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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anhängerstabilisierung,
einen Anhänger sowie einen Lkw-Zug, wobei Anhänger
sowie Lkw-Zug mit einer entsprechenden Vorrichtung ausgestattet
sind. Die Vorrichtung weist ein Dämpfungselement auf, das zur
Ausübung einer Kraft zwischen Anhänger und Zugvorrichtung
mit einer Kraftkomponente quer zur Fahrrichtung ausgebildet ist.
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Vorrichtungen
der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt.
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Ein
Zug, der eine Zugvorrichtung, z. B. eine Zugmaschine bzw. ein Zugfahrzeug,
und einen daran angeordneten und von der Zugvorrichtung gezogenen
Anhänger aufweist, stellt ein gekoppeltes dynamisches System
dar, das auf äußere Einflüsse und Anregungen
mit einer komplexen Eigendynamik reagiert. Die Reaktionen des Zuges
können dergestalt sein, dass der Anhänger periodische
Gierbewegungen relativ zur Zugvorrichtung ausführt und
zu pendeln beginnt. Treten die äußeren Anregungen
in einer Frequenz auf, die der Resonanzfrequenz des dynamischen
Systems entspricht, so können sich die Amplituden der Gier-
bzw. Pendelbewegung resonant erhöhen, der Anhänger
schlingert erheblich hinter der Zugvorrichtung.
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Ein
Wechseln der Fahrspur oder äußere Anregungen,
z. B. durch Spurrillen oder Seitenwindböen, können
im schlimmsten Fall dazu führen, dass der Anhänger
so stark zum Pendeln angeregt wird, dass er umkippt oder dass der
komplette Zug aus der Spur läuft. Das kann zu schwerwiegenden
Konsequenzen führen, beispielsweise zu Unfällen.
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Erschwerend
kommt hinzu, dass ein Fahrer der Zugvorrichtung aufgrund der üblicherweise
großen Masse der Zugvorrichtung und aufgrund des langen
Radstandes wenig von einem schlingernden Anhänger spürt
und damit erst sehr spät über einen schlingernden
Anhänger gewarnt ist. Eine Kontrolle des Verhaltens des
Anhängers muss durch regelmäßige Beobachtung
des Anhängers im Rückspiegel geschehen, was nicht
in allen Fahrsituationen gewährleistet werden kann.
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Um
dieses Sicherheitsrisiko zu reduzieren, sind im Stand der Technik
Vorrichtungen bekannt, die das System Anhänger-Zugvorrichtung
aktiv dämpfen, um die Resonanzfrequenzen des Systems notwendigenfalls
zu verschieben und/oder um die Amplituden der Pendelbewegungen des
Anhängers zu reduzieren. Die bekannten Systeme basieren
dabei auf Reibungsbremsen, die an der Anhängerkupplung
angebracht sind und die eine Gierbewegung des Anhängers
bremsen.
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Die
DE 600 30 564 T2 beschreibt
eine Vorrichtung zur Dämpfung der Schlingerbewegung des Anhängers
eines Lastzuges mittels einer Dämpfungseinheit, welche
die Reibung als Dämpfung benutzt und eine kurvenlineare
Dämpfungsschiene aufweist, die zur Anhängerkupplung
mittig ausgerichtet, aber von dieser getrennt ist und die des Weiteren eine
mit der Deichsel verbundene Reibungsvorrichtung mit Reibungsgebilden
aufweist, die durch ein Stellglied gegen die Flächen der
Dämpfungsschiene gepresst werden, um eine Dämpfungswirkung
der Schlingerbewegung zu erzielen.
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Derartige
Systeme sind weiterhin beispielsweise in der
DE 44 21 209 C1 und der
DE 2 262 194 bekannt. Auch
diese beiden Systeme arbeiten mit Reibungsbremsen.
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Nachteilig
bei diesen Systemen ist, dass die Bremsen verschleißen
und daher regelmäßig gewartet werden müssen.
