DE102020200095B4

DE102020200095B4 - Kugelgelenk und/oder Verfahren zum Bestimmen einer Belastung und/oder Auslenkung eines solchen Kugelgelenks

Info

Publication number: DE102020200095B4
Application number: DE102020200095.6A
Authority: DE
Inventors: Marco Girodo
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2040-01-09
Also published as: DE102020200095A1

Abstract

Kugelgelenk mit einem Gelenkinnenteil (10) und mit einem Gelenkgehäuse (12), das Gelenkgehäuse (12) weist eine Aufnahme (13) auf, wobei in der Aufnahme (13) eine Gelenkkugel (11) des Gelenkinnenteils (10) gelenkbeweglich gelagert ist, und mit einer Sensoreinrichtung (15) zum Erfassen der relativen Lage des Gelenkinnenteils (10) in Bezug zum Gelenkgehäuse (12) und/oder zum Erfassen von zwischen dem Gelenkinnteil (10) und dem Gelenkgehäuse (12) wirkenden Kräften, wobei die Sensoreinrichtung (15) mehrere Sensoreinheiten (1) zum Erfassen jeweils eines einzelnen Messsignals aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Sensoreinheit (1) mittels eines Kreuzungsbereichs (8) von zwei elektrischen Leitungssträngen (17, 25) gebildet ist, wobei die beiden sich im Kreuzungsbereich (8) kreuzenden und/oder überlagernden elektrischen Leitungsstränge (17, 25) mittels einer piezoresistiven Schicht (7) voneinander beabstandet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit einem Gelenkinnenteil und mit einem Gelenkgehäuse, das Gelenkgehäuse weist eine Aufnahme auf, wobei in der Aufnahme eine Gelenkkugel des Gelenkinnenteils gelenkbeweglich gelagert ist, und mit einer Sensoreinrichtung zum Erfassen der relativen Lage des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse und/oder zum Erfassen von zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse wirkenden Kräften, wobei die Sensoreinrichtung mehrere Sensoreinheiten zum Erfassen jeweils eines einzelnen Messsignals aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Belastung und/oder Auslenkung eines solchen Kugelgelenks.
Ein derartiges Kugelgelenk bzw. ein entsprechendes Verfahren ist aus der DE 10 2005 030 971 A1 bekannt. Hierbei wird eine Sensoreinrichtung im Bereich einer Aufnahme des Gelenkgehäuses, nämlich auf einer Außenseite einer Lagerschale und zwischen der Lagerschale und dem Gelenkgehäuse, platziert. Die Sensoreinrichtung ist aus bis zu acht Druck- bzw. Kraftsensoren gebildet. Die Druck- bzw. Kraftsensoren können als Dehnungsmessstreifen, Piezoaufnehmer oder kapazitive Aufnehmer ausgebildet sein. Hierbei ist im Einzelnen die Ausbildung als kapazitiver Aufnehmer mittels Elektroden zur Ausbildung eines Kondensators offenbart.
Es besteht der Wunsch, die auftretenden Belastungen und/oder Kräfte in einer möglichst hohen, insbesondere räumlichen, Auflösung erfassen zu können. Um eine möglichst hohe Auflösung erreichen zu können, müsste es ermöglicht sein, dass eine hohe Anzahl an Sensoreinheiten zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse angeordnet werden können. Hierzu sollten die einzelnen Sensoreinheiten eine räumlich möglichst geringe Ausdehnung aufweisen.
Es ist die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe, ein Kugelgelenk und/oder ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse wirkenden Kräfte in einer möglichst hohen, vorzugsweise räumlichen, Auflösung erfasst werden können. Insbesondere sollen die einzelnen Sensoreinheiten eine möglichst geringe räumliche Ausdehnung aufweisen. Vorzugsweise soll die Sensoreinrichtung möglichst kostengünstig realisierbar sein. Insbesondere soll eine alternative Ausführungsform bereitgestellt werden.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit einem Kugelgelenk nach Anspruch 1 und/oder mittels eines Verfahrens nach Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung.
Das Kugelgelenk weist ein Gelenkinnenteil und ein Gelenkgehäuse auf. Insbesondere ist das Kugelgelenk für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Im Fahrzeugbau können Kugelgelenke auf vielfältige Weise zum Einsatz kommen. Insbesondere dienen Kugelgelenke im Fahrwerk dazu, Fahrwerkskomponenten, wie beispielsweise Lenkerbauteile, Radträger, Spurstangen oder dergleichen gelenkig miteinander oder mit dem Fahrzeugaufbau bzw. einem daran befestigten Achsträger zu verbinden. Ein Kugelgelenk kann als ein Kugelzapfengelenk oder als ein Kugelhülsengelenk ausgebildet sein.
Das Gelenkgehäuse hat eine Aufnahme. In der Aufnahme ist eine Gelenkkugel des Gelenkinnenteils gelenkbeweglich gelagert. Die Aufnahme kann als eine Kugelaufnahme ausgebildet sein. Insbesondere weist die Aufnahme eine Gehäuseausnehmung und/oder eine, vorzugsweise in der Gehäuseausnehmung angeordnete, Lagerschale auf, in der die Gelenkkugel des Gelenkinnenteils gelenkbeweglich angeordnet ist. Die Lagerschale kann als ein separates oder eigenständiges Bauteil ausgebildet sein. Die Aufnahme oder die Lagerschale kann derart ausgebildet sein, dass eine Reibung und somit ein Verschleiß des Kugelgelenks trotz der zuweilen hohen betrieblichen Belastungen zwischen der Gelenkkugel und der Aufnahme reduzierbar ist. Die Aufnahme und/oder die Lagerschale kann mindestens im Wesentlichen aus einem Kunststoffmaterial gebildet sein. Die Aufnahme und/oder die Lagerschale kann hohlkugelartig zum gelenkbeweglichen und/oder gleitbeweglichen Lagern der Gelenkkugel des Gelenkinnenteils ausgebildet sein. Insbesondere weist das Gelenkgehäuse eine Gehäuseöffnung auf. Die Aufnahme und/oder Lagerschale kann ebenfalls eine Öffnung aufweisen. Die Gehäuseöffnung und die Öffnung können zusammenfallen. Vorzugsweise erstreckt sich das Gelenkinnenteil durch die Gehäuseöffnung und/oder die Öffnung nach außen aus dem Gelenkgehäuse heraus.
