WO2016083054A1 - Verfahren zur zustandserkennung und winkelerfassung bei einer anhängerkupplung sowie anhängerkupplung und sensor für anhängerkupplung - Google Patents

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WO2016083054A1
WO2016083054A1 PCT/EP2015/074927 EP2015074927W WO2016083054A1 WO 2016083054 A1 WO2016083054 A1 WO 2016083054A1 EP 2015074927 W EP2015074927 W EP 2015074927W WO 2016083054 A1 WO2016083054 A1 WO 2016083054A1
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WO
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coupling ball
sensor
coupling
ball
trailer
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/074927
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Klank
Klaus HASKAMP
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
Application filed by Zf Friedrichshafen Ag filed Critical Zf Friedrichshafen Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60D—VEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/01—Traction couplings or hitches characterised by their type
    • B60D1/06—Ball-and-socket hitches, e.g. constructional details, auxiliary devices, their arrangement on the vehicle
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the state of a
  • the coupling ball has at least one sensor for angle detection, which is formed on the coupling ball by at least one film sensor. Furthermore, the invention relates to a trailer hitch for carrying out the method and a sensor for use on a trailer hitch according to the preambles of the further independent claims.
  • a trailer hitch with the possibility of angle detection by means of a sensor is known from DE 10 2013 213 663.3.
  • the invention relates to a method for detecting the state of a
  • the towing vehicle has a trailer hitch for a motor vehicle, which is equipped with a fixed vehicle pull rod having a coupling ball at its free end.
  • the coupling ball receptacle of Trailer is rotatably mounted at hitched trailer on the coupling ball at least about its vertical axis and secured in particular by means of a closure piece on the coupling ball.
  • the coupling ball has at least one sensor for detecting a coupling ball present on the
  • Coupling ball receptacle and / or a closure piece wherein by means of the sensor also an angle between the coupling ball and coupling ball receptacle can be detected.
  • the method is characterized by the following steps, namely:
  • inductively operating sensor is at least a 360 ° Ummazabtastung the coupling ball possible.
  • a in the ball preferably within a ring around the ball extending film sensor can be determined whether a usually made of metal
  • Coupling ball receptacle is mounted on the coupling ball.
  • the film sensor preferably runs in a groove of the coupling ball in a horizontal plane that runs transversely to the vertical axis of the coupling ball.
  • An evaluation device or control unit connected to the sensor on the coupling ball evaluates the signal from the sensor and outputs this z. B. via a vehicle bus, in particular CAN bus, further to a display device, so that the driver the detection of the condition of the trailer hitch (presence of a towing or
  • Coupling ball mount in the display of the vehicle is displayed.
  • Coupling ball receptacle is mounted on the coupling ball.
  • the coupling ball receptacle in particular has a closure piece.
  • a closure piece In conventional coupling recordings prevents the closure piece, that this can come loose from the coupling ball.
  • such a closure piece is available with standard coupling ball mounts. Looking at the
  • Coupling ball receptacle with closure piece lie, in particular two, free spaces, for example in a rearward direction away from the towing vehicle.
  • the location of the clearances may vary, e.g. in coupling ball mounts with anti-rolling friction linings, so-called anti-Schlinger clutches, where appropriate, the closure piece may be additionally equipped with a friction lining.
  • These anti-skid couplings also have free space. The clearances are detected by the sensor without having to make any changes to the coupling ball receptacle.
  • the exact location of the free spaces is evaluated.
  • the usable space is located in the coupling ball receptacle. So the free space is in the immediate vicinity of the coupling ball or its surface.
  • exact location is thus meant the distance from the sensor or the coupling ball surface.
  • Angle detection are determined. Relative to the longitudinal axis of the
  • Coupling ball holder are available for an angle detection free space approximately mirror-symmetrical before.
  • Coupling ball and coupling ball receiving determined. This one stands for the
  • 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, which extends at least perpendicular to the vehicle longitudinal or transverse axis and parallel to the vertical axis of the vehicle.
  • the position of both side edges on the closure piece and / or the free spaces between the closure piece and the coupling ball in particular the position and / or the angle of rotation of the closure piece are absolutely detected.
  • 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.
  • the distance of the sensor in particular film sensor, can be used for the coupling ball receptacle (the more accurate
  • the sensor coils of the film sensor are located on or on the coupling ball at a defined position distributed by known angle ⁇ ,.
  • Vercardwinkel ß be 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
  • Another evaluation option is given with methods known from image processing.
  • image processing advantageously several coils are distributed on a film sensor around the circumference of the sphere.
  • the centers of the coils are advantageously in a sectional plane which is perpendicular to the vertical axis of the coupling ball.
  • 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 are 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.
  • the distance on the y-axis and the known angle ⁇ , on the x-axis can be plotted.
  • Ball coupling recording and thus the position of the free spaces then shifts the signal f, in the direction of the x-axis depending on the position of the
  • Ball coupler pocket 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.
  • an angle A ges is determined.
  • the angle A ges represents the angle between two free spaces, which is used to determine the usable for the angle detection free spaces.
  • the free spaces in a conventional coupling ball receptacle are located in a rear area towards the drawbar of the trailer vehicle or to the trailer vehicle. If the coupling ball receptacle is mounted on the coupling ball and the coupling ball receptacle closed, ie that the existing closure piece also bears against the ball, the closed form
  • Coupling ball receptacle a ball socket.
  • the angle between the free spaces can be determined.
  • Coupling ball and closing piece are determined relatively accurately. Consequently, an angle A ges2 enclosed by the lateral edges of the closure piece is smaller than an angle A ges included by the side edges of the coupling ball receptacle .
  • the side edges of coupling ball receiving arise through the contact point between the coupling ball and on this superimposed
  • Coupling ball recording carried out based on the location of the free spaces and / or distances to the sensor. Depending on the manufacturer or type of coupling ball receiving the clearances may have differences in terms of distances or between the free spaces angle. This is e.g. justified in different sizes Verschlus committeeen. The distances and angles of the free spaces of the
  • Evaluation unit after placing the coupling ball receptacle on the coupling ball possible to reliably detect the coupling ball receptacle and thus a high-precision bending angle detection feasible.
  • the bending angle (a) is determined.
  • the step of determining the usable free space is unnecessary in that the coupling ball receiving is detected and thus the for the
  • Coupling ball recording of acting on the coupling ball pressure determined.
  • the closure piece is tensioned against the coupling ball, in particular by means of a tensioning element.
  • the ball socket thus exerts pressure on the coupling ball outside of the free spaces. Therefore, the position of the free spaces can also be detected by means of the sensors by pressure or force measurement. In particular, there is a clear signal change between the free spaces (low pressure) and the
  • the sensor or sensors are in this case in particular pressure or force sensors.
  • the clamping element forms or comprises z. B. a spring.
  • Clutch ball type a friction lining test performed. Due to the continuous signal evaluation of the free spaces, it is possible to check the friction lining or pads in an anti-skid coupling for wear, and thereby a warning signal z. B. in the scoreboard of the vehicle to the driver, if the friction linings are worn so far that a sufficient function is not granted. For this purpose, in turn, as already mentioned above, certain distance values in the
  • Evaluation unit are stored so that when these values are exceeded wear of the friction linings is assumed. So can the friction linings in one
  • Reibbelagage be provided, which has a cavity or a bore. If the friction lining is worn down to a defined thickness, so may
  • Evaluation unit would detect this additional space occurring, in which case a signal as previously provided can be reported to the driver.
  • the detection of the free spaces can have an additional security aspect.
  • Evaluation unit provided which can store the data and values of free spaces, in particular pressures on the coupling ball, distances from the center and / or from the sensor of the coupling ball and / or angle between spaces and / or such stored data and values with the currently determined data and values
  • the invention further relates to a trailer hitch for carrying out the aforementioned method. It has a pull rod which carries a coupling ball at its free end, wherein the coupling ball has at least one film sensor for detecting the condition of the trailer coupling and for angle detection to determine an angle between the motor vehicle and a trailer, if a coupling ball receiver of the trailer the coupling ball rotatably mounted and in particular by means of a closure piece on the
  • Coupling ball is secured. It is characterized in that the at least one sensor is formed on the coupling ball by at least one film sensor, wherein the film sensor seen from the ball center point preferably has at least two radially successively arranged coils which are connected to an evaluation device.
