EP3019354A1 - Anhängerkupplung - Google Patents

Anhängerkupplung

Info

Publication number
EP3019354A1
EP3019354A1 EP14729308.8A EP14729308A EP3019354A1 EP 3019354 A1 EP3019354 A1 EP 3019354A1 EP 14729308 A EP14729308 A EP 14729308A EP 3019354 A1 EP3019354 A1 EP 3019354A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupling ball
trailer
coupling
sensor
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14729308.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus HASKAMP
Michael Klank
Julian Stratmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP3019354A1 publication Critical patent/EP3019354A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60D—VEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/58—Auxiliary devices
    • B60D1/62—Auxiliary devices involving supply lines, electric circuits or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60D—VEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/24—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions
    • B60D1/30—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions for sway control ; Sway alarm means

Definitions

  • the invention relates to a towing hitch for a motor vehicle, with a vehicle-fixed pull rod, a coupling ball which is arranged at a free end of the pull rod, wherein the coupling ball has at least one sensor for angle detection. Furthermore, the invention relates to a film sensor for use on a trailer hitch and a method for angle detection between towing vehicle and trailer according to the preamble of the other
  • a trailer coupling with the possibility of angle detection is known from EP 1 796 926 B1, wherein the angle detection device comprises a permanent magnet and magnetic field sensitive sensors.
  • the angle detection device comprises a permanent magnet and magnetic field sensitive sensors.
  • Components of the angle detection device provided both on the coupling ball and on the coupling ball receptacle.
  • the trailer hitch has a pull rod, which carries at its free end a coupling ball, wherein the hitch ball at least one sensor for
  • Angle detection has to determine an angle between the motor vehicle and a trailer when a hitch ball mount of the trailer on the Coupling ball is rotatably mounted and secured by a closure piece on the coupling ball.
  • At least one sensor is formed on the coupling ball by at least one film sensor.
  • the film sensor is designed in the uninstalled state in the manner of a flat or flat paper or plastic strip.
  • the thickness of the film is preferably about 0.1-1 mm.
  • the film sensor is thus flexible in the sense that the film or the film strip around a cylinder can be applied and this at least partially encloses.
  • the film with applied sensor material gives the
  • the film is a substrate to which a sensor material e.g. is arranged from metal. Suitable metals are e.g. Copper, silver, gold, aluminum or derivatives of alloys of these metals.
  • the carrier material is a plastic carrier made of MID-capable plastic material, on the electrical lines, for example by means of the LDS method (Laser Direct
  • MID is the short form for Molded
  • Interconnect device English for injection-molded circuit carrier. With MID electronic components are referred to, where metallic interconnects on
  • injection-molded plastic carriers are applied.
  • Coupling ball receptacle relative to the coupling ball about an axis of rotation or the vertical axis of the ball detectable when the coupling ball receptacle on the
  • Coupling ball is positioned (trailer coupled to towing vehicle), wherein by means of the film sensor, the position of the closure piece relative to the coupling ball is detected.
  • the closure piece prevents the coupling ball receptacle from being able to detach from the coupling ball. As a rule, such a closure piece is included
  • Angle detection can be used without having to make changes. From the information about the position of the closure piece, the rotation of the closure piece, the rotation of the closure piece
  • Coupling ball receptacle are determined relative to the coupling ball. In particular, no structural changes must be made to the coupling ball mount for angle detection, so that even a possible weakening of the trailer hitch due to such changes is avoidable.
  • the axis of rotation runs in particular through the center of the coupling ball and describes in this case the vertical axis of the coupling ball, at least perpendicular to
  • Vehicle longitudinal or transverse axis runs.
  • the position of the closure piece relative to the coupling ball is preferably detectable in a plane extending perpendicular to the axis of rotation.
  • this plane passes through the center of the coupling ball.
  • the position of the closure piece relative to the coupling ball is in particular a rotational position.
  • Coupling ball characterized by an angle by which the closure piece is rotated relative to the coupling ball about the axis of rotation. This angle can also be referred to as the angle of rotation or angle of rotation of the closure piece.
  • the angle of rotation of the closure piece can be detected by means of the film sensor.
  • Closure piece detecting the position of the closure piece.
  • the film sensor only relatively detects the twist angle of the closure piece. Preferably, however, the film sensor detects the angle of rotation of the closure piece absolutely.
  • offset compensation i. a manual
  • offset compensation is meant the detection of an existing deviation, the deviation being e.g. by
  • the angle of rotation is based on a reference position of the
  • Closure piece determines, which is advantageously assigned a value of 0 °.
  • the detection of the position of the closure piece can, for example, inductive, capacitive and / or resistive or piezoresistive be performed when the film sensor is designed as such a corresponding sensor.
  • the closure piece is limited in the circumferential direction, in particular by side edges whose position relative to the coupling ball by means of the film sensor can be detected.
  • the circumferential direction relates in particular to the axis of rotation.
  • the circumferential direction preferably extends around the axis of rotation.
  • the position of each side edge relative to the coupling ball is in particular a rotational position or concentric.
  • each side edge is characterized relative to the coupling ball by a twist angle by which the respective side edge is rotated relative to the coupling ball about the axis of rotation.
  • this twist angle for each of the side edges can be detected by means of the film sensor.
  • the detection corresponds to the
  • At least one free space is provided in the region of the side edges, the position of which is detectable by means of the film sensor.
  • the free spaces are created in particular by the fact that the side edges are rounded in the circumferential direction to the outside. For example, the spaces between the
  • the location of the free spaces can be relatively easily detected by means of the film sensor, as will be explained later.
  • the position of each free space relative to the coupling ball corresponds in particular to a rotational position.
  • the position of each free space is characterized relative to the coupling ball by a twist angle by which the respective space is rotated relative to the coupling ball about the axis of rotation. This angle of rotation is advantageously detectable for each of the free spaces by means of the film sensor. From the angles of rotation of the free spaces in particular the twist angle of the closure piece can be determined.
  • the detection of the twist angle of the clearances corresponds to the detection of the position of the closure piece.
  • the detection corresponds to the
  • the coupling ball receptacle also called Switzerlandmaul, forms together with the closure piece a clutch ball enclosing
  • Ball socket Preferably, the ball socket, in particular with the exception of
  • the ball socket has in particular a hollow spherical bearing surface which rests against the spherical outer surface of the coupling ball.
  • a part of the hollow spherical bearing surface is provided on the coupling ball receiving, wherein another part of the hollow spherical bearing surface is provided on the closure piece.
  • the coupling ball receiving a recess, in which the one part of the hollow spherical bearing surface is provided. This is preferred
  • Closure piece arranged in the recess or at the edge.
  • the coupling receptacle and / or the closure piece are preferably made of metal, in particular of steel.
  • the coupling ball receptacle and / or the closure piece of magnetic material, in particular of a
  • Foil sensor can be used as sensors to detect the location of the free spaces.
  • the ball socket influences the impedance, in particular the inductance of the respective coils of the film sensor. In the field of open spaces but this is missing
  • the film sensor is formed by inductive distance sensors.
  • the film sensor is designed as an inductive sensor, the inductance changing in the region of the free spaces can be measured.
  • the free space is to be understood as an air gap. Since the magnetic field changes in this area, the change of the electric oscillation circuit to the coil of the
  • the electrical coil is applied as a planar coil on the film and thus forms the film sensor.
  • a planar coil is a flat or just trained coil, which can also be made as a conductor or trace on an electrical circuit board or conductor foil.
  • the line is flat construction on the carrier material, in this case the film, applied, in particular vapor-deposited or etched, glued or applied by laser direct structuring.
  • the sensor material is introduced between two film parts.
  • another foil is glued over the foil with the coil so that the coil material is arranged in a protected manner between the foils.
  • the sensor material is incorporated within one or between two plastic layers.
  • a further plastic layer is sprayed over the previously structured plastic (MID-capable plastic carrier) or the film, so that the coil material, protected between the plastic layers is arranged.
  • the planar coil can preferably as an Archimedean spiral
  • planar coil can alternatively be designed as an angular or rectangular Archimedean spiral or as a tapered at least two longitudinal sides rectangular Archimedean spiral. With the taper is meant that the running on the longitudinal sides traces to the core or
  • planar coils can be used as air coils without a core or be designed as coils with core.
  • the shape of the planar coil is basically freely selectable. It is only to be provided that the field in the radial direction, ie in the direction of the coupling ball receptacle or the side edges or the
  • two or more coils are disposed on the foil.
