EP1597487A1 - Kugelgelenk - Google Patents

Kugelgelenk

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Publication number
EP1597487A1
EP1597487A1 EP04715241A EP04715241A EP1597487A1 EP 1597487 A1 EP1597487 A1 EP 1597487A1 EP 04715241 A EP04715241 A EP 04715241A EP 04715241 A EP04715241 A EP 04715241A EP 1597487 A1 EP1597487 A1 EP 1597487A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ball
electrode
ball joint
joint
bearing shell
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04715241A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Gerd Brunneke
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
Application filed by ZF Lemfoerder GmbH filed Critical ZF Lemfoerder GmbH
Publication of EP1597487A1 publication Critical patent/EP1597487A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/20—Investigating the presence of flaws
    • G01N27/205—Investigating the presence of flaws in insulating materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C11/04—Pivotal connections
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    • F16C11/0619—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints the female part comprising a blind socket receiving the male part
    • F16C11/0623—Construction or details of the socket member
    • F16C11/0628—Construction or details of the socket member with linings
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    • F16C11/0619—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints the female part comprising a blind socket receiving the male part
    • F16C11/0623—Construction or details of the socket member
    • F16C11/0647—Special features relating to adjustment for wear or play; Wear indicators
    • 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
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    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
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    • F16C17/24—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety
    • F16C17/246—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety related to wear, e.g. sensors for measuring wear
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    • F16C2233/00—Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/008—Identification means, e.g. markings, RFID-tags; Data transfer means

Definitions

  • the present invention relates to a ball joint for a motor vehicle, in particular for the chassis of the motor vehicle, with a ball joint housing having a joint opening, in which a bearing shell made of an insulating material is arranged, and a ball joint made of an electrically conductive material, having a joint ball and a pin Ball pin, which is pivoted and pivoted with its joint ball in the bearing shell and with its pin protrudes through the joint opening out of the ball joint housing.
  • a ball joint for. B. known for the suspension of a front wheel of a motor vehicle, wherein a ball pin with a ball head is arranged with the interposition of a bearing shell in a bearing housing.
  • the ball stud and the bearing housing are made of a metallic material, whereas the bearing shell is made of a plastic that does not conduct electricity.
  • a voltage is applied between the ball stud and the bearing housing and the flowing current is measured.
  • a ball joint for example for the steering device of a motor vehicle, is known from JP 56006911 A, a ball pin with a joint ball being arranged in a joint housing with the interposition of a bearing shell.
  • the joint housing is made of a metallic material, whereas the bearing shell is made of an insulating plastic.
  • An electrode made of copper is embedded in the bearing shell, which initially does not extend to the inner surface of the bearing shell and is in electrical contact with the joint housing, which is connected to a voltage source via an electrical line with the interposition of a signaling device. If the bearing shell is worn, the electrode comes into direct contact with the joint ball of the ball stud connected to earth, whereupon the signaling device is activated.
  • the ball joint according to the invention for a motor vehicle in particular for the chassis of the motor vehicle, has a joint opening
  • Ball joint housing in which a bearing shell made of an insulating material is arranged, and a ball pin made of an electrically conductive material, having a joint ball and a pin, which is rotatably and pivotably mounted with its joint ball in the bearing shell and with its pin through the Joint opening through the
  • Ball joint housing protrudes.
  • An electrode is arranged in the wall of the bearing shell at a distance ⁇ from the joint ball, the electrode and the joint ball being electrically insulated from one another via the bearing shell.
  • the wall between the joint ball and ball joint housing has at least two layers lying one behind the other, between which the electrode is arranged.
  • the electrode can be formed as a metallic foil, which is glued onto one of the two layers, for example, during the production of the bearing shell. Furthermore, the electrode can be formed from an electrically conductive lacquer, which can, for example, be mixed with electrically conductive particles, such as metal particles.
  • the electrode as a chemical or galvanic metallization of one of the two layers, with copper has proven the metallization of plastics.
  • This metallization made of copper can also be provided with a coating of gold or a gold alloy towards the joint ball, so that in the event of wear, the electrical transition between the joint ball and the electrode has the lowest possible contact resistance.
  • this coating can also be made from other electrically highly conductive materials such as. B. made of silver or a silver alloy.
  • the electrode can be designed as a punctiform individual electrode, as a surface electrode extending over a larger area or as an arrangement of a plurality of individual electrodes which are electrically connected to one another, the last two variants making it possible to check a larger area of the bearing shell for wear.
  • the punctiform single electrode With the punctiform single electrode, the state of wear can only be recorded locally.
  • an electrical contact between the ball pin and the ball joint housing can also be established in that both the ball joint housing and the ball pin are connected directly to electrically conductive components, which in turn are electrically connected to one another.
