DE202020003111U1

DE202020003111U1 - Regel-System-Linear für elektrisch angetriebene Anhänger

Info

Publication number: DE202020003111U1
Application number: DE202020003111.9U
Authority: DE
Original assignee: Baumeister & Co KG GmbH
Current assignee: BAUMEISTER GMBH & CO. KG, DE; BAUMEISTER, KARLHEINZ, DE
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2030-07-21

Abstract

Antriebs-Regel-System für elektrisch angetriebene Anhänger
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Linearsensor seine Deichsel 2, 37, 44, 49 linear relativ zum Gehäuse 1, 36, 43, 48 bewegt. Entsprechend der Schub-und Zugkraft zwischen Zugfahrzeug und Anhänger.
Ein Sensor 5 den relativen Weg als ein elektr. Signal aufnimmt und an die Antriebsmotor-Elektronik weitergibt.

Description

Die Aufgabe war, einen Sensor zu finden, der unabhängig vom Zugfahrzeug das Richtige Verhalten für die Anhängermotoren und Anhängerbremsen erkennt.
Der in den Schutzansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Antriebs-Regel-System zu schaffen, welches autark und unabhängig zum Anwender oder vom Zugfahrzeug, Signale so verarbeitet, dass die Antriebs-motoren des Anhängers so antreiben bzw. bremsen, dass keine Zug-und Schubkräfte gegenüber dem Zugfahrzeug entstehen.
Dieses Problem wird mit den Schutzansprüchen 1-10 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Mit der Erfindung wird erreicht, dass das Antriebs-Regel-System (in Folge als ARS beschrieben) alle Faktoren von Fahrbahnbeschaffenheit, Steigung, Gefälle, Neigung, Kurvengeschwindigkeit etc. berücksichtigt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1 bis 7 erläutert. Es Zeigen:

1 eine Linearsensor Variante A
2 eine Linearsensor Variante B
3 eine Linearsensor Variante C
4 eine Linearsensor Variante D
5 einen Linearsensor mit einer Kugelkäfigführung und Zahnrad
6 einen Linearsensor mit einer Kugelkäfigführung und Verbindungsstück
7 einen Linearsensor mit einer Rollenkäfigführung