  • the coils are arranged linearly one behind the other, so that the coil centers or the coil core lie on a straight line which lie approximately centrally on the film or the plastic carrier, in particular on or on its longitudinal axis.
  • the coils may be arranged at least parallel to the longitudinal axis. With two or more coils, the coils are preferably electrically connected in series or in parallel.
  • this arc is a circular arc.
  • a plurality of film sensors may be arranged at a distance from one another.
  • the film sensors are arranged around the axis of rotation on the coupling ball.
  • the film sensor or the coils are arranged concentrically to or about the vertical axis.
  • the film sensor in particular the position of the closure piece and / or the position of the side edges and / or the position of the free spaces can be detected.
  • the or each film sensor or the or each coil a distance between the coupling ball portion on which the coils are arranged, and associated with the coupling ball receiving.
  • different film sensors or coils are also assigned different distances. If one of the coils detects one of the side edges or one of the free spaces, the position of the detected side edge or free space corresponds in particular to the angle of rotation of the free space with respect to the axis of rotation or the measuring angle of this coil.
  • the number of film sensors is, for example, one to four.
  • the film sensor is embedded in the coupling ball.
  • the film sensor is embedded in the coupling ball.
  • Coupling ball one around the axis of rotation or vertical axis circumferential annular groove introduced, in which the film sensor is arranged.
  • the position of the groove in the direction of the vertical axis is not fixed, but runs perpendicular to the vertical axis. This means that the groove can sit above or below the equator of the hitch or on the equator.
  • the groove is not directly on the equator but slightly above or below, as the ball head on the equator can absorb the largest force and the film sensor or its encapsulation could be damaged in this area.
  • the film sensor is in the annular groove cohesively (eg glued) or positively fixed, in particular encapsulated.
  • a capsule agent is present in which the film sensor is embedded or arranged.
  • the capsule means may be formed of a plastic ring which completely surrounds the film sensor.
  • Plastics are, for example, PBT (polybutylene terephthalate) or PEEK (polyetheretherketone), both of which have very good injection-molding properties and are abrasion-resistant.
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PEEK polyetheretherketone
  • a simple coupling ball has a spherical, uninterrupted surface. This form is particularly advantageous for cooperation with the ball socket of the coupling ball receptacle. Twisting around the vertical axis and also
  • the capsule agent is designed so that the annular groove is completely filled. It results after insertion of the annular groove again the advantageous spherical surface or outer shape with the aforementioned advantages. An entanglement of the annular groove on the coupling ball receiving is thus effectively avoided.
  • the film sensor is therefore particularly suitable for use in the annular groove of a coupling ball, in particular when the film sensor is enclosed in the annular body. Also conceivable are applications on, for example, a cylindrical component, such as a vehicle handlebar or a shaft. Also on these components are Measurements for detecting component distortions or component changes (tension-compression torsion) conceivable.
  • the invention further relates to a method for determining an angle between towing vehicle and trailer, wherein the towing vehicle has a trailer hitch for a motor vehicle, which is equipped with a pull rod fixed to the vehicle, which has a coupling ball at its free end.
  • Coupling ball receptacle of the trailer is rotatably mounted at hitched trailer on the coupling ball at least about its vertical axis and secured by a closure piece on the coupling ball.
  • the coupling ball on at least one sensor for angle detection, so that a between
  • the dimensions of the closure piece in the circumferential direction are known.
  • the dimensions of the closure piece in the circumferential direction are smaller than half the outer diameter of the coupling ball and / or smaller than half the inner diameter of the ball socket.
  • the position and / or the angle of rotation of the closure piece can be detected automatically, in particular even without information about the dimensions of the closure piece in the circumferential direction.
  • Coupling ball receptacle can be used.
  • the coupling ball retainer rotates about the coupling ball around the vertical axis and one carries the distance of the
  • the coils are located on the coupling ball at a defined position distributed by known angle ⁇ ,.
  • a geometric evaluation including the known angles ⁇ , the distances or the Signals f, the angle of rotation ß are determined.
  • other methods are also suitable, such as the finding of centroids or vertices.
  • the free spaces are reflected in the signals f, in the form of maximum or minimum points.
  • Coupling ball is.
  • the midpoints can be considered as discrete sample points, similar to a CCD matrix from image processing.
  • image-processing methods after the image acquisition by the sensor unit, a gray value is available for each pixel for further evaluation. In this case, the
  • Gray values of the discrete points formed by the distances This results in a scan of the distances between coupling ball seat and film sensor in the plane perpendicular to the vertical axis cutting plane.
  • the signal f that results from the scanning of the distances and plotted over the known angles ⁇ , is distributed periodically over 360 ° or the circumference of the coupling ball. In a graph, the distance on the y-axis and the known angle ⁇ , on the x-axis can be plotted. If the ball coupling receptacle rotates and thus the position of the free spaces, then the signal f, shifts in the direction of the x-axis depending on the position of the ball coupling receptacle. The shift of the signal f, reflects the desired angle of rotation ß again and can be determined by the methods commonly used in image processing.
  • the closure piece is in particular at the
  • the coupling ball receiving the actuating element which is designed for example as a lever.
  • the closure piece is fixed or fixable in its applied to the coupling ball position, in particular by means of a closure mechanism and / or by means of
  • the closure piece is in particular detachable from the coupling ball, preferably by means of
  • the coupling ball receptacle comprises the tensioning element, by means of which the closure piece is tensioned or tensioned against the coupling ball.
  • the tensioning element can form part of the closure mechanism.
  • the coupling ball is in particular fixed, preferably rigid, connected to the pull rod.
  • the pull rod and the coupling ball are integrally formed, preferably material-homogeneous or cohesively, with each other.
  • a rear carrier such as e.g. a bicycle carrier to be mounted on the coupling ball.
  • the diameter of the coupling ball is preferably 50 mm.
  • the pull rod is preferably provided on a towing vehicle, which in particular forms a motor vehicle.
  • the drawbar is fixed,
  • the coupling ball receptacle is preferably provided on a trailer vehicle.
  • the coupling ball receptacle is arranged at a front end of a drawbar of the trailer vehicle.
  • the towing vehicle and the trailer vehicle are connected by the trailer hitch and form a team.
  • the included between the longitudinal axis of the towing vehicle and a longitudinal axis of the trailer vehicle angle is also referred to as kink angle.
  • the bending angle is in a direction perpendicular to the vertical axis of the towing vehicle level.
  • the position of the closure piece, in particular its angle of rotation, is or preferably represents the bending angle.
  • the reference position is given in particular by the position of the longitudinal axis of the towing vehicle, with which the longitudinal axis of the Trailer vehicle in the undeflected state of the trailer is aligned and a kink angle of 0 ° includes.
  • an evaluation device is connected to the film sensor, by means of which the position, in particular the angle of rotation, of the
  • Closure piece and / or the bending angle is determined, in particular from the angles of rotation of the side edges and / or free spaces with respect to the coupling ball by means of the coil, which is applied to the film sensor.
  • the angle detection device may comprise the evaluation device. Alternatively, the evaluation device may also be provided separately from the angle detection device.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a trailer hitch
  • FIG. 2 is a bottom view of the apparent from Fig. 1 coupling ball receptacle without coupling ball,
  • Fig. 3 is a partially sectioned side view of the coupling ball without Kupplungskugelability, with film sensor and capsule means or with MID-capable plastic carrier
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of the trailer hitch along the apparent from Fig. 1 section line A-A with film sensor,
  • Fig. 8 is a film sensor which is arranged around a ring body, as well as
  • Fig. 9 is a diagram with respect to the coil position and distance to the free space. 1 to 4 different representations and partial views of a trailer hitch 1 according to an embodiment can be seen, wherein a coupling ball receptacle 2 is placed on a coupling ball 3 of a curved tie rod 4.
  • the upward-facing coupling ball 3 is provided at a free end of the pull rod 4 and in particular integrally formed therewith.
  • the tie rod 4 is rigidly connected to a rear cross member 5 of a towing vehicle, and the coupling ball receptacle 2 is fixedly connected to a front end of a drawbar 6 of a trailer vehicle.
  • the coupling ball receptacle 2 can not be lifted unintentionally from the coupling ball 3, which includes
  • Closure piece 7 secures the coupling ball receptacle 2 form fit to the
  • Coupling ball 3 and is additionally against this by means of a schematic
  • Ball socket 10 (see FIG. 2), which is rotatably mounted on the coupling ball 3.