  • 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 actual
  • the film is a substrate to which a sensor material e.g. a coil of metal is arranged. Suitable metals are e.g. Copper, silver, gold, aluminum or derivatives of alloys of these metals.
  • the carrier material is a plastic carrier, in particular of MI D-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
  • Radially one behind the other here means that the film sensor has at least two coils arranged one behind the other.
  • the film sensor is thus constructed as a multi-layer board or circuit board, the coils are separated from each other and electrically isolated with the same direction of action are arranged directly behind each other.
  • Directly behind each other here means that the coils with their center or coil core are approximately, preferably exactly, one behind the other.
  • Words are the coils approximately, preferably exactly, congruent
  • the coils thus have the same direction of action and it increases their effect.
  • the resulting inductance of the film sensor increases in series connection of the successive coils advantageously from the individual inductances of the successive coils as the sum of the individual inductances. In addition count the coupling inductances between the coils.
  • the forming magnetic field is thus more robust than with a single coil.
  • Another advantage results in the form of a lower electric current for operation of the sensor by the larger inductance. Due to the lower current, the susceptibility to interference with respect to the electromagnetic compatibility (EMC) compared to a sensor with only one coil is significantly reduced.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • 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.
  • Coupling ball preferably detected in a direction perpendicular to the axis of rotation plane detectable.
  • 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.
  • 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.
  • the film sensor detects the twist angle of the
  • Offset compensation is the determination of an existing deviation to understand the deviation z.
  • 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 may, for. B. inductive, capacitive and / or resistive or piezoresistive be performed when the film sensor is designed as such a corresponding sensor.
  • 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 in the electrical voltage applied by an electrical resonant circuit to the coil of the film sensor can be determined via an evaluation unit. About the change in voltage over the circumference of the coupling ball can be the
  • the electrical coils are formed as a planar coil and applied as such on the film.
  • the film sensor is thus designed in the form of a multilayer printed circuit board or conductor foil.
  • 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 or more mutually electrically insulated film parts. So z. B. after vapor deposition of the coil on a first film part, a further film are adhered, which covers the first film. About this then another coil is applied and fixed.
  • Coupling ball is thus formed by at least one film sensor, so that the multilayer coil is arranged protected between the film components.
  • the previously mentioned series connection is made by suitable contacting of the coils.
  • the sensor material is incorporated within one or between two plastic layers. So z. B. after vapor deposition of the coil, a further plastic layer on the previously structured plastic (MID-capable plastic carrier) or the film are sprayed, then in turn a further coil is vapor-deposited. Finally, a final
  • the planar coil can be formed in a preferred manner as an Archimedean spiral. It is a flat spiral, which is vividly spoken z. For example Winding a uniformly thick carpet or paper or foil strip arises.
  • the planar coil can alternatively be rectangular or rectangular
  • Archimedean spiral or as a rejuvenated on at least two longitudinal sides rectangular Archimedean spiral.
  • taper is meant that the running on the longitudinal sides traces to the core or
  • planar coils can be designed as air coils without core or 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 multilayer coils are disposed on the film or substrate.
  • the coils are linear
  • the coils may be arranged at least parallel to the longitudinal axis.
  • the multilayer linearly arranged coils are preferably connected electrically in series or in parallel.
  • the film sensor is arranged on an arc about the axis of rotation.
  • this arc is a circular arc.
  • a plurality of film sensors can be arranged one behind the other at a distance from each other.
  • 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.
  • a plurality of film sensors may be arranged radially spaced from one another concentrically around the coupling ball.
  • the film sensor By means of 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 multilayer coil a distance between the coupling ball portion on which the coils are arranged, and the Assigned coupling ball receptacle.
  • different film sensors or multilayer 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.
  • an annular groove running around the axis of rotation or vertical axis is introduced into the coupling ball, in which the
  • Foil sensor is arranged.
  • the position of the groove in the direction of the vertical axis is not fixed, but preferably extends 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 firmly bonded (eg glued) or form-fitting in the annular groove, in particular encapsulated.
  • a capsule agent is present in which the film sensor or the film sensors are embedded or arranged.
  • Capsule means may be formed of a plastic ring which completely surrounds the film sensor. Suitable plastics are, for example, PBT
  • the film sensor between the surface of the annular groove of the coupling ball and the capsule means may be arranged or is enclosed between these components.
  • plastic ring this can also consist of several parts, which are used during assembly in the groove. The ring parts can be latched together (positive locking) or glued together (adhesion).
  • a simple coupling ball has a spherical, uninterrupted surface. This form is for interacting with the ball socket
  • Coupling ball receptacle particularly advantageous. Twisting about the vertical axis and tilting about other axes, e.g. when road bumps are easily possible without tilting the coupling ball receptacle and the coupling ball. Thus, it is particularly preferable if the capsule agent is so
  • the film sensor is thus particularly suitable for use in the annular groove of a coupling ball, in particular when the film sensor in the ring body
  • 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.
  • the diameter of the coupling ball is preferably 50 mm.
  • the coupling ball may also be part of a ball stud, which forms the tie rod together with a partial neck.
  • the ball stud with the partial neck can be positively connected, in particular by a screw connection, or cohesively, in particular by gluing or welding.
  • the ball can also be two
  • Partial balls may be formed, which are material or positively connected to the ball stud.
  • the ball can alternatively be used as part ball, z.
  • Example be formed about a hemisphere, wherein the other part of the ball is part of the ball stud, which can also be fixed by this fabric closure or positive engagement.
  • the sphere thus formed can be formed by material recess on the part of the ball, the groove for the film sensor.
  • the ball stud may provide grooves, grooves, holes, or holes for cables or sensor components (sensor, circuit board, cables, etc.).
  • the closure piece is, as already described above, in particular mounted in or on the coupling ball receptacle, preferably in this movable.
  • the closure piece is applied or can be applied to the coupling ball when the coupling ball receptacle is mounted on the coupling ball, in particular by means of a coupling ball
  • the coupling ball receptacle preferably comprises 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
  • Closing mechanism actuated by means of the actuating element can form part of the closure mechanism.
  • 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 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.
  • the position of 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. From the
  • the side edges is in particular the twist angle of Lockable determinable.
  • detecting the twist angles of the side edges corresponds to detecting the position of the closure piece.
  • 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.
  • the free spaces between the side edges and the coupling ball are provided.
  • the position of the free spaces can be detected relatively easily by means of the sensor or film sensor.
  • 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.
  • the detection of the twist angle of the clearances corresponds to the detection of the position of the closure piece.
  • the detection of the twist angle of the clearances corresponds to the detection of the twist angles of the side edges.
  • Plug is attached at least one additional brake pad, which is acted upon by a spring force.
  • the brake lining presses on the spring force
  • Ball head and can reduce possible lurching and / or tilting movements, in which the torsional and / or tilting tendency with respect to the coupling ball by the
  • the coupling ball receptacle also called tension jaw or traction coupling
  • the closure piece forms a ball socket enclosing the coupling ball.
  • 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 consist of abrasion-resistant materials, preferably of metal, in particular of steel.
  • the coupling ball receptacle and / or the closure piece of magnetic material, in particular of a ferromagnetic material. Therefore, it is advantageous to use electrical coils on the film sensor as sensors in order to detect the position of the free spaces.
  • the ball socket influences the impedance
  • the film sensor is formed by inductive distance sensors.
  • the pull rod is preferably provided on a towing vehicle, which in particular forms a motor vehicle.
  • the pull rod is fixed, in particular rigid, connected to a vehicle body and / or a chassis and / or a cross member of the towing vehicle.
  • the axis of rotation preferably runs parallel to a
  • the axis of rotation cuts one
  • 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.
  • Angle detection device may include the evaluation.
  • 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. 2a is a schematic sectional view of the trailer hitch along from
  • FIG. 2b is a schematic sectional view of a trailer hitch along the apparent from Fig. 1 section line A-A with closure piece and
  • FIG. 3a is a partially sectioned side view of a ball and a part of a pull rod
  • 3b is a perspective view of a part of a pull rod or
  • Fig. 4 is a schematic sectional view of the trailer hitch along from
  • Fig. 5a enlarged section of a film sensor with multilayer planar coil gem.
