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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Sensor, welche zur Festlegung
einer Nulllage des betreffenden zur Erfassung von Auslenkbewegungen
dienenden Sensors und zur Positionierung des Sensors in dieser Nulllage
ausgebildet ist. Sie bezieht sich auf eine Anordnung, mittels welcher Auslenkungen
an einem Kugelgelenk erfasst werden, das der Lagerung von Teilen
eines technischen Systems, vorzugsweise von Teilen eines Kraftfahrzeugfahrwerks,
dient.
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An
zueinander beweglichen Teilen werden an Fahrwerken von Kraftfahrzeugen
in vielen Fällen Kugelgelenke eingesetzt. Derartige Kugelgelenke bestehen
aus einem Kugelzapfen, dessen Kugel in einer Gelenkschale beziehungsweise
einem Gelenkgehäuse in einer Vielzahl von Richtungen beweglich ist.
Bei dem entsprechenden Kugelzapfen handelt es um ein zumindest annähernd
axialsymmetrisches Teil, welches aus einem im Wesentlichen zylinderförmigen
Zapfen besteht, an dessen einem Ende die zur Aufnahme in dem Gelenkgehäuse
vorgesehene Kugel ausgebildet ist. Das der Kugel gegenüberliegende
Ende des Zapfens ist im Allgemeinen mit einem Gewinde versehen,
welches durch eine dafür vorgesehene Öffnung eines
Fahrwerkteils, beispielsweise eines Radträgers, geführt
und mittels einer Mutter an diesem Fahrwerksteil verschraubt wird.
Bei modernen Kraftfahrzeugen ist es bekannt, mittels geeigneter
Sensoren die Auslenkung des Kugelzapfens in dem Gelenkgehäuse
zu erfassen. Dies dient beispielsweise zur Erfassung der Ausrichtung
eines Lenkers einer Fahrwerksachse und/oder zur Erfassung der Neigung
des Fahrzeugaufbaus.
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Auf
der Grundlage der Erfassung dieser Lageparameter werden zum Beispiel
Servomotoren für die automatische Höheneinstellung
der Scheinwerfer und/oder für ein adaptives Kurvenlicht
betätigt.
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Um
entsprechende Auslenkwinkel erfassen zu können, ist es
erforderlich, dass für die Elemente des Sensors, bei denen
es sich um mindestens ein Geberelement und mindestens ein Bezugselement handelt,
als Bezugsbasis für die Messung eine Nulllage definiert
wird. Das heißt, die den Sensor ausbildenden Elemente,
welche einerseits an dem Kugelzapfen und andererseits an einem Fahrwerksteil angeordnet
sind, müssen in einer bestimmten Lage zueinander positioniert
werden, welche eine Nullposition für die Messung darstellt.
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Aus
der
DE 197 48 117
A1 ist ein Kugelzapfen eines Kugelgelenks bekannt, welcher
in einem mittleren Abschnitt des Zapfens eine ovale Querschnittsfläche
aufweist. In Verbindung mit einem an einem Fahrwerksteil zur Durchführung
und Befestigung des Kugelzapfens vorgesehenen Langloch beziehungsweise
elliptischen Durchbruch dient die in der Schrift beschriebene Gestaltung
des Kugelzapfens zur Ausbildung einer Verdrehsicherung. Hiermit soll
erreicht werden, dass sich der Zapfen beim Festschrauben oder Lösen
der zu seiner Befestigung dienenden Mutter nicht in dem entsprechenden
Durchbruch des Fahrwerkteils verdreht. Durch das Verhindern des
Verdrehens des Zapfens in der Durchführung ist es möglich,
die Mutter festzuziehen oder zu lösen, ohne dass hierzu
der Gegenpart, nämlich der Kugelzapfen, mit einem Werkzeug
festgehalten werden muss. Allerdings wird hierdurch eine eindeutige Positionierung
des Kugelzapfens zum Zwecke der Festlegung einer Nullposition für
einen Sensor insoweit nicht erreicht, als der elliptische Teil des
Kugelzapfens in dem zu seiner Durchführung vorgesehenen
Langloch zumindest in zwei unterschiedlichen, um 180° zueinander
versetzten Positionen angeordnet werden kann. Zudem ist es fertigungstechnisch
aufwändiger, in dem zur Durchführung des Zapfens
vorgesehenen Teil des Fahrwerks anstelle eines Rundlochs ein Langloch
auszubilden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Festlegung einer definierten
Nulllage und zur Positionierung eines die Auslenkungen an einem Kugelgelenk
erfassenden Sensors bereitzustellen. Vorzugsweise soll die entsprechende
Anordnung zudem so ausgebildet sein, dass sie fertigungstechnisch
einfach zu realisieren ist.
