KR20080025162A - 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트 - Google Patents

자동차용 볼-앤드-소켓 조인트 Download PDF

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KR20080025162A
KR20080025162A KR1020087001436A KR20087001436A KR20080025162A KR 20080025162 A KR20080025162 A KR 20080025162A KR 1020087001436 A KR1020087001436 A KR 1020087001436A KR 20087001436 A KR20087001436 A KR 20087001436A KR 20080025162 A KR20080025162 A KR 20080025162A
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KR
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socket joint
housing
joint housing
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KR1020087001436A
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요아힘 슈프라테
미하엘 클랑크
요헨 크루세
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젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Abstract

본 발명은 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트에 관한 것으로, 상기 조인트는 조인트 하우징(2), 상기 조인트 하우징에 회전 및 선회 가능하게 장착된 볼 조인트(5), 및 상기 조인트 하우징(2)에 대한 볼 핀(5)의 각(φ)을 검출할 수 있는 각 측정 장치(20, 21)를 포함하고, 상기 볼 핀(5)은 상기 조인트 하우징(2)에, 또는 상기 조인트 하우징(2)과 상기 볼 핀(5) 사이에 배치된 볼 셸(7)에 접촉한다. 2개 이상의 온도 센서들(15, 16)이 상기 조인트 하우징(2) 내에 또는 상기 조인트 하우징(2) 상에 서로 이격되어 배치된다.
조인트 하우징, 볼 조인트, 볼 핀, 각 측정 장치, 볼 셸, 온도 센서.

Description

자동차용 볼-앤드-소켓 조인트{BALL-AND-SOCKET JOINT FOR A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트로서, 상기 조인트는 조인트 하우징, 상기 조인트 하우징에 회전 및 선회 가능하게 장착된 볼 핀, 및 상기 조인트 하우징에 대한 볼 핀의 각을 검출할 수 있는 각 측정 장치를 포함하고, 상기 볼 핀은 상기 조인트 하우징에, 또는 상기 조인트 하우징과 상기 볼 핀 사이에 배치된 볼 셸에 접촉하는, 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트에 관한 것이다. 본 발명은 또한 볼-앤드-소켓 조인트의 마모를 나타내는 마모 지시 값을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
볼-앤드-소켓 조인트의 열 부하 및/또는 기계적 부하에 의해, 조인트 내의 "트라이볼로지(tribological) 상태"가 변한다. 이러한 변화는 예컨대 윤활유의 경화에 의해 또는 볼 셸의 마모에 의해 나타날 수 있다. 과부하는 자동차 내에서 또는 테스트 스테이션에서 온라인으로 측정될 수 없다. 테스트 스테이션에서 조인트의 탄성 측정만이 가능하다. 볼-앤드-소켓 조인트가 매우 심하게 마모된 경우에도 조인트 내에 자유 유격이 생기고 나중에 조인트의 "풀림"이 나타난다. 자동차에서 조기 마모는 지금까지 측정될 수 없었다.
본 발명의 목적은 볼-앤드-소켓 조인트의 마모를 나타내는 마모 지시 값이 결정될 수 있는, 상기 방식의 볼-앤드-소켓 조인트를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1에 따른 볼-앤드-소켓 조인트에 의해 그리고 청구항 13에 따른 방법에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.
본 발명에 따른 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트는 조인트 하우징, 상기 조인트 하우징에 회전 및 선회 가능하게 장착된 볼 핀, 및 상기 조인트 하우징에 대한 볼 핀의 각을 검출할 수 있는 각 측정 장치를 포함하고, 상기 볼 핀은 상기 조인트 하우징에, 또는 상기 조인트 하우징과 상기 볼 핀 사이에 배치된 볼 셸에 접촉하며, 상기 조인트 하우징 내에 또는 상기 조인트 하우징 상에 2개 이상의 온도 센서들이 서로 이격되어 배치된다. 볼 핀은 특히 핀과 상기 핀에 연결된 볼을 포함하고, 상기 볼은 바람직하게는 조인트 하우징 내로 도입된 윤활유로 윤활된다. 또한, 볼 셸은 일체형 또는 다체형으로 형성될 수 있다.
조인트 하우징에 대한 볼 핀의 운동시, 마찰에 의해 열이 생기고, 상기 열은 조인트 내에서 열 흐름을 야기한다. 조인트 내의 또는 조인트 상의 2개의 상이한 지점에서 측정된 온도 값들의 차이와 조인트 하우징에 대한 볼 핀의 각 속도의 상은 조인트의 마모에 대한 척도이다. 따라서, 상기 상은 자동차에서 결정 가능한 마모 지시 값을 형성하고, 각 속도는 각 측정 장치에 의해 검출된 각 값의, 시간에 따른 미분에 의해 결정될 수 있고, 2개의 온도 값은 온도 센서들에 의해 검출될 수 있다.
하우징에 대한 볼 핀의 운동에 의해 생긴 마찰 열 흐름의 진행은 결정되거나 또는 적어도 추정될 수 있다. 온도 센서들은 바람직하게 상기 마찰 열 흐름의 상이한 위치에 놓인다. 특히, 2개의 온도 센서들은 볼 또는 하우징의 구형 베어링 면 또는 볼 셸의 중심점과의 상이한 간격을 갖는다.
온도 센서들은 볼 셸 내에 또는 상에 및/또는 하우징의 벽 내에 또는 상에 배치될 수 있다. 바람직하게는 2개의 온도 센서들은 조인트 하우징 내에 또는 상에 배치된 플레이트 상에, 특히 상기 플레이트의 서로 마주 놓인 측면에 제공된다.
하우징은 개구를 가지며, 상기 개구를 통해 볼 핀이 연장된다. 상기 개구에 마주 놓인 하우징의 영역은 바람직하게 바닥을 포함하며, 상기 바닥에 예컨대 볼 셸이 지지된다. 온도 센서들은 특히 바닥의 영역 내에 배치됨으로써, 플레이트가 바람직하게 바닥의 영역에 배치된다. 또한, 바닥은 커버에 의해 폐쇄된 개구를 포함하고, 플레이트는 상기 커버에 의해 지지되거나 또는 상기 커버로 형성된다.
각 측정 장치는 바람직하게 자기 각 측정 장치로 형성되고, 자석 및 상기 자석과 상호 작용하는 자계 감지 센서를 포함한다. 자석은 영구 자석으로 그리고 자계 감지 센서는 자기 저항 센서로서 또는 홀 센서로서 형성될 수 있다. 특히, 자석은 볼 핀에 그리고 자계 감지 센서는 하우징에 고정된다. 그러나, 반대 배치도 가능하다.
또한, 각 측정 장치는 볼 조인트와 적어도 간접적으로 접속되고 볼 조인트 외부에 배치될 수 있다. 바람직하게 각 측정 장치는 볼-앤드-소켓 조인트 또는 조인트 하우징 내에 또는 상에 제공되고, 특히 볼-앤드-소켓 조인트 내에 통합된다. 따라서, 전체적으로 매우 컴팩트한 측정 구성이 얻어질 수 있고, 상기 구성은 조인트 하우징에 의해 그리고 경우에 따라 커버에 의해 외부 영향으로부터 보호된다.
더 정확한 고려를 위해, 마모 지시 값에 추가로 볼 핀으로부터 조인트 하우징으로 또는 볼 셸로 가해지는 힘이 들어갈 수 있다. 특히, 상기 상은 각 속도와 상기 힘의 곱으로 온도 차를 나눔으로써 형성될 수 있다. 따라서, 바람직하게 하나 이상의 온도 센서에 의해, 볼 핀으로부터 조인트 하우징으로 또는 볼 셸로 가해지는 힘이 결정될 수 있다.
각의 측정은 힘의 측정보다 더 중요하다. 볼-앤드-소켓 조인트가 자동차의 휠 서스펜션 내에 배치되면, 힘은 자동차 중량, 및 측정된 각으로부터 결정 가능한 편향의 세기에 의해 추정될 수 있다. 따라서, 각 측정 장치는 힘 센서로서 사용될 수 있다. 가장 간단한 경우, 힘은 상수일 수 있다.
힘 센서는 볼-앤드-소켓 조인트와 적어도 간접적으로 접속되고, 상기 볼-앤드-소켓 조인트 외부에 배치될 수 있다. 바람직하게, 힘 센서는 볼-앤드-소켓 조인트 또는 조인트 하우징 내에 또는 상에 제공되고, 특히 볼-앤드-소켓 조인트 내에 통합된다. 또한, 힘 센서는 압전 센서로 형성될 수 있다.