  • a circumferential about an axis of rotation 1 1 annular groove 12 is inserted, which extends in a direction perpendicular to the axis of rotation 1 1 aligned plane 13, in which preferably the center 14 of the coupling ball 3 is located.
  • the axis of rotation 1 which is also referred to as the vertical axis, runs in particular parallel to one
  • the axis of rotation 1 1 also intersects a central longitudinal axis 20 of the towing vehicle.
  • a ring body 27 is arranged around the axis of rotation 1 1. This includes one or more concentrically arranged about the rotation axis 1 1 (n) film sensor (s), wherein in Fig. 4, two film sensors are shown.
  • Fig. 3 shows the coupling ball with a film sensor 15, in a
  • Ring body 27 and capsule 25 is embedded and in the annular groove 12 at the
  • Coupling ball 3 is applied.
  • the film sensor is powered by an MID
  • Plastic carrier 15 is formed.
  • the radially extending from the axis of rotation 1 1 away measuring direction of each film sensor 15 includes the central longitudinal axis 20 a defined distance L, which is different for each film sensor 15.
  • the measuring angle ⁇ is shown in FIG. 4.
  • Closure piece 7 bounded by side edges 1 6 and 17, which are each rounded to the outside. This results in the area of the side edges 1 6 and 17th
  • Free spaces 18 and 19 which can be detected by means of the sensors 15. Since the position or position ⁇ of the sensors 15 are known, by determining those sensors which detect the free spaces, the position of the free spaces and their distances L to the sensors 15 and thus the angle of rotation ß and the bending angle ⁇ is known. The location of each free space is in particular in the form of a
  • Verreecurings ß specified If one and the same free space is detected by a plurality of, for example, two adjacent sensors 15 or coils 26, a mathematical one is also used to determine the angle of rotation ⁇ or bending angle ⁇
  • the film sensors 15 are electrically connected to the planar coils 26 with an evaluation device which
  • the evaluation device detects the distance between the respective film sensor 15 and the planar coils 26
  • the dashed line 23 indicates a reference position, from which the bending angle ⁇ is determined.
  • the line 23 coincides with the longitudinal axis 20 and thus characterizes the undeflected state of the
  • the angle ⁇ also represents the position and / or the angle of rotation of the closure piece 7.
  • FIG. 5 shows schematically a non-installed film sensor with different planar coil formations.
  • Fig.5-7 three in the longitudinal direction of the film successively arranged planar coils 26 a, b, c are shown. These run approximately centrally along the longitudinal axis 1 5b of the film 1 5a, but at least parallel to this.
  • the respective coils 26 a, b, c are connected to two conductor tracks, wherein a trace shown in dashed lines starting from the center of the coil, wherein the continuously shown trace is connected to the externa ßeren end of the coil.
  • the conductor tracks are guided by the coupling ball 3 via a supply bore 4a (see Fig. 4) and finally connected to the evaluation device 22.
  • FIG.5-7 three in the longitudinal direction of the film successively arranged planar coils 26 a, b, c are shown. These run approximately centrally along the longitudinal axis 1 5b of the film 1 5a, but at least parallel to this.
  • FIG. 5 shows a planar coil 26a, which is designed like an Archimedean spiral.
  • FIG. 6 shows a planar coil 26b, which is designed as an angular or rectangular, here even square, Archimedean spiral.
  • FIG. 6 shows another planar coil 26c designed as a rectangular Archimedean spiral. In the latter, the longitudinal sides of the coil material each tapered to the center of the coil.
  • Figure 8 shows schematically how one of MI D-capable and structured
  • Plastic material existing film sensor 1 5 may be arranged concentrically with a plurality of planar coils 26 around a ring body 27.
  • the annular body 27 is shown in two parts in this view. Each ring half represents a film sensor 1 5, each with four planar coils 26.
  • the ring body 27 then surround the coupling ball 3 according to FIG. 3 in the annular groove 1 2 and are secured or protected externally by an encapsulation means 25.
  • FIG. 9 exemplifies the shape of the sensor signal f for which
  • the signal f shifts along the X-axis.
  • the signal shift indicates here the twist angle ⁇ .
  • f ref gives the signal in the
  • Reference position of the coupling ball receptacle on. f, -i and f i 2 indicate a signal in a position 1 and 2, respectively, the rotational positions of the coupling ball receptacle to the coupling ball.
  • the respective phase shifts the
  • Twist angle here ß or ß 2 are determined. From the angle of rotation can then determine the bending angle.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Anhängekupplung für ein Kraftfahrzeug, mit einer fahrzeugfest angeordneten Zugstange (4), die an ihrem freien Ende eine Kupplungskugel (3) aufweist, wobei die Kupplungskugel (3) wenigstens einen Sensor (15) zur Winkelerfassung aufweist, um einen Winkel (α) zwischen dem Kraftfahrzeug und einem Anhänger zu ermitteln, wenn eine Kupplungskugelaufnahme (2) des Anhängers auf der Kupplungskugel (3) drehbar gelagert und mittels eines Verschlussstücks (7) auf der Kupplungskugel (3) gesichert ist, wobei wenigstens ein Sensor an der Kupplungskugel (3) durch wenigstens einen Foliensensor (15), insbesondere aus einem MID-fähigen Kunststoffträger gebildet ist.

Description

Anhänqerkupplunq
Die Erfindung betrifft eine Anhängekupplung für ein Kraftfahrzeug, mit einer fahrzeugfest angeordneten Zugstange, einer Kupplungskugel, die an einem freien Ende der Zugstange angeordnet ist, wobei die Kupplungskugel wenigstens einen Sensor zur Winkelerfassung aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Foliensensor zur Verwendung an einer Anhängerkupplung sowie ein Verfahren zur Winkelerfassung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger gemäß den Oberbegriffen der weiteren
unabhängigen Ansprüche.
Eine Anhängerkupplung mit der Möglichkeit zur Winkelerfassung ist aus der EP 1 796 926 B1 bekannt, wobei die Winkelerfassungsvorrichtung einen Permanentmagneten und magnetfeldempfindliche Sensoren aufweist. Hierbei sind jedoch
Komponenten der Winkelerfassungsvorrichtung sowohl an der Kupplungskugel als auch an der Kupplungskugelaufnahme vorgesehen. Beim Verwenden eines Anhängers mit einfacher Kupplungskugelaufnahme, in der keine Komponenten der
Winkelerfassungsvorrichtung zusätzlich eingebaut sind, funktioniert daher die
Knickwinkelmessung nicht.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Knickwinkelmessung auch mit einer einfachen Kupplungskugel bzw. Kupplungskugelaufnahme ermöglichen zu können, die nicht in besonderer Weise für eine solche Winkelmessung ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Anhängerkupplung nach Anspruch 1 , mittels eines Foliensensors nach Anspruch 9 sowie eines Verfahrens nach Anspruch 14 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Anhängerkupplung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Die Anhängerkupplung weist eine Zugstange auf, die an ihrem freien Ende eine Kupplungskugel trägt, wobei die Kupplungskugel wenigstens einen Sensor zur
Winkelerfassung aufweist, um einen Winkel zwischen dem Kraftfahrzeug und einem Anhänger zu ermitteln, wenn eine Kupplungskugelaufnahme des Anhängers auf der Kupplungskugel drehbar gelagert und mittels eines Verschlussstücks auf der Kupplungskugel gesichert ist. Wenigstens ein Sensor ist dabei an der Kupplungskugel durch wenigstens einen Foliensensor gebildet.
Der Foliensensor ist im nicht verbauten Zustand nach Art eines flachen bzw. ebenen Papier- oder Kunststoffstreifens ausgebildet. Die Dicke der Folie beträgt vorzugsweise etwa 0,1 -1 mm. Der Foliensensor ist somit flexibel in dem Sinne, dass die Folie bzw. der Folienstreifen rings um einen Zylinder anlegbar ist und diesen zumindest teilweise umschließt. Die Folie mit aufgebrachtem Sensormaterial ergibt den
eigentlichen Foliensensor. Die Folie stellt ein Trägermaterial dar, auf welches ein Sensormaterial z.B. aus Metall angeordnet ist. Als Metalle eignen sich z.B. Kupfer, Silber, Gold, Aluminium oder Derivate aus Legierungen dieser Metalle. Insbesondere ist das Trägermaterial ein Kunststoffträger aus MID-fähigem Kunststoffmaterial, auf dem elektrische Leitungen beispielsweise mittels des LDS-Verfahrens (Laser Direkt
Strukturierung) aufgebracht sind. Alternativ können die elektrischen Leitungen auch mittels MID-Heißprägen aufgeprägt werden. MID ist die Kurzform für Molded
Interconnect Device (englisch für Spritzgegossene Schaltungsträger). Mit MID werden elektronische Bauteile bezeichnet, bei denen metallische Leiterbahnen auf
spritzgegossene Kunststoffträger aufgetragen sind.
