EP4688533A2 - Königszapfenanordnung - Google Patents

Königszapfenanordnung

Info

Publication number
EP4688533A2
EP4688533A2 EP24715490.9A EP24715490A EP4688533A2 EP 4688533 A2 EP4688533 A2 EP 4688533A2 EP 24715490 A EP24715490 A EP 24715490A EP 4688533 A2 EP4688533 A2 EP 4688533A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
kingpin
arrangement
bearing ring
driver
measuring device
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.)
Pending
Application number
EP24715490.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
José Manuel Algüera Gallego
Swen Saupe
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.)
Jost Werke Deutschland GmbH
Original Assignee
Jost Werke Deutschland GmbH
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 Jost Werke Deutschland GmbH filed Critical Jost Werke Deutschland GmbH
Publication of EP4688533A2 publication Critical patent/EP4688533A2/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D53/00—Tractor-trailer combinations; Road trains
    • B62D53/04—Tractor-trailer combinations; Road trains comprising a vehicle carrying an essential part of the other vehicle's load by having supporting means for the front or rear part of the other vehicle
    • B62D53/08—Fifth wheel traction couplings
    • B62D53/0842—King pins
    • 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
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D53/00—Tractor-trailer combinations; Road trains
    • B62D53/04—Tractor-trailer combinations; Road trains comprising a vehicle carrying an essential part of the other vehicle's load by having supporting means for the front or rear part of the other vehicle
    • B62D53/08—Fifth wheel traction couplings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/023—Determination of steering angle by measuring on the king pin

Definitions

  • the invention relates to a kingpin arrangement for a semi-trailer of a truck, comprising a kingpin defining an axis of rotation, wherein the kingpin has a kingpin flange for connecting the kingpin directly or indirectly to the semi-trailer.
  • Such a kingpin arrangement is known, for example, from the documents DE 20 2022 106 659 U, EP 3 891 051 A1, EP 1 918 179 A1 and DE10 2004 024 333 A1.
  • the towing vehicle and the semi-trailer also simply called the trailer, form the truck combination, which is also referred to as a semi-trailer.
  • a fifth wheel coupling plate is arranged on the towing vehicle, with which the kingpin on the underside of the semi-trailer is engaged and locked.
  • the fifth wheel coupling plate is usually designed with a wedge-shaped entry opening that tapers in the direction of travel for coupling the semi-trailer, whereby the entry opening has a free installation space with a installation space depth that ensures that the kingpin can be moved in and out of the fifth wheel coupling plate without interference.
  • the semi-trailer slides with its trailer plate, to which the kingpin is indirectly or directly fixed in place, on the surface of the fifth wheel coupling plate, which determines the vertical position. Lateral guidance is ensured by the kingpin, which is positively guided in the entry opening during coupling until it reaches its locking position.
  • the entry opening is determined downwards by the length of the kingpin. In other words, components located below the entry opening, such as reinforcement ribs, cannot be caught by the kingpin when coupling and uncoupling the trailer.
  • the towing vehicle and the semi-trailer are coupled, it is desirable to know the angular position of the trailer relative to the towing vehicle as precisely as possible and to communicate this to a control device on the towing vehicle and/or the semi-trailer.
  • This information is relevant, for example, for steerable axles on the trailer or for optimizing driver assistance systems, both when reversing and moving forward.
  • a disadvantage of this arrangement is that the measurement result may depend not only on the bending angle, but also on a misalignment between the sensor and the magnet after coupling and on a play between the kingpin and the fifth wheel plate in the coupled state and these two influencing factors therefore result in the output of incorrect angle values.
  • the object of the invention is therefore to provide a kingpin arrangement that creates the prerequisite for simple and precise determination of the articulation angle.
  • the object is achieved by a kingpin arrangement according to claim 1.
  • the kingpin arrangement has an angle measuring device at least partially recessed into the kingpin with a shaft mounted so as to be rotatable about the axis of rotation and a driver which is connected so as to be rotatable about the axis of rotation (A) and is connected to the shaft in a rotationally fixed manner.
  • an angle measuring device is understood to be a unit integrated in a housing consisting of an angle encoder and an angle sensor that is coordinated with it and can be rotated about the axis of rotation relative to the angle encoder, whereby the shaft is connected in a rotationally fixed manner to the angle encoder or the angle sensor and is rotatably mounted in the housing for the purpose of transmitting a rotational movement.
  • the counterpart of the unit i.e. the angle sensor or the angle encoder, is in turn connected in a rotationally fixed manner to the housing, so that either the shaft can rotate together with the angle encoder relative to the angle sensor and the housing or, conversely, the shaft can rotate together with the angle encoder.
  • angle sensor can rotate relative to the angle encoder and the housing.
  • the driver drives the angle encoder or the angle sensor via the shaft and the counterpart is held non-rotatably connected to the kingpin via the housing.
  • This solution according to the invention differs from all known solutions in that both the angle sensor and the angle encoder are assigned to the kingpin arrangement and thus to the semi-trailer.
  • the relative position of the angle sensor and angle encoder is therefore always the same, apart from the articulation angle to be recorded, regardless of the condition of the fifth wheel coupling plate and its spatial position relative to the kingpin after the towing vehicle has been coupled to the semi-trailer.
  • the solution according to the invention also has the very significant advantage that it can be retrofitted very easily, since modification is only required on the semi-trailer.
  • a driver is understood here as a means which, on the one hand, is connected to the shaft of the angle measuring device in a rotationally fixed manner and, on the other hand, is designed to be supported directly or indirectly on a component of the towing vehicle, such as the fifth wheel coupling plate, its bearing blocks, its support frame or a connection unit (plug socket) or its holder, and thereby to transmit a relative rotation of this component about the axis of rotation to the shaft.
  • the driver is designed, for example, to interact with the fifth wheel coupling plate in the coupled state in such a way that the relative rotation between the kingpin and the fifth wheel coupling plate is transmitted to the shaft with as little play as possible. For example, an indirect or direct positive contact between the driver and the fifth wheel coupling plate or an element fixed to it comes into consideration.
  • the driver particularly preferably comprises a centering element which is designed to center the driver with respect to the entry opening of a fifth wheel coupling plate of a towing vehicle.
  • the centering element serves to support itself on the fifth wheel coupling plate and thereby transmit a relative rotation of the same about the axis of rotation of the kingpin to the shaft.
  • the shaft is led out on an underside of the kingpin facing away from the kingpin flange and is connected to the driver.
  • the shaft is referred to as "protruding” if it protrudes from the housing of the angle measuring device and/or the kingpin on the underside in such a way that radial access to the shaft is possible, for example in order to connect the driver radially to the shaft.
  • the kingpin on the underside projects downwards in the axial direction over the driver and the shaft with at least one projection.
  • the projection serves to protect the shaft and the driver, in particular when the kingpin is inserted and removed into the entry opening of the fifth wheel coupling plate, against a collision with components of the towing vehicle, in particular the fifth wheel coupling plate, its bearing blocks or substructure.
  • the angle measuring device is advantageously a non-contact measuring angle measuring device.
  • This preferably has a non-contact measuring angle sensor, in particular a magnetic field or Hall sensor, a capacitive sensor or an optical sensor.
  • Contactless sensors have a number of advantages, in particular they are not susceptible to wear, have virtually no slippage and you receive an immediate electronic signal that can be made available for further processing.
  • the angle sensor can accordingly advantageously be designed to generate a magnetization pattern, in particular it can comprise one or more magnets or magnetic sections or magnetic coatings, an optically detectable marking pattern, in particular a paint application or a discoloration.
  • the angle sensor preferably comprises or generates a pattern that varies in the circumferential direction and/or radial direction.
  • an evaluation electronics is able to assign the sensor signal to an angular position even when there is no relative movement between the angle sensor and the angle encoder, i.e. when the kingpin is not rotating relative to the fifth wheel coupling plate.
  • the pattern defines a middle position.
  • the angle measuring device comprises a magnetic angle sensor and an angle encoder generating a magnetization pattern.
  • a potentiometric angle measuring device can also be provided.
  • the kingpin arrangement has a weld-in plate which is connected or connectable to the semi-trailer and which is adapted for connection to the kingpin flange.
  • the weld-in plate is a well-known, plate-shaped attachment that is usually welded to the trailer plate of the semi-trailer and has a mounting surface that fits the kingpin flange with mounting holes for attaching the kingpin.
  • the weld-in plate allows the kingpin to be removed and replaced without causing any damage.
  • the angle measuring device is preferably countersunk into the kingpin on the upper side associated with the kingpin flange and the shaft is rotatably mounted or received in a bore axially penetrating the kingpin.
  • This design has the advantage that the angle measuring device is housed between the kingpin and the weld-in plate and is therefore very well protected against mechanical damage. Damage to the device when coupling is almost impossible. Furthermore, the shaft is guided over a greater length in the kingpin, so that any radial loads are not or only slightly transferred to the bearing of the shaft in the angle measuring device.
  • the angle measuring device is recessed into the kingpin on the upper side so far that the angle measuring device is at a distance d > 1 mm, preferably > 2 mm, from the bottom of the welding plate when the kingpin is connected to the welding plate, and very particularly preferred that the angle measuring device is recessed into the kingpin flush with the upper side.
  • the angle measuring device is preferably recessed into the kingpin on the underside facing away from the kingpin flange. This design has the advantage that the hole axially penetrating the kingpin is no longer necessary. Furthermore, the angle measuring device on this side is easily accessible from the outside, so that the kingpin does not have to be removed first for replacement or repair. Finally, the cable routing to the angle measuring device is also simplified.
  • the kingpin arrangement has a pivot bearing arranged around the axis of rotation, which has a bearing ring or a fixed bearing ring segment that is fixed relative to the kingpin and a bearing ring or a rotatable bearing ring segment that is rotatable relative thereto, wherein the driver is indirectly or directly fixed in a rotationally fixed manner to the rotatable bearing ring or rotatable bearing ring segment.
  • Such a rotary bearing is already known, for example, from the documents DE 202022 106659 U, EP 3 891 051 A1, EP 1 918 179 A1 and DE102004 024 333 A1 mentioned at the beginning.
  • the invention provides for using this rotary bearing to guide the driver, which is otherwise only connected to the shaft of the angle measuring device, and thus to relieve the bearing of the shaft in the housing of the angle measuring device when radial loads occur and to ensure a defined rotary movement of the angle sensor and angle encoder relative to one another.
  • the rotary bearing is preferably arranged at a radial distance from the kingpin.
  • the driver is accordingly preferably supported at a radial distance from the shaft and particularly preferably at its free end on the rotatable bearing ring or the rotatable bearing ring segment.
