MXPA06002003A

MXPA06002003A - Rotula comprendiendo sensor de angulo.

Info

Publication number: MXPA06002003A
Application number: MXPA06002003A
Authority: MX
Inventors: Joachim Spratte; Uwe Loreit
Original assignee: Zahnradfabrik Friedrichshafen
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2007-03-01
Also published as: KR20060052986A; CN100467295C; CN1839057A; ATE415298T1; EP1656265B1; EP1656265A1; KR101018230B1; US7405557B2; JP2007503553A; US20070040355A1; DE10339126A1; DE502004008539D1; WO2005021295A1; DE10339126B4

Abstract

La invencion se relaciona con una rotula comprendiendo un sensor de angulo integrado, en particular para ser usado como sensor de nivel de vehiculo en el tren de rodaje de un vehiculo automotor. La rotula comprende una caja (1), un perno (2) de rotula alojado en la caja (1) de la rotula, un sensor (4) de campo bipolar dispuesto en la esfera (3) del perno (2) de rotula y al menos un sensor (5) de orientacion de campo magnetico dispuesto en la caja (1) de la rotula que interactua con el campo magnetico generado por el sensor (4) de campo, siendo que solo un polo del sensor (4) de campo bipolar es dispuesto en la superficie de la esfera.

Description

ROTULA COMPRENDIENDO SENSOR DE ÁNGULO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con una rótula comprendiendo un sensor de ángulo integrado, en particular para aplicación como indicador de nivel de vehículo en el tren de rodaje de un vehículo automotor. Por el documento EP 617 260 Al se conoce el uso de una rótula como indicador de nivel de vehículo para la medición libre de contacto y continua de los cambios de posición del chasis de vehículo en trenes de rodaje de vehículos automotores, siendo que la caja de la rótula y el perno de rótula están dispuestos entre el chasis de vehículo y la suspensión de ruedas. En el documento se propone aprovechar la información obtenida del indicador de nivel de vehículo para controlar la distancia de iluminación y/o el nivel de vehículo. La rótula comprende un emisor de campo bipolar que está dispuesto en la esfera de rótula del perno de rótula y un sensor magnetorresistivo dispuesto en el alcance del emisor de campo. La intención es que el sensor capte, mediante el campo detectado, con la mayor precisión posible la posición del perno de rótula respectivamente un cambio de esta en que se modifica la posición del emisor de campo con relación al sensor y por lo tanto el campo magnético en el lugar del sensor. Para lo anterior se propone disponer el sensor y el emisor de campo en oposición en la esfera de rótula y la caja de la rótula, para que las señales producidas representen el cambio real de la posición de la carrocería de vehículo sin interferencia de los movimientos que se presentan en la región de ejes de un vehículo. Pero en este perno de rótula, con el único sensor, no pueden esperarse resultados de mediciones suficientes en cuanto a precisión para el vehículo, ya que el sensor puede medir tan solo una dirección de movimiento (grado de libertad) del perno de rótula y los otros dos grados de libertad tienen que determinarse o excluirse mediante evaluación electrónica. Para mejorar la precisión de medición se propone en adición a lo anterior en la solicitud de patente DE 101 34 259 Al disponer al menos dos sensores de campo diametralmente opuestos en la caja de rótula en un círculo en la región de la superficie de esfera. De esta manera es posible mediante los dos polos diferentes del emisor de campo dispuestos en la superficie de esfera determinar dos grados de libertad del perno de rótula, un movimiento pivotante y una rotación por su eje central. Para determinar la posición espacial precisa del perno de rótula con relación a la caja de róLula en todos los tres grados de libertad se propone disponer tres sensores de campo en el círculo a una distancia de 120°. El objetivo de la invención es crear una rótula en que se pueda detectar la desviación del pivote de rótula en la caja de rótula con gran precisión empleando tan sólo pocos sensores. Este objetivo se logra con las características de la reivindicación 1. Acondicionamientos se describen en las reivindicaciones dependientes. Según lo anterior, la rótula comprende un perno de rótula alojado en la caja de rótula, un emisor de campo bipolar dispuesto en la esfera de rótula del perno de rótula y al menos un sensor de orientación de campo magnético dispuesto en la caja de rótula que se encuentra en acción recíproca con el campo generado por el emisor de campo, siendo que sólo un polo del emisor de campo está dispuesto en la superficie de esfera. Mediante la disposición de uno de los polos del emisor de campo en-la superficie de esfera resulta que - en contraste con un arreglo en que ambos polos se encuentran en la superficie de esfera, un campo magnético en forma radial en la región de detección del sensor de orientación de campo magnético. Esto permite, ya por sí solo, una detección precisa de la desviación del perno de rótula en un eje pivotante con sólo un sensor. La afectación de la conformación de la superficie de cabeza de rótula por la inserción del emisor de rótula es de poca importancia. Si el emisor de campo, por ejemplo un imán de barra, es dispuesto en el eje de simetría del perno de rótula, entonces los movimientos rotatorios del perno de rótula por su eje de simetría no afectarán la medición de desviación del perno de rótula en ninguna posición de desviación, porque, en cada rotación, la orientación del campo magnético en el lugar del sensor queda casi sin variación gracias al campo magnético radial. Esto es una ventaja particular al determinar la posición de nivel de vehículos mediante el movimiento de la suspensión de ruedas, ya que quedan suprimidos los movimientos rotatorios de la cabeza de rótula por su eje de simetría, que falsificarían la medición y que se deben a movimientos direccionales. El emisor de campo puede incrustarse en la cabeza de rótula en una capa de una materia no magnética, de manera que es posible producir la esfera de rótula de metal para la transferencia de altos esfuerzos de articulación. Un acoplamiento magnético del polo interno del emisor de campo a la esfera de rótula metálica mejora la configuración del campo magnético en la región de captura del sensor de orientación de campo magnético. El uso de al menos dos sensores de orientación de campo magnético que interactúan con el campo generado por el emisor de campo magnético y cuyos ejes de referencia no son paralelos entre sí, permite la detección de la desviación del perno de rótula en cualquier dirección. Para simplificar el montaje, los sensores de orientación de campo magnético están fijados en una placa, por ejemplo una tapa de cierre de la caja de rótula. Para una detección efectiva de la desviación del perno de rótula, los sensores se disponen a un ángulo de 90° entre sí en la placa y la placa misma en sentido vertical con relación al eje central del perno de rótula. Gracias a esta disposición es posible determinar la inclinación del perno de rótula a lo largo de dos grados de libertad con sólo una realización de medida, el emisor de campo. La presente invención se explica a continuación con más detalle haciendo referencia a los dibujos anexos. En estos se muestra lo siguiente: Fig. 1 una sección parcial de un ejemplo de realización de la rótula inventiva, Fig. 2 una placa- -integrada en la caja de la rótula según Fig. 1 comprendiendo dos sensores de orientación de campo magnético. Fig. 3 una sección de un perno de rótula con la orientación correspondiente de líneas magnéticas según un ejemplo de realización de la invención y Fig. 4 una sección de otro ejemplo de realización de la rótula inventiva. La rótula mostrada en una sección parcial en Fig. 1 consiste de una caja 1 de rótula y un perno 2 de rótula alojado con su esfera 3 de rótula en la caja 1 de rótula. La rótula debe servir como indicador de nivel de vehículo cuyas señales puedan aprovecharse, por ejemplo, en el tren de rodaje para regular la distancia de iluminación estática o dinámica y/o el nivel de vehículo, siendo que la caja 1 de rótula o el perno 2 de rótula son conectados con la suspensión de rueda y el perno 2 de rótula respectivamente la caja 1 de rótula con el chasis del vehículo. La disposición de "la rótula entre la suspensión de rueda y el chasis se realiza en esto de manera tal que el perno 2 de rótula experimenta una desviación en la caja 1 de rótula al cambiar la posición de la carrocería de vehículo con relación a la suspensión de rueda, misma que representa bien el cambio de posición de la carrocería de vehículo con relación a la carretera. Para detectar la desviación del perno 2 de rótula en la caja 1 de rótula, se encuentra incrustado en la esfera 3 de rótula del perno 2 de rótula un imán de barra como emisor 4 de campo que genera un campo magnético que es detectado por uno o varios sensores 5 de orientación de campo magnético colocados en la caja 1 de rótula, como por ejemplo sensores de ángulo magnetorresistivos . La desviación máxima del perno 2 de rótula en la caja 1 de rótula es insinuado mediante el ángulo a en Fig. 1. Como las mayores presiones de área se presentan generalmente en la región ecuatorial de la esfera de rótula, el emisor 4 de campo es incrustado en la parte inferior de la esfera de rótula. En el ejemplo mostrado en Fig. 1, el emisor de campo está incrustado en la esfera 3 de rótula en un anillo 6 de material no magnético, lo que permite la conformación de la esfera 3 de rótula de una materia ferromagnética. El emisor de campo puede estar producido de materias de imán permanente de conocimiento público como, por ejemplo, Alnico 500 o ferrita de bario. Preferentemente es fabricado como imán permanente de materias con un factor de calidad alto (B H)max como, por ejemplo, SmCo5, Sm2C??7, Nd2Fe?B o materias similares. Los sensores se encuentran en la caja 1 de rótula en una placa 7, por ejemplo una placa de conducción. Fig. 2 muestra un arreglo de sensores 5 de orientación de campo magnético en la placa 7. Los sensores 5 de orientación de campo magnético están posicionados, en esto, con sus ejes x, y, z de referencia de medición a un ángulo de 90° entre sí y en un plano en la placa 7. Ensayos han mostrado que se logran buenos resultados para la detección de la desviación del perno 2 de rótula, si los sensores 5 de orientación de campo magnético en la placa 7 se ubican cerca el uno del otro y la placa 7 misma está dispuesta en sentido vertical con relación al eje M central del perno 2 de rótula. Fig. 3 muestra el perno 2 de rótula en una sección con la orientación de línea de flujo correspondiente según un ejemplo de realización de la invención. Gracias a la disposición del emisor 4 de campo en sentido paralelo con relación al eje de simetría del perno 2 de rótula y la disposición vertical de los sensores 5 de orientación de campo magnético con relación al emisor 4 de campo, resulta una orientación de lineas de flujo radial en la región de detección de los sensores. Al desviarse el perno 2 de rótula in la caja de rótula, la posición del emisor 4 de campo se modifica y por lo tanto la orientación de las líneas de flujo en el lugar de los sensores 5 de orientación de campo magnético. Los sensores 5 de orientación de campo magnético detectan en su ubicación los respetivos ángulos para cada posición respectivamente desviación del perno 2 de rótula. Esto permite determinar la desviación del perno 2 de rótula en la caja 1 de rótula a lo largo de dos grados de libertad con sólo una realización de medición, el emisor 4 de campo. En el ejemplo mostrado en Fig. 3, el aislamiento 6 del emisor 4 de campo se extiende sobre su región lateral. El polo del emisor 4 de campo que se ubica dentro de la esfera 3 de rótula, por lo contrario, hace contacto con la esfera 3 de rótula ferromagnética. Debido a esto resulta un estiramiento de la orientación de las líneas de flujo, tal como se muestra en Fig. 3, lo que mejora la detección de desviaciones del perno 2 de rótula mediante los sensores 5 de orientación de campo magnético. Debido a la disposición del emisor 4 de campo en el eje de simetría del perno 2 de rótula pueden eliminarse durante la medición influencias por los movimientos rotatorios del perno 2 de rótula por su eje de simetría, ya que gracias al campo magnético radial - en contraste con una desviación del perno 2 de rótula - la orientación del campo magnético es casi idéntico en el lugar de los sensores, respectivamente el ángulo detectado por los sensores durante la rotación del perno 2 de rótula. Estos movimientos rotatorios del perno 2 de rótula, indeseables para la medición, pueden presentarse por ejemplo durante movimientos direccionales cuando la rótula es empleada en una suspensión de rueda como indicador de nivel de vehículo. Ventajosamente, en el uso de la rótula como indicador de nivel de vehículo en una suspensión de rueda, un eje x de referencia de medición de un sensor 5 de orientación de campo magnético es alineado a lo largo del cambio de la posición oe nivel de la carrocería en un movimiento de ladeo, de manera que el otro eje y de referencia de medición, respectivamente el otro sensor 5 de orientación de campo detecta el movimiento de levantamiento generado por los esfuerzos de frenado y aceleración. Fig. 4 muestra una" sección por otro ejemplo de realización de la rótula inventivo. Los sensores están colocados en la placa 7 en una tapa 8 de cierre de la caja 1 de rótula para facilitar el montaje respectivamente el posicionamiento con relación al emisor 4 de campo. La caja 1 de rótula tiene en la región inferior una abertura que es cerrada mediante la tapa 8 de cierre respectivamente mediante soldadura de ultrasonido o retacado en caliente. Los sensores 5 de orientación de campo magnético se encuentran, en esto, en una placa 7 que forma una placa de conducción que es un componente de la tapa 8 de cierre. Después de cerrar la caja 1 de rótula con la tapa 8 de cierre, los sensores quedan posicionados con relación al emisor 4 de campo incrustado en la esfera 3 de rótula. La caja 1 de rótula, así como la tapa 8 de cierre pueden producirse de manera en sí conocida con el método de moldeo por inyección, siendo que el cable 9, que sirve de contacto para los sensores, es encerrado por la tapa 8 de cierre respectivamente conducido hacia el exterior, de manera que se realiza simultáneamente una descarga de estiramiento y un sellado del cable 9 mediante la tapa 8 de cierre. El establecimiento ae contacto del cable 9 que sale de la caja de rótula puede realizarse mediante un conector de enchufe. También es posible montar el módulo de sensores en la caja 1 de rótula y producir una conexión entre el cable 9 y el módulo de sensores montado durante la colocación de la tapa 8 de cierre mediante una conexión estirable. Lista de símbolos de referencia 1 caja de rótula 2 perno de rótula 3 esfera de rótula 4 emisor de campo 5 sensor de orientación de campo magnético 6 anillo 7 placa 8 tapa de cierre 9 cable M eje central del perno de rótula a ángulo - .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Rótula comprendiendo una caja de rótula, un perno de rótula alojado en la caja de rótula, un emisor de campo bipolar dispuesto en la esfera de rótula del perno de rótula y al menos un sensor de orientación de campo magnético dispuesto en la caja de rótula que está en interacción recíproca con el campo magnético generado por el emisor de campo, caracterizada porque sólo un polo del emisor de campo bipolar está dispuesto en la superficie de la esfera.

2. Rótula seqún la reivindicación 1, caracterizada porque ambos polos del emisor de campo están dispuestos en el eje de simetría del perno de rótula.

3. Rótula según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el emisor de campo es un imán de barra.

4. Rótula según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la esfera de rótula consiste de una materia ferromagnética y el emisor de campo está incrustado en la esfera de rótula en una capa de materia no magnética.

5. Rótula según la reivindicación 4, caracterizada porque el polo del emisor de campo que se encuentra dentro de la esfera de rótula tiene contacto con le esfera de rótula ferromagnética.

6. Rótula según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque al menos dos sensores de orientación de campo magnético, que tienen interacción recíproca con el campo generado por el emisor de campo, están dispuestos en la caja de rótula, siendo que los ejes de referencia de medición de los sensores de orientación de campo magnético se ubican en un plano y no tienen orientación paralela entre sí.

7. Rótula según la reivindicación 6, caracterizada porque los dos sensores de orientación de campo magnético están dispuestos en una placa a un ángulo de 90° entre sí.

8. Rótula según la reivindicación 7, caracterizada porque la placa está dispuesta en una tapa de cierre de la caja de rótula.

9. Rótula según la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque la placa está dispuesto en sentido vertical con relación al eje central del perno de rótula.

10. Rótula según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la rótula se emplea como indicador de nivel de vehículo en un tren de rodaje de un vehículo, siendo que la caja de rótula y el perno de rótula están dispuestos entre el chasis de vehículo y la suspensión de rueda del vehículo.