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Die
Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs
gelöst. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen
der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Die
Anordnung zur Festlegung einer Nulllage für die Messung
der Auslenkbewegungen eines Kugelgelenks, welches Teile eines mechanischen
Systems, vorzugsweise Teile eines Kraftfahrzeugfahrwerks, miteinander
verbindet, besteht aus einem starr mit einem ersten Teil des Systems
verbundenen Gelenkgehäuse des Kugelgelenks, einem starr
mit einem zweiten Teil des Systems verbunden Kugelzapfen und aus
einem die Auslenkbewegungen des Kugelzapfens in dem Gelenkgehäuse
erfassenden Sensor mit mindestens zwei zueinander komplementären
Sensorelementen. Dabei ist eines der vorgenannten Sensorelemente
an dem Kugelzapfen und eines an einem bezüglich des Gelenkgehäuses unbeweglichen
Teil des mit dem Kugelgelenk ausgestatteten Systems angeordnet.
Der Kugelzapfen bewegt sich mit einer an seinem einen axialen Ende
angeordneten Gelenkkugel in dem Gelenkgehäuse des in bekannter
Weise ausgebildeten Kugelgelenks und ist mit seinem der Gelenkkugel
gegenüberliegenden axialen Ende an einem Montageauge des
mit ihm verbundenen Teils lösbar befestigt. Das zuvor genannte
axiale Ende des Kugelzapfens durchragt dabei das seiner Befestigung
dienende Montageauge.
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Erfindungsgemäß ist
die Mantelfläche des ansonsten einen kreisrunden Querschnitt
aufweisenden Kugelzapfens in einem axialen Bereich abgeflacht, wobei
dieser abgeflachte Bereich in einen Formschluss gebracht ist mit
einer korrespondierend ausgebildeten Innenkontur des Montageauges
oder eines scheibenförmigen Elements. Im letztgenannten Fall,
bei dem der abgeflachte Bereich des Kugelzapfens mit der korrespondierend
ausgebildeten Innenkontur eines scheibenförmigen Elements
in Eingriff gebracht ist, liegt das betreffende scheibenförmige Element
an dem Montageauge an und ist seinerseits durch einen Formschluss
seiner äußeren Kontur an dem mit dem Kugelzapfen
verbundenen Teil bezüglich der Umfangsrichtung des Kugelzapfens
in vorbestimmter Lage fixiert. Der an dem Kugelzapfen erfindungsgemäß ausgebildete
abgeflachte axiale Bereich ist vorzugsweise dadurch realisiert,
dass der Kugelzapfen in diesem Bereich einen geradlinigen Umfangsabschnitt
aufweist.
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Wie
bereits ausgeführt, kann der abgeflachte Bereich des Kugelzapfens
je nach Ausbildungsform der Erfindung unmittelbar mit dem Montageauge
des mit dem Kugelzapfen zu verbindenden Teils oder aber mit einem
zusätzlich vorgesehenen scheibenförmigen Element
in einen Formschluss gebracht sein. Im Hinblick darauf, dass die
Ausbildung eines unrunden, das heißt vorzugsweise einen
geradlinigen Abschnitt an seiner Innenkontur aufweisenden Montageauges
fertigungstechnisch vergleichsweise aufwendig ist, wird jedoch der
zweiten Variante der Vorzug zu geben sein. Bei einer entsprechend
gestalteten Ausbildungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung weist der Kugelzapfen an seinem der Gelenkkugel abgewandten
Ende ein Gewinde auf, über welches er mit Hilfe einer Mutter
an dem Montageauge des mit ihm zu verbindenden Teils auf dessen
der Gelenkkugel abgewandten Seite verschraubt ist. Dabei ist auf
dieser Seite des in diesem Falle kreisrunden Montageauges eine Senkung
mit einer radial nach außen verlaufenden Nut ausgebildet.
