DE102016218029A1

DE102016218029A1 - Kugelgelenk für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016218029A1
Application number: DE102016218029.0A
Authority: DE
Inventors: Florian Bäumer; Josef Holtheide
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: DE102016218029B4

Abstract

Kugelgelenk für ein Fahrzeug, mit einem eine Zapfenöffnung (2) umfassenden Gehäuse (3), einem eine Gelenkkugel (4) umfassenden Kugelzapfen (5), der mit seiner Gelenkkugel (4) beweglich in dem Gehäuse (3) gelagert ist und sich durch die Zapfenöffnung (2) hindurch aus dem Gehäuse (3) heraus erstreckt, und einer wenigstens einen Sensor (17; 24) umfassenden Winkelmesseinrichtung, mittels welcher eine Auslenkung (α) des Kugelzapfens (5) relativ zu dem Gehäuse (3) erfassbar ist, wobei der Sensor (17; 24) an oder in dem Kugelzapfen (5) angeordnet ist, in dem wenigstens ein Kabelführungskanal (18) vorgesehen ist, durch welchen hindurch wenigstens eine an den Sensor (17; 24) angeschlossene elektrische Verbindungsleitung (19) aus dem Kugelzapfen (5) herausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für ein Fahrzeug, mit einem eine Zapfenöffnung umfassenden Gehäuse, einem eine Gelenkkugel umfassenden Kugelzapfen, der mit seiner Gelenkkugel beweglich in dem Gehäuse gelagert ist und sich durch die Zapfenöffnung hindurch aus dem Gehäuse heraus erstreckt, und einer wenigstens einen Sensor umfassenden Winkelmesseinrichtung, mittels welcher eine Auslenkung des Kugelzapfens relativ zu dem Gehäuse erfassbar ist.
Fahrwerkbauteile, insbesondere Kugelgelenke haben die Aufgabe, das Fahrgestell eines Fahrzeugs federnd auf den Wagenrädern zu lagern. Die Komponenten des Fahrgestells passen sich dabei der Fahrbahnbeschaffenheit und dem jeweiligem Fahrzustand an und bieten dem Fahrzeuginsassen höchste Sicherheit. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Gelenke, welche die Aufgabe der Radaufhängung übernehmen und eine Lenkung ermöglichen. Bisher war es nicht oder lediglich eingeschränkt möglich, den Zustand oder die Winkelstellung der Fahrwerkkomponenten automatisch zu erfassen. Beispielsweise kann durch eine elektrische Auswerteeinheit oder einen Sensor bisher nicht oder lediglich eingeschränkt der Verschleiß, die Bewegungsänderung (Beschleunigung) oder die Winkelstellung eines Gelenks aufgenommen werden. Durch die Erfassung solcher Daten kann eine Höhenstandssensorik realisiert werden oder eine aktive Fahrwerkregelung die Dämpfung des Kraftfahrzeugs den Straßenbedingungen anpassen. Um eine elektrische Aufnahmeeinheit in einem Fahrwerkbauteil, beispielsweise in einem Kugelgelenk zu integrieren, bedarf es Bauraum für die elektrischen Komponenten und deren Kabelführung, um das Sensorsignalkabel herauszuführen und die Elektronik mit Spannung zu versorgen. Die Elektronik befindet sich dabei in einem dynamisch belasteten Fahrwerkbauteil.
Kugelgelenke der eingangs genannten Art sind bekannt, wobei der Sensor der Winkelmesseinrichtung ortsfest in das Gehäuse eingebracht ist. Der Sensor wird dabei durch eine der Zapfenöffnung gegenüberliegende Montageöffnung hindurch montiert, die mit einem Gehäusedeckel verschlossen wird. Ferner werden an dem Sensor angeschlossene elektrische Verbindungsleitungen durch den Gehäusedeckel hindurch nach außen geführt. Schwierigkeiten bei der Montage des Sensors sowie beim Herausführen der elektrischen Verbindungsleitungen ergeben sich aber dann, wenn kein Gehäusedeckel vorhanden ist, wie z.B. bei einem Spurstangengelenk, bei dem an dem der Montageöffnung gegenüberliegenden Boden des Gehäuses in der Regel zusätzlich ein nach außen abstehendes Gewindestück vorgesehen ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass der Sensor auch dann in das Kugelgelenk eingebaut und wenigstens eine an diesen angeschlossene elektrische Verbindungsleitung nach außen geführt werden kann, wenn kein Gehäusedeckel vorhanden ist.
