DE102015220757A1 - Kugelgelenk für ein Fahrzeug - Google Patents

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DE102015220757A1
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Michael Klank
Klaus Haskamp
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk (1) für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse (2) und einem sich in einer axialen Richtung (A) erstreckenden und eine Gelenkkugel (4) umfassenden Kugelzapfen (3), der mit seiner Gelenkkugel (4) schwenkbeweglich in dem Gehäuse (2) gelagert ist und sich durch eine Öffnung (8) des Gehäuses (2) hinaus erstreckt, und zumindest einem Sensor (6), der dazu dient einen Kippwinkel (α) zwischen dem Kugelzapfen (3) und dem Gehäuse (2) zu erfassen, wobei die Gelenkkugel (4) einen abgeflachten Bereich (5) aufweist, und wobei der zumindest eine Sensor (6) ein Entfernungssensor ist, der an einer Wandung (7) des Gehäuses (2) angeordnet ist und dem abgeflachten Bereich (5) der Gelenkkugel (4) gegenüberliegt, um eine Entfernung (d) gegenüber dem abgeflachten Bereich (5) zu erfassen und daraus auf den Kippwinkel (α) zu schließen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse und einem sich in einer axialen Richtung erstreckenden und eine Gelenkkugel umfassenden Kugelzapfen, der mit seiner Gelenkkugel schwenkbeweglich in dem Gehäuse gelagert ist und sich durch eine Öffnung des Gehäuses hinaus erstreckt, und zumindest einem Sensor, der dazu dient einen Kippwinkel zwischen dem Kugelzapfen und dem Gehäuse zu erfassen.
  • Kugelgelenke dieser Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE10350640B4 ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug, mit einem eine Ausnehmung aufweisenden Gehäuse, einem einen Zapfen und eine Gelenkkugel aufweisenden Kugelzapfen, der mit seiner Gelenkkugel drehbar und schwenkbar in der Ausnehmung des Gehäuses gelagert ist. Der Zapfen erstreckt sich durch eine in dem Gehäuse vorgesehene Öffnung und ein Dichtungsbalg ist vorgesehen, der zwischen dem Gehäuse und dem Zapfen angeordnet ist. Weiterhin ist eine mehrteilige Messanordnung offenbart, welche wenigstens einen Signalgeber und wenigstens einen Sensor aufweist, wobei die Messanordnung zwischen dem Gehäuse, im Bereich des zapfenseitigen Endes der Gelenkkugel und dem zapfenseitigen Ende des Dichtungsbalgs angeordnet ist.
  • Weiterhin wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE102010052885A1 ein Lastenträger bzw. Fahrradträger für ein Kraftfahrzeug offenbart, wobei der Lastenträger eine Befestigungseinrichtung mit klemmenden Komponenten aufweist, wobei die klemmenden Komponenten durch die Wirkung eines Halteantriebs, eines Kugelkopfes einer Anhängerkupplung, in einem Gehäuse zum Aufnehmen den Kugelkopf festklemmen, wobei das Gehäuse relativ zum Kugelkopf schwenkbar ist. Das Gehäuse weist weiterhin zwei Sensoren auf, die den Abstand zum Kugelkopf ermitteln. Wenn die beiden Sensoren denselben Abstand zum Kugelkopf ermitteln, wird der Halteantrieb eingeschaltet, um ein bestimmtes Ausrichten des Gehäuses bzw. Lastenträgers in Bezug auf den Kugelkopf sicherzustellen. Dazu sind die Sensoren an der Oberwand des Gehäuses angeordnet und messen einen Abstand zu einer Abflachung des Kugelkopfs.
  • In der deutschen Offenlegungsschrift DE 102010030246 A1 ist ein Kugelgelenk für ein Fahrzeug offenbart, das ein Gehäuse und einen Kugelzapfen aufweist. Eine Winkelmesseinrichtung mit feldbereitstellenden Komponente wird beschrieben, mittels welcher eine Bewegung des Kugelzapfens relativ zu dem Gehäuse erfassbar ist, wobei die feldbereitstellenden Komponenten gegenüber von einer Gelenkkugel des Kugelzapfens angeordnet sind. Die Gelenkkugel weist einen Oberflächenbereich auf, der von der Kugeloberfläche der Gelenkkugel abweicht. Dieser Oberflächenbereich steht mit dem magnetischen Feld der feldbereitstellenden Komponenten in Wechselwirkung.