In die Senkung ist eine zwischen dem Montageauge und einer Mutter
zur Verschraubung des Kugelzapfens angeordnete Unterlegscheibe mit
einer korrespondierend zur abgeflachten Umfangskontur des Kugelzapfens
ausgebildeten Innenkontur eingefügt. Die vorgenannte Unterlegscheibe
weist an ihrer Umfangskontur eine Nase auf, welche in die bei dieser
Ausbildungsform an der Senkung des Montageauges ausgebildete radial
nach außen gerichtete Nut eingreift. Hierdurch ist einerseits
der Kugelzapfen in einen Formschluss mit der Innenkontur der Unterlegscheibe
gebracht, während andererseits die Außenkontur der
Unterlegscheibe mit dem starr mit dem Kugelzapfen verbundenen Teil,
beispielsweise dem Radträger einer Fahrzeugachse, in einen
Formschluss gebracht ist.
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Durch
diesen doppelten Formschluss kann der Kugelzapfen bei seiner Befestigung
am Montageauge weder für sich um seine Längsachse
herum bewegt werden, noch eine solche Bewegung gemeinsam mit der
Unterlegscheibe vollziehen. Die an der Senkung des Montageauges
ausgebildete Nut und die in sie eingreifende Nase der Unterlegscheibe sind
selbstverständlich an definierter Position angeordnet.
Dabei ist die definierte Position der an der Außenkontur
ausgebildeten Nase durch deren im Verhältnis zu dem geradlinigen
Abschnitt der Innenkontur der Unterlegscheibe feste Lage gegeben.
Aufgrund der dadurch bezüglich der Umfangsrichtung festen
Position dieses geradlinigen Abschnitts und der mit diesem Konturabschnitt
korrespondierenden Abflachung des Kugelzapfens wird auch der Kugelzapfen
bei seiner Befestigung am Montageauge in einer bezüglich
der Umfangsrichtung festgelegten Lage fixiert. Da eines der Sensorelemente
an dem Kugelzapfen angeordnet ist, ist hierdurch gleichzeitig eine
Referenzposition für die Messung der Auslenkbewegungen
des Kugelgelenks und der an ihm befestigten Teile des entsprechenden
mechanischen Systems, beispielsweise des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs,
gegeben.
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Entsprechend
einer möglichen Ausbildungsform der Erfindung ist der zur
Messung der Auslenkbewegung dienende Sensor mittels mindestens eines
magnetoresistiven Elements realisiert. Vorzugsweise wird der Sensor jedoch
durch einen Permanentmagnet und mindestens ein Hall-Element ausgebildet.
Bei einer entsprechenden Ausführungsform der Erfindung
ist der Permanentmagnet in der Gelenkkugel an deren freien Pol angeordnet,
während diesem Pol gegenüberliegend an dem mit
dem Gelenkgehäuse starr verbundenen Teil mindestens ein Hall-Element
angeordnet ist. Durch die Auswertung der an dem mindestens einen
Hall-Element bei der Bewegung des Kugelzapfens erzeugten Hall-Spannung
sind Richtungen und Winkel der Auslenkbewegungen des Kugelzapfens
in dem Gelenkgehäuse bestimmbar. Vorzugsweise ist der Sensor
mit einem triaxialen Hall-Element oder mehreren Hall-Elementen ausgebildet.
Ferner sind vorzugsweise der Pol der Gelenkkugel und der an ihr
angeordnete Permanentmagnet zum Schutz vor Verschmutzungen mit einem
Deckel aus einem nichtmagnetischen Material abgedeckt.
