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Title:
ANGLE-MEASURING ASSEMBLY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/206318
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an angle-measuring assembly (23) for sensing a pivot angle (α) between the longitudinal center axis (M1) of a towing vehicle (2) and the longitudinal center axis (M2) of a trailer (3), which is coupled to the towing vehicle (2) by means of a coupling (4), in particular a releasable coupling, forming a pivot axis (A) at the vertex (P) of the pivot angle (α), the coupling (4) having a first coupling element (5) connected to the towing vehicle (2) and a second coupling element (6) connected to the trailer (3), the angle-measuring assembly comprising a measurement indicator (13) associated with the coupling (4) for producing a magnetic field, a measurement sensor (14) associated with the coupling (4) for sensing the magnetic field and an evaluating device for determining the pivot angle (α) in accordance with the magnetic field sensed by the measurement sensor (14). According to the invention, the measurement indicator (13), as a transmitting coil (17), and the measurement sensor (14), as a receiving coil (18), are both arranged on the first coupling element (5) or are both arranged on the second coupling element (6) and a magnetic-field manipulator (10) is arranged on the second or the first coupling element (6, 5), which magnetic-field manipulator lies at least substantially radially opposite the measurement indicator (13) and the measurement sensor (14) with respect to the pivot axis (A).

Inventors:
UTERMOEHLEN FABIAN (DE)
MERZ ANDREAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/060883
Publication Date:
November 15, 2018
Filing Date:
April 27, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
G01B7/30; B60D1/00; G01D5/20
Foreign References:
DE102014224808A12016-06-09
FR2682760A11993-04-23
DE102014224425A12016-06-02
DE102014206808A12015-10-15
DE102014224808A12016-06-09
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Claims:
Ansprüche

1. Winkelmessanordnung (23) zum Erfassen eines Schwenkwinkels (a) zwischen der Längsmittelachse (Ml) eines Zugfahrzeugs (2) und der

Längsmittelachse (M2) eines mit dem Zugfahrzeug (2) durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse (A) im Scheitelpunkt (P) des Schwenkwinkels

(a) bildende Kupplung (4) gekoppelten Anhängers (3), wobei die Kupplung (4) ein mit dem Zugfahrzeug (2) verbundenes erstes Kupplungselement (5) und ein mit dem Anhänger (3) verbundenes zweites Kupplungselement (6) aufweist, mit einem der Kupplung (4) zugeordneten Messwertgeber (13) zum Erzeugen eines Magnetfelds, mit einem der Kupplung (4) zugeordneten Messwertsensor (14) zum Erfassen des Magnetfelds und mit einer Auswerteeinrichtung zum

Bestimmen des Schwenkwinkels (a) in Abhängigkeit von dem durch den

Messwertsensor (14) erfassten Magnetfeld, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (13) als Senderspule (17) und der Messwertsensor (14) als Empfängerspule (18) beide an dem ersten oder beide an dem zweiten

Kupplungselement (5,6) angeordnet sind, und dass ein Magnetfeldmanipulator

(10) an dem zweiten oder dem ersten Kupplungselement (6,5) angeordnet ist, der in Bezug auf die Schwenkachse (A) dem Messwertgeber (13) und dem Messwertsensor (14) zumindest im Wesentlichen axial gegenüberliegt.

2. Winkelmessanordnung (23) nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass der Magnetfeldmanipulator (10) in oder an einer Öse (8) oder einer Deichsel des zweiten Kupplungselements (6) angeordnet oder ausgebildet ist.

3. Winkelmessanordnung (23) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldmanipulator (10) durch eine Aussparung

(11) oder mehrere Aussparungen (11) in dem ersten oder dem zweiten

Kupplungselement (5,6) ausgebildet ist.

4. Winkelmessanordnung (23) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (11) des

Magnetfeldmanipulators (10) mit einem elektrisch und/oder magnetisch isolierenden Material, insbesondere einem reibfesten Kunststoff und/oder einer Keramik aufgefüllt ist.

5. Winkelmessanordnung (23) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (13) un der Messwertsensor (14) sich entlang eines Umfangskreisabschnitts zur Schwenkachse (A) erstrecken.

6. Winkelmessanordnung (23) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangskreisabschnitt eine Zylinderinnenwand oder eine Zylinderaußenwand des ersten oder zweiten Kupplungselements (5,6) ist.

7. Winkelmessanordnung (23) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangskreisabschnitt eine Kugelinnenwand oder eine Kugelaußenwand des ersten oder zweiten

Kupplungselements (5,6) ist.

8. Winkelmessanordnung (23) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (13) und/oder der Messwertsensor (14) mittels einer Schutzschicht (16) geschützt, insbesondere überdeckt sind.

9. Winkelmessanordnung (23) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (13) und der Messwertsensor (14) derart an der Kupplung (4) angeordnet sind, dass der Messwertsensor (14) mit dem Messwertgeber (13) induktiv koppelbar ist.

10. Kupplung (4) mit einer Winkelmessanordnung (23), dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmessanordnung (23) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.

11. Kupplung (4) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) als eine Kugelkopfkupplung, Sattelkupplung, Bolzenkupplung und/oder Sattelkupplung ausgebildet ist.