Des Weiteren hat sich gezeigt, dass die Bremswirkung der Reibungsbremsen
von den Umgebungsbedingungen abhängt. So ist bekannt, dass
die Reibwerte derartiger Bremsen bei Nässe oder Schneebeaufschlagung
reduziert sind und dass im Falle von Verschmutzung, insbesondere durch
Schmiermittel, ein Ausfall des Systems möglich ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art dahingehend zu verbessern, dass eine zuverlässige Verhinderung von
Schlingerbewegungen mit einer wartungsarmen und störunanfälligen
Vorrichtung ermöglicht wird.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Stabilisierung
eines Anhängers gemäß Anspruch 1, einen
Anhänger gemäß dem nebengeordneten Anspruch
7 sowie durch einen Lkw-Zug gemäß dem nebengeordneten
Anspruch 8.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stabilisierung
eines Anhängers, welcher zum Anhängen an eine
Zugvorrichtung, bevorzugt eine Zugmaschine, mittels einer an dem
Anhänger angeordneten Anhängerkupplung ausgebildet
ist, weist wenigstens ein Dämpfungselement auf, das zur
Ausübung einer Kraft zwischen Anhänger und Zugvorrichtung
mit einer Kraftkomponente quer zur Fahrtrichtung ausgebildet ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf diese Weise
einem Gieren bzw. Schlingern des Anhängers durch gezielte
und gerichtete Kraftbeaufschlagung der Verbindung zwischen Anhänger
und Zugvorrichtung entgegenwirken, indem eine Kraftkomponente quer
zur Fahrtrichtung aufgebracht wird. Die Vorrichtung kann die Kraft
dabei vollständig quer zur Fahrtrichtung oder schräg
zur Fahrtrichtung aufbringen, im Rahmen der Erfindung ist ausschließlich wichtig,
dass eine Kraft quer zur Fahrtrichtung aufgebracht werden kann.
Ferner kann durch die reduzierte Gier- bzw. Schlingerbewegung die
Materialbelastung in der Zugvorrichtung bzw. im Anhänger
deutlich reduziert werden.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass das wenigstens eine Dämpfungselement wenigstens eine
Teleskopvorrichtung aufweist, die zur Anbindung an den Anhänger
und an die Zugvorrichtung ausgebildet ist. Die Anbindung kann unmittelbar durch
Verbindung der wenigstens einen Teleskopvorrichtung mit der Zugvorrichtung
und mit dem Anhänger oder mittelbar durch Anbindung der
Teleskopvorrichtung an einer oder mehreren Kupplungsvorrichtungen
oder Adaptern, die an der Zugvorrichtung und/oder an dem Anhänger
angeordnet sind, hergestellt werden. Eine mittelbare Anbindung ermöglicht die
Nachrüstung des erfindungsgemäßen Systems an
bestehende Zugvorrichtungen und bestehende Anhänger.
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Die
Verwendung wenigstens einer Teleskopvorrichtung bringt den Vorteil
mit sich, dass auf die Verwendung von Reibungsbremsen verzichtet
werden kann. Es hat sich gezeigt, dass eine Teleskopvorrichtung
weniger Wartungsaufwand als reine Reibungsbremsen erfordert und
dass Teleskopvorrichtungen unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen reagieren.
Darüber hinaus können Teleskopvorrichtungen auch
als aktive Dämpfungselemente eingesetzt werden, die einer
Pendelbewegung aktiv eine Gegenkraft entgegensetzen und nicht nur,
wie herkömmliche Reibungsbremsen, Pendelbewegungen abbremsen
können. Auf diese Weise lässt sich ein entsprechend
ausgerüsteter Zug noch effektiver beruhigen.
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Gemäß einer
ersten Weiterbildung der Erfindung kann ein Gierratensensor vorgesehen
sein. Der Gierratensensor kann den Winkel zwischen Zugvorrichtung
und Anhänger statisch oder bevorzugt dynamisch erfassen.
Auf diese Weise kann eine aktive Regelung der Dämpfung
in Abhängigkeit des statischen Gierwinkels oder der dynamischen
Gierrate erfolgen.
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Mit
Hilfe des Gierratensensors lassen sich bevorzugt auch Amplituden
der Pendelbewegung bzw. Gierwinkel detektieren.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung eines Gierratensensors ist ein Potentiometer,
das zum Beispiel einen winkelabhängigen Widerstandswert
erzeugt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen,
die die wenigstens eine Teleskopvorrichtung steuert. Mit Hilfe einer
Steuervorrichtung kann eine aktive Steuerung der Teleskopvorrichtung vorgesehen
werden. Insbesondere in Verbindung mit dem Gierratensensor kann
die Steuerungsvorrichtung in Abhängigkeit von dem Gierwinkel
und/oder der Gierrate die wenigstens eine Teleskopvorrichtung derart
steuern, dass ein Aufschwingen des Anhängers effektiv verhindert
wird. Weiterhin ist es denkbar, dass die Steuervorrichtung bei einer
erkannten Rückwärtsfahrt, einer Kurvenfahrt und/oder
bei einer Fahrgeschwindigkeit ≤ 20 km/h deaktivierbar ist
bzw. die Teleskopvorrichtung nicht angesteuert wird. Hierdurch kann
ein Untersteuern der Zugvorrichtung, insbesondere bei einer Fahrt
mit einer geringen Haftreibung zwischen einem Fahrzeugrad und einer
Fahrbahnoberfläche (μ-low), minimiert werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind mit der Steuervorrichtung
der Gierratensensor und/oder ein Lenkwinkelsensor und/oder ein Gierratensensor
der Zugvorrichtung und/oder ein Fahrgeschwindigkeitsmesser verbunden.
