DE10243399B4 - Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung für ein Kugelgelenk - Google Patents

Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung für ein Kugelgelenk Download PDF

Info

Publication number
DE10243399B4
DE10243399B4 DE10243399A DE10243399A DE10243399B4 DE 10243399 B4 DE10243399 B4 DE 10243399B4 DE 10243399 A DE10243399 A DE 10243399A DE 10243399 A DE10243399 A DE 10243399A DE 10243399 B4 DE10243399 B4 DE 10243399B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ball
tilt angle
detection device
angle detection
rotary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10243399A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10243399A1 (de
Inventor
Jochen Dr. Kruse
Joachim Spratte
Michael Klank
Oliver Hagedorn
Horst Dr. Dötsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Lemfoerder GmbH
Original Assignee
ZF Lemfoerder GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to DE10243399A priority Critical patent/DE10243399B4/de
Application filed by ZF Lemfoerder GmbH filed Critical ZF Lemfoerder GmbH
Priority to JP2004538722A priority patent/JP2005539238A/ja
Priority to EP03753310A priority patent/EP1540286A1/de
Priority to PCT/DE2003/003102 priority patent/WO2004029556A1/de
Priority to CNB038062542A priority patent/CN1324302C/zh
Priority to KR1020047008766A priority patent/KR20050049426A/ko
Publication of DE10243399A1 publication Critical patent/DE10243399A1/de
Priority to US10/912,701 priority patent/US7171330B2/en
Priority to HK05111447A priority patent/HK1079565A1/xx
Application granted granted Critical
Publication of DE10243399B4 publication Critical patent/DE10243399B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/019—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the type of sensor or the arrangement thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/344—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using polarisation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2204/00—Indexing codes related to suspensions per se or to auxiliary parts
    • B60G2204/10—Mounting of suspension elements
    • B60G2204/11—Mounting of sensors thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2204/00—Indexing codes related to suspensions per se or to auxiliary parts
    • B60G2204/40—Auxiliary suspension parts; Adjustment of suspensions
    • B60G2204/416—Ball or spherical joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2401/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60G2401/14—Photo or light sensitive means, e.g. Infrared
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2401/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60G2401/17—Magnetic/Electromagnetic