  • the pin can be surrounded in a ring shape by electrically insulating material at its end region facing away from the joint ball, so that there is direct electrical contact between the ball pin and the one on it attached component is prevented. If the ball stud is connected to the component via a nut made of electrically conductive material, it is also advantageous to provide a washer made of insulating material between the component and the nut.
  • the electrode can extend so far out of the wall of the bearing shell that it is in direct electrical contact with the ball joint housing and can be contacted electrically via this.
  • a bushing is preferably provided in the ball joint housing, through which an electrical line connected to the electrode extends and which is advantageously electrically insulated from the ball joint housing. If the electrode does not protrude from the bearing shell, an opening can also be provided in this, which extends from the outside of the bearing shell to the electrode. The electrical line for contacting the electrode can then be inserted into this opening.
  • both the electrode and the electrical line are electrically insulated from the ball joint housing, electrical insulation of the ball stud from the ball joint housing or from the component can be dispensed with, for example.
  • a method for producing a bearing shell from an insulating plastic for a ball joint which has the following method steps: - Injection molding of a first layer of the bearing shell
  • the method according to the invention creates a bearing shell in which the electrode is an integral part of the bearing shell.
  • the two layers lie directly on the electrode and in areas without an electrode directly where they can form a cohesive connection with one another by injection molding.
  • the electrode can be designed as a metallic foil that is glued onto the first layer, for example. Furthermore, an electrically conductive lacquer can be applied to the first layer in order to form the electrode.
  • the electrode can also be formed by metallizing at least part of the first layer, in particular by a chemical or galvanic process, copper, among other materials, having proven to be a suitable electrode material.
  • the electrode can be realized as a punctiform individual electrode or as an arrangement of a plurality of individual electrodes which are electrically connected to one another.
  • the electrode is preferably designed as a surface electrode extending over a larger area.
  • the electrode can be provided with a coating of gold or a gold alloy before the second layer is applied.
  • gold or a gold alloy
  • other electrically highly conductive materials such as e.g. Silver or a silver alloy can be used.
  • Electrically insulating plastics such as POM (polyoxymethylene), PEEK (polyether ether ketone) or PA (polyamide) can be used as materials for the layers of the bearing shell, which can also be additionally reinforced with fibers to stiffen the bearing shell.
  • POM polyoxymethylene
  • PEEK polyether ether ketone
  • PA polyamide
  • the electrode In the unworn state, the electrode is electrically insulated from the joint ball by means of the layer of the bearing shell arranged between the electrode and the joint ball.
  • the operation of the motor vehicle results in movements between the joint ball and the bearing shell, so that the wall thereof becomes increasingly thinner due to friction and deformation.
  • the joint ball gains more and more play compared to the ball joint housing until the ball joint becomes unusable.
  • This electrical evaluation device can now visually or acoustically inform the vehicle driver of the presence of the state of wear or store it in an electrical storage component for later reading.
  • the ball joint can be replaced to avoid major damage.
  • the thickness of the layer of the unworn bearing shell arranged between the electrode and the joint ball determines at which wear of the bearing shell or at which play of the joint ball against the ball joint housing the bearing shell is considered worn. The closer the electrode is to the surface of the bearing shell facing the joint ball, the thinner is the layer which electrically insulates the electrode from the joint ball and the less wear is sufficient until the state of wear is detected.
  • the evaluation device can have a simple circuit with a warning light, with a voltage between the ball stud and the electrode is created. If there is electrical contact between the electrode and the ball stud, the warning lamp lights up to inform the driver about the state of wear. If, however, the evaluation device stores the information characterizing the state of wear in a memory, this can be done e.g. B. be read out at predetermined maintenance intervals. Furthermore, it is possible for the evaluation device to be connected to an existing on-board computer network or to form part of this on-board computer network itself.
  • the ball joint according to the invention or with a bearing shell for a ball joint produced by the method according to the invention, it is possible to carry out permanent monitoring of the joint wear in the motor vehicle, so that driving safety is increased. Furthermore, the ball joint according to the invention has a simple structure, so that older vehicles can also be retrofitted with it. Because even the simplest circuitry means the driver of the vehicle
  • Fig. 1 a first embodiment of the ball joint according to the invention in a partially sectioned view
  • FIG. 2 shows a sectional view of part of a bearing shell of the ball joint according to the invention according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a partially sectioned view of a first embodiment of the ball joint according to the invention, wherein in a ball joint housing 1 a ball pin 4 having a ball joint 2 and a pin 3 is rotatably and pivotably mounted in a bearing shell 5.
