-
Die Erfindung betrifft einen Kugelzapfen für ein Kugelgelenk, mit einer Gelenkkugel, einem mit der Gelenkkugel starr verbundenen Zapfen, der sich in einer axialen Richtung von der Gelenkkugel wegerstreckt, in welcher auf ihrer dem Zapfen abgewandten Seite eine Ausnehmung vorgesehen ist, und einem in der Ausnehmung angeordneten und von einem Hilfskörper gehaltenen Magneten. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kugelzapfens.
-
In Fahrzeugachsen eingesetzte Kugelgelenke bestehen in der Regel aus folgenden Schlüsselbauteilen: Einem Stahl-Kugelzapfen, einer Kunststoffschale als Gleitpartner, einem Gehäuse aus Stahl oder Aluminium und einem Verschlussdeckel. Dabei werden Kugelgelenke für Fahrzeugfahrwerke kundenspezifisch entwickelt. Soll in ein derartiges Kugelgelenk ein Winkelsensor integriert werden, ist dieser in der Regel für jede Anwendung neu zu entwickeln, wobei der Messbereich auf den jeweiligen Kugeldurchmesser und die fahrzeugspezifischen Schwenkwinkel anzupassen ist. Bei einem solchen Winkelsensor wird in der Regel ein magnetfeldempfindliches Sensorelement im Bereich des Verschlussdeckels angeordnet, wobei in den Polbereich der Kugel ein Magnet platziert wird, dessen Magnetfeld als Maßverkörperung dient. Zur magnetischen Abschirmung gegenüber dem Werkstoff (Stahl) der Kugel wird der Magnet in einen Ring aus nicht-magnetischem Material eingebettet. Ferner wird das Sensorelement durch einen Kunststoffkörper gegen Umwelteinflüsse geschützt.
-
Die
DE 103 38 833 B4 offenbart ein Kugelgelenk mit Schwenkwinkelsensor zur Ermittlung der Relativwinkelstellung von Gelenkgehäuse und Kugelzapfen, mit einem in einer Ausnehmung der Gelenkkugel eingebetteten Magneten und einem am Gelenkgehäuse angeordneten Magnetfeldsensor, wobei anwendungsspezifisch für jeden Kugelgelenktyp auch innerhalb einer Serie von Kugelgelenken die Position und die Größe des Magneten sowie die Position und die Größe der Ausnehmung in der Gelenkkugel so gewählt sind, dass beim Erreichen des Nenn-Schwenkwinkels des jeweiligen Kugelgelenks der Winkel der den Magnetfeldsensor durchdringenden Magnetfeldlinien annähernd mit einer für die gesamte Serie geltenden Konstanten übereinstimmt. Die Einbettung und Verankerung des Magneten in der Gelenkkugel erfolgt mittels eines elastischen Hilfskörpers, der als im Wesentlichen ringförmige Feder aus nicht ferromagnetischem Material ausgebildet ist, die zumindest bereichsweise mit Kunststoffmaterial umspritzt ist.
-
Gemäß der
DE 103 38 833 B4 wird der Magnet direkt in dem Kugelzapfen platziert und anschließend mit einem Befestigungselement versehen. Das Platzieren und Befestigen stellen aber hohe Anforderungen an die Fertigung dar. Ferner muss eine Bohrung in den Kugelzapfen präzise eingebracht werden, was ebenfalls hohe Anforderungen an die Fertigung stellt. Dabei ergibt sich das finale und als Maßverkörperung dienende Magnetfeld des Magneten erst nach dessen Montage in dem Kugelzapfen. Ferner sind Magnete regelmäßig spröde und können bei der Montage in den Kugelzapfen leicht beschädigt werden.
-
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Kugelzapfen der eingangs genannten Art den Fertigungsaufwand reduzieren zu können.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Kugelzapfen nach Anspruch 1 und mit einem Verfahren nach Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
-
Der erfindungsgemäße Kugelzapfen für ein Kugelgelenk umfasst eine Gelenkkugel, einen mit der Gelenkkugel starr verbundenen Zapfen, der sich in einer axialen Richtung von der Gelenkkugel wegerstreckt, in welcher auf ihrer dem Zapfen abgewandten Seite eine Ausnehmung vorgesehen ist, und einen in der Ausnehmung angeordneten und von einem Hilfskörper gehaltenen Magneten, wobei eine in der Ausnehmung fest sitzende, topfförmige Aufnahme vorgesehen ist, in welcher der Magnet durch den Hilfskörper festgelegt ist.