Bevorzugt kann dabei auf bereits in der Zugvorrichtung vorhandene
Sensoren für Lenkwinkel, Gierrate und Fahrzeuggeschwindigkeit
zurückgegriffen werden.
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Die
Verwendung eines Lenkwinkelsensors erlaubt die Korrelation eines
Gierwinkels mit dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeuges, sodass eine
Kurvenfahrt erkannt werden kann. Mit Hilfe der Fahrgeschwindigkeit
kann darüber hinaus eine Unterscheidung unterschiedlicher
Fahrzustände erkannt werden, beispielsweise Autobahnfahrt
und Landstraßenfahrt und die Lage der Resonanzfrequenz
kann vorausbestimmt bzw. abgeschätzt werden.
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Wenn
des Weiteren eine Vorrichtung zur Fahrtrichtungserkennung vorgesehen
ist, so kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
z. B. auch als Rückfahrhilfe eingesetzt werden, die ein
Verkeilen des Anhängers bei der Rückwärtsfahrt
verhindern kann. Die Vorrichtung kann beispielsweise in einer Getriebesteuerung
bestehen, Teil der Fahrgeschwindigkeitserkennung sein oder als separate
Erfassungseinheit ausgebildet sein.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Energiequelle vorgesehen,
mit Hilfe derer die wenigstens eine Teleskopvorrichtung mit Energie
versorgt werden kann, wobei die Energieversorgung durch die Steuervorrichtung
gesteuert ist. Auf diese Weise kann die Teleskopvorrichtung als
aktives Regelungselement des Fahrzeugsystems eingesetzt werden.
Die Energiequelle ist bevorzugt an die Art des Teleskopsystems angepasst.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Variante eines erfindungsgemäßen
Systems wird eine hydraulische oder pneumatische Teleskopvorrichtung
verwendet, wobei die Energiequelle in diesem Falle bevorzugt eine
Pumpe und/oder einen Druckspeicher aufweist, mit Hilfe derer die
Teleskopvorrichtung mit Druck beaufschlagbar ist. Besonders bevorzugt
sind pneumatische Systeme, die eine Pumpe und einen Druckspeicher
aufweisen. Bei derartigen hydraulischen oder pneumatischen Systemen
ist bevorzugt ein Drosselventil vorgesehen, das zwischen Energiequelle
und wenigstens einer Teleskopvorrichtung angeordnet ist. Die Steuervorrichtung
wirkt dabei bevorzugt auf das Drosselventil und/oder auf die Energiequelle.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind zwei Teleskopvorrichtungen
vorgesehen, die beiderseits der Anhängerkupplung angeordnet
sind. Auf diese Weise lässt sich eine symmetrische Wirkungsweise
in beiden Richtungen sicherstellen und die Ausfallsicherheit des
Systems kann erhöht werden. Bei einem pneumatischen oder
hydraulischen System kann ein Drosselventil zwischen den beiden
Teleskopvorrichtungen angeordnet sein und somit eine Druckverteilung
zwischen den beiden Teleskopvorrichtungen steuern.
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Ein
erster unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft einen
Anhänger, insbesondere einen Lkw-Anhänger, mit
einer Vorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Ein derartiger
Anhänger neigt weniger zum Aufschaukeln als ungedämpfte
Anhänger und ist betriebssicherer als herkömmliche
gedämpfte Anhänger, die Reibungsbremsen aufweisen. Darüber
hinaus ist durch ein erfindungsgemäßes aktives
System eine bessere Stabilisierung in kritischen Zuständen
möglich.
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Ein
weiterer unabhängiger Gegenstand der Erfindung ist ein
Lkw-Zug mit einer Zugvorrichtung, einem Anhänger und einer
Vorrichtung gemäß der eingangs beschriebenen Erfindung.
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Die
Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
Dabei zeigen schematisch:
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1 eine
Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Lkw-Zug;
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2 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung sowie
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3 ein
Schaltplan der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Lkw-Zug 1 mit
einem Anhänger 2, der an eine Zugmaschine 4 angehängt
ist. Die Zugmaschine 4 ist vorliegend als Pritschen- oder
Kastenaufbau mit anhängendem zweiachsigem Deichselanhänger 2 ohne gelenkte
Achse ausgebildet.
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2 zeigt
in vergrößerter Darstellung die Verbindung zwischen
Zugmaschine 4 und Anhänger 2.
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Der
Anhänger 2 ist mittels eines an einer Deichsel 3 angeordneten
Kugelkopfes 6 am Fahrzeugheck 4.1 der Zugmaschine 4 angekoppelt.