  • bearing ring segments are generally sufficient to guarantee the degree of freedom of the rotary movement and to determine the position in all other dimensions, especially since the fifth wheel coupling only allows a rotary movement over a maximum pitch circle of approx. 260°.
  • Completely ring-shaped fixed and rotating bearing rings have the advantage of greater rigidity, which in turn ensures a more precise position definition, especially when tilting moments occur, and are therefore generally preferred.
  • the kingpin arrangement further comprises a support frame fixed to the rotatable bearing ring or rotatable bearing ring segment, wherein the driver is fixed to the support frame and thus indirectly to the rotatable bearing ring or rotatable bearing ring segment.
  • the support frame is preferably further configured to accommodate a connecting means for connection to a corresponding connecting unit of a towing vehicle, in particular an electrical and/or electromagnetic and/or pneumatic and/or hydraulic connecting means.
  • the electrical and/or electromagnetic and/or pneumatic and/or hydraulic connecting means is part of a plug-in coupling system for connecting lines between the towing vehicle and the trailer, as described, for example, in DE10 2004 024 333 A1.
  • Plug-in coupling systems are known in different designs.
  • the plug-in coupling system contains at least a plug and a plug socket and usually also other components that serve to automatically connect and disconnect the plug and plug socket when coupling or uncoupling the semi-trailer and the towing vehicle.
  • the term "connecting means" therefore includes at least one plug or one plug socket.
  • the current-carrying end of the plug-in coupling system is usually designed as a plug socket on the towing vehicle, while the corresponding plug is arranged on the semi-trailer.
  • the plug socket on the fifth wheel coupling is fixed below the entry opening and is therefore located in a protected area in which it cannot collide with the kingpin when entering.
  • the connecting element, usually the plug is usually arranged on the underside of the support frame or within the support frame in a cavity.
  • the plug can be arranged on a base plate on the support frame, which is spring-mounted in the vertical direction relative to the support frame.
  • the spring-loaded base plate or the plug is guided under pressure to an insertion aid in the area of the entry opening, whereby positioning also takes place automatically in the vertical direction and thus any necessary height compensation is ensured.
  • the support frame preferably has, when viewed in projection onto a horizontal plane, a wedge-shaped or V-shaped configuration which is at least partially designed to complement the wedge-shaped entry opening of the fifth wheel coupling plate.
  • the support frame is aligned in a defined manner with respect to the fifth wheel coupling when it is retracted, which on the one hand enables the secure connection of the plug and socket and on the other hand enables the carrier fixed to the support frame to be centered in relation to the entry opening in the fifth wheel coupling plate is ensured.
  • the support frame forms the centering element which centers the carrier in relation to the entry opening of a fifth wheel coupling plate of a towing vehicle.
  • the support frame preferably has a support element that is axially spaced from the rotatable bearing ring or the rotatable bearing ring segment and directly adjacent to the kingpin.
  • the rotating bearing ring or the rotating bearing ring segment together with the fixed bearing ring or the fixed bearing ring segment form an axial-radial pivot bearing, i.e. an upper suspension for the support frame with only one degree of rotational freedom for the same.
  • the position of the support frame is determined by the pivot bearing radially and axially relative to the kingpin and thus to the trailer plate.
  • the support frame can tilt downwards, particularly when wear occurs. This can only be partially counteracted by stiffening the bearing structure and the support frame, especially since care should be taken to ensure that these components are as light as possible.
  • the support element is therefore provided, which counteracts the tilt by forming a lower support for the support frame on the kingpin at an axial distance from the plane of the pivot bearing - this is defined by the plane of the sliding surfaces of the bearing rings/bearing ring segments resting on one another.
  • the support element rests on the kingpin and particularly preferably on the upper or lower collar of the kingpin and transfers any tilting moments that occur to the kingpin. This defines the vertical position of the support frame and the plug relative to the kingpin and the trailer plate and ensures that the coupling process can be carried out safely in the manner described above by vertical and horizontal guidance.
  • the support element is preferably adjustable in length in the radial direction relative to the axis of rotation.
  • the support element which is length-adjustable in the radial direction, provides an adjustment option for the inclination of the support frame. This enables fine adjustment of the vertical position of the plug relative to the plug socket, which can compensate for manufacturing tolerances, wear and tear, etc., so that coupling can be carried out safely in the usual way.
  • the support element preferably has a sliding surface in contact with the kingpin. Because the support element is a separate component, it can be easily optimized with regard to its function as a sliding element.
  • the sliding surface being formed by a surface of a friction-reduced material.
  • the sliding element can be made predominantly from the friction-reduced material, in which case one would speak of a solid material, or have a coating made of such a material.
  • a friction-reduced material refers to a material which contains tribologically effective fillers, so-called dry lubricants such as preferably graphite, PTFE, M0S2, h-BN, lead, tin or the like, and therefore has a low coefficient of friction in interaction with the kingpin compared to the aluminum or steel material without fillers usually used for the support frame.
  • matrix materials for such solid materials or coatings include plastic, bronze or aluminum.
  • the support element therefore also preferably has a plastic matrix at least along the sliding surface, in particular made of thermoplastic plastic, in particular made of polyethylene (PE), polyamide (PA), polypropylene (PP), polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), polyoxymethylene (POM), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS).
  • thermoplastic plastic in particular made of polyethylene (PE), polyamide (PA), polypropylene (PP), polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), polyoxymethylene (POM), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS).
  • the kingpin preferably has a cylindrical surface with radius r arranged coaxially around the axis of rotation, or at least a segment thereof, against which the support element rests.
  • a cylindrical surface with radius r arranged coaxially around the axis of rotation, or at least a segment thereof, against which the support element rests.
  • one cylinder segment is sufficient, but the kingpin generally has one or, due to its obligatory constriction, several circular cross-sections over its entire axial extent and in this sense has at least one cylindrical surface on which the support element can rest. Since the obligatory constriction is provided for locking with the fifth wheel coupling, the kingpin can optionally rest either above this, on the so-called upper collar, or below it, on the so-called lower collar.
  • the sliding surface is preferably geometrically designed such that the support element is centered relative to the kingpin in a direction perpendicular to the axis of rotation. This is advantageously achieved either by the sliding surface forming a V-shaped contour in a plane perpendicular to the axis of rotation, or by the sliding surface being designed as a concavely curved surface with a radius r', wherein the radius r' is between r - 5 mm and r + 5 mm, further preferably between r - 1 mm and r + 5 mm and particularly preferably between r and r + 5 mm. In both cases, the position of the sliding surface is defined in the tangential direction relative to the axis of rotation or the cylindrical surface of the kingpin.
  • the support element is preferably connected to the support frame by means of a connecting element that is adjustable in length in the radial direction relative to the axis of rotation.
  • the connecting element ensures that it can be adjusted in the radial direction.
  • the support element is preferably connected to the support frame by means of a threaded rod (as a connecting element) that extends in the radial direction relative to the axis of rotation.
  • a threaded rod as a connecting element
  • alternative embodiments provide for pins or rods in connection with clamping pieces or clamping screws, strips with elongated holes and connecting screws, a toggle lever arrangement or toothed or interlocked elements such as a rack and corresponding counterparts that engage in the toothing.
  • the support frame preferably has a cross brace on which the length-adjustable connecting element and/or the threaded rod is supported.
  • the cross brace extends in a plane perpendicular to the axis of rotation and essentially tangentially at a sufficient distance from the kingpin to enable the length of the support element to be adjusted.
  • the fixed bearing ring or the fixed bearing ring segment is preferably attached directly to the kingpin flange. This makes it easy to replace or retrofit the kingpin arrangement without having to make structural changes to the semi-trailer itself. For example, an old kingpin can be unscrewed from the trailer plate and a new kingpin with the same hole pattern can be mounted in its place in the kingpin flange, including the pivot bearing and support frame.
  • the fixed bearing ring or the fixed bearing ring segment is preferably arranged radially inward in relation to the axis of rotation and the rotating bearing ring or the rotating bearing ring segment is arranged radially outward. This also contributes to the kingpin arrangement being easy to replace or retrofit while at the same time ensuring optimal rotational guidance, as will be explained below using the drawings.
  • a spacer is arranged on the support frame, which spacer projects upwards from the support frame in the direction of the axis of rotation and is designed to support the support frame directly or indirectly on the semi-trailer.
  • the length-adjustable support element is preferably adjusted so that the support frame with the spacer rests against the trailer plate, which reduces the tendency of the support frame to vibrate and the position of the free end of the support frame, on which the connecting means is arranged, is determined even more precisely.
  • the support element is advantageously aligned with the lowest point of the area of the trailer plate that the support frame can cover when rotating.
  • the rotatable bearing ring or the rotatable bearing ring segment advantageously has a cylinder wall segment extending in the direction of the axis of rotation, to which the support frame is fixed.
  • the cylinder wall segment forms the vertical connection from the plane of the axial rotary bearing to the support frame and is also suitable for forming the cross strut for supporting the length-adjustable connecting element and/or the threaded rod.
  • the cylinder wall segment preferably has a width in the tangential direction of ⁇ (2.1 x r) and is thus involved in guiding the connecting means during coupling as the radially innermost part of the V-shaped support element.
  • the support element is designed to be elastically deformable at least in the radial direction relative to the axis of rotation and/or has a spring element acting in this direction, so that the support element rests on the kingpin with an adjustable preload.
  • the spring element can be, for example, a spiral compression spring, a disc spring package or an elastically deformable plastic body. This design in conjunction with the length adjustment of the support element allows a targeted preload to be set, which always ensures that the support element rests on the kingpin and the support frame rests on the trailer plate with constant contact pressure. This reduces any tension in the support frame and at the same time allows vibrations in the support frame to be dampened even better.
  • Figure 1 is a partially sectioned side view of a first embodiment of the kingpin arrangement
  • Figure 2 is a sectional view of a third embodiment of the kingpin arrangement
  • Figure 3 is a sectional view of a second embodiment of the kingpin arrangement
  • Figure 4 the kingpin arrangement from below with support frame
  • Figure 5 shows the kingpin arrangement in an exploded view.
  • Figure 1 shows a kingpin arrangement 1 for a semi-trailer of a truck with a kingpin 2 defining a rotation axis A.
  • the kingpin 2 has a kingpin flange 3 for connecting the kingpin 2 to a weld-in plate 4.
  • the kingpin flange rests with its generally face-turned mounting surface 5 on a likewise face-turned mounting surface 6 of the weld-in plate 4 and is fixed thereto by means of a plurality of screws 7 arranged in a circle around the rotation axis A.
  • the welding plate 4 is in turn welded to a trailer plate 9 of the semi-trailer (not shown).