-
Bei der Fertigung des erfindungsgemäßen Kugelzapfens ist es möglich, den Magneten zunächst mit dem Hilfskörper zu umschließen und danach den Hilfskörper mit dem Magneten in die topfförmige Aufnahme einzusetzen, bevor die Aufnahme mit dem Hilfskörper und dem Magneten in die Ausnehmung eingesetzt wird. Die Aufnahme mit dem eingesetzten und den Magneten umschließenden Hilfskörper bildet ein Magnetmodul mit einem definierten Magnetfeld, welches sich durch das Einsetzen des Magnetmoduls in die Ausnehmung nicht mehr oder zumindest nicht mehr in einem relevanten Umfang ändert. Folglich kann das Magnetfeld bereits vor der Montage des Magnetmoduls in den Kugelzapfen überprüft werden, sodass Ausschusskosten reduzierbar sind. Ferner lässt sich das Magnetmodul auf einer überschaubaren Fertigungsinsel vorfertigen, sodass Beschädigungen des Magneten während der Montage weitgehend vermeidbar sind. Da der Magnet durch den Hilfskörper und die Aufnahme geschützt wird, ist das Magnetmodul sehr robust, sodass es mit relativ geringem Fertigungsaufwand in den Kugelzapfen eingesetzt werden kann. Ferner sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Ausnehmung in der Gelenkkugel deutlich geringer, sodass der Fertigungsaufwand zur Ausbildung der Ausnehmung reduzierbar ist. Insbesondere kann das Magnetmodul standardisiert und für unterschiedliche Kugelgelenkvarianten eingesetzt werden, sodass auch der bei den Fertigungsanlagen zu betreibende Aufwand verringert werden kann.
-
Die Aufnahme bildet bevorzugt einen Topf mit einem Boden und einer Wandung, die einen Innenraum umgibt oder umringt, der von dem Boden und der Wandung begrenzt ist. Der Hilfskörper und der Magnet sind/werden somit in den Innenraum der Aufnahme eingebracht und an dieser festgelegt. Bevorzugt ist der Topf zylindrisch oder im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Aufnahme in die Ausnehmung eingepresst, sodass die Aufnahme mit der Gelenkkugel über einen Presssitz verbunden ist.
-
Bevorzugt umschließt und/oder umringt der Hilfskörper den Magneten. Insbesondere ist der Hilfskörper an der Wandung der Aufnahme abgestützt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Hilfskörper eine sich zwischen dem Magneten und der Wandung der Aufnahme erstreckende Feder, die vorzugsweise an der Wandung der Aufnahme abgestützt ist. Insbesondere ist die Feder sowohl an dem Magneten als auch an der Wandung der Aufnahme abgestützt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Feder mehrere Federzungen, mittels welchen die Feder an der Wandung der Aufnahme abgestützt ist. Die Federzungen sind bevorzugt rings des Magneten angeordnet und erstrecken sich jeweils in radialer Richtung von dem Magneten weg. Vorzugsweise sind die Federzungen fest miteinander verbunden, weisen an ihren dem Magneten abgewandten (radial äußeren) Enden aber insbesondere einen Abstand zueinander auf. Die radial äußeren Enden der Federzungen sind vorzugsweise abgebogen und an der Wandung der Aufnahme abgestützt, sodass ein Herausfallen der aus dem Magneten und dem Hilfskörper gebildeten Anordnung aus der Aufnahme verhindert werden kann. Insbesondere verkrallen sich die abgebogenen, radial äußeren Enden der Federzungen mit der Wandung. Die radiale Richtung verläuft insbesondere senkrecht zur axialen Richtung.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Hilfskörper einen den Magneten umschließenden oder umringenden Kunststoffkörper. Bevorzugt sind die Feder und der Magnet in dem Kunststoffkörper eingebettet.
-
Die Gelenkkugel und/oder der Zapfen bestehen bevorzugt aus Metall, vorzugsweise aus Stahl. Insbesondere bestehen die Gelenkkugel und/oder der Zapfen aus einem ferromagnetischen Material. Die topfförmige Aufnahme besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl. Vorzugsweise besteht die topfförmige Aufnahme aus einem ferromagnetischen Material. Der Hilfskörper besteht bevorzugt aus nicht-magnetischem Material oder nicht-magnetischen Materialien. Die Feder besteht insbesondere aus Metall, vorzugsweise aus Bronze. Bevorzugt besteht die Feder aus einem nicht-magnetischen Material. Ferner besteht der Kunststoffkörper bevorzugt aus einem nicht-magnetischen Material. Beispielsweise besteht der Kunststoffkörper aus Polyamid, vorzugsweise aus PA6.