  • a sealing bellows 6 is arranged between the ball joint housing 1 and the ball pin 4, which bears sealingly at one end on the ball joint housing 1 and at its other end on the pin 3 and prevents dirt and water from penetrating into the interior of the ball joint housing 1. So that this protection is maintained even when the ball pin 4 moves relative to the ball joint housing 1, the two ends of the sealing bellows 6 are each centripetal preloaded via a clamping ring 7 and 8.
  • a thread 9 with a screwed-on nut 10 is provided for fastening a component. Furthermore, in the transition region between the joint ball 2 and the pin 3, the ball pin 4 is enclosed by a collar 11 made of an electrically insulating material.
  • the bearing shell 5 has an outer layer 12 and an inner layer 13, an electrode 14 being arranged between these two layers and being in direct contact with them.
  • the electrode 14 is electrically connected via a first electrical line 16 extending through a bushing 15 provided in the ball joint housing 1 to an incandescent lamp (or another optical signal transmitter) 17, the other connection of which is connected to the positive pole (+) of a voltage source. Both the first electrical line 16 and the electrode 14 are electrically insulated from the ball joint housing 1.
  • the ball pin 4 is connected with its pin 3 via a second electrical line 18 to the negative pole (-) of the voltage source, so that the electrode 14 and the ball pin 4 are separated from one another in electrical terms only via the inner layer 13 with the thickness ⁇ . Since this thickness ⁇ becomes smaller and smaller with increasing wear, the maximum permissible wear of the bearing shell 5 can be determined.
  • the incandescent lamp 17 begins to light up. If the light bulb 17 is now arranged in the interior of the motor vehicle, the driver can on Illuminate the light bulb 17 recognize that the bearing shell 5 of the ball joint is worn out.
  • FIG. 2 shows a sectional view of part of a bearing shell 5 for a ball joint according to the invention in accordance with a second embodiment of the invention.
  • an electrode 14 is fixedly arranged in the bearing shell 5 between an outer layer 12 and an inner layer 13, one end 19 of the electrode 14 being led out of the lower region 20 of the bearing shell 5.
  • the two layers 12 and 13 directly adjoin one another and are connected to one another via a material connection.
  • the end 19 of the electrode 14 can, for. B. can be used to make direct contact between the electrode 14 and the ball joint housing, via which the electrode 14 can then be contacted electrically. In this case, it would be possible to dispense with the formation of a bushing for an electrical line in the ball joint housing.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für das Fahrwerk des Kraftfahrzeugs und weist ein eine Gelenköffnung aufweisendes Kugelgelenkgehäuse (1), in dem eine aus einem isolierenden Material hergestellte Lagerschale (5) angeordnet ist, und einen aus einem elektrisch leitenden Material hergestellten, eine Gelenkkugel (2) und einen Zapfen (3) aufweisenden Kugelzapfen (4) auf, der mit seiner Gelenkkugel (2) in der Lagerschale (5) drehbar und schwenkbar gelagert ist und mit seinem Zapfen (3) durch die Gelenköffnung hindurch aus dem Kugelgelenkgehäuse herausragt. In der Wandung der Lagerschale (5) ist eine Elektrode (14) im Abstand (Δ) zu der Gelenkkugel (2) angeordnet, wobei die Elektrode (14) und die Gelenkkugel (2) über die Lagerschale (5) gegeneinander elektrisch isoliert sind. Ferner weist die Wandung zwischen Gelenkkugel (2) und Kugelgelenkgehäuse (1) wenigstens zwei hintereinanderliegende Schichten (12, 13) auf, zwischen denen die Elektrode (14) angeordnet ist.

Description

Kugelgelenk
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für das Fahrwerk des Kraftfahrzeugs mit einem eine Gelenköffnung aufweisenden Kugelgelenkgehäuse, in dem eine aus einem isolierenden Material hergestellte Lagerschale angeordnet ist, und einem aus einem elektrisch leitenden Material hergestellten, eine Gelenkkugel und einen Zapfen aufweisenden Kugelzapfen, der mit seiner Gelenkkugel in der Lagerschale drehbar und schwenkbar gelagert ist und mit seinem Zapfen durch die Gelenköffnung hindurch aus dem Kugelgelenkgehäuse herausragt.
Ein derartiges Kugelgelenk ist in der deutschen Patentanmeldung DE 100 09 054 beschrieben, wobei das aus elektrisch leitendem Material hergestellte Kugelgelenkgehäuse und der Kugelzapfen über elektrische Leitungen mit einer Auswerteeinheit verbunden sind, mittels der ein übermäßiger Verschleiß der Lagerschale erfasst werden kann, der durch den unmittelbaren Kontakt der Gelenkkugel mit dem Kugelgelenkgehäuse gekennzeichnet ist.