  • the welded connection is symbolized by two circumferential weld seams 10 and 11.
  • the first circumferential weld seam 10 can be seen along the maximum circumference of the welding plate 4 and the second circumferential weld seam 11 along the inner circumferential surface of a through hole 12 in the trailer plate 9, through which the kingpin 2 projects downwards into the free space under the trailer plate 9.
  • the kingpin 2 has an annular bead 14 around the axis of rotation A on its upper side 13 facing the flange 3. This is an artifact of the kingpin, which is usually forged.
  • the bead 14 forms the highest elevation of the upper side 13 of the kingpin 2 in the installation position shown.
  • the kingpin arrangement 1 has an angle measuring device 15 that is at least partially sunk into the kingpin 2 from above. More precisely, the angle measuring device 15 is flush with the top 13 of the kingpin 2, i.e. the bead 14, and is at a distance d from the bottom 16 of the welding plate 4 facing the kingpin 2. This provides the angle measuring device 15 with mechanical protection before and during the assembly of the kingpin on the welding plate 4. It is also ensured that the angle measuring device 15 fits completely in the installation space between the kingpin 2 and the welding plate 4 and that no complex modification to the welding plate 4, which is firmly connected to the semi-trailer, is necessary.
  • the angle measuring device 15 has a shaft 17 that is mounted so that it can rotate about the axis of rotation A and a driver 18 that is connected to the shaft 17 and can pivot about the axis of rotation A.
  • the shaft 17 is mounted or accommodated so that it can rotate in a bore that axially penetrates the kingpin 2.
  • the shaft 17 is guided out of the kingpin 2 on an underside 19 facing away from the kingpin flange 3 and is connected there to the driver 18 in a rotationally fixed manner.
  • the driver 18 runs in the radial direction away from the shaft 17 and connects it directly or indirectly to a component of the towing vehicle in a manner not shown in detail here.
  • the shaft 17 and the driver 18 are designed as hollow profiles in which a signal line 20 from the angle measuring device 15 is guided to the outside in a protected manner.
  • the kingpin protrudes on the underside 19 with a projection 21 in the axial direction downwards over the driver 18 and the shaft 17 and in this way serves to protect the shaft 17 and the driver 18 against a collision with components of the towing vehicle when driving into or out of the entry opening.
  • the projection 21 is arranged on the front of the kingpin 2 in relation to the direction of travel 22 and spans a circular segment in the circumferential direction over an angle of approximately 100°.
  • the kingpin is offset upwards over an angle of approximately 260° in order to release a correspondingly large swivel range for the driver, which generally corresponds to the maximum articulation angle of the trailer relative to the towing vehicle on both sides.
  • the kingpin comprises, in a manner known per se, an upper collar 22, a constriction 23 and a lower collar 24 when viewed from top to bottom.
  • the constriction 23 is the section on which the locking mechanism of the fifth wheel coupling engages.
  • the upper collar 22, the constriction 23 and the lower collar 24 all have a circular cylindrical basic shape.
  • Figure 2 shows a kingpin arrangement 1' which is largely identical in construction, the elements of which differ from those of the example according to Figure 1 only in the following features.
  • the angle measuring device 15 is also recessed into the kingpin 2 on the top side 13 so far that the angle measuring device 15 is at a distance d > 1 mm, preferably > 2 mm, from the bottom 16 of the welding plate 4, but here it is not flush with the top side 13, but protrudes slightly above it. If the installation space between the kingpin flange 3 and the bottom 16 of the welding plate 7 allows it, a shallower recess in the kingpin is sufficient, which weakens the kingpin less.
  • the shaft 17 is also designed as a hollow profile, but the driver 18 is not. Therefore, the signal cable 20 is only protected inside the shaft and leads out of the kingpin, but from there it runs along the outside of the driver 18.
  • a solid driver has the advantage of greater strength, in particular greater bending stiffness, and can therefore transmit the same bending force with a smaller cross-section, which takes into account the limited installation space at this point.
  • the kingpin arrangement 1' has a pivot bearing 25 arranged about the axis of rotation A and a support frame 26 connected to the pivot bearing 25 and pivotable about the axis of rotation A.
  • the support frame 26 is shown again in its entirety in the bottom view in Figure 4 and the structure of the pivot bearing 25 is shown in detail in Figure 5.
  • the support frame 26 has a mounting base with a cylinder wall segment 27 and two fork-shaped holding arms 28 that protrude essentially radially from the cylinder wall segment 27.
  • the support frame 26 On the top, the support frame 26 has a protective cover 29. Under the protective cover 29, inside the support frame 26 at its free end 30 and indirectly attached to it via a base plate, there is a connecting means, usually in the form of a plug (not shown).
  • the support frame 26 is designed in sections as a V-shaped frame construction, the sides of which are adapted to the angle of the corresponding entry opening.
  • the weld-in plate 4 has a recess upwards towards the base 16, in which the kingpin flange 3 and parts of the pivot bearing 25 are accommodated.
  • the depth of the recess plus the thickness of the trailer plate 9 are dimensioned such that the pivot bearing 25, with the exception of the molded cylinder wall segment 27 of the support frame 26, does not protrude beyond the underside of the trailer plate 9.
  • the pivot bearing 25 comprises a bearing ring 31 that is fixed relative to the kingpin 2 and a bearing ring 32 that can rotate relative thereto.
  • the fixed bearing ring 31 is attached directly to the kingpin flange 3 by means of screws 33.
  • the rotating bearing ring 32 forms an axial-radial rotary bearing together with the stationary bearing ring 31.
  • the bearing is achieved by the axial sliding surfaces of the bearing rings 31 and 32 resting on one another.
  • the sliding surfaces define the “rotation plane”.
  • the bearing rings rest against one another along circular cylindrical surfaces and limit thus the degree of freedom of movement of the support frame 26 to a pure rotational movement.
  • the rotatable bearing ring 32 has a circumferentially offset stiffening edge 34.
  • the support frame 26 is fixed to the rotating bearing ring 31. In the embodiment shown, it is integrally formed thereon with its cylinder wall segment 27.
  • the cylinder wall segment 27 thus forms the vertical connection from the plane of rotation to the support frame 4, see Figures 2 and 3.
  • the position of the support frame 26 is thus determined radially and axially relative to the kingpin 2 and trailer plate 9 by the pivot bearing 25.
  • the kingpin arrangement 1 has a support element 35.
  • This is connected to the support frame 26 by means of a connecting element 36 whose length is adjustable in the radial direction R relative to the axis of rotation A. It is arranged at an axial distance below the plane of rotation and is supported there directly on a circumferential or cylindrical surface 37 of the upper collar 22 of the kingpin 2 arranged coaxially around the axis of rotation A. While the constriction 23 must remain completely free for locking with the fifth wheel coupling, in an alternative embodiment the support element 35 can also be supported on the lower collar 24, which results in an overall larger lever and thus a firmer support.
  • the connecting element 36 is designed as a threaded rod which is screwed into the cylinder wall segment 27 on the radially outer side and is supported on it in this way. Alternatively, it can also be fixed to it, for example by a material-locking or force-locking connection.
  • the threaded rod is screwed into a Meta II block of the support element 35 and locked with a nut. As part of the support element 35, the threaded rod ensures its adjustability in the radial direction R.
  • the support frame 26 is raised at its free end 30, on which the connecting means or plug (not shown) is located, and conversely lowered by screwing it in.
  • the support frame 26 can thus be precisely adapted, for example, to the degree of wear of the kingpin, structural tolerances of the support frame, plug or trailer plate, so that the plug can be brought vertically exactly into its desired position.
  • the support element 35 also has a sliding surface 38 which is in direct contact with the cylindrical surface of the kingpin 2 and which is formed on a plastic block which in turn is glued to the metal block of the support element 35 or is otherwise attached to it.
  • the plastic block has a plastic matrix in which tribologically effective filler particles are dispersed. may be present in order to reduce the coefficient of friction in interaction with the surface of the kingpin 2.
  • the sliding surface 38 is designed as a concavely curved surface with a radius r, whereby the support element 35 is aligned relative to the kingpin 2 in a tangential direction with respect to the axis of rotation A or the cylinder surface 37 of the kingpin 2.
  • the driver 18 is fixed to the support frame 26 and more precisely to the cylinder wall segment 27. Since the cylinder wall segment 27 is formed in one piece on the rotating bearing ring 25, the driver 18 is thus also fixed directly to the rotating bearing ring 25. The driver 18 is thus held at its end facing away from the shaft 17 and guided on a precise circular path around the axis of rotation A. This supports the radial bearing of the shaft 17 in the angle measuring device 15 and in the bore of the kingpin 2.
  • the angle measurement signal of the angle measuring device 15 is guided via the signal line 20 from the end of the driver 18 in a radial direction to the plug (not shown) and can be transferred via this to a coupled towing vehicle.
  • the signal line 20 can also or additionally lead directly to a processor within the semi-trailer, which processes the signal, for example for the purpose of controlling steerable axles or driver assistance systems.
  • the kingpin arrangement 1" of the embodiment according to Figure 3 has essentially the same structural design as that of the embodiment according to Figure 2.
  • the differences lie in the positioning of the angle measuring device 15, which is sunk into the kingpin 2 on the underside 19 facing away from the kingpin flange.
  • the driver 18 is also connected to the shaft 17 and runs in the same way as in the embodiment of Figure 2 up to its end fixed to the cylinder wall segment 27.
  • the guidance of the driver 18 at its end facing away from the shaft 17 is even more important because the comparatively short shaft 17 is only mounted or supported in the angle measuring device 15 and no longer additionally in a bore in the kingpin 2.
  • the signal line 20 runs completely outside the shaft 17 and along the driver 18. list of reference symbols

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Königszapfenanordnung (1) für einen Sattelauflieger eines Lastzuges, umfassend einen eine Drehachse (A) definierenden Königszapfen (2), wobei der Königszapfen (2) einen Königszapfenflansch (3) zum Verbinden des Königszapfens (2) mittelbar oder unmittelbar an dem Sattelauflieger aufweist. Sie weist ferner eine zumindest teilweise in den Königszapfen (2) eingesenkte Winkelmesseinrichtung (15) mit einer um die Drehachse (A) drehbar gelagerten Welle (17) und einen mit der Welle (17) verbundenen, um die Drehachse (A) schwenkbaren Mitnehmer (18) auf.

Description

Königszapfenanordnung
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Königszapfenanordnung für einen Sattelauflieger eines Lastzuges, umfassend einen eine Drehachse definierenden Königszapfen, wobei der Königszapfen einen Königszapfenflansch zum Verbinden des Königszapfens mittelbar oder unmittelbar an dem Sattelauflieger aufweist.