  • Nachteilig an den in dem Stand der Technik beschriebenen Lösungen ist unter anderem, dass ein hoher Bearbeitungsaufwand der Gelenkkugel bei der Herstellung notwendig ist. Weiterhin verwenden herkömmliche Messeinrichtungen für Kugelgelenke häufig eine magnetisch basierte Sensorik, die empfindlich gegenüber Störungen von externen magnetischen Feldern ist.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein robustes Kugelgelenk vorzuschlagen, das kostengünstig herzustellen ist, sowie die Erfassung der Kippwinkel zwischen dem Gehäuse und des Kugelzapfens auf einfacher Weise ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird durch ein Kugelgelenk gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Somit wird die Aufgabe gelöst, mit einem Kugelgelenk für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse und einem sich in einer axialen Richtung erstreckenden und eine Gelenkkugel umfassenden Kugelzapfen, der mit seiner Gelenkkugel schwenkbeweglich in dem Gehäuse gelagert ist und sich durch eine Öffnung des Gehäuses hinaus erstreckt, und zumindest einem Sensor, der dazu dient einen Kippwinkel zwischen dem Kugelzapfen und dem Gehäuse zu erfassen, wobei die Gelenkkugel einen abgeflachten Bereich aufweist, und wobei der zumindest eine Sensor ein Entfernungssensor ist, der an einer Wandung des Gehäuses angeordnet ist und dem abgeflachten Bereich der Gelenkkugel gegenüberliegt, um eine Entfernung gegenüber dem abgeflachten Bereich zu erfassen und daraus auf den Kippwinkel zu schließen. Der Sensor kann an der Oberfläche an der inneren Seite der Gehäusewandung mittels fachüblichen Befestigungsverfahren montiert werden, beispielsweise mittels Kleben und/oder Schrauben. Der zumindest eine Sensor kann aber auch in der Gehäusewandung eingesetzt werden. Dafür kann beispielsweise eine Öffnung, ein Sackloch oder eine Durchbohrung vorgesehen werden. Es ist weiterhin möglich, dass die Wandung des Gehäuses vorgefertigt wird und dass der Sensor als Bestandteil der vorgefertigten Wandung integriert wird. Somit ist es möglich den Sensor in der Gehäusewandung zu positionieren und anschließend zu vergießen bzw. umspritzen. Unter dem Ausdruck abgeflachter Bereich sei im Rahmen dieser Erfindung ein Oberflächenabschnitt der Gelenkkugel zu verstehen, der ganz allgemein eine gegenüber der Kugelkrümmung verringerte Krümmung (im Sinne einer Abflachung) aufweist. Die Krümmung des abgeflachten Bereichs kann in einem bevorzugten Fall null betragen, so dass dieser eine gerade Ebene bildet. Der abgeflachte Bereich der Gelenkkugel lässt sich im Gegensatz zu den verarbeiteten Oberflächen, wie im Stand der Technik beschrieben, leicht herstellen. Die Verwendung eines Entfernungssensors ermöglicht weiterhin eine Unempfindlichkeit gegenüber magnetischen Störungen.
  • In einer Ausgestaltung des Kugelgelenks erstreckt sich der abgeflachte Bereich im Wesentlichen orthogonal zu der axialen Richtung des Kugelzapfens. Der Entfernungssensor erfasst immer den Abstand zwischen dem Sensor und diesem abgeflachten Bereich. Wenn sich der Kugelzapfen im Gehäuse bewegt, kippt dieser abgeflachte Bereich hin und her. Ändert sich der Kippwinkel zwischen Kugelzapfen und Gehäuse, ändert sich auch dementsprechend die Entfernung zwischen Sensor und dem abgeflachten Bereich. Wenn der Zusammenhang zwischen Entfernung und Kippwinkel bekannt ist, kann das Kugelgelenk mittels dieses Zusammenhangs anhand der Entfernung auf dem Kippwinkel schließen.