Diese Aufgabe wird durch Kugelgelenk nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des Kugelgelenks sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
Das Kugelgelenk für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, weist ein eine Zapfenöffnung umfassendes Gehäuse, einen eine Gelenkkugel umfassenden Kugelzapfen, der mit seiner Gelenkkugel beweglich in dem Gehäuse gelagert ist und sich durch die Zapfenöffnung hindurch aus dem Gehäuse heraus erstreckt, und eine einen oder wenigstens einen Sensor umfassende Winkelmesseinrichtung auf, mittels welcher eine Auslenkung des Kugelzapfens relativ zu dem Gehäuse erfassbar ist, wobei der Sensor an oder in dem Kugelzapfen angeordnet ist, in dem ein oder wenigstens ein Kabelführungskanal vorgesehen ist, durch welchen hindurch eine oder wenigstens eine an den Sensor angeschlossene elektrische Verbindungsleitung aus dem Kugelzapfen herausgeführt ist.
Durch das Anordnen des Sensors an oder in dem Kugelzapfen kann der Sensor vor dem Einbringen des Kugelzapfens in das Gehäuse montiert werden. Hierdurch wird die Sensormontage insbesondere dann vereinfacht, wenn kein Gehäusedeckel vorhanden ist. Ferner ist es durch das Vorsehen des Kabelführungskanals in dem Kugelzapfen auf einfache Weise möglich, die elektrische Verbindungsleitung aus dem Kugelzapfen herauszuführen. Das Kugelgelenk ist somit besonders vorteilhaft in Bezug auf die Sensormontage, wenn das Gehäuse keinen Gehäusedeckel aufweist.
Vorzugsweise ist das Kugelgelenk aber nicht darauf beschränkt, sodass das Gehäuse auch einen Gehäusedeckel aufweisen kann.
Dem Kugelgelenk und/oder dem Gehäuse ist bevorzugt eine Längsachse zugeordnet, die insbesondere durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel verläuft. Ferner ist dem Kugelzapfen bevorzugt eine Zapfenachse zugeordnet, die insbesondere durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel verläuft. Vorteilhaft ist der Kugelzapfen bezüglich der Zapfenachse rotationssymmetrisch oder im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. In einem nicht ausgelenkten Zustand des Kugelzapfens fällt die Zapfenachse insbesondere mit der Längsachse zusammen. In einem ausgelenkten Zustand des Kugelzapfens verlaufen die Zapfenachse und die Längsachse bevorzugt zueinander geneigt. Vorzugsweise schneiden sich die Zapfenachse und die Längsachse im ausgelenkten Zustand des Kugelzapfens im Mittelpunkt der Gelenkkugel. Eine in Richtung der Längsachse verlaufende Richtung wird insbesondere als axiale Richtung bezeichnet. Eine oder jedwede quer zur Längsachse verlaufende Richtung wird insbesondere als radiale Richtung bezeichnet.
Bevorzugt umfasst der Kugelzapfen einen sich von der Gelenkkugel wegerstreckenden Zapfen. Vorzugsweise weist der Zapfen einen zylindrischen Zapfenbereich auf, der insbesondere mit einem Außengewinde versehen ist. Der zylindrische Zapfenbereich bildet bevorzugt einen der Gelenkkugel abgewandten Endbereich des Kugelzapfens. Vorteilhaft weist der Zapfen einen konischen Zapfenbereich auf. Bevorzugt ist der konische Zapfenbereich zwischen dem zylindrischen Zapfenbereich und der Gelenkkugel vorgesehen. Der Kugelzapfen besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder aus Magnesium oder aus einem Eisenwerkstoff, wie z.B. Stahl. Alternativ besteht der Kugelzapfen beispielsweise aus Keramik oder Kunststoff.
Die Gelenkkugel ist insbesondere drehbar und/oder schwenkbar in dem Gelenkgehäuse gelagert. Vorteilhaft ist die Gelenkkugel unter Zwischenschaltung einer Lagerschale in dem Gehäuse gelagert. Vorzugsweise umschließt die Lagerschale die Gelenkkugel, wobei sich der Kugelzapfen durch eine in der Lagerschale vorgesehene Lagerschalenöffnung hindurch aus der Lagerschale heraus erstreckt. Bevorzugt ist oder bildet die Lagerschale eine Kugelschale. Insbesondere ist die Lagerschale in dem Gehäuse angeordnet. Vorteilhaft ist die Lagerschale gegenüber dem Gehäuse verdrehfest an dem Gehäuse festgelegt. Bevorzugt ist die Lagerschale bezüglich des Gehäuses ortsfest und/oder fest und/oder starr mit dem Gehäuse verbunden. Vorzugsweise sitzt die Gelenkkugel, insbesondere gleitfähig, in der Lagerschale. Die Lagerschale besteht z.B. aus Kunststoff.