Eine solche Königszapfenanordnung ist beispielsweise aus den Schriften DE 20 2022 106 659 U, EP 3 891 051 A1 , EP 1 918 179 A1 und DE10 2004 024 333 A1 bekannt.
Das Zugfahrzeug und der Sattelauflieger, auch einfach Auflieger genannt, bilden den Lastzug, der auch als Sattelzug bezeichnet wird. Auf dem Zugfahrzeug ist eine Sattelkupplungsplatte angeordnet, mit der der an der Unterseite des Sattelaufliegers befindliche Königszapfen in Eingriff gebracht und verriegelt wird. Die Sattelkupplungsplatte ist zum Ankuppeln des Aufliegers üblicherweise mit einer in Fahrtrichtung keilförmig zulaufenden Einfahröffnung ausgebildet, wobei die Einfahröffnung einen freien Bauraum mit einer Bauraumtiefe aufweist, die ein störungsfreies Ein- und Ausfahren des Königszapfens in die Sattelkupplungsplatte gewährleistet. Während des Ankuppelns gleitet der Auflieger mit seiner Aufliegerplatte, an der der Königszapfen mittelbar oder unmittelbar ortsfest montiert ist, auf der Oberfläche der Sattelkupplungsplatte, wodurch eine vertikale Positionsbestimmung erfolgt. Eine seitliche Führung wird über den Königszapfen gewährleistet, der während des Ankuppelns in der Einfahröffnung bis zum Erreichen seiner Verriegelungsposition zwangsgeführt ist. Die Einfahröffnung wird nach unten durch die Länge des Königszapfens bestimmt. Unterhalb der Einfahröffnung befindliche Bauteile, wie beispielsweise Verstärkungsrippen können mit anderen Worten beim An- und Abkuppeln des Aufliegers nicht vom Königszapfen erfasst werden.
Begriffe wie „vertikal“, „horizontal“, „oben“ und „unten“ beziehen sich hierin, soweit explizit nichts Abweichendes angegeben ist, auf die Schwerkraftrichtung. Dem entsprechend ist eine „Unterseite“ die, bezogen auf die Schwerkraftrichtung, nach unten gewandte Seite (beispielsweise des Königszapfens) und die Oberseite die bezogen auf die Schwerkraftrichtung nach oben gewandte Seite. Begriffe wie „axial“, „radial“ und „tangential“ beziehen sich hierin, soweit explizit nichts Abweichendes angegeben ist, auf die Drehachse, welche durch den Königszapfen definiert ist.
Sind das Zugfahrzeug und der Sattelauflieger gekuppelt, ist es wünschenswert die Winkelposition des Aufliegers relativ zum Zugfahrzeug so genau wie möglich zu kennen und an eine Steuerungseinrichtung des Zugfahrzeugs und/oder des Sattelaufliegers zu kommunizieren. Diese Information ist beispielsweise bei lenkbaren Achsen des Aufliegers oder zur Optimierung von Fahrassistenzsystemen, sowohl bei der Rückwärts- als auch Vorwärtsfahrt relevant. Es gibt zahlreiche Ansätze den sogenannten Knickwinkel zwischen Zugfahrzeug und Sattelauflieger zu bestimmen. Verwiesen wird beispielhaft auf die Dokumente CN 1 12 298 383 A, EP 3 162 665 A1 , EP 3 210 857 B1 , DE 202012 008 717 U1 , DE 19964 059 A1 , US 5 152 544 A, WO 2020/248 035 A1 , US 2013 /082 453 A1 , US 2015 /084 311 A1 , GB 2 470610 A, DE 10 2018 123 642 A1 . Bei den meisten bekannten System kommen ein Magnet und ein Magnetfeldsensor zum Einsatz. Der Sensor ist dabei meist mittelbar oder unmittelbar an der Sattelkupplungsplatte angebracht und der Magnet am Königszapfen. Ein Nachteil dieser Anordnung ist, dass das Messergebnis nicht allein von dem Knickwinkel, sondern auch von einer Fehlstellung zwischen Sensor und Magnet nach dem Aufsatteln und von einem Spiel zwischen dem Königszapfen und dem Sattelkupplungsplatte im gekuppelten Zustand abhängen kann und diese beiden Einflussgrößen daher die Ausgabe fehlerhafter Winkelwerte zur Folge haben.
Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß eine Königszapfenanordnung bereitzustellen, die die Voraussetzung für eine einfache und genaue Knickwinkelbestimmung schafft. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Königszapfenanordnung gemäß Anspruch 1.
Erfindungsgemäß weist die Königszapfenanordnung eine zumindest teilweise in den Königszapfen eingesenkte Winkelmesseinrichtung mit einer um die Drehachse drehbar gelagerten Welle und einem mit der Welle drehest verbundenen, um die Drehachse (A) schwenkbaren Mitnehmer auf.
Unter Winkelmesseinrichtung wird in Abgrenzung zu einem Winkelsensor mit externem Winkelgeber eine in einem Gehäuse integrierte Einheit aus einem Winkelgeber und einem darauf abgestimmten und relativ zum Winkelgeber um die Drehachse drehbaren Winkelsensor verstanden, wobei die Welle zwecks Übertragung einer Drehbewegung wahlweise mit dem Winkelgeber oder dem Winkelsensor drehfest verbunden und in dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Das Gegenstück der Einheit, also der Winkelsensor oder der Winkelgeber ist wiederum drehfest mit dem Gehäuse verbunden, sodass entweder die Welle zusammen mit dem Winkelgeber relativ zu dem Winkelsensor und dem Gehäuse rotieren kann oder umgekehrt die Welle zusammen mit dem Win- kelsensor relativ zu dem Winkelgeber und dem Gehäuse rotieren kann. Demzufolge treibt der Mitnehmer über die Welle den Winkelgeber oder den Winkelsensor an und das Gegenstück wird über das Gehäuse drehfest mit dem Königszapfen verbunden gehalten.
Diese erfindungsgemäße Lösung unterscheidet sich von allen bekannten Lösungen dadurch, dass auf diese Weise sowohl der Winkelsensor als auch der Winkelgeber der Königszapfenanordnung und damit dem Sattelauflieger zugeordnet sind. Die Relativlage von Winkelsensor und Winkelgeber ist dadurch abgesehen von dem zu erfassenden Knickwinkel stets gleich, unabhängig vom Zustand der Sattelkupplungsplatte und deren räumlicher Lage relativ zum Königszapfen nach dem Kuppeln des Zugfahrzeug mit dem Sattelauflieger. Die erfindungsgemäße Lösung hat ferner den ganz erheblichen Vorteil, dass sie sehr einfach nachgerüstet werden kann, da eine Modifikation allein an dem Sattelauflieger erforderlich ist.
Als Mitnehmer wird hiernach ein Mittel verstanden, welches einerseits mit der Welle der Winkelmesseinrichtung drehfest verbunden und andererseits eingerichtet ist, sich mittelbar oder unmittelbar an einem Bauteil des Zugfahrzeug, wie beispielsweise der Sattelkupplungsplatte, deren Lagerböcke, deren Tragrahmen oder einer Verbindungseinheit (Steckerbuchse) oder deren Halterung abzustützen und dadurch eine Relativdrehung dieses Bauteils um die Drehachse an die Welle zu übertragen. Der Mitnehmer ist beispielsweise eingerichtet, im gekuppelten Zustand so mit der Sattelkupplungsplatte zu interagieren, dass die Relativdrehung zwischen Königszapfen und Sattelkupplungsplatte auf die Welle möglichst spielfrei übertragen wird. Hierzu kommt beispielsweise ein mittelbarer oder unmittelbarer formschlüssiger Kontakt zwischen dem Mitnehmer und der Sattelkupplungsplatte oder einem an dieser fixierten Element in Betracht.
Der Mitnehmer umfasst dazu besonders bevorzugt ein Zentrierelement, welches eingerichtet ist, den Mitnehmer in Bezug auf die Einfahröffnung einer Sattelkupplungsplatte eines Zugfahrzeugs zu zentrieren.
In dieser Ausgestaltung dient das Zentrierelement also dazu, sich an der Sattelkupplungsplatte abzustützen und dadurch eine Relativdrehung derselben um die Drehachse des Königszapfens an die Welle zu übertragen.
Bevorzugt ist die Welle auf einer dem Königszapfenflansch abgewandten Unterseite des Königszapfens herausgeführt und mit dem Mitnehmer verbunden. Als „herausgeführt“ wird die Welle bezeichnet, wenn sie auf der Unterseite aus dem Gehäuse der Winkelmesseinrichtung und/oder dem Königszapfen der Gestalt herausragt, dass ein radialer Zugang zu der Welle möglich ist, um beispielsweise den Mitnehmer radial an die Welle anzuschließen.
Vorzugsweise steht der Königszapfen auf der Unterseite mit wenigstens einem Vorsprung in axialer Richtung nach unten über den Mitnehmer und die Welle über.
Der Vorsprung dient dem Schutz der Welle und des Mitnehmers insbesondere beim Ein- und Ausfahren des Königszapfens in die Einfahröffnung der Sattelkupplungsplatte gegen eine Kollision mit Bauteilen des Zugfahrzeugs, insbesondere der Sattelkupplungsplatte, deren Lagerböcken oder Unterbau.
Die Winkelmesseinrichtung ist vorteilhafter Weise eine berührungslos messende Winkelmesseinrichtung. Diese weist bevorzugt einen berührungslos messenden Winkelsensor auf, insbesondere einen Magnetfeld- oder Hallsensor, einen kapazitiven Sensor oder einen optischen Sensor.
Berührungslose Sensorik hat eine Vielzahl von Vorteilen, insbesondere ist sie nicht verschleißanfällig, kennt quasi keinen Schlupf und man erhält unmittelbar ein elektronisches Signal, das weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden kann.
Der Winkelgeber kann dementsprechend vorteilhafter Weise eingerichtet sein, ein Magnetisierungsmuster zu erzeugen, insbesondere kann er einen oder mehrere Magnete oder magnetische Abschnitte oder magnetische Beschichtungen, ein optisch erfassbares Markierungsmuster, insbesondere einen Farbauftrag oder eine Verfärbung umfassen.
Der Winkelgeber umfasst oder erzeugt dabei vorzugsweise ein in Umfangsrichtung und/oder radialer Richtung variierendes Muster.
Durch die Variation ist eine Auswerteelektronik in der Lage das Signal des Sensors auch dann einer Winkelstellung zuzuordnen, wenn gerade keine Relativbewegung zwischen dem Winkelsensor und dem Winkelgeber stattfindet, also wenn sich der Königszapfen nicht relativ zur Sattelkupplungsplatte dreht.
