet werden.
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Von dem mindestens einen Kraftsensor erzeugte elektrische Signale, die die aufgenommenen Kräfte repräsentieren, können von einem Steuergerät erfasst und ausgewertet werden.
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Es wird somit eine technisch einfache und kostengünstige Messung der Deichselkraft vorgestellt. Diese ist für eine intelligente Regelung des elektrifizierten Anhängers unabdingbar.
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Die vorgestellte Aufnahme und das beschriebene Verfahren stellen eine einfache technische Lösung dar, die es ermöglicht, eine positive und negative Deichselkraft zu messen. Dies ermöglicht eine optimale und effiziente Regelung von elektrischen Maschinen am Anhänger.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Aufnahme für eine Kugelkopfkupplung nach dem Stand der Technik.
- 2 zeigt in einer Prinzipskizze eine Auflaufeinrichtung.
- 3 zeigt eine Ausführung einer Aufnahme zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Aufnahme 10 für eine Kugelkopfkupplung, wie diese an einem Anhänger, der zu ziehen ist, angeordnet sein kann. Diese Aufnahme 10 dient zum Aufnehmen einer Kugel der Kugelkopfkupplung. Die Aufnahme 10 weist eine Kugelpfanne 12 auf, die zusammen mit einem beweglichen Element 14 einen Aufnahmebereich 16 für eine Kugel definiert bzw. bereichsweise umschließt. Das bewegliche Element 14 ist hier um eine Achse 18 schwenkbar, so dass die Größe des Aufnamebereichs 16 variiert werden kann. Ein Doppelpfeil 30 verdeutlicht die Schenkbewegung des beweglichen Elements 14.
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In der Aufnahme 10 sind ein erster Reibbelag 20 und ein zweiter Reibbelag 22 vorgesehen, wobei der erste Reibbelag 20 innen an der Kugelpfanne 12 und der zweite Reibbelag 22 an dem beweglichen Element 14 angeordnet ist.
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Die Reibbeläge können auf einem Träger aus Kunststoff und/oder Metall aufgebracht sein und können einen Durchmesser von 2 cm haben.
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2 zeigt in einer Prinzipskizze eine Auflaufeinrichtung. Die Darstellung zeigt einen Anhänger 50 mit einer Deichsel 52 und einer Aufnahme 54. Weiterhin sind eine Zugstange 56, eine Umlenkung 58, eine Radbremse 60, eine Zugspannkraft 62, ein Abreißseil und eine Deichselkraft 64 verdeutlicht.
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3 zeigt eine Ausführung einer Aufnahme 100 für eine Kugelkopfkupplung, die dazu vorgesehen ist, an einem Anhänger angebracht zu werden. Diese Aufnahme 100 dient zum Aufnehmen einer Kugel der Kugelkopfkupplung. Die Aufnahme 100 weist eine Kugelpfanne 112 auf, die zusammen mit einem beweglichen Element 114 einen Aufnahmebereich 116 für eine Kugel definiert bzw. bereichsweise umschließt. Das bewegliche Element 114 ist um eine Achse 118 schwenkbar, so dass die Größe des Aufnamebereichs 116 variiert werden kann. Ein Doppelpfeil 130 verdeutlicht die Schenkbewegung des beweglichen Elements 114.
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In der Aufnahme 100 sind ein erster Reibbelag 120 und ein zweiter Reibbelag 122 vorgesehen, wobei der erste Reibbelag 120 innen an der Kugelpfanne 112 und der zweite Reibbelag 122 an dem beweglichen Element 114 angeordnet ist.
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Die Darstellung zeigt weiterhin einen ersten Kraftsensor 140 und einen zweiten Kraftsensor 142, die jeweils hinter einem der beiden Reibbeläge 120 bzw. 122 angeordnet sind. Damit befindet sich der erste Reibbelag 120 zwischen dem Aufnahmebereich 116 und dem ersten Kraftsensor 140. Entsprechend befindet sich der zweite Reibbelag 122 zwischen dem Aufnahmebereich 116 und dem zweiten Kraftsensor 142.
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Weiterhin verdeutlicht ein erster Pfeil 150 eine Kraft beim Beschleunigen, ein zweiter Pfeil 152 zeigt eine Kraft beim Bremsen. Diese beiden Kräfte wirken in Richtung der Zugrichtung und können mit den beiden Kraftsensoren 140, 142 aufgenommen werden.
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Zu beachten ist, dass über die beiden Reibbeläge 120, 122 positive und negative Kräfte zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger übertragen werden. Durch die Integration der Kraftsensoren 140, 142 hinter dem jeweiligen Reibbelag 120, 122 kann die mechanische Kraft auf den Reibbelag 120, 122 gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Das elektrische Signal wird anschließend von einem Steuergerät eingelesen und weiterverarbeitet.
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Die vorgestellte Anordnung und Form der Reibbeläge 120, 122 ermöglicht den Einsatz von kostengünstigen Kraftsensoren 140, 142, die jeweils nur die mechanische Druckkraft messen können. Weiterhin ist über den Reibbelag 120, 122 eine definierte Krafteinleitung in den Kraftsensor 140, 142 gewährleistet.
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Die Reibbeläge 120, 122 werden federbelastet, um eine für deren Funktion wichtige Druckkraft auf die Kugel bzw. den Kugelkopf zu erzeugen. Diese Druckinformation wird ebenfalls von den Kraftsensoren 140, 142 erfasst und kann für Diagnosezwecke verwendet werden, wie bspw. einen einwandfreien Anpressdruck, einen Zustand von Reibbelägen 120, 122 usw.
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Da die beiden Kräfte von beiden Kraftsensoren 140, 142 im angekuppelten kraftlosen Ruhezustand oder im abgekuppelten Zustand des Anhängers gleich groß sein müssen, kann auch die Messtoleranz der Kraftsensoren 140, 142 in der Steuergerätesoftware eingelernt und korrigiert werden.
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Die beschriebene Anordnung und das vorgestellte Verfahren haben, zumindest in einigen der Ausführungen, eine Reihe von Vorteilen:
- - Es wird eine einfache mechanische Konstruktion vorgestellt, die gleichzeitig robust und kostengünstig ist.
- - Es wird die Messung der Zugkraft und Druckkraft in der Kugelkupplung ermöglicht.
- - Es ist nur ein geringer und kostengünstiger Integrationsaufwand erforderlich, da die Mechanik der Kugelkupplung nicht oder nur geringfügig verändert werden muss.
- - Es wird eine effektive Rekuperation der überschüssigen kinetischen Energie in elektrische Energie bereitgestellt, da die Reibverluste der mechanischen Bremse minimiert werden.
- - Es erfolgt eine Regelung auf eine bestimme Kraft in der Kugelkupplung bei einem elektrischen Antreiben über den Anhänger.