  • Wie bereits zuvor erwähnt, bildet in einer bevorzugten Ausgestaltung der abgeflachte Bereich eine gerade Ebene. Die Beziehung bzw. der Zusammenhang zwischen der Entfernung und dem Kippwinkel kann somit mit einer einfachen mathematischen Formel beschrieben werden. Es ist dann weiterhin möglich, einen einfachen Algorithmus zu verwenden, um den Kippwinkel anhand dieser Entfernung zu ermitteln. Der Fehlerbereich der Kippwinkelerfassung kann somit auch vermindert werden.
  • In einer Ausgestaltung bildet der abgeflachte Bereich im Wesentlichen eine kreisförmige Fläche. Die Herstellung des Kugelgelenks wird somit vereinfacht. Im Gegensatz hierzu wird im Stand der Technik beispielsweise in der DE1020130246 A1 die Oberfläche der Gelenkkugel mit aufwendigen Herstellungsverfahren bearbeitet. Oder in der DE10110738 wird beispielsweise ein Sackloch in die Gelenkkugel gebohrt, um magnetische Felderzeuger zu lagern. Der kreisförmige Oberflächenbereich der Gelenkkugel bringt somit wesentliche Vorteile bezüglich der Herstellungskosten mit sich.
  • Bei dem zumindest einen Sensor handelt es sich um einen Sensor, der auf Basis eines induktiven, kapazitiven und/oder optischen Messverfahrens verwendet wird, um die Entfernung zu erfassen. Ein Kugelgelenk für ein Fahrzeug kann sich regelmäßig in einem Einflussbereich eines externen magnetischen Felds befinden. Ein Sensor, der auf Basis eines induktiven, kapazitiven und/oder optischen Messverfahrens funktioniert, hat den Vorteil, dass er von diesen magnetischen Feldern nicht beeinflusst wird. Ein Kugelgelenk dieser Art ist daher sehr robust gegenüber magnetischer Störung.
  • In einer Ausgestaltung ist der zumindest eine Sensor symmetrisch in Bezug auf eine vorgegebene Schwenkachse des Kugelgelenks an der Wandung des Gehäuses angeordnet, so dass der Sensor, wenn der Kippwinkel zwischen dem Gehäuse und der Kugelzapfen Null Grad ist, die Entfernung gegenüber einem parallel zu der vorgegebenen Schwenkachse definierten Durchmesser des abgeflachten Bereichs erfasst. In anderen Worten: Der Sensor ist mittig gegenüber der Schwenkachse an der Gehäusewandung montiert. Der Sensor misst somit den Abstand zu der Mitte des abgeflachten Bereiches, wenn der Kippwinkel bei Null Grad liegt. Wenn der Kugelzapfen in eine Schwenkrichtung kippt, kippt sich der abgeflachte Bereich in Bezug auf den Sensor. Die Entfernung zwischen Sensor und abgeflachten Bereich wird somit verringert. Aus der erfassten Entfernung kann somit der Kippwinkel eindeutig ermittelt werden. Allerdings kann die Schwenkrichtung nicht ermittelt werden bzw. das Kugelgelenk kann nicht zwischen einem positiven Kippwinkel und einem negativen Kippwinkel unterscheiden. Der Kugelzapfen kann in Bezug zum Gehäuse sich in einen vorgegebenen Bewegungsbereich bewegen. Beispielsweise kann der Kugelzapfen um 40 Grad in Bezug zum Gehäuse schwanken. Im Zusammenhang mit der Erfindung bezeichnet ein Kippwinkel, der Null Grad beträgt, den Zustand, in welchem sich der Kugelzapfen in der Mitte seines Bewegungsbereichs befindet. Somit kann der Kugelzapfen beispielsweise zwischen +20 Grad und –20 Grad schwanken. In einer Ausgestaltung ist zumindest ein Sensor so an der Wandung des Gehäuses angeordnet, dass der Sensor, wenn der Kippwinkel zwischen dem Gehäuse und dem Kugelzapfen Null Grad beträgt, dem Mittelpunkt des abgeflachten Bereichs gegenüberliegt und somit die Entfernung gegenüber dem Mittelpunkt erfasst. Der Sensor bzw. das Kugelgelenk kann somit unabhängig von der Schwenkrichtung einen Absolutbetrag, die Entfernung bzw. den Kippwinkel erfassen. In diesem Fall ist der Sensor immer gegenüber einem Durchmesser des abgeflachten Bereiches angeordnet.
