DE3738753C1 - Ball-and-socket (ball, spherical, S-) joint, having a device for measuring the angle of rotation - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Kugelgelenk, insbesondere für Türöffner von Bussen, mit einem Kugelzapfen, der unter Zwischen­ lage einer Lagerschale allseitig beweglich in einem einen Ge­ häusedeckel aufweisenden Gelenkgehäuse gelagert ist, und mit einer Meßeinrichtung für den Verdrehwinkel des Kugelzapfens um seine Längsachse.

Es sind bereits Kugelgelenke mit einer Verdrehwinkel­ meßeinrichtung bekanntgeworden, bei denen ein elastischer Schlauch an den Kugelzapfen angesetzt ist, der zu einem gehäuse­ festen Potentiometer geführt ist. Schwenk- oder Kippbewegungen des Kugelzapfens werden durch die Biegsamkeit des Schlauches ausgeglichen, wogegen Drehbewegungen des Kugelzapfens infolge der Torsionssteifigkeit des Schlauches auf die Potentiometer­ achse übertragen werden. Bei Kugelgelenken für Türöffner von Bussen dient der elastische Schlauch gleichzeitig der Luft­ führung für die pneumatische Betätigung. Die bekannte Konstruktion arbeitet jedoch relativ ungenau, insbesondere weil die erforderliche Biegsamkeit und Torsionssteifigkeit des Schlauches schwer miteinander zu vereinbarende Anforderungen sind. Darüber hinaus ist sie aufwendig, weist einen erhöhten Platzbedarf auf und ist im Betrieb störanfällig.

Aus dem Taschenbuch Betriebsmeßtechnik, 2. Auflage, VEB Verlag Technik Berlin ist gemäß Abschnitt 8.1.3.2 ein induktives Verfahren zur Wegmessung bekannt, welches sich einer Tauchanker­ drossel (Bild 8.3) bedient. Es ist jedoch nicht bekannt, dieses Verfahren für kleine Wegmeßbereiche auch für die Verdrehwinkel­ messung insbesondere eines Kugelzapfens heranzuziehen.

In der WO 86/03 580 ist ein Winkelgeber beschrieben, bei dem in einem flachen Gehäuse ein Stator angeordnet und ein Rotor rela­ tiv zu dem Stator drehbar gelagert ist. Der Rotor wirkt mit dem Stator zur Erzeugung eines drehwinkelabhängigen Ausgangssignals über einen begrenzten Winkelbereich zusammen. Hierzu hat der Stator eine auf einem Kreisbogen gewickelte Spule mit Mittenan­ zapfung und einem wenigstens teilweise ferromagnetischen Kern und der Rotor einen bogenförmigen, wenigstens teilweise ferro­ magnetischen Anker, der die Spule außen in einer nur das Streu­ feld beeinflussenden Weise umgreift. Außerdem ist eine Schal­ tungsanordnung vorgesehen, welche auf Änderungen der Induktivi­ täten der beiderseits der Mittenanzapfung gebildeten Spulenteile zur Bildung eines Winkelsignals anspricht. Ein Einsatz dieses aufwendigen Winkelgebers zur Verdrehwinkelmessung bei Kugelge­ lenken ist bislang nicht bekanntgeworden.

Aus der DE-OS 34 32 781 ist eine Meßvorrichtung zur Bestimmung der Radstellungen eines Kraftfahrzeuges im Fahrbetrieb bekannt. Die Meßvorrichtung hat einen Gelenkmechanismus, der einerseits mit einem Rad oder einem Radträger verbindbar oder andererseits mit einem karosseriefesten Stützteil verbunden ist. Der Gelenk­ mechanismus weist insgesamt 6 Bewegungsmöglichkeiten auf, wobei wenigstens 5 Bewegungsmöglichkeiten von je einem Drehwinkelgeber erfaßt werden. Die Drehwinkelgeber werden jedoch nur zur Messung der Verdrehung von Kreuzgelenken und Gabelgelenken verwendet.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein verbessertes Kugelgelenk mit einer Verdrehwinkel­ meßeinrichtung zu schaffen, das insbesondere einen einfacheren Aufbau, einen geringeren Platzbedarf, eine erhöhte Verschleiß­ freiheit und Unempfindlichkeit aufweist.

