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Patent Searching and Data


Title:
BALL JOINT HAVING A WEAR-MEASURING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/067742
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a ball joint (1), in particular for a vehicle, comprising a housing (2) and a ball pin (3), which has a joint ball (4) and is pivotably supported in the housing (2) by means of the joint ball (4) and extends out through an opening (5) of the housing (2). Said ball joint is characterized by a device (7, 8, 10), by means of which a relative position of the joint ball (4) with respect to the housing (2) can be determined in order to derive a wear state of the ball joint (1) from the relative position.

Inventors:
STRATMANN, Julian (Justus-Möser Straße 36a, Melle, 49324, DE)
KLANK, Michael (Meller Str. 153, Osnabrück, 49084, DE)
Application Number:
EP2016/072782
Publication Date:
April 27, 2017
Filing Date:
September 26, 2016
Export Citation:
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Assignee:
ZF FRIEDRICHSHAFEN AG (Graf-von-Soden-Platz 1, Friedrichshafen, 88046, DE)
International Classes:
F16C41/00; F16C11/06; F16C17/24
Foreign References:
DE102008041050A12010-02-11
DE102005027826B32007-01-18
JPS6217421A1987-01-26
DE102010052885A12012-06-06
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Claims:
Patentansprüche

1. Kugelgelenk (1), insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend ein Gehäuse (2) und einen eine Gelenkkugel (4) aufweisenden Kugelzapfen (3), der mittels der Gelenkkugel (4) schwenkbeweglich in dem Gehäuse (2) gelagert ist und sich durch eine Öffnung (5) des Gehäuses (2) hinaus erstreckt,

gekennzeichnet durch eine Einrichtung (7, 8, 9, 10), mittels derer sich eine

Relativposition der Gelenkkugel (4) gegenüber dem Gehäuse (2) bestimmen lässt, um aus der Relativposition einen Verschleißzustand des Kugelgelenks (1) abzuleiten.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem

Gehäuse (2) eine die Gelenkkugel (4) bereichsweise umgebende Kugelschale (6) angeordnet ist, welche die Gelenkkugel (4) gleitbeweglich lagert.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung wenigstens einen Abstandssensor (7, 8, 9) zur Erfassung eines Abstands (d7, de, dg) der Gelenkkugel (4) gegenüber dem Gehäuse (2) umfasst.

4. Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abstandssensor (7, 8, 9) dazu ausgebildet ist, einen Abstand (d7, de, dg) zwischen dem Gehäuse (2) und einem dem Abstandssensor (7, 8, 9) zugewandten Oberflächenabschnitt (11 , 12) der Gelenkkugel (4) zu erfassen.

5. Kugelgelenk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abstandssensor (7, 8, 9) auf Basis eines induktiven, kapazitiven und/oder optischen Messverfahrens arbeitet.

6. Kugelgelenk nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenabschnitt (11 , 12) metallisch ist.

7. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung eine Auswerteeinheit (10) umfasst, die betreibbar ist, aus einem von dem wenigstens einen Abstandssensor (7, 8, 9) erfassten Abstand (d7, ds, dg) eine Relativposition der Gelenkkugel (4) gegenüber dem Gehäuse (2) zu bestimmen.

8. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (4) einen abgeflachten Bereich (11 ) aufweist, wobei der wenigstens eine Abstandssensor (7, 8) an einer dem abgeflachten Bereich (11 ) gegenüberliegenden Wandung (12) des Gehäuses (2) angeordnet ist, um einen Abstand (d7, de) gegenüber dem abgeflachten Bereich (11) zu erfassen.

9. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mehrere vorzugsweise nebeneinander angeordnete

Abstandssensoren (7, 8) umfasst, wobei die Auswerteeinheit (10) betreibbar ist, aus von den Abstandssensoren (7, 8) erfassten Abständen (d7, de) eine Relativposition der Gelenkkugel (4) gegenüber dem Gehäuse (2) zu bestimmen.

10. Kugelgelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die

Auswerteeinheit (10) betreibbar ist, aus von den Abstandssensoren (7, 8) erfassten Abständen (d7, de) einen Kippwinkel (a) des Kugelzapfens (3) gegenüber dem

Gehäuse (2) zu bestimmen.

11. Kugelgelenk nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) betreibbar ist, aus der Relativposition der Gelenkkugel (4) gegenüber dem Gehäuse (2) den Verschleißzustand des Gelenks (1 ) abzuleiten.