  • In einer Ausgestaltung weist das Kugelgelenk eine Auswerteeinheit auf, die dazu dient, den Kippwinkel anhand eines Entfernungswerts zu ermitteln, wobei der Entfernungswert der erfassten Entfernung entspricht.
  • In einer Ausführungsform des Kugelgelenks ist der zumindest eine Sensor asymmetrisch in Bezug auf eine vorgegebene Schwenkachse des Kugelgelenks an der Wandung des Gehäuses angeordnet, so dass der Sensor, wenn der Kippwinkel zwischen dem Gehäuse und der Kugelzapfen Null Grad beträgt, die Entfernung gegenüber einer parallel zu der vorgegebenen Schwenkachse definierten Sehne des abgeflachten Bereichs erfasst, wobei die Sehne keinem Durchmesser des abgeflachten Bereichs entspricht. Mit anderen Worten ist der Sensor außermittig positioniert. Somit bildet sich beim Schwenken des Kugelzapfens eine funktionale Beziehung zwischen der Entfernung und dem Kippwinkel, die zwar nicht linear ist, aber eine Unterscheidung zwischen positivem und negativem Kippwinkel über einen bestimmten Bewegungsbereich des Kugelzapfens ermöglicht.
  • In einer Weiterbildung sind ein erster Sensor und ein zweiter Sensor asymmetrisch in Bezug auf einer vorgegebenen Schwenkachse des Kugelgelenks an der Wandung des Gehäuses angeordnet, wobei, wenn der Kippwinkel zwischen dem Gehäuse und der Kugelzapfen Null Grad beträgt, der erste Sensor die Entfernung gegenüber einer ersten Sehne des abgeflachten Bereichs erfasst und der zweite Sensor die Entfernung gegenüber einer zweiten Sehne des abgeflachten Bereichs erfasst, wobei die erste Sehne und zweite Sehne parallel zueinander sowie parallel zu einem Durchmesser des abgeflachten Bereichs verlaufen und die erste Sehne in einem ersten Teilbereich des abgeflachten Bereichs verläuft und die zweite Sehne in einem zweiten Teilbereich des abgeflachten Bereichs verläuft, wobei der erste Teilbereich und zweite Teilbereich durch den Durchmesser des abgeflachten Bereichs voneinander getrennt sind. Bei dem Einsatz zweier Sensoren wo je einer rechts und links von der Mitte angeordnet ist, kann man eine eindeutige und lineare Beziehung zwischen Kippwinkel und Entfernung ermitteln. Der ganze Bewegungsbereich des Kugelzapfens kann somit von den Sensoren abgedeckt werden, so dass eine eindeutige Zuordnung der Kippwinkel zur Entfernung möglich ist. Weiterhin, wenn die Sensoren mit dem gleichen Abstand von dem Durchmesser platziert sind, können die Kennlinien, die die Beziehung zwischen Entfernung und Kippwinkel darstellen, voneinander subtrahiert werden. Als Ergebnis erhält man eine Kennlinie, die einen linearen Zusammenhang zwischen Entfernung und Kippwinkel darstellt.
  • In einer Ausgestaltung weist das Kugelgelenk eine Auswerteeinheit auf, die dazu dient, den Kippwinkel anhand eines ersten Entfernungswerts und eines zweiten Entfernungswerts, wobei die Entfernungswerte der erfassten ersten Entfernung und zweiten Entfernung entsprechen, zu ermitteln, und wobei die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, den ersten Entfernungswert von dem zweiten Entfernungswert abzuziehen.
  • In einer Ausgestaltung sind mindestens zwei Sensoren an der Wandung des Gehäuses angeordnet, wobei die mindestens zwei Sensoren dazu dienen, den Kippwinkel zwischen dem Kugelzapfen und dem Gehäuse bezogen auf zwei voneinander unterschiedliche Schwenkrichtungen zu erfassen.
  • Die Aufgabe der Erfindung kann weiterhin durch eine Vorrichtung umfassend eine Auswerteeinheit und ein Kugelgelenk gelöst werden, wobei die Vorrichtung einen Kommunikationspfad aufweist, der die Auswerteeinheit und das Kugelgelenk verbindet, und wobei die Auswerteeinheit dazu dient, den Kippwinkel anhand eines der erfassten Entfernung entsprechenden Entfernungswerts zu ermitteln.