Besonders bevorzugt definiert das Muster eine Mittelposition.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Winkelmesseinrichtung einen magnetischen Winkelsensor und einen ein Magnetisierungsmuster erzeugenden Winkelgeber. Alternativ zu einer berührungslos messenden Winkelmesseinrichtung kann auch eine potentiomet- risch messende Winkelmesseinrichtung vorgesehen sein.
Besonders bevorzugt weist die Königszapfenanordnung einen mit dem Sattelauflieger verbundenen oder verbindbaren Einschweißteller auf, der zur Verbindung mit dem Königszapfenflansch eingerichtet ist.
Der Einschweißteller ist ein an sich bekanntes, tellerförmiges Anbauteil, welches üblicherweise mit der Aufliegerplatte des Sattelaufliegers verschweißt ist oder wird und eine zum Königszapfenflansch passende Montagefläche mit Montagbohrungen zur Befestigung des Königszapfens aufweist. Der Einschweißteller erlaubt den zerstörungsfreien Ausbau und Austausch des Königszapfen.
Die Winkelmesseinrichtung ist in einer ersten alternativen Ausgestaltung bevorzugt auf der dem Königszapfenflansch zugeordneten Oberseite in den Königszapfen eingesenkt und die Welle ist in einer den Königszapfen axial durchdringenden Bohrung drehbar gelagert oder aufgenommen.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Winkelmesseinrichtung zwischen dem Königszapfen und dem Einschweißteller eingehaust und dadurch mechanischen sehr gut geschützt ist. Beschädigungen deseiben beim Aufsatteln sind nahezu ausgeschlossen. Ferner ist die Welle in dem Königszapfen auf einer größeren Länge geführt, so dass etwaige radial wirkende Lasten nicht oder nur wenig auf die Lagerung der Welle in der Winkelmesseinrichtung übertragen werden.
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Winkelmesseinrichtung auf der Oberseite so weit in den Königszapfen eingesenkt ist, dass die Winkelmesseinrichtung einen Abstand d > 1 mm, bevorzugt > 2mm, zum Boden des Einschweißtellers einnimmt, wenn der Königszapfen mit dem Einschweißtellerverbunden ist, und ganz besonders bevorzugt, dass die Winkelmesseinrichtung bündig mit der Oberseite abschließend in den Königszapfen eingesenkt ist.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Winkelmesseinrichtung vollständig in dem Bauraum zwischen dem Königszapfen und dem Einschweißteller Platz findet und vor und während des Einbaus vor Beschädigungen geschützt ist.
In einer zweiten alternativen Ausgestaltung ist die Winkelmesseinrichtung bevorzugt auf der dem Königszapfenflansch abgewandten Unterseite in den Königszapfen eingesenkt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass auf die den Königszapfen axial durchdringenden Bohrung verzichtet werden kann. Ferner ist die Winkelmesseinrichtung auf dieser Seite von außen leicht zugänglich, so dass der Königszapfen zum Austausch oder Reparatur nicht zuerst abmontiert werden muss. Schließlich ist auch die Kabelführung zur Winkelmesseinrichtung vereinfacht.
Bevorzugt weist die Königszapfenanordnung ein um die Drehachse angeordnetes Drehlager auf, das einen relativ zum Königszapfen feststehenden Lagerring oder ein feststehendes Lagerringsegment und einen relativ hierzu drehbaren Lagerring oder ein drehbares Lagerringsegment aufweist, wobei der Mitnehmer mittelbar oder unmittelbar an dem drehbaren Lagerring bzw. drehbaren Lagerringsegment drehfest fixiert ist.
Ein solches Drehlager ist bereits beispielsweise aus den eingangs genannten Schriften DE 202022 106659 U, EP 3 891 051 A1 , EP 1 918 179 A1 und DE102004 024 333 A1 bekannt. Die Erfindung sieht vor, diese Drehlagerung dazu zu nutzen, den ansonsten nur mit der Welle der Winkelmesseinrichtung verbundenen Mitnehmer zu führen und damit die Lagerung der Welle in dem Gehäuse der Winkelmesseinrichtung bei auftretenden, radial wirkenden Lasten zu entlasten und eine definierte Drehbewegung von Winkelsensor und Winkelgeber relativ zueinander sicherzustellen. Mit „mittelbar oder unmittelbar“ an dem drehbaren Lagerring bzw. drehbaren Lagerringsegment „fixiert“ ist gemeint, dass der Mitnehmer gegebenenfalls auch über weitere Bauteile und abgesehen von üblichen Elastizitäten, ohne Bewegungsfreiheitsgrade mit dem Lagerring bzw. drehbaren Lagerringsegment verbunden ist.
Die Drehlagerung ist vorzugsweise in radialem Abstand zum Königszapfen angeordnet. Der Mitnehmer wird dementsprechend vorzugsweise in radialem Abstand zur Welle und besonders bevorzugt an seinem freien Ende an dem drehbaren Lagerring bzw. dem drehbaren Lagerringsegment abgestützt.
Es sei angemerkt, dass für das Drehlager sowohl feststehende Lagerringe und drehbare Lagerringe mit einem 360°-Umfang als auch nur jeweils „Lagerringsegmente“ oder eine Kombination aus einem Lagerring einerseits und einem „Lageringsegment“ andererseits verwendet werden können. Für die Gewährleistung des Freiheitsgrades der Drehbewegung und die die Positionsfestlegung in alle übrigen Dimensionen genügen grundsätzlich Lagerringsegmente, zumal die Sattelkupplung ohnehin nur eine Drehbewegung über einen Teilkreis von maximal ca. 260° erlaubt. Komplett ringförmige feste und drehbare Lagerringe haben allerdings den Vorteil einer höheren Steifigkeit, die wiederum insbesondere bei auftretenden Kippmomenten eine genauere Positionsdefinition sicherstellen und deshalb regelmäßig zu bevorzugen sind. Bevorzugt weist die Königszapfenanordnung ferner einen an dem drehbaren Lagerring bzw. drehbaren Lagerringsegment fixierten Tragrahmen auf, wobei der Mitnehmer an dem Tragrahmen und damit mittelbar an dem drehbaren Lagerring bzw. drehbaren Lagerringsegment fixiert ist.
Der Tragrahmen ist vorzugsweise weiterhin eingerichtet, ein Verbindungsmittel zur Verbindung mit einer korrespondierenden Verbindungseinheit eines Zugfahrzeugs, insbesondere ein elektrisches und/oder elektromagnetisches und/oder pneumatisches und/oder hydraulisches Verbindungsmittel, aufzunehmen.
Das elektrische und/oder elektromagnetische und/oder pneumatische und/oder hydraulische Verbindungsmittel ist Teil eines Steckkupplungssystems zum Verbinden von Leitungen zwischen dem Zugfahrzeug und dem Auflieger, wie es beispielsweise in der DE10 2004 024 333 A1 beschrieben ist. Steckkupplungssysteme sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Das Steckkupplungssystem enthält zumindest Stecker und Steckerbuchse und in der Regel auch weitere Bauteile, die dem automatisierten Verbinden und Trennen von Stecker und Steckerbuchse beim An- bzw. Abkuppeln des Sattelaufliegers und des Zugfahrzeugs dienen. Der Begriff „Verbindungsmittel“ umfasst in diesem Sinne also zumindest einen Stecker oder eine Steckerbuchse. Aus Sicherheitsgründen wird üblicherweise am Zugfahrzeug das stromführende Ende des Steckkupplungssystems als Steckerbuchse ausgeführt, während am Sattelauflieger der korrespondierende Stecker angeordnet ist. Insbesondere ist die Steckerbuchse an der Sattelkupplung ortsfest unterhalb der Einfahröffnung angeordnet und befindet sich somit in einem geschützten Bereich, in dem sie nicht mit dem Königszapfen beim Einfahren kollidieren kann. Das Verbindungsmittel, in der Regel also der Stecker, ist üblicherweise auf der Unterseite des Tragrahmens oder innerhalb des Tragrahmens in einem Hohlraum angeordnet.
Ferner kann der Stecker bekanntermaßen auf einer Grundplatte an dem Tragrahmen angeordnet sein, welche in vertikaler Richtung federnd gegenüber dem Tragrahmen gelagert ist. Beim Ankuppeln des Aufliegers bis zum endgültigen Herstellen der Verbindung von Stecker und Steckerbuchse wird die federbelastete Grundplatte oder der Stecker unter Andruck an eine Einführhilfe im Bereich der Einfahröffnung geführt, wodurch auch in vertikaler Richtung eine Positionierung automatisch erfolgt und somit etwa erforderlicher Höhenausgleich gewährleistet ist.
Der Tragrahmen weist vorzugsweise, in der Projektion auf eine horizontale Ebene betrachtet, eine keil- oder v-förmige Gestalt auf, die zumindest abschnittsweise komplementär zu der keilförmigen Einfahröffnung der Sattelkupplungsplatte ausgestaltet ist. Hierdurch richtet sich der Tragrahmen beim Einfahren definiert zu der Sattelkupplung aus, wodurch einerseits das sichere Verbinden von Stecker und Steckerbuchse ermöglicht und andererseits durch einen mittelbaren Formschluss eine Zentrierung des an dem Tragrahmen fixierten Mitnehmers in Bezug auf die Einfahröffnung in der Sattelkupplungsplatte sichergestellt ist. Mit anderen Worten bildet der Tragrahmen das Zentrierelement, welches den Mitnehmer in Bezug auf die Einfahröffnung einer Sattelkupplungsplatte eines Zugfahrzeugs zentriert.
Der Tragrahmen weist bevorzugt ein zu dem drehbaren Lagerring bzw. dem drehbaren Lagerringsegment axial beabstandetes und an dem Königszapfen unmittelbar anliegendes Stützelement auf.
Der drehbare Lagerring oder das drehbare Lagerringsegment bildet zusammen mit dem feststehenden Lagerring oder dem feststehenden Lagerringsegment ein axial-radial-Drehlager, also eine obere Aufhängung für den Tragrahmen mit lediglich einem rotatorischen Freiheitsgrad für selbigen. Die Position des Tragrahmens ist durch das Drehlager radial und axial relativ zum Königszapfen und somit zur Aufliegerplatte bestimmt. Jedoch kann sich der Tragrahmen aufgrund seiner radialen Baulänge und eines ungünstigen Hebels an seinem freien, steckerseitigen Ende insbesondere bei auftretendem Verschleiß nach unten neigen. Dem kann nur in Teilen durch eine Versteifung der Lagerkonstruktion und des Tragrahmens entgegengewirkt werden, zumal auf eine möglichst leichte Bauweise dieser Komponenten geachtet werden sollte. Deshalb ist das Stützelement vorgesehen, das der Neigung entgegenwirkt, indem es axial beabstandet zu der Ebene des Drehlagers - diese ist definiert durch die Ebene der aufeinander aufliegenden Gleitflächen der Lager- ringe/Lagerringsegmente - eine untere Abstützung für den Tragrahmen am Königszapfen bildet. Das Stützelement liegt am Königszapfen und besonders bevorzugt an dem oberen oder dem unteren Bund des Königszapfens an und leitet auftretende Kippmomente in den Königszapfen ein. Hierdurch ist die vertikale Lage des Tragrahmens und des Steckers relativ zum Königszapfen und zur Aufliegerplatte definiert und sichergestellt, dass der Prozess des Ankuppelns in der vorstehend beschriebenen Weise durch vertikale und horizontale Führung sicher erfolgen kann.