Vorzugsweise ist das Gelenkgehäuse mindestens einseitig offen ausgebildet, wobei durch eine hierdurch ausgebildete Gehäuseöffnung des Gelenkgehäuses die Aufnahme und/oder die Lagerschale zugänglich ist. Insbesondere bilden das Gelenkgehäuse und die Aufnahme und/oder die Lagerschale eine gemeinsame Öffnung des Kugelgelenks. Aus dieser gemeinsamen Öffnung kann sich das Gelenkinnenteil nach außen heraus erstrecken. Das Gelenkinnenteil kann als ein Kugelzapfen oder als eine Kugelhülse ausgebildet sein. Bei der Ausbildung als ein Kugelzapfen ragt dessen Zapfenabschnitt aus der Gehäuseöffnung und/oder der gemeinsamen Öffnung des Gelenkgehäuses heraus.
Vorzugsweise ist unter einer gelenkbeweglichen Lagerung zweier Komponenten, hier beispielsweise des Gelenkinnenteils und des Gelenkgehäuses, eine derartige Verbindung zu verstehen, bei der die beiden Komponenten um mindestens eine Drehachse relativ zueinander verdreht und/oder zueinander verkippt werden können.
Darüber hinaus weist das Kugelgelenk eine Sensoreinrichtung auf. Mittels der Sensoreinrichtung wird eine relative Lage des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse und/oder zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse wirkende Kräfte erfasst. Beispielsweise bei einem Kugelgelenk in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs können die im realen Fahrbetrieb einwirkenden Kräfte, Belastungen und/oder Biegemomente erfasst bzw. ermittelt werden. Die Sensoreinrichtung weist mehrere Sensoreinheiten zum Erfassen jeweils eines einzelnen Messsignals auf. Insbesondere ermöglichen die Messsignale einer Sensoreinrichtung eines Kugelgelenks im Bereich des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs Rückschlüsse auf den fahrdynamischen Zustand eines Kraftfahrzeugs.
Hierbei ist jeweils eine Sensoreinheit mittels eines Kreuzungsbereichs von zwei elektrischen Leitungssträngen gebildet, wobei die beiden sich im Kreuzungsbereich kreuzenden und/oder überlagernden elektrischen Leitungsstränge mittels einer piezoresistiven Schicht voneinander beabstandet sind.
Hierbei ist von Vorteil, dass eine derart ausgebildete Sensoreinheit eine geringe räumliche Ausdehnung aufweist. Hierdurch besteht die Möglichkeit, eine Vielzahl von Sensoreinheiten im Bereich der Aufnahme des Kugelgelenks, insbesondere zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse und/oder der Aufnahme, anzuordnen. Vorzugsweise kann mittels derartiger Sensoreinheiten eine netzartige und/oder matrixartige Sensoreinrichtung realisiert werden. Insbesondere weist die Sensoreinrichtung eine zylinderartige, zylinderförmige, hohlkugelartige oder hohlkugelförmige Gestalt auf.
Vorzugsweise ist die piezoresistive Schicht als eine Folie oder folienartig ausgebildet. Insbesondere ergibt sich bei einer Druckbelastung und/oder Zugbelastung der piezoresistiven Schicht eine Veränderung des elektrischen Widerstands zwischen den beiden sich im Kreuzungsbereich kreuzenden und/oder überlagernden elektrischen Leitungssträngen. Aufgrund einer Messung des elektrischen Widerstands und/oder einer Änderung des elektrischen Widerstands zwischen den beiden sich im Kreuzungsbereich kreuzenden und/oder überlagernden elektrischen Leitungssträngen ist eine einwirkende Kraft im Bereich der jeweiligen Sensoreinheit erfassbar bzw. ermittelbar. Insbesondere ist die piezoresistive Schicht zwischen den beiden sich im Kreuzungsbereich kreuzenden und/oder überlagernden elektrischen Leitungssträngen weniger als einen 1 mm dick.
Vorzugsweise ist die jeweilige Sensoreinheit als ein Kraftsensor und/oder Drucksensor ausgebildet. Insbesondere ist mittels einer Auswertung der Messsignale der mehreren Sensoreinheiten sowohl eine Kraftverteilung zwischen der Gelenkkugel des Gelenkinnenteils und der Aufnahme des Gelenkgehäuses als auch eine relative Lage des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse bestimmbar. Aufgrund der Messsignale der mehreren Sensoreinheiten kann eine Kraftverteilung zwischen der Gelenkkugel des Gelenkinnenteils und der Aufnahme des Gelenkgehäuses bestimmt werden. Hierbei kann je nach Art der Kraftverteilung bzw. aufgrund der ermittelten Kraftverteilung auf eine bestimmte relative Lage des Gelenkinnenteils zum Gelenkgehäuse geschlossen werden. Somit kann die Sensoreinrichtung eine Doppelfunktion, nämlich sowohl die Bestimmung der Kraftverteilung als auch die Bestimmung der relativen Lage, ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind mehrere erste elektrische Leitungsstränge in einer ersten Lage angeordnet. Hierbei sind die ersten elektrischen Leitungsstränge innerhalb der ersten Lage nicht schneidend zueinander ausgerichtet. Insbesondere sind die ersten elektrischen Leitungsstränge parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Mehrere zweite elektrische Leitungsstränge sind in einer zweiten Lage angeordnet. Die zweiten elektrischen Leitungsstränge sind innerhalb der zweiten Lage nicht schneidend zueinander ausgerichtet. Vorzugsweise sind die zweiten elektrischen Leitungsstränge parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Wesentlich ist somit, dass sich die innerhalb der ersten Lage bzw. innerhalb der zweiten Lage angeordneten elektrischen Leitungsstränge nicht kreuzen und/oder überlagern.
Gemäß einer Weiterbildung sind die ersten elektrischen Leitungsstränge der ersten Lage und die zweiten elektrischen Leitungsstränge der zweiten Lage derart zueinander angeordnet, dass sich die mehreren ersten elektrischen Leitungsstränge und die mehreren zweiten elektrischen Leitungsstränge getrennt von der piezoresistiven Schicht in mehreren Kreuzungsbereichen zum Ausbilden mehrerer Sensoreinheiten kreuzen und/oder überlagern. Insbesondere kreuzen und/oder überlagern sich die ersten elektrischen Leitungsstränge und die zweiten elektrischen Leitungsstränge rechtwinklig zueinander.
