DE3935479A1 - Anhaengerkupplung - Google Patents
AnhaengerkupplungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anhängerkupplung mit den
oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Aus der EP-A-03 02 437 ist eine Anhängerkupplung bekannt, in die
zur Messung von horizontalen und/oder vertikalen Kräften beim
Bremsen und Beschleunigen von Fahrzeuggespannen Kraftmeßzellen
integriert sind. In einer weiteren Ausführungsform dieser
Anhängerkupplung ist eine Kraftmeßzelle in vertikaler
Meßrichtung vorgesehen, um die Stützlast eines Anhängers zu
bestimmen. Das Meßsignal der Druck-, Zug- oder Stützkräfte kann
dabei einer Steuervorrichtung wie einem Antiblockiersystem zur
Optimierung der Fahreigenschaften zugeleitet werden. Obwohl
hierbei die Kombinationsmöglichkeit zwischen Kraftmeßzellen für
vertikale und horizontale Kräfte angedeutet ist, wird eine
derartige Ausführungsform nicht näher beschrieben.
Die Kraftmeßzellen der EP-A-03 02 437 bestehen dabei aus einem
Kolben, der in einen mit elastomerem Material gefüllten
Ringspalt in ein topfförmiges Gehäuse eintaucht. Die
Kupplungsteile der Anhängerkupplung sind dabei derart
ausgebildet, daß speziell gestaltete Kupplungsteile nötig sind.
Im Falle einer Neuanschaffung der Anhängerkupplung ist die
beschriebene Lösung wirtschaftlich, jedoch befindet sich noch
eine Vielzahl von Anhängerkupplungen im Einsatz, bei denen die
oben beschriebene Kraftmeßzelle nicht anwendbar ist, sofern
nicht ein Austausch der gesamten Anhängerkupplung vorgenommen
werden soll. Andererseits sollte die in der EP-A-03 02 437
beschriebene Kraftmeßvorrichtung in wirtschaftlicher Weise auch
für bereits im Einsatz befindliche Anhängerkupplungen oder als
Zusatzausrüstung angewendet werden können, um insbesondere die
Steuerungsmöglichkeiten aufgrund des erfaßten Meßsignals der
Zug-, Druck- und/oder Stützkräfte nutzen zu können.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
einfache und platzsparende Nachrüstmöglichkeit für derartige
Anhängerkupplungen unter weitestgehender Verwendung vorhandener
Kupplungsteile zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anhängerkupplung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Durch die Verwendung der an sich bekannten Kraftmeßzelle und
deren Anordnung im Kraftweg zwischen dem Zugfahrzeug und der
Zugöse der Anhängerkupplung wird einerseits die Übertragung
hoher Zugkräfte über die Anhängerkupplung möglich und
andererseits eine genaue Kraftmessung der Stütz-, Zug- und/oder
Druckkräfte erreicht. Hierdurch ist eine exakte Messung der
horizontalen und/oder vertikalen Kräfte möglich, wobei die Norm-
Anhängerkupplung ohne wesentliche Änderungen weiterverwendet
wird. Somit ergibt sich eine billige, platzsparende und
wirtschaftliche Nachrüstmöglichkeit selbst älterer
Anhängerkupplungen, um aus den Meßsignalen der Kraftmeßzelle die
Fahreigenschaften des Fahrzeuggespannes zu optimieren,
insbesondere durch Steuerung der Bremsanlage in Abhängigkeit von
dem gemessenen Anhängergewicht und/oder dessen Zug- bzw.
Druckkraft auf das Zugfahrzeug Schrägstellungen oder das sog.
"Ausbrechen" des Anhängers zu verhindern.
Von besonderem Vorteil ist die Ausführung, bei der sowohl die
Zug- und Druckkräfte als auch die Stützkräfte mit einer
Dreifach-Kraftmeßzelle erfaßt werden, wobei der oder die Kolben
der horizontalen Kraftmeßzelle zugleich als Gehäuse der
senkrecht hierzu ausgerichteten Kraftmeßzelle dient bzw. dienen.