Bevorzugt umfasst das Gehäuse eine die Gelenkkugel und/oder die Lagerschale und/oder die Längsachse umringende Wandung. Vorteilhaft umfasst das Gehäuse einen der Zapfenöffnung gegenüberliegenden Boden. Insbesondere geht der Boden materialhomogen in die Wandung über. Vorteilhaft bilden die Wandung und der Boden zusammen und/oder bildet das Gehäuse ein monolithisches Bauteil. Das Gehäuse ist vorzugsweise topfförmig ausgebildet. Vorteilhaft umfasst das Gehäuse ein von dem Boden nach außen abstehendes Anschlussstück, welches vorzugsweise zylindrisch oder im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Anschlussstück mit einem Gewinde, vorzugsweise mit einem Außengewinde, versehen. Insbesondere geht das Anschlussstück materialhomogen in den Boden über. Vorteilhaft bilden die Wandung, der Boden und das Anschlussstück zusammen ein monolithisches Bauteil. Vorzugsweise erstreckt sich das Anschlussstück in axialer Richtung. Gemäß einer Alternative umfasst das Gehäuse eine der Zapfenöffnung gegenüberliegende Montageöffnung, die durch den oder einen Gehäusedeckel verschlossen ist. Der Gehäusedeckel bildet in diesem Fall insbesondere den Boden oder einen Teil des Bodens. Bevorzugt besteht das Gehäuse aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder aus Magnesium oder aus einem Eisenwerkstoff, wie z.B. Stahl. Alternativ besteht das Gehäuse z.B. aus Kunststoff.
Der Sensor ist vorzugsweise fest und/oder starr mit dem Kugelzapfen und/oder der Gelenkkugel verbunden. Insbesondere ist der Sensor relativ zu dem Kugelzapfen und/oder der Gelenkkugel ortsfest. Mittels der Winkelmesseinrichtung ist insbesondere ein zwischen der Längsachse und der Zapfenachse eingeschlossener Winkel erfassbar.
Gemäß einer Weiterbildung ist die elektrische Verbindungsleitung, insbesondere durch den Kabelführungskanal hindurch, außerhalb des Gehäuses aus dem Kugelzapfen herausgeführt. Somit ist es vermeidbar, die Verbindungsleitung zusätzlich durch das Gehäuse hindurch zu führen.
Gemäß einer Ausgestaltung erstreckt sich der Kabelführungskanal, vorzugsweise von dem Sensor und/oder der Gelenkkugel, bis zu einer der Gelenkkugel abgewandten Stirnseite des Kugelzapfens. Insbesondere ist die Verbindungsleitung an dieser und/oder durch diese Stirnseite aus dem Kugelzapfen herausgeführt. Vorteilhaft bildet die der Gelenkkugel abgewandte Stirnseite des Kugelzapfens eine freie Stirnseite des Kugelzapfens. Somit eignet sich diese Stirnseite besonders gut zum Herausführen der Verbindungsleitung. Bevorzugt bildet die der Gelenkkugel abgewandte Stirnseite des Kugelzapfens eine der Gelenkkugel abgewandte Stirnseite des Zapfens. Insbesondere bildet die der Gelenkkugel abgewandte Stirnseite des Kugelzapfens eine der Gelenkkugel abgewandte Stirnseite des zylindrischen Zapfenbereichs.
Gemäß einer Alternative erstreckt sich der Kabelführungskanal, vorzugsweise von dem Sensor und/oder der Gelenkkugel, bis zu der oder einer Mantelfläche des Zapfens und/oder des konischen Zapfenbereichs. Vorteilhaft ist die Verbindungsleitung an der und/oder durch diese Mantelfläche aus dem Kugelzapfen herausgeführt.