Vorzugsweise kreuzen und/oder überlagern sich ein einzelner erster elektrischer Leitungsstrang und ein einzelner zweiter elektrischer Leitungsstrang jeweils nur in einem einzigen Kreuzungsbereich zum Ausbilden einer Sensoreinheit. Aufgrund der Überlagerung der ersten Lage und der zweiten Lage der elektrischen Leitungsstränge kann sich eine netzartige und/oder matrixartige Struktur der Sensoreinrichtung ergeben. In Abhängigkeit von der Anzahl der Kreuzungsbereiche ergibt sich eine Sensoreinrichtung mit einer Vielzahl von Sensoreinheiten. Insbesondere ist jede einzelne Sensoreinheit der Sensoreinrichtung eindeutig identifizierbar. Diese eindeutige Identifizierbarkeit ergibt sich dadurch, dass sich jeder erste elektrische Leitungsstrang nur in einem einzigen, bestimmten Kreuzungsbereich mit einem der zweiten elektrischen Leitungsstränge kreuzt und/oder überlagert. Mit anderen Worten kreuzt und/oder überlagert sich ein bestimmter erster elektrischer Leitungsstrang immer nur ein einziges Mal mit einem bestimmten zweiten elektrischen Leitungsstrang.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung zwischen der Gelenkkugel und dem Gelenkgehäuse, insbesondere einer Gehäuseausnehmung des Gelenkgehäuses, angeordnet. Insbesondere ist die Sensoreinrichtung zwischen einer Lagerschale und dem Gelenkgehäuse angeordnet, wobei die Gelenkkugel gelenkbeweglich in der Lagerschale gelagert ist. Insbesondere ist die Lagerschale positionsfest in Bezug zum Gelenkgehäuse angeordnet. Die Sensoreinrichtung bzw. die Sensoreinheiten können an einer Außenseite der Lagerschale und/oder an einer Innenseite der Gehäuseausnehmung des Gelenkgehäuses angeordnet sein. Insbesondere ist die Innenseite der Gehäuseausnehmung der Außenseite der Lagerschale zugewandt. Die Sensoreinrichtung und/oder die Sensoreinheiten können mittels eines geeignet ausgebildeten Druckverfahrens hergestellt und/oder auf die Außenseite oder die Innenseite aufgebracht werden.
Gemäß einer Weiterbildung weisen die elektrischen Leitungsstränge mindestens abschnittsweise eine Kreisbogenkontur auf. Insbesondere umläuft und/oder umringt die Kreisbogenkontur die Gelenkkugel zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann die Gestalt der Sensoreinrichtung der Gestalt der Aufnahme des Gelenkgehäuses, der Lagerschale und/oder der Gelenkkugel des Gelenkinnenteils angepasst werden. Vorzugsweise sind die Kreuzungsbereiche und/oder die Sensoreinheiten im Abschnitt der elektrischen Leitungsstränge mit der Kreisbogenkontur angeordnet. Insbesondere sind die Kreuzungsbereiche und/oder die Sensoreinheiten auf den Abschnitt der elektrischen Leitungsstränge mit der Kreisbogenkontur beschränkt.
Die ersten elektrischen Leitungsstränge können eine zylinderartige oder kugelsegmentartige erste Lage bilden. Insbesondere bilden die zweiten elektrischen Leitungsstränge eine zylinderartige oder kugelsegmentartige zweite Lage. Somit kann die erste Lage und/oder die zweite Lage die Gelenkkugel zumindest abschnittsweise umlaufen und/oder umringen. Hierdurch ist eine dreidimensionale Erfassung und/oder Berechnung der Kraftverteilung zwischen der Gelenkkugel des Gelenkinnenteils und dem Gelenkgehäuse ermöglicht.
Gemäß einer Weiterbildung sind die elektrischen Leitungsstränge entlang einer Seitenfläche der piezoresistiven Schicht geführt. Insbesondere kontaktieren die elektrischen Leitungsstränge die piezoresistive Schicht. Hierbei können die elektrischen Leitungsstränge die piezoresistive Schicht entlang ihrer Längserstreckung kontaktieren. Wesentlich ist, dass die elektrischen Leitungsstränge die piezoresistive Schicht zumindest im Kreuzungsbereich zum Ausbilden der Sensoreinheit kontaktieren. Die piezoresistive Schicht kann zwei voneinander abgewandte Seitenflächen aufweisen. Die ersten elektrischen Leitungsstränge der ersten Lage können entlang einer ersten Seitenfläche der piezoresistiven Schicht geführt sein. Die zweiten elektrischen Leitungsstränge der zweiten Lage können an einer von der ersten Seitenfläche abgewandten zweiten Seitenfläche der piezoresistiven Schicht geführt sein. Insbesondere sind die elektrischen Leitungsstränge in einem von der piezoresistiven Schicht abgewandten Bereich mittels einer Isolationsschicht elektrisch isoliert. Vorzugsweise ergibt sich eine elektrische Isolierung mittels der Isolationsschicht bezüglich der elektrischen Leitungsstränge zueinander und/oder gegenüber dem Gelenkgehäuse und/oder dem Gelenkinnenteil. Der ersten Lage kann eine erste Isolationsschicht und der zweiten Lage eine zweite Isolationsschicht zugeordnet sein. Die Isolationsschicht kann beispielsweise aus Polyethylen gebildet sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die piezoresistive Schicht jeweils auf den Kreuzungsbereich von zwei sich kreuzenden und/oder überlagernden elektrischen Leitungssträngen beschränkt. Da das piezoresistive Material nur im Kreuzungsbereich der sich kreuzenden und/oder überlagernden elektrischen Leitungssträngen benötigt wird, kann das piezoresistive Material hierdurch auch auf den Kreuzungsbereich beschränkt werden. Außerhalb der Kreuzungsbereiche kann zwischen den Leitungssträngen der ersten Lage und der zweiten Lage ein elektrisch nicht-leitendes Isolationsmaterial angeordnet sein. Vorzugsweise ist jedoch aufgrund der einfacheren Herstellbarkeit die piezoresistive Schicht zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage der Leitungsstränge flächig und/oder einstückig aus dem piezoresistiven Material gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung sind die elektrischen Leitungsstränge mit einer Mess- und/oder Auswerteeinrichtung verbunden. Insbesondere ist mittels der Mess- und/oder Auswerteeinrichtung jeweils der elektrische Widerstand einer einzelnen Sensoreinheit, vorzugsweise eines Paars aus einem einzigen ersten elektrischen Leitungsstrang und einem einzigen zweiten Leitungsstrang, messbar. Auf Basis der Messsignale kann die Mess- und/oder Auswerteeinrichtung die im Bereich der jeweiligen Sensoreinheit jeweils wirkende Kraft bzw. Belastung zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse, insbesondere zwischen der Gelenkkugel und der Gehäuseausnehmung des Gelenkgehäuses, ermittelt werden. Die elektrischen Leitungsstränge können mittels einer Drahtverbindung oder einer Sendeeinrichtung zum drahtlosen Übermitteln der Messsignale mit der Mess- und/oder Auswerteeinrichtung verbunden sein.