Weiterhin bevorzugt ist das Stützelement bezogen auf die Drehachse in radialer Richtung längenverstellbar.
Verschleißbedingt und insbesondere im Fall von nachgerüsteten oder ausgetauschten Königszapfenanordnungen können aufgrund von Fertigungstoleranzen Variationen in der Relativanordnung der Verbindungselemente und des Königszapfens zu Tage treten, die das sichere Ankuppeln trotz der zuvor beschriebenen Abstützung gefährden. Über das in radialer Richtung längenverstellbare Stützelement ist eine Einstellmöglichkeit für die Neigung des T ragrahmens bereitstellt. Dies ermöglicht eine Feinjustierung der vertikalen Lage des Steckers relativ zur Steckerbuchse, durch welche beispielsweise Fertigungstoleranzen, Verschleiß oder dergleichen ausgeglichen werden können, sodass das Ankuppeln in gewohnter Weise sicher erfolgen kann. Das Stützelement weist vorzugsweises eine mit dem Königszapfen in Berührung stehende Gleitfläche auf. Dadurch, dass das Stützelement ein separates Bauteil ist, kann es in einfacher Weise im Hinblick auf seine Funktion als Gleitelement optimiert werden. Dies geschieht besonders bevorzugt, indem die Gleitfläche von einer Oberfläche eines reibungsgeminderten Materials gebildet wird. Das Gleitelement kann in diesem Sinne überwiegend aus dem reibungsgeminderten Material gefertigt sein, man würde dann von einem Massivwerkstoff sprechen, oder eine Beschichtung aus einem solchen Material aufweisen. Ein reibungsgemindertes Material bezeichnet ein Material, welches tribologisch wirksame Füllstoffe, sogenannte Trockenschmierstoffe wie beispielsweise bevorzugt Grafit, PTFE, M0S2, h-BN, Blei, Zinn oder dergleichen, enthält und daher in der Wechselwirkung mit dem Königszapfen gegenüber dem üblicherweise für den Tragrahmen zur Anwendung kommenden Aluminium- oder Stahlwerkstoff ohne Füllstoffe eine geringen Reibkoeffizienten aufweist. Als Matrixmaterial für derartige Massivwerkstoffe oder Beschichtungen kommen beispielsweise Kunststoff, Bronze oder Aluminium in Betracht.
Ebenfalls bevorzugt weist das Stützelement daher zumindest entlang der Gleitfläche eine Kunststoffmatrix auf, insbesondere aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere aus Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI), Polyoxymethylen (POM), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS).
Der Königszapfen weist vorzugsweise eine koaxial um die Drehachse angeordnete Zylindermantelfläche mit dem Radius r oder zumindest ein Segment davon auf, an der das Stützelement anliegt. Auch hier wieder sei angemerkt, dass aufgrund des begrenzten Drehwinkels der Sattelkupplung ein Zylindersegment genügt, in der Regel der Königszapfen aber über seine gesamte axiale Erstreckung einen, bzw. aufgrund seiner obligatorischen Einschnürung mehrere, kreisförmige Querschnitte aufweist und in diesem Sinne wenigstens eine Zylindermantelfläche aufweist, an der sich das Stützelement abstützen kann. Da die obligatorische Einschnürung für die Verriegelung mit der Sattelkupplung vorgesehen ist, kann sich der Königszapfen wahlweise entweder oberhalb dieser, an dem sogenannten oberen Bund, oder unterhalb derselben, an dem sogenannten unteren Bund, abstützen.
Die Gleitfläche ist bevorzugt geometrisch der Gestalt ausgebildet, dass sich das Stützelement relativ zu dem Königszapfen in einer Richtung senkrecht zur Drehachse zentriert. Dies ist vorteilhafter Weise entweder dadurch realisiert, dass die Gleitfläche in einer Ebene senkrecht zur Drehachse eine V-förmige Kontur bildet, oder dass die Gleitfläche als konkav gekrümmte Fläche mit einem Radius r‘ ausgebildet ist, wobei der Radius r‘ zwischen r - 5 mm und r + 5 mm, weiterhin bevorzugt zwischen r - 1 mm und r + 5 mm und besonders bevorzugt zwischen r und r + 5 mm beträgt. In beiden Fälle ist die Position der Gleitfläche in tangentialer Richtung bezogen auf die Drehachse bzw. die Zylinderfläche des Königszapfens definiert. Das Stützelement ist vorzugsweise mittels eines bezogen auf die Drehachse in radialer Richtung längenverstellbaren Verbindungselements mit dem Tragrahmen verbunden. Das Verbindungselement sorgt als Teil des Stützelements für dessen Verstellbarkeit in radialer Richtung. Insbesondere bevorzugt ist das Stützelement mittels einer sich bezogen auf die Drehachse in radialer Richtung erstreckenden Gewindestange (als Verbindungelement) mit dem Tragrahmen verbunden. Alternative Ausführungsformen sehen anstelle der Gewindestange Stifte oder Stangen in Verbindung mit Klemmstücken oder Klemmschrauben, Leisten mit Langlöchern und Verbindungsschrauben, eine Kniehebelanordnung oder verzahnte oder verklinkte Elemente wie beispielsweise eine Zahnstange und korrespondierende in die Verzahnung eingreifende Gegenstücke vor.
Der Tragrahmen weist bevorzugt eine Querstrebe auf, an der sich das längenverstellbare Verbindungselement und/oder die Gewindestange abstützt. Die Querstrebe erstreckt sich in einer Ebene senkrecht zur Drehachse und im Wesentlichen tangential in ausreichendem Abstand zum Königszapfen, um eine Längenverstellbarkeit des Stützelements zu ermöglichen.
Der feststehende Lagerring bzw. das feststehende Lagerringsegment ist vorzugsweise unmittelbar an dem Königszapfenflansch befestigt. Hierdurch ist eine einfache Austauschbarkeit oder Nach- rüstbarkeit der Königszapfenanordnung möglich, ohne bauliche Veränderungen an dem Sattelauflieger selbst vornehmen zu müssen. Beispielweise kann ein alter Königszapfen von der Aufliegerplatte abgeschraubt und ein neuer Königszapfen mit gleichem Lochbild im Königszapfenflansch samt Drehlager und Tragrahmen an dessen Stelle montiert werden.
Der feststehende Lagerring bzw. das feststehende Lagerringsegment ist bezogen auf die Drehachse vorzugsweise radial innen liegend und der drehbare Lagering bzw. das drehbare Lagerringsegment radial außen liegend angeordnet. Auch dies trägt zu einer einfachen Austauschbarkeit oder Nachrüstbarkeit der Königszapfenanordnung bei gleichzeitig optimaler Drehführung bei, wie anhand der Zeichnungen nachfolgend erläutert werden wird.
An dem Tragrahmen ist vorzugsweise ein in Richtung der Drehachse von dem Tragrahmen nach oben abstehendes Distanzstück angeordnet, welches eingerichtet ist, den Tragrahmen mittelbar oder unmittelbar an dem Sattelauflieger abzustützen.
Das längenverstellbare Stützelement wird vorzugsweise so eingestellt, dass der Tragrahmen mit dem Distanzstück an der Aufliegerplatte anliegt, wodurch eine Schwingungsneigung des Tragrahmens vermindert wird und die Position des freien Endes des Tragrahmens, an dem das Verbindungsmittel angeordnet ist, nochmals genauer bestimmt ist. Um mechanische Verspannungen bei Rotation des Tragrahmens um den Königzapfen zu vermeiden, wird das Stützelement vorteilhafterweise nach dem tiefsten Punkt des vom Tragrahmen beim Rotieren überstreichbaren Bereiches der Aufliegerplatte ausgerichtet.
Der drehbare Lagerring bzw. das drehbare Lagerringsegment weist vorteilhaft ein sich in Richtung der Drehachse erstreckendes Zylinderwandsegment auf, an dem der Tragrahmen fixiert ist. Das Zylinderwandsegment bildet die vertikale Verbindung von der Ebene der axialen Drehlagerung zu dem Tragrahmen und ist zugleich geeignet, die Querstrebe zur Abstützung des längenverstellbaren Verbindungselements und/oder der Gewindestange zu bilden.
Das Zylinderwandsegment weist vorzugweise eine Breite in tangentialer Richtung von < (2,1 x r) auf und ist damit als radial innerster Teil des v-förmigen Tragelements an der Führung des Verbindungsmittels beim Ankuppeln beteiligt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stützelement bezogen auf die Drehachse zumindest in radialer Richtung elastisch verformbar ausgebildet und/oder weist ein in dieser Richtung wirkendes Federelement auf, so dass das Stützelement unter einer einstellbaren Vorspannung an dem Königszapfen anliegt. Das Federelement kann beispielsweise eine Spiraldruckfeder, ein Tellerfederpaket oderein elastisch verformbarer Kunststoffkörper sein. Diese Ausgestaltung in Verbindung mit der Längenverstellung des Stützelements erlaubt es, eine gezielte Vorspannung einzustellen, mit der immer sichergestellt ist, dass das Stützelement an dem Königszapfen und der T ragrahmen an der Aufliegerplatte mit konstantem Anpressdruck anliegt. Hierdurch wird eine etwaige Verspannung des Tragrahmens gemindert und zugleich lassen sich Schwingungen des Tragrahmens noch besser dämpfen.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Königszapfenanordnung;
Figur 2 eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform der Königszapfenanordnung;
Figur 3 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Königszapfenanordnung;
Figur 4 die Königszapfenanordnung von unten mit Tragrahmen und
Figur 5 die Königszapfenanordnung in einer Explosionsdarstellung. Die Figur 1 zeigt eine Königszapfenanordnung 1 für einen Sattelauflieger eines Lastzuges mit einem eine Drehachse A definierenden Königszapfen 2. Der Königszapfen 2 weist einen Königszapfenflansch 3 zum Verbinden des Königszapfens 2 an einem Einschweißteller 4 auf. Der Königszapfenflansch liegt mit seiner in der Regel plangedrehten Montagefläche 5 an einer ebenfalls plangedrehten Montagefläche 6 des Einschweißtellers 4 an und ist mittels einer Mehrzahl kreisförmig um die Drehachse A angeordneter Schrauben 7 daran fixiert.
