DE19715601B4

DE19715601B4 - Anhänger für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19715601B4
Application number: DE19715601A
Authority: DE
Inventors: Bastian Dr. Witte; Eckhard Babbel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1996-05-07
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2017-04-16
Also published as: DE19715601A1

Abstract

Anhänger zur gelenkigen Ankopplung an ein Krafffahrzeug, umfassend:
– mindestens eine Radachse mit zwei Rädern (11, 13), und
– eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen oder Verringern von Gierbewegungen des Anhängers (12) um einen Anlenkpunkt (9) am Kraftfahrzeug (10),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Dämpfungseinrichtung eine zwischen den Rädern (11, 13) der Radachse des Anhängers (12) eingekoppelte Drehmomentübertragungseinrichtung (8) aufweist, durch die das Rad (11) mit der höheren Drehzahl abgebremst und das Rad (13) mit der niedrigeren Drehzahl beschleunigt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Anhänger für Kraftfahrzeuge werden über eine Kupplungseinrichtung mit einem als Zugfahrzeug dienenden Kraftfahrzeug gelenkig verbunden, um während einer Kurvenfahrt des Zugfahrzeugs durchgeführte Gierbewegungen des Zugfahrzeugs nachfolgend mitvollziehen zu können, ohne die Beweglichkeit des Zugfahrzeugs für diese Gierbewegungen zu sehr zu erschweren. Als Kraftfahrzeuganhänger, das heißt von einem Kraftfahrzeug gezogene Fahrzeuge, sind dabei Einachsanhänger und mehrachsige Anhänger, unter anderem auch Auflieger, bekannt. Die Kopplung mit dem Zugfahrzeug erfolgt z. B. über eine Zugöse am Heck des Zugfahrzeugs und ein Kupplungsmaul an der Vorderseite des Anhängers, die durch einen vertikal eingesetzten Arretierungsbolzen derartig gelenkig miteinander verbunden werden, daß Gierbewegungen des Anhängers, das heißt Schwenkbewegungen in der horizontalen Ebene um die durch die Zugöse definierte Drehachse des Anhängers ermöglicht werden.

Aufgrund der gelenkigen Ankopplung des Anhängers folgt dieser dem Zugfahrzeug bei einem Lenkeinschlag mit einer gewissen Verzögerung. Bereits auf einen einzigen Lenkeinschlag des Zugfahrzeugs reagiert der Anhänger mit einer abnehmenden Pendelschwingung, deren erster Ausschlag der Lenkbewegung des Zugfahrzeugs entspricht. Vollzieht das Zugfahrzeug mehrere entgegengesetzte kleinere Lenkeinschläge hintereinander, wie es z. B. beim Ausweichen eines Hindernisses auf der Straße und anschließendem Gegeneinschlag oder zum Korrigieren von Unebenheiten auf der Fahrbahn und/oder bei Einwirken eines Seitenwindes notwendig ist, so folgt der Anhänger den Auslenkungen des Zugfahrzeugs mit einer Pendelbewegung, die gegenüber den Auslenkungen des Zugfahrzeugs phasenversetzt ist. Die Bewegung des Anhängers kann als gedämpfte Pendelschwingung um den Drehpunkt der Anlenkung des Anhängers am Zugfahrzeug aufgefaßt werden. Diese Pendelschwingung des Anhängers um das Zugfahrzeug kann zu einem seitlichen Ausbrechen oder sogar einem Umkippen des Anhängers führen. Versucht der Fahrer jedoch, die Pendelschwingung des Anhängers durch ein entsprechendes Gegenlenken des Zugfahr zeugs zu kompensieren, führt dies aufgrund der Phasenversetzung der Pendelschwingung gegenüber den Auslenkungen des Zugfahrzeugs in der Regel sogar zu einer Verstärkung der Pendelbewegung, das heißt einer zusätzlichen Anregung der Pendelschwingung, da der Fahrer gefühlsmäßig die Phasenversetzung der Pendelschwingung nicht berücksichtigt.

Aus diesem Grund sind verschiedene Verfahren zum Dämpfen von Gierbewegungen des Anhängers um den Anlenkpunkt am Zugfahrzeug bekannt, mit denen die Pendelschwingung nach einem Auslenkvorgang des Zugfahrzeugs stärker gedämpft werden soll.