Abstract

Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung für ein Kugelgelenk mit einem in einer Kugelschale (3) dreh- und schwenkbar gelagerten und eine Gelenkkugel (1a) und einen Zapfen (1b) aufweisenden Kugelzapfen (1), wobei mindestens ein Magnet (2), insbesondere ein Permanentmagnet in der Gelenkkugel (1a) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine auf dem magnetooptischen Effekt basierende Anzeigevorrichtung (4) zum Anzeigen des Magnetfelds des mindestens einen Magneten (2), eine Bilderfassungseinrichtung (10) zum Erfassen der von der Anzeigevorrichtung (4) angezeigten Information und eine Datenverarbeitungseinheit zum Berechnen der Lage des Kugelzapfens (1) zur Kugelschale (3) anhand der erfassten Informationen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dreh- und Kippwinkelerfassungseinrichtung für ein Kugelgelenk.
  • Kugelgelenke sind wichtige mechanische Bauteile, da sie drei Freiheitsgrade zulassen. Beispielhaft seien hier nur Joysticks und Fahrzeugbauteile als zwei typische Kugelgelenkanwendungen genannt. Bislang stellt die Messung der Dreh- und Kippwinkel jedoch ein wesentliches Problem für den Einsatz der Kugelgelenke dar. Zur Messung des Drehwinkels sind verschiedenste Drehwinkelsensoren bekannt. Sie verwenden meist ein stationäres Magnetfeld in dem ein Sensor angeordnet ist, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Kugelgelenks verändert. Nachteil dieser Sensoren ist, dass sie ausschließlich die Drehbewegung ermitteln und die Kippbewegung des Kugelgelenks nicht mit erfassen. Soll die Kippbewegung mit erfasst werden, so ist nachteilig eine aufwendige Verkopplung mehrerer Sensoren notwendig.
  • So ist aus der europäischen Patentschrift EP 0 617 260B1 eine Messeinrichtung mit einem magnetoresistiven Sensor zur berührungslosen, kontinuierlichen Messung der Lageänderung einer Kraftfahrkarosserie bekannt, wobei ein Permanentmagnet im oberen Scheitelpunkt eines Kugelkopfes eines Kugelgelenks und der Sensor im Bereich unterhalb des Scheitelpunktes der Öffnung der Kugelgelenkpfanne angeordnet ist.
  • Sensoren, die auf Basis von Hall-Sensoren funktionieren, weisen nachteilig eine hohe Empfindlichkeit gegenüber äußeren Magnetfeldern und Temperaturschwankungen auf. Auch wirkt sich beim Einsatz von Hall-Sensoren nachteilig aus, dass die Alterung der anregenden Magnete nicht kompensiert wird. Ferner ist die Berechnung der Dreh- und Kippwinkel sehr aufwendig, sowie eine Hinterlegung eines Kennfeldes in den meisten Fällen notwendig.
  • Darüber hinaus ist aus der US 5,861,876 A eine Positionserkennungseinrichtung bekannt, welche aus einem rohrförmigen Gehäuse, einer in diesem endseitig geführten und auf der Oberfläche mit Markierungen versehenen vollständig frei drehbaren Kugel besteht. Zudem ist eine Auswerteelektronik vorgesehen, welche die Drehbewegung des auf der Kugeloberfläche befindlichen Markierungsmusters mittels eines von der Kugel reflektierten Lichtstrahles über einen optischen Sensor erfasst und damit die Drehbewegung der Kugel selbst. Der Lichtstrahl als Ausgangssignal wird dabei von einer separaten, außerhalb der Kugel angeordneten Quelle erzeugt.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen in seinem Aufbau relativ einfachen Sensor bzw. einfache Sensoranordnung bereitzustellen, mittels derer die Dreh- und Kippbewegung eines Kugelgelenks ermittelbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Kugelgelenks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Kugelgelenks ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
  • Die Autoindustrie hat großes Interesse an Sensoren, die die Position des Rades gegenüber der Straße detektieren. Das Kugelgelenk bildet diese Position ab. So werden Kugelgelenke z.B. in der Vorderachse von Fahrzeugen verwendet, wobei das Kugelgelenk beispielsweise zwischen dem Achslenker und dem Radlagergehäuse angeordnet ist. Durch Lenkbewegungen wird das Kugelgelenk gedreht. Beim Einfedern führt es dagegen eine Kippbewegung durch.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht sowohl die Dreh- als auch die Kippbewegung des Kugelgelenks zu ermitteln, wobei vorteilhaft der Sensor berührungslos arbeitet. Die Erfindung sieht vor, dass mindestens ein Magnet an oder in der Gelenkkugel oder dem Kugelzapfen angeordnet ist. Das erzeugte resultierende Magnetfeld wird mittels des magnetooptischen Effekts sichtbar gemacht. Eine optische Erfassungseinrichtung ermittelt dann das sichtbar gemachte Magnetfeld, wobei durch das gegenüber der Ausgangsposition veränderte Magnetfeld die Verdrehung bzw. Verkippung des Kugelgelenks ermittelt werden kann.