Der Einschweißteller 4 ist wiederum mit einer Aufliegerplatte 9 des Sattelaufliegers (nicht gezeigt) verschweißt. Die Schweißverbindung ist durch zwei umfängliche Schweißnähte 10 und 11 symbolisiert. Die erste umfängliche Schweißnaht 10 ist entlang des maximalen Umfangs des Einschweißtellers 4 und die zweite umfängliche Schweißnaht 11 entlang der Innenumfangsfläche eines Durchgangsloches 12 in der Aufliegerplatte 9 zu sehen, durch welches der Königszapfen 2 nach unten in den freien Raum unter der Aufliegerplatte 9 ragt.
Der Königszapfen 2 weist auf seiner dem Flansch 3 zugewandten Oberseite 13 einen ringförmigen Wulst 14 um die Drehachse A herum auf. Dieser ist ein Artefakt des in der Regel geschmiedeten Königszapfens. Der Wulst 14 bildet die höchste Erhebung der Oberseite 13 des Königszapfens 2 in der gezeigten Einbaulage.
Die Königszapfenanordnung 1 weist eine Winkelmesseinrichtung 15 auf, die zumindest teilweise von oben in den Königszapfen 2 eingesenkt ist. Genauer schließt die Winkelmesseinrichtung 15 bündig mit der Oberseite 13 des Königszapfens 2 also dem Wulst 14 ab und weist einen Abstand d zu dem dem Königszapfen 2 zugewandten Boden 16 des Einschweißtellers 4 auf. Hierdurch erfährt die Winkelmesseinrichtung 15 vor und während der Montage des Königszapfens an dem Einschweißteller 4 einen mechanischen Schutz. Ferner ist sichergestellt, dass die Winkelmesseinrichtung 15 vollständig in dem Bauraum zwischen dem Königszapfen 2 und dem Einschweißteller 4 Platz findet und keine aufwändige Modifikation an dem mit dem Sattelauflieger fest verbundenen Einschweißteller 4 notwendig ist.
Die Winkelmesseinrichtung 15 weist eine um die Drehachse A drehbar gelagerte Welle 17 und einen mit der Welle 17 verbundenen, um die Drehachse A schwenkbaren Mitnehmer 18 auf. Die Welle 17 ist in einer den Königszapfen 2 axial durchdringenden Bohrung drehbar gelagert oder aufgenommen. Die Welle 17 ist auf einer dem Königszapfenflansch 3 abgewandten Unterseite 19 des Königszapfens 2 aus diesem herausgeführt und mit dem Mitnehmer 18 dort drehfest verbunden. Der Mitnehmer 18 verläuft in radialer Richtung von der Welle 17 weg und verbindet diese auf hier nicht näher dargestellte Weise mittelbar oder unmittelbar mit einem Bauteil des Zugfahrzeug. Die Welle 17 und der Mitnehmer 18 sind in dem hier gezeigten Beispiel als Hohlprofile ausgebildet, in denen eine Signalleitung 20 von der Winkelmesseinrichtung 15 geschützt nach außen geführt wird.
Der Königszapfen steht auf der Unterseite 19 mit einem Vorsprung 21 in axialer Richtung nach unten über den Mitnehmer 18 und die Welle 17 über und dient auf diese Weise dem Schutz der Welle 17 und des Mitnehmers 18 gegen eine Kollision mit Bauteilen des Zugfahrzeugs beim Einfahren in oder Ausfahren aus der Einfahröffnung. Der Vorsprung 21 ist, bezogen auf die Fahrtrichtung 22, auf der Vorderseite des Königszapfens 2 angeordnet und überspannt in Umfangsrichtung ein Kreissegment über einen Winkel von ca. 100°. Über einen Winkel von ca. 260° ist der Königszapfen nach oben abgesetzt, um einen entsprechend großen Schwenkbereich für den Mitnehmer freizugeben, der in der Regel dem maximalen Knickwinkel des Aufliegers relativ zum Zugfahrzeug nach beiden Seiten entspricht.
Der Königszapfen umfasst ansonsten in an sich bekannter Weise von oben nach unten betrachtet einen oberen Bund 22, eine Einschnürung 23 und einen unteren Bund 24. Die Einschnürung 23 ist der Abschnitt an dem die Verriegelung der Sattelkupplung angreift. Der ober Bund 22, die Einschnürung 23 und der untere Bund 24 haben alle eine kreiszylindrische Grundform.
Figur 2 zeigt eine in weiten Teilen baugleiche Königszapfenanordnung 1‘, deren Elemente sich nur in den folgenden Merkmalen von denen des Beispiels gemäß Figur 1 unterscheiden.
Die Winkelmesseinrichtung 15 ist zwar auch in diesem Beispiel auf der Oberseite 13 so weit in den Königszapfen 2 eingesenkt ist, dass die Winkelmesseinrichtung 15 einen Abstand d > 1 mm, bevorzugt > 2mm, zum Boden 16 des Einschweißtellers 4 einnimmt, jedoch schließt sie hier nicht bündig mit der Oberseite 13, sondern steht über diese um ein geringes Maß über. Wenn es der Bauraum zwischen dem Königszapfenflansch 3 und dem Boden 16 des Einschweißtellers 7 erlaubt, genügt eine flachere Einsenkung in den Königszapfen, wodurch der Königszapfen weniger geschwächt wird.
Auch ist in diesem Beispiel zwar die Welle 17 als Hohlprofil ausgebildet, der Mitnehmer 18 hingegen nicht. Deshalb ist das Signalkabel 20 auch nur innerhalb der Welle geschützt aus dem Königszapfen herausgeführt, verläuft ab dort aber entlang der Außenseite des Mitnehmer 18. Ein massiver Mitnehmer hat den Vorteil einer höheren Festigkeit, insbesondere einer höheren Biegesteifigkeit und kann daher die gleiche Biegekraft bei geringerem Querschnitt übertragen, was dem an dieser Stelle knappen Bauraum Rechnung trägt. Ein weiterer Unterschied ist, dass die Königszapfenanordnung 1‘ ein um die Drehachse A angeordnetes Drehlager 25 und einen mit dem Drehlager 25 verbundenen und um die Drehachse A schwenkbaren Tragrahmen 26 aufweist. Der Tragrahmen 26 ist in der Unteransicht vollständig noch einmal in Figur 4 und der Aufbau des Drehlagers 25 detailliert in Figur 5 gezeigt.
Wie in Figur 4 gezeigt ist, weist der Tragrahmen 26 einen Montagesockel mit einem Zylinderwandsegment 27 und zwei gabelförmig im Wesentlichen radial von dem Zylinderwandsegment 27 abstehenden Haltearmen 28 auf. Auf der Oberseite weist der Tragrahmen 26 eine Schutzabdeckung 29 auf. Unter der Schutzabdeckung 29 befindet sich innerhalb des Tragrahmens 26 an dessen freiem Ende 30 und mittelbar über eine Grundplatte an diesem angebracht ein Verbindungsmittel, in der Regel in Form eines Steckers (nicht dargestellt). Der Tragrahmen 26 ist abschnittsweise als V-förmige Rahmenkonstruktion ausgebildet, deren Seiten an den Winkel der hierzu korrespondierenden Einfahröffnung angepasst sind.
Der Einschweißteller 4 weist zum Boden 16 hin eine Vertiefung nach oben auf, in der der Königszapfenflansch 3 und in Teilen das Drehlager 25 aufgenommen wird. Die Tiefe der Vertiefung zuzüglich der Dicke der Aufliegerplatte 9 sind so bemessen, dass das Drehlager 25 mit Ausnahme des angeformten Zylinderwandsegments 27 des Tragrahmens 26 nicht über die Unterseite der Aufliegerplatte 9 übersteht.
Wie in Figur 5 gezeigt ist, umfasst das Drehlager 25 einen relativ zum Königszapfen 2 feststehenden Lagerring 31 und einen relativ hierzu drehbaren Lagerring 32. Der feststehende Lagerring 31 ist unmittelbar an dem Königszapfenflansch 3 mittels Schrauben 33 befestigt. Durch die Verschraubung des Flansches 3 an dem Einschweißteller 7 und durch die Verschraubung des feststehenden Lagerrings 31 an dem Flansch 3 können die Königszapfenanordnung 1 insgesamt oder auch nur Teile des Drehlagers 25 auf einfache Weise ausgetauscht werden. Es sind insbesondere bei einer Nachrüstung keine baulichen Veränderungen an dem Sattelauflieger vorzunehmen, weil die erfindungsgemäße Königszapfenanordnung 1 einfach anstelle einer alten montiert werden kann. Hierfür sorgt nicht nur die identische Schraubverbindung, sondern auch der geringe für das Drehlager 25 samt Tragrahmen 26 benötigte Bauraum. Dazu ist es vorteilhaft, wenn, wie den Figuren 2 und 3 zu sehen, der feststehende Lagerring 31 bezogen auf die Drehachse A radial innen liegend und der drehbare Lagerring 32 radial außen liegend angeordnet sind.
Der drehbare Lagerring 32 bildet zusammen mit dem feststehenden Lagerring 31 ein axial-radial- Drehlager. In axialer Richtung wird die Lagerung durch die aufeinander aufliegenden axialen Gleitflächen der Lagerringe 31 und 32 erzielt. Die Gleitflächen definieren die „Drehebene“. In radialer Richtung liegen die Lageringe entlang kreiszylindrischer Flächen aneinander an und beschränken somit den Freiheitsgrad der Bewegung des Tragrahmens 26 auf eine reine Drehbewegung. Entlang seiner äußeren Umfangsfläche weist der drehbare Lagerring 32 einen umlaufend abgesetzten Versteifungsrand 34 auf.
Der Tragrahmen 26 ist an dem drehbaren Lagerring 31 fixiert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist er mit seinem Zylinderwandsegment 27 einstückig an diesen angeformt. Das Zylinderwandsegment 27 bildet so die vertikale Verbindung von der Drehebene zu dem Tragrahmen 4, vgl. Figuren 2 und 3. Die Position des Tragrahmens 26 ist somit durch das Drehlager 25 radial und axial relativ zum Königszapfen 2 und Aufliegerplatte 9 bestimmt.