Von besonderem Vorteil ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Belastung und/oder einer Auslenkung eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks, wobei eine relative Lage eines Gelenkinnenteils in Bezug zu einem Gelenkgehäuse des Kugelgelenks erfasst wird und/oder zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse wirkende Kräfte erfasst werden. Insbesondere kann aufgrund der ermittelten Kräfte zwischen der Gelenkkugel des Gelenkinnenteils und der Aufnahme des Gelenkgehäuses auf die relative Lage des Gelenkinnenteils in Bezug zu dem Gelenkgehäuse geschlossen werden. Somit ist zusätzlich zu der Erfassung der einwirkenden Kräfte auch eine Bestimmung der Position des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse ermöglicht. Diese Lagebestimmung bzw. Positionsbestimmung kann für weitere Auswertungen genutzt werden, beispielsweise zur Bestimmung eines Höhenstands eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs.
Gemäß einer Weiterbildung werden mehrere Sensoreinheiten der Sensoreinrichtung des Kugelgelenks, insbesondere mit einer Mess- und/oder Auswerteeinheit, mittels einer vorgegebenen Abtastfrequenz ausgemessen. Somit werden die Messsignale der mehreren Sensoreinheiten wiederholt regelmäßig erfasst. Insbesondere werden die mehreren Sensoreinheiten innerhalb eines Abtastintervalls nacheinander und/oder jeweils einzeln ausgemessen. Somit werden die Messsignale der mehreren Sensoreinheiten innerhalb des Abtastintervalls nacheinander und/oder jeweils einzeln erfasst. Gemäß einer alternativen Ausführungsform werden die mehreren Sensoreinheiten mittels der vorgegebenen Abtastfrequenz und/oder innerhalb eines Abtastintervalls, insbesondere passiv, gleichzeitig ausgemessen. Hierbei können die Messsignale der mehreren Sensoreinheiten somit gleichzeitig erfasst werden.
Nach einer Weiterbildung wird anhand von Messungen von mehreren Sensoreinheiten der Sensoreinrichtung, insbesondere anhand einer einmaligen Messung an jeder Sensoreinheit, eine dreidimensionale Kraftverteilung der zwischen der Gelenkkugel des Gelenkinnenteils und der Aufnahme des Gelenkgehäuses wirkenden Kräfte erfasst und/oder berechnet. Aufgrund der Vielzahl der Sensoreinheiten, insbesondere einer netzartigen und/oder matrixartigen Verteilung der Sensoreinheiten, können die einwirkenden Kräfte dreidimensional erfasst werden. Insbesondere ergibt sich die dreidimensionale Kraftverteilung aufgrund von jeweils einzelnen Messungen der jeweiligen Sensoreinheit innerhalb einer vorgegebenen Abtastfrequenz und/oder innerhalb eines Abtastintervalls.
Vorzugsweise wird anhand einer mittels der mehreren Sensoreinheiten der Sensoreinrichtung erfassten Kraftverteilung eine relative Lage des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse bestimmt. Insbesondere wird die erfasste, vorzugsweise dreidimensionale Kraftverteilung einer bestimmten von mehreren in einer Lookup-Tabelle hinterlegten Kraftverteilung zugeordnet. Insbesondere wird der hinterlegten Kraftverteilung mittels der Lookup-Tabelle eine bestimmte relative Lage des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse entnommen. Hierdurch ist die relative Lage des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse bestimmbar. Alternativ zur Verwendung einer Lookup-Tabelle können die erfassten Messsignale der Sensoreinheiten zur Bestimmung der dreidimensionalen Kraftverteilung und/oder der relativen Lage des Gelenkinnenteils in Bezug zum Gelenkgehäuse einem neuronalen Netz zugeführt und von diesem verarbeitet werden.
Insbesondere handelt es sich bei dem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Kugelgelenk um ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Kugelgelenk. Vorzugsweise ist das Verfahren gemäß den im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Kugelgelenk erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet. Ferner kann das hier beschriebene Kugelgelenk gemäß den im Zusammenhang mit den Verfahren erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente. Es zeigen:

1 eine perspektivische, teiltransparente, schematische Darstellung einer Sensoreinheit zur Erläuterung einer prinzipiellen Funktionsweise der Sensoreinheit,
2 ein Ausschnitt einer geschnittenen Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks,
3 eine schematische Seitenansicht einer ersten Lage von ersten elektrischen Leitungssträngen zum Ausbilden einer Sensoreinrichtung für ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß 2,
4 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Lage von zweiten elektrischen Leitungssträngen zum Ausbilden einer Sensoreinrichtung für ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß 2, und
5 eine schematische Seitenansicht einer Überlagerung der ersten Lage gemäß 3 und der zweiten Lage gemäß 4 zum Ausbilden einer Sensoreinrichtung für ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß 2.

1 zeigt eine perspektivische, teiltransparente, schematische Darstellung einer Sensoreinheit 1 zur Erläuterung einer prinzipiellen Funktionsweise der Sensoreinheit 1. Mehrere Sensoreinheiten 1 sind Bestandteil einer Sensoreinrichtung 2. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit sind nicht sämtliche Sensoreinheiten 1 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Sensoreinrichtung 2 weist eine erste Lage 3 aus mehreren ersten elektrischen Leitungssträngen 4 auf. Des Weiteren hat die Sensoreinrichtung 2 eine zweite Lage 5, die mehrere zweite elektrische Leitungsstränge 6 hat. Zwischen der ersten Lage 3 und der zweiten Lage 5 ist eine piezoresistive Schicht 7 angeordnet.
