DE-102016215416-B4 - Sensorvorrichtung für ein Kugelgelenk

Abstract

Sensorvorrichtung (104) für ein Kugelgelenk (102), das eine Kugelschale (106) und einen in der Kugelschale (106) drehbar gelagerten Kugelzapfen (108) aufweist, wobei die Sensorvorrichtung (104) ein Geberelement (200) und ein Sensorelement (202) aufweist, wobei entweder das Sensorelement (202) oder das Geberelement (200) in den Kugelzapfen (108) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilbereich (204) einer Kugelzapfenoberfläche (206) des Kugelzapfens (108) durch das Sensorelement (202) oder durch das Geberelement (200) ausgebildet ist, wobei entweder das Sensorelement (202) oder das Geberelement (200) so in den Kugelzapfen (108) integriert ist, dass eine Kugeloberfläche des Kugelzapfens (108) durchgehend ist.

Inventors

• Josef Holtheide
• Julian Stratmann
• Markus Wulf
• Jörg Hagemes
• Henner Aßmann
• Florian Bäumer
• Hermann Frye
• Klaus Haskamp
• Felix Kallaß
• Michael Klank
• Magnus Sprehe

Assignees

• ZF FRIEDRICHSHAFEN AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20160817

Claims (9)

1. Sensorvorrichtung (104) für ein Kugelgelenk (102), das eine Kugelschale (106) und einen in der Kugelschale (106) drehbar gelagerten Kugelzapfen (108) aufweist, wobei die Sensorvorrichtung (104) ein Geberelement (200) und ein Sensorelement (202) aufweist, wobei entweder das Sensorelement (202) oder das Geberelement (200) in den Kugelzapfen (108) integriert ist, dadurch gekennzeichnet , dass ein Teilbereich (204) einer Kugelzapfenoberfläche (206) des Kugelzapfens (108) durch das Sensorelement (202) oder durch das Geberelement (200) ausgebildet ist, wobei entweder das Sensorelement (202) oder das Geberelement (200) so in den Kugelzapfen (108) integriert ist, dass eine Kugeloberfläche des Kugelzapfens (108) durchgehend ist.
2. Sensorvorrichtung (104) gemäß Anspruch 1 , bei der zwischen dem in dem Kugelzapfen (108) integrierten Sensorelement (202) oder Geberelement (200) und dem Kugelzapfen (108) ein Zapfenfederelement (302) angeordnet ist.
3. Sensorvorrichtung (104) gemäß Anspruch 2 , bei der der Teilbereich (204) der Kugelzapfenoberfläche (206) bündig zu der Kugelzapfenoberfläche (206) ist, wenn das Zapfenfederelement (302) zumindest teilweise eingefedert ist.
4. Sensorvorrichtung (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der entweder das Sensorelement (202) in die Kugelschale (106) integriert ist und ein Abschnitt (208) einer Kugelschalenoberfläche (210) der Kugelschale (106) durch das Sensorelement (202) ausgebildet ist oder das Geberelement (200) in die Kugelschale (106) integriert ist und der Abschnitt (208) durch das Geberelement (200) ausgebildet ist.
5. Sensorvorrichtung (104) gemäß Anspruch 4 , bei der zwischen dem in der Kugelschale (106) integrierten Sensorelement (202) oder Geberelement (200) und der Kugelschale (106) ein Schalenfederelement (216) angeordnet ist.
6. Sensorvorrichtung (104) gemäß Anspruch 5 , bei der der Abschnitt (208) der Kugelschalenoberfläche (210) bündig zu der Kugelschalenoberfläche (210) ist, wenn das Schalenfederelement (216) zumindest teilweise eingefedert ist.
7. Sensorvorrichtung (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Geberelement (200) dazu ausgebildet ist, zumindest im Betrieb ein Magnetfeld zu emittieren und das Sensorelement (202) dazu ausgebildet ist, eine Richtung von Magnetfeldlinien des Magnetfelds in einem Richtungssignal (502) abzubilden.
8. Verfahren (600) zum Herstellen einer Sensorvorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei das Verfahren (600) einen Schritt (602) des Anordnens eines Sensorelements (202) oder eines Geberelements (200) in einer Aussparung (300) eines Kugelzapfens (108) eines Kugelgelenks (102) aufweist, wobei das in der Aussparung (300) angeordnete Sensorelement (202) oder Geberelement (200) einen Teilbereich (204) einer Kugelzapfenoberfläche (206) des Kugelzapfens (108) ausbildet.