마모 지시 값을 결정하기 위해, 2개의 온도 센서, 각 측정 장치 및 경우에 따라 힘 센서는 바람직하게 평가 장치와 접속되고, 상기 평가 장치에 의해 볼-앤드-소켓 조인트의 마모를 나타내는 마모 지시 값이 결정될 수 있다. 평가 장치는 특히 각 측정 장치와 접속된 미분기, 2개의 온도 센서와 접속된 차이 형성기, 및 상기 미분기와 상기 차이 형성기 다음에 접속된, 경우에 따라 힘 센서와 접속된 계산 유닛을 포함한다. 차이 형성기는 차이 증폭기로서 형성될 수 있다. 계산 유닛은 하나 이상의 (제 1) 분할기를 포함하고, 바람직하게 추가로 승산기 및/또는 제 2 분할기를 포함한다.
평가 장치는 아날로그 또는 디지털 유닛으로 형성될 수 있다. 바람직하게 평가 장치는 하나 이상의 디지털 컴퓨터로 형성되고, 상기 각 측정 장치, 온도 센서 및 경우에 따라 힘 센서에 의해 측정된 신호들을 마모 지지 값의 결정을 위해 처리할 수 있는 프로그램이 상기 디지털 컴퓨터 내에 저장된다.
본 발명은 차체, 상기 차체에 연결된 자동차 부품, 및 상기 자동차 부품에 연결된 하나 이상의 본 발명에 따른 볼-앤드-소켓 조인트를 구비한 자동차를 포함한다. 볼-앤드-소켓 조인트는 전술한 모든 실시예에 따라 개선될 수 있다. 자동차 부품은 바람직하게 타이 로드 또는 암, 특히 상부 또는 하부 컨트롤 암과 같은 섀시 부품으로 형성된다.
본 발명은 또한
- 볼 핀과 조인트 하우징 사이의 각을 연속해서 측정함으로써 각 데이터를 결정하는 단계,
- 상기 각 데이터를 시간에 대해 미분함으로써 (각) 속도를 결정하는 단계,
- 볼-앤드-소켓 조인트 내의 또는 상의 2개 이상의 상이한 지점에서 온도를 측정하는 단계, 및
- 각 속도 및 온도 값을 기초로 마모 지시 값을 결정하는 단계를 포함하는,
조인트 하우징과 상기 조인트 하우징 내에 회전 및 선회 가능하게 장착된 볼 핀을 가진 볼-앤드-소켓 조인트의 마모를 나타내는 마모 지시 값을 결정하기 위한 방법 및/또는 마모 지시 값을 결정하기 위한 본 발명에 따른 볼-앤드-소켓 조인트의 용도에 관한 것이다.
볼-앤드-소켓 조인트는 전술한 모든 실시예에 따라 개선될 수 있다. 상기 "데이터"는 방법의 실시를 위해 디지털 컴퓨터의 바람직한 사용을 지시해야 한다. 그러나, 컴퓨터가 사용되지 않으면, 상기 "데이터"는 아날로그 또는 디지털 신호로서 제공되는 하나 또는 다수의 값을 나타낼 수 있다.
바람직하게는 마모 지시 값이 조인트 고유의 상수와 곱해지고 볼의 반경으로 나눠진다.
특히, 볼 핀으로부터 조인트 하우징으로 또는 상기 볼 핀과 상기 조인트 하우징 사이에 배치된 볼 셸로 가해지는 힘이 측정되고, 상기 마모 지시 값이 추가로 측정된 힘을 기초로 결정된다.
볼 셸이 조인트 하우징에 의해 수납되고 지지되기 때문에, 볼 핀으로부터 조인트 하우징으로 가해지는 힘이 볼 핀으로부터 볼 셸로 가해지는 힘에 상응하거나 또는 이것으로부터 유도될 수 있다.
기본적으로, 각, 각 데이터, 각 속도, 경우에 따라 힘, 온도 값, 차이 및/또는 마모 지시 값을 적합한 팩터로 변형하는 것도 가능하고, 이를 위해 추가의 유닛이 제공될 수 있다. 평가 장치가 디지털 컴퓨터로 형성되면, 상기 추가 유닛이 상기 디지털 컴퓨터로 실시될 수 있고, 이를 위해 소프트웨어의 변형만이 필요하다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 볼-앤드-소켓 조인트의 실시예의 단면도.