Linearsensor Variante A
Der Linearsensor besteht aus einem Gehäuse 1, welches durch die angebrachte Pfanne starr an ein Fahrzeug montiert wird. Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich die Deichsel 2, welche am Anhänger befestigt ist. Erfährt der Linearsensor eine Druckkraft, ausgelöst durch das Verzögern des Fahrzeugs und der entsprechenden Massenträgheit des Anhängers, wird die Deichsel 2 in das Gehäuse nach links gedrückt. Am Gehäuse 1 ist der Kolben 3 über eine Scheibe 4 fest verbunden. An der Deichsel 2 befindet sich ein Hallgeber 5, welchem ein Magnet 6 gegenübersteht. Der Magnet 6 ist starr am Gehäuse 1 befestigt. In der Mittelstellung zum Magnet 6 misst der Hallgeber 5 eine Spannung von 2,5V. Dieser Spannungswert meldet dem E-Motor am Anhänger, dass er 0% beschleunigen und 0% verzögern soll. Wegen der von außen wirkenden Druckkraft, wandert der Hallgeber 5 durch die Relativbewegung zwischen Gehäuse 1 und Deichsel 2 am Magnet 6 nach links. Die Ausgangsspannung des Hallgebers 5 sinkt, je weiter die Deichsel in das Gehäuse gedrückt wird, von 2,5V auf minimal 0V. Innerhalb dieser Spanne wird dem E-Motor am Anhänger vom Hallgeber 5 gemeldet, dass er verzögern soll. Wobei hier die Spannung von 2,5V für 0% Verzögerung steht und der Wert von 0V für 100% Verzögerung. Die Abbremsung durch den Anhänger steigt proportional zur vom Hallgeber 5 gelieferten Spannung, bis sie schließlich bei 0V den Höchstwert von 100% erreicht hat. Das Abbremsen des Anhängers erfolgt durch das Umschalten des E-Motors in den Generatorbetrieb. Hierbei wird Energie zurückgewonnen und in die am Anhänger oder dem Zugfahrzeug angebrachte Batterie eingespeist. Dieses Vorgehen wird als Rekuperation bezeichnet. Hat der Anhänger ausreichend gebremst, bewegt sich die Deichsel 2 wieder zurück in Mittelstellung und der Hallgeber meldet 2,5V, also 0% Verzögerung.
In der Kammer 7 und 8 befindet sich ein inkompressibles Fluid. Dies wird durch die Relativbewegung von Kammer 7 am Kolben 3 vorbei, in Kammer 8 verdrängt. Hierbei entsteht ein dämpfender Effekt. Eine Dämpfung des Linearsensors ist erforderlich, damit das System sanft nachregelt und nicht überreagiert. In Kammer 9 befindet sich kompressibles Gas. Dadurch, dass die Deichsel 2 weiter über den Kolben 3 gedrückt wird, wird das Volumen in Kammer 9 vermindert, wodurch der Druck steigt. Dies hat einen federnden Effekt zur Folge. Der Druck strebt eine Rückstellung der Deichsel 2 in die Mittelstellung an. Durch die komprimierte Luft in Kammer 9 wird der Kraftaufwand proportional zur Bewegung höher. Das heißt: Je weiter die Deichsel 2 in das Gehäuse 1 gedrückt wird, umso höher ist der Kraftaufwand. Oder: Je stärker das Fahrzeug bremst, desto weiter wird die Deichsel 2 in das Gehäuse 1 gedrückt. Diese Bewegung wird vom Hallgeber 5 erfasst, welcher nun durch den entsprechenden Wert zwischen 2,5V und 0V dem Motor im Anhänger weitergibt, wie stark gebremst werden soll.
Ein oder mehrere Stopfen 10 verhindern einen Gasaustritt, Dichtung 11 verhindert das Austreten des Fluids. Eine Abdichtung der Kammer 7 mit dem Fluid zur Gaskammer 9 wird durch eine entsprechende Passung ermöglicht. In den Kammern 7 und 8 befinden sich zwei identische Schraubenfedern 12, um den Kolben 3 bei nichtbetätigen oder bei demontiertem Anhänger in Mittelstellung zu halten und die Druckkammer 9 zu unterstützen. Wird der Anhänger vom Fahrzeug abgenommen, erkennt das ein Sensor und schaltet die Elektronik in den Handbetrieb. Der Bediener hat dann einen Betätiger am Haltebügel zum Beschleunigen und Bremsen.