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Details
der erfindungsgemäßen Anordnung sollen nachfolgend
anhand eines Ausführungsbeispiels nochmals erläutert
werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
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1:
eine mögliche Ausbildungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung in einer Schnittdarstellung,
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2a:
den Kugelzapfen der Anordnung gemäß 1,
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2b:
den Kugelzapfen nach 2a in einem entlang der Linie
A-A geführten Längsschnitt,
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2c den
Kugelzapfen nach 2a in einem entlang der Linie
B-B geführten Schnitt,
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3:
die zur Befestigung des Kugelzapfens bei der Anordnung nach der 1 verwendete
Unterlegscheibe,
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4a:
ein vergrößertes Detail der Anordnung mit einer
Draufsicht auf die Stirnseite des Kugelzapfens,
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4b:
einen Ausschnitt des Details gemäß 4a mit
einem entlang der Linie A-A geführten Schnitt
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Die 1 zeigt
eine mögliche Ausbildungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung in einer Schnittdarstellung. Diese ist beispielsweise
als Bestandteil des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs ausgebildet, bei
welchem ein Querlenker des Fahrwerks über ein Kugelgelenk 1, 2, 3 an
einem Radträger gelagert ist. Die Anordnung besteht aus
der in dem in dem Teil 10, das heißt dem Querlenker
des mit dem Kugelgelenk ausgestatteten Systems beziehungsweise Fahrwerks
angeordneten, mit ihm starr verbundenen Lagerschale 1 und
dem in grundsätzlich bekannter Weise ausgebildeten Kugelzapfen 2, 3,
welcher mit seinem der Lagerschale beziehungsweise der mit dieser
in Eingriff gebrachten Gelenkkugel abgewandten Seite an einem zweiten
Teil 11 des Systems, beispielsweise an einem Radträger,
unter Verwendung einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Unterlegscheibe 7 verschraubt ist. Hierbei durchragt der
Kugelzapfen 2, 3 ein an dem Radträger
ausgebildetes, mittels eines Stahleinsatzes realisiertes Montageauge 5.
An dem freien Pol 17 der an einem axialen Ende des Kugelzapfens 2, 3 ausgebildeten
Gelenkkugel 3 ist, als Teil des Sensors 8, 9 ein
Permanentmagnet 8 angeordnet. Zu dem Sensor 8, 9 gehört
ferner ein durch vorzugsweise mehrere (nicht näher dargestellte)
Hall-Elemente 9 gebildetes Sensormodul. Dieses ist in dem
bezüglich des Gelenkgehäuses 1 unbeweglichen
beziehungsweise in dem das Gelenkgehäuse 1 aufnehmenden
Teil 10 des Fahrwerks angeordnet. Durch die Verdrehung
des Kugelzapfens 2, 3 beziehungsweise der an ihm
ausgebildeten Gelenkkugel 3 in dem Gelenkgehäuse 1 weist
der an der Gelenkkugel 3 angeordnete Permanentmagnet 8 jeweils
unterschiedliche Positionen gegenüber den in starrer Anordnung
zu dem Gelenkgehäuse 1 befindlichen Hall-Elementen
des Sensormoduls auf. Hierdurch werden jeweils unterschiedliche
Hall-Spannungen in den Hall-Elementen 9 erzeugt, durch
deren Auswertung die relative Lage des an dem Kugelzapfen 2, 3 angeordneten
Sensorteils, das heißt des Permanentmagneten 8,
gegenüber den Hall-Elementen 9 und damit die Richtung
und Winkel der jeweiligen Auslenkbewegungen des Kugelgelenks 2, 3 bestimmbar
sind. Die Gelenkkugel 3 und der an ihr angeordnete Permanentmagnet 8 sind
zum Schutz vor Verschmutzungen durch einen Verschlussdeckel 18 aus
einem nichtmagnetischen Material abgedeckt. Das Kugelgelenk 1, 2, 3 ist
durch einen mittels Spannringen 20, 21 an dem
Kugelzapfen befestigten Dichtungsbalg 22 vor Verschmutzungen
geschützt. Die zur Verschraubung des Kugelzapfens 2, 3 gemeinsam
mit der Mutter 13 verwendete Unterlegscheibe 7 weist
erfindungsgemäß an ihrer äußeren Kontur
eine Nase 15 auf. Die Unterlegscheibe 7 ist in einer
an dem Montageauge 5 ausgebildeten Senkung 14 zwischen
der Mutter 13 und dem Montageauge 5 angeordnet
und dabei mit ihrer Nase 15 mit einer an dem Montageauge 5 beziehungsweise
der Senkung 14 radial nach außen geführten
Nut 16 in Eingriff gebracht. Hierdurch ist die Unterlegscheibe 7 bezüglich
der Umfangsrichtung u des Kugelzapfens 2, 3 in
einer definierten Lage und aufgrund des mit der Nut 16 gegebenen
Formschlusses bezüglich der Umfangsrichtung u unbeweglich
angeordnet.