12. Zuggespann (1) mit einem Zugfahrzeug (2) und einem mit dem

Zugfahrzeug (2) durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse (A) im Scheitelpunkt (P) des Schwenkwinkels (a) bildende Kupplung (4) gekoppelten Anhänger (3), wobei die Kupplung (4) ein mit dem Zugfahrzeug (2) verbundenes erstes Kupplungselement (5) und ein mit dem Anhänger (3) verbundenes zweites Kupplungselement (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) gemäß Anspruch 10 oder 11 gebildet ist.

13. Verfahren zum Erfassen eines Schwenkwinkels (a) zwischen der Längsmittelachse (Ml) eines Zugfahrzeugs (2) und der Längsmittelachse (M2) eines mit dem Zugfahrzeug (2) durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse (A) im Scheitelpunkt (P) des Schwenkwinkels (a) bildende Kupplung (4) gekoppelten Anhängers (3) mittels einer Winkelmessanordnung (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit folgenden Schritten:

- Erzeugen eines Magnetfeldes mittels des Messwertgebers (13),

- Erfassen des Magnetfeldes mittels des Magnetfeldsensors (14), und

- Bestimmen des Schwenkwinkels (a) mittels der Auswerteeinrichtung in

Abhängigkeit von dem erfassten und durch den Magnetfeldmanipulator (10) beeinflussten Magnetfeld.

Description:
Beschreibung Titel

Winkelmessanordnung

Die Erfindung betrifft eine Winkelmessanordnung zum Erfassen eines

Schwenkwinkels zwischen der Längsmittelachse eines Zugfahrzeugs und der Längsmittelachse eines mit dem Zugfahrzeug durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse im Scheitelpunkt des Schwenkwinkels bildende Kupplung gekoppelten Anhängers, wobei die Kupplung ein mit dem Zugfahrzeug verbundenes erstes Kupplungselement und ein mit dem Anhänger verbundenes zweites Kupplungselement aufweist, mit einem der Kupplung zugeordneten Messwertgeber zum Erzeugen eines Magnetfelds, mit einem der Kupplung zugeordneten Messwertsensor zum Erfassen des Magnetfelds und mit einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen des Schwenkwinkels in Abhängigkeit von dem durch den Messwertsensor erfassten Magnetfeld.

Ferner betrifft die Erfindung eine Kupplung mit einer derartigen

Winkelmessanordnung.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Zuggespann mit einem Zugfahrzeug und einem mit dem Zugfahrzeug durch eine insbesondere lösbare und eine

Schwenkachse im Scheitelpunkt des Schwenkwinkels bildende Kupplung gekoppelten Anhänger, wobei die Kupplung ein mit dem Zugfahrzeug verbundenes erstes Kupplungselement und ein mit dem Anhänger verbundenes zweites Kupplungselement aufweist.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen eines Schwenkwinkels zwischen der Längsmittelachse eines Zugfahrzeugs und der Längsmittelachse eines mit dem Zugfahrzeug durch eine insbesondere lösbare und eine Schwenkachse im Scheitelpunkt des Schwenkwinkels bildende Kupplung gekoppelten Anhängers mittels einer Winkelmessanordnung.

Stand der Technik

Winkelmessanordnungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 10 2014 224 808 AI eine Winkelmessanordnung zum Erfassen eines

Schwenkwinkels zwischen der Längsmittelachse eines Zugfahrzeug und der Längsmittelachse eines Anhängers. Bei solchen klassischen

Winkelmessanordnungen findet das Erfassen des Schwenkwinkels mittels eines Messwertsensors statt, welcher zur Erfassung eines gegenüber des

Messwertsensors verschwenkbaren Messwertgebers, insbesondere in der Form eines magnetischen Elements eingerichtet ist. Üblicherweise ist dazu der Messwertsensor an dem Zugfahrzeug, insbesondere einem ersten

Kupplungselement des Zugfahrzeugs, angeordnet und der Messwertgeber am Anhänger, insbesondere an einem zweiten Kupplungselement des Anhängers, angeordnet. Alternativ ist der Messwertsensor am zweiten Kupplungselement und der Messwertgeber am ersten Kupplungselement angeordnet. Üblicherweise wird der Messwertsensor und der Messwertgeber in das jeweilige

Kupplungselement integriert. Nachteilig dabei ist, dass derartige

Winkelmessanordnungen empfindlich gegenüber externen Magnetfeldern sind. Auch ist das Erfassen des Schwenkwinkels mittels derartiger

Winkelmessanordnungen stark beeinflusst von mechanischen Verschiebungen zwischen dem Messwertgeber und dem Messwertsensor. Ein weiterer Nachteil dabei ist, dass ein derartiger Messwertgeber teuer ist.

Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Winkelmessanordnung mit den Merkmalen des

Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie insbesondere durch Verzicht auf ein teures magnetisches Element, kostengünstig ist. Auch entfällt das Einsetzen des Messwertgebers in das Kupplungselement. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Winkelmessanordnung störunanfällig gegenüber äußeren Magnetfeldern ist. Außerdem ist der benötigte Bauraum gering und die Winkelmessanordnung ist toleranzrobust gegenüber mechanischen Verschiebungen und unabhängig von vielen Fremdeinflüssen, wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Schmierstoff. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der Messwertgeber der

Winkelmessanordnung als Senderspule und der Messwertsensor als

Empfängerspule beide an dem ersten oder beide an dem zweiten

Kupplungselement angeordnet sind, und dass ein Magnetfeldmanipulator an dem zweiten oder dem ersten Kupplungselement angeordnet ist, der in Bezug auf die Schwenkachse dem Messwertgeber und dem Messwertsensor zumindest im Wesentlichen axial gegenüberliegt.