Die Sensoreinheit 1 ist mittels eines Kreuzungsbereichs 8 von jeweils einem ersten elektrischen Leitungsstrang 4 und jeweils einem zweiten elektrischen Leitungsstrang 6 gebildet, wobei die beiden sich im Kreuzungsbereich 8 kreuzenden elektrischen Leitungsstränge 4, 6 mittels der piezoresistiven Schicht 7 voneinander beabstandet sind. Die piezoresistive Schicht 7 ist bei diesem Ausführungsbeispiel weniger als 1 mm dick. Die piezoresistive Schicht 7 kann als eine Folie ausgebildet sein.
Die ersten elektrischen Leitungsstränge 4 der ersten Lage 3 sind innerhalb der ersten Lage 3 nicht schneidend bzw. nicht kreuzend zueinander ausgerichtet. Die zweiten elektrischen Leitungsstränge 6 der zweiten Lage 5 sind innerhalb der zweiten Lage 5 nicht schneidend bzw. nicht kreuzend zueinander ausgerichtet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Leitungsstränge 4, 6 in der jeweiligen Lage 3, 5 parallel zueinander angeordnet.
Des Weiteren kreuzen bzw. überlagern sich die mehreren ersten elektrischen Leitungsstränge 4 und die mehreren zweiten elektrischen Leitungsstränge 6 getrennt von der piezoresistiven Schicht 7 in mehreren Kreuzungsbereichen 8 zum Ausbilden mehrerer Sensoreinheiten 1. Hierbei ist in jeweils einem Kreuzungsbereich 8 eine Sensoreinheit 1 gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel kreuzen bzw. überlagern sich die Leitungsstränge 4, 6 der beiden Lagen 3, 5 rechtwinklig zueinander. Hierbei ist wesentlich, dass sich ein bestimmter einzelner erster elektrischer Leitungsstrang 4 und ein bestimmter einzelner zweiter elektrischer Leitungsstrang 6 jeweils nur in einem bestimmten einzigen Kreuzungsbereich 8 zum Ausbilden einer bestimmten Sensoreinheit 1 kreuzen bzw. überlagern.
Bei einer Druck- oder Zugbelastung, die quer oder rechtwinklig zur Längserstreckung der elektrischen Leitungsstränge 4, 6 auf die piezoresistive Schicht im Bereich der Kreuzungsbereiche 8 wirkt, ändert sich ein elektrischer Widerstand im Kreuzungsbereich 8 zwischen den beiden sich je Kreuzungsbereich 8 kreuzenden bzw. überlagernden Leitungssträngen 4, 6. Der elektrische Widerstand kann für jede Sensoreinheit 1 als ein Messsignal erfasst bzw. gemessen werden. Mittels des Messsignals kann somit eine einwirkende Kraft bestimmt werden. Somit ist die Sensoreinheit 1 als ein Kraftsensor und/oder Drucksensor ausgebildet.
Zum Messen und/oder Auswerten des Messsignals sind die elektrischen Leitungsstränge 4, 6 der beiden Lagen 3, 5 mit einer hier nicht näher dargestellten Mess- und/oder Auswerteeinrichtung verbunden.
2 zeigt einen Ausschnitt einer geschnittenen Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks 9. Das Kugelgelenk 9 hat ein Gelenkinnenteil 10. Das Gelenkinnenteil 10 weist eine Gelenkkugel 11 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Gelenkinnenteil 10 als ein Kugelzapfen ausgebildet. Entsprechend ist das Kugelgelenk 9 bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Kugelzapfengelenk realisiert. Alternativ kann das Kugelgelenk 9 ein Kugelhülsengelenk mit einem als Kugelhülse ausgebildeten Gelenkinnenteil realisiert sein.
Des Weiteren weist das Kugelgelenk 9 ein Gelenkgehäuse 12 auf. Das Gelenkgehäuse 12 hat eine Aufnahme 13, in der die Gelenkkugel 11 des Gelenkinnenteils 10 gelenkbeweglich gelagert ist. Die Aufnahme 13 weist eine in dem Gelenkgehäuse 12 ausgebildete Gehäuseausnehmung 28 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Gehäuseausnehmung 28 im Wesentlichen hohlkugelförmig ausgebildet. Das Gelenkgehäuse 12 bzw. die Gehäuseausnehmung 28 hat eine Gehäuseöffnung 23, aus der sich das Gelenkinnenteil 10 nach außen heraus erstreckt.
Des Weiteren weist die Ausnahme 13 bei diesem Beispiel eine Lagerschale 14 auf. Hierbei ist die Lagerschale 14 in der Gehäuseausnehmung 28 angeordnet. Die Lagerschale 14 ist positionsfest bzw. unbeweglich in der Gehäuseausnehmung 28 gehalten. Hierdurch ist eine Relativbewegung der Lagerschale 14 in Bezug zum Gelenkgehäuse 12 verhindert. Die Lagerschale 14 ist aus einem Kunststoff gebildet.