Eine einfache und übliche Methode ist es, an dem Anlenkpunkt, das heißt im Bereich der Zugöse, des Kupplungsmauls und des Arretierungsbolzens, Reibungselemente anzubringen, die einer Drehbewegung um den Anlenkpunkt eine entsprechende Reibungskraft entgegensetzen und somit zu einer schnelleren Abflachung der Pendelschwingung führen. Nachteilig an derartigen einfachen Dämpfungsmitteln ist es, daß die Schwenkbewegung des Anhängers insgesamt erschwert wird, so daß das ganze Gespann steifer wird und Kurvenfahrten erschwert werden. Insbesondere ist ein Rangieren des Anhängers bei niedriger Geschwindigkeit, z. B. auf einem Campingplatz, aufgrund dieser von der Auslenkgeschwindigkeit unabhängigen Reibung deutlich erschwert. Auch kann eine solche einfache Dämpfungsvorrichtung lediglich ein Abflachen einer Pendelschwingung nach einer einmaligen Auslenkung des Zugfahrzeugs bewirken; hingegen kann eine Pendelschwingung nach mehrmaliger Anregung durch das Zugfahrzeug aufgrund gegenläufiger Lenkbewegungen beim Ausweichen eines Hindernisses oder auf unebener Straße, oder aufgrund einer Anregung der Pendelschwingung des Anhängers durch Einwirken von Seitenwindkräften und ähnlichem durch diese einfache Drehschwingungsdämpfung nicht hinreichend gedämpft werden, so daß weiterhin ein seitliches Ausbrechen oder Umkippen des Anhängers möglich ist.

Bei derartigen Reibungsdämpfern gestaltet sich weiterhin das An- und Abkoppeln des Anhängers aufgrund der Reibungselemente schwierig, und Kupplung und Deichsel werden durch das Dämpfungsmoment mechanisch belastet. Außerdem werden beim Losbrechen störende Dröhn- und Knarrgeräusche erzeugt. Aufgrund der konstanten Reibungskraft sinkt die Knickwinkeldämpfung mit zunehmender Amplitude der Pendelschwingung.

Die gattungsbildende DE 33 05 338 C2 beschreibt eine Anhängerkupplung für einen über den Kopf seiner Deichsel auf ein Zugfahrzeug abstützbaren Anhänger, bei dem der Deichselkopf durch ein Stellglied einer Stabilisierungsvorrichtung in Abhängigkeit vom Knickwinkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger quer zur Längsachse des Zugfahrzeugs in die Richtung verstellbar ist, in die der Anhänger ausschwenkt. Hierdurch rückt der momentane Drehpol des Anhängers entlang der Fahrzeuglängsachse nach vorne, was wie eine Deichselverlängerung wirkt, so daß durch den näher an den Schwerpunkt des Zugfahrzeugs heranrückenden Drehpol den Störkräften aufgrund der Pendelschwingung des Anhängers entgegengewirkt wird. Eine derartige Dämpfung von Anhänger-Pendelschwingungen durch eine Verschiebung des Drehpunkts des Anhängers führt zwar aufgrund der Deichselverlängerung zu einer gewissen Verstärkung der Dämpfung, die Dämpfwirkung ist jedoch auf den Wert eines Anhängers mit einer entsprechend längeren Deichsel begrenzt. Weiterhin ist eine solche Vorrichtung für die Verwendung von z. B. Campinganhängern sehr unpraktisch, da aufgrund der Verlängerung der Deichsel die Handhabung des Anhängers bei stehendem Fahrzeug, z. B. auf einem Campingplatz, deutlich erschwert ist.

Weiterhin ist z. B. aus der DE 29 52 093 A1 bekannt, beim Feststellen einer Pendelbewegung die Radbremse des Anhängers einseitig oder beidseitig zu betätigen.

Die weiterhin z. B. aus der DE 43 33 077 A1 als Dämpfungsmaßnahme bekannten Viergelenkkupplungen bewirken zwar eine starke Dämpfung, sind aber mechanisch sehr aufwendig und benötigen eine spezielle Kupplung am Fahrzeug. Das Fahrzeugheck wird durch eine derartige Viergelenkkupplung stark durch das zusätzliche Abstützmoment belastet. Weiterhin ist der mögliche Knickwinkel verringert, was zu Problemen beim Manövrieren führen kann.

Alle bekannten Dämpfungsvorrichtungen können dabei nur kleine Pendelschwingungen abdämpfen, bei größeren Schwingungen kann im allgemeinen nicht genug Energie aus dem schwingenden System herausgenommen werden, so daß ein wirklich schleudernder Zug kaum zu stabilisieren ist.