Damit der Tragrahmen 26 sich aufgrund seiner radialen Baulänge nicht oder nur möglichst wenig nach unten neigt, weist die Königszapfenanordnung 1 ein Stützelement 35 auf. Dieses ist mit dem Tragrahmen 26 mittels eines bezogen auf die Drehachse A in radialer Richtung R längenverstellbaren Verbindungselements 36 verbunden. Es ist axial beabstandet unterhalb der Drehebene angeordnet und stützt sich dort unmittelbar an einer koaxial um die Drehachse A angeordnete Umfangs- bzw. Zylindermantelfläche 37 des oberen Bundes 22 des Königszapfens 2 ab. Während die Einschnürung 23 für die Verriegelung mit der Sattelkupplung vollumfänglich frei bleiben muss, kann in einer alternativen Ausgestaltung das Stützelement 35 sich auch am unteren Bund 24 abstützen, wodurch ein insgesamt größerer Hebel und damit eine festere Abstützung bewirkt wird.
Das Verbindungselement 36 ist in diesem Beispiel als Gewindestange ausgeführt, die auf der radial äußeren Seite in das Zylinderwandsegment 27 eingeschraubt ist und sich auf diese Weise an diesem abstützt. Alternativ kann es beispielsweise auch durch eine stoffschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung an diesem fixiert werden. Auf der anderen Seite ist die Gewindestange in einen Meta II klotz des Stützelements 35 eingeschraubt und mit einer Mutter gekontert. Die Gewindestange sorgt als Teil des Stützelements 35 für dessen Verstellbarkeit in radialer Richtung R. Wird das Stützelement 35 durch Herausschrauben der Gewindestange beispielsweise in radialer Richtung verlängert, wird der Tragrahmen 26 an seinem freien Ende 30, an dem sich das nicht dargestellte Verbindungsmittel bzw. der Stecker befindet, angehoben und umgekehrt durch Einschrauben abgesenkt. Der Tragrahmen 26 kann so exakt beispielsweise an den Abnutzungsgrad des Königszapfens, bauliche Toleranzen des Tragrahmens, Steckers oder der Aufliegerplatte angepasst werden, so dass sich der Stecker vertikal exakt in seine Sollposition bringen lässt.
Das Stützelement 35 weist ferner eine unmittelbar mit der Zylinderfläche des Königszapfens 2 in Berührung stehende Gleitfläche 38 auf, die an einem Kun st Stoff klotz ausgebildet ist, der wiederum auf den Metallklotz des Stützelements 35 aufgeklebt oder anderweitig an diesem befestigt ist. Der Kunststoff klotz hat eine Kunststoffmatrix, in der tribologisch wirksame Füllstoffpartikel dispergiert vorliegen können um den Reibkoeffizienten im Zusammenwirken mit der Oberfläche des Königszapfens 2 zu mindern.
Die Gleitfläche 38 ist als konkav gekrümmte Fläche mit einem Radius r ausgebildet, wodurch sich das Stützelement 35 relativ zu dem Königszapfen 2 in tangentialer Richtung bezogen auf die Drehachse A bzw. die Zylindermantelfläche 37 des Königszapfens 2 ausrichtet.
In dieser Ausführungsform ist der Mitnehmer 18 an dem Tragrahmen 26 und genauer an dem Zylinderwandsegment 27 fixiert. Da das Zylinderwandsegment 27 andererseits einstückig an dem drehbaren Lagerring 25 angeformt ist, ist der Mitnehmer 18 somit zugleich auch unmittelbar an dem drehbaren Lagerring 25 fixiert. Der Mitnehmer 18 wird auf diese Weise an seinem der Welle 17 abgewandten Ende gehalten und auf einer exakten Kreisbahn um die Drehachse A geführt. Dies unterstützt die Radiallagerung der Welle 17 in der Winkelmesseinrichtung 15 und in der Bohrung des Königszapfens 2.
Das Winkelmesssignal der Winkelmesseinrichtung 15 wird in diesem Beispiel über die Signalleitung 20 vom Ende des Mitnehmers 18 in radialer Richtung zu dem nicht dargestellten Stecker geführt und kann über diesen an eine gekoppeltes Zugfahrzeug übergeben werden. Die Signalleitung 20 kann aber auch oder zusätzlich innerhalb des Sattelaufliegers direkt zu einem Prozessor führen, der das Signal beispielsweise zwecks Steuerung von lenkbaren Achsen oder von Fahrassistenzsystemen verarbeitet.
Die Königszapfenanordnung 1“ des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3 weist in wesentlichen Teilen denselben konstruktiven Aufbau auf wie die des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2. Die Unterschiede liegen in der Positionierung der Winkelmesseinrichtung 15, welche auf der dem Königszapfenflansch abgewandten Unterseite 19 in den Königszapfen 2 eingesenkt ist. In Folge dessen entfällt die axiale Bohrung durch den Königszapfen und die Welle 17 ist bedeutend kürzer. Ansonsten schließt sich auch hier der Mitnehmer 18 an die Welle 17 an und verläuft in der gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 bis zu seinem an dem Zylinderwandsegment 27 fixierten Ende. Bei dieser Anordnung ist die Führung des Mitnehmers 18 an seinem der Welle 17 abgewandten Ende noch etwas wichtiger, weil die vergleichsweise kurze Welle 17 nur in der Winkelmesseinrichtung 15 und nicht mehr zusätzlich in einer Bohrung des Königszapfens 2 gelagert oder abgestützt ist. Die Signalleitung 20 verläuft hier vollständig außerhalb der Welle 17 und entlang des Mitnehmers 18. Bezugszeichenliste
1 , 1‘, 1“ Königszapfenanordnung
2 Königszapfen
3 Königszapfenflansch
4 Einschweißteller
5 Montagefläche des Königszapfenflansches
6 Montagefläche des Einschweißtellers
7 Schraube
9 Aufliegerplatte
10 erste Schweißnaht
11 zweite Schweißnaht
12 Durchgangsloch
13 Oberseite des Königszapfens
14 Wulst
15 Winkelmesseinrichtung
16 Boden des Einschweißtellers
17 Welle
18 Mitnehmer
19 Unterseite des Königszapfens
20 Signalleitung
21 Vorsprung
22 oberer Bund
23 Einschnürung
24 unterer Bund
25 Drehlager
26 Tragrahmen
27 Zylinderwandsegment
28 Haltearm
29 Schutzabdeckung
30 freies Ende (des Tragrahmens)
31 feststehender Lagerring
32 drehbarer Lagerring
33 Schraube
34 Versteifungsrand
35 Stützelement
36 Verbindungselement 37 Zylindermantelfläche
38 Gleitfläche
A Drehachse d Abstand r Radius
R radiale Richtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Königszapfenanordnung (1) für einen Sattelauflieger eines Lastzuges, umfassend einen eine Drehachse (A) definierenden Königszapfen (2), wobei der Königszapfen (2) einen Königszapfenflansch (3) zum Verbinden des Königszapfens (2) mittelbar oder unmittelbar an dem Sattelauflieger aufweist, gekennzeichnet durch eine zumindest teilweise in den Königszapfen (2) eingesenkte Winkelmesseinrichtung (15) mit einer um die Drehachse (A) drehbar gelagerten Welle (17) und durch einen mit der Welle (17) verbundenen, um die Drehachse (A) schwenkbaren Mitnehmer (18).
2. Königszapfenanordnung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (17) auf einer dem Königszapfenflansch (3) abgewandten Unterseite (19) des Königszapfens (2) herausgeführt und mit dem Mitnehmer (18) verbunden ist.
3. Königszapfenanordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Königszapfen (2) auf einer dem Königszapfenflansch (3) abgewandten Unterseite (19) mit wenigstens einem Vorsprung (21) in axialer Richtung (R) nach unten über den Mitnehmer (18) und die Welle (17) übersteht.
4. Königszapfenanordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (18) ein Zentrierelement umfasst, welches eingerichtet ist, den Mitnehmer (18) in Bezug auf die Einfahröffnung einer Sattelkupplungsplatte eines Zugfahrzeugs zu zentrieren.
5. Königszapfenanordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmesseinrichtung (15) einen magnetischen Winkelsensor und einen ein Magnetisierungsmuster erzeugenden Winkelgeber umfasst.
6. Königszapfenanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetisierungsmuster eine Mittelposition definiert.
7. Königszapfenanordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem Sattelauflieger verbundenen oder verbindbaren Einschweißteller (7), der zur Verbindung mit dem Königszapfenflansch (3) eingerichtet ist.
8. Königszapfenanordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmesseinrichtung (15) auf der dem Königszapfenflansch (3) zugeordneten Oberseite (13) in den Königszapfen (2) eingesenkt ist und dass die Welle (17) in einer den Königszapfen (2) axial durchdringenden Bohrung drehbar gelagert oder aufgenommen ist.
9. Königszapfenanordnung (1) nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmesseinrichtung (15) auf der Oberseite (13) so weit in den Königszapfen (2) eingesenkt ist, dass die Winkelmesseinrichtung (15) einen Abstand d > 1 mm zum Boden (16) des Einschweißtellers (7) einnimmt, wenn der Königszapfen (2) mit dem Einschweißteller (7) verbunden ist.
10. Königszapfenanordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmesseinrichtung (15) bündig mit der Oberseite (13) abschließend in den Königszapfen (2) eingesenkt ist.
11. Königszapfenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmesseinrichtung (15) auf der dem Königszapfenflansch (3) abgewandten Unterseite (19) in den Königszapfen (2) eingesenkt ist.
12. Königszapfenanordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein um die Drehachse (A) angeordnetes Drehlager (25), das einen relativ zum Königszapfen (2) feststehenden Lagerring (31) oder ein feststehendes Lagerringsegment und einen relativ hierzu drehbaren Lagerring (32) oder ein drehbares Lagerringsegment aufweist, wobei der Mitnehmer (18) mittelbar oder unmittelbar an dem drehbaren Lagerring (32) bzw. drehbaren Lagerringsegment fixiert ist,
13. Königszapfenanordnung (1) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen an dem drehbaren Lagerring (32) bzw. drehbaren Lagerringsegment fixierten Tragrahmen (26), wobei der Mitnehmer (18) an dem Tragrahmen (26) fixiert ist.
14. Königszapfenanordnung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragrahmen (26) eingerichtet ist, ein Verbindungsmittel zur Verbindung mit einer korrespondierenden Verbindungseinheit eines Zugfahrzeugs, insbesondere ein elektrisches und/oder elektromagnetisches und/oder pneumatisches und/oder hydraulisches Verbindungsmittel, aufzunehmen
15. Königszapfenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragrahmen (26) ein zu dem drehbaren Lagerring (32) bzw. dem drehbaren Lagerringsegment axial beabstandetes und an dem Königszapfen (2) unmittelbar anliegendes Stützelement (35) aufweist.
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