Zudem weist das Kugelgelenk 9 eine Sensoreinrichtung 15 auf. Die Sensoreinrichtung 15 ist zum Erfassen der relativen Lage des Gelenkinnenteils 10 in Bezug zum Gelenkgehäuse 12 und zum Erfassen von zwischen dem Gelenkinnenteil 10 und dem Gelenkgehäuse 12 wirkenden Kräften ausgebildet. Hierbei ist die Sensoreinrichtung 15 hinsichtlich der Funktionsweise gemäß der Sensoreinrichtung 2 gemäß 1 aufgebaut. So weist die Sensoreinrichtung 15 hier nicht näher dargestellte Sensoreinheiten 1 auf, wie diese anhand der Sensoreinrichtung 2 gemäß 1 erläutert wurden. Insoweit wird auch auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
So weist die Sensoreinrichtung 15 entsprechend eine erste Lage 3 mit hier nicht näher dargestellten ersten elektrischen Leitungssträngen auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt die erste Lage 3 der Sensoreinrichtung 15 an einer Außenseite der Lagerschale 14 an. Hierbei dient die aus Kunststoff gebildete Lagerschale 14 zugleich als eine Isolierung für die ersten elektrischen Leitungsstränge der ersten Lage 3. Des Weiteren hat die Sensoreinrichtung 15 eine zweite Lage 5 mit hier nicht näher dargestellten zweiten elektrischen Leitungssträngen. Die zweite Lage 5 ist von der Lagerschale 14 abgewandt. Mit anderen Worten ist die zweite Lage 5 dem Gelenkgehäuse 12 bzw. der Gelenkausnehmung 28 zugewandt. Zwischen der ersten Lage 3 und der zweiten Lage 5 ist eine piezoresistive Schicht 7 angeordnet. Im Unterschied zu der Sensoreinrichtung 2 gemäß 1 ist die Sensoreinrichtung 15 gemäß 2 hohlkugelartig bzw. hohlkugelförmig ausgebildet. Hierbei umgibt die Sensoreinrichtung 15, die zwischen der Lagerschale 14 und dem Gelenkgehäuse 12 angeordnet ist, die Gelenkkugel 11.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Sensoreinrichtung 15 eine Isolationsschicht 16 auf. Die Isolationsschicht 16 ist zwischen der zweiten Lage 5 und dem Gelenkgehäuse 12 bzw. einer Innenseite der Gehäuseausnehmung 28 angeordnet. Die Isolationsschicht 16 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Polyethylen gebildet. Beispielsweise bei einem aus Metall gebildeten Gelenkgehäuse 12 ist hierdurch eine elektrische Isolierung der zweiten elektrischen Leitungsstränge der zweiten Lage 5 gegenüber dem Gelenkgehäuse 12 gewährleistet. Bei einem aus Kunststoff gebildeten Gelenkgehäuse 12 kann ggf. auf die Isolationsschicht 16 verzichtet werden. Die Sensoreinrichtung 15 kann, beispielsweise mittels eines geeignet ausgebildeten Druckverfahrens, auf die Außenseite der Lagerschale 14 oder auf die Innenseite der Gehäuseausnehmung 28 aufgebracht bzw. angeordnet werden.
Nicht näher dargestellt sind hier von der Sensoreinrichtung 15 abgehende Datenleitungen zu einer hier ebenfalls nicht näher dargestellten Mess- und/oder Auswerteeinrichtung.
Der Aufbau der Sensoreinrichtung 15 wird anhand der nachfolgenden 3 bis 5 näher erläutert.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht der ersten Lage 3 mit ersten elektrischen Leitungssträngen 17 zum Ausbilden der Sensoreinrichtung 15 für das erfindungsgemäße Kugelgelenk 9 gemäß 2. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit sind nicht sämtliche erste elektrischen Leitungsstränge 17 mit einem Bezugszeichen versehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die ersten elektrischen Leitungsstränge 17 bogenartig bzw. in Gestalt eines Kreisringsegments ausgebildet. Hierbei sind die mehreren ersten elektrischen Leitungsstränge 17 derart zueinander angeordnet, dass die ersten elektrischen Leitungsstränge 17 eine kugelsegmentartige oder sphärische erste Lage 3 bilden. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit sind bei der hier gezeigten Darstellung lediglich etwa die Hälfte der ersten elektrischen Leitungsstränge 17 dargestellt. Insbesondere sind lediglich die bezüglich der Zeichnungsebene vorderen ersten elektrischen Leitungsstränge 17 dargestellt. Tatsächlich ergibt sich aufgrund sämtlicher erster elektrischer Leitungsstränge 17 eine hohlkugelartige Gestalt der ersten Lage 3.
Die ersten elektrischen Leitungsstränge 17 erstrecken sich, insbesondere längengradartig, von einem ersten Polbereich 18 in Richtung eines zweiten Polbereichs 19. Die ersten elektrischen Leitungsstränge 17 sind bei diesem Ausführungsbeispiel gleichmäßig in Umfangsrichtung der kugelsegmentartigen ersten Lage 3 angeordnet. Hierbei sind die ersten elektrischen Leitungsstränge 17 derart zueinander angeordnet bzw. ausgerichtet, so dass sich die ersten elektrischen Leitungsstränge 17 nicht kreuzen oder überlagern. So laufen die ersten elektrischen Leitungsstränge 17 zwar in Richtung des ersten Polbereichs 18 zusammen, kreuzen oder schneiden sich jedoch im ersten Polbereich 18 nicht. Ausgehend von dem ersten Polbereich 18 zugeordneten Enden der ersten elektrischen Leitungsstränge 17 erstrecken sich Datenverbindungen 20 zu einer Mess- und/oder Auswerteeinrichtung 21. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit sind nicht sämtliche Datenverbindungen 20 mit einem Bezugszeichen versehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die dem zweiten Polbereich 19 zugeordneten Enden der ersten elektrischen Leitungsstränge 17 eine Öffnung 22. Die Öffnung 22 ermöglicht gemäß 2 ein Herauserstrecken des Gelenkinnenteils 10 aus einer Gehäuseöffnung 23. Von den dem zweiten Polbereich 19 zugewandten Enden der ersten elektrischen Leitungsstränge 17 erstrecken sich Datenverbindungen 20 zu der Mess- und/oder Auswerteeinrichtung 21. Auch hier sind zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit nicht sämtliche Datenverbindungen 20 mit einem Bezugszeichen versehen.
Bei einer alternativen Ausführungsform, insbesondere für ein als Kugelhülse ausgebildetes Gelenkinnenteil, kann auch im ersten Polbereich 18 eine Öffnung gebildet sein, die einer gespiegelten Öffnung 22 entspricht.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht der zweiten Lage 5 mit zweiten elektrischen Leitungssträngen 25 zum Ausbilden der Sensoreinrichtung 15 für das erfindungsgemäße Kugelgelenk 9 gemäß 2. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit sind nicht sämtliche zweite elektrischen Leitungsstränge 25 mit einem Bezugszeichen versehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die zweiten elektrischen Leitungsstränge 25 kreisringartig, insbesondere breitengradartig, ausgebildet. Im Einzelnen sind die zweiten elektrischen Leitungsstränge 25 jeweils als offener Kreisring ausgebildet.
Somit bilden die zweiten elektrischen Leitungsstränge also jeweils keinen geschlossenen Kreisring, sondern weisen aufgrund ihrer offenen Kreisringstruktur jeweils einen Spalt 26 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Spalte 26 der jeweiligen zweiten elektrischen Leitungsstränge 25 zueinander fluchtend angeordnet.
