Steckerelement zum Verbinden von Versorgungsleitungen für Fahrzeugteile

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Steckerelement zum Verbinden von Versorgungsleitungen für Fahrzeugteile, in dessen Gehäuse mindestens ein Leitungselement mit einem daran ausgebiideten Fluidkontakt angeordnet ist, welcher in Wirkeingriff mit einem zweiten Steckereiement bringbar ist. Das Steckerelement kann erfindungsgemäß auch innerhalb eines Steckersystems verwirklicht sein.

Unter einem Fahrzeugteil werden allgemein Bestandteile von Lastzügen mit einem Zugfahrzeug und einem daran angekuppelten Anhängefahrzeug verstanden. Darüber hinaus sind auch einzelne Fahrzeugteile eines einzelnen Fahrzeugs angesprochen. Bei dem Anhängerfahrzeug kann es sich insbesondere um einen Sattelauflieger handeln, welcher mittels eines auf der Unterseite angeordneten Königszapfens formschlüssig in einer Sattelkupplung des Zugfahrzeugs verriegelbar ist.

Nach dem mechanischen Verbinden von Zugfahrzeug und Anhängerfahrzeug ist es notwendig, die üblicherweise an dem Zugfahrzeug bereitgehaltenen Versorgungsleitungen in dafür vorgesehene Anschlüsse des Anhängerfahrzeugs zu stecken, um eine Versorgung des Anhängerfahrzeugs mit Druckluft, Elektrizität und gegebenenfalls auch mit Steuersignalen sicherzustellen.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt geworden, das Stecken der Versorgungsleitungen automatisiert mit einem Steckkupplungssystem vorzunehmen. Die DE 10 2004 024 333 A1 schlägt diesbezüglich vor, auf der Seite des Sattelaufliegers ein schwenkbar um den Königszapfen gelagertes Tragelement vorzusehen, an dessen Unterseite ein erstes Steckerelement angeordnet ist, welches bei Vorhandensein eines zugfahrzeugseitigen zweiten Steckerelementes beim Ankuppeln des Aufliegers in dieses eingreift und eine Verbindung der Steckerelemente herstellt. Das erste Steckerelement ist gegenüber dem Tragelement lateral verschiebbar gelagert und stützt sich gegenüber diesem mittels einer Schraubenfeder ab. Die miteinander in Wirkeingriff befindlichen Steckerelemente werden im Fahrbetrieb mit Druckluft beaufschlagt, wodurch Kräfte in Steckertrennrichtung resultieren. Daher ist es notwendig, die Steckerelemente über die Druckkraft der Schraubenfeder in ihrer verbundenen Position zusammenzuhalten. Der wesentliche Nachteil des bekannten Steckkupplungssystems liegt darin, dass es bei einem Versagen der Schraubenfeder zu einem Separieren der Steckereiemente und den damit verbundenen Verkehrsunsicherheiten kommen kann.

Demzufolge lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steckerelement bereitzustellen, das ohne die Vorspannkraft eines Federelementes in einer betriebssicheren Stellung verbleibt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Steckerelement gelöst, bei dem das Gehäuse gegenüber einem ortsfesten Anschlusssockel lateral verschiebbar und der druckwirksame Flächenquerschnitt des Leitungselementes derart ausgebildet ist, dass beim Beaufschlagen mit Druckluft eine Kraft in Steckrichtung wirkt. Nach Eintritt eines quasistationären Betriebszustandes verhält sich das Leitungselement wie ein Kolben, welcher von zwei Seiten mit dem gleichen vorherrschenden pneumatischen Druck belastet ist. Aufgrund der

seitens des Anschlusssockels gegenüber dem Fluidkontakt größer ausgeformten druckbelasteten Fläche, entsteht eine ebenfalls in Steckrichtung wirkende Kraftresultierende und drückt dadurch das Steckerelement gegen das zweite damit zusammenwirkende Steckerelement.

Vorteilhafterweise weist das Leitungselement gegenüber dem Anschlusssockel eine erste Dichtstelle auf, deren Durchmesser Di größer als der Durchmesser D ₂ des Fluidkontakts ist. in zusammengefügtem Zustand der Steckerelemente wirkt die pneumatische Druckkraft unter anderem auf den druckwirksamen Flächenquerschnitt A _D 2 entsprechend der Wandstärke des Fluidkontakts im Bereich des Durchmessers D ₂ . In entgegengesetzter Richtung wirkt der pneumatische Druck jedoch auf einen größeren druckwirksamen Flächenquerschnitt A _D i des Leitungelements, dessen Betrag um das Quadrat aus der Differenz des größeren Durchmessers D-i und des kleineren Durchmessers D ₂ größer ist.