  • Alternativ kann die Aufgabe auch durch eine Vorrichtung umfassend eine Auswerteeinheit und einen Kugelgelenk gelöst werden, wobei die Vorrichtung einen Kommunikationspfad aufweist, der die Auswerteeinheit und das Kugelgelenk verbindet, und wobei die Auswerteeinheit dazu dient, den Kippwinkel anhand eines ersten Entfernungswerts und eines zweiten Entfernungswerts zu ermitteln, wobei die Entfernungswerte der erfassten ersten Entfernung und zweiten Entfernung entsprechen, und wobei die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, den ersten Entfernungswert von dem zweiten Entfernungswert abzuziehen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Darin zeigt:
  • 1a, b eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Kugelgelenks, sowie eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Entfernung und Kippwinkel der in 1a gezeigten Ausführungsform;
  • 2a, b eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Kugelgelenks, sowie eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Entfernung und Kippwinkel der in 2a gezeigten Ausführungsform;
  • 3a, b eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Kugelgelenks, sowie eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Entfernung und Kippwinkel der in 3a gezeigten Ausführungsform.
  • 1a zeigt ein Kugelgelenk 1 mit einem Gehäuse 2 und einem Kugelzapfen 3. Der Kugelzapfen 3 weist eine Gelenkkugel 4 auf, wobei die Gelenkkugel 4 einen abgeflachter Bereich 5 aufweist. Gegenüber von diesem abgeflachten Bereich 5 ist ein Sensor 6 an der Gehäusewandung 7 angeordnet. Der Sensor 6 ist ein Entfernungssensor. Der Kugelzapfen 3 erstreckt sich weiterhin in einer axialen Richtung A durch eine Öffnung 8 aus dem Gehäuse 2 hinaus. Das Kugelgelenk 1 ist in drei verschiedenen Stellungen L, M, N gezeigt. In der ersten Stellung L gibt es einen negativen Kippwinkel –α zwischen dem Kugelzapfen 3 und dem Gehäuse 2. In der zweiten Stellung M ist der Kippwinkel α zwischen Kugelzapfen 3 und dem Gehäuse 2 bei 0 Grad und in der dritten Stellung N gibt es einen positiven Kippwinkel +α zwischen dem Kugelzapfen 3 und dem Gehäuse 2. Die axiale Richtung A des Kugelzapfens 3 ist jeweils mit einer Geraden A bezeichnet. Wenn der Kippwinkel α zwischen dem Kugelzapfen 3 und dem Gehäuse 2 bei 0 Grad liegt, wie in der zweiten Stellung M in 1a gezeigt, ist es leicht zu erkennen, dass der Sensor 6 direkt gegenüber von einem Mittelpunkt 9 des abgeflachten Bereichs 5 angeordnet ist.
  • 1b zeigt in grafischer Form die Beziehung zwischen der Entfernung d und dem Kippwinkel α. Wenn der Kippwinkel α bei 0 Grad liegt, ist die Entfernung d zwischen Sensor 6 und abgeflachtem Bereich 5 selbstverständlich am größten. Wenn der Kugelzapfen 3 zu einer Seite oder zu der anderen schwenkt, verringert sich der Abstand d zwischen abgeflachtem Bereich 5 und Sensor 6. Allerdings ist es so, wie es in 1b zu erkennen ist, dass es nicht möglich ist, zwischen positiven und negativen Winkeln zu unterscheiden. D. h. bei einem bestimmten erfassten Abstand d kann das Kugelgelenk 1 keine eindeutige Zuordnung durchführen, sondern das Kugelgelenk 1 kann nur einen Absolutbetrag des Kippwinkels |α| ausgeben.
