DE-112017001014-B4 - SYSTEM UND VERFAHREN ZUR DETEKTION VON ÜBERBELASTUNG, ABNUTZUNG UND/ODER VERSAGEN EINES KUGELGELENKS

Abstract

System zur Detektion von möglichem Versagen und/oder ausreichender Abnutzung eines Kugelgelenks, wobei das System Folgendes umfasst: ein Kugelgehäuse (2); einen Kugelring (20), der in dem Kugelgehäuse (2) aufgenommen ist; einen Kugelkopf (26), der integral an einem Ende eines Kugelzapfens (28) fixiert ist; wobei der Kugelkopf (26) des Kugelzapfens (28) in dem Kugelgehäuse (2) aufgenommen und gehalten wird, wobei der Kugelring (20) den Kugelkopf (26) von dem Kugelgehäuse (2) trennt und eine nach innen weisende Fläche (24) des Kugelrings (20) mit dem Kugelkopf (26) in Eingriff steht, so dass der Kugelkopf (26) bezüglich des Kugelgehäuses (2) beweglich ist; eine Detektionskomponente , die derart durch den Kugelring (20) gestützt wird, dass die Detektionskomponente zunächst in einem gewünschten Abstand von der nach innen weisenden Fläche (24) des Kugelrings beabstandet ist; und wobei die Detektionskomponente bei entweder Versagen oder ausreichender Abnutzung des Kugelrings (20) mit einer Außenfläche (48) des Kugelkopfs (26) in Eingriff gelangt und ein einen Fahrer alarmierendes Anzeigesignal erzeugt, das anzeigt, dass eine Wartung des Kugelgelenks erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionskomponente eine Struktur (44) mit mehreren Rippen und/oder eine elektrische Schaltung mit mehreren Vergabelungen (46) aufweist, wobei die mehreren Rippen und/oder Vergabelungen (46) in dem Kugelring (20) untergebracht sind und eine Peripherie des Kugelkopfs (26) im Wesentlichen umgeben.

Inventors

• Eric Holmes
• Timothy LaBUDA
• Joel LAUTERMILCH

Assignees

• ZF FRIEDRICHSHAFEN AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20170123

Priority Date

20160225

Claims (16)

1. System zur Detektion von möglichem Versagen und/oder ausreichender Abnutzung eines Kugelgelenks, wobei das System Folgendes umfasst: ein Kugelgehäuse (2); einen Kugelring (20), der in dem Kugelgehäuse (2) aufgenommen ist; einen Kugelkopf (26), der integral an einem Ende eines Kugelzapfens (28) fixiert ist; wobei der Kugelkopf (26) des Kugelzapfens (28) in dem Kugelgehäuse (2) aufgenommen und gehalten wird, wobei der Kugelring (20) den Kugelkopf (26) von dem Kugelgehäuse (2) trennt und eine nach innen weisende Fläche (24) des Kugelrings (20) mit dem Kugelkopf (26) in Eingriff steht, so dass der Kugelkopf (26) bezüglich des Kugelgehäuses (2) beweglich ist; eine Detektionskomponente , die derart durch den Kugelring (20) gestützt wird, dass die Detektionskomponente zunächst in einem gewünschten Abstand von der nach innen weisenden Fläche (24) des Kugelrings beabstandet ist; und wobei die Detektionskomponente bei entweder Versagen oder ausreichender Abnutzung des Kugelrings (20) mit einer Außenfläche (48) des Kugelkopfs (26) in Eingriff gelangt und ein einen Fahrer alarmierendes Anzeigesignal erzeugt, das anzeigt, dass eine Wartung des Kugelgelenks erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet , dass die Detektionskomponente eine Struktur (44) mit mehreren Rippen und/oder eine elektrische Schaltung mit mehreren Vergabelungen (46) aufweist, wobei die mehreren Rippen und/oder Vergabelungen (46) in dem Kugelring (20) untergebracht sind und eine Peripherie des Kugelkopfs (26) im Wesentlichen umgeben.
2. System nach Anspruch 1 , wobei die Detektionskomponente mindestens eine metallische Komponente ist, die bei entweder Versagen oder ausreichender Abnutzung des Kugelrings dahingehend an der Außenfläche des Kugelkopfs reibt, das Anzeigesignal zu erzeugen, das den Fahrer darüber alarmiert, dass eine Wartung des Kugelgelenks erforderlich ist.
3. System nach Anspruch 2 , wobei der Kugelring aus einem anderen Material als die Metallkomponente, aus der die Detektionskomponente ausgebildet ist, ausgebildet ist und das Material, aus dem der Kugelring ausgebildet ist, weniger widerstandsfähig als das Metall, aus dem die Detektionskomponente ausgebildet ist, ist.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei jede der mehreren Rippen in einem anfänglichen installierten Zustand des Kugelrings von der nach innen weisenden Fläche des Kugelrings beabstandet ist.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die Detektionskomponente eine Struktur umfasst, die mehrere Rippen aufweist, die jeweils in einem anfänglichen installierten Zustand des Kugelrings in einem Abstand, der zwischen 0,2 mm und 0,8 mm beträgt, von der nach innen weisenden Fläche des Kugelrings weg gestützt werden, und die Struktur eine Peripherie des Kugelkopfs im Wesentlichen umgibt.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die Detektionskomponente ein hörbares und/oder ein spürbares Anzeigesignal erzeugt, wenn die Detektionskomponente an der Außenfläche des Kugelkopfs reibt, wodurch der Fahrer alarmiert und angezeigt wird, dass eine Wartung des Kugelgelenks erforderlich ist. -
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektionskomponente einen ringförmigen Kranz umfasst, der von dem Kugelring gestützt wird und von der nach innen weisenden Fläche des Kugelrings beabstandet ist, wobei der ringförmige Kranz eine Peripherie des Kugelkopfs umgibt und der ringförmige Kranz neben einem Ende des Kugelrings angeordnet ist, das eine Öffnung aufweist, durch die sich der Kugelzapfen erstreckt.
8. System nach Anspruch 7 , wobei eine Außenfläche des Kugelrings einen Durchgang aufweist, der den ringförmigen Kranz derart aufnimmt, dass nach innen weisende Flächen des ringförmigen Kranzes in einem anfänglichen installierten Zustand des Kugelrings zwischen 0,2 mm und 0,8 mm von der nach innen weisenden Fläche des Kugelrings beabstandet sind.
9. System nach Anspruch 7 , wobei der ringförmige Kranz ein hörbares und/oder ein spürbares Anzeigesignal erzeugt, das identifiziert, wenn der ringförmige Kranz an der Außenfläche des Kugelkopfs reibt, wodurch der Fahrer alarmiert und angezeigt wird, dass eine Wartung des Kugelgelenks erforderlich ist.
10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kugelring aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, wobei die elektrische Schaltung in dem Kugelring untergebracht ist und im Wesentlichen eine Peripherie des Kugelkopfs umgibt, wobei die elektrische Schaltung von der nach innen weisenden Fläche des Kugelrings in einem anfänglichen installierten Zustand des Kugelrings beabstandet ist, und die elektrische Schaltung mit einem Sensormodul in Verbindung steht, das elektrische Variationen in der elektrischen Schaltung detektiert.
11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der mehreren Vergabelungen in einem anfänglichen installierten Zustand des Kugelrings zwischen 0,2 mm und 0,8 mm von der nach innen weisenden Fläche des Kugelrings beabstandet ist, und der Kontakt zwischen der elektrischen Schaltung und der Außenfläche des Kugelkopfs bei entweder Versagen oder ausreichender Abnutzung des Kugelgelenks die elektrischen Variationen in der elektrischen Schaltung bewirkt und das Sensormodul das Anzeigesignal bei Detektion der elektrischen Variationen erzeugt.
12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektionskomponente das Sensormodul und eine Anzeigevorrichtung, die miteinander kommunizieren, umfasst, so dass bei Detektion elektrischer Variationen in der elektrischen Schaltung das Sensormodul die Anzeigevorrichtung aktiviert, die ein optisches Anzeigesignal und/oder ein hörbares Anzeigesignal zum Alarmieren des Fahrers, dass eine Wartung des Kugelgelenks erforderlich ist, ausgibt.
13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektionskomponente eine elektrische Verbindung umfasst, die das Koppeln des Sensormoduls mit der elektrischen Schaltung ermöglicht, das Sensormodul eine elektrische Leitung aufweist, die mit dem Kugelzapfen verbunden ist, der Kugelzapfen und der Kugelkopf aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sind, so dass elektrische Energie von dem Sensormodul auf den Kugelkopf und die elektrische Schaltung übertragbar ist, und das Sensormodul in einem abgenutzten Zustand des Kugelrings, wenn die elektrische Schaltung direkt die Außenfläche des Kugelkopfs berührt, einen Fluss elektrischer Energie zwischen der elektrischen Schaltung und dem Kugelkopf detektiert, das Sensormodul mit einem elektrischen Steuergerät verbunden ist, das mit mindestens einer Anzeigevorrichtung verbunden ist, so dass, wenn das Sensormodul detektiert, dass eine Wartung des Kugelgelenks erforderlich ist, das Sensormodul ein Sensorsignal an das elektronische Steuergerät überträgt, das die mindestens eine Anzeigevorrichtung zur Ausgabe des Anzeigesignals aktiviert.
14. System nach Anspruch 13 , wobei die mindestens eine Anzeigevorrichtung eine Beleuchtungsquelle und/oder eine hörbare Anzeigevorrichtung ist, die aufleuchtet bzw. einen hörbaren Ton erzeugt, wenn Wartung des Kugelgelenks von dem Sensormodul detektiert wird.
15. System nach Anspruch 2 , wobei ein unteres Ende des Kugelrings eine erste Öffnung aufweist und ein unteres Ende des Kugelgehäuses eine zweite Öffnung aufweist, der Kugelring in dem Kugelgehäuse derart aufgenommen ist, dass die erste und die zweite Öffnung koaxial aufeinander ausgerichtet sind, der Kugelkopf derart in dem Kugelring aufgenommen ist, dass sich der Kugelzapfen durch sowohl die erste als auch die zweite Öffnung erstreckt, ein Dichtungsbalg dahingehend mit dem Kugelgehäuse und dem Kugelzapfen verbunden ist, die unteren Enden des Kugelrings und des Kugelgehäuses zu umschließen, und die elektrische Schaltung so in dem Kugelring gestützt wird, dass ein Ende der elektrischen Schaltung zu einer nach innen weisenden Seite des Dichtungsbalgs offen ist, das Ende der elektrischen Schaltung ein Feuchtigkeitssensor ist, so dass jegliches Eindringen von Feuchtigkeit innerhalb der nach innen weisenden Seite des Dichtungsbalgs von dem Feuchtigkeitssensor detektierbar ist und von dem Feuchtigkeitssensor ein Detektionssignal zum Alarmieren des Fahrers, dass Feuchtigkeit in dem Kugelgelenk vorhanden ist, erzeugt wird.
16. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensormodul einen Sender umfasst, der aktivierbar ist, wenn das Sensormodul elektrische Variationen in der elektrischen Schaltung detektiert, der Sender ein Aktivierungssignal drahtlos über einen Empfänger zu einer Anzeigevorrichtung überträgt, die bei ihrer Aktivierung Anzeigesignale ausgibt, wenn das Sensormodul die elektrischen Variationen in der elektrischen Schaltung detektiert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Detektion der Überbelastung, der Abnutzung und/oder des Versagens eines Kugelgelenks. HINTERGRUND DER ERFINDUNG Seit langer Zeit werden Kugelgelenke bei Kraftfahrzeugen verwendet und sind gewöhnlich Fahrzeugaufhängungs- und -lenksystemen zugeordnet. Sie werden zum Koppeln von zwei oder mehr Elementen miteinander verwendet, beispielsweise werden Radnaben im Allgemeinen mit einem Kugelgelenk mit dem Rest der Aufhängung gekoppelt, wobei gleichzeitig eine Bewegung dieser Elemente bezüglich einander in verschiedenen Richtungen ermöglicht wird. Kugelgelenke umfassen im Prinzip eine Metallkugel, die in einem Käfig oder einer Pfanne gestützt wird. In der Regel ist der Raum zwischen der Kugel und der Pfanne zur Reduzierung der Abnutzung mit Fett gefüllt, und es ist üblich, eine Gummidichtung über dem Kugelgelenk zu platzieren, um das Eindringen von Wasser und Schmutz zu verhindern. Manchmal versagen Gummidichtungen und dann können Wasser, Schmutz und/oder andere Verunreinigungen in das Kugelgelenk eindringen und Fett kann auch aus dem Kugelgelenk austreten, wodurch wiederum die Nutzungsdauer des Kugelgelenks reduziert wird. Kugelgelenke können auch aufgrund von Stoßkräften versagen, wie z. B. wenn das Rad beispielsweise auf ein Schlagloch oder einen Bordstein auftrifft. Korrosion, Abnutzung, Beschädigung und/oder Versagen von Kugelgelenken äußeren sich oftmals hörbar und/oder nicht hörbar. Hinweise darauf, dass ein typisches Kugelgelenk versagen könnte, umfassen Klacker-, Knall- oder Knackgeräusche. Diese Geräusche können zu einem Quietschton beim Fahren des Fahrzeugs, während der Beschleunigung und/oder auch beim Auftreffen auf Bodenwellen werden. Ein weiterer Hinweis auf Kugelgelenkversagen können dumpfe Schlaggeräusche, die von der Aufhängung kommen, beim Überfahren von Bodenwellen sein. Kugelgelenke, bei denen das Fett oder ein anderes Schmiermittel ausgetreten ist, können durch einen drastischen Reibungsanstieg, wodurch verursacht wird, dass die Lenkung hängt oder schwierig wird, erkannt werden. Die Auswirkungen von Kugelgelenkversagen können gefährlich sein, da die Beschränkung des Winkels des Rads aufgehoben wird, wodurch es zu einem Verlust der Kontrolle über das Fahrzeug kommt. Die fehlende Kontrolle über den Lenkwinkel eines Reifens kann zu Beschädigungen des Reifens sowie von anderen Teilen des Fahrzeugs führen. In den letzten zehn Jahren sind viele Verbesserungen bei der Fahrtechnologie mit Fortschritten bei elektronischen und intelligenten Systemen errungen worden. Obgleich diese Systeme den Betrieb von Kraftfahrzeugen verbessern, reduzieren sie tendenziell auch die hörbaren und nicht hörbaren Auswirkungen, zu denen es beispielsweise durch Korrosion, Abnutzung, Beschädigung und/oder das Versagen von Kugelgelenken kommt, und erschweren somit stark die Detektion abgenutzter oder beschädigter Kugelgelenke. Es ist möglich, dass ein Fahrer möglicherweise gar nicht bemerkt, dass ein Kugelgelenk beschädigt worden ist, und deshalb das Kraftfahrzeug weiterhin in diesem Zustand fährt. Aus der DE 10 2008 041 050 A1 ist ein Verfahren zur Messung der Abnutzung eines Kugelpfannengelenks bekannt. Zu diesem Zweck wird ein Magnetfeldparameter mit einem Magnetfeldsensor zu einem Zeitpunkt, zu dem entweder eine Kraft auf einen Kugelzapfen eines Kugelgelenks wirkt oder keine Kraft auf diesen wirkt, gemessen. Der gemessene Magnetfeldparameter wird dann zur Auswertung von dem Magnetfeldsensor zu einer Steuereinheit übertragen. Durch die Auswertung des gemessenen Sensorsignals kann der Abnutzungszustand des Kugelpfannengelenks bestimmt werden. Insbesondere umfasst das Kugelpfannengelenk einen Kugelzapfen mit einer Kugel, die von einer Kugelpfanne schwenkbar und drehbar gestützt wird. Das Kugelpfannengelenk umfasst eine Winkelmessvorrichtung mit einem Magneten, der an der Kugel oder der Kugelpfanne fixiert ist, und einen Magnetfeldsensor, der an dem jeweils anderen Element - der Kugelpfanne oder der Kugel - fixiert ist. Der Magnetfeldsensor misst die Stärke des durch den Magneten erzeugten Magnetfelds in mindestens einer räumlichen Richtung zu einem ersten Zeitpunkt, wenn das Kugelpfannengelenk unter einer ersten Last steht. Der Magnetfeldsensor misst dann die Stärke des durch den Magneten erzeugten Magnetfelds in derselben räumlichen Richtung zu einem zweiten Zeitpunkt, wenn das Kugelpfannengelenk unter einer zweiten Last steht. Da die Position der Kugel bezüglich der Kugelpfanne von den auf das Kugelpfannengelenk wirkenden Lasten abhängig ist, werden die Magnetfeldstärkemessungen dann zur Bestimmung des Abnutzungszustands des Kugelpfannengelenks mit Bezug auf die Lasten, denen das Kugelpfannengelenk ausgesetzt wird, ausgewertet. Obgleich dieses Kugelpfannengelenk für seinen vorgesehenen Zweck vorteilhaft sein kann, diktiert der Sensor lediglich die Position der Kugel bezüglich der Pfanne bei Bewegung des Magneten bezüglich des Se