12. Kugelgelenk nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diesem zumindest ein weiterer Sensor zur Erfassung eines weiteren

mechanischen Zustande des Kugelgelenks (1) zugeordnet ist, wobei die

Auswerteeinheit (10) betreibbar ist, die von diesem zumindest einen weiteren Sensor erfasste Zustandsinformation bei der Ableitung des Verschleißzustandes zu berücksichtigen.

Description:
KUGELGELENK MIT VERSCHLEISSMESSEINRICHTUNG

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, insbesondere für ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Fahrzeugtechnik werden Kugelgelenke unter anderem zur gelenkigen Verbindung von Fahrwerkskomponenten der Radaufhängung und/oder Lenkung verwendet, wo diese dazu dienen, Federbewegungen bzw. Lenkbewegungen zwischen den zumeist um mehrere Achsen beweglichen Bauteilen zu übertragen. Abhängig vom jeweiligen Einsatzfall treten dabei zwischen einem Gehäuse des Kugelgelenks und einem mittels einer Gelenkkugel schwenkbeweglich in dem Gehäuse gelagerten Kugelzapfen, der sich durch eine Öffnung des Gehäuses hinaus erstreckt, unterschiedliche Betriebskräfte auf.

Die während des Betriebs des Kugelgelenks stattfindenden Schwenkbewegungen verursachen Reibung zwischen einer Oberfläche der Gelenkkugel und der damit in Kontakt stehenden Oberfläche entweder des die Gelenkkugel aufnehmenden Gehäuses oder einer im Gehäuse angeordneten, die Gelenkkugel zur gleitbeweglichen Lagerung bereichsweise umgebenden Kugelschale. Mit zunehmender Betriebsdauer des Kugelgelenks führt die so verursachte Reibung zu Verschleiß. Mit fortschreitendem Verschleiß vergrößert sich das Spiel des Kugelgelenks, es verschlechtert sich somit die Genauigkeit, mit der die betroffenen Fahrwerkskomponenten gelenkig miteinander verbunden sind. Zur Gewährleistung der exakten Lenkung und Radführung und somit der Sicherheit des Fahrzeugs ist es notwendig, ein verschlissenes Kugelgelenk des Fahrwerks rechtzeitig auszutauschen. Im verbauten Zustand am Fahrzeug ist eine entsprechende Diagnose aufwendig, oft recht ungenau und meist nur durch einen Fachmann durchzuführen.

Aus der DE 10 2008 041 050 A1 ist ein Verfahren zur Messung des Verschleißes eines Kugelgelenks bekannt, das auf einer Magnetfeldmessung beruht. Dazu ist am Gehäuse des Kugelgelenks ein Magnetfeldsensor angeordnet, während im Kugelzapfen ein Permanentmagnet angeordnet ist. Durch Vergleichsmessung der Magnetfeldgröße zuerst ohne Krafteinwirkung, dann mit Krafteinwirkung auf den Kugelzap- fen, wird der Verschleißzustand des Kugelgelenks bestimmt. Bei dem beschriebenen Verfahren können außenstehende Magnetfelder das Messergebnis beeinflussen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kugelgelenk gemäß der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Verschleißzustand sich mit hoher Genauigkeit und weitestgehend unabhängig von äußeren Einflüssen bestimmen lässt.

Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Kugelgelenk gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Dabei handelt es sich um ein Kugelgelenk, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend ein Gehäuse und einen eine Gelenkkugel aufweisenden Kugelzapfen, der mittels der Gelenkkugel schwenkbeweglich in dem Gehäuse gelagert ist und sich durch eine Öffnung des Gehäuses hinaus erstreckt. Das Kugelgelenk zeichnet sich erfindungsgemäß aus durch eine Einrichtung, mittels derer sich eine Relativposition der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse bestimmen lässt, um aus der Relativposition einen Verschleißzustand des Kugelgelenks abzuleiten.