  • FIG. 6 shows a flowchart with different method steps.
  • 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 formed in several parts with this.
  • 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
  • the coupling ball receptacle comprises a closure piece 7, which can be brought by pressing a lever 8 with the coupling ball 3 to the plant.
  • Closure piece 7 secures the coupling ball receptacle 2 positively on the coupling ball 3 and is additionally against this by means of a schematic
  • Closure piece 7 together form a coupling ball 3 enclosing 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 1 2 is introduced (see Fig. 3 and 3a), which extends in a plane perpendicular to the axis of rotation 1 1 1 3 plane, in which preferably the center 14 of the coupling ball third lies.
  • the axis of rotation 1 1 which is also referred to as the vertical axis, runs in particular parallel to a vertical axis of the towing vehicle.
  • the axis of rotation 1 1 also intersects a central longitudinal axis 20 of the towing vehicle.
  • 1 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
  • Foil sensors on each of which two successive coils are applied, are shown.
  • FIG. 2 a shows a representation analogous to FIG. 4.
  • angles A d i and A d2 are plotted, the angles resulting from the boundaries of the side edges being limited by the closure piece 7 and the coupling ball receptacle 2.
  • a d i and A d2 have an approximately equal amount, in particular exactly the same amount.
  • angles A ges i and A ges2 are removed, which also result from the margin boundary .
  • a ges results from the side edges of the coupling ball receiving limited by the coupling ball or the contact between these parts.
  • a ges2 results from the margins of the
  • a ges i is much larger in magnitude than A ges2 .
  • a ges i results in about 120 ° and A ges2 about 90 °. If clearances are detected by the film sensors and if the evaluation unit registers that the angle A tot lies between the extremes A ges i and A ges2, ie between 90 ° and 120 °, then the evaluation unit evaluates the free spaces as representative of the buckling angle detection. The evaluation unit provides an image of the coupling ball receptacle 2 and the free spaces 1 8, 1 9 present on the coupling ball receptacle 2.
  • FIG. 2b shows a coupling ball receptacle 2, which likewise has a closure piece 7.
  • the coupling ball receptacle 2 is designed in this case as anti-skid coupling and therefore has transverse to the longitudinal axis 21 of the trailer vehicle each having a friction lining 30 and a friction lining 31.
  • the friction linings 30, 31 are
  • Slide sensor can be detected. It is also conceivable that the free spaces 28, 29 arise only when the friction linings are worn down so far that each lying behind hole 32 is free. Excessive wear of the friction linings 30, 31 can thus be detected by the sensor 15.
  • the evaluation device 22 detects the opposite free spaces, between which an angle of about 1 80 ° is present. The angle shown or removed in FIG. 2b at the side edges of the
  • Free spaces 28, 29 are close to 1 80 °. It behaves here similar to the aforementioned angles A ges i and A ges2, where A ges3 must be slightly greater than 1 80 ° and A ges4 slightly less than 1 80 °, so that these angles of the
  • Evaluation are recognized as clearances that belong to an anti-skid coupling or their friction linings.
  • Fig. 3a shows a partially sectioned side view of the integrally connected to the pull rod 4 coupling ball with a film sensor 1 5, which is embedded in an annular body 27 and capsule 25 and rests in the annular groove 1 2 on the coupling ball 3.
  • the film sensor is formed by a plastic carrier 1 5.
  • the measurement direction of each film sensor 1 5 extending radially away from the axis of rotation 1 1 includes a defined distance L with the central longitudinal axis 20, which distance is different for each film sensor 15 (see FIG. 4).
  • FIG. 3b shows a perspective view of a ball pin, similar to the illustration in FIG. 3a.
  • the pull rod 4th In contrast to the one piece with the pull rod 4th
  • Capsule 25 be equipped with film sensor. At the of the ball
  • the ball stud is equipped with the necessary cables and evaluation and provided with the sensor, so that there is a preassembled ball stud with respect to the sensor and the necessary electrical connections, which is easy to assemble them then as a prefabricated component with the To connect ball bar.
  • the closure piece 7 is bounded by side edges 1 and 6, which are each rounded to the outside. This results in the area of the side edges 1 6 and 17 free spaces 18 and 19, which can be detected by 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 successive multilayer coils 26 lying next to one another, a mathematical approximation is also possible to determine the angle of rotation ⁇ or bending angle ⁇ .
  • the film sensors 15 with the multilayer planar coils 26 are electrically connected to an evaluation device 22, which are arranged, for example, on the pull rod 4 and can be connected by cable or wirelessly to the further vehicle electronics.
  • the evaluation device detects the distance of the respective film sensor 15 or the multilayer planar coils 26 to the coupling ball receptacle.
  • the dashed line 23 indicates a reference position, from which the bending angle ⁇ is determined.
  • 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 multilayer planar coil formations.
  • FIG. 5 shows schematically how a
  • film sensor 1 5 with a plurality of radially one behind the other and multi-layered planar coils 26 may be arranged concentrically around a ring body 27.
  • the annular body 27 is shown in two parts in this view. Each half ring represents a film sensor 1 5, each with four such planar coils 26.
  • the annular body 27 then surround the coupling ball 3 according to the figures 3a and / or 3b in the annular groove 1 2 and are secured to the outside Shen by a capsule 25 or protected.
  • FIG. 5 a shows a plan view of the marked subregion of FIG. 5.
  • the planar coil 26 is made of several, here two concrete, radially
  • coil layers 26d, 26e formed.
  • the coil layers 26d, 26e are located directly behind one another, whereby the arrow r pointing radially outward from the center of the annular body 27 extends through the center of each of them
  • the coils are electrically connected in series with the same effective direction, resulting in an increase in the inductance of the resulting multilayer planar coil as the sum of the individual inductances plus the
  • FIG. 6 shows a sequence of the method steps according to the invention.
  • a first step KU the sphere environment is scanned.
  • the sensor 15 used in the coupling ball 3 is able to detect clearances as previously described. If no coupling ball receptacle 2 is mounted on the coupling ball 3, the result is a circumferential free space, which is detected by the evaluation device. In this case, the evaluation device can signal that no coupling ball receptacle 2 is present on the coupling ball 3.
  • the evaluation device can signal that no coupling ball receptacle 2 is present on the coupling ball 3.
  • any available free spaces between the coupling ball 3 and the coupling ball receptacle 2 are detected in a next step DF.
  • the closure piece 7 plays a decisive role with regard to the free spaces.
  • ALF the position of any free spaces 18, 19, 28, 29 detected is evaluated. In this case, the free spaces or the side edges 1 6, 17 are detected and so the already discussed to the figures 2a and 2b angle A tot! A ges2, A ges3! A ges4 or A d and A d2 determined.
  • the evaluation unit sets the usable clearances in such a way that a bend angle determination, as already described above, is made possible. This takes place finally in a further step EK, in which the bending angle is determined on the basis of the free spaces 18, 19, 28, 29.

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Abstract

Verfahren zur Erkennung des Zustands einer Anhängerkupplung sowie Ermittlung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem 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, wenn diese auf der Kupplungskugel (3) um deren Hochachse (11) drehbar gelagert und, insbesondere mittels eines Verschlussstücks (7), auf der Kupplungskugel (3) gesichert ist, wobei die Kupplungskugel (2) wenigstens einen Sensor (15) aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte, - Abtastung des Kupplungskugelumfelds, - Detektieren von Freiräumen (18, 19) zwischen Kupplungskugel (3) und Kupplungskugelaufnahme (2), insbesondere unter Bezugnahme auf das Verschlussstück, - Auswerten der Lage der Freiräume (18, 19, 28, 29), - Festlegen der nutzbaren Freiräume (18, 19, 28, 29), - Ermittlung des Knickwinkels (α).