Aufgrund der quadratischen Abhängigkeit des druckwirksamen Flächenquerschnitts von dem Radius beziehungsweise Durchmesser, führen bereits geringe Vergrößerungen des äußeren Durchmessers D ₁ zu einer erheblichen Vergrößerung der druckwirksamen Fläche. Aus dem konstantem Druck multipliziert mit einer quadratisch wachsenden Fläche ergibt sich demzufolge eine größere resultierende Kraft in Steckrichtung.

Vorzugsweise ist die erste Dichtstelle eine Elastomer- oder Kunststoffdichtung. Ebenso kann ein O-Ring als Dichtung verwendet werden. Der O-Ring ermöglicht insbesondere bei einem lateral beweglich in dem Anschlusssockel geführten Leitungselement eine gute Abdichtung gegenüber diesem. Aufgrund seines kreisrunden dichtenden Querschnitts wird diese Dichtfunktion auch bei einem

verkantet in den Anschlusssockel eintretenden Leitungselement beibehalten.

Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung ist das Leitungselement ortsfest an dem Gehäuse befestigt. Hierdurch wird die in Steckrichtung wirkende Vorschubkraft des Leitungselementes auf das Gehäuse übertragen. Unter einer ortsfesten Befestigung wird auch eine nachgiebige Befestigung zur überwindung fertigungstechnisch bedingter Toleranzen verstanden.

Zweckmäßigerweise wirkt auf das Gehäuse ein Federelement, das vorzugsweise zwischen dem Gehäuse und dem Anschiusssockel angeordnet ist. Das Federelement ist besonders vor dem Kontaktieren der Steckerelemente wichtig, da unter Umständen in diesem Stadium noch keine pneumatische Druckkraft innerhalb des Steckereiementes wirkt. Eine Vorschubkraft ist jedoch für den Steckvorgang, das heißt das Eindringen des Fiuidkontakts in das zweite Steckerelemeπt, notwendig und wird vorteilhafterweise von dem Federelement aufgebracht. Nach einem Verbinden der Steckerelemente ist das Federelement aufgrund des dann auf die druckwirksamen Flächenquerschnitte wirkenden pneumatischen Drucks entlastet.

Das Federelement kann beispielsweise koaxial auf einer zwischen dem Gehäuse und dem Anschlusssockel verlaufenden Führungsschiene angeordnet sein. Diese sorgt für eine laterale Führung des Gehäuses gegenüber dem Anschlusssocke!. Darüber hinaus umfasst die Führungsschiene einen Endanschlag, der den Verfahrweg des Gehäuses beschränkt.

Vorteilhafterweise sind an dem Gehäuse elektrische Kontakte angeordnet. Somit wird nicht nur eine betriebssichere Fluid-Verbindung,

sondern auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhängerfahrzeug hergestellt.

Die Erfindung ist auch an einem Steckersystem verwirklicht, welches ein mit dem ersten Steckerelement zusammenwirkendes zweites Steckerelement umfasst, wobei das erste Steckerelement einem Zugfahrzeug und das zweite Steckerelement einem Anhängerfahrzeug zugeordnet ist, wobei das Anhängerfahrzeug ein Sattelaufiieger ist. Die Zuordnung des ersten Steckerelementes an das Zugfahrzeug hat den Vorteil, dass das erste Steckerelement permanent mit Druckluft beaufschlagt ist und sich dadurch der Fluidkontakt bereits vor dem Ankuppeln des Aufliegers in einer maximal ausgefahrenen Position befindet. Zusätzliche Federelemente sind bei dieser Ausfϋhrungsform nicht zwingend notwendig.

Es ist auch möglich, das erste Steckerelement einem Anhängerfahrzeug und das zweite Steckerelement einem Zugfahrzeug zuzuordnen, wobei das Anhängerfahrzeug ein Sattelauflieger ist.

Günstigerweise ist das erste oder zweite Steckerelement unterhalb der Einfahröffnung einer Sattelkuppiung und das zweite oder erste Steckerelement an einem schwenkbar um einen Königszapfen des Sattelaufliegers gelagerten Tragelement angeordnet. Bei dieser Anordnung erfolgt eine Kontaktierung der Steckerelemente mit dem mechanischen Ankuppeln des Königszapfens in der Sattelkupplung. Die Anordnung unterhalb der Einfahröffnung ermöglicht ein übergleiten des Königszapfens über das jeweilige darunter befindliche Steckerelement, ohne, dass dieses vom Königszapfen beschädigt wird.

Vorzugsweise ist das zugfahrzeugseitige Steckerelement ortsfest an der Sattelkupplung angeordnet. Dadurch vollzieht das Steckerelement den gleichen Bewegungsumfang wie die Sattelkuppiung und der

Auflieger beziehungsweise das daran befestigte Tragelement mit dem komplementären Steckerelement. Relativbewegungen zwischen den beiden Steckerelementen werden dadurch verringert.