Die Senderspule und die Empfängerspule sind als elektromagnetische Spulen ausgebildet, zur Erzeugung und/oder zur Erfassung von magnetischen Feldern eingerichtet und vorzugsweise auf demselben Bauteil, insbesondere derselben Leiterplatte, angeordnet. Die Senderspule ist zur Erzeugung eines magnetischen Feldes ausgebildet und eingerichtet. Die Empfängerspule ist zur Erfassung des von der Senderspule erzeugten Magnetfelds ausgebildet und eingerichtet. Somit bildet die Senderspule den Messwertgeber und die Empfängerspule den Messwertsensor. Messwertgeber und Messwertsensor sind beide an dem ersten oder beide an dem zweiten Kupplungselement angeordnet und der

Magnetfeldmanipulator ist an dem jeweils anderen, also dem zweiten oder dem ersten Kupplungselement angeordnet. Der Magnetfeldmanipulator ist in Bezug auf die Schwenkachse dem Messwertgeber und/oder dem Messwertsensor zumindest im Wesentlichen axial gegenüberliegend. Vorzugsweise sind der Messwertgeber, der Messwertsensor und der Magnetfeldmanipulator in demselben radialen Abstand zu der Schwenkachse angeordnet, jedoch ist der Magnetfeldmanipulator in einer anderen axialen Position der Schwenkachse als der Messwertgeber und der Messwertsensor angeordnet. Vorzugsweise liegen der Magnetfeldmanipulator in einer ersten gedachten Ebene, welche sich senkrecht zur Schwenkachse erstreckt, und der Messwertgeber und der Messwertsensor liegen in einer zweiten gedachten Ebene, welche sich ebenfalls senkrecht zur Schwenkachse erstreckt. Dabei ist der Magnetfeldmanipulator mittels der Kupplung derart schwenkbar gegenüber dem Messwertgeber und/oder dem Messwertsensor gelagert, dass er zumindest im Wesentlichen stets in der ersten gedachten Ebene liegt. Vorzugsweise gibt es zumindest einen bestimmten Schwenkwinkel, bei dem der Magnetfeldmanipulator, der Messwertgeber und der Messwertsensor auf einer gedachten Linie liegen, die parallel zur Schwenkachse ist.

Unter einem Magnetfeldmanipulator ist hier ein Element oder eine Struktur zu verstehen, welches dazu eingerichtet ist, das vom Messwertgeber erzeugte Magnetfeld derart zu beeinflussen, dass mittels des vom Messwertsensor erfassten Magnetfelds und einer Auswerteeinrichtung der Schwenkwinkel ermittelbar ist. Vorzugsweise ist dabei der Magnetfeldmanipulator als passives Element ausgebildet, welches auf keinerlei elektrische Spannungsversorgung angewiesen ist. Insbesondere weist der Magnetfeldmanipulator zumindest in einem ersten Bereich eine erste elektrische und/oder magnetische Leitfähigkeit auf, die sich von einer zweiten elektrischen und/oder magnetischen Leitfähigkeit in einem zweiten Bereich des Magnetfeldmanipulators oder einem zu dem Magnetfeldmanipulator ortsfest benachbarten Bereich unterscheidet.

Der Messwertgeber und/oder der Messwertsensor sind vorzugsweise auf einem gekrümmten und/oder flexiblen Bauelement, insbesondere auf einer

Flexleiterplatte ausgebildet.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der

Magnetfeldmanipulator in oder an einem zylindrischen Element oder Abschnitt, insbesondere einem Bolzen, des ersten Kupplungselements angeordnet oder ausgebildet ist. Das zylindrische Element ist vorzugsweise Bestandteil einer Bolzenkupplung oder Maulkupplung, bei der das zweite Kupplungselement im Wesentlichen als Öse ausgebildet ist oder eine Öse aufweist, welche zur Kupplung in das erste Kupplungselement, insbesondere in eine maulförmige Öffnung der Maulkupplung, eingebracht ist und dort mittels des zylindrischen Elements des ersten Kupplungselements fixiert, vorzugsweise durchgriffen ist, sodass das zweite Kupplungselement schwenkbar am ersten Kupplungselement gelagert ist. Eine derartige Anordnung oder Ausbildung des

Magnetfeldmanipulators hat den Vorteil, dass die Winkelmessanordnung besonders platzsparend und kompakt realisiert ist sowie bei verkehrsüblichen Kupplungen, insbesondere Bolzenkupplungen und Maulkupplungen, ausgebildet oder nachgerüstet werden kann. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Magnetfeldmanipulator durch eine Aussparung oder mehrere Aussparungen in oder an dem ersten oder dem zweiten Kupplungselement ausgebildet ist. Ein derartiger Magnetfeldmanipulator hat den Vorteil, dass die Winkelmessanordnung kostengünstig ist und ohne hohen technischen Aufwand auf einfache Weise vorzugsweise mittels einer oder mehrerer Fräsungen ausgebildet werden kann. Weiterhin ist ein derartiger Magnetfeldmanipulator störunanfällig und nicht auf eine elektrische