Ein Kraftfahrzeug, bei dem beispielsweise die nicht angetriebenen Hinterräder über eine Mitnahmekupplung, insbesondere eine Flüssigkeitsreibungskupplung drehmomentmäßig miteinander verbunden sind, ist aus der DE 39 02 259 C1 bekannt. Zur drehmomentmäßigen Verbindung der beiden Hinterräder mit der Flüssigkeitsreibungskupplung dienen zwei Halbwellen. Durch diese Anordnung soll sich die Richtungsstabilität des Kraftfahrzeuges verbessern lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, der eine gute Dämpfung von Pendelschwingungen des Anhängers um das Zugfahrzeug ge währleistet und dennoch eine gute Lenkbarkeit und Manövrierbarkeit des Gespanns und des Anhängers zuläßt.

Diese Aufgabe wird durch einen Anhänger nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Anhängers.

Erfindungsgemäß wird somit die Dämpfung der Pendelschwingung nicht durch eine Vorrichtung im Bereich der Anhängerkupplung, sondern durch eine direkt auf die Räder des Anhängers einwirkende Einrichtung erreicht. Das Dämpfungsmaß kann somit direkt in Abhängig keit vom Fahrzustand des Anhängers, insbesondere nach Anspruch 2 von der Drehzahldifferenz eingestellt werden.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß bei einer Kurvenfahrt das kurvenäußere Anhängerrad einen größeren Weg zurücklegt als das kurveninnere Rad, so daß die Drehzahl des kurvenäußeren Rads größer ist als diejenige des kurveninneren Rads. In dem erfindungsgemäß zwischen den beiden Rädern einer Radachse ein Drehmoment in Abhängigkeit von den Drehzahlen der Räder übertragen wird, kann das sich schneller drehende Rad auf einfache Weise abgebremst und das langsamer laufende Rad entsprechend beschleunigt werden. Durch diese Drehmomentübertragung zwischen den beiden Rädern wird auf den Anhänger ein die Geradeausfahrt begünstigendes Stabilisierungsmoment übertragen, ohne die Anhängerkupplung und Anhängerdeichsel mechanisch zu beanspruchen und eine Energieabsorption im Kupplungsbereich erforderlich zu machen. Da weiterhin erfindungsgemäß die Dämpfung nicht direkt von dem Auslenkwinkel des Anhängers gegenüber dem Zugfahrzeug abhängt, ist die Manövrierbarkeit des Anhängers bei niedrigen Geschwindigkeit, insbesondere auch die Rangierfähigkeit des Anhängers von Hand bei stehendem Zugfahrzeug gegenüber den bekannten Anhängern deutlich verbessert.

Bei einem Anhänger nach Anspruch 2, bei dem das Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz der beiden Fahrzeugräder übertragen wird, kann zudem eine hohe Dämpfung genau in den Fällen der schnellen Fahrt um eine enge Kurve ermöglicht werden, in denen ein hohes Dämpfungsmaß erwünscht ist. Hingegen wird die Beweglichkeit des Gespanns bei einer schnellen Fahrt in einer Kurve mit großem Kurvenradius, z. B. einer Autobahnkurve, oder die Handhabung des Anhängers bei niedrigen Geschwindigkeiten und großen Auslenkwinkeln, z. B. die Manövrierung des Anhängers bei stehendem Zugfahrzeug, bei einem derartigen Anhänger kaum beeinflußt, da die Drehzahldifferenz der Anhängerräder gering ist.

Der erfindungsgemäße Anhänger kann dabei insbesondere nach den Ansprüchen 3, 4 oder 7 als Reibungsdrehdämpfer, hydraulischer oder magnetischer Drehdämpfer ausgebildet werden.

Die Ansprüche 9 bis 15 beschreiben eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, bei der das Dämpfungsmaß, das heißt das übertragene Drehmoment, von der Fahrgeschwindigkeit des Anhängers abhängt. Die Fahrgeschwindigkeit des Anhängers kann dabei z. B. als die mittlere Drehzahl der Räder einer Drehachse bestimmt werden. In dem nach Anspruch 10 das übertragene Drehmoment mit der Fahrgeschwindigkeit des Anhängers zunimmt, wird die Pendelschwingung gerade bei hohen Fahrgeschwindigkeiten des Gespanns stärker gedämpft, während ein Rangieren des Anhängers bei niedrigen Geschwindigkeiten, z. B. auch das Rangieren des Anhängers von Hand bei stehendem Zugfahrzeug, weniger beeinträchtigt wird. Insbesondere kann die Dämpfung unterhalb einer minimalen Geschwindigkeit nach Anspruch 11 ganz ausgeschaltet werden.

Die Ansprüche 12 bis 15 beschreiben eine Ausbildung des erfindungsgemäßen Anhängers mit einer Reibungskupplung zur Übertragung des Drehmoments.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einer Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Gespann mit einem Zugfahrzeug und einem Anhänger gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 das Gespann aus 1 nach einem Lenkeinschlag des Zugfahrzeugs;
3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 1 durch den Drehdämpfer der Ausführungsform der Erfindung.
Ein Gespann besteht aus einem Zugfahrzeug 10, an das heckseitig über eine Anhängerkupplung 9 ein Anhänger 12 gelenkig angekoppelt ist. Der Anhänger 12 weist eine Radachse mit zwei Rädern, dem rechten Anhängerrad 11 und dem linken Anhängerrad 13 auf. Nach einem Lenkeinschlag des Zugfahrzeugs 10, das heißt bei Kurvenfahrt oder Ausweichen eines Hindernisses weist der Anhänger 12 gegenüber dem in Fahrtrichtung F fahrenden Zugfahrzeug 10 einen Knickwinkel α um die den Drehpunkt bildende Anhängerkupplung 9 auf, wie aus 2 ersichtlich ist.
Erfindungsgemäß sind die beiden Anhängerräder 11 und 13 über eine als Drehdämpfer wirkende Kupplung 8 verbunden.
Dabei wird über die Kupplung 8 ein Drehmoment derartig übertragen, daß das sich langsamer drehende Rad, das heißt in 2 das linke Anhängerrad 13, beschleunigt und das sich schneller drehende Rad, hier das rechte Anhängerrad 11, abgebremst wird. Die beschleunigende Kraft am langsamer laufenden Rad F_be und die abbremsende Kraft am schneller laufenden Rad F_ab sind in 2 eingezeichnet. Die Kräfte F_be und F_ab entsprechen dabei einem Drehmoment um den Drehpunkt 9, das bestrebt ist, die Achse des Anhängers 12 auf die Achse des Zugfahrzeugs 10 zu ziehen, d. h., α zu verkleinern, und somit die Pendelbewegung abzubauen.
Pendelt der Anhänger, wie in 2 gezeigt, in Richtung des Pfeils in Fahrtrichtung nach rechts aus, so läuft das rechte Anhängerrad mit einer größeren Geschwindigkeit als das linke Anhängerrad. Durch den Drehdämpfer wird das rechte Rad gebremst, während das linke angetrieben wird. Das dadurch erzeugte Giermoment wirkt dieser Pendelschwingung entgegen. Im Totpunkt der Pendelbewegung laufen beide Räder mit gleicher Drehzahl, es wird kein Moment erzeugt. Pendelt der Anhänger von nun an in Fahrtrichtung nach links, so dreht sich das linke Anhängerrad schneller als das rechte, die Kräfte drehen sich von der Richtung her um und wirken erneut der Pendelbewegung entgegen.
Vorteilhaft gegenüber einem Anhänger, der bei Feststellen einer Pendelbewegung lediglich einseitig oder beidseitig abgebremst wird, ist dabei, daß antreibende und abbremsende Kraft am Anhänger gleich groß sind, so daß keine Rückwirkung auf das Gespann und auf den Fahrkomfort zu befürchten sind.
Die erfindungsgemäße Kupplung 8 kann in einfacher Weise als Reibkupplung, magnetische oder hydraulische Kupplung ausgebildet werden, bei der die Drehzahlen der Räder einander angenähert werden.
Bei einer hydraulischen Kupplung kann insbesondere eine Viskokupplung verwendet werden, bei der Abtriebs- und Antriebswelle Lamellen aufweisen, die im wesentlichen radial verlaufen und mit Schlupf ineinandergreifen. Die Lamellen werden dabei über einen hydraulischen Vordruck zusammengedrückt, so daß die Steifigkeit der Viskokupplung in bekannter Weise über den hydraulischen Vordruck eingestellt werden kann. Um ein gutes dynamisches Verhalten zu erreichen, kann insbesondere die Steifigkeit mit steigender Fahrgeschwindigkeit erhöht werden. Unterhalb einer Minimalgeschwindigkeit, z.B. 20 km/h, kann die Steifigkeit auf einen Minimalwert heruntergesetzt werden, so daß nur ein Restdrehmoment übertragen wird, das sich aus dem prinzipiellen Aufbau der Viskokupplung ergibt.
Die Reibkupplung aus 3 trägt den besonderen Erfordernissen des Drehdämpfers Rechnung. Die Welle des linken Rads ist im Bereich der Kupplung 8 als Hohlwelle 1 ausgeführt, die Welle des rechten Rads als innere Welle 2. Die innere Welle 2 ist über einen Mitnehmer 3 mit zwei oder mehr einander gegenüberliegenden Reibelementen 4 verbunden. Die Reibelemente haben jeweils die Masse m. Sie sind miteinander über die auf Zug vorge spannte Feder 5 verbunden und besitzen einen mechanischen Anschlag 6. Bei stehendem Anhänger oder bei einer geringen Fahrgeschwindigkeit werden die Reibelemente 4 über die Vorspannkraft der Feder 5 gegen den Anschlag 6 gedrückt, so daß kein Drehmoment übertragen wird. Somit kann der Anhänger problemlos von Hand rangiert werden, z. B. beim An- oder Abkoppeln des Anhängers bei stehendem Zugfahrzeug, oder beim Rangieren eines Campinganhängers auf einem Campingplatz von Hand.
Fährt der Anhänger, so drehen sich die Reibelemente 4 mit der Drehzahl der Achse 2. Bei höherer Fahrgeschwindigkeit werden sie somit durch die auf die Reibelemente wirkende Fliehkraft gegen die Innenseite der Hohlwelle 1 gedrückt. Dabei wird ein Moment M = 2μmr²φ² übertragen.
Somit wird eine mit steigender Fahrgeschwindigkeit und steigender Differenzgeschwindigkeit der Fahrzeugräder ansteigende Dämpfung erreicht. Unterhalb einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit erreichen die Reibelemente 4 nicht die Hohlwelle 1, so daß der Drehdämpfer unterhalb dieser Fahrgeschwindigkeit nicht wirksam ist. Somit braucht der Fahrer den Torsionsdämpfer auch nicht beim Rangieren von Hand abschalten und kann entsprechend später nicht vergessen, ihn wieder zu aktivieren.