Demzufolge wurde erkannt, dass sich ein Verschleißzustand des Gelenks vorteilhaft aus einer Relativposition der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse ableiten lässt. Unter einer Relativposition sei in diesem Zusammenhang wenigstens eine Information zu verstehen, mit der sich die Lage der Gelenkkugel insbesondere in Bezug auf eine verschleißbedingt zu erwartende Bewegung beschreiben lässt. Diesem Ansatz liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Gelenkkugel des Kugelzapfens im Laufe der Lebensdauer des Kugelgelenks unter dem Einfluss von Krafteinwirkung, Reibung, Temperatur innerhalb des Gehäuses des Kugelgelenks zumindest geringfügig translatorisch bewegt, das heißt ihre relative Position gegenüber dem Gehäuse verändert. Bei einem verschlissenen Kugelgelenk kann der Kugelmittelpunkt der Gelenkkugel relativ zum Gehäuse des Kugelgelenks verschoben sein gegenüber dem Kugelmittelpunkt im ursprünglichen (nicht verschlissenen) Zustand.

Im Unterschied zu dem in DE 10 2008 041 050 A1 beschriebenen Verfahren, bei dem ein Vergleich der gemessenen Magnetfeldstärke stattfindet, beruht bei dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk die Ableitung des Verschleißzustands auf der Beobachtung der Relativposition der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse. Ein Ein- fluss äußerer Störgrößen, wie insbesondere äußerer Magnetfelder, ist dabei ausgeschlossen, so dass sich eine zuverlässigere Bestimmung des Verschleißzustands erzielen lässt.

Zweckmäßiger Weise ist in dem Gehäuse des Kugelgelenks eine die Gelenkkugel bereichsweise umgebende Kugelschale angeordnet, welche die Gelenkkugel gleitbeweglich lagert. Die Anordnung einer solchen Kugelschale ist eine für sich gesehen bekannte Maßnahme, um (unter anderem) auf eine aufwendige Bearbeitung der Gehäuseinnenfläche verzichten zu können und dennoch die Reibung und somit den Verschleiß innerhalb des Kugelgelenks gering zu halten. Üblicherweise ist die Kugelschale aus einem geeigneten Werkstoff wie vorzugsweise Kunststoff gefertigt, so dass die Lagerschale zumindest geringfügig nachgiebig ist.

Die an dem Kugelgelenk erfindungsgemäß vorgesehene Einrichtung, mittels derer sich eine Relativposition der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse bestimmen lässt, umfasst vorteilhaft wenigstens einen Abstandssensor zur Erfassung eines Abstands der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse. Der Abstandssensor kann dabei auf unterschiedliche Weise gestaltet und angeordnet sein.

Gemäß einer in konstruktiver Hinsicht zu bevorzugenden Weiterbildung des Kugelgelenks ist der wenigstens eine Abstandssensor dazu ausgebildet, einen Abstand zwischen dem Gehäuse und einem dem Abstandssensor zugewandten Oberflächenabschnitt der Gelenkkugel zu erfassen. Der Abstand zwischen Gelenkkugel und Gehäuse wird demnach durch eine Abstandsmessung gegenüber einem dem Abstandssensor zugewandten Oberflächenabschnitt der Gelenkkugel gemessen. In Kenntnis der Geometrie des Oberflächenabschnitts kann aus dem gemessenen Abstand die Relativposition der Gelenkkugel ermittelt werden. Gemäß einer einfachen Ausgestaltung kann es sich bei dem Oberflächenabschnitt um einen Teil der Kugeloberfläche der Gelenkkugel handeln. Der mit dem Abstandssensor erfasste Abstand ist in diesem Fall unabhängig von einem Kippwinkel des Kugelzapfens gegenüber dem Gehäuse. Der bei dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk vorteilhaft zum Einsatz kommende Abstandssensor kann auf unterschiedliche Weise gestaltet sein. Zur Vermeidung externer Störeinflüsse, insbesondere durch externe Magnetfelder, handelt es sich bei dem Abstandssensor bevorzugt um einen auf Basis eines induktiven, kapazitiven und/oder optischen Messverfahrens arbeitenden Sensor. Da sich Kugelgelenke von Fahrzeugen oftmals in einem Einflussbereich externer magnetischer Felder (auch fahrzeugeigener Felder) befinden, bietet ein induktiv, kapazitiv und/oder optisch arbeitender Abstandssensor den Vorteil, dass dieser unempfindlich gegenüber diesen Magnetfeldern ist. Durch eine induktive Abstandsmessung lassen sich Abstandsänderungen im genannten Anwendungsfall besonders genau messen, so dass dieses Messprinzip bevorzugt zum Einsatz kommt.