Aus der DE 195 46 084 CI ist ein Kugelgelenk, z. B. für die Aufhängung eines Vorderrads eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei ein Kugelzapfen mit einem Kugelkopf unter Zwischenschaltung einer Lagerschale in einem Lagergehäuse angeordnet ist. Der Kugelzapfen und das Lagergehäuse sind aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, wohingegen die Lagerschale aus einem den elektrischen Strom nicht leitenden Kunststoff gefertigt ist. Zur Verschleißmessung wird zwischen Kugelzapfen und Lagergehäuse eine Spannung angelegt und der fließende Strom gemessen. Ferner ist aus der JP 56006911 A ein Kugelgelenk, z.B. für die Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, bekannt, wobei ein Kugelzapfen mit einer Gelenkkugel unter Zwischenschaltung einer Lagerschale in einem Gelenkgehäuse angeordnet ist. Das Gelenkgehäuse ist aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, wohingegen die Lagerschale aus einem isolierenden Kunststoff gefertigt ist. In der Lagerschale ist eine Elektrode aus Kupfer eingebettet, welche sich zunächst nicht bis zur inneren Oberfläche der Lagerschale hin erstreckt und in elektrischem Kontakt mit dem Gelenkgehäuse steht, welches über eine elektrische Leitung unter Zwischenschaltung eines Meldegeräts mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Wenn die Lagerschale verschlissen ist, gelangt die Elektrode in unmittelbaren Kontakt mit der Gelenkkugel des mit Masse verbundenen Kugelzapfens, woraufhin das Meldegerät aktiviert wird.
In Kugelgelenken für Kraftfahrzeuge werden regelmäßig Fette verwendet, die z. B. mit Graphit oder mit Molybdän versetzt und somit elektrisch leitfähig sind. Ferner können Verunreinigungen einschließlich Wasser in das Kugelgelenk eindringen, welche ebenfalls leitfähig sind. Somit ist es möglich, dass diese Stoffe zwischen Elektrode und Gelenkkugel z. B. eines Kugelgelenks nach der JP 56006911 A geraten und dort einen elektrischen Übergangswiderstand ausbilden, der wegen des kurzen Abstands von Elektrode und Gelenkkugel einen relativ geringen Widerstandswert aufweist. Wenn aber ein elektrischer Strom zwischen Elektrode und Gelenkkugel fließen kann, obwohl die Lagerschale noch keinen unmittelbaren Kontakt von Elektrode und Gelenkkugel zulässt, also der Verschleißzustand noch nicht eingetreten ist, kann dies zu Fehlmessungen bei der Ermittlung des Verschleißzustands fuhren.
Andererseits können diese Verunreinigungen über die Lebensdauer des oben genannten Kugelgelenks zu einer Korrosion der Elektrode fuhren, so dass im Verschleißfalle, also bei einem unmittelbaren mechanischen Kontakt von Elektrode und Gelenkkugel, kein oder nur ein sehr schwacher elektrischer Kontakt ausgebildet wird. Auch dies kann zu Fehlmessungen bei der Ermittlung des Verschleißzustandes führen. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kugelgelenk der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem diese Fehlmessungen vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird erfϊndungsgemäß mit einem Kugelgelenk mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für das Fahrwerk des Kraftfahrzeugs, weist ein eine Gelenköffnung aufweisendes
Kugelgelenkgehäuse, in dem eine aus einem isolierenden Material hergestellte Lagerschale angeordnet ist, und einen aus einem elektrisch leitenden Material hergestellten, eine Gelenkkugel und einen Zapfen aufweisenden Kugelzapfen auf, der mit seiner Gelenkkugel in der Lagerschale drehbar und schwenkbar gelagert ist und mit seinem Zapfen durch die Gelenköff ung hindurch aus dem
Kugelgelenkgehäuse herausragt. In der Wandung der Lagerschale ist eine Elektrode im Abstand Δ zu der Gelenkkugel angeordnet, wobei die Elektrode und die Gelenkkugel über die Lagerschale gegeneinander elektrisch isoliert sind. Ferner weist die Wandung zwischen Gelenkkugel und Kugelgelenkgehäuse wenigstens zwei hintereinanderliegende Schichten auf, zwischen denen die Elektrode angeordnet ist.
Dadurch, dass die Elektrode zwischen zwei Schichten der Lagerschale angeordnet ist, können im Messbereich weder Fett noch Verunreinigungen in unmittelbaren Kontakt mit der Elektrode treten, so dass die zum Stand der Technik aufgeführten Nachteile mit dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk vermieden werden.
Die Elektrode kann als metallische Folie ausgebildet sein, die zum Beispiel während der Herstellung der Lagerschale auf eine der beiden Schichten aufgeklebt wird. Ferner ist die Elektrode aus einem elektrisch leitenden Lack bildbar, der zum Beispiel mit elektrisch leitenden Partikeln, wie Metallpartikel, versetzt sein kann.
Es ist aber auch möglich, die Elektrode als chemische bzw. galvanische Metallisierung von einer der beiden Schichten auszubilden, wobei sich Kupfer bei der Metallisierung von Kunststoffen bewährt hat. Diese Metallisierung aus Kupfer kann ferner zur Gelenkkugel hin mit einer Beschichtung aus Gold oder einer Goldlegierung versehen sein, so dass im Verschleißfalle der elektrische Übergang zwischen der Gelenkkugel und der Elektrode einen möglichst geringen Kontaktwiderstand aufweist. Diese Beschichtung kann aber auch aus anderen elektrisch gut leitenden Materialien wie z. B. aus Silber oder einer Silberlegierung hergestellt sein.
Die Elektrode kann als punktförmige Einzelelektrode, als eine sich über einen größeren Bereich erstreckende Flächenelektrode oder als Anordnung mehrerer, miteinander elektrisch verbundener Einzelelektroden ausgebildet sein, wobei die letzten beiden Varianten die Überprüfung eines größeren Bereichs der Lagerschale auf Verschleiß ermöglichen. Mit der punktförmigen Einzelelektrode kann der Verschleißzustand nur lokal erfasst werden.
Bei einer starken Auslenkung des Kugelzapfens kann es zu einem elektrischen Kontakt zwischen dem Kugelzapfen und dem Kugelgelenkgehäuse kommen. Insbesondere dann, wenn die Elektrode mit dem Kugelgelenkgehäuse elektrisch verbunden ist, kann dieser elektrische Kontakt in irreführender Weise eine Auswerteeinrichtung dazu veranlassen, den Verschleißzustand festzustellen. Aus diesem Grund kann der Kugelzapfen im Übergangsbereich zwischen der Gelenkkugel und dem Zapfen von einem Kragen aus elektrisch isolierendem Material umschlossen sein. Neben der elektrischen Funktion kann dieser Kragen aber auch als mechanischer Puffer beim Aneinanderstoßen von Kugelzapfen und Kugelgelenkgehäuse wirken.
Ferner kann ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kugelzapfen und dem Kugelgelenkgehäuse auch dadurch hergestellt werden, das sowohl das Kugelgelenkgehäuse als auch der Kugelzapfen unmittelbar mit elektrisch leitenden Bauteilen verbunden sind, die ihrerseits elektrisch miteinander in Verbindung stehen. Aus diesem Grund kann der Zapfen an seinem der Gelenkkugel abgewandten Endbereich ringförmig von elektrisch isolierendem Material umschlossen sein, so dass ein unmittelbarer elektrischer Kontakt des Kugelzapfens zu dem an diesem befestigten Bauteil verhindert ist. Wenn der Kugelzapfen über eine Mutter aus elektrisch leitendem Material mit dem Bauteil verbunden wird, ist es ferner vorteilhaft, zwischen Bauteil und Mutter eine Unterlegscheibe aus isolierendem Material vorzusehen.
Die Elektrode kann sich derart weit aus der Wandung der Lagerschale heraus erstrecken, dass sie in unmittelbarem elektrischem Kontakt zu dem Kugelgelenkgehäuse steht und über dieses elektrisch kontaktiert werden kann. Bevorzugt ist jedoch eine Durchführung in dem Kugelgelenkgehäuse vorgesehen, durch welche hindurch sich eine an der Elektrode angeschlossene elektrische Leitung erstreckt, die vorteilhafterweise gegenüber dem Kugelgelenkgehäuse elektrisch isoliert ist. Wenn die Elektrode nicht aus der Lagerschale herausragt, kann in dieser ebenfalls eine Öffnung vorgesehen sein, die sich von der Außenseite der Lagerschale aus bis zur Elektrode hin erstreckt. In diese Öffnung kann dann die elektrische Leitung zum Kontaktieren der Elektrode eingeführt werden.
Falls sowohl die Elektrode als auch die elektrische Leitung gegenüber dem Kugelgelenkgehäuse elektrisch isoliert sind, kann zum Beispiel auf eine elektrische Isolierung des Kugelzapfens gegenüber dem Kugelgelenkgehäuse oder gegenüber dem Bauteil verzichtet werden.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Lagerschale aus einem isolierenden Kunststoff für ein Kugelgelenk geschaffen, welches folgende Verfahrensschritte aufweist: - Spritzgießen einer ersten Schicht der Lagerschale
Ausbilden einer Elektrode an der ersten Schicht und
Spritzgießen einer zweiten Schicht der Lagerschale auf die erste Schicht und die Elektrode.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Lagerschale geschaffen, bei der die Elektrode integrativer Bestandteil der Lagerschale ist. Dadurch können im Messbereicht weder Fett noch Verunreinigungen in unmittelbaren Kontakt mit der Elektrode treten, so dass die zum Stand der Technik aufgeführten Nachteile mit der erfindungsgemäßen Lagerschale vermieden werden.
Die beiden Schichten liegen unmittelbar an der Elektrode und in Bereichen ohne Elektrode unmittelbar aneinander an, wo sie durch das Spritzgießen eine stoffschlüssige Verbindung miteinander eingehen können.
Die Elektrode kann als metallische Folie ausgebildet sein, die zum Beispiel auf die erste Schicht aufgeklebt wird. Ferner ist zur Ausbildung der Elektrode das Aufbringen eins elektrisch leitenden Lacks auf die erste Schicht möglich.
Andererseits kann die Elektrode aber auch durch Metallisieren zumindest eines Teils der ersten Schicht, insbesondere durch ein chemisches bzw. galvanisches Verfahren ausgebildet werden, wobei sich Kupfer, neben anderen Materialien, als geeignetes Elektrodenmaterial erwiesen hat.
Die Elektrode kann als punktförmige Einzelelektrode oder als Anordnung mehrerer, miteinander elektrisch verbundener Einzelelektroden realisiert werden. Bevorzugt wird die Elektrode aber als eine sich über einen größeren Bereich erstreckende Flächenelektrode ausgebildet.
Zur Verringerung des Kontaktwiderstandes im Verschleißfalle kann die Elektrode vor dem Aufbringen der zweiten Schicht mit einer Beschichtung aus Gold oder einer Goldlegierung versehen werden. Für diese Beschichtung können aber auch andere elektrisch gut leitende Materialien wie z.B. Silber oder eine Silberlegierung verwendet werden.
Als Materialien für die Schichten der Lagerschale können elektrisch isolierende Kunststoffe wie POM (Polyoxymethylen), PEEK (Polyetheretherketon) oder PA (Polyamid) verwendet werden, die zur Versteifung der Lagerschale auch noch zusätzlich mit Fasern verstärkbar sind. Nachfolgend wird der Einsatz des erfindungsgemäßen Kugelgelenks bzw. eines mit einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Lagerschale versehenen Kugelgelenks zur Verschleißmessung beschrieben.
Im unverschlissenen Zustand ist die Elektrode gegenüber der Gelenkkugel mittels der zwischen Elektrode und Gelenkkugel angeordneten Schicht der Lagerschale elektrisch isoliert. Durch den Betrieb des Kraftfahrzeugs kommt es jedoch zu Bewegungen zwischen der Gelenkkugel und der Lagerschale, so dass deren Wandung durch Reibung und Verformung immer dünner wird. Dadurch gewinnt die Gelenkkugel gegenüber dem Kugelgelenkgehäuse zunehmend an Spiel, bis das Kugelgelenk unbrauchbar wird.
Wenn nun die zwischen Elektrode und Gelenkkugel liegende Schicht der Lagerschale derart stark verschlissen ist, dass sich ein elektrischer Kontakt zwischen der Elektrode und der Gelenkkugel ausbildet, kann dieser über eine elektrische Auswerteeinrichtung erfasst werden. Diese elektrische Auswerteeinrichtung kann nun die Information über das Vorliegen des Verschleißzustands dem Fahrzeugführer optisch oder akustisch zur Kenntnis bringen oder in einem elektrischen Speicherbauelement zum späteren Auslesen ablegen.
Ist der Verschleißzustand erfasst, kann das Kugelgelenk zur Vermeidung größerer Schäden ausgetauscht werden.
Über die Dicke der zwischen der Elektrode und der Gelenkkugel angeordneten Schicht der unverschlissenen Lagerschale ist eingestellt, bei welcher Abnutzung der Lagerschale bzw. bei welchem Spiel der Gelenkkugel gegenüber dem Kugelgelenkgehäuse die Lagerschale als verschlissen gilt. Je näher die Elektrode an der der Gelenkkugel zugewandten Oberfläche der Lagerschale sitzt, umso dünner ist die Schicht, welche die Elektrode gegenüber der Gelenkkugel elektrisch isoliert und umso weniger Verschleiß reicht aus, bis der Verschleißzustand erfasst wird.
Die Auswerteeinrichtung kann einen einfachen Stromkreis mit einer Warnleuchte aufweisen, wobei zwischen dem Kugelzapfen und der Elektrode eine Spannung angelegt wird. Bei Vorliegen eines elektrischen Kontakts zwischen der Elektrode und dem Kugelzapfen leuchtet die Warnlampe, um den Fahrzeugführer über, den Verschleißzustand zu informieren. Falls die Auswerteeinrichtung aber den Verschleißzustand kennzeichnende Informationen in einem Speicher ablegt, können diese z. B. in vorgegebenen Wartungsintervallen ausgelesen werden. Ferner ist es möglich, dass die Auswerteeinrichtung mit einem bestehenden Bordrechnernetz verbunden ist, bzw. selbst einen Teil dieses Bordrechnernetzes bildet.
Mit dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk bzw. mit einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Lagerschale für ein Kugelgelenk ist es möglich, eine permanente Überwachung des Gelenkverschleißes im Kraftfahrzeug durchzuführen, so dass die Fahrsicherheit erhöht wird. Ferner weist das erfmdungsgemäße Kugelgelenk einen einfachen Aufbau auf, so dass auch ältere Fahrzeuge damit nachgerüstet werden können. Dadurch, dass schon mit einfachsten schaltungstechnischen Mitteln dem Fahrzeugführer ein Hinweis auf den
Verschleißzustand gegeben werden kann, ist die Komplexität der Anordnung gering, so dass eine hohe Zuverlässigkeit erzielt werden kann. Ferner ist eine Überwachung des Verschleißzustands kostengünstig realisierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 : eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks in einer teilweise geschnittenen Ansicht und
Fig. 2: eine Schnittansicht eines Teils einer Lagerschale des erfindungsgemäßen Kugelgelenks gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Aus Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks ersichtlich, wobei in einem Kugelgelenkgehäuse 1 ein eine Gelenkkugel 2 und einen Zapfen 3 aufweisender Kugelzapfen 4 in einer Lagerschale 5 drehbar und schwenkbar gelagert ist. Zwischen dem Kugelgelenkgehäuse 1 und dem Kugelzapfen 4 ist ein Dichtungsbalg 6 angeordnet, der mit seinem einen Ende an dem Kugelgelenkgehäuse 1 und mit seinem anderen Ende an dem Zapfen 3 dichtend anliegt und ein Eindringen von Schmutz und Wasser in das Innere des Kugelgelenkgehäuses 1 verhindert. Damit dieser Schutz auch bei Bewegungen des Kugelzapfens 4 relativ zum Kugelgelenkgehäuse 1 aufrechterhalten wird, sind die beiden Enden des Dichtungsbalgs 6 jeweils über einen Spannring 7 und 8 zentripetal vorgespannt. An dem der Gelenkkugel 2 abgewandten Endbereich des Zapfens 3 ist ein Gewinde 9 mit einer aufgeschraubten Mutter 10 zum Befestigen eines Bauteils vorgesehen. Ferner ist im Übergangsbereich zwischen der Gelenkkugel 2 und dem Zapfen 3 der Kugelzapfen 4 von einem Kragen 11 aus einem elektrisch isolierenden Material umschlossen.
Die Lagerschale 5 weist eine äußere Schicht 12 und eine innere Schicht 13 auf, wobei eine Elektrode 14 zwischen diesen beiden Schichten angeordnet ist und unmittelbar an diesen anliegt. Die Elektrode 14 ist über eine sich durch eine im Kugelgelenkgehäuse 1 vorgesehene Durchführung 15 hindurcherstreckende erste elektrische Leitung 16 mit einer Glühlampe (oder einem anderen optischen Signalgeber) 17 elektrisch verbunden, deren anderer Anschluss an dem positiven Pol (+) einer Spannungsquelle angeschlossen ist. Sowohl die erste elektrische Leitung 16 als auch die Elektrode 14 sind dabei gegenüber dem Kugelgelenkgehäuse 1 elektrisch isoliert ausgebildet.
Der Kugelzapfen 4 ist mit seinem Zapfen 3 über eine zweite elektrische Leitung 18 an dem Minuspol (-) der Spannungsquelle angeschlossen, so dass die Elektrode 14 und der Kugelzapfen 4 in elektrischer Hinsicht nur über die innere Schicht 13 mit der Dicke Δ voneinander getrennt sind. Da diese Dicke Δ mit zunehmendem Verschleiß immer geringer wird, kann über sie der maximal zulässige Verschleiß der Lagerschale 5 festgelegt werden.
Ist die Schicht 13 verschlissen und kommt es zu einem elektrischen Kontakt des Kugelzapfens 4 mit der Elektrode 14, so wird ein geschlossener Stromkreis ausgebildet, wodurch die Glühlampe 17 zu leuchten beginnt. Ist die Glühlampe 17 nun im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet, kann der Fahrzeugführer am Leuchten der Glühlampe 17 erkennen, dass die Lagerschale 5 des Kugelgelenks verschlissen ist.