Über den wenigstens einen Foliensensor ist die Verdrehung der
Kupplungskugelaufnahme relativ zu der Kupplungskugel um eine Drehachse bzw. die Hochachse der Kugel erfassbar, wenn die Kupplungskugelaufnahme auf der
Kupplungskugel positioniert ist (Anhänger an Zugfahrzeug angekuppelt), wobei mittels des Foliensensors die Position des Verschlussstücks relativ zu der Kupplungskugel erfassbar ist.
Das Verschlussstück verhindert, dass sich die Kupplungskugelaufnahme von der Kupplungskugel lösen kann. In der Regel ist ein solches Verschlussstück bei
standardmäßigen Kupplungskugelaufnahmen vorhanden, sodass diese für die
Winkelerfassung verwendbar sind, ohne Änderungen vornehmen zu müssen. Aus der Information über die Position des Verschlussstücks kann die Verdrehung der
Kupplungskugelaufnahme relativ zu der Kupplungskugel bestimmt werden. Insbesondere müssen an der Kupplungskugelaufnahme zur Winkelerfassung keine baulichen Änderungen vorgenommen werden, sodass auch eine mögliche Schwächung der Anhängerkupplung aufgrund solcher Änderungen vermeidbar ist. Die Drehachse verläuft insbesondere durch den Mittelpunkt der Kupplungskugel und beschreibt in diesem Fall die Hochachse der Kupplungskugel, die zumindest senkrecht zur
Fahrzeuglängs- bzw. -querachse verläuft.
Mittels des Foliensensors ist die Position des Verschlussstücks relativ zu der Kupplungskugel bevorzugt in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene erfassbar. Vorteilhaft verläuft diese Ebene durch den Mittelpunkt der Kupplungskugel. Die Position des Verschlussstücks relativ zu der Kupplungskugel ist insbesondere eine Drehstellung. Bevorzugt wird die Position des Verschlussstücks relativ zu der
Kupplungskugel durch einen Winkel charakterisiert, um den das Verschlussstück relativ zu der Kupplungskugel um die Drehachse verdreht ist. Dieser Winkel kann auch als Drehwinkel oder Verdrehwinkel des Verschlussstücks bezeichnet werden.
Insbesondere ist der Verdrehwinkel des Verschlussstücks mittels des Foliensensors erfassbar. Vorzugsweise entspricht das Erfassen des Verdrehwinkels des
Verschlussstücks dem Erfassen der Position des Verschlussstücks.
Es ist möglich, dass der Foliensensor den Verdrehwinkel des Verschlussstücks lediglich relativ erfasst. Bevorzugt erfasst der Foliensensor den Verdrehwinkel des Verschlussstücks aber absolut. Somit ist ein Offsetabgleich, d.h. ein manuelles
Festlegen einer absoluten Nullposition durch den Fahrer, beispielsweise in einer Rangierassistenzfunktion, nicht erforderlich. Unter Offsetabgleich ist die Feststellung einer bestehenden Abweichung zu verstehen, wobei die Abweichung z.B. durch
Fertigungstoleranzen der zueinander in Bezug stehenden Bauteile hervorgerufen sein kann. Bevorzugt wird der Verdrehwinkel ausgehend von einer Referenzlage des
Verschlussstücks (Nullmarke) bestimmt, der vorteilhaft ein Wert von 0° zugeordnet wird. Die Erfassung der Position des Verschlussstücks kann z.B. induktiv, kapazitiv und/oder resistiv oder auch piezoresistiv durchgeführt werden, wenn der Foliensensor als ein solcher entsprechender Sensor ausgebildet ist. Das Verschlussstück ist in Umfangsrichtung insbesondere durch Seitenränder begrenzt, deren Lage relativ zu der Kupplungskugel mittels des Foliensensors erfassbar ist. Die Umfangsrichtung bezieht sich insbesondere auf die Drehachse. Somit verläuft die Umfangsrichtung bevorzugt um die Drehachse herum. Die Lage jedes Seitenrands relativ zu der Kupplungskugel ist insbesondere eine Drehstellung bzw. konzentrisch ausgebildet. Bevorzugt wird die Lage jedes Seitenrands relativ zu der Kupplungskugel durch einen Verdrehwinkel charakterisiert, um den der jeweilige Seitenrand relativ zu der Kupplungskugel um die Drehachse verdreht ist. Vorteilhaft ist dieser Verdrehwinkel für jeden der Seitenränder mittels des Foliensensors erfassbar. Aus den
Verdrehwinkeln der Seitenränder ist insbesondere der Verdrehwinkel des
Verschlussstücks bestimmbar. Vorzugsweise entspricht das Erfassen der
Verdrehwinkel der Seitenränder dem Erfassen der Position des Verschlussstücks.
Bevorzugt ist im Bereich der Seitenränder jeweils mindestens ein Freiraum vorgesehen, dessen Lage mittels des Foliensensors erfassbar ist. Die Freiräume entstehen insbesondere dadurch, dass die Seitenränder in Umfangsrichtung nach außen hin abgerundet sind. Beispielsweise sind die Freiräume zwischen den
Seitenrändern und der Kupplungskugel vorgesehen. Die Lage der Freiräume kann relativ einfach mittels des Foliensensors erfasst werden, wie später noch erläutert wird. Die Lage jedes Freiraums relativ zu der Kupplungskugel entspricht insbesondere einer Drehstellung. Bevorzugt wird die Lage jedes Freiraums relativ zu der Kupplungskugel durch einen Verdrehwinkel charakterisiert, um den der jeweilige Freiraum relativ zu der Kupplungskugel um die Drehachse verdreht ist. Vorteilhaft ist dieser Verdrehwinkel für jeden der Freiräume mittels des Foliensensors erfassbar. Aus den Verdrehwinkeln der Freiräume ist insbesondere der Verdrehwinkel des Verschlussstücks bestimmbar.
Vorzugsweise entspricht das Erfassen der Verdrehwinkel der Freiräume dem Erfassen der Position des Verschlussstücks. Insbesondere entspricht das Erfassen der
Verdrehwinkel der Freiräume dem Erfassen der Verdrehwinkel der Seitenränder.
Die vorgenannten Seitenränder und/oder Freiräume sind in der Regel bei standardmäßigen Kupplungskugelaufnahmen vorhanden, sodass an diesen für die Winkelmessung keine besonderen Maßnahmen ergriffen werden müssen. Auch sogenannte Anti-Schlinger-Kupplungen weisen diese Freiräume auf. Diese unterscheiden sich von den Standardkupplungen dadurch, dass in dem Verschlussstück zumindest ein zusätzlicher Bremsbelag angebracht ist, der mit einer Federkraft beaufschlagt ist. Der Bremsbelag drückt durch die Federkraft auf den Kugelkopf und kann mögliche Schlinger- und/oder Kippbewegungen reduzieren, in dem die Verdreh- und/oder Kippneigung gegenüber der Kupplungskugel durch die zusätzliche Reibkraft gemindert wird. Schlingerbewegungen sind dabei Bewegung nahezu um die
Hochachse, während unter Kippbewegungen Bewegungen um Achsen zu verstehen sind, die in etwa senkrecht zur Hochachse verlaufen. Generell eignen sich alle vorhandenen Freiräume für die Ermittlung des Verdrehwinkels.
Vorteilhaft bildet die Kupplungskugelaufnahme, auch Zugmaul genannt, zusammen mit dem Verschlussstück eine die Kupplungskugel umschließende
Kugelpfanne. Bevorzugt liegt die Kugelpfanne, insbesondere mit Ausnahme der
Freiräume, in Umfangsrichtung und/oder umlaufend an der Kupplungskugel an. Die Kugelpfanne weist insbesondere eine hohlkugelförmige Lagerfläche auf, die an der kugelförmigen Außenfläche der Kupplungskugel anliegt. Bevorzugt ist ein Teil der hohlkugelförmigen Lagerfläche an der Kupplungskugelaufnahme vorgesehen, wobei ein anderer Teil der hohlkugelförmigen Lagerfläche an dem Verschlussstück vorgesehen ist. Vorteilhaft weist die Kupplungskugelaufnahme eine Ausnehmung auf, in welcher der eine Teil der hohlkugelförmigen Lagerfläche vorgesehen ist. Bevorzugt ist das
Verschlussstück in der Ausnehmung oder an deren Rand angeordnet.
Die Kupplungsaufnahme und/oder das Verschlussstück bestehen bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl. Bevorzugt bestehen die Kupplungskugelaufnahme und/oder das Verschlussstück aus Magnetwerkstoff, insbesondere aus einem
ferromagnetischen Material. Somit können z.B. elektrische Spulen auf dem
Foliensensor als Sensoren eingesetzt werden, um die Lage der Freiräume zu erfassen. Die Kugelpfanne beeinflusst den Scheinwiderstand, insbesondere die Induktivität der jeweiligen Spulen des Foliensensors. Im Bereich der Freiräume fehlt aber diese
Beeinflussung, was eine Änderung des Scheinwiderstands, insbesondere der
Induktivität, zur Folge hat. Diese Änderung des Scheinwiderstandes, insbesondere der Induktivität, ist messbar und somit die Lage des Freiraums erfassbar. Vorzugsweise ist der Foliensensor durch induktive Abstandssensoren gebildet. Bei Ausbildung des Foliensensors als induktiver Sensor kann die sich im Bereich der Freiräume ändernde Induktivität gemessen werden. Der Freiraum ist dabei als Luftspalt zu verstehen. Da sich in diesem Bereich das magnetische Feld ändert, lässt sich die Änderung der durch einen elektrischen Schwingkreis an die Spule des
Foliensensors angelegten elektrischen Spannung über eine Auswerteeinheit ermitteln. Über die Spannungsänderung über den Umfang der Kupplungskugel lässt sich der Verdrehwinkel ableiten.
Bevorzugt ist die elektrische Spule als Planarspule auf der Folie aufgebracht und bildet somit den Foliensensor aus. Bei einer Planarspule handelt es sich um eine flach bzw. eben ausgebildete Spule, die auch als Leiterzug oder Leiterbahn auf einer elektrischen Leiterplatte bzw. Leiterfolie hergestellt sein kann. Die Leitung ist flachbauend auf dem Trägermaterial, vorliegend der Folie, aufgebracht, insbesondere aufgedampft oder aufgeätzt, geklebt oder per Laserdirektstrukturierung aufgebracht. Denkbar ist auch, dass das Sensormaterial zwischen zwei Folienteilen eingebracht ist. So kann z.B. nach dem Aufdampfen der Spule eine weitere Folie über die Folie mit Spule aufgeklebt werden, so dass das Spulenmaterial, geschützt zwischen den Folien angeordnet ist. Weiterhin ist es denkbar, dass das Sensormaterial innerhalb einer oder zwischen zwei Kunststoffschichten eingebracht ist. So kann z.B. nach dem Aufdampfen der Spule eine weitere Kunststoffschicht über den zuvor strukturierten Kunststoff (MID- fähiger Kunststoffträger) oder die Folie gespritzt werden, so dass das Spulenmaterial, geschützt zwischen den Kunststoffschichten angeordnet ist.
Die Planarspule kann in bevorzugter Weise als archimedische Spirale
ausgebildet sein. Dabei handelt es sich um eine ebene Spirale, die anschaulich gesprochen z.B. beim Aufwickeln eines gleichmäßig dicken Teppiches oder Papieroder Folienstreifens entsteht. Die Planarspule kann dabei alternativ als eckige bzw. rechteckige archimedische Spirale oder auch als eine an wenigstens zwei Längsseiten verjüngte rechteckige archimedische Spirale ausgebildet sein. Mit der Verjüngung ist gemeint, dass die an den Längsseiten verlaufenden Leiterbahnen zum Kern bzw.
Spulenmittelpunkt hin einen geringeren Durchmesser aufweisen als an den jeweiligen Eckpunkten. Darüber hinaus können die Planarspulen als Luftspulen ohne Kern oder als Spulen mit Kern ausgebildet sein. Die Form der Planarspule ist grundsätzlich frei wählbar. Es ist lediglich vorzusehen, dass sich das Feld in radialer Richtung, also in Richtung der Kupplungskugelaufnahme bzw. der Seitenränder bzw. des
Verschlussstücks ausbreiten kann.
In einer bevorzugten Ausbildung sind zwei und mehr Spulen auf der Folie angeordnet. Vorzugsweise sind die Spulen linear hintereinander angeordnet, so dass die Spulenmitten bzw. der Spulenkern auf einer Geraden liegen, die in etwa mittig auf der Folie bzw. dem Kunststoffträger, insbesondere an oder auf deren Längsachse liegen. Alternativ können die Spulen zumindest parallel der Längsachse angeordnet sein. Bei zwei oder mehr Spulen sind die Spulen bevorzugt elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Foliensensor auf einem Bogen um die
Drehachse angeordnet. Vorteilhaft ist dieser Bogen ein Kreisbogen. Alternativ können auch mehrere Foliensensoren im Abstand zueinander angeordnet sein. Beispielsweise sind die Foliensensoren rings der Drehachse an der Kupplungskugel angeordnet.
Vorzugsweise ist der Foliensensor bzw. sind die Spulen konzentrisch zur bzw. um die Hochachse angeordnet. Mittels des Foliensensor ist insbesondere die Position des Verschlussstücks und/oder die Lage der Seitenränder und/oder oder die Lage der Freiräume erfassbar. Vorteilhaft ist dem oder jedem Foliensensor oder der oder jeder Spule ein Abstand zwischen dem Kupplungskugelabschnitt, auf dem die Spulen angeordnet sind, und der Kupplungskugelaufnahme zugeordnet. Vorzugsweise sind dabei unterschiedlichen Foliensensoren oder Spulen auch unterschiedliche Abstände zugeordnet. Erfasst einer der Spulen einen der Seitenränder oder einen der Freiräume, so entspricht die Lage des erfassten Seitenrands oder Freiraums insbesondere dem Verdrehwinkel des Freiraums bezogen auf die Drehachse bzw. dem Messwinkel dieser Spule. Die Anzahl der Foliensensoren beträgt beispielsweise eins bis vier.
Bevorzugt ist der Foliensensor in die Kupplungskugel eingelassen. Somit ist es nicht nur in sensorischer, sondern auch in mechanischer Hinsicht möglich,
standardmäßige Kupplungskugelaufnahmen zu verwenden. Bevorzugt ist in die
Kupplungskugel eine um die Drehachse bzw. Hochachse umlaufende Ringnut eingebracht, in der der Foliensensor angeordnet ist. Die Position der Nut in Richtung der Hochachse ist dabei nicht festgelegt, verläuft jedoch senkrecht zur Hochachse. Das bedeutet, dass die Nut oberhalb oder unterhalb des Äquators der Kupplungskugel oder auf dem Äquator sitzen kann. Vorteilhafterweise liegt die Nut nicht direkt auf dem Äquator sondern etwas ober- bzw. unterhalb, da der Kugelkopf auf dem Äquator die größte Kraft aufnehmen kann und der Foliensensor bzw. dessen Kapselung in diesem Bereich beschädigt werden könnte. Der Foliensensor ist in der Ringnut stoffschlüssig (z.B. geklebt) oder formschlüssig festgelegt, insbesondere gekapselt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist ein Kapselmittel vorhanden, in das der Foliensensor eingebettet bzw. angeordnet ist. Das Kapselmittel kann aus einem Kunststoffring gebildet sein, der den Foliensensor vollständig umschließt. Als
Kunststoffe eignen sich beispielsweise PBT (Polybutylenterephthalat) oder PEEK (Polyetheretherketon), die beide sehr gute Spritzgusseigenschaften aufweisen und abriebfest sind. In einer weiteren Variante kann der Foliensensor zwischen der
Oberfläche der Ringnut der Kupplungskugel und dem Kapselmittel (Kunststoffring) angeordnet sein bzw. ist zwischen diesen Bauteilen eingeschlossen.