Damit sind mit einer kompakten, leicht nachzurüstenden Einheit
sämtliche auf die Anhängerkupplung wirkenden Zug-, Druck- und
Abstützkräfte erfaßbar, so daß alle für eine
Antiblockierregelung oder eine Antischlupfregelung relevanten
Einflußgrößen erfaßt werden können. Neben der Kraftmessung ist
dabei in vorteilhafter Weise zugleich auch die Messung der an
der Anhängerkupplung angreifenden Momente möglich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der
Unteransprüche und werden anhand dreier Ausführungsbeispiele in
der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert und beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Anhängerkupplung mit einer angebauten
Kraftmeßzelle;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anhängerkupplung mit
Kraftmeßzelle gemäß Fig. 1;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Anhängerkupplung mit
Kraftmeßzelle gemäß Fig. 1;
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer herkömmlichen
Anhängerkupplung;
Fig. 5 eine Anhängerkupplung gemäß Fig. 4 mit der
erfindungsgemäßen Ausbildung der Kraftmeßzellen;
Fig. 5a eine abgewandelte Einzelheit gemäß Fig. 5;
Fig. 6 eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform der
Anhängerkupplung in Form einer Sattelkupplung;
Fig. 7 eine Seitenansicht der Anhängerkupplung gemäß Fig. 6;
Fig. 8 eine Schnittdarstellung durch eine Einzelheit der
Anhängerkupplung gemäß Fig. 7.
Fig. 1 zeigt eine Anhängerkupplung 1 nach DIN 11 025 mit einer
Zugöse 2, die über ein Abstützteil 3 mit nicht näher
bezeichneten Bohrungen in herkömmlicher Weise an einem nicht
näher dargestellten Zugfahrzeug 3a befestigt ist. Die Zugöse 2
ist für eine verbesserte Geländegängigkeit, wie sie
beispielsweise für ein landwirtschaftliches Gespann gefordert
wird, in einem Stützring 4 axial verdrehbar.
Erfindungsgemäß ist zwischen dem Abstützteil 3 und dem
Zugfahrzeug 3a nunmehr eine Kraftmeßzelle 7 zwischengeschaltet,
die die auf die Anhängerkupplung 1 wirkenden Abstützkräfte in
vertikaler Richtung erfaßt. Hierzu ist das Abstützteil 3 der
Anhängerkupplung 1 mit einem Kupplungsflansch 5 der
Kraftmeßzelle 7 verbunden, die ihrerseits mit einem
Anschlußflansch 6 an dem Zugfahrzeug 3a befestigt ist. Neben der
hier dargestellten Kraftmeßzelle 7 für die Stützkraftmessung
können, wie weiter unten beschrieben, noch eine zweite oder
dritte Kraftmeßzelle vorgesehen sein.
In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Anhängerkupplung 1
zusammen mit der Kraftmeßzelle 7 dargestellt, während in Fig. 3
eine Schnittdarstellung der Fig. 2 gezeigt ist. Das
Abstützteil 3 der Anhängerkupplung 1 stützt sich über den
Kupplungsflansch 5 und über einen Kolben 7a an dem
Anschlußflansch 6 ab. Der Anschlußflansch 6 ist zugleich als ein
Gehäuse 8 für die Aufnahme des Kolbens 7a ausgebildet. Zwischen
dem Kolben 7a und dem topfartigen Gehäuse 8 ist ein schmaler
Ringspalt 9 vorgesehen, der vollständig mit elastomerem
Material 10 gefüllt ist. Mit dem elastomeren Material 10, z. B.
einem fest anhaftendem Silikon, steht ein Drucksensor 11 in
Verbindung, so daß bei Beaufschlagung des Kolbens 7a in
vertikaler Kraft durch die Stützkraft auf die Anhängerkupplung 1
der Kolben 7a den Drucksensor 11 über das elastomere
Material 10 beaufschlagt. Das Meßsignal des Drucksensors 11
kann, wie in der EP-A-03 02 437 dargestellt, an
Steuervorrichtungen wie Antiblockiersystemen für das Gespann
weitergeleitet werden. Durch die Füllung des engen Ringspaltes 9
mit elastomerem Material 10 hält die Anhängerkupplung 1 selbst
hohen Zugbeanspruchungen bei voll beladenem Anhänger stand und
ermöglicht zugleich ein feinfühliges Ansprechen des Sensors 11
auf vertikale Kräfte. Um ein Verdrehen des Kolbens 7a um dessen
Achse zu vermeiden, ist ein Begrenzungsanschlag 12 vorgesehen,
der eine Abscherung des Elastomers 10 im Ringspalt 9 infolge
einer Verdrehung des Kolbens 7a in dem topfförmigen Gehäuse 8
verhindert.
