WO2005040625A1 - Kugelgelenk für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Kugelgelenk für ein kraftfahrzeug Download PDF

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WO2005040625A1
WO2005040625A1 PCT/DE2004/002204 DE2004002204W WO2005040625A1 WO 2005040625 A1 WO2005040625 A1 WO 2005040625A1 DE 2004002204 W DE2004002204 W DE 2004002204W WO 2005040625 A1 WO2005040625 A1 WO 2005040625A1
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WO
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ball
ball joint
moisture
sensor
joint according
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PCT/DE2004/002204
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English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Spratte
Michael Klank
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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Priority to US10/595,229 priority patent/US20070059091A1/en
Priority to EP04789917A priority patent/EP1671041A1/de
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    • 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
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00—Joints and connections
    • Y10T403/20—Joints and connections with indicator or inspection means

Definitions

  • Such a ball joint is known from DE 101 61 671 AI, a magnetic field sensor being arranged on a closure element which closes a mounting opening provided in a housing.
  • the magnetic field sensor is arranged in the housing and completely covered by a protective element.
  • Ball joints for motor vehicles very often have the disadvantage that, for. B. moisture can penetrate into the interior of the ball joint due to a defective seal, so that the ball surface of the joint ball of the ball joint corrodes. Such corrosion can, however, lead to severe impairments in the function of the joint, and in extreme cases even to its destruction. Since ball joints for motor vehicles are also used in the area of the chassis and thus represent safety-relevant components, it is important to identify the onset of corrosion at an early stage.
  • the ball joint according to the invention for a motor vehicle has a ball pin which has a pin and a ball which is rotatably and pivotably arranged with its ball in a recess provided in a housing and extends out of it through a pin opening, and a sensor which is a moisture sensor connected to the recess.
  • Ball joint has advantages over conventional ball joints not only in the development phase, but also in series production, since damage to sealing points can be detected at an early stage before the wearing properties of the ball joint are impaired by corrosion. This increases the safety of the vehicle in a not inconsiderable manner. Furthermore, costs at a
  • the sensor can have an opening in the housing with the recess in
  • the moisture sensor is preferably attached to or in the housing, in particular in the Recess arranged. Since ball joints often have an assembly opening closed by means of a housing cover in the area of the housing facing away from the pin opening, the moisture sensor is preferably arranged in the area of the housing facing away from the pin opening. This makes it easy to install the moisture sensor, which can even be held by the housing cover.
  • the moisture in the ball joint is measured via the atmospheric humidity of the air surrounding the sensor, said air flowing through at least part of the recess and / or being in contact or interacting with a lubricant present in the recess.
  • the air humidity measured in this air is a measure of the total amount of moisture that has penetrated into the interior of the ball joint, although this air should not mix with atmospheric air.
  • the moisture sensor for measuring the air humidity must be separated from the lubricant so that the air can reach the sensor unhindered.
  • a protective wall provided with through openings can be arranged between the moisture sensor and the recess, which preferably extends around a central wall region of the protective wall.
  • the sensor can be arranged on the side of the central wall region facing away from the recess or can be separated from it with respect to the recess.
  • the air can circulate through the through openings and can interact both with the moisture sensor and with the lubricant arranged in the recess.
  • the moisture sensor can have two electrodes, between which an electrically sensitive material is arranged.
  • the moisture sensor is designed as a capacitive moisture sensor, a moisture-sensitive dielectric which can absorb moisture being arranged in a gap between two electrodes.
  • the amount of moisture absorbed by the dielectric depends on the moisture conditions in the immediate vicinity Environment of the dielectric, the capacity of the moisture sensor changes depending on the amount of moisture absorbed by the dielectric.
  • the amount of moisture absorbed by the dielectric can thus be determined by measuring the capacitance of the moisture sensor.
  • a hygroscopic layer has proven suitable for the dielectric, polyamide or
  • Aluminum oxide are preferred materials for the dielectric, which can be in particular in the form of a film.
  • the dielectric can also be formed by a part of this lubricant, the capacity of the moisture sensor varying depending on the amount of moisture absorbed by the lubricant.
  • the sensor is preferably arranged in a region of the ball joint where the lubricant moves frequently during operation of the ball joint, so that on the one hand the gap between the electrodes is completely filled with lubricant and on the other hand the lubricant present between the electrodes is moved outside with this movement lubricant present in the gap can be replaced. Consequently, the measured moisture content of the lubricant present between the electrodes also represents the moisture content of the lubricant provided outside the gap and thus the total amount of moisture that has penetrated into the recess in the ball joint.