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Beiderseits
der Deichsel 3 sind Teleskopzylinder 8, 10 vorgesehen,
die über Lager bzw. Lagerbolzen 12, 14 drehbar
mit der Deichsel 3 und mit Lagern bzw. Lagerbolzen 16, 18 drehbar
mit dem Fahrzeugheck 4.1 verbunden sind.
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Die
Teleskopzylinder 8, 10 sind schräg zur Fahrtrichtung
X angeordnet und spannen ein Dreieck auf. Die Teleskopzylinder 8, 10 sind
des Weiteren, wie anschließend in 3 eingehender
erläutert, als hydraulisch betriebene Teleskopzylinder
ausgebildet. Druckbeaufschlagung der Teleskopzylinder 8, 10 bewirkt
somit das Ausüben einer Kraft zwischen den Lagern bzw.
Lagerbolzen 12, 16 für Teleskopzylinder 8 bzw. 14, 18 für
den Teleskopzylinder 10.
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Abhängig
von der Gierrate des Anhängers 2 und dem Fahrzustand
des Zuges 1 werden die Teleskopzylinder 8, 10 gezielt
mit Druck beaufschlagt, um dem Gieren des Anhängers 2 während
der Fahrt entgegenzuwirken.
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3 zeigt
einen Schaltplan der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung.
In der dargestellten Ausführungsform ist in dem Kugelkopf 6 ein
Drehpotentiometer 20 eingebaut, mit Hilfe dessen sich ein Gierwinkel
und einen Gierrate zwischen Anhänger 2 und Zugmaschine 4 erkennen
lässt. Das Drehpotentiometer 20 ist mit einem
Steuergerät 32 verbunden, welches den jeweiligen
Gierwinkel und die Gierrate des Drehpotentiometers 20 aufnimmt.
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Die
Teleskopzylinder 8, 10 werden hydraulisch betrieben.
Zur Bereitstellung des erforderlichen Betriebsdruckes sind als Energielieferanten
ein Druckspeicher 34 sowie eine Druckpumpe 36 vorgesehen.
Als mögliches geeignetes Druckmedium ist in dem beispielhaften
Ausführungsbeispiel Stickstoff vorgesehen. Mit Hilfe des
Druckspeichers 34 kann ein Betriebsdruck der beiden Teleskopzylinder 8, 10 eingestellt
werden.
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Zur
Erzeugung eines Druckunterschiedes zwischen den Teleskopzylindern 8, 10 und
somit zur Ausübung einer Kraft quer zur Fahrtrichtung ist
ein Drosselventil 38 zwischen den beiden Teleskopzylindern 8, 10 vorgesehen.
Auf diese Weise kann jeder der beiden Teleskopzylinder 8, 10 mit
einem höheren bzw. niedrigerem Druck beaufschlagt werden
als der jeweils andere der Teleskopzylinder 8, 10.
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Das
Drosselventil 38 wird vom Steuergerät 32 abhängig
vom jeweiligen Fahrzeugzustand gesteuert. Zur Erkennung des Fahrzeugzustandes
ist das Steuergerät weiterhin mit einem Lenkradwinkelsensor 42 verbunden,
der den Lenkradwinkel der Zugmaschine 4 erfasst. Des Weiteren
ist ein Fahrgeschwindigkeitssensor 44 vorgesehen, über
den die Fahrgeschwindigkeit des Lkw-Zuges 1 erfasst wird. Zuletzt
ist ein Gierratensensor 46 vorgesehen, mit Hilfe dessen
eine Gierrate der Zugmaschine 4 erfasst werden kann.
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Die
Sensoren 42, 44, 46 können standardmäßig
verbaute Sensoren der Zugmaschine 4 sein, insbesondere,
wenn ein Datenbussystem vorgesehen ist, mit Hilfe dessen die Signale
der unterschiedlichen Fahrzeugsensoren 42, 44, 46 verteilt
werden können.
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Mit
Hilfe der dem Steuergerät 32 zugeführten Informationen über
Geschwindigkeit, Gierrate, Lenkradwinkel der Zugmaschine 4 sowie
Winkel des Anhängers 2 relativ zur Zugmaschine 4 sowie
der Änderung des Winkels des Anhängers 2 gegenüber
der Zugmaschine 4 kann das Steuergerät 32 eine
Pendelbewegung des Anhängers erkennen und eine Dämpfung
der Relativbewegung zwischen Anhänger 2 und Zugmaschine 4 erreichen.
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Mit
Hilfe der Informationen lässt sich darüber hinaus
die oftmals schwierige Rückwärtsfahrt des Lkw-Zuges 1 stabilisieren,
was die Rangierbarkeit des Lkw-Zuges 1 bei der Rückwärtsfahrt
erleichtert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 60030564
T2 [0007]
- - DE 4421209 C1 [0008]
- - DE 2262194 [0008]