  • 2a zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Kugelgelenks 1. Hier sind wie in 1a drei Stellungen L, M, N des Kugelzapfens 3 in Bezug zum Gehäuse 2 gezeigt. Der wesentliche Unterschied zu der in 1a gezeigten Ausführungsform ist, dass der Sensor 6 asymmetrisch an der Gehäusewandung 7 angeordnet ist. Diese Asymmetrie bezieht sich auf einen Durchmesser 11 des abgeflachten Bereichs 5, der sich anhand der Schwenkachse 10 definieren lässt. Der Durchmesser 11, der parallel zur Schwenkachse 10 verläuft, wird als Bezugslinie genommen, um den abgeflachten Bereich 5 in zwei Hälften zu teilen. In 2a erfasst der Sensor 6, der asymmetrisch an der Gehäusewandung 7 angeordnet ist, die Entfernung d gegenüber einer Sehne 12 des abgeflachten Bereichs 5, wenn der Kippwinkel α zwischen Kugelzapfen 3 und Gehäuse 2 Null Grad beträgt. Der Sensor 6 erfasst also die Entfernung d zwischen Gehäusewand 7 und einem Punkt in einer vorgegebenen Hälfte des abgeflachten Bereichs 5.
  • 2b zeigt eine grafische Darstellung der funktionalen Beziehung zwischen Entfernung d und Kippwinkel α der in 2a gezeigten Ausführungsform. Es ist hier zu erkennen, dass über einen vorgegebenen Bewegungsbereich 13 des Kugelzapfens 3 eine eindeutige Zuordnung zwischen Entfernung d und Kippwinkel α möglich ist. Es gibt allerdings einen anderen Bewegungsbereich 14, in dem diese Eindeutigkeit nicht vorhanden ist. Weiterhin ist die funktionale Beziehung nicht linear.
  • 3a zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Kugelgelenks 1. In 3a ist das Kugelgelenk 1 mit einem Gehäuse 2, Kugelzapfen 3, Gelenkkugel 4 und einem Sensor 6 gezeigt. Wie in den 1a und 2a weist die Gelenkkugel 4 einen abgeflachten Bereich 5 auf, und zumindest einen Sensor 6, der an einer Wandung 7 des Gehäuses 2 gegenüber diesem abgeflachten Bereich 5 angeordnet ist. In 3a sind zwei Sensoren 6a, 6b gezeigt. Diese zwei Sensoren 6a, 6b sind wie in 2a asymmetrisch angeordnet. Diese Asymmetrie bezieht sich auf die Längsachse A des Kugelzapfens 3, wenn der Kugelzapfen 3 bei 0 Grad in Bezug auf das Gehäuse 2 liegt. Diese Asymmetrie kann sich aber auch auf einen Durchmesser 11 des abgeflachten Bereichs 5 beziehen, wobei der Durchmesser 11 parallel zur Schwenkachse 10 des Kugelgelenks 1 verläuft.
  • Wie in 3b gezeigt, ergibt sich eine funktionale Beziehung zwischen Entfernung d und Kippwinkel α für jeden Sensor 6a, 6b. Aus dieser funktionalen Beziehung ist über einen vorgegebenen Bewegungsfreiraum (zwischen –α und +α) des Kugelzapfens 3 eine eindeutige Zuordnung zwischen Entfernung d und Kippwinkel α möglich. Mit dem Einsatz von zwei Sensoren 6a, 6b, wie in 3 gezeigt, ist es möglich, den gesamten Bewegungsbereich (–α bis +α) des Kugelgelenks 3 mit eindeutigen funktionalen Beziehungen abzudecken. Es ist weiterhin möglich, wie in 3b gezeigt, eine lineare, funktionale Beziehung aus den einzelnen funktionalen Beziehungen der zwei Sensoren 6a, 6b herabzuleiten. In diesem Fall kann das durchgeführt werden, indem man beispielsweise die Entfernung da von einem ersten Sensor 6a von der Entfernung db eines zweiten Sensors 6b subtrahiert. Es ergibt sich somit eine lineare, funktionale Beziehung zwischen den Entfernungsmesswerten da, db und dem Kippwinkel α. Im Allgemeinen können die Entfernungssensoren 6a, 6b verschiedene Messprinzipien verwenden. Insbesondere können induktive Messverfahren, kapazitive Messverfahren und/oder optische Messverfahren verwendet werden. Die Sensoren 6a, 6b erfassen die Entfernung d und übertragen einen Messwert an eine Auswerteeinheit 15. Die Auswerteeinheit 15 nimmt diesen Entfernungswert bzw. Messwert als Input an, verarbeitet den Messwert gemäß die Vorgaben eines Algorithmus und gibt einen Wert aus, der dem Kippwinkel α zwischen Kugelzapfen 3 und Gehäuse 2 entspricht. Die Auswerteeinheit 15 kann entweder am Kugelgelenk 1 selbst angeordnet sein, wie in der ersten Stellung L in 3a gezeigt, oder es kann ein Kommunikationspfad 16 zu einer externen Auswerteeinheit 15 vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Anschluss 17 an einen CAN-Bus vorgesehen sein und die Auswerteeinheit 15 kann an einer Hauptsteuerung 18 des Fahrzeugs angeordnet sein (siehe die dritte Stellung N in 3a).