  • the electrodes can be curved, e.g. B. in the form of curved metal plates, wherein the gap filled with the dielectric is provided between the electrodes.
  • the substrate is formed by a housing of a sensor assembly or for the electrodes to be arranged on a housing of a sensor assembly, wherein an assembly is to be understood as an arrangement which, in addition to the actual moisture sensor, has at least one housing, preferably also one electronic Has circuit, the z. B. can perform temperature compensation or linearization for the signals measured by the sensor.
  • the previously described moisture sensor with two electrodes can, however, also be used to measure the electrical conductivity of a moisture-sensitive material arranged between the electrodes, the conductivity of which changes as a function of the amount of moisture absorbed by it.
  • the measured conductivity of the material arranged between the electrodes is also a suitable quantity for determining the amount of moisture that has penetrated into the recess of the ball joint. Since real dielectrics also regularly have an electrical conductivity, a previously mentioned dielectric can also be used for this moisture-sensitive material.
  • FIG. 1 a schematic sectional view of a first embodiment of the ball joint according to the invention
  • FIG. 2 a top view of the protective wall and the sensor according to FIG. 1,
  • FIG. 3 a schematic sectional view of a second embodiment of the ball joint according to the invention
  • FIG. 4 an enlarged view of the moisture sensor shown in FIG. 3,
  • FIG. 5 a sectional view of the moisture sensor according to FIG. 4,
  • FIG. 6 a schematic sectional view of a third embodiment of the ball joint according to the invention.
  • FIG. 7 a schematic view of a sensor assembly
  • Figure 8 is a sectional view of a moisture sensor with dielectric
  • Figure 9 is a schematic sectional view of a fourth embodiment of the ball joint according to the invention.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a first embodiment of the ball joint according to the invention, a ball pin 3 having a joint ball 1 and a pin 2 being rotatably and pivotably mounted in a recess 4 in a ball joint housing 5.
  • the ball pin 3 extends with its pin 2 out of a pin opening 6 provided in the housing 5, the pin opening 6 being protected against the ingress of moisture by an elastic sealing bellows 7.
  • the housing 5 On the side facing away from the pin 2, the housing 5 has a mounting opening 8 in which a protective wall 9 is arranged.
  • the protective wall 9 bears against a projection 10 which is formed on the inner wall 11 of the housing 5.
  • the recess 4 is filled with a lubricant, so that the sliding properties of the joint ball 1 in the housing 5 are improved and the joint ball 1 is largely protected against corrosion.
  • a moisture sensor 12 is arranged, which is designed as a humidity sensor with two electrodes and a hygroscopic layer in between.
  • the moisture sensor 12 is protected by an attached to the housing 5 cover 13 against undesirable external influences, such as. B. the unimpeded penetration of atmospheric air, protected.
  • FIG. 2 shows a top view of the protective wall 9 and the moisture sensor 12, which is arranged on or above a central wall area 14 of the protective wall 9.
  • a plurality of through openings 15 are formed in the protective wall 9 around this central wall region 14, which allow air to pass from the recess 4 into the region surrounding the moisture sensor 12 and vice versa, so that the air can circulate freely between the moisture sensor 12 and the recess 4 .
  • the passage openings 15 extend from the central wall area 14 to the wall 16 of the protective wall 9, a web 17 extending between two adjacent passage openings 15, which connects the central wall area 14 to the wall 16. Like the through openings 15, the webs 17 are also arranged around the central wall region 14, which is the
  • Humidity sensor trained moisture sensor 12 protects against contact with lubricant.
  • FIG. 3 shows a sectional view of a second embodiment of the ball joint according to the invention, the same or similar features being designated with the same reference numerals as in the first embodiment.
  • the moisture sensor 12 is designed as a curved pair of metal plates, which, starting from the central longitudinal axis 18 of the ball joint, is curved into the recess 4 on both sides.
  • FIG. 4 shows an enlarged view and FIG. 5 shows a sectional view of the moisture sensor 12 from FIG. 3, a gap 21 being provided between the metal plates 19 and 20 forming the pair of metal plates.
  • a lubricant is introduced into the recess 4, the gap 21 also being completely filled with the lubricant.
