JP2012500947A

JP2012500947A - センサのためのゼロ位置位置決め装置

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Publication number: JP2012500947A
Application number: JP2011524181A
Authority: JP
Inventors: シュプラッテヨアヒム; ヘプナーホルガー; クランプフカタリーナ
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2012-01-12
Also published as: KR20110053982A; CN102138014A; EP2315954A1; DE102008041634A1; WO2010022719A1; US20110204881A1

Abstract

本発明は、機械的なシステムの、ボールジョイント（１，２，３）によって互いに結合される部分（１０，１１）の変位運動を検出するために働くセンサのためのゼロ位置を規定するための装置に関する。当該装置は、システムの第１の部分（１０）に不動に結合されたボールジョイント（１，２，３）のジョイントケーシング（１）と、システムの第２の部分（１１）に不動に結合されたボールスタッド（２，３）と、ボールスタッドの変位運動を検出する、少なくとも２つの互いに補完するセンサエレメントを有したセンサ（８，９）とから成っていて、上記センサエレメントの一方はボールスタッド（２，３）に配置されていて、他方は、システムの、ジョイントケーシング（１）に対して不動な部分（１０）に配置されている。円形の横断面を有するボールスタッド（２，３）の周面が、所定の軸方向の領域（６）で扁平に面取りされており、この扁平に面取りされた領域は、ボールスタッド（２，３）を固定するためにボールスタッドによって貫通される組み付け孔（５）又はプレート状のエレメント（７）に対応するように形成された内側輪郭部と形状接続し、ボールスタッドの扁平に面取りされた領域が、プレート状のエレメント（７）に対応するように形成された内側輪郭部と形状接続される場合は、上記プレート状のエレメント（７）は組み付け孔（５）に接触しており、プレート状のエレメント自体はその外側輪郭部で、ボールスタッド（２，３）に結合された部分（１１）に形状接続することにより、周方向に関して位置固定される。

Description

本発明は、センサを有する装置であって、変位運動を検出するために働く前記センサのゼロ位置を規定するために、かつ、このゼロ位置におけるセンサの位置決めのために形成されている形式のものに関する。本発明は、技術的なシステムの部分、有利には、自動車のシャシの部分の支承のために働くボールジョイントにおける変位を検出する装置に関する。

互いに可動な部分では、自動車のシャシには多くの場合、ボールジョイントが使用されている。このようなボールジョイントはボールスタッドから成っており、ボールスタッドのボールは、ジョイントシェル若しくはジョイントケーシング内で、複数の方向で運動可能である。このようなボールスタッドは、ほぼ円筒状のピンから成る少なくともほぼ軸対称的な部分であって、その一方の端部には、ジョイントケーシング内に収容するために設けられたボールが形成されている。スタッドのボールとは反対側の端部は、一般的にねじ山が設けられており、このねじ山は、シャシ部分、例えばホイールキャリアにそのために設けられた開口によってガイドされていて、ナットによってシャシ部分にねじ固定されている。昨今の自動車においては、適当なセンサによって、ジョイントケーシング内におけるボールスタッドの変位を検出することが公知である。センサは、例えば、シャシ軸のコントロールアームの配向を検出するために、及び／又は、車両ボディの傾きを検出するために働く。このような位置パラメータの検出に基づき、例えば、ヘッドライトの自動的な高さ調節のための、及び／又は、適当なコーナリングランプのためのサーボモータが操作される。