  • Vorteilhaft werden zwei Permanentmagnete im Polbereich der Gelenkkugel parallel und in einem gewissen Abstand zueinander angeordnet. Die Magnete können prinzipiell aus jedem beliebigem Material gefertigt sein und eine beliebige insbesondere stabförmige Form aufweisen. Vorteilhaft werden NdFeB-Magnete verwendet, die einen Durchmesser von 1 mm und eine Länge von 2 mm aufweisen, wobei der eine Magnet mit seinem Nordpol zur Oberfläche der Gelenkkugel und der andere Magnet mit seinem Südpol zur Oberfläche der Gelenkkugel ausgerichtet ist. Es ist möglich, dass der Polbereich der Gelenkkugel abgeflacht ausgebildet ist. Hierdurch entsteht ein Raum zwischen Kugelaußenfläche und Kugelschale, welcher als Fettraum bzw. Fettdepot verwendet werden kann. Sofern dieser Raum mit Schmierfett aufgefüllt ist, garantiert er, dass das Kugelgelenk sich selbst fortwährend schmiert. Bei dieser Ausgestaltung des Kugelgelenks ist es möglich, dass die Anzeigevorrichtung in Form einer magnetooptischen Platte unmittelbar hinter dem Fettraum angeordnet ist oder aber einen Wandbereich des Fettraums selbst bildet. Im letzteren Falle wird vorteilhaft das von den Magneten erzeugte Magnetfeld nicht durch das Material der Lagerschale negativ beeinflusst oder abgelenkt. Hierdurch kann relativ genau das resultierende Magnetfeld des mindestens einen Magneten angezeigt bzw. detektiert werden. Die Anzeigevorrichtung kann auch am Kugelgelenkgehäuse vorgesehen oder mit diesem einstückig ausgebildet sein.
  • Die Anzeigevorrichtung hat vorteilhaft eine magnetooptische Sensorschicht, welche wie vorbeschrieben, erfindungsgemäß in unmittelbarer Nähe, insbesondere nur wenige Millimeter bzw. zehntel Millimeter im Abstand zum Magneten angeordnet ist. Die Anzeigevorrichtung kann z.B. während des Herstellungsprozesses der Lagerschale mit in diese integriert bzw. eingeformt werden. Sie kann jedoch auch als getrenntes Modul zusammen mit der optischen Erfassungs- und/oder Auswerteeinrichtung an der Lagerschale fixiert bzw. befestigt werden.
    •
  • Damit eine Verdrehung und Kippung des Kugelgelenks besser detektierbar ist, sollten die Magnete nicht zu dicht zueinander angeordnet sein. Der Abstand hängt dabei u.a. auch von dem Abstand und der Dicke der magnetooptischen Sensorschicht ab.
  • Nachfolgend werden erfindungsgemäße Ausführungsformen anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1: eine Querschnittsdarstellung durch ein Kugelgelenk mit erfindungsgemäßer Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung;
  • 1a: eine alternative Anordnung eines Permanentmagneten in einer Gelenkkugel;
  • 2: mittels des magnetooptischen Effekts angezeigtes resultierendes Magnetfeld der beiden in 1 dargestellten Permanentmagnete, wobei sich das Kugelgelenk in seiner Ausgangsstellung befindet;
  • 3: angezeigtes Magnetfeld bei in X-Richtung gekipptem Kugelgelenk;
  • 4: angezeigtes Magnetfeld bei in Y-Richtung gekipptem Kugelgelenk;
  • 5: angezeigtes Magnetfeld bei in Y-Richtung gekipptem und gleichzeitig verdrehtem Kugelgelenk;
  • Die 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch ein Kugelgelenk mit einer erfindungsgemäßen Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung. Das Kugelgelenk besteht aus einem Kugelzapfen 1, der mit seiner an den Zapfen 1b angeformten Gelenkkugel 1a in einer Lagerschale (Kugelschale) 3 einliegt. Die Polfläche 1c der Gelenkkugel 1a ist abgeflacht, so dass zwischen Gelenkkugel 1a und der Lagerschale 3 ein Freiraum 3a entsteht, der als Fettraum bzw. Fettdepot verwendet werden kann. In der Gelenkkugel 1a sind im Polbereich zwei Permanentmagnete 2 parallel zueinander beabstandet angeordnet, wobei der eine Permanentmagnet 2 mit seinem Nordpol N und der andere Permanentmagnet 2 mit seinem Südpol S in Richtung Polfläche 1c ausgerichtet ist bzw. weist. Die Permanentmagnete 2 können entweder in Aussparungen eingesetzt und z.B. mittels eines Klebers mit der Gelenkkugel 1a fest verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, die Magnete 2 während des Herstellungsprozesses des Kugelzapfens 1 mit einzuformen bzw. einzugießen.
  • Unterhalb der Polfläche bzw. in unmittelbarer Nähe zu den Magneten 2 ist die ' Anzeigevorrichtung 4 in Form einer magnetooptischen Platte angeordnet. In 1 liegt zwischen der Platte 4 und den Magneten der Fettraum 3a sowie das Material der Lagerschale 3. Es ist in einer alternativen Ausführungsform ebenso möglich, dass die Platte 4 einen Wandbereich des Fettraums 3a bildet, so dass sich kein Lagerschalenmaterial zwischen Platte 4 und den Magneten 2 befindet. Entsprechende auf dem magnetooptischen Faraday-Effekt basierende magnetooptische Platten sind hinreichend durch die Literatur beschrieben und werden deshalb hier nicht weiter erläutert. Die optische Platte ändert ihre optischen Eigenschaften je nach magnetischer Feldstärke. Die Magnete 2 erzeugen ein Magnetfeld, so dass sich die magnetische Feldstärke über die optische Platte hin ändert. Wird die Platte beleuchtet, so werden die elektromagnetischen Wellen in Abhängigkeit des magnetischen Feldes unterschiedlich reflektiert, so dass sich im reflektierten Strahlengang ein Bild detektieren lässt, welches Rückschlüsse auf das Magnetfeld im Bereich der optischen Platte zulässt, wodurch wiederum die