In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform einer Anhängerkupp
lung 1 nach DIN 74 053 dargestellt, deren gleichwirkende Teile
mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren
bezeichnet sind. In die Zugöse 2 ist eine Anhängedeichsel 2a
eines nicht dargestellten Anhängers eingeführt und mittels eines
Steckbolzens 2b festgelegt. Die Zugöse 2 geht in einen Bolzen 4a
über, der im Stützring 4 axial verdrehbar gelagert ist. Der
Stützring 4 ist hier im Gegensatz zu Fig. 1 nicht auf Zug
beansprucht, sondern stützt sich mit seinem Abstützteil 3 nach
hinten gegen ein Rahmenteil des Zugfahrzeugs 3a ab. Der
Bolzen 4a trägt an seinem vorderen Ende ein Axiallager 4b, um
größere Verdrehbewegungen des Bolzens 4a zu ermöglichen. Die
Zugkraft wird dabei über einen Übertragungsring 4c auf einen
Dämpfungsring 4d übertragen, der sich über den Stützring 4
abstützt. In entgegengesetzter Richtung ist ein weiterer
Dämpfungsring 4e vorgesehen, um wechselnde, stoßartige Zug- und
Druckbelastungen auf die Anhängerkupplung 1 abzudämpfen. Die
hier in Fig. 4 dargestellte Anhängerkupplung ist Stand der
Technik und wird bei vielen LKW eingesetzt. Die erfindungsgemäß
nachgerüstete Ausführungsform dieser Anhängerkupplung ist in
Fig. 5 dargestellt.
Hierbei stützt sich der Bolzen 4a wiederum über das
Axiallager 4b, den Übertragungsring 4c und den Dämpfungsring 4d
in Zugrichtung ab. Der Dämpfungsring 4d wirkt hierbei jedoch auf
eine zwischengeschaltete Kraftmeßzelle 7, nämlich unmittelbar
auf deren Kolben 7a, der im engen Ringspalt 9 geführt über das
elastomere Material 10 den Drucksensor 11 beaufschlagt. Der
Drucksensor 11 ist hier in vorteilhafter Weise in einer Schulter
des Gehäuses 8 eingeschraubt, so daß der Drucksensor 11 leicht
ausgetauscht werden kann. Das Gehäuse 8 ist über einen
Sicherungsstift 12a, gleichwirkend mit dem Anschlag 12 in Fig.
2, drehfest fixiert. Durch diese im Kraftweg zwischen
Zugfahrzeug 3a und Anhängerkupplung 1 eingebaute Kraftmeßzelle 7
werden die Zugkräfte in der Anhängerkupplung 1 erfaßt, während
die Druckkräfte in der Anhängerkupplung 1 über einen
Dämpfungsring 4e, ein Gehäuse 8, auf eine hier im rechten
Bereich dargestellte zweite Kraftmeßzelle 7 eingeleitet werden.
Hierbei werden in Umkehrung der oben beschriebenen
Kraftmeßzelle 7 die Kräfte über das Gehäuse 8 eingeleitet,
während der durchmesserkleinere Kolben 7a den Drucksensor 11
aufnimmt. Diese Anordnung des Drucksensors 11 im Boden des
Kolbens 7a ist dabei von eigenständiger erfinderischer
Bedeutung, da hierdurch das Innere des Kolbens 7a in
raumsparender Weise für die Unterbringung des Drucksensors 11
genutzt wird. Eine derartige, nebengeordnet beanspruchte
Kraftmeßzelle weist eine besonders geringe Bauhöhe bzw.
Baubreite auf und ist besonders für kompakte Anhängerkupplungen
geeignet, jedoch auch für ähnliche Vorrichtungen mit engem
Einbauraum für die Kraftmeßzelle. Durch die entgegengesetzte
Anordnung zweier Kraftmeßzellen 7 sind sämtliche in Zug- und
Druckrichtung wirkenden Kräfte in der Anhängerkupplung 1 zu
erfassen.
Fig. 5a zeigt eine abgewandelte Ausführung, wobei der
Dämpfungsring 4d bei ansonsten gleichem Aufbau durch ein
Tellerfederpaket 4f ersetzt ist. Dadurch wird der Kolben 7a
belastet und ohne äußere Belastung die Kraftmeßzelle 7
vorgespannt. Werden über den Bolzen 4a Zugkräfte eingeleitet, so
erhöht sich der Druck am Drucksensor 11, während bei
Druckbelastung in entgegengesetzter Richtung, die in Fig. 5
durch die rechte Kraftmeßzelle erfaßt wurden, die Vorspannung
verringert wird. Dabei entspricht die Federvorspannung zumindest
der maximalen Druckkraft. Dadurch sind mit einer einzigen
Kraftmeßzelle 7 sowohl Zug- als auch Druckkräfte zu messen, so
daß durch die Federvorspannung in Fig. 5a auf die zweite
Kraftmeßzelle in Fig. 5 verzichtet werden kann.