Bevorzugt ist der Kabelführungskanal gerade oder im Wesentlichen gerade oder in zumindest einem oder mehreren Kabelführungskanalabschnitten gerade oder im Wesentlichen gerade ausgebildet. Somit ist es möglich, den Kabelführungskanal und/oder den oder die Kabelführungskanalabschnitte durch oder jeweils durch eine oder wenigstens eine Bohrung auszubilden. Bevorzugt ist der Kabelführungskanal durch eine oder wenigstens eine Bohrung gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Sensor an oder in der Gelenkkugel angeordnet. Bevorzugt ist der Sensor an oder in einem dem Zapfen abgewandten Bereich der Gelenkkugel angeordnet. Insbesondere ist der Sensor an oder in einer dem Zapfen abgewandten Polfläche der Gelenkkugel angeordnet. Dies ist vorteilhaft, wenn die Winkelmesseinrichtung ein von dem Sensor unmittelbar oder mittelbar zu erfassendes Bezugsobjekt aufweist, da dieses dann z.B. in dem Gehäuse vorgesehen werden kann und somit vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Die Polfläche ist vorzugsweise flach und/oder durch eine Abflachung der Gelenkkugel gebildet. Vorteilhaft ist in dem Kugelzapfen und/oder in der Gelenkkugel und/oder in der Polfläche eine Vertiefung vorgesehen, in welcher der Sensor sitzt. Dies ist aufgrund der beengten Bauraumverhältnisse im Kugelgelenk sinnvoll. Insbesondere wird dadurch erzielt, dass der Sensor eine Bewegung des Kugelzapfens relativ zu dem Gehäuse nicht behindert. Bevorzugt erstreckt sich der Kabelführungskanal von dieser Vertiefung bis zu der oder einer der Gelenkkugel abgewandten Stirnseite des Kugelzapfens und/oder der oder einer Mantelfläche des Zapfens.
Bevorzugt umfasst die Winkelmesseinrichtung ein oder wenigstens ein an oder in dem Gehäuse angeordnetes Bezugsobjekt. Das Bezugsobjekt ist vorzugsweise fest und/oder starr mit dem Gehäuse verbunden. Das Bezugsobjekt ist z.B. ein separates Bauteil oder durch das Gehäuse gebildet. Insbesondere ist das Bezugsobjekt relativ zu dem Gehäuse ortsfest. Bevorzugt steht der Sensor mit dem Bezugsobjekt in Wirkverbindung und/oder Wechselwirkung. Vorzugsweise ist das Bezugsobjekt und/oder eine oder wenigstens eine physikalische Eigenschaft oder Größe des Bezugsobjekts, insbesondere unmittelbar oder mittelbar, mittels des Sensors erfassbar.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Sensor als magnetfeldempfindlicher Sensor ausgebildet, wobei die Winkelmesseinrichtung einen oder wenigstens einen, vorzugsweise fest und/oder starr, mit dem Gehäuse verbundenen Magneten umfasst, dessen Magnetfeld, insbesondere in unterschiedlichen Raumrichtungen, mittels des Sensors erfassbar ist. Vorteilhaft ist das Magnetfeld mittels des Sensors in zumindest einer, in zwei oder wenigstens zwei oder in drei Raumrichtungen erfassbar. Der Magnet ist insbesondere ein Permanentmagnet. Somit können Stromversorgungsleitungen für die Magneten entfallen. Vorteilhaft ist der Magnet an oder in dem Gehäuse vorgesehen. Bevorzugt bildet der Magnet das Bezugsobjekt. Die mittels des Sensors erfassbare physikalische Eigenschaft (Feldrichtung oder Größe) des Magneten ist insbesondere dessen und/oder das von diesem hervorgerufene Magnetfeld. Bevorzugt ist der Sensor ein Hall-Sensor. Vorteilhaft ist durch die Erfassung des Magnetfelds mittels des Sensors der oder ein zwischen der Längsachse und der Zapfenachse eingeschlossener Winkel und/oder die oder eine Auslenkung des Kugelzapfens, insbesondere räumlich, erfassbar.
Beispielsweise ist der Magnet in Richtung der oder einer, insbesondere durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel verlaufenden, Längsachse des Kugelgelenks magnetisiert. Somit ist zwar der oder ein zwischen der Längsachse und der Zapfenachse eingeschlossener Winkel und/oder die oder eine Auslenkung des Kugelzapfens erfassbar, allerdings liegen in der Regel keine zusätzlichen Informationen über die räumliche Lage des Kugelzapfens relativ zu dem Gehäuse vor, da das Magnetfeld des Magneten in diesem Fall insbesondere bezüglich der Längsachse rotationssymmetrisch ist. Bevorzugt ist der Magnet quer zu der oder einer, insbesondere durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel verlaufenden, Längsachse des Kugelgelenks magnetisiert. Somit ist der oder ein zwischen der Längsachse und der Zapfenachse eingeschlossener Winkel und/oder die oder eine Auslenkung des Kugelzapfens, insbesondere räumlich, erfassbar. Ferner ist somit bevorzugt eine Verdrehung des Kugelzapfens um die Zapfenachse erfassbar.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Sensor als Näherungssensor oder Abstandssensor ausgebildet, wobei die Winkelmesseinrichtung eine oder wenigstens eine gehäusefeste Oberflächenkontur umfasst, deren Abstand zu dem Sensor mittels des Sensors erfassbar ist. Die Oberflächenkontur ist insbesondere asymmetrisch und/oder radial-asymmetrisch und/oder kugel-asymmetrisch, vorzugsweise bezüglich des Mittelpunkts der Gelenkkugel. Vorteilhaft weist die Oberflächenkontur, insbesondere bezüglich des Mittelpunkts der Gelenkkugel, eine Asymmetrie und/oder Radial-Asymmetrie und/oder Kugel-Asymmetrie auf. Bevorzugt ist die Oberflächenkontur der Gelenkkugel und/oder dem Sensor zugewandt. Ferner ist die Oberflächenkontur insbesondere derart ausgestaltet, dass auf der Oberflächenkontur liegende, unterschiedliche Orte einen unterschiedlichen Abstand zu dem Mittelpunkt der Gelenkkugel aufweisen. Vorteilhaft ist die Oberflächenkontur derart ausgestaltet, dass unterschiedlichen Auslenkungen des Kugelzapfens relativ zu dem Gehäuse unterschiedliche Abstände zwischen der Oberflächenkontur und dem Sensor und/oder dem Mittelpunkt der Gelenkkugel zugeordnet sind. Die Oberflächenkontur ist vorzugsweise an oder in dem Gehäuse vorgesehen. Beispielsweise ist die Oberflächenkontur durch eine der Gelenkkugel zugewandte Innenoberfläche des Gehäuses und/oder des Bodens gebildet. Alternativ ist die Oberflächenkontur an einem separaten Konturbauteil vorgesehen, welches, insbesondere fest und/oder starr, mit dem Gehäuse verbunden ist. Vorteilhaft ist das Konturbauteil an oder in dem Gehäuse vorgesehen. Bevorzugt bildet die Oberflächenkontur und/oder das Gehäuse und/oder der Boden und/oder das Konturbauteil das Bezugsobjekt. Beispielsweise ist die mittels des Sensors erfassbare physikalische Eigenschaft oder Größe durch die oder eine Oberflächenkontur des Gehäuses und/oder des Bodens und/oder des Konturbauteils gebildet. Vorteilhaft ist der Sensor ein induktiver oder ein kapazitiver Näherungssensor oder Abstandssensor. Durch die Erfassung des Abstands der, insbesondere asymmetrischen, Oberflächenkontur zu dem Sensor ist mittels des Sensors der oder ein zwischen der Längsachse und der Zapfenachse eingeschlossener Winkel und/oder die oder eine Auslenkung des Kugelzapfens, insbesondere räumlich, erfassbar. Bevorzugt ist mittels des Abstandssensors oder Näherungssensors ferner ein Verschleiß des Kugelgelenks erfassbar. Dies ist möglich, da sich der Abstand der, insbesondere asymmetrischen, Oberflächenkontur zu dem Sensor aufgrund von Verschleiß über die Betriebszeit und/oder Lebenszeit des Kugelgelenks ändert. Die Oberflächenkontur ist bevorzugt eine metallische und/oder elektrisch leitfähige Oberflächenkontur. Vorteilhaft besteht das Bezugsobjekt und/oder das Konturbauteil und/oder das Gehäuse und/oder der Boden aus einem metallischen und/oder elektrisch leitfähigen Werkstoff.
Vorteilhaft umfasst die Lagerschale eine Aufnahme, in der das Bezugsobjekt und/oder der Magnet und/oder das Konturbauteil angeordnet ist. Somit ist es möglich, das Bezugsobjekt und/oder den Magneten und/oder das Konturbauteil außerhalb des Gelenkgehäuses an oder in der Lagerschale zu montieren und zusammen mit der Lagerschale in das Gehäuse einzubringen, wodurch die Montage vereinfacht wird.
Bevorzugt sitzt das Bezugsobjekt und/oder der Magnet und/oder das Konturbauteil in einer in dem Gehäuse und/oder in dem Gehäuseboden vorgesehenen Vertiefung. Dies ist aufgrund der beengten Bauraumverhältnisse im Kugelgelenk sinnvoll. Insbesondere wird dadurch erzielt, dass das Bezugsobjekt und/oder der Magnet und/oder das Konturbauteil eine Bewegung des Kugelzapfens relativ zu dem Gehäuse nicht behindert. Vorteilhaft ist die Aufnahme der Lagerschale in die in dem Gehäuse und/oder in dem Gehäuseboden vorgesehene Vertiefung eingebracht.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Gehäuse mit einem ersten Fahrzeugbauteil oder Fahrwerkbauteil des oder eines Fahrzeugs verbunden, wobei der Kugelzapfen mit einem zweiten Fahrzeugbauteil oder Fahrwerkbauteil des Fahrzeugs verbunden ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Kugelgelenk um ein Fahrwerkbauteil. Beispielsweise ist oder bildet das Kugelgelenk ein Spurstangengelenk.