  • This arrangement and design of the moisture sensor 12 ensures that when the joint ball 1 moves, an exchange of lubricant takes place between the recess 4 and the gap 21.
  • the moisture content of the lubricant present in the gap 21 thus represents the moisture content of the lubricant in the recess 4.
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of a third embodiment of the ball joint according to the invention, identical or similar features being designated with the same reference symbols as in the previous embodiments.
  • the joint ball 1 is mounted in the recess 4 of the housing 5 with the interposition of a spherical shell 25, the electrodes of the moisture sensor 12 being formed on the spherical shell 25 by galvanic layers or conductive lacquers.
  • too Recess 4 introduced a lubricant that completely fills the gap formed between the electrodes.
  • FIG. 7 shows a sensor assembly that can replace the moisture sensor used in the previous embodiments.
  • the moisture sensor 12 forms a structural unit together with a sensor module housing 27 and an electronic circuit 26, which is arranged within the sensor module housing 27 and is used to process information obtained by the moisture sensor 12.
  • the moisture sensor 12 is attached to the outer surface of the sensor module housing 27.
  • FIG. B A sectional view of a usable moisture sensor 12 can be seen in FIG. B. can consist of polyamide or aluminum oxide or lubricant.
  • FIG. 9 shows a schematic sectional view of a fourth embodiment of the ball joint according to the invention, identical or similar features being designated with the same reference symbols as in the previous embodiments.
  • a sensor module with a sensor module housing 27 is inserted into the spherical shell 25, the moisture sensor 12 being arranged on the sensor module housing 27 facing the joint ball 1.
  • the lubricant 29 introduced into the recess 4 which also completely fills the gap between the electrodes of the moisture sensor 12, is indicated in a dotted manner in accordance with this figure.
  • a lubricant can be provided in the recess 4 in all embodiments, the lubricant is not shown in FIGS. 1, 3, 5 and 6 for reasons of clarity.
  • the moisture sensor 12 with electrical Lines 22 contacted which are connected to an electronic evaluation unit 23, which is arranged according to Figure 1 inside and according to Figures 3, 6 and 9 outside the ball joint.
  • this evaluation unit 23 is also connected to a signal transmitter 24, which is arranged inside the passenger compartment of the motor vehicle and informs the vehicle driver whether the amount of moisture that has penetrated into the recess 4 has exceeded a permissible amount of moisture.
  • the amount of moisture measured in the recess 4 by the moisture sensor 12 can be stored as electronic information in a memory provided in the evaluation unit 23, which can be read out during maintenance of the motor vehicle.
  • the signal transmitter 24 can be dispensed with.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Zapfen 2 and eine Gelenkkugel 1 aufweisenden Kugelzapfen 3, der mit seiner Gelenkkugel 1 drehbar und schwenkbar in einer in einem Gehäuse 5 vorgesehenen Ausnehmung 4 angeordnet ist and sich aus diesem heraus durch eine Zapfenöffnung 6 erstreckt, and einem Sensor, welcher ein mit der Ausnehmung 4 in Verbindung stehender Feuchtigkeitssensor 12 ist.

Description

Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Zapfen und eine Gelenkkugel aufweisenden Kugelzapfen, der mit seiner Gelenkkugel dreh- und schwenkbar in einer in einem Gehäuse vorgesehenen Ausnehmung angeordnet ist und sich aus diesem heraus durch eine Zapfenöff ung erstreckt, und einem Sensor.
Ein derartiges Kugelgelenk ist aus der DE 101 61 671 AI bekannt, wobei ein Magnetfeldsensor an einem Verschlusselement angeordnet ist, das eine in einem Gehäuse vorgesehene Montageöffhung verschließt. Der Magnetfeldsensor ist dabei in dem Gehäuse angeordnet und von einem Schutzelement vollständig abgedeckt.
Kugelgelenke für Kraftfahrzeuge weisen sehr häufig den Nachteil auf, dass z. B. aufgrund einer defekten Dichtung Feuchtigkeit in den Innenraum des Kugelgelenks eindringen kann, so dass die Kugeloberfläche der Gelenkkugel des Kugelgelenks korrodiert. Eine derartige Korrosion kann aber zu starken Beeinträchtigungen in der Funktion des Gelenks, im Extremfall sogar zu dessen Zerstörung fuhren. Da Kugelgelenke für Kraftfahrzeuge auch im Bereich des Fahrwerks Verwendung finden und somit sicherheitsrelevante Bauteile darstellen, ist es wichtig, eine beginnende Korrosion frühzeitig zu erkennen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem frühzeitig das mögliche Einsetzen einer Korrosion erkannt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kugelgelenk mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug weist einen einen Zapfen und eine Gelenkkugel aufweisenden Kugelzapfen, der mit seiner Gelenkkugel dreh- und schwenkbar in einer in einem Gehäuse vorgesehenen Ausnehmung angeordnet ist und sich aus diesem heraus durch eine Zapfenöffnung hindurch erstreckt, und einen Sensor auf, welcher ein mit der Ausnehmung in Verbindung stehender Feuchtigkeitssensor ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk ist es möglich, das Eindringen von Feuchtigkeit in den Innenraum des Kugelgelenks sehr frühzeitig zu erkennen, was z. B. in der Entwicklungsphase eines Kugelgelenks wichtig ist, um eine schnelle und effiziente Optimierung aller Dichtstellen zu erzielen. Fehlerhafte Dichtstellen können z. B. an einem Dichtungsbalg oder an einem Gehäusedeckel auftreten. Das erfindungsgemäße
Kugelgelenk weist aber nicht nur in der Entwicklungsphase sondern auch im Serieneinsatz Vorteile gegenüber herkömmlichen Kugelgelenken auf, da eine Schädigung von Dichtstellen bereits frühzeitig festgestellt werden kann, bevor durch Korrosion die Trageigenschaften des Kugelgelenks beeinträchtigt werden. Hierdurch wird die Sicherheit des Fahrzeugs in nicht unerheblicher Weise erhöht. Ferner können Kosten bei einer
Reparatur des Kugelgelenks gespart werden, da nicht mehr in jedem Fall das vollständige Kugelgelenk ausgetauscht werden muss, wenn lediglich der Dichtungsbalg beschädigt ist. Durch die frühzeitige Erkennung des Eindringens von Feuchtigkeit und somit der Korrosionsgefahr kann es z. B. ausreichen, lediglich einen defekten Dichtungsbalg auszutauschen, wenn die Oberfläche der Gelenkkugel noch nicht korrodiert ist. Eine unkorrodierte Gelenkkugel ist bei einer frühzeitigen Erkennung des Eindringens von Feuchtigkeit in das Kugelgelenk aber regelmäßig der Fall, so dass nicht nur Materialkosten eingespart werden können sondern auch der Montageaufwand geringer ausfallen kann.
Der Sensor kann über eine im Gehäuse vorgesehene Öffnung mit der Ausnehmung in
Verbindung stehen und dabei selbst außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Bevorzugt ist der Feuchtigkeitssensor aber am oder im Gehäuse befestigt, insbesondere in der Ausnehmung angeordnet. Da Kugelgelenke häufig im der Zapfenöffhung abgewandten Bereich des Gehäuses über eine mittels eines Gehäusedeckels verschlossene Montageöffnung verfügen, ist der Feuchtigkeitssensor bevorzugt in dem der Zapfenöffhung abgewandten Bereich des Gehäuses angeordnet. Somit ist eine einfache Montage des Feuchtigkeitssensors möglich, wobei dieser sogar von dem Gehäusedeckel gehalten werden kann.
Gemäß einer ersten Alternative wird die Feuchtigkeit in dem Kugelgelenk über die Luftfeuchtigkeit der den Sensor umgebenden Luft gemessen, wobei diese zumindest einen Teil der Ausnehmung durchströmt und/oder mit einem in der Ausnehmung vorhandenen Schmierstoff in Berührung bzw. in Wechselwirkung steht. Die in dieser Luft gemessene Luftfeuchtigkeit ist ein Maß für die insgesamt in das Innere des Kugelgelenks eingedrungene Feuchtigkeit, wobei sich diese Luft allerdings nicht mit atmosphärischer Luft vermischen sollte.
Falls in der Ausnehmung des Gehäuses ein Schmierstoff vorgesehen ist, muss der Feuchtigkeitssensor zum Messen der Luftfeuchtigkeit von dem Schmierstoff separiert sein, damit die Luft ungehindert zu dem Sensor gelangen kann. Hierfür kann zwischen dem Feuchtigkeitssensor und der Ausnehmung eine mit Durchgangsöffnungen versehene Schutzwand angeordnet sein, welche sich bevorzugt rings eines zentralen Wandbereichs der Schutzwand erstrecken. Der Sensor kann dabei an der der Ausnehmung abgewandten Seite des zentralen Wandbereichs angeordnet bzw. von diesem gegenüber der Ausnehmung separiert sein. Ferner kann die Luft durch die Durchgangsöffnungen zirkulieren und sowohl mit dem Feuchtigkeitssensor als auch mit dem in der Ausnehmung angeordneten Schmierstoff in Wechselwirkung treten.
Der Feuchtigkeitssensor kann zwei Elektroden aufweisen, zwischen denen ein in elektrischer Hinsicht feuchteempfindliches Material angeordnet ist. Insbesondere ist der Feuchtigkeitssensor als kapazitiver Feuchtigkeitssensor ausgebildet, wobei in einem Spalt zwischen zwei Elektroden ein feuchteempfindliches Dielektrikum angeordnet ist, welches Feuchtigkeit aufnehmen kann. Die von dem Dielektrikum aufgenommene Feuchtigkeitsmenge ist abhängig von den Feuchtigkeitsverhältnissen in der unmittelbaren Umgebung des Dielektrikums, wobei sich die Kapazität des Feuchtigkeitssensors in Abhängigkeit von der von dem Dielektrikum aufgenommenen Feuchtigkeitsmenge ändert. Über die Messung des Kapazität des Feuchtigkeitssensors ist somit die von dem Dielektrikum aufgenommene Feuchtigkeitsmenge bestimmbar. Für das Dielektrikum hat sich eine hygroskopische Schicht als geeignet erwiesen, wobei Polyamid oder
Aluminiumoxyd bevorzugte Materialien für das Dielektrikum sind, die insbesondere in Form einer Folie ausgebildet sein können.
Ist in die Ausnehmung des Kugelgelenks ein Schmierstoff eingebracht, so kann das Dielektrikum aber auch durch einen Teil dieses Schmierstoffs gebildet sein, wobei die Kapazität des Feuchtigkeitssensors in Abhängigkeit von der von dem Schmierstoff aufgenommenen Feuchtigkeitsmenge variiert. Bevorzugt ist der Sensor dabei in einem Bereich des Kugelgelenks angeordnet, wo im Betrieb des Kugelgelenks eine häufige Bewegung des Schmierstoffs stattfindet, so dass einerseits der Spalt zwischen den Elektroden vollständig mit Schmierstoff gefüllt ist und andererseits der zwischen den Elektroden vorhandene Schmierstoff durch diese Bewegung mit außerhalb des Spalts vorhandenen Schmierstoff ausgetauscht werden kann. Folglich repräsentiert der gemessene Feuchtigkeitsgehalt des zwischen den Elektroden vorhandenen Schmierstoffs auch den Feuchtigkeitsgehalt des außerhalb des Spalts vorgesehen Schmierstoffs und somit die insgesamt in die Ausnehmung des Kugelgelenks eingedrungene Feuchtigkeitsmenge.
Die Elektroden können gekrümmt, z. B. in Form von gekrümmten Metallplatten, ausgebildet sein, wobei zwischen den Elektroden der mit dem Dielektrikum gefüllte Spalt vorgesehen ist. Insbesondere ist es möglich, die geraden oder gekrümmten Elektroden stoffschlüssig auf ein Substrat aufzubringen, wobei galvanisch auf das Substrat aufgebrachte Schichten bzw. auf das Substrat aufgebrachte leitfahige Lacke als Elektroden geeignet sind. Falls die Gelenkkugel in dem Gehäuse unter Zwischenschaltung einer Kugelschale angeordnet ist, kann diese das Substrat für die Elektroden bilden. Es ist aber auch möglich, dass das Substrat von einem Gehäuse einer Sensorbaugruppe gebildet wird bzw. die Elektroden auf einem Gehäuse einer Sensorbaugruppe angeordnet sind, wobei unter Sensorbaugruppe eine Anordnung zu verstehen ist, die neben dem eigentlichen Feuchtigkeitssensor wenigstens ein Gehäuse, bevorzugt auch noch einen elektronischen Schaltkreis aufweist, der z. B. eine Temperaturkompensation bzw. eine Linerarisierung für die von dem Sensor gemessenen Signale durchführen kann.
Der zuvor beschriebene Feuchtigkeitssensor mit zwei Elektroden kann aber auch zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit eines zwischen den Elektroden angeordneten, feuchteempfindlichen Materials verwendet werden, dessen Leitfähigkeit sich in Abhängigkeit von der von diesem aufgenommenen Feuchtigkeitsmenge ändert. Somit ist auch die gemessene Leitfähigkeit des zwischen den Elektroden angeordneten Materials eine geeignete Größe zur Bestimmung der in die Ausnehmung des Kugelgelenks eingedrungenen Feuchtigkeitsmenge. Da reale Dielektrika regelmäßig auch eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, kann auch ein zuvor genanntes Dielektrikum für dieses feuchteempfindliche Material verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausfuhrungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 : eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausfiϊhrungsfbrm des erfindungsgemäßen Kugelgelenks,
Figur 2: eine Draufsicht auf die Schutzwand und den Sensor nach Figur 1 ,
Figur 3 : eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks,
Figur 4: eine vergrößerte Ansicht des aus Figur 3 ersichtlichen Feuchtigkeitssensors,
Figur 5 : eine Schnittansicht des Feuchtigkeitssensors nach Figur 4,
Figur 6: eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks,
Figur 7: eine schematische Ansicht einer Sensorbaugruppe, Figur 8: eine Schnittansicht eines Feuchtigkeitssensors mit Dielektrikum und
Figur 9: eine schematische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks.
Aus Figur 1 ist eine Schnittansicht einer ersten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks ersichtlich, wobei ein eine Gelenkkugel 1 und einen Zapfen 2 aufweisender Kugelzapfen 3 dreh- und schwenkbar in einer Ausnehmung 4 in einem Kugelgelenkgehäuse 5 gelagert ist. Der Kugelzapfen 3 erstreckt sich mit seinem Zapfen 2 aus einer in dem Gehäuse 5 vorgesehenen Zapfenöffimng 6 aus diesem heraus, wobei die Zapfenöffhung 6 von einem elastischen Dichtungsbalg 7 gegen das Eindringen von Feuchtigkeit geschützt ist. An der dem Zapfen 2 abgewandten Seite weist das Gehäuse 5 eine Montageöffnung 8 auf, in der eine Schutzwand 9 angeordnet ist. Die Schutzwand 9 liegt dabei an einem Vorsprung 10 an, der an der Innenwandung 11 des Gehäuses 5 ausgebildet ist. Die Ausnehmung 4 ist mit einem Schmierstoff gefüllt, so dass die Gleiteigenschaften der Gelenkkugel 1 in dem Gehäuse 5 verbessert sind und die Gelenkkugel 1 weitgehend gegen Korrosion geschützt ist. Auf der der Gelenkkugel 1 abgewandten Seite der Schutzwand 9 ist ein Feuchtigkeitssensor 12 angeordnet, der als Luftfeuchtigkeitssensor mit zwei Elektroden und einer dazwischenliegenden hygroskopischen Schicht ausgebildet ist. Der Feuchtigkeitssensor 12 ist dabei durch einen, an dem Gehäuse 5 befestigten Deckel 13 vor unerwünschten äußeren Einflüssen, wie z. B. dem ungehinderten Eindringen von atmosphärischer Luft, geschützt.
Aus Figur 2 ist eine Draufsicht auf die Schutzwand 9 und den Feuchtigkeitssensor 12 ersichtlich, welcher an oder über einem zentralen Wandbereich 14 der Schutzwand 9 angeordnet ist. Rings dieses zentralen Wandbereichs 14 sind mehrere Durchgangsöffhungen 15 in der Schutzwand 9 ausgebildet, welche einen Durchtritt von Luft aus der Ausnehmung 4 in den den Feuchtigkeitssensor 12 umgebenden Bereich und umgekehrt ermöglichen, so dass die Luft frei zwischen dem Feuchtigkeitssensor 12 und der Ausnehmung 4 zirkulieren kann. Die Durchgangsöf&ungen 15 erstrecken sich von dem zentralen Wandbereich 14 bis zur Wandung 16 der Schutzwand 9, wobei sich zwischen zwei benachbarten Durchgangsöffhungen 15 jeweils ein Steg 17 erstreckt, der den zentralen Wandbereich 14 mit der Wandung 16 verbindet. Wie die Durchgangsöffiiungen 15, so sind auch die Stege 17 rings des zentralen Wandbereichs 14 angeordnet, der den als
Luftfeuchtigkeitssensor ausgebildeten Feuchtigkeitssensor 12 vor einem Kontakt mit Schmierstoff schützt.
Aus Figur 3 ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks ersichtlich, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausfuhrungsform bezeichnet sind. Der Feuchtigkeitssensor 12 ist gemäss dieser Ausführungsform als gekrümmtes Metallplattenpaar ausgebildet, welches ausgehend von der Mittenlängsachse 18 des Kugelgelenks beidseitig in die Ausnehmung 4 Mneingekrümmt ist.
Aus Figur 4 ist eine vergrößerte Ansicht und aus Figur 5 eine Schnittansicht des Feuchtigkeitssensor 12 aus Figur 3 ersichtlich, wobei zwischen den das Metallplattenpaar bildenden Metallplatten 19 und 20 ein Spalt 21 vorgesehen ist. In die Ausnehmung 4 ist ein Schmierstoff eingebracht, wobei auch der Spalt 21 vollständig mit dem Schmierstoff gefüllt ist. Durch diese Anordnung und Ausbildung des Feuchtigkeitssensors 12 wird erreicht, dass bei einer Bewegung der Gelenkkugel 1 ein Austausch von Schmierstoff zwischen Ausnehmung 4 und Spalt 21 stattfindet. Somit repräsentiert der Feuchtigkeitsgehalt des in dem Spalt 21 vorhandenen Schmierstoffes den Feuchtigkeitsgehalt des Schmierstoffes in der Ausnehmung 4.
Aus Figur 6 ist eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks ersichtlich, wobei identische oder ähnliche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen bezeichnet sind. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Gelenkkugel 1 unter Zwischenschaltung einer Kugelschale 25 in der Ausnehmung 4 des Gehäuses 5 gelagert, wobei die Elektroden des Feuchtigkeitssensors 12 durch galvanische Schichten oder leitfähige Lacke an der Kugelschale 25 ausgebildet sind. Auch nach dieser Auslnhrungsform ist in die Ausnehmung 4 ein Schmierstoff eingebracht, der den zwischen den Elektroden ausgebildeten Spalt vollständig ausfüllt.
Figur 7 zeigt eine Sensorbaugruppe, die den in den vorherigen Ausfuhrungsformen verwendeten Feuchtigkeitssensor ersetzen kann. Gemäß dieser Sensorbaugruppe bildet der Feuchtigkeitssensor 12 eine bauliche Einheit zusammen mit einem Sensorbaugruppengehäuse 27 und einer elektronischen Schaltung 26, welche innerhalb des Sensorbaugruppengehäuses 27 angeordnet ist und der Aufbereitung von durch den Feuchtigkeitssensor 12 gewonnener Information dient. Der Feuchtigkeitssensor 12 ist dabei an der Außenfläche des Sensorbaugruppengehäuses 27 befestigt.
Aus Figur 8 ist eine Schnittansicht eines verwendbaren Feuchtigkeitssensors 12 ersichtlich, wobei im Unterschied zu Figur 5 das in den Spalt 21 zwischen den beiden Elektroden 19 und 20 eingebrachte feuchteempfindliche Material 28 bzw. Dielektrikum gezeigt ist, welches je nach Ausführungsform aus einer hygroskopischen Schicht z. B. aus Polyamid bzw. Aluminiumoxid oder aus Schmierstoff bestehen kann.
Aus Figur 9 ist eine schematische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks ersichtlich, wobei identische oder ähnliche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen bezeichnet sind. Gemäß dieser Ausfuhrungsform ist eine Sensorbaugruppe mit einem Sensorbaugruppengehäuse 27 in die Kugelschale 25 eingesetzt, wobei der Feuchtigkeitssensor 12 an dem Sensorbaugruppengehäuse 27 der Gelenkkugel 1 zugewandt angeordnet ist. Ferner ist nach dieser Figur der in die Ausnehmung 4 eingebrachte Schmierstoff 29 punktiert angedeutet, der auch den zwischen den Elektroden des Feuchtigkeitssensors 12 vorhandenen Spalt vollständig ausfüllt.
Obwohl bei allen Ausf hrungsformen ein Schmierstoff in der Ausnehmung 4 vorgesehen sein kann, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren 1, 3, 5 und 6 auf die Darstellung des Schmierstoffs verzichtet.
Nach den Figuren 1, 3, 6 und 9 ist der Feuchtigkeitssensor 12 mit elektrischen Leitungen 22 kontaktiert, die an eine elektronische Auswerteeinheit 23 angeschlossen sind, welche gemäß Figur 1 innerhalb und gemäß den Figuren 3, 6 und 9 außerhalb des Kugelgelenks angeordnet ist. Diese Auswerteeinheit 23 ist nach den Figuren 1 und 3 ferner mit einem Signalgeber 24 verbunden, der innerhalb des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und den Fahrzeugführer darüber informiert, ob die in die Ausnehmung 4 eingedrungene Feuchtigkeitsmenge einen zulässigen Feuchtigkeitsmengengrenzwert überschritten hat. Es ist aber auch möglich, dass die in der Ausnehmung 4 von dem Feuchtigkeitssensor 12 gemessene Feuchtigkeitsmenge als elektronische Information in einem in der Auswerteeinheit 23 vorgesehenen Speicher abgelegt wird, welcher bei einer Wartung des Kraftfahrzeugs auslesbar ist. In diesem Fall kann, wie aus den Figuren 6 und 9 ersichtlich, auf den Signalgeber 24 verzichtet werden.
Bezugszeichenliste :
1 Gelenkkugel
2 Zapfen
3 Kugelzapfen
4 Ausnehmung
5 Gehäuse
6 Zapfenöffnung
7 elastischer Dichtungsbalg
8 Montageöffhung
9 Schutzwand
10 Vorsprung
11 Innenwandung
12 Feuchtigkeitssensor
13 Deckel
14 zentraler Wandbereich
15 Durchgangsöffhungen
16 Wandung
17 Steg
18 Mittenlängsachse
19, 20 Metallplatten / Elektroden
21 Spalt
22 elektrische Leitungen
23 elektronische Auswerteeinheit
24 Signalgeber
25 Kugelschale
26 elektronische Schaltung
27 Sensorgehäuse
28 feuchteempfindliches Material / Dielektrikum
29 Schmierstoff

Claims

Kugelgelenk für ein KraftfahrzeugPatentansprüche
1. Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Zapfen (2) und eine Gelenkkugel (1) aufweisenden Kugelzapfen (3), der mit seiner Gelenkkugel (1) drehbar und schwenkbar in einer in einem Gehäuse (5) vorgesehenen Ausnehmung (4) angeordnet ist und sich aus diesem heraus durch eine Zapfenöffnung (6) erstreckt, und einem Sensor, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein mit der Ausnehmung (4) in Verbindung stehender Feuchtigkeitssensor (12) ist.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitssensor (12) im oder am Gehäuse (5) befestigt ist.
3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitssensor (12) in der Ausnehmung (4) angeordnet ist.
4. Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitssensor (12) in dem der Zapfenöffnung (6) abgewandten Bereich des Gehäuses (5) angeordnet ist.
5. Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Feuchtigkeitssensor (12) und der Ausnehmung (4) eine mit Durchgangsöffhungen (15) versehene Schutzwand (9) angeordnet ist.
6. Kugelgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchgangsöffhungen (15) rings eines zentralen Wandbereichs (14) erstrecken.
7. Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitssensor (12) zwei Elektroden (19, 20) aufweist, zwischen denen ein in elektrischer Hinsicht feuchteempfindliches Material (28) angeordnet ist.
8. Kugelgelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das feuchteempfindliche Material (28) ein feuchteempfindliches Dielektrikum ist.
9. Kugelgelenk nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das feuchteempfindliche Material (28) durch eine hygroskopische Schicht gebildet ist.
10. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das feuchteempfindliche Material (28) aus Polyamidfolie oder aus Aluminiumoxid besteht.
11. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmierstoff (29) in die Ausnehmung (4) eingebracht ist und das feuchteempfindliche Material (28) von zumindest einem Teil dieses Schmierstoffs (29) gebildet ist.
12. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (19, 20) als gekrümmte Metallplatten ausgebildet sind.
13. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (19, 20) durch galvanische Schichten oder leitfähige Lacke gebildet sind.
14. Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (1) in dem Gehäuse (5) unter Zwischenschaltung einer Kugelschale (25) angeordnet ist.
15. Kugelgelenk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitssensor (12) an der Rugelschale (25) vorgesehen ist.
16. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitssensor (12) an einem Sensorbaugruppengehäuse (27) angeordnet ist. 1/4
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