Description

Verfahren zur Zustandserkennunq und Winkelerfassunq bei einer Anhänqerkupplunq sowie Anhänqerkupplunq und Sensor für Anhänqerkupplunq
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Zustands einer
Anhängerkupplung sowie Winkelerfassung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger für ein Kraftfahrzeug, mit einer fahrzeugfest angeordneten Zugstange, die an einem freien Ende eine Kupplungskugel aufweist, und eine Kupplungskugelaufnahme des
Anhängers, wenn diese auf der Kupplungskugel um deren Hochachse drehbar gelagert und insbesondere mittels eine Verschlussstücks auf der Kupplungskugel gesichert ist. Die Kupplungskugel weist wenigstens einen Sensor zur Winkelerfassung auf, der an der Kupplungskugel durch wenigstens einen Foliensensor gebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anhängerkupplung zur Durchführung des Verfahrens und einen Sensor zur Verwendung an einer Anhängerkupplung gemäß den Oberbegriffen der weiteren unabhängigen Ansprüche.
Eine Anhängerkupplung mit der Möglichkeit zur Winkelerfassung mittels eines Sensors ist aus der DE 10 2013 213 663.3 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erkennung des Zustands einer Anhängerkupplung sowie der Winkelerfassung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger bereitzustellen und zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 , mittels einer
Anhängerkupplung nach Anspruch 9 sowie einen Sensor nach Anspruch 14 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Zustands einer
Anhängerkupplung sowie der Ermittlung 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 insbesondere mittels eines Verschlussstücks auf der Kupplungskugel gesichert. Dabei weist die Kupplungskugel wenigstens einen Sensor zur Erkennung einer auf der Kupplungskugel vorhandenen
Kupplungskugelaufnahme und/oder eines Verschlussstück auf, wobei mittels des Sensors ebenfalls ein Winkel zwischen Kupplungskugel und Kupplungskugelaufnahme erfasst werden kann.
Das Verfahren zeichnet sich durch die nachfolgend genannten Schritte aus, nämlich:
- Abtastung des Kupplungskugelumfelds,
- Detektieren von Freiräumen zwischen Kupplungskugel und
Kupplungskugelaufnahme,
- Auswerten der Lage der Freiräume,
- Festlegen der nutzbaren Freiräume.
Durch den vorzugsweise, jedoch nicht zwingend, induktiv arbeitenden Sensor ist zumindest eine 360°-Umfeldabtastung der Kupplungskugel möglich. Mittels eines in der Kugel vorzugsweise innerhalb eines Ringes um die Kugel verlaufenden Foliensensors kann festgestellt werden, ob eine üblicherweise aus Metall bestehende
Kupplungskugelaufnahme auf der Kupplungskugel gelagert ist. Der Foliensensor verläuft dabei bevorzugt in einer Nut der Kupplungskugel in einer horizontalen Ebene, die quer zur Hochachse der Kupplungskugel verläuft. Eine mit dem Sensor an der Kupplungskugel verbundene Auswerteeinrichtung bzw. Steuereinheit wertet das Signal des Sensors aus und gibt dieses z. B. über einen Fahrzeugbus, insbesondere CAN- Bus, weiter an eine Anzeigeeinrichtung, so dass dem Fahrer die Erkennung des Zustands der Anhängerkupplung (Vorhandensein einer Zugkupplung bzw.
Kupplungskugelaufnahme) im Display des Fahrzeugs angezeigt wird.
In einem nächsten Schritt werden Freiräume zwischen Kupplungskugel und
Kupplungskugelaufnahme detektiert, nachdem festgestellt wurde, dass die
Kupplungskugelaufnahme auf der Kupplungskugel gelagert ist. Wie zuvor bereits gesagt, weist die Kupplungskugelaufnahme insbesondere ein Verschlussstück auf. Bei üblichen Kupplungsaufnahmen verhindert das Verschlussstück, dass sich diese von der Kupplungskugel lösen kann. In der Regel ist ein solches Verschlussstück bei standardmäßigen Kupplungskugelaufnahmen vorhanden. Betrachtet man die
Kupplungskugelaufnahme mit dem Verschlussstück in einer quer zur Hochachse und etwa durch den Mittelpunkt der Kupplungskugel verlaufenden Ebene, so ist erkennbar, dass die Kupplungskugel nicht vollumfänglich umschlossen ist. Es verbleiben üblicherweise Freiräume zwischen Kupplungskugelaufnahme und Verschlussstück, wenn das Verschlussstück an der Kupplungskugel anliegt. Bei einer üblichen
Kupplungskugelaufnahme mit Verschlussstück liegen, insbesondere zwei, Freiräume vor, etwa in einer rückwärtigen von dem Zugfahrzeug abgewandten Richtung. Je nach verwendeter Kupplungskugelaufnahme kann die Lage der Freiräume jedoch variieren, z.B. bei Kupplungskugelaufnahmen mit Anti-Schlinger-Reibbelägen, sogenannten Anti- Schlinger-Kupplungen, wobei ggfs. auch das Verschlussstück zusätzlich mit einem Reibbelag ausgerüstet sein kann. Auch diese Anti-Schlinger-Kupplungen weisen Freiräume auf. Die Freiräume werden von dem Sensor erfasst, ohne dass Änderungen an der Kupplungskugelaufnahme vorgenommen werden müssen.
In einem nächsten Schritt wird die genaue Lage der Freiräume ausgewertet. Der nutzbare Freiraum liegt in der Kupplungskugelaufnahme. Also liegt der Freiraum in unmittelbarer Nähe der Kupplungskugel bzw. dessen Oberfläche vor. Mit genauer Lage ist somit der Abstand vom Sensor bzw. der Kupplungskugeloberfläche gemeint.
In einem weiteren Schritt werden die nutzbaren Freiräume, die sich für eine
Winkelerfassung eignen, festgelegt. Bezogen auf die Längsachse der
Kupplungskugelaufnahme liegen die für eine Winkelerfassung nutzbaren Freiräume etwa spiegelsymmetrisch vor.
Schlussendlich wird anhand der nutzbaren Freiräume ein Winkel zwischen
Kupplungskugel und Kupplungskugelaufnahme ermittelt. Dieser steht für den
Knickwinkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger.
Aus der Information der Freiräume ergibt sich insbesondere das Vorhandensein und/oder die Position des Verschlussstücks und es kann die Verdrehung der Kupplungskugelaufnahme relativ zu der Kupplungskugel bestimmt werden. Vorteilhafter Weise müssen an der Kupplungskugelaufnahme zur Winkelerfassung keine baulichen Änderungen vorgenommen werden, sodass auch eine mögliche Schwächung dieser 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 und parallel zur Hochachse des Fahrzeuges verläuft.
Durch die Erfassung der Lage beider Seitenränder am Verschlussstück und/oder der 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.
Vorzugsweise kann für die Signalauswertung der Abstand des Sensors, insbesondere Foliensensors, zur Kupplungskugelaufnahme verwendet werden (die genauere
Funktionsweise des Sensors wird weiter unten erklärt). Dreht sich die
Kupplungskugelaufnahme um die Kupplungskugel um die Hochachse und trägt man den Abstand des Foliensensors über einem Winkel ψ, (Winkel bzw. Lage der
Sensorspulen um die Hochachse) auf, dann werden in einem Signal f, die Positionen der Freiräume kodiert bzw. erfasst. Die Sensorspulen des Foliensensors befinden sich auf bzw. an 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 Maximal- oder
Minimalstellen wieder. Es ergibt sich somit eine Bestimmung des Abstands der Freiräume von der Kupplungskugel bzw. dessen Mittelpunkt und/oder der Hochachse bzw. Drehachse der Kupplungskugel bzw. der Kupplungskugelaufnahme.
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.