Insbesondere bei Anwendung eines induktiven Messverfahrens ist es vorteilhaft, dass der Oberflächenabschnitt der Gelenkkugel, welcher von dem Abstandssensor erfasst wird, metallisch ist. Eine induktive Abstandsmessung lässt sich damit besonders zuverlässig durchführen, wobei es sich bei dem Oberflächenabschnitt auch um eine metallische Beschichtung, bevorzugt aus Kupfer handeln kann. Es ist somit auch denkbar, die Gelenkkugel aus einem nicht metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Kunststoff, herzustellen und an dem dem Abstandssensor zugewandten Oberflächenabschnitt eine metallische Beschichtung vorzusehen. Letztere Ausführung kann vorteilhaft im Leichtbau zur Anwendung kommen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Kugelgelenks sieht vor, dass der Einrichtung eine Auswerteeinheit zugeordnet ist, die betreibbar ist, aus einem von dem wenigstens einen Abstandssensor erfassten Abstand eine Relativposition der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse zu bestimmen.

Für bestimmte Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, ein Kugelgelenk mit einem Winkelsensor auszustatten, mit welchem sich ein Kippwinkel des Kugelzapfens gegenüber dem Gehäuse bestimmen lässt. Derartige Kugelgelenke können beispielsweise Bestandteil einer sogenannten Höhenstandssensorik sein, die unter anderem zur Niveauregulierung von Fahrzeugscheinwerfern genutzt werden kann. Gemäß einer konstruktiv vorteilhaften Weiterbildung des Kugelgelenks weist die Ge- lenkkugel einen abgeflachten Bereich auf, wobei der wenigstens eine Abstandssensor an einer dem abgeflachten Bereich gegenüberliegenden Wandung des Gehäuses angeordnet ist, um einen Abstand gegenüber dem abgeflachten Bereich zu erfassen. In einer Ausgestaltung des Kugelgelenks erstreckt sich der abgeflachte Bereich im Wesentlichen orthogonal zu der axialen Richtung des Kugelzapfens. Der wenigstens eine Abstandssensor erfasst stets den Abstand zwischen dem Abstandssensor und dem abgeflachten Bereich. Wenn der Kugelzapfen mit der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse verschwenkt wird, kippt dieser abgeflachte Bereich entsprechend der Schwenkrichtung, so dass sich dementsprechend auch die Entfernung zwischen dem Abstandssensor und dem abgeflachten Bereich ändert. Vorzugsweise bildet der abgeflachte Bereich eine gerade Ebene, so dass sich die Beziehung zwischen dem Abstand und dem Kippwinkel des Kugelzapfens mit einer verhältnismäßig einfachen mathematischen Formel beschreiben lässt. Zur einfachen Herstellung des Kugelgelenks bildet der abgeflachte Bereich vorteilhaft eine kreisförmige Fläche.

Damit sich die Relativposition der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse eindeutig und insbesondere unabhängig von dem Kippwinkel des Kugelzapfens gegenüber dem Gehäuse ermitteln lässt, weist die Einrichtung vorteilhaft mehrere, vorzugsweise nebeneinander angeordnete Abstandssensoren auf, wobei die Auswerteeinheit betreibbar ist, aus von den Abstandssensoren erfassten Abständen eine Relativposition der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse zu bestimmen.

Vorteilhaft ist die Auswerteeinheit weiterhin betreibbar, aus von den Abstandssensoren erfassten Abständen einen Kippwinkel des Kugelzapfens gegenüber dem Gehäuse zu bestimmen. Die mehreren Abstandssensoren sowie die Auswerteeinheit lassen sich somit vorteilhaft zu mehreren Zwecken nutzen, einerseits zur Bestimmung eines Kippwinkels des Kugelzapfens im Sinne eines Winkelsensors und zugleich zur Bestimmung der Relativposition der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse, um daraus auf den Verschleißzustand des Gelenks zu schließen.

Ganz allgemein ist vorteilhaft die Auswerteeinheit betreibbar, aus der Relativposition der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse den Verschleißzustand des Kugelgelenks abzuleiten. Dies kann im einfachsten Fall durch bloßen Vergleich zwischen aktueller und ursprünglicher Relativposition der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse erfolgen, wobei eine zunehmende Abweichung von der ursprünglichen Relativposition mit einem zunehmenden Verschleiß des Kugelgelenks korrespondiert.