-
Die Gelenkkugel und der Zapfen können als separate Bauteile gefertigt und fest miteinander verbunden sein. Bevorzugt ist der Kugelzapfen aber einstückig ausgebildet, sodass die Gelenkkugel mit dem Zapfen eine Materialeinheit bildet. Die Ausnehmung in der Gelenkkugel ist vorzugsweise als Bohrung ausgebildet.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Magnet ein Permanentmagnet. Bevorzugt ist der Magnet stabförmig und/oder zylindrisch ausgebildet. Vorzugsweise ist der Magnet in axialer Richtung magnetisiert. Alternativ kann der Magnet aber auch in radialer Richtung magnetisiert sein.
-
Die Gelenkkugel ist/wird bevorzugt in einem Gehäuse gleitbeweglich gelagert, an welchem wenigstens ein magnetfeldempfindlicher Sensor dem Magnetmodul gegenüberliegend befestigt ist/wird. Der Zapfen liegt dabei insbesondere außerhalb des Gehäuses.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelzapfens für ein Kugelgelenk, der eine Gelenkkugel und einen mit der Gelenkkugel starr verbundenen Zapfen umfasst, der sich in einer axialen Richtung von der Gelenkkugel wegerstreckt, in welcher auf ihrer dem Zapfen abgewandten Seite eine Ausnehmung vorgesehen wird oder ist, in welcher ein Magnet von einem Hilfskörper gehalten wird. Der Magnet wird mit dem Hilfskörper umschlossen und durch diesen in einer topfförmigen Aufnahme festgelegt, welche anschließend in der Ausnehmung der Gelenkkugel befestigt wird. Der erfindungsgemäße Kugelzapfen wird bevorzugt durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt, sodass dieses gemäß allen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kugelzapfen beschriebenen Ausgestaltungen weitergebildet werden kann.
-
Durch das Umschließen des Magneten mit dem Hilfskörper und durch das Festlegen des Magneten in der topfförmigen Aufnahme mittels des Hilfskörpers wird ein robustes Magnetmodul geschaffen, welches anschließend in der Ausnehmung des Kugelzapfens befestigt wird. Die Aufnahme wird somit zusammen mit dem Hilfskörper und dem Magneten in der Ausnehmung des Kugelzapfens befestigt. Hierdurch ergeben sich dieselben Vorteile, wie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kugelzapfen beschrieben.
-
Bevorzugt wird der Hilfskörper mit dem Magneten in die Aufnahme eingedrückt. Insbesondere stützt sich der Hilfskörper an der Wandung der Aufnahme ab.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der Magnet mit einer Feder umschlossen, die den oder einen Teil des Hilfskörpers bildet und sich vorzugsweise an der Wandung der Aufnahme abstützt. Insbesondere umfasst die Feder mehrere Federzungen und stützt sich mit diesen an der Wandung der Aufnahme ab.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Magnet mit einem Kunststoffkörper umschlossen, der den oder einen Teil des Hilfskörper bildet. Bevorzugt werden die Feder und der Magnet in Kunststoff eingebettet, durch welchen der Kunststoffkörper gebildet wird. Das Einbetten kann z. B. durch Umspritzen der Feder und des Magneten mit dem Kunststoff erfolgen.
-
Die Aufnahme wird bevorzugt in die Ausnehmung eingepresst, sodass die Aufnahme in der Gelenkkugel über einen Presssitz festgelegt wird.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Magnetmodul somit durch Einpressen der topfförmigen Aufnahme in die Ausnehmung der Gelenkkugel in der Gelenkkugel befestigt. Die Fertigung des Magnetmoduls kann zentralisiert und die Eingriffe in die Fertigung des Kugelzapfens können gering gehalten werden. Hierdurch sind Investitionen in das Produkt verringerbar, vor allem wenn verschiedene Varianten gefertigt werden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch einen Kugelzapfen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im teilgefertigten Zustand,
-
2 eine Draufsicht auf ein Magnetmodul gemäß der Ausführungsform,
-
3 eine Schnittansicht des Magnetmoduls entlang der aus 2 ersichtlichen Schnittlinie B-B,
-
4 eine Schnittansicht des Magnetmoduls entlang der aus 2 ersichtlichen Schnittlinie A-A und
-
5 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Kugelzapfen im fertigmontierten Zustand.