Spannungsversorgung angewiesen.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aussparung des Magnetfeldmanipulators mit einem elektrisch und/oder magnetisch isolierenden Material, insbesondere einem reibfesten Kunststoff und/oder einer Keramik aufgefüllt ist. Somit ist die Kupplung besonders stabil ausgebildet und unanfällig gegenüber mechanischen Verschiebungen. Alternativ ist die Aussparung mit einem Material gefüllt, welches eine geringe elektrische und/oder magnetische Leitfähigkeit aufweist. Wichtig ist, dass sich die elektrische und/oder magnetische Leitfähigkeit der Aussparung oder des Materials von der elektrischen und/oder magnetischen Leitfähigkeit des umgebenden Materials, also insbesondere von dem Material des ersten oder des zweiten

Kupplungselements unterscheidet. Damit ist ein Gefüge gebildet aus

verschiedenen Materialien, welches das von der Senderspule erzeugte

Magnetfeld schwenkwinkelabhängig derart beeinflusst, dass ein Schwenkwinkel ermittelbar ist. Der Magnetfeldmanipulator, insbesondere die mit Luft gefüllte Aussparung, insbesondere das elektrisch und/oder magnetisch isolierende Material beeinflusst das von der Senderspule erzeugte Magnetfeld also stärker oder schwächer als die den Magnetfeldmanipulator umgebenden Bereiche. Vorzugsweise ist der Magnetfeldmanipulator, insbesondere das Material in der Aussparung nicht magnetisch. Besonders bevorzugt weist der

Magnetfeldmanipulator keinen Permanentmagneten auf.

Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich der Messwertgeber und/oder der Messwertsensor entlang eines Umfangskreisabschnitts zur Schwenkachse erstrecken. Vorzugsweise umfasst der Umfangskreisabschnitt den gesamten Umfangskreis, vorzugsweise zumindest eine zusammenhängende Hälfte des Umfangskreises, vorzugsweise zumindest einen für die Lenkung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger relevanten Winkelbereich. Damit ist die Genauigkeit der Winkelmessanordnung erhöht.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Umfangskreisabschnitt eine Zylinderinnenwand oder eine Zylinderauswand des ersten oder zweiten Kupplungselements ist. Vorzugsweise bildet die

Schwenkachse die Mittelachse des Zylinders. Alternativ liegt die Mittelachse des Zylinders nicht in der Schwenkachse, sondern parallel dazu in einem Abstand. Bei dem Zylinder handelt es sich zumindest um einen gedachten Zylinder, welcher dem ersten oder zweiten Kupplungselement zuordenbar ist,

vorzugsweise ist jedoch eines der beiden Kupplungselemente zumindest abschnittsweise als Zylinder ausgebildet. Insbesondere durch einen Zylinder als ein Bolzen einer Bolzenkupplung und/oder einer Maulkupplung bereitgestellt. Vorzugsweise ist auch dem Magnetfeldmanipulator ein Umfangskreisabschnitt eines zweiten Zylinders zugeordnet. Diese beiden Zylinder sind vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet und weisen verschiedene Radien auf. In diesem Fall bewegt sich der Magnetfeldmanipulator bei einer Verschwenkung auf einer Kreisbahn, die zumindest im Wesentlichen konzentrisch ist zu dem

Umfangskreisabschnitt, entlang dem sich der Messwertsensor und/oder der Messwertgeber erstreckt. Somit ist eine äußerst genaue und störunanfällige Ermittlung des Schwenkwinkels geschaffen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der

Umfangskreisabschnitt eine Kugelinnenwand oder eine Kugelaußenwand des ersten oder zweiten Kupplungselements ist. Der Mittelpunkt einer solchen Kugel ist vorzugsweise der Scheitelpunkt des Schwenkwinkels. Auch der

Magnetfeldmanipulator ist auf einer Kugelinnenfläche oder Kugelaußenfläche des ersten oder zweiten Kupplungselements angeordnet oder kann dieser zumindest zugeordnet werden. Analog zu der Beschreibung der relativen

Lagerung der beiden Zylinder zueinander sind auch die beiden Kugeln verschwenkbar und/oder verdrehbar zueinander gelagert und konzentrisch zueinander angeordnet. Mittels einer solchen Anordnung sind nicht nur

Schwenkwinkel, die sich in einer Straßenebene befinden, ermittelbar, sondern alternativ solche Schwenkwinkel, die sich in einer Ebene befinden, die senkrecht oder in einem Winkel zu der Straßenebene ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der

Messwertgeber und/oder der Messwertsensor mittels einer Schutzschicht geschützt, insbesondere überdeckt sind. Die Schutzschicht ist vorzugsweise elektrisch isolierend und verhindert vorteilhafterweise einen Abrieb des

Messwertgebers und/oder des Messwertsensors.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Messwertgeber und der Messwertsensor derart an der Kupplung angeordnet sind, dass der Messwertsensor mit dem Messwertgeber induktiv koppelbar ist. Insbesondere ist der Messwertgeber mit dem Messwertsensor induktiv gekoppelt, wenn zwischen Zugfahrzeug und Anhänger eine Kupplung besteht beziehungsweise die Kupplung wirkt und eine elektrische Spannung am

Messwertgeber und/oder am Messwertsensor anliegt. Insbesondere ist also der Messwertsensor in einem Wirkbereich eines von dem Messwertgeber

erzeugbaren Magnetfelds angeordnet.