relative Lage des Kugelgelenks berechenbar ist. Zur Beleuchtung der optischen Platte dient ein Leuchtmittel 5, dessen Strahlen S durch eine Linse 6 und einen Polarisator 7 unter einem Winkel auf die optische Platte 4 treffen, von wo sie entsprechend beziehungsweise in Abhängigkeit des jeweils an dem Reflektionspunkt vorherrschenden magnetischen Feldes mehr oder weniger gut reflektiert werden und über einen als Analysator 8 bezeichneten Polarisationsfilter und einer Linse 9 zum Bilderfassungssensor 10 gelangen. Polarisator 7 und Analysator 8 sind um einen Winkel von 45° gegeneinander verdreht angeordnet. Die Auswerteelektronik, welche anhand der ermittelten Bildinformation die Verdrehung bzw. Verkippung des Kugelgelenks vornimmt, ist in 1 nicht dargestellt. Die von dem Bilderfassungssensor bzw. der Bilderfassungseinrichtung 10 in digitale Signale umgewandelte Bildinformation ist beispielhaft in den 2 bis 5 dargestellt.
  • Das Leuchtmittel 5 kann durch Leuchtdioden (LEDs) oder aber auch durch eine andere extern angeordnete Lichtquelle, deren Strahlen z.B. mittels eines Lichtleiters an den benötigten Ort geleitet werden, gebildet sein. Die Bilderfassungseinrichtung kann z.B. ein handelsüblicher CCD-Chip (CCD = charge coupled device ≈ ladungsgekoppeltes Bauelement) sein.
  • Die 1a zeigt eine alternative Anordnung eines einzelnen Permanentmagneten 2' im Polbereich einer Gelenkkugel 1a'. Bei dieser Ausführungsform ist der Magnet 2' parallel zur abgeflachten Polfläche angeordnet, so dass dessen Süd- und Nordpol die notwendigen Magnetfeldstärkeunterschiede im Bereich der nicht dargestellten optischen Platte erzeugt.
  • Die 2 zeigt die ermittelbare Bildinformation 11, welche sich auf der optischen Platte durch die Magnetfeldstärkeunterschiede ergibt. Das Kugelgelenk befindet sich hierbei in seiner Nulllage, d.h. es ist weder verdreht noch gekippt. Der Nordpol des einen Permanentmagneten verursacht eine positive Faradaydrehung, wohingegen der Südpol eine negative Faradaydrehung hervorruft. Dadurch, dass der Polarisator 7 und der Analysator 8 um 45° gegeneinander verdreht angeordnet sind, ist die Photoresponsekurve linear, wodurch der die Bildinformation ermittelnde Sensor (CCD-Sensor) je nach Vorzeichen der Magnetisierung mehr oder weniger Licht detektiert. Der Nordpol des einen Magneten erzeugt somit einen dunklen Fleck MD und der Südpol einen hellen Fleck MH. Sofern die Ausgangslage der dunklen und hellen Flecken MD und MH bekannt sind, kann wie in den 3 bis 5 dargestellt, aus deren relativen Verschiebungen die Verdrehung und Verkippung des Kugelgelenks berechnet werden.
  • In den 3 bis 5 sind Ausgangslagen des hellen und dunklen Flecks MD und MH gestrichelt dargestellt. Die Ausgangslagen sind bevorzugt in einem Festwertspeicher nach erfolgter Kalibrierung abgelegt. Die 3 zeigt die Verkippung des Kugelgelenks in X-Richtung. Der dunkle Fleck MD' sowie der helle Fleck MH' wandern beide nach rechts bzw. verschieben sich um die Weglänge dx. Aus der Verschiebung dx lässt sich bei bekannter Geometrie des Kugelgelenks sowie der Dreh- und Kippdetektierungseinrichtung die Verkippung berechnen. Analog erfolgt die Verschiebung des dunklen und hellen Flecks MD'' und MH'' in Y-Richtung, wie in 4 dargestellt.
  • Sofern das Kugelgelenk verkippt und verdreht wird, ändert sich die relative Lage der Flecken MD''' und MH''' zur Ausgangslage erneut, wobei durch die relativen Verschiebungen bzw. Entfernungen dx', dx'' sowie dy' und dy'' der Verdrehwinkel α, sowie die Verkippung in X- und Y-Richtung berechenbar ist. Der Verdrehwinkel α des Kugelgelenks ergibt sich dabei durch den Winkel zwischen den Verbindungslinien der verschobenen Flecken MD''' und MH''' sowie der gestrichelt dargestellten Flecken.
  • Es versteht sich von selbst, dass auch mehr als zwei Permanentmagnete verwendet werden können. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass der Abstand zwischen den Magneten nicht zu gering gewählt wird, so dass die hellen und dunklen Flecken durch die Bildbearbeitungssoftware noch hinreichend scharf ermittelt werden können, so dass sich genaue Ergebnisse bzgl. der Lage des Kugelgelenks berechnen lassen.
  • Die erfindungsgemäße Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung ist selbstverständlich für alle Arten und Bauformen von Kugelgelenken verwendbar.
    • 1
    Kugelzapfen
    1a, 1a'
    Gelenkkugel
    1b
    Zapfen
    1c
    Polfläche
    2, 2'
    Permanentmagnet
    3
    Lagerschale (Kugelschale)
    3a
    Freiraum
    4
    Anzeigevorrichtung (magnetooptischen Platte)
    5
    Leuchtmittel
    6
    Linse
    7
    Polarisator
    8
    Analysator (Polarisationsfilter)
    9
    Linse
    10
    Bilderfassungssensor
    11
    Bildinformation
    S
    Strahlen
    MD, MD', MD''
    dunkler Fleck
    MH, MH', MH''
    heller Fleck
    dx, dx', dx''
    Weglänge in X-Richtung
    dy, dy', dy''
    Weglänge in Y-Richtung
    α
    Verdrehwinkel

Claims (11)

  1. Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung für ein Kugelgelenk mit einem in einer Kugelschale (3) dreh- und schwenkbar gelagerten und eine Gelenkkugel (1a) und einen Zapfen (1b) aufweisenden Kugelzapfen (1), wobei mindestens ein Magnet (2), insbesondere ein Permanentmagnet in der Gelenkkugel (1a) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine auf dem magnetooptischen Effekt basierende Anzeigevorrichtung (4) zum Anzeigen des Magnetfelds des mindestens einen Magneten (2), eine Bilderfassungseinrichtung (10) zum Erfassen der von der Anzeigevorrichtung (4) angezeigten Information und eine Datenverarbeitungseinheit zum Berechnen der Lage des Kugelzapfens (1) zur Kugelschale (3) anhand der erfassten Informationen.
  2. Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Permanentmagnete (2) nebeneinander und zueinander beabstandet in der Gelenkkugel (1a) angeordnet sind, wobei jeweils mindestens ein Nord- und ein Südpol der Magnete (2) zur Oberfläche der Gelenkkugel (1a) gewandt ist.
  3. Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine magnetooptische Platte als Anzeigevorrichtung (4) außen an der Kugelschale (3) des Kugelgelenks angeordnet ist oder einen integralen Bestandteil der Lagerschale bildet.
  4. Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Lichtquelle (5) die magnetooptische Platte (4) mit polarisierten elektromagnetischen Wellen (S) unter einem bestimmtem Winkel bestrahlt wird, und dass ein optischer Sensor als Bilderfassungseinrichtung (10) so angeordnet ist, dass die von der magnetooptischen Platte (4) reflektierten elektromagnetischen Wellen (S) nach Durchtritt mindestens eines Polarisationsfilters (8) auf den optischen Sensor (10) fallen.
  5. Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Linsen (6, 9) im Strahlengang der elektromagnetischen Wellen (S) zu deren Bündelung und/oder Fokussierung angeordnet sind.
  6. Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Datenverarbeitungseinheit der Drehwinkel und/oder Kippwinkel des Kugelgelenks anhand der relativen Änderung und/oder der absoluten Position (dx, dx', dx''; dy, dy', dy'') von mittels der Anzeigevorrichtung (4) angezeigten hellen und/oder dunklen Stellen (MD, MD', MD'', MD'''; MH, MH', MH'', MH'''), welche durch die Magnetfelder von mindestens zwei Polen eines oder mehrerer Magnete(n) (2) erzeugt werden, ermittelt wird.
  7. Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Dreh- und Kippwinkelerfassungseinrichtung die Einfederungshöhe eines Kraftfahrzeugs ermittelbar ist.
  8. Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (4) einen Fettraum (3a) nach außen abdichtet.
  9. Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (4) einen Wandbereich des Fettraums (3a) bildet.
  10. Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (4) in die Lagerschale (3) eingeformt, eingegossen oder an dieser befestigt ist.
  11. Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelzapfen (1) aus ferromagnetischem Material, insbesondere Stahl ist.
DE10243399A 2002-09-18 2002-09-18 Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung für ein Kugelgelenk Expired - Fee Related DE10243399B4 (de)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10243399A DE10243399B4 (de) 2002-09-18 2002-09-18 Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung für ein Kugelgelenk
EP03753310A EP1540286A1 (de) 2002-09-18 2003-09-17 Dreh- und/oder kippwinkelerfassungseinrichtung für ein kugelgelenk
PCT/DE2003/003102 WO2004029556A1 (de) 2002-09-18 2003-09-17 Dreh- und/oder kippwinkelerfassungseinrichtung für ein kugelgelenk
CNB038062542A CN1324302C (zh) 2002-09-18 2003-09-17 用于一个球窝接头的旋转和/或倾翻角度测量装置
JP2004538722A JP2005539238A (ja) 2002-09-18 2003-09-17 ボールジョイント用の回転角検出兼傾倒角検出装置
KR1020047008766A KR20050049426A (ko) 2002-09-18 2003-09-17 볼-소켓 조인트 용 회전각 및/또는 경사각 기록장치
US10/912,701 US7171330B2 (en) 2002-09-18 2004-08-05 Rotation and/or tilt angle detection means for a ball and socket joint
HK05111447A HK1079565A1 (en) 2002-09-18 2005-12-13 Rotational and/or tilting angle recording device for a balljoint

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10243399A DE10243399B4 (de) 2002-09-18 2002-09-18 Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung für ein Kugelgelenk

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10243399A1 DE10243399A1 (de) 2004-04-01
DE10243399B4 true DE10243399B4 (de) 2006-10-05

Family

ID=31969231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10243399A Expired - Fee Related DE10243399B4 (de) 2002-09-18 2002-09-18 Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung für ein Kugelgelenk

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7171330B2 (de)
EP (1) EP1540286A1 (de)
JP (1) JP2005539238A (de)
KR (1) KR20050049426A (de)
CN (1) CN1324302C (de)
DE (1) DE10243399B4 (de)
HK (1) HK1079565A1 (de)
WO (1) WO2004029556A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022202793B3 (de) 2022-03-22 2023-06-07 Zf Friedrichshafen Ag Kugelgelenk für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs und Verfahren zum Erfassen mindestens eines von einem Signalgeber ausgehenden Signals mittels eines Signalempfängers

Families Citing this family (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10341466B4 (de) * 2003-09-05 2009-12-03 Zf Friedrichshafen Ag Kugelzapfen
DE102005012245B4 (de) * 2005-03-15 2009-04-02 Zf Friedrichshafen Ag Radaufhängung für ein Fahrzeug
DE102005034149B3 (de) * 2005-07-19 2007-03-08 Zf Friedrichshafen Ag Messvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
EP1770864A1 (de) * 2005-10-01 2007-04-04 Delphi Technologies, Inc. Dreh-Zugschalter für ein Kraftfahrzeug
DE202005019271U1 (de) * 2005-12-09 2006-02-16 Trw Automotive Safety Systems Gmbh Mehrstufiger kontaktloser Schalter
JP5132065B2 (ja) * 2006-03-13 2013-01-30 富士通コンポーネント株式会社 ３自由度回転検出装置及びその方法
KR100794762B1 (ko) * 2006-04-17 2008-01-21 양재우 단일 홀 센서를 이용한 구형관절 구조의 비접촉식전자조이스틱
US7686287B2 (en) * 2006-08-29 2010-03-30 The Boeing Company Method and device for positioning a workpiece
US20080085151A1 (en) * 2006-10-04 2008-04-10 Pazdirek Jiri V Light weight ball joint
GB2447672B (en) 2007-03-21 2011-12-14 Ford Global Tech Llc Vehicle manoeuvring aids
US20090206133A1 (en) * 2008-02-14 2009-08-20 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Articulatable loading units for surgical stapling and cutting instruments
US20110003529A1 (en) * 2009-07-01 2011-01-06 Anna Ehrsam Magnetically coupled mannequin joint
US9513103B2 (en) * 2011-04-19 2016-12-06 Ford Global Technologies, Llc Hitch angle sensor assembly
US9937953B2 (en) 2011-04-19 2018-04-10 Ford Global Technologies, Llc Trailer backup offset determination
US9335163B2 (en) 2011-04-19 2016-05-10 Ford Global Technologies, Llc Trailer length estimation in hitch angle applications
US10196088B2 (en) 2011-04-19 2019-02-05 Ford Global Technologies, Llc Target monitoring system and method
US9683848B2 (en) 2011-04-19 2017-06-20 Ford Global Technologies, Llc System for determining hitch angle
US9434414B2 (en) 2011-04-19 2016-09-06 Ford Global Technologies, Llc System and method for determining a hitch angle offset
US8602376B2 (en) * 2011-05-31 2013-12-10 Nite Ize, Inc. Multi-positional mount for personal electronic devices with a magnetic interface
USD734746S1 (en) 2011-05-31 2015-07-21 Nite Ize, Inc. Phone kit
US9373044B2 (en) 2011-07-25 2016-06-21 Ford Global Technologies, Llc Trailer lane departure warning system
EP2664897B1 (de) * 2012-05-16 2014-07-02 SICK STEGMANN GmbH Drehgeber und Verfahren zur Bestimmung einer Winkelstellung
CZ2013163A3 (cs) * 2013-03-05 2014-04-30 Lesikar, A.S. Snímač otáček
US9445751B2 (en) 2013-07-18 2016-09-20 Sleepiq Labs, Inc. Device and method of monitoring a position and predicting an exit of a subject on or from a substrate
CN103527620B (zh) * 2013-10-23 2015-09-16 合肥工业大学 可实现回转角度测量的球铰链及测量方法
CN104132675B (zh) * 2014-07-14 2016-05-18 杭州电子科技大学 一种基于球面电容的球面铰链运动方位测量方法
US9517668B2 (en) 2014-07-28 2016-12-13 Ford Global Technologies, Llc Hitch angle warning system and method
US9963004B2 (en) 2014-07-28 2018-05-08 Ford Global Technologies, Llc Trailer sway warning system and method
US9533683B2 (en) 2014-12-05 2017-01-03 Ford Global Technologies, Llc Sensor failure mitigation system and mode management
CN104440935A (zh) * 2014-12-23 2015-03-25 重庆花金王科技开发有限公司璧山分公司 可作为关节使用的三维角度传感器
US9607242B2 (en) 2015-01-16 2017-03-28 Ford Global Technologies, Llc Target monitoring system with lens cleaning device