Zur technischen Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Meßeinrichtung eine Tauchankerdrossel aus einer kugelzapfen­ festen Spule und einen in dieser längsbeweglich angeordneten Tauchanker aufweist, daß der Tauchanker ein in Zapfenachs­ richtung im Kugelzapfen angeordneter und in einem kugelzapfen­ festen Innengewinde schraubbarer Gewindestift ist, der einen gehäusedeckelseitigen Längsschlitz aufweist, und daß durch den gehäusedeckelseitigen Längsschlitz ein Drahtbügel geführt ist, der im Kippbereich des Tauchankers in Längsschlitzrichtung verläuft, und mit den Enden am Gelenkgehäuse so gelagert ist, daß der Tauchanker bei Drehbewegungen des Kugelzapfens um seine Längsachse in seiner Winkellage relativ zum Gelenkgehäuse fest­ gehalten wird.

Beim Drehen des Kugelzapfens um seine Längsachse wird der Tauch­ anker von dem Drahtbügel an einem Mitdrehen gehindert, weil der Drahtbügel mit den Enden am Gelenkgehäuse gelagert ist. Dabei wird der Tauchanker durch das Innengewinde relativ zum Kugel­ zapfen axial verschoben und taucht mehr oder weniger in die Spule ein. Hierdurch verändert sich die Induktivität der Spule, so daß ein winkelabhängiges Signal erzeugt werden kann. Schwenk- und Kippbewegungen des Kugelzapfens haben jedoch keinen Einfluß auf die relative axiale Lage des Tauchankers. Einer in Längs­ schlitzrichtung erfolgenden Kippbewegung des Kugelzapfens kann der Tauchanker nämlich ungehindert folgen. Einer senkrecht zur letztgenannten Kipprichtung folgenden Schwenkbewegung des Kugelzapfens kann der Tauchanker ebenfalls folgen, indem sich bei der einfachsten Ausgestaltung der endseitig gelagerte, federnde Drahtbügel unter dem Einfluß des Tauchankers seitlich ausbiegt. Bei einer Schwenk- bzw. Kippbewegung taucht der Draht­ bügel zudem mehr oder weniger tief in den Längsschlitz des Tauchankers ein.

Ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk mit Verdrehwinkel­ meßeinrichtung hat einen einfachen Aufbau, weil es unter Ver­ wendung herkömmlicher und ggf. abgeänderter Kugelgelenkelemente hergestellt werden kann und weil keine externe Kraftübertragung bzw. Verdrehwinkelmeßeinrichtung herangezogen wird. Es hat einen geringen Platzbedarf, weil es sich äußerlich praktisch nicht von einem herkömmlichen Kugelgelenk unterscheidet. Es weist schließ­ lich eine erhöhte Verschleißfreiheit und Unempfindlichkeit auf, weil sämtliche Teile der Verdrehwinkelmeßeinrichtung geschützt im Gelenkgehäuse untergebracht sind.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Enden des Drahtbügels abgewinkelt und am Gelenkgehäuse in Führungen gelagert sind, wobei die Führungen senkrecht zur Längsschlitzrichtung des Tauchankers ausgerichtet sind.

Mit dieser Ausgestaltung wird erreicht, daß der Drahtbügel auch bei senkrecht zur Längsschlitzrichtung verlaufenden Schwenk­ bewegungen des Kugelzapfens und des mitgeführten Tauchankers unverformt bleibt. Der Drahtbügel gleitet nämlich bei solchen Schwenkbewegungen mit seinen Enden in den Führungen. Ausschlag­ bewegungen des Kugelzapfens, die sowohl eine Kipp- als auch eine Schwenkkomponente enthalten bewirken, daß der Drahtbügel sowohl durch den Längsschlitz des Tauchankers, als auch in den Führungen gleitet. Die Führungen sind so außerhalb des Kipp- und Schwenk­ bereiches des Tauchankers angeordnet, daß dieser ohne Verformung des Drahtbbügels ausgeschöpft werden kann. Mit dieser Ausge­ staltung werden die Verschleißfreiheit und Unempfindlichkeit weiter erhöht, weil der Drahtbügel keiner besonderen Beanspruchung unterliegt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Führungen auf einer Symmetrieebene des Kugelgelenkes angeordnet sind. Der Drahtbügel ist also an seinen Enden jeweils außerhalb des Kippbereichs des Tauchankers bis zu derjenigen Symmetrie­ ebene des Kugelgelenkes zurückgegebogen, die senkrecht zur Längs­ schlitzrichtung des Tauchankers ausgerichtet ist. In dieser Symmetrieebene sind die Enden in Richtung der Führungen aus­ gerichtet. Bei dieser Ausgestaltung lassen sich besonders vor­ teilhaft die radial verlaufenden Stützrippen einer herkömmlichen Lagerschale als Führungen für die Enden des Drahtbügels heran­ ziehen. Ferner besteht keine Gefahr des Verkantens der Enden beim Verschieben in den Führungen, weil sich diese auf einer gemeinsamen Achse befinden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Draht­ bügel U-förmig ausgebildet ist, daß die Basis des U-Profils des Drahtbügels durch den Längsschlitz des Tauchankers geführt ist und daß die Enden der Schenkel des Drahtbügels nach außen abgewinkelt und pendelnd in gelenkgehäuseseitigen Bohrungen gelagert sind.

Mit dieser Ausgestaltung wird ebenfalls erreicht, daß der Draht­ bügel einer Schwenkbewegung des Tauchankers senkrecht zur Schlitzrichtung folgt, indem er in den gelenkgehäuseseitigen Bohrungen pendelt. Der Drahtbügel bleibt also bei Kipp- und Schwenkbewegungen unverformt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung sind die Enden des Drahtbügels zwischen gehäusedeckelseitigen Stützrippen der Lagerschale gelagert, so daß herkömmliche Lagerschalen ohne weitere Anpassungsmaßnahmen für ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk heran­ gezogen werden können. Voraussetzung für eine korrekte Verdreh­ winkelmessung ist allerdings, daß die Lagerschale an einem Mit­ rotieren mit dem Kugelzapfen gehindert ist. Bei ausreichender axialer Vorspannung der Stützrippen ist dies bei der beanspruchten Ausführungsform der Fall.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist die Spule der Tauchanker­ drossel in einem Hohlraum des Kugelkopfes angeordnet, insbe­ sondere weil dort ausreichender Platz für die Spule und den in diese eintauchenden Tauchanker besteht. Zweckmäßigerweise wird die Spule der Tauchankerdrossel von einer Füllung aus Gießharz gehalten, so daß keine besonderen konstruktiven Befestigungs­ einrichtungen im Inneren des Kugelzapfens angeordnet werden müssen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist der Tauchanker in einem Innengewinde im Kugelzapfenhals schraubbar. Diese Anordnung ist fertigungstechnisch besonders günstig.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist der Kugelzapfen hohl ausgeführt, so daß er durch Umformen eines Rohres hergestellt werden kann. Der Kugelzapfenrohling kann dann auf einfache Weise durch Schneiden des Innengewindes im Kugelzapfenhals und Vergießen der Spule der Tauchankerdrossel für ein erfindungs­ gemäßes Kugelgelenk vorbereitet werden.

Schließlich ist bei einer Ausgestaltung vorgesehen, daß Kugelzapfen und Gewindestift zur Luftführung mit einer Längs­ bohrung versehen sind, so daß bei Türöffnern von Bussen die pneumatische Verbindung über ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk hergestellt werden kann. Die so geschaffene pneumatische Verbindung arbeitet praktisch verschleißfrei.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, die eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Kugelgelenkes mit Verdrehwinkelmeßeinrichtung zeigt. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Kugelgelenk mit in Führungen gelagerten Drahtbügel im Längsschnitt;

Fig. 2 dasselbe Kugelgelenk entlang der Linie II-II der Fig. 1 geschitten.