Vorteilhafterweise weist das zweite Steckerelement auf der dem ersten Steckerelement zugewandten Seite mindestens eine Kontaktbuchse auf, welche mit dem darin eingreifenden Fluidkontakt eine zweite Dichtstelle bildet. Das erste und zweite Steckerelement sollten sich unmittelbar vor dem Ankuppeln gegenüberstehen und dadurch ein störungsfreies Eingreifen der Fluidkontakte in die zugehörigen Kontaktbuchsen gewährleisten.

Zweckmäßigerweise weist die Kontaktbuchse einen Innendurchmesser auf, der geringfügig größer als der Durchmesser D ₂ ausgeformt ist. Hierdurch resultiert neben einem geringen Bauraum eine günstige Abdichtung zwischen der Kontaktbuchse und dem darin befindlichen Fluidkontakt. Hierfür sollte zusätzlich in der Kontaktbuchse ein Dichtelement angeordnet sein.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachfolgend anhand von drei Figuren näher erläutert:

Fig. 1 : eine Draufsicht auf ein erstes und zweites

Steckerelement;

Fig. 2: einen Längs- und einen Querschnitt durch ein Leitungselement sowie

Fig. 3: eine Seitenansicht auf ein an einem

Zugfahrzeug und einem Auflieger angebrachtes Steckersystem.

Die Figur 1 zeigt in einer Draufsicht ein Steckerelement 1 und ein diesem gegenüberstehendes zweites Steckerelement 5, wobei das Steckerelement 5 an einem Zugfahrzeug 14 (siehe Figur 3) und das Steckerelement 1 an einem Anhängefahrzeug 15 in Form eines Sattelaufliegers angeordnet ist. Grundsätzlich ist die Zuordnung des jeweiligen Steckerelementes 1 , 5 zu dem Zugfahrzeug 14 oder dem Anhängerfahrzeug 15 austauschbar, wobei die Anordnung des ersten Steckerelementes 1 auf dem Zugfahrzeug aufgrund der permanenten Beaufschlagung mit Druckluft bevorzugt ist.

Das Steckerelement 1 ist zweiteilig aufgebaut und weist ein in Steckrichtung 8 vorne liegendes Gehäuse 2 und einen dahinter befindlichen Anschlusssockel 6 auf. An der zum zweiten Steckerelement 5 gerichteten Seite des Gehäuses 2 stehen zwei Fluidkontakte 4 vor, die ihren äußeren Durchmesser innerhalb des Gehäuses 2 vergrößern und dieses als Leitungselement 3 verlassen.

Neben den Fluid kontakten 4 sind in dem Gehäuse 2 außerdem noch eine Vielzahl elektrischer Kontakte 13 angeordnet, welche der übertragung von elektrischer Energie und Steuersignalen zum Beispiel für ein Bus-System dienen.

Um eine möglichst strömungsgünstige Leitung der Druckluft durch die Leitungselemente 3 zu gewährleisten, sollte der Innendurchmesser des Leitungselements 3 von dem jeweiligen Fluidkontakt 4 bis zu dem Anschlusssockel 6 konstant sein.

Die beiden Leitungselemente 3 sind ortsfest an dem Gehäuse 2 befestigt und beweglich innerhalb des Anschlusssockels 6 gelagert. Im Bereich des Eintritts des Leitungselements 3 in den Anschlusssockel 6

befindet sich eine erste Dichtstelle 9, die vorzugsweise aus einer Elastomer- oder Kunststoffdichtung 10 gebildet und besonders gut in der Darstellung der Figur 2 zu erkennen ist.

Die beiden Leitungselemente 3 verlaufen in Steckrichtung 8 von dem Anschlusssockel 6 bis zu dem Gehäuse 2 parallel zueinander. An dem Anschlusssockel 6 sind außerdem zwei Anschlussstutzen 7 zu erkennen, an denen eine hier nicht gezeigte aufliegerseitige Versorgungsleitung anschließbar ist.

Beide Fluidkontakte 4 greifen beim Zusammenführen des ersten und zweiten Steckerelementes 1 , 5 in gegenüberliegende Kontaktbuchsen 21 des zweiten Steckerelements 5 ein. Diese befinden sich auf der dem Steckerelement 1 zugewandten Seite 20 des zweiten Steckerelements 5, wobei in der Figur 1 nur eine Kontaktbuchse 21 schematisch dargestellt ist.