Die erfindungsgemäße Kupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sieht vor, dass die Kupplung mit einer Winkelmessanordnung bereitgestellt ist, wobei die Winkelmessanordnung erfindungsgemäß ausgebildet ist. Eine derartige

Kupplung ist besonders kostengünstig herstellbar und störunanfällig gegenüber mechanischen Verschiebungen, Temperaturänderungen,

Luftfeuchtigkeitsänderungen und/oder externen elektromagnetischen Feldern. Außerdem ergeben sich die zuvor bereits genannten Vorteile.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung als eine Kugelkopfkupplung, Sattelkupplung, Bolzenkupplung und/oder

Sattelkupplung ausgebildet ist. Derartige Kupplungen sind äußerst stabil, weit verbreitet und damit vielseitig einsetzbar.

Das erfindungsgemäße Zuggespann mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sieht vor, dass die Kupplung erfindungsgemäß ausgebildet ist. Ein derartiges Zuggespann ist aufgrund der störunanfälligen Kupplung beim Fahren im Verkehr besonders sicher.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sieht folgende Schritte vor: Erzeugen eines Magnetfeldes mittels des Messwertgebers, Erfassen des Magnetfeldes mittels des Magnetfeldsensors, und Bestimmen des Schwenkwinkels mittels der Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten und durch den Magnetfeldmanipulator beeinflussten Magnetfeld.

Mithilfe eines derartigen Verfahrens ist das Erfassen eines Schwenkwinkels besonders kostengünstig durchführbar und weitestgehend ungestört von

Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Schmiermitteln und/oder mechanischen

Verschiebungen zwischen den Kupplungselementen.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

Figur 1 ein Zuggespann mit einer Maulkupplung und einer

Winkelmessanordnung in einer Draufsicht gemäß einem ersten

Ausführungsbeispiel,

Figur 2 eine Maulkupplung mit einer Winkelmessanordnung in einer

Seitenansicht,

Figur 3 eine Kupplung mit einer Winkelmessanordnung in einer Draufsicht und Figur 4 eine Senderspule und mehrere Empfängerspulen auf einer Leiterplatte.

Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Ansicht ein Zuggespann 1 mit einem

Zugfahrzeug 2 und einem Anhänger 3, wobei das Zugfahrzeug 2 mit dem

Anhänger 3 in dem Scheitelpunkt P des Schwenkwinkels α mittels einer

Kupplung 4 gekoppelt ist und somit eine Schwenkachse A gebildet ist. In Figur 1 liegt die Schwenkachse A senkrecht zur Zeichenebene und geht durch den Scheitelpunkt P hindurch. Der Schwenkwinkel α muss nicht zwangsläufig in der dargestellten Zeichenebene liegen, sondern kann auch in einer Ebene senkrecht oder in einem Winkel hierzu liegen. Insbesondere bei einer Bewegung des Zugfahrzeugs 2 und des Anhängers 3 entlang einer zunehmenden oder abnehmenden Steigung, wie beispielsweise an einem Hang, hat der

Schwenkwinkel α auch eine Komponente, die senkrecht zur Zeichenebene liegt. Wichtig ist, wie in Figur 1 erkennbar, dass der Schwenkwinkel α zwischen der

Längsmittelachse Ml des Zugfahrzeugs 2 und der Längsmittelachse M2 des Anhängers 3 liegt. In dem hier dargestellten Fall einer Maulkupplung jedoch wird vorzugsweise der Schwenkwinkel ermittelt, der in der Zeichenebene von Figur 1, also einer parallele Ebene zur Straßenebene, liegt. Besonders bevorzugt wird zumindest der Anteil des Schwenkwinkels ermittelt, der in der Zeichenebene von

Figur 1 liegt.

Figur 2 zeigt die Kupplung 4 zwischen dem mit dem Zugfahrzeug verbundenen ersten Kupplungselement 5 und dem mit dem Anhänger 3 verbundenen zweiten Kupplungselement 6. In diesem Ausführungsbeispiel ist das erste

Kupplungselement im Wesentlichen als maulförmige Aufnahme 7 ausgebildet. Das zweite Kupplungselement ist hier als Öse 8 am vorderen Ende - in Richtung des Zugfahrzeugs 2 - einer Deichsel ausgebildet. Zur Kupplung wird die Öse 8 in die maulförmige Öffnung 7 eingebracht und mit einem Bolzen 9 durchdrungen, sodass das erste Kupplungselement 5 mit dem zweiten Kupplungselement 6 gekoppelt ist.

In Figur 2 sind außerdem vier Magnetfeldmanipulatoren 10 dargestellt, wobei hier jeder Magnetfeldmanipulator 10 als Aussparung 11, insbesondere als Fräsung 12 ausgebildet ist. Der Aufbau und die Anordnung aller Magnetfeldmanipulatoren 10 sind im Folgenden anhand eines Magnetfeldmanipulators 10 beschrieben. Der dem Magnetfeldmanipulator 10 zugeordnete Messwertgeber 13 und der dem Magnetfeldmanipulator 10 zugeordnete Messwertsensor 14, die in

Zusammenwirkung mit der Aussparung 11 den Schwenkwinkel α erfassen, sind je auf einer Leiterplatte 15, hier einer Flexleiterplatte, ausgebildet.

Die Leiterplatte 15 ist in eine Umfangsrichtung um die Schwenkachse A in der Aufnahme 7 an das erste Kupplungselement 5 angeordnet. Die Oberfläche der Leiterplatte 15 ist in einem Abstand zu der Schwenkachse A und in einer senkrechten Ebene zu der Schwenkachse A angeordnet. In dieser senkrechten Ebene ist die Leiterplatte 15 entlang eines Umfangskreisabschnitts um die Schwenkachse A - wie aus Figur 3 ersichtlich - in einem Bogen angeordnet. Somit hat die Leiterplatte 15 die Form eines Ringabschnitts mit einer Ringbreite, die nicht null ist.