Das in der Fig. 1 dargestellte Kugelgelenk hat ein Gelenkgehäuse 1, in das ein Kugelzapfen 2 unter Zwischenlage einer elastischen Lagerschale 3 aus Kunststoff kipp-, dreh- und schwenkbeweglich eingesetzt ist. Die Lagerschale 3 weist gehäusedeckelseitig elastisch deformierbare Stützrippen 4 auf, gegen die ein eingewalzter Gehäusedeckel 5 drückt. Als Folge dieser axialen Vorspannung der Lagerschale 3 unterliegt ein Kugelkopf 6 des Kugelzapfens 2 einem konstanten Kipp-, Dreh- und Schwenkmoment.

In den Kugelzapfen 2 ist ein als Tauchanker 7 dienender Gewinde­ stift eingesetzt und in ein Innengewinde 8 im Bereich des Kugel­ zapfenhalses 9 eingeschraubt. Der Tauchanker 7 weist gehäuse­ deckelseitig einen Längsschlitz 10 auf, der zumindest teilweise aus einer Polfläche 11 des Kugelkopfes 6 herausragt. Der Gehäusedeckel 5 weist eine zentrale Auswölbung 12 auf, so daß der aus dem Kugelkopf 6 herausragende Tauchanker 7 unbehindert Kipp- und Schwenkbewegungen ausführen und relativ zum Kugel­ zapfen 2 axial verschoben werden kann.

Außer dem Tauchanker 7 ist in den Kugelzapfen 2 als weiterer Bestandteil einer Tauchankerdrossel eine Spule 13 eingesetzt. Die Spule 13 wird von einer Füllung 14 aus Gießharz im Kugelkopf 6 gehalten. Um die Spule 13 mechanisch zusammenzuhalten, wird diese bereits vor dem Vergießen im Kugelkopf 6 mit einem eigenen Mantel 15 aus Gießharz versehen.

In den Längsschlitz 10 greift ein Drahtbügel 16 ein, dessen Ausbildung besser anhand der Fig. 2 erläutert werden kann. Im Kippbereich des mit dem Kugelkopf 6 bewegten Tauchankers 7, der in der Fig. 2 in der Senkrechten verläuft, verläuft der Drahtbügel 16 in Richtung des Längsschlitzs 10. An den beiden Enden des Kippbereiches ist der Drahtbügel 16 jeweils zurück­ gebogen, wobei sein Biegeradius 17 dem Außenradius des Tauch­ ankers 7 entspricht. An dem Biegeradius 17 angrenzend ist der Drahtbügel 16 parallel zum Längsschlitz 10 bis zur Symmetrie­ ebene 18 des Kugelgelenkes geführt. Der Tauchanker 7 kann also unbehindert Kippbewegungen ausführen.

Schließlich sind die Enden 19 des Drahtbügels 16 senkrecht zur Richtung des Längsschlitzes 10 abgewinkelt, so daß sie in der Symmetrieebene 18 in Führungen 20 eingreifen, die von Paaren radialer Stützrippen 4 der Lagerschale 3 gebildet werden. Bei einer Schwenkbewegung des Tauchankers 7, die in der Fig. 2 in der Horizontalen erfolgt, gleitet der Drahtbügel 16 in den Führungen 20 und bleibt unverformt.

Hingegen wird der Tauchanker 7 bei Drehbewegungen des Kugelzapfens 2 von dem Drahtbügel 16 in seiner Winkellage relativ zum Gelenkgehäuse 1 festgehalten und durch das Innengewinde 8 axial zum Kugelzapfen 2 verschoben. Bei jeder Winkeldrehung des Kugelzapfens 2 wird somit die Induktivität der Spule 13 verändert, so daß ein drehwinkelabhängiges Meßsignal abgreifbar ist.