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Die 2a bis 2c zeigen
nochmals den Kugelzapfen 2, 3 der Anordnung gemäß 1 in
verschiedenen Ansichten. Die 2a zeigt
den Kugelzapfen 2, 3 mit der an seinem einen axialen
Ende ausgebildeten Gelenkkugel 3 mit deren Pol 17 in
einer räumlichen Darstellung. In der den Kugelzapfen 2, 3 nochmals
in einem Längsschnitt entlang der Linie A-A zeigenden 2b ist
erkennbar, dass das durch das Montageauge 5 zu führende
axiale Ende 4 des Kugelzapfens 2, 3 eine
Abflachung aufweist. Hierzu ist, wie aus der den Kugelzapfen 2, 3 in
einem Schnitt entlang der Linie B-B zeigenden 2c erkennbar,
in dem entsprechenden abgeflachten Bereich 6 jeweils ein
geradliniger Umfangsabschnitt 12 an der ansonsten kreisrunden
Querschnittsfläche des Kugelzapfens 2, 3 ausgebildet.
Der abgeflachte Bereich 6 wird, nachdem er durch das Montageauge 5 geführt
ist, bei der Verschraubung an dem Radträger 11 mit
der korrespondierenden Innenkontur der zwischen der zur Verschraubung
verwendeten Mutter 13 und dem Montageauge 5 anzuordnenden
Unterlegscheibe 7 in Eingriff gebracht. Die Ausbildung der
entsprechenden Unterlegscheibe 7 ist nochmals in der 3 verdeutlicht.
Hier ist ersichtlich, dass an der ansonsten ebenfalls kreisrunden
Innenkontur der Unterlegscheibe ein geradliniger, mit dem abgeflachten
Bereich 6 des Kugelzapfens 2, 3 korrespondierender
Umfangsabschnitt 19 ausgebildet ist. Auf Höhe
dieses geradlinigen Umfangsabschnitts 19 der Innenkontur
ist an der Außenkontur eine radial nach außen
aufragende Nase 15 ausgebildet, welche mit der in der Senkung 14 des
Montageauges 5 an dem Radträger 11 ausgebildeten
Nut 16 in Eingriff zu bringen ist.
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Die 4a zeig
ein vergrößertes Detail der zuvor dargestellten
Anordnung in einer Draufsicht auf die Stirnseite des der Gelenkkugel 3 gegenüberliegenden
Endes des Kugelzapfens 2, 3. Besser zu erkennen
sind hier die Teile der mit der Mutter 13 (im Beispiel
eine Flanschmutter) und der Unterlegscheibe 7 realisierten
Verschraubung und insbesondere die Senkung 14 an dem Montageauge 5 sowie
die sich im Bereich der Senkung 14 radial nach außen erstreckende
Nut 16, in welche die Nase 15 der Unterlegscheibe 7 eingreift.
Die 4b zeigt nochmals einen Ausschnitt des Details
gemäß 4a in
einem entlang der Linie A-A geführten Schnitt.
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- 1
- Lagerschale
- 2,
3
- Kugelzapfen
- 3
- Gelenkkugel
- 4
- axiales
Ende
- 5
- Montageauge
- 6
- abgeflachter
Bereich
- 7
- scheibenförmiges
Element, Unterlegscheibe
- 8
- Sensorelement,
zum Beispiel (Dauer-)Magnet
- 9
- Sensorelement,
zum Beispiel Hall-Element(e)
- 10,
11
- Teil
- 12
- Umfangsabschnitt
- 13
- Mutter
- 14
- Senkung
- 15
- Nase
- 16
- Nut
- 17
- Pol
- 18
- Verschlussdeckel
- 19
- Umfangsabschnitt
- 20,
21
- Spannring
- 22
- Dichtungsbalg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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