US9522699B2 (en) 2015-02-05 2016-12-20 Ford Global Technologies, Llc Trailer backup assist system with adaptive steering angle limits
US9616923B2 (en) 2015-03-03 2017-04-11 Ford Global Technologies, Llc Topographical integration for trailer backup assist system
CN107532640B (zh) * 2015-03-13 2019-09-06 赛迈道依茨-法尔意大利股份公司 具有旋转传感器装置的球接头组件
US9804022B2 (en) 2015-03-24 2017-10-31 Ford Global Technologies, Llc System and method for hitch angle detection
US10611407B2 (en) 2015-10-19 2020-04-07 Ford Global Technologies, Llc Speed control for motor vehicles
US10384607B2 (en) 2015-10-19 2019-08-20 Ford Global Technologies, Llc Trailer backup assist system with hitch angle offset estimation
US9836060B2 (en) 2015-10-28 2017-12-05 Ford Global Technologies, Llc Trailer backup assist system with target management
US10017115B2 (en) 2015-11-11 2018-07-10 Ford Global Technologies, Llc Trailer monitoring system and method
US9798953B2 (en) 2015-12-17 2017-10-24 Ford Global Technologies, Llc Template matching solution for locating trailer hitch point
US10155478B2 (en) 2015-12-17 2018-12-18 Ford Global Technologies, Llc Centerline method for trailer hitch angle detection
US10011228B2 (en) 2015-12-17 2018-07-03 Ford Global Technologies, Llc Hitch angle detection for trailer backup assist system using multiple imaging devices
US9610975B1 (en) 2015-12-17 2017-04-04 Ford Global Technologies, Llc Hitch angle detection for trailer backup assist system
US9934572B2 (en) 2015-12-17 2018-04-03 Ford Global Technologies, Llc Drawbar scan solution for locating trailer hitch point
US9827818B2 (en) 2015-12-17 2017-11-28 Ford Global Technologies, Llc Multi-stage solution for trailer hitch angle initialization
US9796228B2 (en) 2015-12-17 2017-10-24 Ford Global Technologies, Llc Hitch angle detection for trailer backup assist system
US10005492B2 (en) 2016-02-18 2018-06-26 Ford Global Technologies, Llc Trailer length and hitch angle bias estimation
CN105758285B (zh) * 2016-03-04 2018-05-01 合肥工业大学 基于并行误差分离法的大型圆柱廓形在线测量重构方法
US10106193B2 (en) 2016-07-01 2018-10-23 Ford Global Technologies, Llc Enhanced yaw rate trailer angle detection initialization
US10046800B2 (en) 2016-08-10 2018-08-14 Ford Global Technologies, Llc Trailer wheel targetless trailer angle detection
US10222804B2 (en) 2016-10-21 2019-03-05 Ford Global Technologies, Llc Inertial reference for TBA speed limiting
EP3379222B1 (de) 2017-03-22 2020-12-30 Methode Electronics Malta Ltd. Auf magnetoelastik basierte sensoranordnung
US10710585B2 (en) 2017-09-01 2020-07-14 Ford Global Technologies, Llc Trailer backup assist system with predictive hitch angle functionality
DE18907724T1 (de) 2018-02-27 2021-03-25 Methode Electronics, Inc. Schleppsysteme und Verfahren mit Verwendung von Magnetfeldmessung
US11135882B2 (en) 2018-02-27 2021-10-05 Methode Electronics, Inc. Towing systems and methods using magnetic field sensing
US11221262B2 (en) 2018-02-27 2022-01-11 Methode Electronics, Inc. Towing systems and methods using magnetic field sensing
US11014417B2 (en) 2018-02-27 2021-05-25 Methode Electronics, Inc. Towing systems and methods using magnetic field sensing
US11491832B2 (en) 2018-02-27 2022-11-08 Methode Electronics, Inc. Towing systems and methods using magnetic field sensing
US11084342B2 (en) 2018-02-27 2021-08-10 Methode Electronics, Inc. Towing systems and methods using magnetic field sensing
CN108691885A (zh) * 2018-07-06 2018-10-23 北斗地网（重庆）科技集团有限公司 一种万向调节式无线网络设备
US11077795B2 (en) 2018-11-26 2021-08-03 Ford Global Technologies, Llc Trailer angle detection using end-to-end learning
US10829046B2 (en) 2019-03-06 2020-11-10 Ford Global Technologies, Llc Trailer angle detection using end-to-end learning

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4931634A (en) * 1987-12-28 1990-06-05 Teijin Seiki Company Limited Optical position sensor using Kerr effect and a magnetic scale
EP0617260B1 (de) * 1993-03-23 1997-12-29 Hella KG Hueck & Co. Fahrzeugniveaugeber
US5861876A (en) * 1993-05-31 1999-01-19 Sony Corporation Position detecting apparatus