Zur Luftführung für die pneumatische Betätigung von Türöffnern in Bussen ist der Tauchanker 7 mit einer Längsbohrung 21 versehen, die in einen Hohlraum 22 des hohl ausgeführten Kugelzapfens 2 mündet. Der Gehäusedeckel 5 ist mit einem Anschlußnippel 23 für einen Pneumatikschlauch versehen. Ein nicht dargestellter und in eine Gehäusenut 24 einsetzbarer Dichtungs­ balg trägt zur verlustfreien Weiterleitung des Luftstromes bei.

Bezugszeichenliste

 1 Gelenkgehäuse
 2 Kugelzapfen
 3 Lagerschale
 4 Stützrippe
 5 Gehäusedeckel
 6 Kugelkopf
 7 Tauchanker
 8 Innengewinde
 9 Kugelzapfenhals
10 Längsschlitz
11 Polfläche
12 Auswölbung
13 Spule
14 Füllung
15 Mantel
16 Drahtbügel
17 Biegeradius
18 Symmetrieebene
19 Ende
20 Führung
21 Längsbohrung
22 Hohlraum
23 Anschlußnippel
24 Gehäusenut

Claims (10)

1. Kugelgelenk insbesondere für Türöffner von Bussen, mit einem Kugelzapfen (2), der unter Zwischenlage einer Lagerschale (3) allseitig beweglich in einem einen Gehäusedeckel (5) aufwei­ senden Gelenkgehäuse (1) gelagert ist, und mit einer Meßein­ richtung für den Verdrehwinkel des Kugelzapfens (2) um seine Längsachse, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinrichtung eine Tauchankerdrossel aus einer kugelzapfenfesten Spule (13) und einen in dieser längs­ beweglich angeordneten Tauchanker (7) aufweist,
daß der Tauchanker (7) ein in Zapfenachsrichtung im Kugel­ zapfen (2) angeordneter und in einem kugelzapfenfesten Innen­ gewinde (8) schraubbarer Gewindestift ist, der einen gehäusedeckelseitigen Längsschlitz (10) aufweist, und
daß durch den gehäusedeckelseitigen Längsschlitz (10) ein Drahtbügel (16) geführt ist, der im Kippbereich des Tauchankers (7) in Längsschlitzrichtung verläuft und mit den Enden (19) am Gelenkgehäuse (1) so gelagert ist, daß der Tauchanker (7) bei Drehbewegungen des Kugelzapfens (2) um seine Längsachse in seiner Winkellage relativ zum Gelenkge­ häuse (1) festgehalten wird.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (19) des Drahtbügels abgewinkelt und am Gelenkgehäuse (1) in Führungen (20) gelagert sind, wobei die Führungen (20) senkrecht zur Längsschlitzrichtung des Tauchankers (7) ausgerichtet sind.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (20) auf einer Symmetrieebene (18) des Kugel­ gelenkes angeordnet sind.

4. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtbügel U-förmig ausgebildet ist, daß die Basis des U-Profils des Drahtbügels durch den Längsschlitz des Tauch­ ankers geführt ist und daß die Enden der Schenkel des Draht­ bügels nach außen abgewinkelt und pendelnd in gelenkgehäuse­ seitigen Bohrungen gelagert sind.

5. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Enden (19) des Drahtbügels zwischen gehäusedeckelseitigen Stützrippen (4) der Lagerschale (3) gelagert sind.

6. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spule (13) der Tauchankerdrossel in einem Hohlraum des Kugelkopfes (6) angeordnet ist.

7. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spule (13) der Tauchankerdrossel von einer Füllung (14) aus Gießharz gehalten ist.

8. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Tauchanker in einem Innengewinde (8) im Kugelzapfenhals (9) schraubbar ist.

9. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kugelzapfen (2) hohl ausgeführt ist.

10. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Kugelzapfen (2) und Tauchanker (7) zur Luft­ führung mit einer Längsbohrung (21) versehen sind.