Aus Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Teils einer Lagerschale 5 für ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. Identische und funktionsgleiche Merkmale werden mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform gekennzeichnet. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist in der Lagerschale 5 eine Elektrode 14 zwischen einer äußeren Schicht 12 und einer inneren Schicht 13 festsitzend angeordnet, wobei die Elektrode 14 mit einem Ende 19 aus dem unteren Bereich 20 der Lagerschale 5 herausgeführt ist. Im oberen Bereich 21 der Lagerschale 5 grenzen die beiden Schichten 12 und 13 unmittelbar aneinander und sind über eine stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden.
Das Ende 19 der Elektrode 14 kann z. B. dafür verwendet werden, um einen unmittelbaren Kontakt zwischen der Elektrode 14 und dem Kugelgelenkgehäuse herzustellen, über welches die Elektrode 14 dann elektrisch kontaktiert werden kann. In diesem Fall wäre es möglich, auf das Ausbilden einer Durchführung für eine elektrische Leitung in dem Kugelgelenkgehäuse zu verzichten.
Bezugszeichenliste:
1 Kugelgelenkgehäuse
2 Gelenkkugel
3 Zapfen
4 Kugelzapfen
5 Lagerschale
6 Dichtungsbalg
7 Spannring
8 Spannring
9 Gewinde
10 Mutter
11 Kragen
12 äußere Schicht der Lagerschale
13 innere Schicht der Lagerschale
14 Elektrode
15 Durchführung
16 erste elektrische Leitung
17 Glühlampe
18 zweite elektrische Leitung
19 aus der Lagerschale herausgeführtes Ende der Elektrode
20 unterer Bereich der Lagerschale
21 oberer Bereich der Lagerschale
Δ Abstand

Claims

KugelgelenkPatentansprüche
1. Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für das Fahrwerk des Kraftfahrzeugs, mit:
-einem eine Gelenköffiiung aufweisenden Kugelgelenkgehäuse (1), in dem eine aus einem isolierenden Material hergestellte Lagerschale (5) angeordnet ist, -einem aus einem elektrisch leitenden Material hergestellten, eine Gelenkkugel (2) und einen Zapfen (3) aufweisenden Kugelzapfen (4), der mit seiner Gelenkkugel (2) in der Lagerschale (5) drehbar und schwenkbar gelagert ist und mit seinem Zapfen (3) durch die Gelenköffhung hindurch aus dem Kugelgelenkgehäuse (1) herausragt, wobei in der Wandung der Lagerschale (5) eine Elektrode (14) im Abstand zu der Gelenkkugel (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (14) und die Gelenkkugel (2) über die Lagerschale (5) gegeneinander elektrisch isoliert sind und die Wandung zwischen Gelenkkugel (2) und Kugelgelenkgehäuse (1) wenigstens zwei hintereinanderliegende Schichten (12, 13) aufweist, zwischen denen die Elektrode (14) angeordnet ist.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (14) als metallische Folie ausgebildet ist.
3. Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie auf einer ersten der beiden Schichten (12) aufgeklebt ist.
4. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (14) aus einem elektrisch leitenden Lack gebildet ist.
5. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (14) als Metallisierung von einer ersten der beiden Schichten (12) ausgebildet ist.
6. Kugelgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung aus Kupfer besteht.
7. Kugelgelenk nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung zusätzlich mit einer Beschichtung aus Gold oder einer Goldlegierung oder aus Silber oder einer Silberlegierung versehen ist.
8. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelzapfen (4) im Übergangsbereich zwischen der Gelenkkugel (2) und dem Zapfen (3) von einem Kragen (11) aus elektrisch isolierendem Material umschlossen ist.
9. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (3) zumindest an seinem der Gelenkkugel (2) abgewandten Endbereich ringförmig von elektrisch isolierendem Material umschlossen ist.
10. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kugelgelenkgehäuse (1) eine Durchführung (15) vorgesehen ist, durch welche hindurch sich eine an der Elektrode (14) angeschlossene elektrische Leitung (16) erstreckt.
11. Verfahren zur Herstellung einer Lagerschale aus einem isolierenden Kunststoff für ein Kugelgelenk mit den Verfahrensschritten:
Spritzgießen einer ersten Schicht der Lagerschale,
Ausbilden einer Elektrode an der ersten Schicht und
Spritzgießen einer zweiten Schicht der Lagerschale auf die erste Schicht und die Elektrode.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrode eine metallische Folie verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie auf die erste Schicht aufgeklebt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode durch Aufbringen eines elektrisch leitenden Lacks ausgebildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode durch Metallisieren zumindest eines Teils der ersten Schicht ausgebildet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode aus Kupfer hergestellt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode mit einer Beschichtung aus Gold oder einer Goldlegierung oder aus Silber oder einer Silberlegierung versehen wird.
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