Die der Leiterplatte 15 jeweils axial gegenüberliegende Fräsung 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Alternativ kann sie jedoch rechteckig sein oder auch andere Formen aufweisen. Wichtig ist, dass das von ihr beeinflusste Magnetfeld derart beeinflusst wird, dass mittels der induzierten Spannung in einer Empfängerspule der Schwenkwinkel α ermittelbar ist. Jedem Magnetfeldmanipulator 10 ist vorzugsweise eine Leiterplatte 15 zugeordnet. Somit sind den in Figur 2 dargestellten vier

Magnetfeldmanipulatoren 10 insgesamt vier Leiterplatten 15 zugeordnet.

In einem weiteren hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fräsung 12 mit einem elektrischen und/oder magnetisch nicht leitenden Material,

insbesondere einem reibfesten Kunststoff oder einer Keramik zumindest teilweise aufgefüllt. Alternativ sind mehrere Fräsungen 12 vorgesehen, wobei jede der Fräsungen 12 zur Erhöhung der Stabilität der Kupplung 4 oder, um ein gewünschtes elektromagnetisches Störungsverhalten des

Magnetfeldmanipulators 10 zu erreichen mit einem elektrisch oder magnetisch nicht leitenden oder geringfügig leitenden Material aufgefüllt ist.

Figur 3 zeigt die Kupplung 4 in einer Draufsicht. Gut zu erkennen ist hier, dass die Leiterplatte 15 entlang eines Umfangskreisabschnitts angeordnet ist und einen Ringabschnitt mit erkennbarer Breite zur Schwenkachse A bildet.

Vorzugsweise ist die hier nicht erkennbare Leiterplatte 15 im Wesentlichen symmetrisch zu der Längsmittelachse M2 des Anhängers angeordnet.

Entsprechend ist die Fräsung 12 im Wesentlichen symmetrisch zu der

Längsmittelachse Ml des Zugfahrzeugs 2 angeordnet. Da in Figur 3 die beiden Längsmittelachsen Ml, M2 aufeinander fallen, ist der Schwenkwinkel hier null und damit nicht dargestellt.

In Figur 3 erstreckt sich die auf der Leiterplatte 15 angeordnete Empfangsspule und vorzugsweise auch die Fräsung 12 entlang des Umfangskreisabschnitts zur Schwenkachse A über einen Öffnungswinkel ß von ungefähr 90°. Alternativ erstreckt sich die Fräsung 12 und die Leiterplatte 15 jedoch über einen größeren oder kleineren Umfangskreisabschnitt. Alternativ erstreckt sich die Fräsung 12 und Leiterplatte 15 über den gesamten Umfangskreis, sodass sie die Öse 8 umschließt. Der Öffnungswinkel ß über welchen sich die Leiterplatte 15, insbesondere die darauf befindliche Empfängerspule erstreckt, beträgt zumindest das Doppelte des maximal zu erfassenden Schwenkwinkels a.

Weiterhin ist in Figur 2 dargestellt, dass auf der Leiterplatte 15, insbesondere zwischen der Leiterplatte 15 und dem zweiten Kupplungselement 6, eine

Schutzschicht 16, angeordnet ist. Die Schutzschicht 16 schützt die Leiterplatte 15 vor mechanischem Abrieb und/oder ist elektrisch isolierend.

Figur 4 zeigt den Messwertgeber 13 als eine äußere Senderspule 17 und den Messwertsensor 14, welcher durch drei innerhalb der Senderspule 17

angeordnete Empfängerspulen 18 ausgebildet ist. Alle Sender- und

Empfängerspulen 17, 18 sind auf einem gemeinsamen Träger, nämlich der Leiterplatte 15, welche insbesondere als Flexleiterplatte ausgebildet ist, angeordnet. Jede der Spulen 17, 18 kann eine oder, wie anhand der

Senderspule 17 dargestellt, mehrere Leiterschleifen aufweisen. Der

Übersichtlichkeit halber ist hier jedoch für jede der Empfängerspulen 18 jeweils nur eine Leiterschleife dargestellt. Zur weiteren Verbesserung der

Übersichtlichkeit ist eine der Empfängerspulen 18 durch Strichlierung

hervorgehoben.

In dem hier dargestellten Fall ist eine der Spulen 17,18, insbesondere die Senderspule 17 eine äußere Spule und die jeweils andere Spule, insbesondere die Empfängerspule 18 eine innere Spule. In einer Querschnittsebene - senkrecht zu einer axialen Richtung der Spule - betrachtet, umschließt die zumindest eine Leiterschleife der äußeren Spule im Wesentlichen eine erste Fläche, in welcher die zumindest eine Leiterschleife der inneren Spule angeordnet ist. Die von der inneren Spule umschlossene zweite Fläche ist parallel zu der ersten Fläche, vorzugsweise liegt sie in der ersten Fläche. Insbesondere verläuft die Leiterbahn der Senderspule 17 in Figur 4 entlang einer ersten Außenkontur eines ersten Kreisringsegments und bildet so eine

Leiterschleife. Jede der Leiterbahnen der Empfängerspulen 18 verläuft innerhalb des ersten Kreisringsegments und ist aus kreisförmigen Leiterbahnabschnitten gebildet. Alternativ sind die Leiterbahnabschnitte sinusförmig ausgebildet.

Jeweils an einem Punkt, in welchem die Empfängerspulen 18 eine gedachte zweite Außenkontur eines gedachten Kreisringsegments, der innerhalb und vorzugsweise konzentrisch zu dem ersten Kreisringsegment liegt, berührt, macht die Empfängerspule einen Knick analog zu den Reflexionsgesetzen der geometrischen Optik, sodass die beiden Winkel zwischen Leiterbahn der Empfängerspule 18 und der zweiten Außenkontur auf beiden Seiten des Knicks betragsmäßig gleich ist. Somit ist die Sinusförmigkeit eines empfangenen elektrischen Spannungssignals in der Empfängerspule 18 sichergestellt.

Die Senderspule 17 wird mittels des Kontaktbereichs 19 mit einer elektrischen Wechselspannung mit einer Frequenz von, vorzugsweise einigen Megahertz, besonders bevorzugt 5 MHz, beaufschlagt und zwar derart, dass sich in dem Kreisringabschnitt ein elektromagnetisches Wechselfeld im Wesentlichen senkrecht zu der von der Leiterschleife umschlossenen Fläche, hier also senkrecht zur Bildebene, ausbildet. Dadurch wiederum wird eine elektrische Spannung in den Leiterbahnen der Empfängerspule 18 induziert, da die von den Leiterbahnen der Empfängerspule 18 umschlossenen Flächen parallel zu der umschlossenen Fläche der Leiterbahn der Senderspule 17 liegen. Die

Empfängerspulen 18 sind also induktiv an die Senderspule 17 gekoppelt.

Die Spulen 17, 18 und der Magnetfeldmanipulator 10 sind vorzugsweise derart zueinander angeordnet und dimensioniert, dass ein Amplitudenverhältnis zwischen angelegter Wechselspannung und induzierter Wechselspannung in der Empfängerspule 18 schwenkwinkelabhängig in einem Wertebereich zwischen -1 und +1, vorzugsweise zwischen -0,3 und +0,3 liegt. In Abhängigkeit von dem Schwenkwinkel α variiert das Amplitudenverhältnis von der Wechselspannung der Senderspule 17 zur induzierten Wechselspannung der Empfängerspule 18, also zumindest zwischen -1 und +1, vorzugsweise zwischen -0,3 und +0,3.

Wichtig ist auch, dass der Magnetfeldmanipulator 10 und/oder die Leiterbahn der Empfangsspule 18 derart geformt und angeordnet sind, dass das Amplitudenverhältnis zwischen der Wechselspannung der Senderspule 17 und der induzierten Wechselspannung der Empfängerspule 18 sinusförmig ist. Um dies zu erreichen ist, wie hier anhand von Figur 4 dargestellt, die zumindest eine Leiterschleife der zumindest einen Empfängerspule 18 aus sinusförmigen und/oder kreisförmigen Leiterbahnabschnitten zusammengesetzt.

Durch Vergleichen der beiden Wechselspannungen, insbesondere durch

Demodulation der induzierten Wechselspannung mit der Wechselspannung der Senderspule 17, wird auf ein Betrag und eine Phase der Kopplung geschlossen. Der Betrag variiert insbesondere kontinuierlich mit dem Schwenkwinkel a, sodass beliebige Schwenkwinkel α erfassbar sind. Vorzugsweise sind die Senderspule

17 und die zumindest eine Empfängerspule 18 derart eingerichtet, dass die Phasenlage zueinander 0° oder 180° beträgt. Mithilfe der Arkustangens-Funktion wird, insbesondere bei drei Empfängerspulen 18, welche vorzugsweise einen Phasenversatz von 120° aufweisen, auf den Schwenkwinkel α geschlossen.

Vorzugsweise weist die Empfängerspule 18 zumindest einen linkslaufenden und zumindest einen rechtslaufenden Leiterbahnabschnitt auf, in welchen, bei Anlegen eines externen elektromagnetischen Wechselfeldes, stets entgegen gerichtete Felder ausgebildet sind. Insbesondere ist jede der Leiterbahnen derart verdreht, dass sie in der Querschnittsebene achtähnlich ausgebildet ist. Eine derartige Spule hat den Vorteil, dass externe Störmagnetfelder, insbesondere homogene externe Störmagnetfelder, in beiden Leiterbahnabschnitten der Spule, also in dem rechtslaufenden Abschnitt und in dem linkslaufenden Abschnitt, jeweils gleich große elektrische Störspannungen in entgegengesetzte

Richtungen induzieren, sodass die resultierende gesamte elektrische

Störspannungen über die gesamte Empfängerspule null ist und die Erfassung eines Schwenkwinkels α mit einer derartigen Spule nicht gestört ist. Die

Leiterbahnen der Empfängerspulen 18 sind also derart angeordnet, dass die in einem Bereich von einer ersten Leiterschleife 20 der jeweiligen Empfängerspule

18 umschlossene Fläche genauso groß ist wie die von einer oder mehreren anderen zweiten Leiterschleifen 21 derselben jeweiligen Empfängerspule 18 umschlossenen Flächen, wobei die Windungsrichtung der ersten Leiterschleife 20 entgegengesetzt ist zu der Windungsrichtung der einen oder mehreren zweiten Leiterschleifen 21. Dazu überkreuzen sich die Leiterbahnen zumindest einmal. In dem Überkreuzungsbereich 22 besteht jedoch kein elektrischer Kontakt zwischen den sich kreuzenden Leiterbahnen. In der Figur 4 ist anhand der hervorgehobenen, strichlierten Empfängerspule 18 eine derartige erste Leiterschleife 20 in der linken Hälfte und eine entsprechende zweite

Leiterschleife 21 in der rechten Hälfte dargestellt, wobei beide Leiterschleifen 20,

21 symmetrisch zueinander sind und somit gleichgroße Flächen umschließen, jedoch eine entgegengesetzte Windungsrichtung aufweisen. In einer derartigen Empfängerspule 18 werden von homogenen Feldern nur abschnittsweise elektrische Spannungen induziert. Die an dem Kontaktbereich 19 erfassbare elektrische Spannung ist jedoch null. Somit wird eine derartige Spule nicht von externen homogenen Magnetfeldern beeinflusst.