Bevorzugt ist die Winkelmesseinrichtung und/oder der Sensor mit einer Höhenstandserfassungseinrichtung des oder eines Fahrzeugs verbunden. Insbesondere wird der zwischen der Längsachse und der Zapfenachse eingeschlossene Winkel und/oder die Auslenkung des Kugelzapfens der Höhenstandserfassungseinrichtung zugeführt, mittel welcher z.B. der oder ein Höhenstand des Fahrzeugs erfassbar ist.
Gemäß einer Ausgestaltung ist mittels der Winkelmesseinrichtung und/oder des Sensors ferner die Änderungsgeschwindigkeit des zwischen der Längsachse und der Zapfenachse eingeschlossenen Winkels und/oder der Auslenkung des Kugelzapfens erfassbar. Vorteilhaft ist auch die Beschleunigung des Kugelzapfens relativ zu dem Gehäuse bei einer Änderung der Auslenkung des Kugelzapfens erfassbar. Bevorzugt ist die Winkelmesseinrichtung und/oder der Sensor mit einer Fahrwerkregelungseinrichtung des oder eines Fahrzeugs verbunden. Insbesondere wird der zwischen der Längsachse und der Zapfenachse eingeschlossene Winkel und/oder die Auslenkung des Kugelzapfens und/oder die Änderungsgeschwindigkeit und/oder die Beschleunigung der Fahrwerkregelungseinrichtung zugeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Kugelgelenks gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine Einzeldarstellung eines aus 1 ersichtlichen Kugelzapfens mit Winkelmesseinrichtung,
3 eine Schnittansicht eines Kugelgelenks gemäß einer zweiten Ausführungsform und
4 eine Einzeldarstellung eines aus 3 ersichtlichen Kugelzapfens mit Winkelmesseinrichtung.
Aus 1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht eines Kugelgelenks 1 gemäß einer ersten Ausführungsform ersichtlich, welches ein eine Zapfenöffnung 2 umfassendes Gehäuse 3 und einen eine Gelenkkugel 4 umfassenden Kugelzapfen 5 aufweist, der mit seiner Gelenkkugel 4 unter Zwischenschaltung einer Lagerschale 6 beweglich in dem Gehäuse 3 gelagert ist und sich durch die Zapfenöffnung 2 hindurch aus dem Gehäuse 3 heraus erstreckt. Dem Gehäuse 3 ist eine sich in einer axialen Richtung 7 erstreckende Längsachse 8 zugeordnet. Ferner umfasst das Gehäuse 3 eine die Lagerschale 6 umringende Wandung 9 und einen der Zapfenöffnung 2 gegenüberliegenden Boden 10, an dem außenseitig ein mit einem Außengewinde versehendes Anschlussstück 11 vorgesehen ist, welches in axialer Richtung 7 von dem Boden 10 vorsteht. Dem Kugelzapfen 5 ist eine Zapfenachse 12 zugeordnet, bezüglich welcher der Kugelzapfen 5 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Ferner umfasst der Kugelzapfen 5 einen sich von der Gelenkkugel 4 wegerstreckenden Zapfen 13.
Gemäß 1 ist der Kugelzapfen 5 nicht gegenüber dem Gehäuse 3 ausgelenkt, sodass die Längsachse 8 und die Zapfenachse 12 zusammenfallen. Zusätzlich ist in 1 die Zapfenachse in einem ausgelenkten Zustand des Kugelzapfens 5 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 12‘ gekennzeichnet. Dabei schließen die Längsachse 8 und die Zapfenachse 12’ im ausgelenkten Zustand des Kugelzapfens 5 einen Winkel α miteinander ein, wobei sich die Längsachse 8 und die Zapfenachse 12’ im Mittelpunkt 14 der Gelenkkugel 4 schneiden.
Der Kugelzapfen 5 weist an der Gelenkkugel 4 eine abgeflachte Polfläche 15 mit einer Vertiefung 16 auf, in der ein magnetfeldempfindlicher Sensor 17, beispielsweise ein Hall-Sensor, angeordnet ist. Ferner ist in dem Kugelzapfen 5 ein sich in Richtung der Zapfenachse 12 erstreckender Kabelführungskanal 18 in Form einer Bohrung vorgesehen, in welchen an den Sensor 17 angeschlossene elektrische Verbindungsleitungen 19 verlaufen. Der Kabelführungskanal 18 erstreckt sich von der Vertiefung 16 bis zu einer der Gelenkkugel 4 abgewandten Stirnseite 20 (siehe 2) des Kugelzapfens 5, an der die Verbindungsleitungen 19 aus dem Kugelzapfen 5 austreten und/oder herausgeführt sind.