Gemäß einer weiterhin vorteilhaften Weiterbildung des Kugelgelenks ist diesem zumindest ein weiterer Sensor zur Erfassung eines weiteren mechanischen Zustande des Kugelgelenks zugeordnet, wobei die Auswerteeinheit betreibbar ist, die von diesem zumindest einen weiteren Sensor erfasste Zustandsinformation bei der Ableitung des Verschleißzustands zu berücksichtigen. Bei diesem weiteren Sensor kann es sich beispielsweise um einen Sensor zur Erfassung von Bauteilschwingungen (Vibrationen, Eigenfrequenzen) oder Beschleunigungen (beispielsweise des Kugelgelenks, des Gehäuses des Kugelgelenks, des Kugelzapfens) handeln.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert und beschrieben. Aus den nachfolgend beschriebenen zwei Ausführungsbeispielen gehen die Funktionsweise und weitere vorteilhafte Effekte der Erfindung näher hervor. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 ein Kugelgelenk gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in Schnittdarstellung,

Figur 2 ein Kugelgelenk gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in Schnittdarstellung,

Figur 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Abstand und

Kippwinkel des in Figur 2 gezeigten Kugelgelenks.

Figur 1 zeigt ein Kugelgelenk 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer vereinfachten Schnittdarstellung. Bei dem Kugelgelenk 1 handelt es sich um ein Kugelgelenk, das beispielsweise zur gelenkigen Verbindung zweier Fahrwerkskomponenten eines Fahrzeugs dient. Das Kugelgelenk 1 umfasst im Wesentlichen ein Gehäuse 2 sowie einen darin gelenkig aufgenommenen Kugelzap- fen 3. Der Kugelzapfen 3 weist an seinem dem Gehäuse 2 zugewandten Ende eine Gelenkkugel 4 auf, um mittels der Gelenkkugel 4 schwenkbeweglich gegenüber dem Gehäuse 2 gelagert zu sein. In einer dem Gehäuse 2 abgewandten axialen Richtung erstreckt sich der Kugelzapfen 3 durch eine Öffnung 5 des Gehäuses 2 hinaus. Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine aus Kunststoff gefertigte Kugelschale 6 angeordnet, welche die Gelenkkugel 4 in einem Umfangsbereich umgibt, um diese gleitbeweglich zu lagern. Die Gelenkkugel 4 und somit der Kugelzapfen 3 steht somit in gleitbeweglichem Kontakt mit der Kugelschale 6, welche wiederum in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 2 auf der dem Kugelzapfen 3 abgewandten Seite mit einem Gehäusedeckel 14 verschlossen. Zum Schutz der Öffnung 5 des Kugelgelenks 1 dient ein Dichtungsbalg 17, der mit einem Ende am Gehäuse 2 und mit einem gegenüberliegenden Ende am Kugelzapfen 3 anliegt, um ein Eindringen von Verunreinigungen in den Funktionsbereich des Gelenks zu verhindern.

Im ursprünglichen Zustand des Kugelgelenks 1 befindet sich der Kugelzapfen 3 in einer ursprünglichen Relativposition gegenüber dem Gehäuse 2. Diese ursprüngliche Relativposition ist in Figur 1 durch die Darstellung des Kugelzapfens 3 mit Volllinien dargestellt. Die Gelenkkugel 4 befindet sich demnach in einer Relativposition gegenüber dem Gehäuse 2, welche sich durch den Kugelmittelpunkt 16 angeben lässt. Der Kugelmittelpunkt 16 bildet somit das Rotationszentrum des Kugelzapfens 3, das heißt der Kugelzapfen 3 ist gegenüber dem Gehäuse 2 um den Kugelmittelpunkt 16 schwenkbeweglich.

Das Kugelgelenk 1 gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit einem Abstandssensor 9 ausgestattet, der in einem mittigen Bereich des Gehäusedeckels 14 angeordnet ist. Es handelt sich bei dem Abstandssensor 9 um einen auf Basis eines induktiven Messverfahrens arbeitenden Abstandssensor zur Erfassung eines Abstands dg der Gelenkkugel 4 gegenüber dem Gehäuse 2. Aufgrund der Beschaffenheit der Gelenkkugel 4 aus einem metallischen Material wie beispielsweise Stahl erfasst der induktiv arbeitende Abstandssensor 9 den Abstand dg gegenüber einem dem Abstandssensor 9 zugewandten Oberflächenabschnitt 12 der Gelenkkugel 4. Da der Oberflächenabschnitt 12 der Gelenkkugel 4 sphärisch ausgebildet ist, ist der erfasste Abstand dg unabhängig von einem Kippwinkel des Kugelzapfens 3 um den Kugelmittelpunkt 16.