Bevorzugt wird beim Auswerten der Lage der Freiräume in Bezug auf den Mittelpunkt und/oder der Hochachse der Kupplungskugel ein Winkel Ages bestimmt. Der Winkel Ages repräsentiert den Winkel zwischen zwei Freiräumen, welcher zum Festlegen der für die Winkelerfassung nutzbaren Freiräume herangezogen wird. Wie zuvor bereits angesprochen, liegen die Freiräume bei einer üblichen Kupplungskugelaufnahme in einem rückwärtigen zur Deichsel des Hängerfahrzeuges bzw. zum Anhängerfahrzeug hin liegenden Bereich. Ist die Kupplungskugelaufnahme auf der Kupplungskugel gelagert und die Kupplungskugelaufnahme geschlossen, d. h. dass das vorhandene Verschlussstück ebenfalls an der Kugel anliegt, so bildet die geschlossene
Kupplungskugelaufnahme eine Kugelpfanne. In Bezug auf den Mittelpunkt der Kupplungskugel lässt sich der Winkel zwischen den Freiräumen bestimmen. Je nach Auflösung des Sensors können die Grenzen des Freiraums zwischen
Kupplungskugelaufnahme und Verschlussstück relativ genau bestimmt werden. Folglich ist ein von den seitlichen Rändern des Verschlussstücks eingeschlossener Winkel Ages2 kleiner als ein von den Seitenrändern der Kupplungskugelaufnahme eingeschlossener Winkel Agesi . Die Seitenränder an Kupplungskugelaufnahme ergeben sich durch die Kontaktstelle zwischen Kupplungskugel und auf dieser lagernden
Kupplungskugelaufnahme. Die Seitenränder liegen sich somit etwa gegenüber. Mittels einer mit dem Sensor verbundenen Auswerteeinheit kann so die Lage der Freiräume bestimmt werden. Aufgrund der vorgenannten Gesetzmäßigkeit bezogen auf die Winkel zwischen den Seitenrändern (Agesi - Ages2 = Ages) kann die Auswerteeinheit die für die Ermittlung des Knickwinkels nutzbaren Freiräume festlegen.
Bevorzugt wird nach Auswerten der Lage der Freiräume eine Erkennung einer
Kupplungskugelaufnahme anhand der Lage der Freiräume und/oder der Abstände zum Sensor durchgeführt. Je nach Hersteller oder Typ der Kupplungskugelaufnahme können die Freiräume hinsichtlich der Abstände bzw. zwischen den Freiräumen liegenden Winkel Unterschiede aufweisen. Dieses ist z.B. in unterschiedlich großen Verschlusstücken begründet. Die Abstände und Winkel der Freiräume der
verschiedenen am Markt erhältlichen Kupplungskugelaufnahmen können als Daten in der Auswerteeinheit hinterlegt werden. So ist es mittels der Sensorik und der
Auswerteeinheit nach Aufsetzen der Kupplungskugelaufnahme auf die Kupplungskugel möglich, die Kupplungskugelaufnahme sicher zu erkennen und somit eine hochgenaue Knickwinkelerfassung durchführbar.
Bevorzugt wird nach Erkennung der Kupplungskugelaufnahme der Knickwinkel (a) bestimmt. Der Schritt des Festlegens der nutzbaren Freiräume erübrigt sich dadurch, dass die Kupplungskugelaufnahme erkannt wird und damit die für die
Knickwinkelerfassung benötigten Freiräume und Winkel bekannt sind und nicht zuvor ermittelt werden müssen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird für die Erkennung der
Kupplungskugelaufnahme der auf die Kupplungskugel wirkende Druck ermittelt. Bevorzugt ist das Verschlussstück gegen die Kupplungskugel gespannt, insbesondere mittels eines Spannelements. Die Kugelpfanne übt somit außerhalb der Freiräume Druck auf die Kupplungskugel aus. Daher ist die Lage der Freiräume auch mittels der Sensoren durch Druck- oder Kraftmessung erfassbar. Insbesondere ergibt sich eine deutliche Signaländerung zwischen den Freiräumen (geringer Druck) und den
Bereichen, an denen die Kugelpfanne an der Kupplungskugel anliegt (hoher Druck). Der oder die Sensoren sind in diesem Fall insbesondere Druck- oder Kraftsensoren. Das Spannelement bildet oder umfasst z. B. eine Feder.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird nach Erkennung des
Kupplungskugelaufnahmetyps eine Reibbelagprüfung durchgeführt. Aufgrund der stetigen Signalauswertung der Freiräume ist es möglich, den oder die Reibbeläge bei einer Anti-Schlinger-Kupplung auf Abnutzung zu prüfen, und dabei ein Warnsignal z. B. in die Anzeigetafel des Fahrzeugs an den Fahrer abzugeben, falls die Reibbeläge soweit abgenutzt sind, dass eine ausreichende Funktion nicht weiter gewährt ist. Hierzu können wiederum, wie zuvor bereits genannt, bestimmte Abstandswerte in der
Auswerteeinheit abgelegt werden, so dass bei Überschreiten dieser Werte von einer Abnutzung der Reibbeläge auszugehen ist. So können die Reibbeläge in einer
Reibbelagaufnahme vorgesehen sein, die einen Hohlraum oder eine Bohrung aufweist. Ist der Reibbelag bis zu einer definierten Stärke abgenutzt, so kann sich bei
entsprechender Abnutzung des Reibbelages ein Freiraum ergeben, der zwischen Kupplungskugel und Reibbelagaufnahme sich ergibt. Der Sensor bzw. die
Auswerteeinheit würde diesen zusätzlich auftretenden Freiraum detektieren, wobei dann ein Signal wie zuvor vorgesehen an den Fahrer gemeldet werden kann. So kann das Detektieren der Freiräume einen zusätzlichen Sicherheitsaspekt aufweisen.
Zur Ausführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ist des Weiteren eine
Auswerteeinheit vorgesehen, die die Daten und Werte von Freiräumen, insbesondere Drücke auf die Kupplungskugel, Abstände vom Mittelpunkt und/oder vom Sensor der Kupplungskugel und/oder Winkel zwischen Freiräumen speichern kann und/oder solche gespeicherten Daten und Werte mit den aktuell ermittelten Daten und Werte
vergleichen kann. Es ist davon auszugehen, dass Kupplungskugelaufnahmen desselben Herstellers, abgesehen von Fertigungstoleranzen, sich gleichen. Diese werden somit auch die immer gleichen Freiräume und/oder Abstände aufweisen.
Selbiges gilt für verschiedenste Varianten von den zuvor bereits genannten Anti- Schlinger-Kupplungen, welche federbelastete Reibbeläge aufweisen, die etwa 90° versetzt bzw. quer zur Längsachse der Kupplungskugelaufnahme verlaufen. Wenn hier von Daten und Werte und/oder von Freiräumen oder Drücken auf die Kupplungskugel gesprochen wird, so ist damit gemeint, dass genau diese Werte in der Auswerteeinheit abgespeichert sind, herstellerseitig, d. h. sozusagen bereits bei der Produktion der Anhängerkupplung mit integriertem Sensor bzw. Sensorik oder aber, dass während des Gebrauchs der Anhängerkupplung diese Daten und Werte beim Aufsetzen einer Kupplungskugelaufnahme auf die Kupplungskugel ermittelt und gespeichert werden. Es ist somit ermöglicht, dass Kupplungskugelaufnahmen nach dem Aufsetzen identifiziert werden können. In der Auswerteeinheit kann somit noch schneller eine
Winkelerfassung erfolgen, da die Lage der nutzbaren Freiräume sich durch die erkannte Kupplungskugelaufnahme bereits ergeben. Ebenfalls kann die Reibbelegstärke bei Anti- Schlinger-Kupplungen in der Auswerteeinheit hinterlegt sein, so dass sich hinsichtlich des zuvor bereits beschriebenen Sicherheitsaspektes zur Anti-Schlinger-Kupplung eine weitere Verbesserung herbeiführen lässt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anhängerkupplung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens auf. Sie weist eine Zugstange auf, die an ihrem freien Ende eine Kupplungskugel trägt, wobei die Kupplungskugel wenigstens einen Foliensensor zur Erkennung des Zustands der Anhängerkupplung sowie 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 insbesondere mittels eines Verschlussstücks auf der
Kupplungskugel gesichert ist. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass der wenigstens eine Sensor an der Kupplungskugel durch wenigstens einen Foliensensor gebildet ist, wobei der Foliensensor vom Kugelmittelpunkt gesehen vorzugsweise wenigstens zwei radial hintereinander angeordnete Spulen aufweist, die mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind.
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. eine Spule aus Metall angeordnet ist. Als Metalle eignen sich z.B. Kupfer, Silber, Gold, Aluminium oder Derivate aus Legierungen dieser Metalle. Das Trägermaterial ist ein Kunststoffträger, insbesondere aus MI D-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 und anderen geeigneten Verfahren 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.
Alternativ eignen sich auch Verfahren, bei denen die elektrischen Leitungen
aufgedampft werden.
Radial hintereinander bedeutet dabei, dass der Foliensensor wenigstens zwei hintereinander angeordnete Spulen aufweist. Der Foliensensor ist damit wie eine mehrlagige Platine bzw. Leiterplatte aufgebaut, wobei die Spulen voneinander separiert und elektrisch isoliert mit gleicher Wirkungsrichtung direkt hintereinander angeordnet sind. Direkt hintereinander bedeutet dabei, dass die Spulen mit ihrem Mittelpunkt bzw. Spulenkern annähernd, vorzugsweise genau, hintereinander liegen. Mit anderen
Worten liegen die Spulen annähernd, vorzugsweise genau, deckungsgleich
hintereinander. Die Spulen weisen damit die gleiche Wirkungsrichtung auf und es erhöht sich damit deren Wirkung. Die resultierende Induktivität des Foliensensors erhöht sich bei Reihenschaltung der hintereinander liegenden Spulen vorteilhafter Weise aus den Einzelinduktivitäten der hintereinander liegenden Spulen als Summe der Einzelinduktivitäten. Hinzu zählen noch die Koppelinduktivitäten zwischen den Spulen. Das sich ausbildende magnetische Feld ist damit robuster als bei einer einzelnen Spule. Ein weiterer Vorteil ergibt sich in Form eines geringeren elektrischen Stromes zum Betrieb des Sensors durch die größere Induktivität. Durch den geringeren Strom ist die Störanfälligkeit mit Blick auf die elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) gegenüber einem Sensor mit nur einer Spule deutlich herabgesetzt. 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.
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. 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 sind die elektrischen Spulen als Planarspule ausgebildet und als solche auf der Folie aufgebracht. Der Foliensensor ist somit in Form einer mehrlagigen Leiterplatte bzw. Leiterfolie ausgebildet. 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. Das Sensormaterial ist zwischen zwei oder mehreren voneinander elektrisch isolierten Folienteilen eingebracht. So kann z. B. nach dem Aufdampfen der Spule auf einen ersten Folienteil eine weitere Folie aufgeklebt werden, die die erste Folie abdeckt. Über diese wird dann eine weitere Spule aufgebracht und fixiert. Der wenigstens eine Sensor an der
Kupplungskugel wird damit durch wenigstens einen Foliensensor gebildet, so dass die mehrlagige Spule geschützt zwischen den Folienbestandteilen angeordnet ist. Die zuvor angesprochene Reihenschaltung wird durch geeignete Kontaktierung der Spulen vorgenommen. 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, auf den dann wiederum eine weitere Spule aufgedampft wird. Abschließend wird eine abschließende
Kunststoffschicht aufgebracht, so dass das mehrlagige Spulenmaterial geschützt zwischen den Kunststoffschichten angeordnet ist und einen mehrlagigen Foliensensor bildet.
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 Papier- oder 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 mehrlagige Spulen auf der Folie oder dem Trägermaterial angeordnet. Vorzugsweise sind die Spulen linear
nebeneinander angeordnet, so dass die Spulenmitten bzw. der Spulenkern
nebeneinander 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 mehrlagigen linear angeordneten 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 hintereinander 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. Alternativ können mehrere Foliensensoren radial voneinander beabstandet konzentrisch um die Kupplungskugel angeordnet sein.
Mittels des Foliensensors 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 mehrlagigen Spule ein Abstand zwischen dem Kupplungskugelabschnitt, auf dem die Spulen angeordnet sind, und der Kupplungskugelaufnahme zugeordnet. Vorzugsweise sind dabei unterschiedlichen Foliensensoren oder mehrlagigen 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 bevorzugt 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 oder die Foliensensoren eingebettet bzw. angeordnet sind. 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. Im Falle eines Kunststoffrings kann dieser auch aus mehreren Teilen bestehen, die während der Montage in die Nut eingesetzt werden. Die Ringteile können miteinander verrastet (Formschluss) oder miteinander verklebt sein (Stoffschluss). 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 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. Alternativ kann die Kupplungskugel auch Teil eines Kugelzapfens sein, der zusammen mit einem Teilhals die Zugstange bildet. Hierzu kann der Kugelzapfen mit dem Teilhals formschlüssig, insbesondere durch eine Schraubverbindung, oder aber stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben oder Schweißen, verbunden sein. Die Kugel kann auch aus zwei
Teilkugeln gebildet sein, die Stoff- oder formschlüssig mit dem Kugelzapfen verbunden sind. Die Kugel kann alternativ auch als Teilkugel, z. B. etwa einer Kugelhälfte gebildet sein, wobei die andere Teilkugel Teil des Kugelzapfens ist, die an diesem ebenfalls durch Stoffschluss- oder Formschluss festlegbar ist. Bei der so gebildeten Kugel kann durch Materialaussparung an der Teilkugel die Nut für den Foliensensor ausgebildet sein. Der Kugelzapfen kann Rillen, Nuten, Löcher oder Kanäle bzw. Bohrungen für Kabel oder Sensorikbauteile (Sensor, Platine, Kabel usw.) vorsehen.
Das Verschlussstück ist, wie zuvor bereits beschreiben, insbesondere in bzw. an der Kupplungskugelaufnahme gelagert, vorzugsweise in dieser bewegbar. Vorteilhaft ist das Verschlussstück bei auf der Kupplungskugel gelagerter Kupplungskugelaufnahme 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.
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 Sensors bzw. Foliensensors erfasst werden. 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 die zuvor bereits erwähnten 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 oder Zugkupplung 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 aus abriebfesten Werkstoffen, bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl. Bevorzugt bestehen die Kupplungskugelaufnahme und/oder das Verschlussstück aus Magnetwerkstoff, insbesondere aus einem ferromagnetischen Material. Daher lassen sich vorteilhaft elektrische Spulen auf dem Foliensensor als Sensoren einsetzen, 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.
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. 2a eine schematische Schnittansicht der Anhängerkupplung entlang der aus
Fig. 1 ersichtlichen Schnittlinie A-A mit Verschlussstück
Fig. 2b eine schematische Schnittansicht einer Anhängerkupplung entlang der aus Fig. 1 ersichtlichen Schnittlinie A-A mit Verschlussstück und
Reibbelägen Fig. 3a eine teilgeschnittene Seitenansicht einer Kugel sowie eines Teils einer Zugstange
Fig. 3b eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Zugstange bzw.
Kugelzapfens
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht der Anhängerkupplung entlang der aus
Fig. 1 ersichtlichen Schnittlinie A-A mit zweiteiligem Foliensensor,
Fig. 5 einen Foliensensor mit mehrlagiger Planarspule,
Fig. 5a vergrößerten Ausschnitt eines Foliensensors mit mehrlagiger Planarspule gem. Fig. 5 in Draufsicht
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm mit verschiedenen Verfahrensschritten.
Aus den Fig. 1 bis 4 sind unterschiedliche Darstellungen und Teildarstellungen einer Anhängerkupplung 1 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 mehrteilig 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 1 2 eingebracht (s. Fig. 3 bzw. 3a), die in einer senkrecht zur Drehachse 1 1 ausgerichteten Ebene 1 3 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 1 2 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, auf den jeweils zwei hintereinander liegende Spulen aufgebracht sind, dargestellt sind.