In dem Boden 10 ist innenseitig eine Vertiefung 21 vorgesehen, in welche eine an der Lagerschale 6 vorgesehene Aufnahme 22 eingreift, in der ein Magnet 23 angeordnet ist. Der Magnet 23 ist quer zur axialen Richtung 7 magnetisiert, wobei Nordpol N und Südpol S des Magneten 23 gekennzeichnet sind (siehe 2). Ein von dem Magneten 23 hervorgerufenes Magnetfeld B ist schematisch angedeutet und mittels des Sensors 17 erfassbar. Der Sensor 17 und der Magnet 23 bilden gemeinsam eine Winkelmesseinrichtung, mittels welcher die Auslenkung des Kugelzapfens 5 relativ zu dem Gehäuse 3 und/oder der Winkel α erfassbar ist. Eine Einzeldarstellung des Kugelzapfens 5 mit der Winkelmesseinrichtung ist aus 2 ersichtlich.
Aus 3 ist eine Schnittansicht eines Kugelgelenks 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform identische oder ähnliche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind. Das Kugelgelenk 1 weist ein eine Zapfenöffnung 2 umfassendes Gehäuse 3 und einen eine Gelenkkugel 4 umfassenden Kugelzapfen 5 auf, der mit seiner Gelenkkugel 4 unter Zwischenschaltung einer Lagerschale 6 beweglich in dem Gehäuse 3 gelagert ist und sich durch die Zapfenöffnung 2 hindurch aus dem Gehäuse 3 heraus erstreckt. Dem Gehäuse 3 ist eine sich in einer axialen Richtung 7 erstreckende Längsachse 8 zugeordnet. Ferner umfasst das Gehäuse 3 eine die Lagerschale 6 umringende Wandung 9 und einen der Zapfenöffnung 2 gegenüberliegenden Boden 10. Dem Kugelzapfen 5 ist eine Zapfenachse 12 zugeordnet, bezüglich welcher der Kugelzapfen 5 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Ferner umfasst der Kugelzapfen 5 einen sich von der Gelenkkugel 4 wegerstreckenden Zapfen 13. Gemäß 3 ist der Kugelzapfen 5 nicht gegenüber dem Gehäuse 3 ausgelenkt, sodass die Längsachse 8 und die Zapfenachse 12 zusammenfallen. Zusätzlich ist in 3 die Zapfenachse in einem ausgelenkten Zustand des Kugelzapfens 5 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 12‘ gekennzeichnet. Dabei schließen die Längsachse 8 und die Zapfenachse 12’ im ausgelenkten Zustand des Kugelzapfens 5 einen Winkel α miteinander ein, wobei sich die Längsachse 8 und die Zapfenachse 12’ im Mittelpunkt 14 der Gelenkkugel 4 schneiden.
Der Kugelzapfen 5 weist an der Gelenkkugel 4 eine abgeflachte Polfläche 15 mit einer Vertiefung 16 auf, in der ein Näherungssensor oder Abstandssensor 24 angeordnet ist. Ferner ist in dem Kugelzapfen 5 ein sich in Richtung der Zapfenachse 12 erstreckender Kabelführungskanal 18 in Form einer Bohrung vorgesehen, in welchen an den Sensor 24 angeschlossene elektrische Verbindungsleitungen 19 verlaufen. Der Kabelführungskanal 18 erstreckt sich von der Vertiefung 16 bis zu einer der Gelenkkugel 4 abgewandten Stirnseite 20 des Kugelzapfens 5, an der die Verbindungsleitungen 19 aus dem Kugelzapfen 5 austreten und/oder herausgeführt sind.
In dem Boden 10 und/oder in einer in dem Boden 10 vorgesehenen Ausnehmung und/oder Vertiefung sitzt ein Konturbauteil 25 mit einer der Gelenkkugel 4 und/oder dem Sensor 24 zugewandten Oberflächenkontur 26, deren Abstand zu dem Sensor 24 mittels des Sensors 24 erfassbar ist. Bezüglich des Mittelpunkts 14 der Gelenkkugel 4 ist die Oberflächenkontur 26 bevorzugt radial-asymmetrisch ausgestaltet, sodass auf der Oberflächenkontur liegende, unterschiedliche Orte insbesondere einen unterschiedlichen Abstand zu dem Mittelpunkt 14 der Gelenkkugel 4 aufweisen. Somit sind unterschiedlichen Auslenkungen des Kugelzapfens 5 unterschiedliche Abstände zugeordnet. Der Sensor 24 und das Konturbauteil 25 und/oder die Oberflächenkontur 26 bilden gemeinsam eine Winkelmesseinrichtung, mittels welcher die Auslenkung des Kugelzapfens 5 relativ zu dem Gehäuse 3 und/oder der Winkel α erfassbar ist. Eine Einzeldarstellung des Kugelzapfens 5 mit der Winkelmesseinrichtung ist aus 4 ersichtlich.