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kugelgelenk
    2
    Gehäuse
    3
    Kugelzapfen
    4
    Gelenkkugel
    5
    abgeflachte Bereiche
    6
    Sensor
    7
    Wandung des Gehäuses
    8
    Öffnung im Gehäuse
    9
    Mittelpunkt des abgeflachten Bereichs
    10
    Schwenkachse
    11
    Durchmesser
    12
    (zweite) Sehne
    13
    erster Bewegungsbereich
    14
    zweiter Bewegungsbereich
    15
    Auswerteeinheit
    16
    Kommunikationspfad
    17
    Anschluss
    18
    zentrale Steuerung eines Fahrzeugs
    19
    erste Sehne
    α
    Kippwinkel
    d
    Entfernung bzw. Abstand
    A
    axiale Richtung des Kugelzapfens
  • 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 10350640 B4 [0002]
    • DE 102010052885 A1 [0003]
    • DE 102010030246 A1 [0004]
    • DE 1020130246 A1 [0011]
    • DE 10110738 [0011]

Claims (14)

  1. Kugelgelenk (1) für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse (2) und einem sich in einer axialen Richtung (A) erstreckenden und eine Gelenkkugel (4) umfassenden Kugelzapfen (3), der mit seiner Gelenkkugel (4) schwenkbeweglich in dem Gehäuse (2) gelagert ist und sich durch eine Öffnung (8) des Gehäuses (2) hinaus erstreckt, und zumindest einem Sensor (6), der dazu dient einen Kippwinkel (α) zwischen dem Kugelzapfen (3) und dem Gehäuse (2) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (4) einen abgeflachten Bereich (5) aufweist, und dass der zumindest eine Sensor (6) ein Entfernungssensor ist, der an einer Wandung (7) des Gehäuses (2) angeordnet ist und dem abgeflachten Bereich (5) der Gelenkkugel (4) gegenüberliegt, um eine Entfernung (d) gegenüber dem abgeflachten Bereich (5) zu erfassen und daraus auf den Kippwinkel (α) zu schließen.
  2. Kugelgelenk (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeflachte Bereich (5) sich im Wesentlichen orthogonal zu der axialen Richtung (A) des Kugelzapfens (3) erstreckt.
  3. Kugelgelenk (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeflachte Bereich (5) eine gerade Ebene bildet.
  4. Kugelgelenk (1) nach zumindest einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeflachte Bereich (5) im Wesentlichen eine kreisförmige Fläche bildet.
  5. Kugelgelenk (1) nach zumindest einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (6) auf Basis eines induktiven, kapazitiven und/oder optischen Messverfahrens die Entfernung (d) erfasst.
  6. Kugelgelenk (1) nach zumindest einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (6) symmetrisch in Bezug auf eine vorgegebene Schwenkachse (10) des Kugelgelenks (10) an der Wandung (7) des Gehäuses (2) angeordnet ist, so dass der Sensor (6), wenn der Kippwinkel (α) zwischen dem Gehäuse (2) und dem Kugelzapfen (3) Null Grad ist, die Entfernung (d) gegenüber einem parallel zu der vorgegebenen Schwenkachse (10) definierten Durchmesser (11) des abgeflachten Bereichs (5) erfasst.
  7. Kugelgelenk (1) nach zumindest einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (6) so an der Wandung (7) des Gehäuses (2) angeordnet ist, dass der Sensor (6), wenn der Kippwinkel (α) zwischen dem Gehäuse (2) und der Kugelzapfen (3) Null Grad beträgt, dem Mittelpunkt (9) des abgeflachten Bereichs (5) gegenüberliegt und somit die Entfernung (d) gegenüber dem Mittelpunkt (9) erfasst.