Figur 2a zeigt eine Darstellung analog zu Figur 4. In der Figur 2a sind Winkel Adi und Ad2 abgetragen, wobei sich die Winkel aus den Begrenzungen der Seitenränder begrenzt durch das Verschlussstück 7 und die Kupplungskugelaufnahme 2 ergeben. Es ist ersichtlich, dass Adi und Ad2 einen etwa gleichen Betrag, insbesondere genau gleichen Betrag aufweisen. Des Weiteren sind Winkel Agesi und Ages2 abgetragen, die sich ebenfalls aufgrund der Seitenrandbegrenzung ergeben. Ages ergibt sich durch die Seitenränder an der Kupplungskugelaufnahme begrenzt durch die Kupplungskugel bzw. den Kontakt zwischen diesen Teilen. Ages2 ergibt sich durch die Seitenränder des
Verschlussstücks 7. Es ist ersichtlich, dass Agesi vom Betrag her wesentlich größer ist, als Ages2. Bei der vorliegend gezeigten Kupplungskugelaufnahme ergibt sich Agesi zu ca. 120° und Ages2 zu ca. 90°. Werden durch die Foliensensoren Freiräume detektiert und wird von der Auswerteeinheit registriert, dass der Winkel Ages zwischen den Extremen Agesi und Ages2, d. h. zwischen 90° und 1 20° liegt, so wertet die Auswerteeinheit die Freiräume als repräsentativ für die Knickwinkelerfassung. Die Auswerteeinheit verschafft sich quasi ein Bild von der Kupplungskugelaufnahme 2 und den an der Kupplungskugelaufnahme 2 vorliegenden Freiräumen 1 8, 1 9.
Figur 2b zeigt eine Kupplungskugelaufnahme 2, die ebenfalls ein Verschlussstück 7 aufweist. Die Kupplungskugelaufnahme 2 ist in diesem Fall als Anti-Schlinger-Kupplung ausgelegt und weist daher quer ab der Längsachse 21 des Anhängerfahrzeugs jeweils einen Reibbelag 30 und einen Reibbelag 31 auf. Die Reibbeläge 30, 31 sind
gegenüberliegend angeordnet, wobei diese mit ihrer Längsachse auf der durch den Mittelpunkt 14 verlaufenden Querachse 21 a liegen. Die in Richtung Kugel verlaufenden Ausnehmungen der Reibbeläge sind kugelig ausgeführt, so dass der Reibbelag einen maximalen Kontakt mit der Kugel hat, wenn er an dieser anliegt. Dargestellt ist an den Reibbelägen jeweils ein Freiraum 28, 29, der somit auch von dem Sensor bzw.
Foliensensor detektiert werden kann. Denkbar ist auch, dass die Freiräume 28, 29 erst dann entstehen, wenn die Reibbeläge soweit abgenutzt sind, dass die jeweils dahinter liegende Bohrung 32 frei wird. Eine übermäßige Abnutzung der Reibbeläge 30,31 kann so durch den Sensor 15 detektiert werden. Die Auswerteeinrichtung 22 erkennt die gegenüberliegenden Freiräume, zwischen denen ein Winkel von etwa 1 80° vorliegt. Die in der Figur 2b gezeigten bzw. abgetragenen Winkel an den Seitenrändern der
Freiräume 28, 29 (Ages3! Ages ) liegen nahe 1 80°. Es verhält sich hier ähnlich wie bei den zuvor genannten Winkeln Agesi und Ages2, wobei Ages3 etwas größer als 1 80° und Ages4 etwas geringer als 1 80° betragen muss, damit diese Winkel von der
Auswerteeinrichtung als Freiräume erkannt werden, die zu einer Anti-Schlinger- Kupplung bzw. zu deren Reibbeläge gehören.
Fig. 3a zeigt eine teilgeschnittene Seitenansicht der einstückig mit der Zugstange 4 verbundenen Kupplungskugel mit einem Foliensensor 1 5, der in einem Ringkörper 27 bzw. Kapselmittel 25 eingebettet ist und in der Ringnut 1 2 an der Kupplungskugel 3 anliegt. Der Foliensensor wird durch einen Kunststoffträger 1 5 ausgebildet. Die sich radial von der Drehachse 1 1 weg erstreckende Messrichtung jedes Foliensensors 1 5 schließt mit der Mittellängsachse 20 einen definierten Abstand L ein, der für jeden Foliensensor 1 5 unterschiedlich ist (vergl. Fig. 4).
Die Figur 3b zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kugelzapfens, ähnlich der Darstellung in Figur 3a. Im Gegensatz zu der einstückig mit der Zugstange 4
verbundenen Kupplungskugel 3 gemäß Figur 3a ist es in Figur 3b dergestalt, dass die Kupplungskugel 3 geteilt ist, in einen oberen Kugeldeckel 3a und ein Kugelunterteil 3b. Der Darstellung ist zu entnehmen, dass dem Kugelzapfen 4a eine Versorgungsbohrung bzw. Quernut 4a beigebracht ist, wobei diese durch den ganzen Kugelzapfen verläuft und diese so mit einer Kabelverbindung oder Auswerteelektronik bestückt werden kann. An der Oberseite ist ein Au ßengewinde 3c zu verzeichnen, welches bei Verschraubung des Kugeldeckels 3a mit dem Kugelzapfen 4 zu einer formschlüssigen Verbindung führt. Es ist offensichtlich, dass nach der Verschraubung des Kugeldeckels 3a auf den Kugelzapfen eine Ringnut 12 verbleibt, wie diese auch aus Figur 3a ersichtlich ist. Die Ringnut kann, wie in Figur 3a bereits beschrieben, mit einem Ringkörper 27 bzw.
Kapselmittel 25 samt Foliensensor bestückt werden. An der von der Kugel
abgewandten Seite weist der Kugelzapfen ein Gewinde 4b auf, welches zum
Anschrauben des Kugelzapfens in eine Kugelstange geeignet ist. In bevorzugter Weise wird der Kugelzapfen mit den notwendigen Kabeln und der Auswerteelektronik bestückt sowie mit dem Sensor versehen, so dass sich hinsichtlich der Sensorik und der notwendigen elektrischen Verbindungen ein vormontierter Kugelzapfen ergibt, der einfach zu montieren ist, um diesen dann als vorgefertigtes Bauteil mit der Kugelstange zu verbinden.
In einer z.B. in Fig.4 gezeigten, 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. hintereinander liegenden und nebeneinander liegenden mehrlagigen 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 mehrlagigen Planarspulen 26 elektrisch mit einer Auswerteeinrichtung 22 verbunden, die beispielsweise an der Zugstange 4 angeordnet sind und per Kabel oder drahtlos mit der weiteren Fahrzeugelektronik verbunden sein kann. Die Auswerteeinrichtung erfasst den Abstand des jeweiligen Foliensensors 15 bzw. der mehrlagigen 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 α, 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 1 8 und 1 9 ermittelt worden sind. Ist ein für den Freiraum 18 erfasster Verdrehwinkel ß1 und ein für den Freiraum 19 erfasster Verdrehwinkel ß2, so ergibt sich der Winkel α beispielsweise zu : α = (ß1 + ß2) 1 2.
Die Figuren 5 und 5a zeigen schematisch einen nicht eingebauten Foliensensor mit mehrlagigen Planarspulenausbildungen. Figur 5 zeigt schematisch, wie ein,
insbesondere aus MI D-fähigem und strukturierten, aus Kunststoff material bestehender, Foliensensor 1 5 mit mehreren radial hintereinander liegenden und mehrlagigen nebeneinander liegenden 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 solcher Planarspulen 26 dar. Die Ringkörper 27 umgeben dann die Kupplungskugel 3 gemäß den Figuren 3a und/oder 3b in der Ringnut 1 2 und werden nach au ßen durch ein Kapselmittel 25 gesichert bzw. geschützt.
In Figur 5a ist eine Draufsicht auf den gekennzeichneten Teilbereich der Figur 5 dargestellt. Die Planarspule 26 ist aus mehreren, hier konkret zwei, radial
hintereinander liegenden Spulenlagen 26d, 26e gebildet. Die Spulenlagen 26d, 26e befinden sich direkt hintereinander, wobei der durch den vom Zentrum des Ringkörpers 27 radial auswärts weisende Pfeil r jeweils durch den Mittelpunkt der jeweils
hintereinander liegenden Spulen reicht und die radial hintereinander liegende Anordnung der Spulen verdeutlicht. Die Spulen sind mit gleicher Wirkrichtung elektrisch in Reihe geschaltet, wodurch sich eine Erhöhung der Induktivität der resultierenden mehrlagigen Planarspule als Summe der Einzelinduktivitäten zuzüglich der
Koppelinduktivitäten zwischen den einzelnen Spulen ergibt.