Eine einfache Kupplungskugel weist eine kugelige, ununterbrochene Oberfläche auf. Diese Form ist für das Zusammenwirken mit der Kugelpfanne der Kupplungskugelaufnahme besonders vorteilhaft. Verdrehen um die Hochachse und auch
Kippbewegungen um weitere Achsen, z.B. bei Fahrbahnunebenheiten sind problemlos möglich, ohne dass die Kupplungskugelaufnahme und die Kupplungskugel verkanten. Besonders zu bevorzugen ist es somit, wenn das Kapselmittel so ausgebildet ist, dass die Ringnut vollständig ausgefüllt ist. Es ergibt nach Einsetzen der Ringnut wieder die vorteilhafte kugelige Oberfläche bzw. Außenform mit den zuvor genannten Vorteilen. Ein Verhaken der Ringnut an der Kupplungskugelaufnahme wird somit wirkungsvoll vermieden.
Der Foliensensor eignet sich somit insbesondere zur Verwendung in der Ringnut einer Kupplungskugel, insbesondere wenn der Foliensensor in dem Ringkörper eingeschlossen ist. Denkbar sind auch Anwendungen an z.B. einem zylindrischen Bauteil, wie z.B. einem Fahrzeuglenker oder einer Welle. Auch an diesen Bauteilen sind Messungen zur Erfassung von Bauteilverdrehungen oder Bauteiländerungen (Zug- Druck-Torsion) denkbar.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Bestimmung eines Winkels zwischen Zugfahrzeug und Anhänger, wobei das Zugfahrzeug eine Anhängerkupplung für ein Kraftfahrzeug aufweist, das mit einer fahrzeugfest angeordneten Zugstange, ausgerüstet ist, die an ihrem freien Ende eine Kupplungskugel aufweist. Die
Kupplungskugelaufnahme des Anhängers, ist bei angekuppeltem Anhänger auf der Kupplungskugel zumindest um deren Hochachse drehbar gelagert und mittels eines Verschlussstücks auf der Kupplungskugel gesichert. Dabei weist die Kupplungskugel wenigstens einen Sensor zur Winkelerfassung auf, so dass ein sich zwischen
Kupplungskugel und Kupplungskugelaufnahme und/oder Verschlussstück befindlicher Freiraum mittels des wenigstens eines Foliensensors, wie oben beschrieben, erfasst wird.
Durch die Erfassung der Lage beider Seitenränder am Verschlussstück und/oder beider Freiräume zwischen Verschlussstück und Kupplungskugel werden insbesondere die Position und/oder der Verdrehwinkel des Verschlussstücks absolut erfasst.
Bevorzugt sind die Abmessungen des Verschlussstücks in Umfangsrichtung bekannt. Insbesondere sind die Abmessungen des Verschlussstücks in Umfangsrichtung kleiner als der halbe Außendurchmesser der Kupplungskugel und/oder kleiner als der halbe Innendurchmesser der Kugelpfanne. In diesem Fall kann die Position und/oder der Verdrehwinkel des Verschlussstücks automatisch erkannt werden, insbesondere auch ohne Informationen über die Abmessungen des Verschlussstücks in Umfangsrichtung.
Für die Signalauswertung kann der Abstand des Foliensensors zur
Kupplungskugelaufnahme verwendet werden. Dreht sich die Kupplungskugelaufnahme um die Kupplungskugel um die Hochachse und trägt man den Abstand des
Foliensensors über dem Winkel ψ, (Winkel bzw. Lager der Spulen um die Hochachse) auf, dann werden in einem Signal f, , die Positionen der Freiräume kodiert bzw. erfasst. Die Spulen befinden sich auf der Kupplungskugel an definierter Position verteilt um bekannte Winkel ψ,. Über die Betrachtung des Signals f, kann über eine geometrische Auswertung unter Einbeziehung der bekannten Winkel ψ, der Abstände bzw. der Signale f, der Verdrehwinkel ß ermittelt werden. Für die Signalauswertung eignen sich auch andere Methoden, wie beispielsweise das Auffinden von Schwerpunkten oder Scheitelpunkten. Die Freiräume spiegeln sich in den Signalen f, in Form von Maximaloder Minimalstellen wieder.
Eine weitere Auswertemöglichkeit ist gegeben mit aus der Bildverarbeitung bekannten Methoden. Hierfür werden vorteilhafterweise mehrere Spulen auf einem Foliensensor um den Umfang der Kugel verteilt. Die Mittelpunkte der Spulen liegen vorteilhafterweise in einer Schnittebene, die senkrecht zur Hochachse der
Kupplungskugel steht. Die Mittelpunkte können als diskrete Abtastpunkte, ähnlich einer CCD-Matrix aus der Bildverarbeitung, angesehen werden. Bei bildverarbeitenden Methoden steht nach der Bildaufnahme durch die Sensoreinheit für jedes Pixel ein Grauwert für die weitere Auswertung zur Verfügung. In diesem Fall werden die
Grauwerte der diskreten Punkte durch die Abstände gebildet. Somit ergibt sich eine Abtastung der Abstände zwischen Kupplungskugelaufnahme und Foliensensor in der senkrecht zur Hochachse stehenden Schnittebene. Das Signal f,, dass durch die Abtastung der Abstände und aufgetragen über die bekannten Winkel ψ, entsteht, ist periodisch über 360° bzw. den Umfang der Kupplungskugel verteilt. In einem Graphen kann der Abstand auf der y-Achse und der bekannte Winkel ψ, auf der x-Achse aufgetragen werden. Rotiert die Kugelkupplungsaufnahme und somit die Lage der Freiräume, dann verschiebt sich das Signal f, in Richtung der x-Achse abhängig von der Stellung der Kugelkupplungsaufnahme. Die Verschiebung des Signals f, spiegelt den gesuchten Verdrehwinkel ß wieder und kann über die in der Bildverarbeitung gängigen Methoden bestimmt werden. Das Verschlussstück ist insbesondere an der
Kupplungskugelaufnahme gelagert, vorzugsweise bewegbar. Vorteilhaft ist das
Verschlussstück an die Kupplungskugel angelegt oder anlegbar, insbesondere mittels eines Betätigungselements. Bevorzugt umfasst die Kupplungskugelaufnahme das Betätigungselement, welches beispielsweise als Hebel ausgebildet ist. Vorteilhaft ist das Verschlussstück in seiner an die Kupplungskugel angelegten Stellung fixiert oder fixierbar, insbesondere mittels einer Verschlussmechanik und/oder mittels des
Betätigungselements und/oder mittels des Betätigungselements unter
Zwischenschaltung der Verschlussmechanik. Beispielsweise ist die
Verschlussmechanik mittels des Betätigungselements betätigbar. Ferner kann das Betätigungselement einen Teil der Verschlussmechanik bilden. Das Verschlussstück ist insbesondere von der Kupplungskugel abrückbar, vorzugsweise mittels des
Betätigungselements und/oder der Verschlussmechanik. Somit ist es möglich, die Kupplungskugelaufnahme von der Kupplungskugel zu lösen, insbesondere abzuheben. Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Kupplungskugelaufnahme das Spannelement, mittels welchem das Verschlussstück gegen die Kupplungskugel gespannt oder spannbar ist. Das Spannelement kann einen Teil der Verschlussmechanik bilden.
Die Kupplungskugel ist insbesondere fest, vorzugsweise starr, mit der Zugstange verbunden. Beispielsweise sind die Zugstange und die Kupplungskugel einstückig, vorzugsweise materialhomogen oder stoffschlüssig, miteinander ausgebildet. Somit kann ein Heckträger, wie z.B. ein Fahrradträger, an der Kupplungskugel montiert werden. Auch ist der Einsatz eines Anhängers mit Schlingerdämpfung möglich. Der Durchmesser der Kupplungskugel beträgt vorzugsweise 50 mm.
Die Zugstange ist bevorzugt an einem Zugfahrzeug vorgesehen, welches insbesondere einen Kraftwagen bildet. Beispielsweise ist die Zugstange fest,
insbesondere starr, mit einem Fahrzeugaufbau und/oder einem Fahrgestell und/oder einem Querträger des Zugfahrzeugs verbunden. Die Drehachse verläuft bevorzugt parallel zu einer Hochachse des Zugfahrzeugs. Vorzugsweise schneidet die Drehachse eine Mittellängsachse des Zugfahrzeugs. Die Kupplungskugelaufnahme ist bevorzugt an einem Anhängerfahrzeug vorgesehen. Insbesondere ist die Kupplungskugelaufnahme an einem vorderen Ende einer Deichsel des Anhängerfahrzeugs angeordnet.