9. Verfahren (700) zum Betreiben einer Sensorvorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei das Verfahren (700) die folgenden Schritte aufweist: Einlesen (702) eines Richtungssignals (502) von einem Sensorelement (202) der Sensorvorrichtung (104), wobei das Richtungssignal (502) eine Richtung von Magnetfeldlinien eines Magnetfelds eines Geberelements (200) repräsentiert; und Ermitteln (704) eines Winkels (500) zwischen der Kugelschale (106) und dem Kugelzapfen (108) unter Verwendung des Richtungssignals (502).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung für ein Kugelgelenk. Eine derartige Sensorvorrichtung ist aus der DE 10 2008 041 050 A1 bekannt. Hierbei ist ein Sensorelement in einer Polfläche eines Kugelzapfens angeordnet. Aus der DE 10 2010 030 246 A1 ist eine Sensorvorrichtung bekannt, bei der in die Kugeloberfläche des Kugelzapfens rotationsunsymmetrische Vertiefungen eingebracht sind, während ein Sensor zwischen einem Magneten und den Vertiefungen im Bereich eines Gehäusedeckels angeordnet ist. Ein Kugelgelenk weist drei Freiheitsgrade um drei Rotationsachsen auf, während lineare Bewegungen entlang aller drei Achsen übertragen werden. Drehungen um zwei der Rotationsachsen resultieren in einem kombinierten Knickwinkel des Kugelgelenks. Ein Messen des kombinierten Knickwinkels ist mit konventionellen Winkelmesssystemen schwierig. Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Sensorvorrichtung für ein Kugelgelenk, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Bei einem Winkelsensor für ein Kugelgelenk, der zwei Komponenten aufweist, wobei eine Komponente an dem Kugelzapfen angeordnet ist und die andere Komponente an der Kugelschale angeordnet ist, kann eine lineare Relativbewegung des Kugelzapfens zu der Kugelschale ein Messergebnis verfälschen. Mit anderen Worten kann sich mit zunehmendem Abstand zwischen dem Sensor und dem Messobjekt die Signalerkennung so weit verschlechtern, bis keine Signalerkennung mehr möglich ist. Bei dem hier vorgestellten Ansatz ist das Sensorelement in direktem Kontakt zum Geberelement angeordnet, wobei entweder das Sensorelement oder das Geberelement so in den Kugelzapfen integriert ist, dass eine Kugeloberfläche des Kugelzapfens durchgehend ist. Mit anderen Worten weist der Kugelzapfen bei dem hier vorgestellten Ansatz keine Flachstelle auf. Es wird eine Sensorvorrichtung für ein Kugelgelenk vorgestellt, wobei das Kugelgelenk eine Kugelschale und einen in der Kugelschale drehbar gelagerten Kugelzapfen aufweist, wobei die Sensorvorrichtung ein Geberelement und ein Sensorelement aufweist, wobei entweder das Sensorelement in den Kugelzapfen integriert ist und ein Teilbereich einer Kugelzapfenoberfläche des Kugelzapfens durch das Sensorelement ausgebildet ist oder das Geberelement in den Kugelzapfen integriert ist und der Teilbereich durch das Geberelement ausgebildet ist. Unter einem Geberelement kann beispielsweise ein Magnet, insbesondere ein Dauermagnet verstanden werden. Das Sensorelement kann beispielsweise ein Feldlinienwinkelsensor sein. Zwischen dem in dem Kugelzapfen integrierten Sensorelement oder Geberelement und dem Kugelzapfen kann ein Zapfenfederelement angeordnet sein. Ein Zapfenfederelement kann eine Feder sein, die zu einem andauernden Kontakt zwischen dem Geberelement und dem Sensorelement führt. Das Zapfenfederelement kann Bewegungen zwischen dem Kugelzapfen und der Kugelschale innerhalb eines Toleranzbereichs ausgleichen. Der Teilbereich der Kugelzapfenoberfläche kann bündig zu der Kugelzapfenoberfläche sein, wenn das Zapfenfederelement zumindest teilweise eingefedert ist. Durch das eingefederte Zapfenfederelement kann eine Anpresskraft erreicht werden, die für einen unterbrechungsfreien Kontakt sorgt. Es kann entweder das Sensorelement in die Kugelschale integriert sein und ein Abschnitt einer Kugelschalenoberfläche der Kugelschale durch das Sensorelement ausgebildet sein, oder es kann das Geberelement die Kugelschale integriert sein und der Abschnitt durch das Geberelement ausgebildet sein. Durch die Integration kann die Kugelschale im Wesentlichen kugelförmig sein. Durch die Kugelform werden lineare Bewegungen minimiert. Zwischen dem in der Kugelschale integrierten Sensorelement oder Geberelement und der Kugelschale kann ein Schalenfederelement angeordnet sein. Ein Schalenfederelement kann eine Feder sein, die zu einem andauernden Kontakt zwischen dem Geberelement und dem Sensorelement führt. Das Schalenfederelement kann Bewegungen zwischen dem Kugelzapfen und der Kugelschale innerhalb eines Toleranzbereichs ausgleichen. Der Abschnitt der Kugelschalenoberfläche kann bündig zu der Kugelschalenoberfläche sein, wenn das Schalenfederelement zumindest teilweise eingefedert ist. Durch das eingefederte Schalenfederelement kann eine Anpresskraft erreicht werden, die für einen unterbrechungsfreien Kontakt sorgt. Das Geberelement kann dazu ausgebildet sein, zumindest im Betrieb ein Magnetfeld zu emittieren. Das Sensorelement kann dazu ausgebildet sein, eine Richtung von Magnetfeldlinien des Magnetfelds in einem Richtungssignal abzubilden. Das Geberelement kann ein Elektromagnet beziehungsweise eine Spule sein. Das Sensorelement kann ein Hallsensor sein. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer S