具有傳感器裝置的球窩關節以及用於識別密封性的方法
2023-07-11 11:32:56
專利名稱：具有傳感器裝置的球窩關節以及用於識別密封性的方法
技術領域：
本發明涉及一種按權利要求1前序部分所述的具有傳感器裝置
的、比如用於汽車的軸系統(Achssystem)或車輪懸桂的球窩關節。 此外，本發明還涉及一種按權利要求9所述的用於在球窩關節上識別 密封性的方法。
背景技術：
開頭所述類型的球窩關節比如但是絕不僅僅用在汽車的底盤上或 者說車輪懸桂上。所述類型的球窩關節在此包括一個傳感器裝置，利 用該傳感器裝置可以對所述球窩關節的密封套的密封性進行監控。及 時識別球窩關節的密封套的不密封性尤其在球窩關節是對安全非常重 要的部件的情況下具有決定性的意義。這尤其在汽車的底盤或轉向系 的區域中是這種情況，在這種情況下在行駛過程中球窩關節的失靈就 會導致災難性的後果。
比如在汽車運行中出現的經常性的溫度變化和碎石打擊、各種不 同的工作原料及鹽水的影響以及永久性的機械負荷都會隨著時間的推移使球窩關節的密封套變得多孔、出現裂紋或者甚至不密封。接下來 水、鹽水或其它腐蝕性化學物質就會進入其中，這就會導致所述球窩 關節的快速腐蝕並且接下來使其失靈。
因此，如果沒有在最短的時間內識別和更換受損的密封套，那麼 不久就會因有害物質的進入導致所述球窩關節的腐蝕並且由此使其失 靈或者說無論如何都會導致出現危及安全的情況。另一方面如果及時 識別變得不密封的密封套，那就可以有效地預防所述在汽車的行駛安 全性方面令人擔心的情況。
此外， 一種所述的用於對球窩關節的密封套的密封性進行識別的 裝置比如也適合在球窩關節的開發階段中用在試驗中。在這方面-比如 在氣溫箱中進行試驗的過程中，其中所述氣溫箱在試驗過程中有時不 可靠近-可以永久跟蹤探測彈性體密封套的密封性。此外，通過這種方 式可以精確地確定出現首次受損的時刻，這就方便並改進對試驗結果
進行的精確分析。
具有用於對密封套上的不密封性進行識別的裝置的球窩關節比如
從DE 103 47 814中得到公開。這種球窩關節為識別密封套的不密封性 而具有一個安裝在該球窩關節中的溼度傳感器。所述溼度傳感器用於 識別比如通過不再密封的密封套進入的水分並且隨後促使發出報警信號。
但是用於識別密封套的不密封性的溼度傳感器的使用並不是沒有 問題。因為溼度傳感器具有比如對鹽水及潤滑脂敏感的缺點。按照所 提到的公開文獻的理論嘗試克服這一問題，方法是在僅僅通過一條 狹窄縫隙來保證在所述溼度傳感器和關節內腔之間的連接的同時，按 照部分地與球窩關節的內腔脫耦或者說分開的方式來安置所述溼度傳 感器。
但是，由此所述溼度傳感器的響應性能變得遲緩。此外，無法相 對於有害物質對所述溼度傳感器進行完全的封裝，因為通過這種方式 在受損情況下進入的溼氣再也無法到達該傳感器處，因此而後也就不 再識別不密封性。
發明內容
在這種背景下，本發明的任務是提供一種球窩關節以及一種用於 在球窩關節上識別密封性的方法，以此可以克服所提到的現有技術的 缺點。尤其在此應該能夠快速而可靠地識別所述密封套的不密封性， 而不會出現因工作原料或進入的水分而損壞所使用的傳感器的危險。
該任務通過一種具有權利要求1所述特徵的球窩關節或者說通過 一種具有權利要求9所述特徵的方法得到解決。優選的實施方式是從 屬權利要求的主題。
按本發明的球窩關節首先以公知的方式具有基本上為環形或罐形 的關節外殼。該關節外殼具有基本上為圓柱形的內腔，在該內腔中布 置了所述球窩關節的球形襯套。在該球形襯套中可滑動地接納所述球 窩關節的球面軸頸的球體。此外，所述球窩關節以同樣公知的方式包 括一個密封套以及一個傳感器裝置，其中所述密封套按照可彈性移動 的方式封閉在關節外殼和球面軸頸之間的軸頸側的開口 ，並且所述傳 感器裝置用於對關節內腔或者說密封套的密封性進行監控。
但是，按本發明所述球窩關節的突出之處在於，所述傳感器裝置
包括一個壓力傳感器。
壓力傳感器的使用十分有利，因為壓力傳感器可以在機械及化學 方面構造得非常堅固並且具有很大的惰性，而不會由此明顯地影響到 壓力傳感器的測量敏感性。使用壓力傳感器的背景在於，申請人認識 到，也可以並且恰好可以用壓力傳感器以高的精度和可靠性來測定所 述密封套的可能的不密封性。
這一點象事實所表明的一樣與以下情況密切相關，即所述密封套 在所述球面軸頸每次相對於所述關節外殼進行迴轉運動或者說翻轉運 動時都會變形，使得被所述密封套圍住的空間發生變化。如果該密封 套在此沒有受損或者說所述球窩關節完全密封，那麼這種空間變化也 就直接導致在所述密封套或者說球窩關節的內腔中產生壓力變化。
另一方面如果所述球窩關節或者說尤其所述密封套不密封，那麼-在所述在密封套中被圍住的空間的空間變化方面-在所述球面軸頸進行 迴轉運動或者說翻轉運動時在所述球窩關節中與周圍環境進行壓力平 衡。
但這一點意味著，所述球窩關節的壓力傳感器在一種這樣的情況 下不再記錄在球窩關節中的壓力變化或者說無論如何不再記錄在球窩 關節中的如此之高的壓力變化，由此又可以非常肯定地推斷出所述球 窩關節不密封或者說在多數情況下所述密封套不密封。在這種情況 下，磨損測量沒有因大氣的氣壓波動受到幹擾，因為氣壓變化在長時 間範圍內在幾個小時的過程中緩慢進行，與此相反由所述球窩關節的 翻轉運動觸發的壓力波動則在僅僅幾秒鐘的範圍內或者甚至在幾分之 一秒內進行。
在這種情況下，為實現本發明，首先在何處並且以何種方式將所 述壓力傳感器布置在所述球窩關節上這個問題是無關緊要的。所述壓 力傳感器比如可以布置在所述密封套的區域中或者布置在關節球體 上。但是，按照本發明的一種優選的實施方式，所述壓力傳感器布置 在關節外殼上。這樣做十分有利，因為在這種情況下可以特別簡單、 牢固並且由此可靠地安置所述壓力傳感器和通往該壓力傳感器的饋電線纜。
優選在這種情況下將所述壓力傳感器布置在所述關節外殼的外殼 蓋的區域中，並且尤其優選將該壓力傳感器與所述外殼蓋構成一體或者說與所述外殼蓋澆注成一體。通過這種方式在所述壓力傳感器和關 節外殼之間產生特別緊湊的、牢固的和密封的連接。此外，所述與外 殼蓋相連接的壓力傳感器可以特別簡單地並且由此以低廉的成本安裝 在球窩關節上。
為了額外地防止該壓力傳感器遭受在球窩關節中存在的或者說可 能進入的腐蝕性介質如鹽水的影響，按照本發明的另一種實施方式， 通過隔膜將該壓力傳感器與所述關節外殼的內腔分開。通過這種方式-與那些從現有技術中公開的溼度傳感器相反-可以密封地將該壓力傳感 器與所述球窩關節的內腔隔開，但這不會明顯影響到對不密封性進行 探測的敏感性。
為提高所述壓力傳感器的響應速度，按照本發明的另一種優選的 實施方式，在所述密封套的內腔和所述關節外殼內腔的蓋側之間設置 至少一個壓力補償孔。由於該壓力補償孔，壓力波動可以在實際上在
沒有時間遲延的情況下從布置在軸頸側的密封套的內腔傳遞到布置在 外殼蓋側的壓力傳感器上，而探測不密封性則需要這種傳遞。通過這 種方式，尤其在所述關節球體和球形襯套之間不存在支承間隙或者說 在所述球形襯套不具有任何會傳遞壓力波動的潤滑槽時，可以以高敏 感度探測到快速發生的壓力變化。
在原則上，已經可以通過以下情況識別球窩關節上的不密封性， 即在一定的時間內比如在汽車運轉數個小時的過程中不再記錄在球窩 關節中的任何快速的壓力波動。因為由此可以推斷，儘管在數個運轉 小時過程中所述球窩關節肯定會出現相應的翻轉運動或者說迴轉運 動，但通常由此引起的在所述球窩關節的內腔中的壓力波動則沒有出 現，這已經可以看作是反映該球窩關節不密封的可靠徵兆。
為了更進一步地改進和加速不密封性的識別並且為了進一步提高 識別的可靠性，按照本發明的另一種優選的實施方式，所述球窩關節 具有另 一個傳感器裝置。所述另 一個傳感器裝置在此用於測定所述球 面軸頸的相對於關節外殼的翻轉角位置。
通過這種方式，也可以考慮所述附加的翻轉角傳感器的信號，以 便能夠關於所述球窩關節的密封性作出特別精確的結論。因為，就象 申請人:已發現的一樣，只要沒有不密封現象，那麼所述球面軸頸在關 節外殼中的特定的翻轉角位置就始終隨著在關節外殼內腔中近似於同相進行的特定的壓力變化而出現。因而，如果比如所述翻轉角傳感器 報告一個特定的在球面軸頸和關節外殼之間的翻轉角並且所述壓力傳 感器的在該翻轉角時期待出現的信號沒有出現，那就可以非常肯定地 立即推斷出現了不密封性。
此外，本發明還涉及一種按權利要求9所述的、用於在球窩關節 上識別密封性的方法。按本發明的方法用於識別具有密封套的球窩關 節的密封性，其中該球窩關節具有壓力傳感器。
此外，在第一方法步驟中，在球面軸頸在關節外殼中進行翻轉運 動的過程中測出在所述球窩關節或者說密封套的內腔中的壓力梯度。 隨後將所測出的壓力梯度的數值與一個額定值進行比較，並且在低於
額定值時發出關於可能存在不密封性的警告。
在這種情況下，為實現按本發明的方法，首先以何種方式查明所 述球面軸頸是否已進行翻轉運動這個問題並不重要。比如可以根據統 計上的相互關係對在所述球窩關節的特定的運行期間中翻轉運動的可 能性作出結論，從而在特定的持續時間範圍內沒有出現相應的壓力梯 度測量值時就已經可以非常肯定地推斷所述球窩關節不密封。
按照按本發明的方法的另一種實施方式，在所述第一方法步驟中 根據關於汽車行駛狀態的測量數據來確定球面軸頸的翻轉運動。在這 種情況下，所述測量數據可以比如是但絕不僅僅是轉向迴轉角、彈簧 撓度跳動行程、關於汽車車身的俯仰運動或擺動運動的數據和/或行駛 動力學數據。
根據按本發明的方法的另一種優選的實施方式，在第一方法步驟 中藉助於另一個布置在所述球窩關節上面或者說球窩關節裡面的傳感 器裝置來確定所述球面軸頸的翻轉運動。在這種情況下，所述傳感器 裝置具有至少一個翻轉角傳感器或者說位置傳感器，用於測定在球面 軸頸和關節外殼之間的相對位置或者說相對角度。
通過另一個傳感器裝置可以發現，所述球窩關節在何種時刻經受 翻轉運動，該翻轉運動如此之大，從而在所述密封套沒有受損的情況 下在所述密封套或者說關節外殼內腔中一定出現與該翻轉運動同時發 生的壓力變化。如果在一種這樣的情況下在所述關節外殼或者說密封 套的內腔中的內壓沒有以所期望的獨特的方式和幅度發生變化，那就 可以非常肯定地立即推斷所述密封套已經受損並且發出相應的警告。
下面藉助於僅僅描繪一種實施例的附圖對本發明進行詳細解釋。
其中
唯一的附圖l是按本發明的球窩關節的縱剖面示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了按本發明的球窩關節的一種實施方式的縱剖面示意 圖。首先可以看出基本上為罐狀的關節外殼1，該關節外殼l具有緊固 法蘭2以及布置在該關節外殼1中的軸瓦或者說球形襯套3。在該球形 襯套3的內腔中又布置了球面軸頸5的球體4。
此外還可以看出彈性體密封套6，它藉助於彈簧環7密封貼靠地與 所述球面軸頸5的杆部相連接並且與關節外殼1上的凹槽相連接。所 述密封套6在其內腔8中圍住一定的空間，該空間通常可以充填空氣 或者也可以部分充填潤滑劑。如圖所示，在所述球面軸頸5相對於關 節外殼l進行迴轉運動時，由於所述密封套6的變形，所述在密封套6 的內部被圍住的空間8發生變化(在多數情況下變小)，所述球面軸 頸5相對於關節外殼1的迴轉角偏轉越大，那麼這種變化就越明顯。
但是，包含在密封套6中的空間8的這種變化，無論如何只要所 述密封套6和球窩關節沒有不密封或者沒有損壞，那就勢必隨著相應 的壓力變化而出現。
通常所述壓力變化會通過潤滑槽從所述密封套8的內腔傳遞到所 述關節外殼1的頂部空間9中，但因為在附圖中示出的球窩關節在球 形襯套3中沒有潤滑槽，所以所述關節外殼1設有至少一個壓力補償 孔IO，該壓力補償孔10將所述密封套6的內腔8與所述關節外殼1的 頂部空間9貫通地連接在一起。
通過這種方式，在所述密封套6的內腔8中的壓力變化可以直接 傳遞到所述關節外殼1的頂部空間9中，在那裡所述壓力變化會立即 被布置在所述外殼蓋11的區域中的壓力傳感器12沒有時間延遲地記 錄下來。在所示出的實施例中，所述(僅僅示意示出的)壓力傳感器 12藉助於澆注材料13固定地並且密封封閉地與所述外殼蓋11的一部 分相連接。所述澆注材料13也牢固和可靠地包圍著所述饋電線纜l4， 該饋電線纜14將所述壓力傳感器12與相應的(未示出的)分析電子 裝置相連接。
將所述壓力傳感器12布置在所述外殼蓋11上或裡面這種做法也 十分有利，因為通過這種方式可以-在未作改動或者僅作少許改動的情 況下-給現有的球窩關節裝備壓力傳感器12或者說裝備按本發明的密 封性識別裝置。
為了額外地防止所述壓力傳感器12遭受包含在球窩關節中的潤滑 劑或者說可能進入的腐蝕性物質如鹽水的影響，在所述關節外殼1的 頂部空間9和壓力傳感器12之間布置了一層柔韌的隔膜15。該隔膜15 密封地將所述壓力傳感器12與關節外殼1的頂部空間9隔開，並且因 此防止所述壓力傳感器12遭受雜質或化學腐蝕性物質的影響，而不會 由此明顯影響密封性識別的敏感性。
因此結果表明，通過本發明提供一種球窩關節，該球窩關節能夠 立即和可靠地識別出不密封性-尤其由於所述密封套的損壞或老化現象 所引起的不密封性。在此，與現有技術相反，完全排除了因工作原料 或進入的物質而損壞用於磨損識別的傳感器的危險。由此本發明尤其 在汽車上的要求很高的軸系統及車輪懸桂範圍內的應用情況方面為提 高球窩關節的安全性、可靠性和故障預防效果作出寶貴貢獻。
附圖標記列表
1 關節外殼
2 緊固法蘭
3 球形襯套
4 關節球體
5 球面軸頸
6 密封套
7 彈簧環
8 密封套-內腔
9 關節外殼-頂部空間
10 壓力補償孔
11 外殼蓋12 壓力傳感器
13 澆注材料
14 饋電線纜
15 隔膜
權利要求
1.比如用於汽車的軸系統的球窩關節，具有基本上為環形或罐形的關節外殼(1)，在該關節外殼(1)的基本上為圓柱形的內腔中布置了球形襯套(3)，其中在該球形襯套(3)中可滑動地接納了球面軸頸(5)的球體(4)，此外所述球窩關節具有在關節外殼(1)和球面軸頸(5)之間的密封套(6)以及用於對密封性進行監控的傳感器裝置，其特徵在於，所述傳感器裝置包括壓力傳感器(12)。
2. 按權利要求l所述的球窩關節，其特徵在於，所述壓力傳感器 U2)布置在所述關節外殼(1)上。
3. 按權利要求1或2所述的球窩關節，其特徵在於，所述壓力傳 感器(12)布置在所述關節外殼(1)的外殼蓋(11)的區域中。
4. 按權利要求3所述的球窩關節，其特徵在於，所述壓力傳感器 (12)與所述外殼蓋(11)構造為或者澆注成一體。
5. 按權利要求1到4中任一項所述的球窩關節，其特徵在於，所 述壓力傳感器(12)通過隔膜(15)與所述關節外殼(1)的內腔(9) 分開。
6. 按權利要求1到5中任一項所述的球窩關節，其特徵在於至少 一個設置在所述密封套(6)的內腔(8)和所述關節外殼內腔(9)的 蓋側之間的壓力補償孔(10)。
7. 按權利要求1到6中任一項所述的球窩關節，其特徵在於，所 述球窩關節包括另一個用於對所述球面軸頸(5)相對於關節外殼(1) 的翻轉角位置進行測定的傳感器裝置。
8. 按權利要求7所述的球窩關節，其特徵在於，所述另一個傳感 器裝置包括至少一個以無接觸的方式尤其以磁性方式起作用的翻轉角 傳感器。
9. 用於在具有密封套(6)和壓力傳感器(l2)的球窩關節上進 行密封性識別的方法，具有以下方法步驟a) 在所述球面軸頸(5)在關節外殼(1)中進行翻轉運動的過程 中測出在所述密封套的內腔(8)中的壓力梯度；b) 將所述壓力梯度值與額定值進行比較；並且c) 在低於該額定值時發出警告。
10. 按權利要求9所述的用於磨損測量的方法，其特徵在於，所述球窩關節安裝在汽車中，並且在方法步驟a)中藉助於關於汽車行駛 狀態的數據來確定所述球面軸頸(5)的翻轉運動。
11.按權利要求9所述的用於磨損測量的方法，其特徵在於，在 方法步驟a)中，藉助於另一個布置在所述球窩關節上面或者說球窩關 節裡面的、具有至少一個翻轉角傳感器的傳感器裝置來確定所述球面 軸頸(5)的翻轉運動。
全文摘要
本發明涉及一種比如用於汽車的軸系統的球窩關節。所述球窩關節具有基本上為環形或罐形的關節外殼(1)，在該關節外殼(1)的基本上為圓柱形的內腔中布置了球形襯套(3)。在該球形襯套(3)中可滑動地接納了球面軸頸(5)的球體(4)。此外，所述球窩關節擁有密封套(6)以及用於對球窩關節的密封性進行監控的傳感器裝置。按本發明，所述球窩關節的突出之處在於，所述傳感器裝置包括壓力傳感器(12)。按本發明的球窩關節能夠立即和可靠地識別尤其因所述密封套的損壞或老化現象引起的不密封。在此，與現有技術相反，排除了為識別磨損而使用的傳感器因工作原料或進入的物質而遭到損壞的危險。
文檔編號F16C11/06GK101198801SQ200680021209
公開日2008年6月11日 申請日期2006年6月14日 優先權日2005年6月15日
發明者J·克魯澤, J·斯普拉特, M·克蘭克 申請人:Zf腓特烈港股份公司