相応の変位角度を検出することができるように、少なくとも１つの送信エレメントと少なくとも１つの基準エレメントであるセンサエレメントのために、測定の基準ベースとして、ゼロ位置を規定する必要がある。即ち、一方ではボールスタッドに、他方ではシャシ部分に配置されている、センサを形成するエレメントは、測定のためのゼロ位置を成す所定の位置で互いに位置決めされなければならない。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７４８１１７号明細書により公知のボールジョイントのボールスタッドは、スタッドの中央区分に楕円形の横断面を有している。ボールスタッドを貫通案内し固定するためにシャシ部分に設けられた長孔若しくは楕円形の貫通孔と関連して、上記公知文献に記載されたボールスタッドの形状は、回動防止部材を構成するために役立っている。これにより、固定のために働くナットをねじ固定する際又は外す際にスタッドが、シャシ部分の相応の貫通孔内で回動しないようになっている。貫通ガイドにおけるスタッドの回動を防止することにより、対応部分、即ちボールスタッドを工具によって固定する必要なしに、ナットを締め付ける又は緩めることができる。しかしながらこれによっては、センサのためのゼロ位置を規定するためのボールスタッドの一義的な位置決めは、ボールスタッドの楕円部分が、ボールスタッドの貫通ガイドのために設けられた長孔において少なくとも２つの異なる位置、即ち１８０°互いにずれた位置で配置される場合があるので得られない。さらに、スタッドを貫通案内するために設けられたシャシ部分に円形の孔ではなく長孔を形成するのを製造技術的に手間がかかる。

本発明の課題は、所定のゼロ位置を規定し、ボールジョイントにおける変位を検出するセンサの位置決めのための装置を提供することである。有利にはこの装置はさらに、製造技術的に簡単に実現されるように形成されるのが望ましい。

この課題は、請求項１の特徴を有した装置により解決される。本発明の有利な別の構成は従属請求項に記載されている。

機械的なシステムの部分、有利には自動車シャシの部分を互いに結合するボールジョイントの変位運動を測定するためにゼロ位置を規定するための装置は、システムの第１の部分に不動に結合されているボールジョイントのジョイントケーシングと、システムの第２の部分に不動に結合されているボールスタッドと、ジョイントケーシング内におけるボールスタッドの変位運動を検出する、少なくとも２つの互いに補完するセンサエレメントを有したセンサとから成っている。この場合、上記センサエレメントの一方はボールスタッドに配置されていて、他方は、ボールジョイントを備えたシステムの、ジョイントケーシングに対して不動な部分に配置されている。ボールスタッドは、軸方向一方の端部に配置されたジョイントボールで、公知の形式で形成されたボールジョイントのジョイントケーシング内で運動し、ジョイントボールとは反対側に位置する軸方向の端部で、ボールスタッドに結合される部分に設けられた組み付け孔に解離可能に固定されている。この場合、ボールスタッドの上記軸方向端部は、ボールスタッドの固定のために働く組み付け孔を貫通する。

本発明によれば、円形の横断面を有するボールスタッドの周面が、所定の軸方向の領域で扁平に面取りされており、この扁平に面取りされた領域は、組み付け孔又はプレート状のエレメントに対応するように形成された内側輪郭部と形状接続する。ボールスタッドの扁平に面取りされた領域が、プレート状のエレメントに対応するように形成された内側輪郭部と形状接続される場合、上記プレート状のエレメントは組み付け孔に接触しており、プレート状のエレメント自体はその外側輪郭部で、ボールスタッドに結合された部分に形状接続することにより、ボールスタッドの周方向に関して所定の位置で固定される。本発明によりボールスタッドに形成された扁平に面取りされた軸方向の領域は有利には、ボールスタッドがこの領域で直線的な周方向区分を有していることにより実現される。上述したように、ボールスタッドの扁平に面取りされた領域は、本発明の構成によれば、ボールスタッドに結合すべき部分の組み付け孔に直接的に、又は、付加的に設けられたプレート状のエレメントに形状接続することができる。しかしながら、内側輪郭に円形ではない、即ち、有利には直線的な区分を有する組み付け孔を形成することは製造技術的に比較的手間がかかるという観点で、第２の実施形態が有利である。本発明の装置の相応に形成された構成形式では、ボールスタッドは、ジョイントボールとは反対側の端部でねじ山を有しており、このねじ山を介してボールスタッドは、ナットを用いて、ジョイントボールとは反対の側で、ボールスタッドに結合される部分に設けられた組み付け孔にねじ固定される。この場合、円形の組み付け孔のこの側には、半径方向外側に向かって延びる溝を有した窪みが形成されている。この窪みには、組み付け孔と、ボールスタッドをねじ固定するためのナットとの間に配置された、ボールスタッドの扁平に面取りされた周方向輪郭に対応するように形成された内側輪郭部を有するワッシャが挿入される。このワッシャは外周輪郭に突起を有しており、この突起は、この構成では、組み付け孔の窪みに形成された半径方向外側に向けられた溝に係合する。これにより一方ではボールスタッドがワッシャの内側輪郭部と形状接続し、他方では、ワッシャの外側輪郭部が、ボールスタッドに不動に結合された部分、例えば車軸のホイールキャリアに形状接続する。