-
Aus 1 ist ein Längsschnitt durch einen Kugelzapfen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ohne Magnetmodul ersichtlich, wobei der Kugelzapfen 1 eine Gelenkkugel 2 und einen Zapfen 3 umfasst, der starr mit der Gelenkkugel 2 verbunden ist und sich in einer axialen Richtung 4 von dieser wegerstreckt. Die Gelenkkugel 2 und der Zapfen 3 bilden eine Materialeinheit, wobei der Zapfen 3 einen konischen Bereich 5 und einen zylindrischen Bereich 6 aufweist, der mit einem Außengewinde 7 versehen ist. Auf ihrer dem Zapfen 3 abgewandten Seite ist in die Gelenkkugel 2 eine Ausnehmung 8 eingebracht, in die ein Magnetmodul 9 (siehe 2) eingesetzt wird.
-
Aus den 2 bis 4 sind unterschiedliche Ansichten des Magnetmoduls 9 ersichtlich, wobei 2 eine Draufsicht auf das Magnetmodul 9 zeigt. 3 zeigt eine Schnittansicht des Magnetmoduls 9 entlang der aus 2 ersichtlichen Schnittlinie B-B, und 4 zeigt eine Schnittansicht des Magnetmoduls 9 entlang der aus 2 ersichtlichen Schnittlinie A-A.
-
Das Magnetmodul 9 umfasst einen zylindrischen Permanentmagneten 10, der in axialer Richtung 4 magnetisiert ist. Der Magnet 10 ist mit einer Feder 11 und mit einem Kunststoffkörper 12 umschlossen, wobei die Feder 11 und der Kunststoffkörper 2 zusammen einen Hilfskörper 13 bilden. Der Hilfskörper 13 wird zusammen mit dem Magneten 10 in eine topfförmige Aufnahme 14 eingedrückt und ist in dieser mittels der Feder 11 fixiert. Die Feder 11 umfasst mehrere Federzungen 15, die fest miteinander verbunden und rings des Magneten 10 angeordnet sind. Die radial äußeren Enden der Federzungen 15 sind schräg zur axialen Richtung abgebogen und krallen sich in der Wandung 16 der Aufnahme 14 fest. Ferner sind die radial inneren Enden der Federzungen 15 axial abgebogen und liegen an dem Magneten 10 an, sodass dieser reibschlüssig von der Feder 11 gehalten ist. Dabei sind die radial äußeren Enden und die radial inneren Enden einander entgegengesetzt von den Federzungen 15 abgebogen. Die topfförmige Aufnahme 14 umfasst einen Boden 17, der zusammen mit der Wandung 16 einen zylindrischen oder im wesentlichen zylindrischen Innenraum 18 begrenzt, in dem der Hilfskörper 13 zusammen mit dem Magneten 10 sitzt. Ferner ist die Feder 11 in den Kunststoffkörper 12 eingebettet.
-
Das Magnetmodul 9 wird in die Ausnehmung 8 des Kugelzapfens 1 eingesetzt, wobei der Kugelzapfen 1 mit eingesetztem Magnetmodul 9 aus 5 ersichtlich ist. Das Einsetzen erfolgt durch Einpressen der topfförmigen Aufnahme 14 in die Ausnehmung 8, sodass das Magnetmodul 9 durch einen Presssitz mit der Gelenkkugel 2 verbunden ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kugelzapfen
- 2
- Gelenkkugel
- 3
- Zapfen
- 4
- axiale Richtung
- 5
- konischer Bereich
- 6
- zylindrischer Bereich
- 7
- Gewinde
- 8
- Ausnehmung in Gelenkkugel
- 9
- Magnetmodul
- 10
- Magnet
- 11
- Feder
- 12
- Kunststoffkörper
- 13
- Hilfskörper
- 14
- topfförmige Aufnahme
- 15
- Federzunge
- 16
- Wandung der Aufnahme
- 17
- Boden der Aufnahme
- 18
- Innenraum der Aufnahme
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10338833 B4 [0003, 0004]