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4931635A (en) * 1987-12-01 1990-06-05 Teijin Seiki Company Limited Optical position sensor using Faraday effect element and magnetic scale
CN2201668Y (zh) * 1993-11-19 1995-06-21 隆礼湘 一种汽车用转数传感装置
CN2220629Y (zh) * 1995-01-11 1996-02-21 北京市中联工贸公司 一种磁敏角度传感器
US5513847A (en) * 1995-07-10 1996-05-07 Hu; Chih-Chang Magnetically restored golf practice device with visual and audio display
JP2887285B1 (ja) * 1998-03-19 1999-04-26 川崎重工業株式会社 球ジョイント回転検出装置
FR2784456B1 (fr) * 1998-10-09 2000-12-08 Sextant Avionique Dispositif de mesure de distance a effet magneto-optique et chaine de mesure incorporant ce dispositif
US6382865B1 (en) * 1999-06-21 2002-05-07 Richard C. Paxman Base-mounted lubricated ball joint

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4931634A (en) * 1987-12-28 1990-06-05 Teijin Seiki Company Limited Optical position sensor using Kerr effect and a magnetic scale
EP0617260B1 (de) * 1993-03-23 1997-12-29 Hella KG Hueck & Co. Fahrzeugniveaugeber
US5861876A (en) * 1993-05-31 1999-01-19 Sony Corporation Position detecting apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022202793B3 (de) 2022-03-22 2023-06-07 Zf Friedrichshafen Ag Kugelgelenk für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs und Verfahren zum Erfassen mindestens eines von einem Signalgeber ausgehenden Signals mittels eines Signalempfängers

Also Published As

Publication number Publication date
EP1540286A1 (de) 2005-06-15
US7171330B2 (en) 2007-01-30
US20050007225A1 (en) 2005-01-13
JP2005539238A (ja) 2005-12-22
KR20050049426A (ko) 2005-05-25
WO2004029556A1 (de) 2004-04-08
CN1324302C (zh) 2007-07-04
DE10243399A1 (de) 2004-04-01
HK1079565A1 (en) 2006-04-07
CN1643343A (zh) 2005-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10243399B4 (de) Dreh- und/oder Kippwinkelerfassungseinrichtung für ein Kugelgelenk
DE10339126B4 (de) Kugelgelenk mit Winkelsensor
EP1680608B1 (de) Kugelgelenk für ein kraftfahrzeug
DE10134259A1 (de) Kugelgelenk mit integriertem Winkelsensor
WO2002025206A9 (de) Anordnung und verfahren zum opto-taktilen messen von strukturen
DE102017222677A1 (de) Sensoreinrichtung
DE19958504A1 (de) Sensoranordnung zur Erfassung eines Drehwinkels und/oder eines Drehmoments
EP1556665B1 (de) Tastkopf mit magnet und hallelement für den einsatz in einem koordinatenmessgerät
DE102013205901B4 (de) Schaltvorrichtung eines Fahrzeuggangräderwechselgetriebes
DE102013114825B4 (de) Vorrichtung zur Messung eines Winkels einer Drehachse
EP2101157A2 (de) Magnetischer Drehwinkelsensor
EP1260787A1 (de) Winkelaufnehmer mit magnetoresistiven Sensorelementen
DE19630108A1 (de) Einrichtung zur berührungslosen Erfassung der Geschwindigkeit oder Position eines ferromagnetischen Geberteils
DE10039216C2 (de) Messvorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels oder eines Weges
DE10221340A1 (de) Sensoranordnung zur Detektierung eines Drehwinkels einer Welle
DE102013210724A1 (de) Kalottenschleifgerät und Verfahren zu dessen Verwendung
DE10140710A1 (de) Winkelaufnehmer mit magneto-resistiven Sensorelementen
EP3814717A1 (de) VERSCHLEIßÜBERWACHUNGSVORRICHTUNG UND KUGELGEWINDETRIEB
DE10217612A1 (de) Messvorrichtung für das Lagerspiel an einem Kugelgelenk
DE102022002884B4 (de) Welle für eine Getriebegangschaltung und Messsystem zur Positionsbestimmung einer Welle
DE102020126396B4 (de) Schaltelement und Schaltvorrichtung mit einem Schaltelement
DE102004049838B4 (de) Messsystem zur Messgenauigkeitsprüfung einer Messeinrichtung und entsprechendes Verfahren
EP1756525A1 (de) Messvorrichtung zur magnetischen winkel- und/ oder wegmessung
DE3246246A1 (de) Potentiometer
DE102004062098A1 (de) Stelleinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: ZF LEMFOERDER GMBH, 49448 LEMFOERDE, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20110401