Der in Figur 4 nicht dargestellte Magnetfeldmanipulator 10 überdeckt im gekoppelten Zustand der Kupplungselemente 5, 6 einen Bereich der Leiterplatte 15 und damit einen Bereich der Empfängerspule 18 sowie einen Bereich der

Senderspule 17. Die jeweils benachbarten Bereiche sind nicht von dem

Magnetfeldmanipulator 10 überdeckt, sondern von dem den

Magnetfeldmanipulator 10 umgebenden Material, hier also dem

Kupplungsmaterial. Je nach elektrischer und/oder magnetischer Leitfähigkeit der jeweiligen Bereiche, ist ein auf die Empfängerspule 18 wirkendes magnetisches

Wechselfeld in diesem Bereich entweder verstärkt oder abgeschwächt. Aufgrund dieser Beeinflussung, also der Verstärkung oder Abschwächung, der

Empfängerspulen 18, ist im Kontaktbereich 19 der Empfängerspulen 18 ein elektrisches Spannungssignal erfassbar. Mittels dieses Spannungssignals und der Auswerteeinrichtung, welche hier nicht dargestellt ist, ist ein Schwenkwinkel α ermittelbar, da das Spannungssignal aufgrund der Kreisförmigkeit der

Leiterbahn der Empfängerspule 18 schwenkwinkelabhängig ist. Wichtig ist, dass der Magnetfeldmanipulator 10 - relativ zu dem benachbarten Bereich, insbesondere relativ zu dem zweiten Kupplungselement 6 - eine andere elektrische und/oder magnetische Leitfähigkeit aufweist. Wichtig ist auch, dass die Empfängerspule 18 verschiedene Bereiche aufweist, in denen die

Windungsrichtung zueinander entgegengesetzt ist. Somit ist eine

Winkelmessanordnung 23 geschaffen und im Wesentlichen unabhängig von externen homogenen magnetischen Feldern und kann einen Schwenkwinkel α erfassen, insbesondere kontinuierlich erfassen. Wie aus den Figuren 1 bis 4 ersichtlich, ist also eine Winkelmessanordnung 23 geschaffen, zum Erfassen eines Schwenkwinkels α zwischen der

Längsmittelachse Ml eines Zugfahrzeugs 2 und der Längsmittelachse M2 eines mit dem Zugfahrzeug 2 durch eine insbesondere lösbare und eine

Schwenkachse A im Scheitelpunkt P des Schwenkwinkels α bildende Kupplung 4 gekoppelten Anhängers 3, wobei die Kopplung 4 ein mit dem Zugfahrzeug 2 verbundenes erstes Kupplungselement 5 und ein mit dem Anhänger 3 verbundenes zweites Kupplungselement 6 aufweist. Dabei ist der Kupplung 4 ein Messwertgeber 13 zum Erzeugen eines Magnetfelds und ein Messwertsensor 14 zum Erfassen des Magnetfelds zugeordnet. Außerdem ist eine in den Figuren nicht dargestellte Auswerteeinrichtung zum Bestimmen des Schwenkwinkels α in Abhängigkeit von dem durch den Messwertsensor 14 erfassten Magnetfeld.

Außerdem sind vorzugsweise weitere elektronische Komponenten der

Winkelmesseinrichtung 23, wie anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), Mikrocontroller und/oder weitere passive Bauelemente auf der

Leiterplatte 15 angeordnet und damit in die Kupplung 4 integriert. Die

Datenschnittstelle zum Zugfahrzeug 2 und/oder Anhänger 3 zur Übertragung des ermittelten Schwenkwinkels α und vorzugsweise weiterer Daten der weiteren elektronischen Komponenten ist bevorzugt durch ein serielles Bussystem, besonders bevorzugt durch einen CAN-Bus, oder eine anderer digitale

Schnittstelle, besonders bevorzugt SENT, bereitgestellt. Alternativ oder zusätzlich ist eine Analogschnittstelle bereitgestellt.

Unter einem Zugfahrzeug 2 ist hier ein in eine Fahrrichtung eines Zuggespanns 1 vorauseilendes Objekt gemeint und unter einem Anhänger 3 ein folgendes Objekt. Es ist also möglich die hier beschriebene Winkelmessanordnung 23 auch zwischen zwei Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Abschleppen eines der Kraftfahrzeuge, oder zwischen zwei Anhängern, insbesondere bei

Zuggespannen mit mehreren Anhängern, zu schaffen. In letzterem Fall fungiert ein erster vorauseilender Anhänger als Zugfahrzeug 2 und ein zweiter, dem ersten Anhänger folgende Anhänger als Anhänger 3 im Sinne dieser

Beschreibung.