Gemäß einer Abwandlung kann das Konturbauteil 25, analog zur ersten Ausführungsform, in einer an der Lagerschale 6 vorgesehenen Aufnahme angeordnet sein, die beispielsweise in der oder einer in dem Boden 10 vorgesehenen Ausnehmung und/oder Vertiefung sitzt. Alternativ kann die Oberflächenkontur 26 auch durch eine, insbesondere der Gelenkkugel 4 zugewandte, Innenoberfläche des Gehäuses 3 und/oder des Bodens 10 gebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Kugelgelenk
2: Zapfenöffnung des Gehäuses
3: Gehäuse
4: Gelenkkugel des Kugelzapfens
5: Kugelzapfen
6: Lagerschale
7: axiale Richtung
8: Längsachse
9: Wandung des Gehäuses
10: Boden des Gehäuses
11: Anschlussstück
12: Zapfenachse des Kugelzapfens
12‘: Zapfenachse im ausgelenkten Zustand des Kugelzapfens
13: Zapfen des Kugelzapfens
14: Mittelpunkt der Gelenkkugel
15: Polfläche der Gelenkkugel
16: Vertiefung in Polfläche
17: magnetfeldempfindlicher Sensor
18: Kabelführungskanal
19: Verbindungsleitungen
20: Stirnseite des Kugelzapfens
21: Vertiefung im Boden
22: Aufnahme der Lagerschale
23: Magnet
24: Näherungssensor oder Abstandssensor
25: Konturbauteil
26: Oberflächenkontur
N: Nordpol des Magneten
S: Südpol des Magneten
α: Winkel, Auslenkung des Kugelzapfens

Claims

Kugelgelenk für ein Fahrzeug, mit einem eine Zapfenöffnung (2) umfassenden Gehäuse (3), einem eine Gelenkkugel (4) umfassenden Kugelzapfen (5), der mit seiner Gelenkkugel (4) beweglich in dem Gehäuse (3) gelagert ist und sich durch die Zapfenöffnung (2) hindurch aus dem Gehäuse (3) heraus erstreckt, und einer wenigstens einen Sensor (17; 24) umfassenden Winkelmesseinrichtung, mittels welcher eine Auslenkung (α) des Kugelzapfens (5) relativ zu dem Gehäuse (3) erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (17; 24) an oder in dem Kugelzapfen (5) angeordnet ist, in dem wenigstens ein Kabelführungskanal (18) vorgesehen ist, durch welchen hindurch wenigstens eine an den Sensor (17; 24) angeschlossene elektrische Verbindungsleitung (19) aus dem Kugelzapfen (5) herausgeführt ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindungsleitung (19) außerhalb des Gehäuses (3) aus dem Kugelzapfen (5) herausgeführt ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelführungskanal (18) sich bis zu einer der Gelenkkugel (4) abgewandten Stirnseite (20) des Kugelzapfens (5) erstreckt, an welcher die Verbindungsleitung (19) aus dem Kugelzapfen (5) herausgeführt ist.
Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (17; 24) an oder in der Gelenkkugel (4) angeordnet ist.
Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (17) als magnetfeldempfindlicher Sensor ausgebildet ist und die Winkelmesseinrichtung wenigstens einen mit dem Gehäuse (3) verbundenen Magneten (23) umfasst, dessen Magnetfeld (B) mittels des Sensors (17) erfassbar ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (23) quer zu einer Längsachse (8) des Kugelgelenks (1) magnetisiert ist.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) als Näherungssensor oder Abstandssensor ausgebildet ist und die Winkelmesseinrichtung wenigstens eine gehäusefeste und bezüglich des Mittelpunkts (14) der Gelenkkugel (4) radial-asymmetrische Oberflächenkontur (26) umfasst, deren Abstand zu dem Sensor (24) mittels des Sensors (24) erfassbar ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenkontur (26) derart ausgestaltet ist, dass auf der Oberflächenkontur (26) liegende, unterschiedliche Orte einen unterschiedlichen Abstand zum Mittelpunkt (14) der Gelenkkugel (4) aufweisen.
Kugelgelenk nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) ein induktiver oder ein kapazitiver Näherungssensor oder Abstandssensor ist.