Damit die Deichsel 2 innerhalb des Gehäuses 1 gleiten kann, sind zwei Gleitlager 13 verbaut. Stift 14 ist an Deichsel 2 angebracht. Das Langloch 15 im Gehäuse 1 dient als Anschlag für den Stift 14. Die Deichsel 2 kann also maximal bis zum Anstoßen des Stiftes 14 am Langloch 15 verfahren werden. Außerdem wird durch den Stift 14 ein Verdrehen der Deichsel 2 im Gehäuse 1 verhindert. Durch die Öffnung 16 wird ein Bolzen gesteckt, welcher im Langloch 17 in der Deichsel 2 verläuft. Auch hier ist ein Anschlag und eine Verdrehsicherung umgesetzt.
Wirkt eine Zugkraft von außen durch das Beschleunigen des Fahrzeugs an der Deichsel 2, wandert diese aus dem Gehäuse 1 nach rechts. Das Fluid wird von Kammer 8 am Kolben 3 vorbei in Kammer 7 gedrückt und dämpft die Bewegung. In der Gaskammer 9 entsteht ein Unterdruck, da sich darin das Volumen vergrößert. Der Bewegung der Deichsel 2 soll hierdurch eine Widerstandskraft gegeben werden, damit der Linearsensor immer den Drang hat, wieder in Mittelstellung zu wandern. Der Hallgeber 5 wandert am Magnet 6 ebenfalls nach rechts und gibt eine Spannung von 2,5V bis 5V aus. Proportional zur Zugkraft steigt nun der Wert der Spannung des Hallgebers und gibt die Information entsprechend an den Elektromotor weiter. Bei 2,5V soll der Motor 0% beschleunigen und bei 5V 100%. Je stärker das Zugfahrzeug beschleunigt, umso weiter wird die Deichsel 2 aus dem Gehäuse 1 gezogen. Maximal jedoch bis Stift 14 am Langloch 15 ansteht. Der Weg, welchen die Deichsel 2 aus dem Gehäuse 1 gezogen wird, bzw. wie weit sie beim Abbremsen hineingedrückt wird, hängt von einigen Faktoren ab wie beispielsweise Gewicht, Steigung, Fahrbahnbeschaffenheit, usw.
Das Verhalten des Anhängers soll einem Neutrum entsprechen. Der Kraftaufwand zum Fahren mit Anhänger soll dem Kraftaufwand ohne Anhänger gleichgesetzt sein. Auch beim Bremsen soll der Anhänger das Zugfahrzeug nicht schieben. Der Bremsweg bleibt ob mit oder ohne Anhänger gleich.
Linearsensor Variante B:
Bei Variante B ist ein Kolben 18 mit innenliegender Gaskammer 19 und einer Schraubenfeder 20 verbaut. Die Kammer 19 mit Gas ist durch einen Stift 21 von der Kammer 7 mit Fluid getrennt. Eine Passung verhindert den Gasaus- bzw. den Fluideintritt. Wird die Deichsel 22 nun durch das Abbremsen beim Fahren des Zugfahrzeugs um den Weg s_D in das Gehäuse gedrückt, wird das Fluid von Kammer 7 in Kammer 8 gedrückt. Das Volumen in Kammer 8 entspricht durch den Bolzen am Kolben 18 nicht dem Volumen in Kammer 7. Durch den Volumenunterschied drückt es beim Bremsen den Stift 21 in die Kammer 19. Das innenliegende Gas wird komprimiert und federt. Eine Widerstandskraft entsteht. Prozentual taucht der Stift 21 den Weg s_S ein, den die Fläche A_K des Kolbens 18 größer bzw. kleiner ist als die Fläche A_S des Stiftes 21: s_S * A_S = s_D * A_K
Beschleunigt das Zugfahrzeug, wird die Deichsel 22 aus dem Gehäuse 1 gezogen. Kammer 8 verliert und Kammer 7 gewinnt an Volumen. Das Fluid in Kammer 8 wird am Kolben 18 vorbei in Kammer 7 verdrängt. Durch das größer werdende Volumen in Kammer 7 entsteht ein Unterdruck, der den Stift 21 aus der Kammer 19 zieht. Auch in Kammer 19 entsteht durch den herausgezogenen Stift 21 ein Unterdruck, der die Deichsel 22 federt und eine Gegenkraft erzeugt.
Linearsensor Variante C:
In der Deichsel 23 der Variante C des Linearsensors ist eine flexible Membran 24 fest verbaut. Die Membran 24 trennt die Fluid-Kammer 7 von der Kammer 25. Wird eine Druckkraft auf die Deichsel 23 verübt, wandert diese den Weg s_D in das Gehäuse 1 nach links. Das Fluid wird von Kammer 7 in Kammer 8 am Kolben 26 vorbeigedrückt. Das Volumen, welches in Kammer 7 verkleinert wird, entspricht aufgrund des Bolzens am Kolben 26 nicht dem Volumen, das in Kammer 8 gewonnen wird. Die Membran 24, mit der Fläche A_M, gleicht den Volumenunterschied mit einer Wölbung s_M aus. Die Wölbung s_M der Membran 24 lässt sich mit folgender Beziehung darstellen: s_M * A_M = s_D * A_K, wobei A_K der Fläche des Kolbens 26 entspricht. Beschleunigt das Zugfahrzeug, wird die Deichsel 23 nach rechts aus dem Gehäuse 1 gezogen und die Membran 24 wölbt sich nach links.