Der Abstandssensor 9 ist über eine Signalleitung mit einer Auswerteeinheit 10 verbunden. Anhand eines von dem Abstandssensor 9 erzeugten Messsignals, welches mit dem erfassten Abstand dg korrespondiert, kann die Auswerteeinheit 10 eine Relativposition der Gelenkkugel 4 gegenüber dem Gehäuse 2 bestimmen. Mit der gezeigten Anordnung lässt sich somit eine Veränderung der Relativposition der Gelenkkugel 4 in axialer Richtung feststellen.

Im bestimmungsgemäßen Einsatz des Kugelgelenks 1 wirken zwischen Gehäuse 2 und Kugelzapfen 3 immer wieder unterschiedliche Betriebskräfte. Eine typischerweise auf den Kugelzapfen 3 wirkende Kraft 15 ist durch einen in Axialrichtung wirkenden Pfeil angedeutet. Wirkt eine solche Kraft 15 über längere Zeitdauer und gegebenenfalls gepaart mit starker Reibung aufgrund von Schwenkbewegungen gegenüber dem Gehäuse 2 auf die Kugelschale 6 ein, so tritt Verschleiß auf. Der Kugelzapfen wird dabei beispielsweise in Richtung der Kraft 15 leicht versetzt, und nimmt dann die Position des Kugelzapfens 3' ein, in der Zeichnung angedeutet durch die gestrichelte Linie. Der auf diese Weise axial versetzte Kugelzapfen 3' weist einen ebenfalls versetzten Kugelmittelpunkt 16' auf. Aufgrund des Versatzes befindet sich der dem Abstandssensor 9 zugewandte Oberflächenabschnitt der Gelenkkugel nun näher an dem dem Gehäuse 2 zugeordneten Abstandssensor 9, somit wird ein gegenüber dem Ursprungszustand verringerter Abstand gemessen. Die Auswerteeinheit 10, welche das Messsignal des Abstandssensors 9 während des Betriebs laufend empfängt, kann aus dem erfassten Abstand dg die Relativposition der Gelenkkugel gegenüber dem Gehäuse 2 - zumindest in axialer Richtung - bestimmen. Die Auswerteeinheit 10 ist betreibbar, aus der laufend ermittelten Relativposition der Gelenkkugel 4 gegenüber dem Gehäuse 2 den Verschleißzustand des Kugelgelenks 1 abzuleiten. Vorteilhaft an dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist, dass sich der Verschleißzustand des Kugelgelenks 1 mittels eines einzigen Abstandssensors 9 ermitteln lässt. Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks 1. Das Kugelgelenk 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht in seinem mechanischen Aufbau im Wesentlichen dem Kugelgelenk 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Zur Vermeidung von Wiederholungen sei daher auf die dortigen Ausführungen verwiesen. Im Folgenden werden insbesondere davon abweichende Gestaltungsmerkmale sowie deren Wirkung beschrieben.

Das in Figur 2 gezeigte Kugelgelenk 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Kugelgelenk gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass sich durch eine Anordnung mehrerer Abstandssensoren sowie eine veränderte Geometrie der Gelenkkugel nicht nur der Verschleißzustand des Kugelgelenks, sondern auch ein Kippwinkel des Kugelzapfens gegenüber dem Gehäuse (Winkelsensor) bestimmen lässt. Zu diesem Zweck weist bei dem Kugelgelenk 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Gelenkkugel 4 an der dem Gehäuse 2 zugewandten Seite des Kugelzapfens 3 einen abgeflachten Bereich 11 auf. Der abgeflachte Bereich 11 erstreckt sich orthogonal zur Axialrichtung des Kugelzapfens 3 und bildet dabei eine gerade Ebene mit kreisförmiger Erstreckung aus.