In Fig. 6 und 7 ist eine Sattelkupplung nach DIN 74 081
dargestellt. Die Zugöse 2 ist hier im Zentrum einer
Sattelplatte 13 vorgesehen, die um eine Fahrzeug-Querachse 15
auf zwei seitlichen Lagerböcken 14 schwenkbar gelagert ist.
In Fig. 8 ist eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der
Anhängerkupplung 1 in Form der Sattelkupplung nach Fig. 6 und 7
dargestellt. Dabei ist ein an der Sattelkupplung austauschbarer
Lagerbock 14 vorgesehen, der eine Lagerung für die Querachse 15
aufweist. Die Querachse 15 ist in einem ersten Kolben 7a
vorgesehen, der in einem Gehäuse 8 in vertikaler Richtung
eingepaßt ist und auf einen unten liegenden Sensor 11 wirkt.
Neben dieser ersten vertikal ausgerichteten Kraftmeßzelle 7′
sind zwei weitere horizontal ausgerichtete
Kraftmeßzellen 7′′ und 7′′′ vorgesehen, die die Zugkräfte und
die Druckkräfte erfassen. Hierbei ist vorteilhaft, daß das
Gehäuse 8 der ersten Kraftmeßzelle 7′ zugleich die Kolben 7a der
zweiten und dritten Kraftmeßzelle 7′′ und 7′′′ bildet. Somit
werden durch ein einstückiges Bauteil innerhalb des Lagerbockes
14 sämtliche für die Regelung von Antiblockiersystemen
notwendigen Kräfte erfaßt. Sofern es fertigungstechnisch
vorteilhafter ist, können die Kraftmeßzellen 7′′ und 7′′′
entlang der Linie 16 auch von einander getrennt sein, so daß das
vertikale Gehäuse der Kraftmeßzelle 7′ praktisch zwischen den
beiden horizontalen Kraftmeßzellen 7′′ und 7′′′ eingespannt und
geführt ist. Anstatt zweier horizontaler Kraftmeßzellen 7′′ und
7′′′ kann entsprechend der Ausführung in Fig. 5a auch nur eine
einzige vorgesehen sein, die dann durch eine Feder in Höhe der
zu erwartenden Kraft vorgespannt ist.
Ebenso wie in den vorstehenden Figuren ist die Kraftmeßzelle 7
in die Anhängerkupplung auf einfache Weise einzubauen, wie hier
durch den Austausch eines Lagerbockes 14. Zur Erfassung der
Zug-, Druck- und/oder Stützkräfte genügt dabei der Austausch
eines Lagerbockes 14 der Sattelplatte 13, jedoch können auch
beide Lagerböcke 14 mit Kraftmeßzellen 7 versehen sein und gegen
die herkömmlichen Lagerböcke 14 ausgetauscht werden. Wesentlich
ist hierbei, daß ein Großteil der Bauteile der herkömmlichen
Anhängerkupplung weiterverwendet werden können und somit auch
ältere Zugfahrzeuge mit den Kraftmeßzellen ausgerüstet werden
können.
Die in Fig. 8 dargestellte Dreifach-Kraftmeßzelle 7′, 7′′, 7′′′
kann auch bei einer Anhängerkupplung 1 nach Fig. 1 Anwendung
finden, wobei die Befestigungsteile des Lagerbockes 14 durch die
entsprechenden Anschlußteile, nämlich den Kupplungsflansch 5 und
den Anschlußflansch 6 ersetzt würden.
Obwohl es vorteilhaft ist, wenn alle drei Kraftmeßzellen 7′,
7′′, 7′′′ nur in einem Lagerbock 14 angeordnet sind, können
beispielsweise auch die Horizontalkräfte durch die
Kraftmeßzellen 7′′ und 7′′′ in einem Lagerbock 14 gemessen
werden, während die Kraftmeßzelle 7′ für die Stützkraftmessung
in dem zweiten Lagerbock 14 angeordnet ist.
Darüber hinaus ist durch diese Anordnung der Kraftmeßzellen
seitlich von der zentralen Zugöse neben der Kräftemessung bei
Berücksichtigung des Hebelarms 17 (vgl. Fig. 6) auch eine
Momentenmessung möglich. Dadurch sind die insbesondere bei
Kurvenfahrt und starken Einschlagwinkeln zwischen Zugfahrzeug 3a
und Anhänger bzw. Sattelauflieger auftretenden Momente um die
Hochachse auf die Anhängerkupplung 1 meßbar und zur Optimierung
des Fahrverhaltens heranzuziehen. Beispielsweise können mittels
eines dem Fahrzeugtechniker bekannten Antiblockiersystem die
rechten oder linken Räder des Gespanns unterschiedlich stark
gebremst werden, um ein Einknicken oder eine zu starke
Schrägstellung des Gespanns zu verhindern.
Die entsprechenden Grenzwerte sind in einem Speicher einer
Mikroprozessorsteuerung abgespeichert, ebenso die in
Abhängigkeit von den Meßsignalen einzuleitenden Steuerungs- oder
Bremsreaktionen, wie die z. B. in der EP-A-03 02 437 näher
erläutert ist.
Die Erfindung ist anwendbar auf Anhängerkupplungen insbesondere
an Kraftfahrzeuggespannen und bei Eisenbahnwaggons.
Claims (13)
1. Anhängerkupplung mit wenigstens einer Kraftmeßzelle zur
Messung von Zug-, Druck- und/oder Stützkräften zwischen
einem Zugfahrzeug und einem Anhänger, wobei die
Kraftmeßzelle einen in einem topfartigen Gehäuse unter
Bildung eines mit elastomerem Material gefüllten
Ringspaltes angeordneten Kolben aufweist, der auf einen
Drucksensor wirkt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kraftmeßzelle (7) unter Verwendung einer Norm-
Anhängerkupplung (1) im Kraftweg zwischen Zugfahrzeug (3a)
und Anhängerkupplung (1) eingebaut ist.
2. Anhängerkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß am Gehäuse (8) eine Verdrehsicherung (12) zur
Begrenzung der Verdrehung des Kolbens (7a) um die
Kolbenachse vorgesehen ist.
3. Anhängerkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß je eine Kraftmeßzelle (7) in Zugrichtung und in
Druckrichtung angeordnet ist.
4. Anhängerkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftmeßzelle (7) in Druckrichtung auf der
Mittelachse eines Drehbolzens (4a) angeordnet ist.
5. Anhängerkupplung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anhängerkupplung (1) als
Sattelkupplung ausgebildet ist, die eine auf Lagerböcken
(14) um eine Querachse (15) schwenkbar gelagerte
Sattelplatte (13) aufweist, wobei wenigstens eine
Kraftmeßzelle (7) im Lagerbock (14) angeordnet ist.
6. Anhängerkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß im Lagerbock (14) eine vertikal ausgerichtete
Kraftmeßzelle (7′) und wenigstens eine horizontal
ausgerichtete Kraftmeßzelle (7′′ und/oder 7′′′) angeordnet
sind, deren Mittenachsen sich kreuzen.
7. Anhängerkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (7a) für die Messung der Zug- und/oder
Druckkraft als Gehäuse (8) für die Kraftmeßzelle (7′) zur
Stützkraftmessung ausgebildet ist.
8. Anhängerkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftmeßzelle(n) (7) lediglich in einem Lagerbock
(14) angeordnet ist/sind.
9. Anhängerkupplung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kraftmeßzelle (7) einen
Kupplungsflansch (5) und einen Anschlußflansch (6)
aufweist, die die gleichen Anschlußmaße wie das Abstützteil
(3) der Anhängerkupplung (1) besitzen.
10. Anhängerkupplung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kraftmeßzelle(n) (7) mit einer
Steuereinrichtung, insbesondere einem Antiblockier-
Bremssystem verbunden ist.
11. Anhängerkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftmeßzelle(n) (7′, 7′′, 7′′′) unter Zuordnung
des Abstandes (17) zwischen Zugöse (2) und jeweiliger
Kraftmeßzelle (7′, 7′′, 7′′′) der Steuereinrichtung zur
Momentenerfassung zugeordnet sind.
12. Anhängerkupplung wenigstens nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Messung entgegengerichteter Kräfte
lediglich eine Kraftmeßzelle (7) vorgesehen ist, deren
Kolben (7a) durch eine Feder (4f) vorgespannt ist.
13. Kraftmeßzelle, insbesondere für eine Anhängerkupplung nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor
(11) im Boden des Kolbens (7a) befestigt ist und im
Innenraum des Kolbens (7a) versenkt angeordnet ist.
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