Figur 6 zeigt einen Ablauf der Verfahrensschritte gemäß der Erfindung. In einem ersten Schritt KU wird das Kugelumfeld abgetastet. Der in der Kupplungskugel 3 verwendete Sensor 15 ist in der Lage, wie zuvor bereits beschrieben, Freiräume zu detektieren. Ist keine Kupplungskugelaufnahme 2 auf der Kupplungskugel 3 gelagert, so ergibt sich ein umlaufender Freiraum, der von der Auswerteeinrichtung detektiert wird. In diesem Fall kann die Auswerteeinrichtung signalisieren, dass auf der Kupplungskugel 3 keine Kupplungskugelaufnahme 2 vorhanden ist. Bei Vorhandensein einer
Kupplungskugelaufnahme 2 auf der Kupplungskugel 3 werden in einem nächsten Schritt DF etwaig vorhandene Freiräume zwischen der Kupplungskugel 3 und der Kupplungskugelaufnahme 2 detektiert. Hierbei spielt hinsichtlich der Freiräume das Verschlussstück 7 eine maßgebliche Rolle. In einem nächsten Schritt, bezeichnet mit ALF, wird die Lage der etwaig festgestellten Freiräume 18, 19, 28, 29 ausgewertet. Dabei werden die Freiräume bzw. die Seitenränder 1 6, 17 erfasst und so die bereits zu den Figuren 2a und 2b besprochenen Winkel Ages ! Ages2, Ages3! Ages4 bzw. Ad und Ad2 bestimmt. Nach Vorliegen dieser Daten erfolgt in einem nächsten Schritt FNF durch die Auswerteeinheit das Festlegen der nutzbaren Freiräume dahingehend, dass eine Knickwinkelbestimmung, wie zuvor bereits beschrieben, ermöglicht wird. Dieses erfolgt schlussendlich in einem weiteren Schritt EK, in dem der Knickwinkel anhand der Freiräume 18, 19, 28, 29 bestimmt wird.
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 Anhängerkupplung
Kupplungskugelaufnahme
Kupplungskugel, -umfeld
a Kugeldeckel
b Kugelunterteil
c Gewinde
Zugstange, Kugelzapfen
a Versorgungsbohrung, Quernut
b Gewinde Kugelzapfen
hinterer Querträger des Zugfahrzeugs
Deichsel des Anhängerfahrzeugs
Verschlussstück
Hebel
Feder
0 Kugelpfanne
1 Drehachse, Hochachse der Kupplungskugel
2 Ringnut
3 Ebene
4 Mittelpunkt der Kupplungskugel
5 Sensor, Foliensensor, (MID-fähiger) Kunststoffträger 6 Seitenrand des Verschlussstücks
7 Seitenrand des Verschlussstücks
8 Freiraum
9 Freiraum
0 Längsachse des Zugfahrzeugs
1 Längsachse des Anhängerfahrzeugs
1 a Querachse
2 Auswerteeinrichtung
3 Linie
4 Umfangsrichtung 25 Kapselmittel
26 Spulen, mehrlagige Planarspule
26d,e Spulenlage
27 Ringkörper
28 Freiraum
29 Freiraum
30 Reibbelag
31 Reibbelag
32 Bohrungen
α Knickwinkel / Position des Verschlussstücks ß Messwinkel, Verdrehwinkel
L Abstand
r radiale auswärts weisende Richtung
fi Signal
ψί Winkel bzw. Lage der Spulen um die Hochachse
Adi Winkel zwischen Freiräumen
Ad2 Winkel zwischen Freiräumen
Ages-i , Ages2 Winkel zwischen Freiräumen
Ages3, Ages4 Winkel zwischen Freiräumen

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Erkennung des Zustands einer Anhängerkupplung sowie Ermittlung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem 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, wenn diese auf der
Kupplungskugel (3) um deren Hochachse (1 1 ) drehbar gelagert und, insbesondere mittels eines Verschlussstücks (7), auf der Kupplungskugel (3) gesichert ist, wobei die Kupplungskugel (2) wenigstens einen Sensor (15) aufweist,
gekennzeichnet durch die Schritte,
- Abtastung des Kupplungskugelumfelds (3),
- Detektieren von Freiräumen (18,19) zwischen Kupplungskugel (3) und Kupplungskugelaufnahme (2), insbesondere unter Bezugnahme auf das Verschlussstück (7),
- Auswerten der Lage der Freiräume (18, 19, 28, 29),
- Festlegen der nutzbaren Freiräume (18, 19, 28, 29),
- Ermittlung des Knickwinkels (a).
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei beim Auswerten der Lage der Freiräume (18, 19, 28, 29) eine Abstandsbestimmung der Freiräume vom Mittelpunkt (14) der Kupplungskugel (3) und/oder der Freiräume vom Sensor (15) mittels des Sensors (15) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei beim Auswerten der Lage der Freiräume (18, 19, 28, 29) in Bezug auf den Mittelpunkt (14) und/oder der Hochachse (1 1 ) der Kupplungskugel (3) ein oder mehrere Winkel (Ages-i ,
2,
3,4) bestimmt werden, welche Winkel zwischen zumindest zwei Freiräumen repräsentieren und welche zum Festlegen der für die Winkelerfassung nutzbaren Freiräume herangezogen werden.
4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei nach Auswerten der Lage der Freiräume (18, 19, 28, 29) eine Erkennung einer
Kupplungskugelaufnahme (2) anhand der Lage der Freiräume und/oder der Abstände zum Sensor (15) durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei nach Bestimmung der repräsentativen
Freiräume die Bestimmung des Knickwinkels (a) zwischen Zugfahrzeug und Anhänger durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei für die Erkennung der Kupplungskugelaufnahme (2) der auf die Kupplungskugel (3) wirkende Druck ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei nach Erkennung der
Kupplungskugelaufnahme eine Reibbelagprüfung durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur
Durchführung der Verfahrensschritte eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die Daten und Werte von Freiräumen, insbesondere Drücke auf die
Kupplungskugel (3), Abstände vom Mittelpunkt (14) und/oder vom Sensor (15) der Kupplungskugel (3) und/oder Winkel (Ages 2,3,4) zwischen Freiräumen (18, 19, 28, 29) speichern kann und/oder solche gespeicherten Daten und Werte mit den aktuell ermittelten Daten und Werte vergleichen kann, um auf die Kupplungskugel aufgesetzte Kupplungskugelaufnahmen zu identifizieren.
9. Anhängerkupplung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (15) an der Kupplungskugel (3) durch wenigstens einen Foliensensor (15) gebildet ist, wobei der Foliensensor (15) vom Mittelpunkt (14) gesehen wenigstens zwei radial hintereinander angeordnete Spulen (26) aufweist, die mit einer Auswerteeinrichtung (22) verbunden sind.
10. Anhängerkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
wenigstens zwei Spulen (26) auf dem Foliensensor (15) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
1 1 . Anhängerkupplung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den
Foliensensor (15) aufgebrachten Spulen (26) als Planarspulen (26) ausgebildet sind.
12. Anhängerkupplung nach einem der Ansprüche von 9 bis 1 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass der Sensor (15) als induktiver, kapazitiver oder resistiver oder piezoresistiver Sensor ausgebildet ist.
13. Anhängerkupplung einem der Ansprüche von 9 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass der Sensor (15) in der Kupplungskugel (3), insbesondere in einer Ringnut (12), eingelassen ist, wobei der Sensor (15), insbesondere in der Ringnut, bevorzugt oberhalb und/oder unterhalb des Äquators der Kupplungskugel (3) verläuft, insbesondere
in einem Kapselmittel (25) angeordnet ist oder zwischen Kupplungskugel (3) und Kapselmittel (25) eingeschlossen ist, insbesondere 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.
14. Sensor zur Verwendung an einer Anhängerkupplung einem der Ansprüche von 9 bis 13 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche von 1 bis 8.
15. Sensor nach Anspruch 14, wobei der Sensor (15) als Foliensensor in oder an einem Ringkörper (27) angeordnet ist und der Ringkörper (27) aus einem Kunststoff, insbesondere aus Halbringen, gebildet ist.
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