Am Gehäusedeckel 14 sind nun zwei Abstandssensoren 7, 8 mit gleichem Abstand von der gestrichelt dargestellten Gelenkachse nebeneinander angeordnet. Der Abstandssensor 7 erfasst einen Abstand d 7 gegenüber dem abgeflachten Bereich 11 , während der Abstandssensor 8 einen Abstand de gegenüber dem abgeflachten Bereich 11 erfasst. Führt der Kugelzapfen 3 betriebsbedingt eine Schwenkbewegung um den Kugelmittelpunkt 16 durch, so wird der abgeflachte Bereich 11 entsprechend mitgeschwenkt. Bei einer Schwenkbewegung gegenüber der in Volllinien dargestellten Nulllage des Kugelzapfens 3 gegen den Uhrzeigersinn um den Winkel α befindet sich der Kugelzapfen 3" anschließend in einer entsprechend gedrehten Lage, angedeutet durch die gestrichelte Linie. Der abgeflachte Bereich 11 " ist ebenfalls entsprechend gegenüber der Ursprungslage gedreht.

Die bei einer Schwenkbewegung des Kugelzapfens 3 des in Figur 2 dargestellten Kugelgelenks 1 auftretenden Messsignale der Abstandssensoren 7, 8 sind in Figur 3 dargestellt. Demnach besteht eine funktionale Beziehung zwischen den Entfernun- gen d 7 beziehungsweise de und dem Kippwinkel a. Aus dieser funktionalen Beziehung ist über einen vorgegebenen Bewegungsfreiraum (zwischen -a und +a) des Kugelzapfens 3 eine eindeutige Zuordnung zwischen Abstand d 7 , de und dem Kippwinkel α möglich. Mit dem Einsatz von zwei Sensoren 7, 8, wie in Figur 2 gezeigt, ist es möglich, den gesamten Bewegungsbereich (-a bis +a) mit eindeutigen funktionalen Beziehungen abzudecken. Wie Figur 3 zeigt, ist es weiterhin möglich, aus den Abstandssignalen d 7 und de eine lineare Beziehung abzuleiten. Dies lässt sich durchführen, indem die mit dem einen Abstandssensor 7 erfasste Entfernung d 7 von dem mit dem Abstandssensor 8 erfassten Abstand d 8 subtrahiert wird. Im Ergebnis ergibt sich dabei eine lineare, funktionale Beziehung zwischen den Abstandsmesswerten d 7 , de und dem Kippwinkel a, in Figur 3 dargestellt durch die Gerade D.

Zugleich ist die Auswerteeinheit 10 des Kugelgelenks 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel betreibbar, aus den von den Abstandssensoren 7, 8 erfassten Abständen d 7 , de eine Relativposition der Gelenkkugel 4 gegenüber dem Gehäuse 2 zu bestimmen. Denn auch bei dem in Figur 2 gezeigten Kugelgelenk 1 kann aufgrund einer dauerhaften Krafteinwirkung beziehungsweise allgemeiner betrieblicher Belastung ein Verschleiß einsetzen, der wie bei dem in Figur 1 gezeigten Kugelgelenk zu einer Veränderung der Position der Gelenkkugel 4 relativ zum Gehäuse 2 führt. Eine solche verschleißbedingte Positionsveränderung würde dazu führen, dass sich die mit den Abstandssensoren 7, 8 erfassten Abstände - bei gleichem Kippwinkel α des Kugelzapfens - verkürzen auf die Abstände d 7 ' und d^. In der Figur 3 ist dies durch die jeweils nach unten verschobenen Abstandsverläufe dr beziehungsweise d 8 - dargestellt.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen von Kugelgelenken erfolgt die Ermittlung des Verschleißzustands auf Basis der Beobachtung der Relativposition der Gelenkkugel, wozu eine Abstandsmessung durchgeführt wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es denkbar, dass mit Hilfe eines oder mehrerer weiterer Sensoren weitere mechanische Zustände des Kugelgelenks erfasst werden, und die Auswerteeinheit betreibbar ist, neben der Relativposition der Gelenkkugel auch diese weiteren Zustandsinformationen bei der Ableitung des Verschleißzustandes zu berücksichtigen. Bezuqszeichen

1 Kugelgelenk

Gehäuse

Kugelzapfen

Gelenkkugel

5 Öffnung

6 Kugelschale

7 Abstandssensor

8 Abstandsensor

9 Abstandssensor

10 Auswerteeinheit

11 abgeflachter Bereich

12 Kugeloberfläche

13 Dichtungsbalg

14 Gehäusedeckel

15 Kraft

16 Kugelmittelpunkt

3' Kugelzapfen (versetzt)

3" Kugelzapfen (ausgelenkt)

11 " abgeflachter Bereich (ausgel d 7 , d 7 - Abstand

de, d 8 - Abstand

dg Abstand

D Differenz

α Schwenkwinkel