Linearsensor Variante D:
Wird die Deichsel 27 durch eine Druckkraft über den Kolben 28, welcher fest am Gehäuse 1 montiert ist, nach links bewegt, verringert sich das Volumen in Kammer 29. Das Gas wird komprimiert und der gewünschte federnde Effekt entsteht. Bei einer Zugkraft entsteht ein Unterdruck in Kammer 29, der die Deichsel 27 wieder in Mittelstellung bringen möchte. Die Abdichtung der Kammer 29 erfolgt mittels einer Dichtung 30. Der Weg, den der Kolben 28 innerhalb Kammer 29 der Deichsel 27 zurücklegt, entspricht der relativen Bewegung der Deichsel 27 zum Gehäuse 1. Bei dieser Variante D bleibt, wie bei Variante A, das Gesamt-Fluidvolumen in den Kammern 7 und 8 immer gleich. Es sind keine Maßnahmen zum Volumenausgleich nötig.
Für den Rangierbetrieb ist ein Handgriff 31 angebracht. Dieser ist über Hebelarme 32 schwenkbar am Gehäuse 1 befestigt. Die Pfanne am Handgriff 31 unten ist mit einem Kugelkopf 33 verbunden, welcher an der Deichsel 27 fest montiert ist. Wird der Anhänger von der Anhängekupplung genommen, schaltet die Elektronik in den Rangierbetrieb. Wird der Handgriff 31 nun nach rechts gedrückt, wird die Deichsel 27 in das Gehäuse 1 bewegt und der Anhänger fährt entsprechend der Druckrichtung am Hebel 31 rückwärts. Wird am Handgriff 31 nach links gezogen, bewegt sich die Deichsel 27 aus dem Gehäuse 1 und der Anhänger fährt vorwärts. Mit dem Handgriff 31 kann stufenlos verfahren werden. Wirkt keine Kraft, bewegt sich der Griff 31 stets in Mittelstellung durch die Druckfedern in Kammer 7 und 8. Der Haltegriff 31 kann auch an anderen Varianten des Linearsensors montiert werden.
Linearsensor mit Kugelkäfigführung und Zahnrad:
5 zeigt den Linearsensor Variante D in einer Ausführung mit Kugelkäfig 34. In den bisher genannten Varianten A-D sind Gleitlagerbuchsen 13 im Einsatz. Der Käfig 34 ist mit Aussparungen versehen, in welche mehrere Kugeln 35 eingesetzt sind. Die Kugeln 35 laufen innen am Gehäuse 36 und außen an der Deichsel 37 entlang. Die Führung der Kugeln 35 erfolgt durch den Käfig 34. Am Gehäuse 36 und an der Deichsel 37 sind dem Durchmesser der Kugeln 35 entsprechend Radien angebracht. Am Käfig 34 sind ein oder mehrere Zahnräder 38 drehbar angebracht. Der Teilkreisdurchmesser TK_Z des Zahnrades 38 entspricht dem Durchmesser D_K der Kugeln 35: TK_Z = D_K. An dem Gehäuse 36 und der Deichsel 37 ist eine Zahnstange 55 ,56 angebracht, welcher der Verzahnung des Zahnrades 38 entspricht und somit das passende Gegenstück darstellt. Wird nun die Deichsel 37 auf Zug oder Druck belastet, bewegt sich der Käfig 34 jeweils mit der halben Geschwindigkeit und legt die Hälfte des Weges der Deichsel 37 zurück: $v_{K} = \frac{1}{2} v_{D},$
$s_{K} = \frac{1}{2} s_{D} .$
Die Kugeln 35 rollen nun in den dafür vorgesehenen Führungen und minimieren die Reibung.
Die Deichsel 37 kann soweit aus dem Gehäuse 36 herausgezogen, bzw. hineingedrückt werden, bis Bolzen 39 am Anschlag ansteht. Der Hallgeber 5 ist an der Deichsel 37 befestigt. Diesem gegenüber ist der Magnet 6 fest am Gehäuse 36 angebracht. Hallgeber 5 und Magnet 6 bewegen sich relativ zueinander, wodurch das benötigte Signal zwischen 0V und 5V entsteht.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Linearsensor an das Zugfahrzeug anzubringen. Um verschiedene Verbindungsmöglichkeiten aufzuzeigen, ist hier eine senkrecht stehende Ringöse 40 angebracht. Diese kommt in eine Buchse am Zugfahrzeug und wird z.B. mit einem Steckbolzen befestigt.
Linearsensor mit Kugelkäfigführung und Verbindungsstück:

6 zeigt den Linearsensor mit einem Kugelkäfig 41, welcher durch ein Verbindungsstück 42 mit Gehäuse 43 und Deichsel 44 verbunden ist. Das Verbindungsstück 42 ist drehbar im Käfig 41 gelagert. Der Verbinder 42 hat Kugelköpfe, welche in kreisförmige Vertiefungen in Gehäuse 43 und Deichsel 44 ragen. Wird die Deichsel 44 nun herausgezogen oder hineingedrückt, wird der Verbinder 42 durch die Relativbewegung der Deichsel 44 zum Gehäuse 43 gedreht. Siehe hierzu auch .1. Auf diesem Bild wird die Drehung des Verbinders 42 dargestellt, wenn die Deichsel 44 aus dem Gehäuse 43 gezogen wird. Die Kugelköpfe des Verbinders 42 werden aus den kreisförmigen Vertiefungen des Gehäuses 43 und der Deichsel 44 gehoben.

v_{K} = \frac{1}{2} v_{D}

s_{K} = \frac{1}{2} s_{D} .

43

45

40

1

Linearsensor mit Rollenkäfig:
Anstatt einem Käfig mit Kugeln wird bei 7/7.1 ein Käfig 46 mit mehreren Rollen 47 verwendet. Die Rollen 47 sind drehbar im Käfig 46 montiert und verlaufen nicht an den Ecken, bzw. Kanten, sondern auf den geradlinigen Oberflächen von Gehäuse 48 und Deichsel 49. Eine oder mehrere Rollen 50 haben eine Verzahnung an der Außenkante. Diese Zahnrolle 50 ist im Querschnitt auf .2 und im Profil auf .1 zu sehen. Entsprechende Verzahnungen 57, 58 sind an den gegenüberliegenden Seiten an Gehäuse 48 und Deichsel 49 sind vorhanden. Der Teilkreisdurchmesser der Zahnrolle 50 entspricht dem Durchmesser der Rollen 47 ohne Verzahnung. Es gilt: $T K_{z} = D_{K} .$
Auch bei der Variante mit Rollenkäfig bewegt der Käfig 46 sich nur mit der halben Geschwindigkeit der Deichsel 49 und legt auch nur die halbe Strecke zurück: $v_{K} = \frac{1}{2} v_{D}$
und $s_{K} = \frac{1}{2} s_{D .}$

Am Gehäuse 48 ist über Hebelarme 32 ein Handgriff 51 montiert. Dieser hat am unteren Ende einen Kugelkopf, welcher in eine kreisförmige Aussparung in der Deichsel 49 ragt. Der Handgriff 51 ist für den Rangierbetrieb vorgesehen und funktioniert genau wie in Linearsensor Variante D beschrieben.
Bei allen Varianten 5 bis 7 können die unter Fig./ Variante A bis D beschriebenen, innenliegenden hydr. Dämpfer integriert sein.

Claims

Antriebs-Regel-System für elektrisch angetriebene Anhänger dadurch gekennzeichnet, dass ein Linearsensor seine Deichsel 2, 37, 44, 49 linear relativ zum Gehäuse 1, 36, 43, 48 bewegt. Entsprechend der Schub-und Zugkraft zwischen Zugfahrzeug und Anhänger. Ein Sensor 5 den relativen Weg als ein elektr. Signal aufnimmt und an die Antriebsmotor-Elektronik weitergibt.
Antriebs-Regel-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal über einen elektronischen Controller die Antriebsleistung oder die Rekuperation der Anhängermotoren regelt. Das bei relativem Zug zwischen Deichsel 2, 37, 44, 49 und Gehäuse 1, 36, 43, 48 ein Vorschub der Motoren stattfindet und bei relativem Schub eine Rekuperations-Bremsung stattfindet.
Antriebs-Regel-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öldämpfersystem im Innern der Deichsel 2, 37, 44, 49 ein Aufschwingen verhindert. Dass ein Verschiebekolben 3, 18,26, 28 über das Fluid 116 in den Fluidkammern relativ bewegend das Fluid verdrängt und die Regelbewegung dämpft.
Antriebs-Regel-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stift 15, 39 im Langloch 15 und / oder ein Bolzen in der Öffnung 16 zusammen mit dem Langloch 17 eine Führung und Anschlag für die Deichsel 2, 37, 44, 49 darstellt.
Antriebs-Regel-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Handgriff 31, 51 so angebracht ist, dass für den Rangierbetrieb eines Anhängers dieser bei entsprechender Betätigung den Anhänger motorisch stufenlos verfahren lässt.
Antriebs-Regel-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Betätigung des Handgriffes 31, 51 nach vorn (Vorwärts) bzw. zurück (Rückwärts) das Gehäuse 1, 36, 43, 48 relativ zur Deichsel 2, 37, 44, 49 verschiebt und dies zu einer Signaländerung am Geber 5, hervorgerufen durch Magnet 6 führt, die wiederum die Fahrmotoren proportional ansteuert.
Antriebs-Regel-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gleitlager 13 die Verbindung zwischen den bewegenden Teilen herstellen.
Antriebs-Regel-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle von Gleitlagern 13 Kugeln 35 oder Rollen 47 montiert sind.
Antriebs-Regel-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kugel- bzw. Rollenkäfig 41, 46 mit Hilfe von Stellgliedern 38, 42 u. 50 für den halben Verfahrweg sorgt.
Antriebs-Regel-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die gesteuerten Käfige 41, 46 die Kugeln bzw. Rollen immer ihre Lage auf der Lauffläche einhalten.