このような二重の形状接続により、ボールスタッドは組み付け孔に固定した状態で、その長手方向軸線を中心として動くことも、ワッシャと共にこのような運動を行うこともできない。組み付け孔の窪みに形成された溝と、この溝に係合するワッシャの突起とは自動的に所定の位置に配置されている。この場合、外側輪郭に形成された突起の所定の位置は、ワッシャの内側輪郭の直線的な区分に対して不動の位置により与えられる。これにより得られるこの直線的な区分と、ボールスタッドのこの輪郭区分に対応する扁平面取り部の周方向に関して不動の位置により、ボールスタッドも、組み付け孔に固定された状態で、周方向に関して規定された位置で固定される。センサエレメントの一方がボールスタッドに配置されているので、これにより同時に、ボールジョイントと、相応の機械的システム、例えば自動車のシャシのボールジョイントに固定される部分の変位運動の測定のための基準位置が得られる。

本発明の一実施形態によれば、変位運動の測定のために働くセンサは、少なくとも１つの磁気抵抗性素子によって形成される。しかしながら有利にはセンサは、永久磁石と少なくとも１つのホール素子とによって形成される。本発明の一実施形態では、永久磁石はジョイントボールの自由極に配置されており、この極の反対側では、ジョイントケーシングに不動に結合された部分に少なくとも１つのホール素子が配置されている。ボールスタッドの運動の際に少なくとも１つのホール素子で発生するホール電圧を評価することにより、ジョイントケーシング内でのボールスタッドの変位運動の方向及び角度が検出可能である。有利には、三軸の１つのホール素子又は複数のホール素子を備えたセンサが形成されている。さらに有利には、ジョイントボールの極と、ジョイントボールに配置された永久磁石とは、汚染に対する保護のために、磁気的ではない材料から成るカバーによって覆われている。

本発明による装置の詳細は以下に実施例につき詳しく説明する。

本発明による装置の１つの実施形態を示す断面図である。図１の装置のボールスタッドを示した図である。図２ａのボールスタッドのＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。図２ａのボールスタッドのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１の装置においてボールスタッドを固定するために使用されるワッシャを示した図である。装置の細部を拡大して示したボールスタッドの端面側の平面図である。図４ａの細部の一部を示したＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図１には、本発明による装置の可能な１つの実施形態が断面図で示されている。この装置は例えば、自動車のシャシの構成部分として形成されていて、この構成部分では、シャシのコントロールアームがボールジョイント１，２，３を介してホイールキャリアに支承されている。この装置は、部分１０、即ちボールジョイントを備えたシステム若しくはシャシのコントロールアームに配置されこれに堅固に結合された軸受シェル１と、基本的に公知のように構成されたボールスタッド２，３とから成っている。ボールスタッド２，３は、軸受シェルもしくは軸受シェルに係合するジョイントボールとは反対の側で、システムの第２の部分１１、例えばホイールキャリアに、本発明により形成されたワッシャ７を使用してねじ固定されている。この場合、ボールスタッド２，３は、ホイールキャリアに形成され、鋼挿入部によって形成された組み付け孔５を貫通している。ボールスタッド２，３の軸方向の一方の端部に形成されたジョイントボール３の自由極１７には、センサ８，９の部分として、永久磁石８が配置されている。このセンサ８，９にはさらに、有利には複数のホール素子９（詳しくは図示せず）によって形成されたセンサモジュールが属している。センサモジュールは、シャシの、ジョイントケーシング１に対して不動な部分１０、若しくは、ジョイントケーシング１を収容する部分１０内に配置されている。ボールスタッド２，３の回動若しくは、ボールスタッド２，３に形成されたジョイントボール３のジョイントケーシング１内での回動により、ジョイントボール３に配置された永久磁石８は、ジョイントケーシング１に対して不動に配置されたセンサモジュールのホール素子９に対してその都度異なる位置を有する。これによりその都度異なるホール電圧がホール素子９において生じ、このホール電圧の評価により、ボールスタッド２，３に配置されたセンサ部分、即ち永久磁石８のホール素子９に対する相対的な位置が、ひいては、ボールスタッド２，３のその都度の変位運動の方向及び角度とが検出可能である。ジョイントボール３と、ジョイントボール３に配置された永久磁石８とは、汚れに対する保護のため、磁気的でない材料から成る閉鎖カバー１８によって覆われている。ボールジョイント１，２，３は、緊締リング２０，２１によってボールスタッド２，３に固定されたシールベローズ２２によって汚れに対して保護されている。

ボールスタッド２，３をねじ固定するためにナット１３と共に使用されるワッシャ７は、本発明によればその外側輪郭に突起１５を有している。ワッシャ７は、ナット１３と組み付け孔５との間で、組み付け孔５に形成された窪み１４内に配置されていて、この場合、その突起１５は、組み付け孔５若しくは窪み１４に沿って半径方向外側にガイドされた溝１６に係合する。これによりワッシャ７は、ボールスタッド２，３の周方向ｕに関して所定の位置に配置され、溝１６によって形成された形状接続により、周方向ｕに関して不動に配置される。

図２ａ〜図２ｃには、図１に示した装置のボールスタッド２，３が、再度異なる視点で示されている。図２ａには、ボールスタッド２，３が、軸方向端部に形成されたジョイントボール３の極１７と共に空間的に示されている。ボールスタッド２，３をＡ−Ａ線に沿った縦断面図で示した図２ｂによれば、組み付け孔５を貫通して案内されるボールスタッド２，３の軸方向端部４が扁平な面取り部を有していることがわかる。さらに、ボールスタッド２，３をＢ−Ｂ線に沿った断面図で示した図２ｃによりわかるように、ボールスタッド２，３のそれ以外は円形の横断面に扁平に面取りされた相応の領域６では１つの直線的な周方向区分１２が形成されている。扁平に面取りされた領域６は、組み付け孔５に貫通案内された後、ホイールキャリア１１にねじ固定する際に、ねじ固定のために使用されるナット１３と組み付け孔５との間に配置すべきワッシャ７の対応する内側輪郭部に係合する。

相応のワッシャ７の構成は、図３に再度詳しく示されている。図３によれば、ワッシャ７の、それ以外は同様に円形の内側輪郭部に、ボールスタッド２，３の扁平に面取りされた領域６に対応する直線的な周方向区分１９が形成されていることがわかる。内側輪郭部のこのように直線的に形成された周方向区分１９の高さで、外側輪郭には、半径方向外側に突出する突起１５が形成されていて、この突起１５が、ホイールキャリア１１の組み付け孔５の窪み１４内に形成された溝１６と係合する。

図４ａには、上記装置の詳細が、ボールスタッド２，３の、ジョイントボール３とは反対側の端部の端面を示す平面図で拡大されて示されている。この図によれば、ナット１３（例えばフランジナット）とワッシャ７によって形成されたねじ固定部分が、特に組み付け孔５に設けられた窪み１４と、窪み１４の領域で半径方向外側に向かって延びる溝１６とが良好に示されており、溝１６内には、ワッシャ７の突起１５が係合していることがわかる。図４ｂには、図４ａの細部が、Ａ−Ａ線に沿った断面図で示されている。

１軸受シェル、２，３ボールスタッド、３ジョイントボール、４軸方向端部、５組み付け孔、６扁平に面取りされた領域、７プレート状エレメント、ワッシャ、８センサエレメント、例えば（永久）磁石、９センサエレメント、例えばホール素子、１０，１１部分、１２周方向区分、１３ナット、１４窪み、１５突起、１６溝、１７極、１８閉鎖カバー、１９周方向区分、２０，２１緊締リング、２２シールベローズ

Claims

複数の機械的システムを互いに結合するボールジョイント（１，２，３）の一部の変位運動を測定するために、ゼロ位置を規定するためのセンサ（８，９）を備えた装置であって、システムの第１の部分（１０）に不動に結合されたジョイントケーシング（１）と、システムの第２の部分（１１）に不動に結合され、一方の軸方向端部に配置されたジョイントボール（３）で前記ジョイントケーシング（１）内を動くボールスタッド（２，３）と、変位運動を検出する、当該装置によって位置決めされるセンサ（８，９）とから成っており、該センサ（８，９）は互いに補完する少なくとも２つのセンサエレメントを有しており、該センサエレメントの一方はボールスタッド（２，３）に配置されていて、他方は、ボールジョイント（１，２，３）を備えたシステムの、ジョイントケーシング（１）に関して不動な部分に配置されており、ボールスタッド（２，３）の、ジョイントボール（３）とは反対側の軸方向端部（４）が、ボールスタッドに解離可能に結合された部分に設けられた組み付け孔（５）を貫通して突出する形式のものにおいて、
円形の横断面を有するボールスタッド（２，３）の周面が、軸方向の一領域（６）で扁平に面取りされており、該扁平に面取りされた領域（６）が、組み付け孔（５）の、又は該組み付け孔（５）に当接するプレート状のエレメント（７）に対応するように形成された内側輪郭部と形状接続し、前記プレート状のエレメント（７）はその外側輪郭部で、ボールスタッド（２，３）に結合された部分と形状接続することにより、ボールスタッド（２，３）の周方向（ｕ）に関して所定の位置で位置固定されていることを特徴とする、ゼロ位置を規定するためのセンサ（８，９）を備えた装置。
ボールスタッド（２）が前記扁平に面取りされた軸方向の領域（６）で直線的な周方向区分（１２）を有している、請求項１記載の装置。
ボールスタッド（２，３）が、ジョイントボール（３）とは反対側の端部（４）にねじ山を有しており、該ねじ山を介して、前記ボールスタッド（２，３）が、ナット（１３）によって、前記第２の部分（１１）の組み付け孔（５）に、ジョイントボール（３）とは反対の側でねじ固定されており、円形の組み付け孔（５）の側に、半径方向外側に向かって延びる溝（１６）を備えた窪み（１４）が形成されていて、該窪み（１４）内に、組み付け孔（５）とナット（１３）との間に配置される、ボールスタッド（２，３）の扁平に面取りされた周方向輪郭に対応するように形成された内側輪郭部を有したワッシャ（７）が挿入されており、該ワッシャ（７）は、その外周輪郭に形成された突起（１５）で、窪み（１４）に形成された溝（１６）に係合する、請求項１又は２記載の装置。
センサ（８，９）が少なくとも１つの磁気抵抗素子によって形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
センサ（８，９）が少なくとも１つのホール素子（９）と磁石（８）とによって形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
永久磁石（８）が、ジョイントボール（３）の自由極（１７）に配置されていて、少なくとも１つのホール素子（９）が、ジョイントボール（３）の前記極（１７）とは反対側に位置する、ジョイントケーシング（１）に結合された前記第１の部分（１０）に配置されており、ジョイントケーシング（１）内でボールスタッド（２，３）が変位する際に少なくとも１つのホール素子（９）で発生するホール電圧を評価することにより、変位運動の方向及び角度が検出可能である、請求項５記載の装置。
ジョイントボール（３）の前記極（１７）が、そこに配置された永久磁石（８）と共に、閉鎖カバー（１８）によってカバーされている、請求項６記載の装置。