Jede der Kontaktbuchsen 21 weist außerdem an seiner inneren Wandung eine zweite Dichtstelle 22 auf, welche bei Vorhandensein eines Fiuidkontakts 4 innerhalb der Kontaktbuchse 21 dessen äußere Umfangsf lache mittels eines Dichtelementes 23 abdichtet. Ais Dichtelement 23 eignet sich ebenfalls eine Elastomer- oder Kunststoffdichtung oder ein O-Ring. Der Innendurchmesser D ₃ der Kontaktbuchse 21 ist nur geringfügig größer gewählt als der Außendurchmesser D ₂ (siehe Figur 2) des Fiuidkontakts 4, so dass eine besonders verlustarme Abdichtung erfolgen kann.

Auf beiden Seiten des Anschlusssockels 6 ist das Gehäuse 2 zusätzlich gegenüber diesem mit Federelementen 11a, 11 b abgestützt, die axial auf Führungsschienen 12 aufgeschoben sind. Die Führungsschienen 12 wiederum lassen eine axiale Bewegung des Gehäuses 2 in einem vorgegebenen Bewegungsumfang zu.

Nach dem Zusammenführen der beiden Steckerelemente 1 , 5 erfolgt ein Druckaufbau innerhalb des Leitungselements 3 und des nachgeschalteten Druckluftkreislaufs. Ein einzelnes Leitungselement 3 ist in einem Längs- und Querschnitt in Figur 2 dargestellt. Hierbei wird deutlich, dass als druckwirksamer Flächenquerschnitt A _D2 lediglich die Wandstärke des Fluidkontakts 4 eine Rolle spielt. Der Flächenquerschnitt A _D2 entspricht in der Querschnittsdarstellung dem inneren konzentrischen Kreis. Auf der gegenüberliegenden Seite im Bereich des durchmessergrößeren Leitungselements 3 trifft die Druckluft auf einen größeren druckwirksamen Flächenquerschnitt A _D i, so dass eine resultierende Vorschubkraft in Steckrichtung 8 ein Verfahren des Leitungselements 3 mit dem daran angeordneten Gehäuse 2 gegenüber dem ortsfesten Anschlusssockel 6 bewirkt.

Der druckwirksame Flächenquerschnitt A _D i ist um das Quadrat der Differenz des Durchmessers D-i zu dem Durchmesser D ₂ größer. In der Querschnittsdarstellung der Figur 2 entspricht der druckwirksame Flächenquerschnitt AD _I der schraffierten Fläche und der daran angrenzenden unschraffierten Fläche bis zu dem mit einer unterbrochenen Linie dargestellten Kreis entsprechend dem äußeren Durchmesser D ₂ der Umfangswand des Fluidkontakts 4.

Die Figur 3 zeigt in einer Seitenansicht die Anordnung beider Steckerelemente 1 , 5 an einem Satteizug mit einem Zugfahrzeug 14 und einem Sattelauflieger 15. Das Zugfahrzeug 14 trägt im Heckbereich eine Sattelkupplung 17 mit einer nach hinten konisch aufgeweiteten Einfahröffnung 16. Zum Ankuppeln des Sattelaufliegers 15 fährt das Zugfahrzeug 14 rückwärts an diesen heran bis ein auf der Unterseite des Sattelaufliegers 15 vorstehender Königszapfen 18 von der Einfahröffnung 16 erfasst und bis zum Erreichen seiner Verriegelungsstellung in dieser geführt wird.

An dem Königszapfen 18 greift schwenkbar ein Tragelement 19 an, welches das Steckerelement 1 bereithält. Beim weiteren Zusammenfahren von Zugfahrzeug 14 und Satteiauflieger 15 kommt das Steckerelement 1 in Wirkeingriff mit dem an der Sattelkupplung 17 befestigten zweiten Steckereiement 5. Dieses befindet sich unterhalb des Niveaus der Einfahröffnung 16.

Bezugszeichen liste

1 Steckelement, erstes Steckerelement

2 Gehäuse

3 Leitungselement

4 Fluid kontakt

5 zweites Steckerelement

6 Anschlusssockel

7 Anschlussstutzen

8 Steckrichtung

9 erste Dichtstelie

10 Elastomer- oder Kunststoffdichtung

11 a ι,b Federelement

12 Führungsschiene

13 elektrische Kontakte

14 Zugfahrzeug

15 Anhängerfahrzeug, Sattelauflieger

16 Einfahröffnung Sattelkupplung

17 Sattelkupplung

18 Königszapfen

19 Tragelement

20 Steckerelement zugewandte Seite

21 Kontaktbuchse

22 zweite Dichtstelle

23 Dichtelement

Di Außendurchmesser Leitungselement erste Dichtstelle

D ₂ Außendurchmesser Fluidkontakt

D ₃ Innendurchmesser Kontaktbuchse

A _D 1 druckwirksamer Flächenquerschnitt bezogen auf Di

A _D 2 druckwirksamer Flächenquerschnitt bezogen auf D ₂