도 2는 변위된 상태에서 도 1에 따른 실시예의 개략도.
도 3은 마모되지 않은 상태에서 도 1에 따른 실시예의 개략도.
도 4는 도 1에 따른 실시예에 대한 평가 장치의 블록 회로도.
도 5는 마모된 상태에서 도 1에 따른 실시예의 개략도.
도 6은 도 1의 실시예에 따른 볼-앤드-소켓 조인트를 가진 자동차용 휠 서스펜션의 개략도.
도 1에는 본 발명에 따른 볼-앤드-소켓 조인트(1)의 실시예가 도시되며, 상기 볼-앤드-소켓 조인트(1)는 조인트 하우징(2)과, 핀(3) 및 상기 핀에 연결된 볼(4)을 가진 볼 핀(5)을 포함한다. 조인트 하우징(2) 내에는 구형 베어링 면(6; 도 3 참고)을 가진 볼 셸(7)이 배치되고, 상기 볼 셸(7) 내에 볼(4)을 가진 볼 핀(5)이 회전 및 선회 가능하게 장착된다. 조인트 하우징(2)은 개구(8)를 가지며, 상기 개구(8)를 통해 볼 핀(5)이 연장된다. 또한, 개구(8)의 영역에서 밀봉 벨로우즈(9)가 조인트 하우징(2)에 고정되며, 상기 밀봉 벨로우즈(9)는 볼 핀(5)까지 연장되고 상기 볼 핀(5)에 밀봉 방식으로 접촉한다.
개구(8)에 마주 놓인 측면에서, 조인트 하우징(2)은 개구(10)를 가진 바닥(11)을 포함하며, 상기 개구(10)는 커버(12)에 의해 폐쇄된다. 커버(12)는 조인트 하우징(2)에 고정된 링형 홀더(13)를 포함하며, 상기 링형 홀더는 플레이트(14) 를 지지하고, 상기 플레이트 상에는 2개의 온도 센서들(15, 16)이 놓인다. 온도 센서(15)는 볼(4)을 향한 플레이트(14)의 측면에 고정되고, 온도 센서(16)는 볼(4)로부터 먼, 플레이트(14)의 측면에 고정된다. 볼(4)로부터 먼 플레이트(14)의 측면에서, 링형 홀더(13)는 밀봉 물질(17)로 폐쇄되고, 2개의 온도 센서들(15, 16)과 접속된 전기 라인(18)이 상기 밀봉 물질로부터 안내되고, 상기 전기 라인에 의해 2개의 온도 센서들(15, 16)이 평가 장치(19; 도 4 참고)에 접속된다.
볼(4) 내에 자석(20)이 배치되고, 상기 자석은 상기 플레이트(14) 상에 배치된 자계 감지 센서(21)와 상호 작용하며, 상기 센서는 자석(20)과 함께 각 측정 장치를 형성하고, 상기 각 측정 장치에 의해 조인트 하우징(2)에 대한 볼 핀(5)의 회전 및/또는 선회 각(φ; 도 2 참고)이 검출될 수 있다. 자계 감지 센서(21)는 전기 라인(18)에 의해 평가 장치(19)에 접속된다.
볼 셸(7)과 하우징(2) 또는 바닥(11) 사이에 힘 센서(29)가 제공되고, 상기 힘 센서에 의해, 볼 핀(5)으로부터 하우징(2) 또는 볼 셸(7)로 가해지는 힘(F; 도 3 참고)이 검출될 수 있다. 상기 힘은 바람직하게 하우징(2)의 종축선(23; 도 2 참고) 방향으로 또는 상기 방향에 대해 평행하게 측정된다. 힘 센서(29)는 전기 라인(18)에 의해 평가 장치(19)에 접속된다. 대안으로서, 힘 센서(29)는 볼 셸(7)과 볼 핀(5) 사이에 또는 볼-앤드-소켓 조인트(1)의 외부에 배치될 수 있거나 또는 볼-앤드-소켓 조인트의 간단한 실시예의 경우 완전히 생략될 수 있다.
도 2는 볼 핀(5)의 종축선(22)과 조인트 하우징(2)의 종축선(23) 사이의 각(φ)을 개략적으로 도시한다. 대안으로서 또는 추가로 상기 측정된 각(φ)이 종축 선(22)을 중심으로 조인트 하우징(2)에 대한 볼 핀(5)의 회전을 나타내는 것이 가능하다.
도 3에는 마모되지 않은 볼-앤드-소켓 조인트(1)의 개략도가 도시된다. 최대 부하의 영역 또는 포인트(P)에서 볼-앤드-소켓 조인트(1)가 부하를 받는 동안, 힘(F)이 볼 핀(5)으로부터 볼 셸(7)로 가해진다. 힘(F)의 성분(Fn)은 특히 볼 셸(7)의 구형 베어링 면(6)상에 수직으로 놓이고 힘(F)와 각(α)을 형성한다. 바람직하게는 법선력이라고 하는 힘 성분(Fn)은 반경(R)을 가진 구형 베어링 면(6)의중심점(M)을 통해 연장되는 직선에 놓인다. 특히, 중심점(M)은 볼(4)의 중심점이고, 반경(R)은 그 반경이다.
이하, 볼-앤드-소켓 조인트(1)의 마모를 나타내는 값을 결정할 수 있는 방법이 설명된다. 조인트에서 마찰에 의해 생긴 열량(q)은 조인트 하우징(2) 내로 도입된 윤활유의 경화 및/또는 볼 셸(7)의 마모에 의해 증가한다. 증가된 열량(q)은 증가된 마모에 대한 인덱스이고, 마찰에 의해 발생된 열량(q)은 특히 조인트 내에 조립된 플레이트(14)를 통해 방출된다. 온도 센서(16)에 의해 플레이트(14) 상부의 온도(T2)를 측정함으로써 그리고 온도 센서(15)에 의해 플레이트(14) 하부의 온도(T1)를 측정함으로써, 플레이트(14)를 통해 흐르는 열 흐름
Figure 112008004196125-PCT00001
이 계산될 수 있다:
Figure 112008004196125-PCT00002
,
Figure 112008004196125-PCT00003
상기 식에서,
Figure 112008004196125-PCT00004
는 시간에 대한 열량의 미분이고, ΔT는 플레이트(14)의 상 부면과 하부면 사이의 온도 차이이며, K1은 조인트 고유의 상수이다. 다른 한편으로는 조인트 내에 생긴 마찰력
Figure 112008004196125-PCT00005
이
Figure 112008004196125-PCT00006
로 계산될 수 있다. 상기 식에서, Fr은 마찰력이고, s는 마찰 거리이며, t는 시간이다. 마찰력 Fr은 법선력 Fn과 마찰 계수 μ의 곱이고, 법선력 Fn에 대해 하기 식이 적용된다:
Figure 112008004196125-PCT00007
Figure 112008004196125-PCT00008
특히, 법선력 Fn이 예컨대 노치 효과로 인해 힘(F) 보다 클 수 있다. 상기 식에서, α는 힘 벡터 F와 법선력 Fn 사이의 각을 나타낸다. 거리 s와 시간 t의 상은 볼 핀(5)의 회전 및 틸팅 속도 v에 상응하고, 상기 회전 및 틸팅 속도 v는 볼 셸(7) 또는 하우징(2)에 대한 볼 핀(5)의 각 속도
Figure 112008004196125-PCT00009
와 반경 Rr의 곱이고, 상기 반경 Rr은 볼 핀 반경 R과 사인 α의 곱으로 형성됨으로써, 볼 핀(5)의 회전 및 틸팅 속도 v에 대해 하기 식이 적용된다:
Figure 112008004196125-PCT00010
Figure 112008004196125-PCT00011
이면, 마찰력은 다음과 같다:
Figure 112008004196125-PCT00012
이로부터 하기 식이 얻어진다:
Figure 112008004196125-PCT00013
상기 식에서, μ·tan α는 볼-앤드-소켓 조인트(1)에 대한 적합한 마모 지시 값을 형성한다.
값 K1 및 R이 조인트에 의존하는 상수이기 때문에, 이는 마모 지시 값의 결정시에 생략될 수도 있으므로,
Figure 112008004196125-PCT00014
의 값 I도 볼-앤드-소켓 조인트(1)에 대한 적합한 마모 지시 값이다. 볼-앤드-소켓 조인트의 간단한 변형예에서, 힘은 상수로 가정되기 때문에, 마모 지시 값의 결정시 생략될 수 있다. 이러한 간단해진 마모 지시 값 Iv 은 다음과 같다:
Figure 112008004196125-PCT00015
온도 차이 ΔT, 볼 핀(5)의 회전 속도
Figure 112008004196125-PCT00016
및 외력 F의 검출에 의해, 마모 지시 값 μ·tan α 또는 I가 결정될 수 있다. 외력 F 및/또는 볼 핀(5)의 회전 속도
Figure 112008004196125-PCT00017
는 조인트(1) 외부에 배치된 센서에 의해 측정되거나 또는 결정될 수 있다. 바람직하게는 힘 센서(29) 및/또는 각 측정 장치(20, 21)가 조인트(1) 내에 배치되거나 또는 상기 조인트 내에 통합된다.
마모 지시 값 μ·tan α 또는 I가 미리 주어진 한계치를 초과하면, 볼-앤드-소켓 조인트(1)는 자세히 조사되고 경우에 따라 교체되어야 한다. 바람직한 볼- 앤드-소켓 조인트의 디자인에서 각(α)이 적합한 센서에 의해 측정되면, 오일 경화(μ의 변화) 및 셸 마모(α의 변화)가 구별될 수 있다.
도 4에는 평가 장치(19)의 블록 회로도가 도시된다. 차이 형성기(24)는 2개의 온도 센서들(15, 16)과 접속되고, 온도 차이 ΔT를 출력 신호로서 공급한다. 미분기(25)는 각 측정 장치 또는 자계 감지 센서(21)와 접속되고 출력 신호로서 각 속도
Figure 112008004196125-PCT00018
를 제공한다. 차이 형성기(24) 및 미분기(25) 다음에, 힘 센서(29)와 접속된 계산 유닛(47)이 접속되고, 상기 계산 유닛(47)은 출력 신호로서 마모 지시 값 I를 제공한다. 추가로, 값 I을 값 K1 과 곱하고 R 로 나눠서, μ·tan α를 얻는 것도 가능하다.
도 4에 따라 계산 유닛(47)은 미분기(25) 다음에 접속되며 힘 센서(29)와 접속된 승산기(26)를 포함한다. 상기 승산기(26)는 곱
Figure 112008004196125-PCT00019
·F을 출력값으로서 송출한다. 계산 유닛(47)은 또한 승산기(26) 및 차이 형성기(24) 다음에 접속된 분할기(30)를 포함하며, 상기 분할기는 출력 신호로서 값 I를 제공한다.
검출된 마모 지시 값 I 또는 μ·tan α는 여기서 평가 장치(19)로 형성된 한계값 발생기(27)에 공급될 수 있고, 상기 한계값 발생기에 의해, 이것 다음에 접속된 신호 발생기(28)가 작동될 수 있다. 특히 자동차(37; 도 6 참고)의 승객실 내에 배치된 신호 발생기(28)는 음향적 또는 광학적 신호 발생기로서 형성됨으로써, 허용 마모 또는 한계값을 초과하는 경우 운전자에게 볼-앤드-소켓 조인트(1)의 마모를 알린다. 광학적 신호 발생기로서, 예컨대 램프가 적합하다. 대안으로서, 마모값 I 또는 μ·tan α 또는 한계값 발생기(27)의 출력 신호가 자동차 제어부 에 공급될 수 있다. 각 속도
Figure 112008004196125-PCT00020
가 볼 핀(5)의 회전 또는 선회 방향에 따라 상이한 부호를 가질 수 있기 때문에, 절대값 발생기가 제공될 수 있다. 절대값 발생기는 예컨대 계산 유닛(47) 다음에 접속되고, 경우에 따라 한계값 발생기(27) 전에 접속된다. 절대값 발생기는 출력 신호로서 그에게 공급된 신호의 (절대) 값을 송출하고 미분기(25)와 계산 유닛(47) 사이에 제공되거나 또는 계산 유닛(47) 내에 통합될 수 있다. 또한, ΔT = (T1-T2)의 온도 차 ΔT를 계산하는 것이 가능하다.
도 4는 단지 평가 장치(19)에 대한 예시이며, 평가 장치(19)가 이것에 제한되지는 않는다. 특히, 승산기(26)와 분할기(30)의 조합은 예컨대 2개의 연속하는 분할기로 구성된 등가 유닛으로 대체될 수 있다. 평가 장치(19)가 아날로그 또는 디지털 유닛으로 구성될 수 있지만, 실시예에서는 평가 장치(19)가 특히 디지털 컴퓨터 또는 상기 디지털 컴퓨터 내에서 실행되는 소프트웨어로 형성되고, 마모 지시 값 I 또는 μ·tan α는 신호 T1, T2, φ 및 F(경우에 따라 상수 K1 및 R을 가진)로부터 수치로 계산되거나 결정된다.
도 5는 마모된 상태에서 볼-앤드-소켓 조인트(1)의 개략도를 도시한다. 마모는 각(α)의 변동으로 나타난다. 따라서, 최대 부하의 영역 또는 포인트(P)는 볼-앤드-소켓 조인트(1)의 마모 증가에 따라 변한다. 실제로 상기 영역 또는 포인트(P)는 미미하게 변하기 때문에, 도 5는 이러한 변동을 나타내기 위해 개략적으로 도시된다.
조인트의 마모되지 않은 상태에서 상기 영역 또는 포인트(P)(도 3 참고)가 테스트 스테이션에서 결정되거나 계산될 수 있으면, 마모된 상태에서 상기 영역 또 는 포인트(P)(도 5 참고)의 정확한 결정을 위해, 추가 센서가 볼-앤드-소켓 조인트(1)에 제공될 수 있다. 예컨대, 다수의 힘 센서 또는 상기 힘 센서로 형성된 힘 센서 어레이(46)가 조인트 하우징(2) 또는 볼 셸(7) 내에 배치될 수 있고 상기 영역 또는 포인트(P)를 검출할 수 있다. 이는 마모값 I 또는 μ·tan α가 더 정확하게 결정되어야 할 때만 필요하다. 이 경우, 셸 마모와 오일 경화도 구별될 수 있다.
"마모 지시 값"의 측정에 의해 마모 시작 및/또는 오일 경화 시작이 조기에 검출될 수 있다. 볼-앤드-소켓 조인트(1)의 손상은 고장 및 안전 임계 상황이 일어나기 전에 조기에 검출된다. 전자 장치 및 온도 센서는 손상 물질로부터 완전히 보호될 수 있고 다른 센서와 조합 가능하다.
도 6에는 휠 서스펜션(31)이 개략적으로 도시된다. 휠 지지체(32)는 상부 컨트롤 암(33), 하부 컨트롤 암(34) 및 가이드 암(35)을 통해 부분적으로 도시된 자동차(37)의 차체(36)와 연결된다. 상부 컨트롤 암(33)은 본 발명에 따른 볼-앤드-소켓 조인트(1)를 통해 휠 지지체(32)와 연결되고 조인트 또는 탄성 중합체 베어링(38)을 통해 자체(36)와 연결된다. 하부 컨트롤 암(34)은 볼-앤드-소켓 조인트(39)를 통해 휠 지지체(32)에 연결되고 탄성 중합체 베어링(40)을 통해 차체(36)에 연결된다. 또한, 가이드 암(35)은 볼-앤드-소켓 조인트(41)를 통해 휠 지지체(32)에 연결되며 탄성 중합체 베어링(42)을 통해 차체(36)에 연결된다. 타이어 또는 휠(43)은 휠 지지체(32)에 회전 가능하게 장착되고, 휠 접촉점(44)에서 개략적으로 도시된 도로(45)와 접촉한다. 또한, 평가 장치(19)는 차체(36) 내에 배치 된다.
도시된 휠 서스펜션(31)에서 볼-앤드-소켓 조인트(1)의 마모 측정이 이루어진다. 추가로 또는 대안으로서, 이러한 측정을 휠 서스펜션(31)의 다른 볼-앤드-소켓 조인트 중 하나 또는 다수에 대해 실시하는 것도 가능하다.

Claims (15)

  1. 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트로서, 상기 조인트는 조인트 하우징(2), 상기 조인트 하우징에 회전 및 선회 가능하게 장착된 볼 핀(5), 및 상기 조인트 하우징(2)에 대한 볼 핀(5)의 각(φ)을 검출할 수 있는 각 측정 장치(20, 21)를 포함하고, 상기 볼 핀(5)은 상기 조인트 하우징(2)에, 또는 상기 조인트 하우징(2)과 상기 볼 핀(5) 사이에 배치된 볼 셸(7)에 접촉하는, 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트에 있어서,
    상기 조인트 하우징(2) 내에 또는 상기 조인트 하우징(2) 상에 2개 이상의 온도 센서들(15, 16)이 서로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 조인트 하우징(2)에 대한 상기 볼 핀(5)의 운동에 의해 마찰 열 흐름이 발생하고, 상기 온도 센서들(15, 16)은 상기 마찰 열 흐름 내의 상이한 위치에 놓이는 것을 특징으로 하는 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 볼 핀(5)은 핀(3), 및 상기 핀과 연결된 볼(4)을 포함하고, 상기 2개의 온도 센서들(15, 16)은 상기 볼(4)의 중심점(M)과의 상이한 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 온도 센서들(15, 16)은 상기 조인트 하우징(2) 내에 또는 상에 배치된 플레이트(14)의 서로 마주 놓인 측면에 놓이는 것을 특징으로 하는 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 조인트 하우징(2)은 바닥(11) 및 상기 바닥에 마주 놓인 개구(8)를 가지며, 상기 개구(8)를 통해 상기 볼 핀(5)이 연장하고, 상기 플레이트(14)는 상기 바닥(11)의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 바닥(11)은 개구(10)를 가지며, 상기 개구는 커버(12)에 의해 폐쇄되고, 상기 커버(12)는 플레이트(14)를 가지거나 또는 상기 플레이트로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 측정 장치(20, 21)는 상기 조인트 하우징(2) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼 핀(5)으로부터 상기 조인트 하우징(2)으로 또는 상기 볼 셸(7)로 가해지는 힘(F)은 하나 이상의 힘 센서(29)에 의해 검출될 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 힘 센서(29)는 상기 조인트 하우징(2) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 온도 센서들(15, 16) 및 상기 각 측정 장치(20, 21)는 평가 장치(19)와 접속되고, 상기 평가 장치에 의해 상기 볼-앤드-소켓 조인트(1)의 마모를 나타내는 마모 지시 값(1)이 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 평가 장치(19)는 상기 각 측정 장치(20, 21)와 접속된 미분기(25), 상기 2개의 온도 센서(15, 16)와 접속된 차이 형성기(24), 및 상기 미분기(25)와 상기 차이 형성기(24) 다음에 접속된 계산 유닛(47)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 평가 장치(19)는 하나 이상의 디지털 컴퓨터로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 볼-앤드-소켓 조인트.
  13. 조인트 하우징과 상기 조인트 하우징 내에 회전 및 선회 가능하게 장착된 볼 핀을 가진 볼-앤드-소켓 조인트(1)의 마모를 나타내는 마모 지시 값(I)을 결정하기 위한 방법으로서,
    - 볼 핀(5)과 조인트 하우징(2) 사이의 각(φ)을 연속해서 측정함으로써 각 데이터를 결정하는 단계,
    - 상기 각 데이터를 시간에 대해 미분함으로써 속도(
    Figure 112008004196125-PCT00021
    )를 결정하는 단계,
    - 상기 볼-앤드-소켓 조인트(1) 내의 또는 상의 2개 이상의 상이한 지점에서 온도(T1, T2)를 측정하는 단계, 및
    - 상기 속도(
    Figure 112008004196125-PCT00022
    ) 및 온도(T1, T2)을 기초로 마모 지시 값을 결정하는 단계를 포함하는 마모 지시 값을 결정하기 위한 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 마모 지시 값은 조인트 고유의 상수(K1)과 곱해지고 상기 볼(4)의 반경(R)에 의해 나눠지는 것을 특징으로 하는 마모 지시 값을 결정하기 위한 방법.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 볼 핀으로부터 상기 조인트 하우징으로 또는 상기 볼 핀과 상기 조인트 하우징 사이에 배치된 볼 셸로 가해지는 힘이 측정되고 상기 마모 지시 값이 추가로 힘(F)을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 마모 지시 값을 결정하기 위한 방법.
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