Das Zugfahrzeug und das Anhängerfahrzeug sind durch die Anhängerkupplung miteinander verbunden und bilden ein Gespann. Der zwischen der Längsachse des Zugfahrzeugs und einer Längsachse des Anhängerfahrzeugs eingeschlossene Winkel wird auch als Knickwinkel bezeichnet. Insbesondere liegt der Knickwinkel dabei in einer senkrecht zur Hochachse des Zugfahrzeugs verlaufenden Ebene. Die Position des Verschlussstücks, insbesondere dessen Verdrehwinkel, ist oder repräsentiert vorzugsweise den Knickwinkel. Die Referenzlage ist insbesondere durch die Lage der Längsachse des Zugfahrzeugs gegeben, mit welcher die Längsachse des Anhängerfahrzeugs im nicht ausgelenkten Zustand des Anhängers fluchtet und einen Knickwinkel von 0° einschließt.
Gemäß einer Weiterbildung ist mit dem Foliensensor eine Auswerteeinrichtung verbunden, mittels welcher die Position, insbesondere der Verdrehwinkel, des
Verschlussstücks und/oder der Knickwinkel bestimmt wird, insbesondere aus den Verdrehwinkeln der Seitenränder und/oder Freiräume gegenüber der Kupplungskugel mittels der Spule, die auf dem Foliensensor aufgebracht ist. Die Winkelerfassungsvorrichtung kann die Auswerteeinrichtung umfassen. Alternativ kann die Auswerteeinrichtung auch separat von der Winkelerfassungsvorrichtung vorgesehen sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Anhängerkupplung,
Fig. 2 eine Unteransicht der aus Fig. 1 ersichtlichen Kupplungskugelaufnahme ohne Kupplungskugel,
Fig. 3 eine teilweise geschnitten dargestellte Seitenansicht der Kupplungskugel ohne Kupplungskugelaufnahme, mit Foliensensor und Kapselmittel bzw. mit MID- fähigem Kunststoffträger
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht der Anhängerkupplung entlang der aus Fig. 1 ersichtlichen Schnittlinie A-A mit Foliensensor,
Fig. 5-7 jeweils einen Foliensensor mit unterschiedlichen Spulenausbildungen,
Fig. 8 ein Foliensensor, der um eine Ringkörper angeordnet ist, sowie
Fig. 9 ein Diagramm hinsichtlich Spulenlage und Abstand zum Freiraum. Aus den Fig. 1 bis 4 sind unterschiedliche Darstellungen und Teildarstellungen einer Anhängerkupplung 1 gemäß einer Ausführungsform ersichtlich, wobei eine Kupplungskugelaufnahme 2 auf eine Kupplungskugel 3 einer gekrümmten Zugstange 4 aufgesetzt ist. Die nach oben weisende Kupplungskugel 3 ist an einem freien Ende der Zugstange 4 vorgesehen und insbesondere einstückig mit dieser ausgebildet. Ferner ist die Zugstange 4 starr mit einem hinteren Querträger 5 eines Zugfahrzeugs verbunden, und die Kupplungskugelaufnahme 2 ist fest mit einem vorderen Ende einer Deichsel 6 eines Anhängerfahrzeugs verbunden. Damit die Kupplungskugelaufnahme 2 nicht unbeabsichtigt von der Kupplungskugel 3 abgehoben werden kann, umfasst die
Kupplungskugelaufnahme ein Verschlussstück 7, welches durch Betätigen eines Hebels 8 mit der Kupplungskugel 3 zur Anlage gebracht werden kann. Das
Verschlussstück 7 sichert die Kupplungskugelaufnahme 2 formschlüssig an der
Kupplungskugel 3 und ist zusätzlich gegen diese mittels einer schematisch
angedeuteten Feder 9 gespannt. Die Kupplungskugelaufnahme 2 und das
Verschlussstück 7 bilden zusammen eine die Kupplungskugel 3 umschließende
Kugelpfanne 10 (siehe Fig. 2), welche auf der Kupplungskugel 3 drehbar gelagert ist.
In die Kupplungskugel 3 ist eine um eine Drehachse 1 1 umlaufende Ringnut 12 eingebracht, die in einer senkrecht zur Drehachse 1 1 ausgerichteten Ebene 13 verläuft, in welcher vorzugsweise der Mittelpunkt 14 der Kupplungskugel 3 liegt. Die auch als Hochachse bezeichnete Drehachse 1 1 verläuft insbesondere parallel zu einer
Hochachse des Zugfahrzeugs. Bevorzugt schneidet die Drehachse 1 1 auch eine Mittellängsachse 20 des Zugfahrzeugs. In der Ringnut 12 ist rings der Drehachse 1 1 ein Ringkörper 27 angeordnet. Dieser beinhaltet einen oder mehrere konzentrisch um die Drehachse 1 1 angeordnete(n) Foliensensor(en), wobei in Fig. 4 zwei Foliensensoren dargestellt sind.
Fig. 3 zeigt die Kupplungskugel mit einem Foliensensor 15, der in einem
Ringkörper 27 bzw. Kapselmittel 25 eingebettet ist und in der Ringnut 12 an der
Kupplungskugel 3 anliegt. Der Foliensensor wird durch einen MID-fähigen
Kunststoffträger 15 ausgebildet. Die sich radial von der Drehachse 1 1 weg erstreckende Messrichtung jedes Foliensensors 15 schließt mit der Mittellängsachse 20 einen definierten Abstand L ein, der für jeden Foliensensor 15 unterschiedlich ist. Für einen der Sensoren 15 ist der Messwinkel ß in Fig. 4 dargestellt.
In einer auf die Drehachse 1 1 bezogenen Umfangsrichtung 24 ist das
Verschlussstück 7 durch Seitenränder 1 6 und 17 begrenzt, die jeweils nach außen abgerundet sind. Dadurch ergeben sich im Bereich der Seitenränder 1 6 und 17
Freiräume 18 und 19, die mittels der Sensoren 15 erfasst werden können. Da die Position bzw. Lage ψ, der Sensoren 15 bekannt sind, ist durch Ermitteln derjenigen Sensoren, welche die Freiräume erfassen, auch die Lage der Freiräume und deren Abstände L zu den Sensoren 15 und somit der Verdrehwinkel ß bzw. der Knickwinkel α bekannt. Die Lage jedes Freiraums wird dabei insbesondere in Form eines
Verdrehwinkels ß angegeben. Wird ein und derselbe Freiraum von mehreren, beispielsweise von zwei benachbarten der Sensoren 15 bzw. Spulen 26 erfasst, ist zur Ermittlung des Verdrehwinkels ß bzw. Knickwinkels α auch eine mathematische
Approximation möglich.
Für die Bestimmung der Lage der Freiräume werden die Foliensensoren 15 mit den Planarspulen 26 elektrisch mit einer Auswerteeinrichtung verbunden, die
beispielsweise an der Zugstange 4 angeordnet sind. Die Auswerteeinrichtung erfasst den Abstand des jeweiligen Foliensensors 15 bzw. der Planarspulen 26 zur
Kupplungskugelaufnahme. Durch Auswerten aller Abstände ergeben sich die Lagen der Freiräume 18 und 19 und hieraus in Relation zur Anordnung der Planarspulen der Knickwinkel a, der zwischen der Längsachse 20 des Zugfahrzeugs und der Längsachse 21 des Anhängerfahrzeugs eingeschlossen wird. Es ist auch denkbar, andere
Freiräume zu erfassen und hierüber den Knickwinkel zu bestimmen. Beispielsweise bieten sich hierfür die Freiräume an, die bei der Anti-Schlinger-Kupplung durch die zusätzlichen Reibbeläge auftreten, an.
Die gestrichelte Linie 23 kennzeichnet eine Referenzlage, von der aus der Knickwinkel α bestimmt wird. Insbesondere fällt die Linie 23 mit der Längsachse 20 zusammen und kennzeichnet somit den nicht ausgelenkten Zustand des
Anhängerfahrzeugs, d.h. α = 0°. Der Winkel α repräsentiert auch die Position und/oder den Verdrehwinkel des Verschlussstücks 7. Insbesondere ergibt sich der Winkel α aus dem arithmetischen Mittel derjenigen Verdrehwinkel, die für die Freiräume 18 und 1 9 ermittelt worden sind. Ist der für den Freiraum 1 8 erfasste Verdrehwinkel ß1 und der für den Freiraum 1 9 erfasste Verdrehwinkel ß2, so ergibt sich der Winkel α beispielsweise zu: a = (ß1 + ß2) 1 2.
Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen schematisch einen nicht eingebauten Foliensensor mit unterschiedlichen Planarspulenausbildungen. In Fig.5-7 sind drei in Längsrichtung der Folie hintereinander angeordnete Planarspulen 26 a,b,c dargestellt. Diese verlaufen etwa mittig entlang der Längsachse 1 5b der Folie 1 5a, zumindest aber parallel zu dieser. Die jeweiligen Spulen 26 a,b,c sind mit je zwei Leiterbahnen verbunden, wobei eine strichliniert gezeigte Leiterbahn vom Mittelpunkt der Spule ausgeht, wobei die durchgehend gezeigte Leiterbahn mit dem äu ßeren Ende der Spule verbunden ist. Die Leiterbahnen werden von der Kupplungskugel 3 über eine Versorgungsbohrung 4a (s. Fig. 4) geführt und schließlich mit der Auswerteeinrichtung 22 verbunden. Die Figur 5 zeigt eine Planarspule 26a, die wie eine archimedische Spirale ausgebildet ist. Die Figur 6 zeigt eine Planarspule 26b, die wie eine eckige bzw. rechteckige, hier sogar quadratisch ausgebildete archimedische Spirale ausgebildet ist. Figur 6 zeigt eine weitere als rechteckige archimedische Spirale ausgebildete Planarspule 26c. Bei Letzterer verlaufen die Längsseiten des Spulenwerkstoffes jeweils verjüngt zur Mitte der Spule.
Figur 8 zeigt schematisch, wie ein aus MI D-fähigem und strukturierten
Kunststoffmaterial bestehender Foliensensor 1 5 mit mehreren Planarspulen 26 konzentrisch um einen Ringkörper 27 angeordnet sein kann. Der Ringkörper 27 ist in dieser Ansicht zweigeteilt dargestellt. Jede Ringhälfte stellt einen Foliensensor 1 5 mit jeweils vier Planarspulen 26 dar. Die Ringkörper 27 umgeben dann die Kupplungskugel 3 gemäß Figur 3 in der Ringnut 1 2 und werden nach au ßen durch ein Kapselmittel 25 gesichert bzw. geschützt.
Figur 9 stellt exemplarisch die Form des Sensorsignals f, für die
unterschiedlichen Stellungen der Kupplungskugelaufnahme in Bezug zur
Kupplungskugel dar. Auf der X-Achse sind die bekannten Lagen ψ, der einzelnen Spulen 26 und auf der Y-Achse sind die Abstände L von den Sensoren 1 6 bzw. der Spulen 26 zur Kupplungskugelaufnahme 2 abgetragen. Bei einer Verdrehung der Kupplungskugelaufnahme 2 verschiebt sich das Signal f, entlang der X-Achse. Die Signalverschiebung gibt hier den Verdrehwinkel ß an. fref gibt das Signal in der
Referenzstellung der Kupplungskugelaufnahme an. f, -i bzw. fi 2 geben ein Signal in einer Stellung 1 bzw. 2 an, die jeweils Verdrehstellungen der Kupplungskugelaufnahme zur Kupplungskugel an. Über die jeweiligen Phasenverschiebungen kann der
Verdrehwinkel, hier ß oder ß2 ermittelt werden. Aus dem Verdrehwinkel lässt sich dann der Knickwinkel ermitteln.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bezuqszeichen
1 Anhängerkupplung
Kupplungskugelaufnahme
Kupplungskugel
Zugstange
hinterer Querträger des Zugfahrzeugs
6 Deichsel des Anhängerfahrzeugs
Verschlussstück
Hebel
Feder
10 Kugelpfanne
1 1 Drehachse, Hochachse der Kupplungskugel
12 Ringnut
13 Ebene
14 Mittelpunkt der Kupplungskugel
15 Foliensensor, MI D-fähiger Kunststoffträger
16 Seitenrand des Verschlussstücks
17 Seitenrand des Verschlussstücks
18 Freiraum
19 Freiraum
20 Längsachse des Zugfahrzeugs
21 Längsachse des Anhängerfahrzeugs
22 Auswerteeinrichtung
23 Linie
24 Umfangsrichtung
25 Kapselmittel
26a,b,c Spule, Planarspule
27 Ringkörper
α Knickwinkel / Position des Verschlussstücks ß Messwinkel, Verdrehwinkel
L Abstand

Claims

Patentansprüche
1 . Anhängekupplung für ein Kraftfahrzeug, mit einer fahrzeugfest angeordneten Zugstange (4), die an ihrem freien Ende eine Kupplungskugel (3) aufweist, wobei die Kupplungskugel (3) wenigstens einen Sensor (15) zur
Winkelerfassung aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Sensor an der Kupplungskugel (3) durch wenigstens einen Foliensensor (15), insbesondere aus einem MID-fähigen
Kunststoffträger, gebildet ist.
2. Anhängekupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Foliensensor (15) als induktiver, kapazitiver oder resistiver ausgebildet ist.
3. Anhängekupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Foliensensor (15) wenigstens eine Spule (26), insbesondere eine Planarspule (26) aufgebracht ist.
4. Anhängekupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Planarspule (26) als archimedische Spirale (26a), als eckige archimedische Spirale (26b)oder als rechteckige archimedische Spirale (26c), die an ihren wenigstens zwei Längsseiten eine Verjüngung aufweist, ausgebildet ist.
5. Anhängekupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung von wenigstens zwei Spulen (26) auf dem Foliensensor (15) diese Spulen (26) elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet sind.
6. Anhängekupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Foliensensor (15) konzentrisch zur Hochachse (1 1 ) der Kupplungskugel an dieser angeordnet ist.
7. Anhängekupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Foliensensor (15) an der Kupplungskugel (3) in einer Ringnut (12) angeordnet ist.
8. Anhängekupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Foliensensor (15) in der Ringnut 12, insbesondere stoffschlüssig oder formschlüssig, insbesondere gekapselt angeordnet ist.
9. Anhängekupplung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Foliensensor (15) in einem Kapselmittel (25) angeordnet ist oder zwischen Kupplungskugel (3) und Kapselmittel (25) eingeschlossen ist.
10. Anhängekupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das
Kapselmittel (25) die Ringnut (12) derart ausfüllt, dass die Kugeloberfläche im Bereich der Ringnut (12) vollständig hergestellt ist, so dass sich eine kugelige Außenform ergibt.
1 1 . Foliensensor zur Verwendung an einer Anhängerkupplung, insbesondere an der Kupplungskugel der Anhängerkupplung, ausgebildet nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Foliensensor nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Foliensensor (15) in oder an einem Ringkörper (27) angeordnet ist.
13. Foliensensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der
Ringkörper (27) aus einem Kunststoff gebildet ist.
14. Verfahren zur Bestimmung eines Winkels zwischen Zugfahrzeug und
Anhänger, wobei das Zugfahrzeug eine Anhängerkupplung für ein
Kraftfahrzeug aufweist, mit einer fahrzeugfest angeordneten Zugstange (4), die an ihrem freien Ende eine Kupplungskugel (3) aufweist, und eine
Kupplungskugelaufnahme (2) des Anhängers, die auf der Kupplungskugel (3) um deren Hochachse (1 1 ) drehbar gelagert und mittels eines Verschlussstücks (7) auf der Kupplungskugel (2) gesichert ist, wobei die Kupplungskugel (2) wenigstens einen Sensor (15) zur Winkelerfassung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein sich zwischen Kupplungskugel (3) und Kupplungskugelaufnahme (2) und/oder
Verschlussstück (7) befindlicher Freiraum (18, 19) mittels wenigstens einer Anhängekupplung nach einem der Ansprüche von 1 -10 oder eines
Foliensensors (15) nach einem der Ansprüche von 1 1 -13, erfasst wird.
15. Verfahren zur Bestimmung eines Winkels zwischen Zugfahrzeug und
Anhänger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Freiraum (18, 19) durch wenigstens eine auf dem Foliensensor (15) aufgebrachte Spule (26) erfasst wird, die mit einer Auswerteeinrichtung (22) verbunden ist.
1 6. Verfahren zur Bestimmung eines Winkels zwischen Zugfahrzeug und
Anhänger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Auswerteeinrichtung (22) der Abstand L des wenigstens einen Foliensensors (15) oder der wenigstens einen Planarspule (26) zur Kupplungskugelaufnahme erfasst wird, und durch das Auswerten aller Abstände über die Lagen ψ, der Spulen 26 in Relation zur Anordnung der wenigstens einen Planarspule (26) der Verdrehwinkel ß und/oder der Knickwinkel α erfasst wird.
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