Claims

Anhänger zur gelenkigen Ankopplung an ein Krafffahrzeug, umfassend: – mindestens eine Radachse mit zwei Rädern (11, 13), und – eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen oder Verringern von Gierbewegungen des Anhängers (12) um einen Anlenkpunkt (9) am Kraftfahrzeug (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung eine zwischen den Rädern (11, 13) der Radachse des Anhängers (12) eingekoppelte Drehmomentübertragungseinrichtung (8) aufweist, durch die das Rad (11) mit der höheren Drehzahl abgebremst und das Rad (13) mit der niedrigeren Drehzahl beschleunigt wird.
Anhänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment in Abhängigkeit von einer Drehzahldifferenz der Anhängerräder (11, 13) übertragen wird.
Anhänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungseinrichtung (8) ein Reibungsdrehdämpfer ist.
Anhänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungseinrichtung (8) ein hydraulischer Drehdämpfer ist.
Anhänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungseinrichtung (8) eine Viskokupplung ist, deren Abtriebswelle und Antriebswelle Lamellen aufweisen, die im wesentlichen radial verlaufen und mit Schlupf ineinander greifen.
Anhänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen der Abtriebswelle und der Antriebswelle über einen hydraulischen Vordruck zusammengedrückt werden und eine Steifigkeit der Viskokupplung derartig über den hydraulischen Vordruck eingestellt werden kann.
Anhänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungseinrichtung (8) ein magnetischer Drehdämpfer ist.
Anhänger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rädern (11, 13) der Radachsen des Anhängers (12) und der Drehmomentübertragungseinrichtung (8) eine oder zwei biegsame Welle(n) angeordnet sind.
Anhänger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragene Drehmoment abhängig ist von der Fahrgeschwindigkeit des Anhängers (12).
Anhänger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragene Drehmoment mit der Fahrgeschwindigkeit des Anhängers (12) zunimmt.
Anhänger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb einer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit des Anhängers (12), vorzugsweise 20 km/h, kein Drehmoment oder ein minimales Restdrehmoment übertragen wird.
Anhänger nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungseinrichtung (8) mit den Fahrzeugrädern (11, 13) über zwei Wellen verbunden ist, wobei eine Welle im Bereich der Drehmomentübertragungseinrichtung (8) als Hohlwelle (1) ausgebildet ist und die andere Welle im Bereich der Drehmomentübertragungseinrichtung (8) als innere Welle (2) konzentrisch mit der Hohlwelle (1) angeordnet ist, und eine radial ausfahrbare Reibeinrichtung zwischen den Wellen angeordnet ist zum Eingriff in eine oder beide Wellen (1, 2).
Anhänger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibeinrichtung mindestens zwei radial gegenüberliegende Reibelemente (4) aufweist, die mit der inneren Welle (2) verbunden sind zum radialen Eingriff in die Hohlwelle (1).
Anhänger nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibelemente (4) mit einer radial nach innen wirkenden Vorspannung versehen sind.
Anhänger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (6) oder zwei Anschläge (6) zum Begrenzen der radialen Einwärtsbewegung der Reibelemente (4) vorgesehen ist bzw. sind.