  8. Kugelgelenk (1) nach zumindest einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgelenk (1) eine Auswerteeinheit (15) aufweist, die dazu dient, den Kippwinkel (α) anhand eines der erfassten Entfernung (d) entsprechenden Entfernungswerts zu ermitteln.
  9. Kugelgelenk (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (6) asymmetrisch in Bezug auf eine vorgegebene Schwenkachse (10) des Kugelgelenks (1) an der Wandung (7) des Gehäuses (2) angeordnet ist, so dass der Sensor (6), wenn der Kippwinkel (α) zwischen dem Gehäuse (2) und der Kugelzapfen (3) Null Grad ist, die Entfernung (d) gegenüber einer parallel zu der vorgegebenen Schwenkachse (10) definierten Sehne (12) des abgeflachten Bereichs (5) erfasst, wobei die Sehne (12) keinem Durchmesser (11) des abgeflachten Bereichs (5) entspricht.
  10. Kugelgelenk (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Sensor (6a) und ein zweiter Sensor (6b) asymmetrisch in Bezug auf eine vorgegebene Schwenkachse (10) des Kugelgelenks (1) an der Wandung (7) des Gehäuses (2) angeordnet sind, so dass wenn der Kippwinkel (α) zwischen dem Gehäuse (2) und der Kugelzapfen (3) Null Grad ist, der erste Sensor (6a) die Entfernung (da) gegenüber einer ersten Sehne (19) des abgeflachten Bereichs (5) erfasst und der zweite Sensor (6b) die Entfernung (db) gegenüber einer zweiten Sehne (12) des abgeflachten Bereichs (5) erfasst, wobei die erste Sehne (19) und zweite Sehne (12) im Wesentlichen parallel zueinander sowie parallel zu einem Durchmesser (11) des abgeflachten Bereichs 5 verlaufen, und dass die erste Sehne (19) in einem ersten Teilbereich (Ta) des abgeflachten Bereichs (5) verläuft und die zweite Sehne (12) in einem zweiten Teilbereich (Tb) des abgeflachten Bereichs (5) verläuft, wobei der erste Teilbereich (Ta) und zweite Teilbereich (Tb) durch den Durchmesser (11) des abgeflachten Bereichs (5) voneinander getrennt sind.
  11. Kugelgelenk (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgelenk (1) eine Auswerteeinheit (15) aufweist, die dazu dient der Kippwinkel (α) anhand erster und zweiter Entfernungswerte (da, db), die den erfassten ersten und zweiten Entfernungen (da, db) entsprechen, zu ermitteln, wobei die Auswerteeinheit (15) dazu ausgelegt ist, den ersten Entfernungswert (da) von dem zweiten Entfernungswert (db) abzuziehen.
  12. Kugelgelenk (1) nach zumindest einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sensoren (6) an der Wandung (7) des Gehäuses (2) angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Sensoren (6) dazu dienen der Kippwinkel (α) zwischen dem Kugelzapfen (3) und dem Gehäuse (2) bezogen auf zwei voneinander unterschiedliche Schwenkrichtungen (10 a, 10 b) zu erfassen.
  13. Vorrichtung umfassend eine Auswerteeinheit (15) und einen Kugelgelenk (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Kommunikationspfad (16) aufweist, der die Auswerteeinheit (15) und das Kugelgelenk (1) verbindet, und dass die Auswerteeinheit (15) dazu dient der Kippwinkel (α) anhand eines der erfassten Entfernung (d) entsprechenden Entfernungswerts (d) zu ermitteln.
  14. Vorrichtung umfassend eine Auswerteeinheit (15) und einen Kugelgelenk (1) nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Kommunikationspfad (16) aufweist, der die Auswerteeinheit (15) und das Kugelgelenk (1) verbindet, und dass die Auswerteeinheit (15) dazu dient, den Kippwinkel (α) anhand erster und zweiter Entfernungswerte (da, db), die den erfassten ersten und zweiten Entfernungen (da, db) entsprechen, zu ermitteln, wobei die Auswerteeinheit (15) dazu ausgelegt ist, den erste Entfernungswert (da) von dem zweiten Entfernungswert (db) abzuziehen.
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