Im Bereich des Spalts 26 sind zwei Enden des jeweiligen zweiten elektrischen Leitungsstrangs 25 einander zugewandt. Jedes Ende der zweiten elektrischen Leitungsstränge 25 ist jeweils mit einer Datenverbindung 24 mit der Mess- und/oder Auswerteeinrichtung 21 verbunden. Die zweiten elektrischen Leitungsstränge 25 sind bei diesem Ausführungsbeispiel parallel zueinander angeordnet sowie gleichmäßig zueinander beabstandet.
Des Weiteren bilden die zweiten elektrischen Leitungsstränge 25 bei diesem Ausführungsbeispiel eine kugelsegmentartige oder sphärische zweite Lage 5. Insbesondere ist die zweite Lage 5 hohlkugelartig oder im Wesentlichen hohlkugelartig ausgebildet. Die kreisringartig ausgebildeten zweiten elektrischen Leitungsstränge 25 weisen zum Ausbilden der kugelsegmentartigen oder hohlkugelförmigen zweiten Lage 5 unterschiedliche Innendurchmesser auf. Ausgehend vom ersten Polbereich 18 mit einem kleinsten Innendurchmesser nimmt der Innendurchmesser der zweiten elektrischen Leitungsstränge 25 bis zu einem maximalen Innendurchmesser in einem mittleren Bereich oder Äquatorbereich in der zweiten Lage 5 zu, um anschließend in Richtung des zweiten Polbereichs 19 wieder abzunehmen. Hierbei weist der dem ersten Polbereich 18 am nächsten liegende zweite elektrische Leitungsstrang 25 einen kleineren Innendurchmesser auf, als der dem zweiten Polbereich 19 am nächsten liegende zweite elektrische Leitungsstrang 25 auf. Hierdurch ist gewährleistet, dass auch die zweite Lage 5 im Bereich des zweiten Polbereichs 19 eine Öffnung 27 bildet, die ein sich Herauserstrecken des Gelenkinnenteil 10 aus der Gehäuseöffnung 23 gemäß 2 ermöglicht. Die zweiten elektrischen Leitungsstränge 25 sind derart angeordnet, dass diese sich nicht kreuzen, schneiden oder überlagern.
Bei einer alternativen Ausführungsform, insbesondere für ein als Kugelhülse ausgebildetes Gelenkinnenteil, kann der dem ersten Polbereich 18 am nächsten liegende zweite elektrische Leitungsstrang 25 einen Innendurchmesser aufweisen, der dem Innendurchmesser des dem zweiten Polbereich 19 entspricht, wodurch auch im ersten Polbereich 18 eine Öffnung gebildet ist, die einer gespiegelten Öffnung 27 entspricht.
In einer alternativen Ausführungsform können die elektrischen Leitungsstränge 17, 25 gemäß 3 und 4 anstelle der Datenverbindungen 20, 24 mittels einer hier nicht näher dargestellten drahtlosen Sendeeinrichtung mit der Mess- und/oder Auswerteeinrichtung 21 verbunden sein.
5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Überlagerung der ersten Lage 3 gemäß 3 und der zweiten Lage 5 gemäß 4 zum Ausbilden der Sensoreinrichtung 15 für das erfindungsgemäße Kugelgelenk 9 gemäß 2. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit sind die Datenverbindungen 20, 24 nicht dargestellt.
Aufgrund der Überlagerung der ersten Lage 3 und der zweiten Lage 5 ergibt sich eine netzartige, gitternetzartige oder matrixartige Gestalt bzw. Ausbildung der Sensoreinrichtung 15. Hierbei ist zu beachten, dass zwischen der ersten Lage 3 und der zweiten Lage 5 die piezoresistive Schicht gemäß 2 angeordnet ist. In jedem Kreuzungsbereich 8, in dem sich jeweils ein einzelner erster elektrischer Leitungsstrang 17 mit einem einzelnen zweiten elektrischen Leitungsstrang 25 kreuzt bzw. überlagert, ist jeweils eine Sensoreinheit 1 gebildet.
Mittels einer Messung bzw. Auswertung der Messsignale sämtlicher Sensoreinheiten 1 der Sensoreinrichtung 15 kann eine dreidimensionale Kraftverteilung der zwischen der Gelenkkugel 11 und dem Gelenkgehäuse 12 gemäß 2 wirkenden Kräfte erfasst bzw. berechnet werden. Dieser dreidimensionalen Kraftverteilung kann zudem eine bestimmte relative Lage des Gelenkinnenteils 10 in Bezug zum Gelenkgehäuse 12 zugeordnet werden. Somit kann mittels der Sensoreinrichtung 15 sowohl eine Belastung als auch eine Auslenkung bzw. Position des Kugelgelenks 9 gemäß 2 bestimmt werden.
Bezugszeichenliste

1: Sensoreinheit
2: Sensoreinrichtung
3: erste Lage
4: erster elektrischer Leitungsstrang
5: zweite Lage
6: zweiter elektrischer Leitungsstrang
7: piezoresistive Schicht
8: Kreuzungsbereich
9: Kugelgelenk
10: Gelenkinnenteil
11: Gelenkkugel
12: Gelenkgehäuse
13: Aufnahme
14: Lagerschale
15: Sensoreinrichtung
16: Isolationsschicht
17: erster elektrischer Leitungsstrang
18: erster Polbereich
19: zweiter Polbereich
20: Datenverbindung
21: Mess- und/oder Auswerteeinrichtung
22: Öffnung
23: Gehäuseöffnung
24: Datenverbindung
25: zweiter elektrischer Leitungsstrang
26: Spalt
27: Öffnung
28: Gehäuseausnehmung

Claims

Kugelgelenk mit einem Gelenkinnenteil (10) und mit einem Gelenkgehäuse (12), das Gelenkgehäuse (12) weist eine Aufnahme (13) auf, wobei in der Aufnahme (13) eine Gelenkkugel (11) des Gelenkinnenteils (10) gelenkbeweglich gelagert ist, und mit einer Sensoreinrichtung (15) zum Erfassen der relativen Lage des Gelenkinnenteils (10) in Bezug zum Gelenkgehäuse (12) und/oder zum Erfassen von zwischen dem Gelenkinnteil (10) und dem Gelenkgehäuse (12) wirkenden Kräften, wobei die Sensoreinrichtung (15) mehrere Sensoreinheiten (1) zum Erfassen jeweils eines einzelnen Messsignals aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Sensoreinheit (1) mittels eines Kreuzungsbereichs (8) von zwei elektrischen Leitungssträngen (17, 25) gebildet ist, wobei die beiden sich im Kreuzungsbereich (8) kreuzenden und/oder überlagernden elektrischen Leitungsstränge (17, 25) mittels einer piezoresistiven Schicht (7) voneinander beabstandet sind.
Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Sensoreinheit (1) als ein Kraftsensor und/oder Drucksensor ausgebildet ist, insbesondere ist mittels einer Auswertung der Messsignale der mehreren Sensoreinheiten (1) sowohl eine Kraftverteilung zwischen der Gelenkkugel (11) des Gelenkinnenteils (10) und der Aufnahme (13) des Gelenkgehäuses (12) als auch eine relative Lage des Gelenkinnteils (10) zum Gelenkgehäuse (12) bestimmbar.
Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste elektrische Leitungsstränge (17) in einer ersten Lage (3) angeordnet sind, wobei die ersten elektrischen Leitungsstränge (17) innerhalb der ersten Lage (3) nicht schneidend zueinander ausgerichtet sind, und mehrere zweite elektrische Leitungsstränge (25) in einer zweiten Lage (5) angeordnet sind, wobei die zweiten elektrischen Leitungsstränge (25) innerhalb der zweiten Lage (5) nicht schneidend zueinander ausgerichtet sind.
Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mehreren ersten elektrischen Leitungsstränge (17) und die mehreren zweiten elektrischen Leitungsstränge (25) getrennt von der piezoresistiven Schicht (7) in mehreren Kreuzungsbereichen (8) zum Ausbilden mehrerer Sensoreinheiten (1), insbesondere rechtwinklig zueinander, kreuzen und/oder überlagern, wobei sich ein einzelner erster elektrischer Leitungsstrang (17) und ein einzelner zweiter elektrischer Leitungsstrang (25) jeweils nur in einem einzigen Kreuzungsbereich (8) zum Ausbilden einer Sensoreinheit (1) kreuzen und/oder überlagern.
Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (15) zwischen der Gelenkkugel (11) und dem Gelenkgehäuse (12) angeordnet ist, insbesondere ist die Sensoreinrichtung (15) zwischen einer Lagerschale (14) und dem Gelenkgehäuse (12) angeordnet, wobei die Gelenkkugel (11) gelenkbeweglich in der Lagerschale (14) gelagert ist.
Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leitungsstränge (17) mindestens abschnittsweise eine Kreisbogenkontur aufweisen, wobei die Kreisbogenkontur die Gelenkkugel (11) zumindest abschnittweise umläuft und/oder umringt, insbesondere sind die Kreuzungsbereiche (8) im Abschnitt der elektrischen Leitungsstränge (17, 25) mit der Kreisbogenkontur angeordnet.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten elektrischen Leitungsstränge (17) eine zylinderartige oder kugelsegmentartige erste Lage (3) und/oder die zweiten elektrischen Leitungsstränge (25) eine zylinderartige oder kugelsegmentartige zweite Lage (5) bilden.
Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leitungsstränge (17, 25) entlang einer Seitenfläche der piezoresistiven Schicht (7) geführt sind und die piezoresistive Schicht (7) kontaktieren, insbesondere sind die elektrischen Leitungsstränge (17, 25), vorzugsweise zueinander und/oder gegenüber dem Gelenkgehäuse (12) und/oder dem Gelenkinnenteil (10), in einem von der piezoresistiven Schicht (7) abgewandten Bereich mittels einer Isolationsschicht (16) elektrisch isoliert.
Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoresistive Schicht (7) jeweils auf den Kreuzungsbereich (8) von zwei sich kreuzenden und/oder überlagernden elektrischen Leitungssträngen (17, 25) beschränkt ist.
Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leitungsstränge (17, 25) mit einer Mess- und/oder Auswerteeinrichtung (21) verbunden sind, insbesondere ist mittels der Mess- und/oder Auswerteeinrichtung (21) jeweils der elektrische Widerstand einer einzelnen Sensoreinheit (1), vorzugsweise eines Paars aus einem einzigen ersten elektrischen Leitungsstrang (17) und einem einzigen zweiten Leitungsstrang (25), messbar.
Verfahren zum Bestimmen einer Belastung und/oder Auslenkung eines Kugelgelenks (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine relative Lage eines Gelenkinnenteils (10) in Bezug zu einem Gelenkgehäuse (12) des Kugelgelenks (9) erfasst wird und/oder zwischen dem Gelenkinnenteil (10) und dem Gelenkgehäuse (12) wirkende Kräfte erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoreinheiten (1) einer Sensoreinrichtung (15) des Kugelgelenks (9), insbesondere mittels einer Mess- und/oder Auswerteeinheit (21), mittels einer vorgegebenen Abtastfrequenz ausgemessen werden, insbesondere werden die mehreren Sensoreinheiten (1) innerhalb eines Abtastintervalls nacheinander und/oder jeweils einzeln ausgemessen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von Messung von mehreren Sensoreinheiten (1) einer Sensoreinrichtung (15), insbesondere von jeweils einzelnen Messungen der jeweiligen Sensoreinheit (1) innerhalb eines Abtastintervalls, eine dreidimensionale Kraftverteilung der zwischen einer Gelenkkugel (11) des Gelenkinnenteils (10) und dem Gelenkgehäuse (12), insbesondere einer Gehäuseausnehmung (28) des Gelenkgehäuses (12), wirkenden Kräfte erfasst und/oder berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer mittels mehrerer Sensoreinheiten (1) einer Sensoreinrichtung (15) erfassten Kraftverteilung eine relative Lage des Gelenkinnenteils (10) in Bezug zum Gelenkgehäuse (12) bestimmt wird, insbesondere wird die erfasste Kraftverteilung einer bestimmten von mehreren in einer Lookup-Tabelle hinterlegten Kraftverteilung zugeordnet, wobei der hinterlegten Kraftverteilung mittels der Lookup-Tabelle eine bestimmte relative Lage des Gelenkinnenteils (10) in Bezug zum Gelenkgehäuse (12) entnommen wird.