(57)【要約】  本発明は、ボールジョイント、例えば自動車のアクスルシステムのためのボールジョイントに関する。ボールジョイントは、実質的にリング状またはポット状のジョイントハウジング（１）を有しており、該ジョイントハウジング（１）の、実質的に円筒形の内室内に、ボールシェル（３）が配置されている。該ボールシェル（３）内には、ボールジャーナル（５）のボール（４）がすべり運動可能に受容されている。ボールジョイントはさらにシールブーツ（６）と、ボールジョイントの密閉性を監視するためのセンサ装置とを有している。本発明によるボールジョイントは、センサ装置が圧力センサ（１２）を有していることにより特徴付けられる。本発明によるボールジョイントは、特にシールブーツの損傷または老化現象により引き起こされる不密性の即時かつ確実な検出を可能にする。その際、背景技術に比して、損耗検出のために使用されるセンサの、運転剤または侵入した物質による損傷の危険は排除され得る。
2008544174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールジョイント、例えば自動車のアクスルシステムのためのボールジョイントであって、実質的にリング状またはポット状のジョイントハウジング（１）が設けられており、該ジョイントハウジング（１）の、実質的に円筒形の内室内に、ボールシェル（３）が配置されており、該ボールシェル（３）内に、ボールジャーナル（５）のボール（４）がすべり運動可能に受容されており、さらにシールブーツ（６）がジョイントハウジング（１）とボールジャーナル（５）との間に設けられ、かつ密閉性を監視するためのセンサ装置が設けられている形式のものにおいて、センサ装置が圧力センサ（１２）を有していることを特徴とする、センサ装置を備えたボールジョイント。
【請求項２】
圧力センサ（１２）がジョイントハウジング（１）に配置されている、請求項１記載のボールジョイント。
【請求項３】
圧力センサ（１２）がジョイントハウジング（１）のハウジングキャップ（１１）の領域に配置されている、請求項１または２記載のボールジョイント。
【請求項４】
圧力センサ（１２）がハウジングキャップ（１１）とワンピースに形成されているもしくはハウジングキャップの注型時に埋設されている、請求項３記載のボールジョイント。
【請求項５】
圧力センサ（１２）がジョイントハウジング（１）の内室（９）からダイヤフラム（１５）により隔離されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【請求項６】
少なくとも１つの圧力補償孔（１０）がシールブーツ（６）の内室（８）とジョイントハウジング内室（９）のキャップ側との間に設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【請求項７】
ボールジョイントが、ジョイントハウジング（１）に対して相対的なボールジャーナル（５）の傾倒角位置を求めるための別のセンサ装置を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【請求項８】
別のセンサ装置が、少なくとも１つの非接触式の、特に磁気的に作動する傾倒角センサを有している、請求項７記載のボールジョイント。
【請求項９】
シールブーツ（６）と圧力センサ（１２）とを備えたボールジョイントにおける密閉性を検出する方法において、以下の方法ステップ、すなわち
ａ）ジョイントハウジング（１）内におけるボールジャーナル（５）の傾倒運動中のシールブーツの内室（８）内の圧力こう配を求め、
ｂ）圧力こう配値を目標値と比較し、かつ
ｃ）目標値を下回ると警告を発する
という方法ステップを有していることを特徴とする、密閉性を検出する方法。
【請求項１０】
ボールジョイントが車両に組み込まれており、方法ステップａ）で、ボールジャーナル（５）の傾倒運動を、自動車の走行状態に関するデータを参照して突き止める、請求項９記載の、損耗を測定する方法。
【請求項１１】
方法ステップａ）で、ボールジャーナル（５）の傾倒運動を、ボールジョイントに接してもしくはボールジョイント内に配置された、少なくとも１つの傾倒角センサを備えた別のセンサ装置により突き止める、請求項９記載の、損耗を測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、センサ装置を備えたボールジョイント、つまりボールジョイント、例えば自動車のアクスルシステムまたはホイールサスペンションのためのボールジョイントであって、実質的にリング状またはポット状のジョイントハウジングが設けられており、該ジョイントハウジングの、実質的に円筒形の内室内に、ボールシェルが配置されており、該ボールシェル内に、ボールジャーナルのボールがすべり運動可能に受容されており、さらにシールブーツがジョイントハウジングとボールジャーナルとの間に設けられ、かつ密閉性を監視するためのセンサ装置が設けられている形式のものに関する。さらに本発明は、請求項９に記載した方法、つまりシールブーツと圧力センサとを備えたボールジョイントにおける密閉性を検出する方法に関する。
【０００２】
冒頭で述べた形式のボールジョイントは例えば自動車の走行機構もしくはホイールサスペンションで使用されるが、決してこれに限定されるものではない。上位概念部に記載した形式のボールジョイントはその際、ボールジョイントのシールブーツの密閉性を監視するセンサ装置を有している。ボールジョイントのシールブーツにおける不密性、つまり漏れの適時の検出は特に、ボールジョイントが安全にとって重要な構成部分を成している場所で、決定的な意義を有している。この場所は特に、自動車の走行機構またはステアリングの領域に該当する。これらの領域で、走行中のボールジョイントの失陥は、致命的な結果を引き起こす。
【０００３】
例えば自動車の運転中に発生する頻繁な温度変化、飛石の衝突、種々異なる運転剤および塩水の影響ならびに永久的な機械的な負荷は、時とともに、ボールジョイントのシールブーツが多孔質、ひび割れ、またはそれどころか漏れに至ることを招きかねない。次いで、水、塩水または別の攻撃性の化学物質が侵入し得る。このことは、ジョイントの急速な腐食および引き続いての故障を招きかねない。
【０００４】
それにより、損傷を受けたシールブーツが最短時間で検知されて交換されないと、侵入した有害物質の結果として、ジョイントボールの急速な腐食と、これに由来する故障もしくはいずれにしても安全上危険な状況が生じる。他方、不密となったシールブーツが適時に検出されれば、この種の、自動車の走行安全性に関して憂慮すべき状況は、有効に予防され得る。
【０００５】
さらに、ボールジョイントのシールブーツの密閉性を検出するためのこの種の装置は、例えば実験中のボールジョイントの開発期での使用のためにも適している。この関連で、例えば実験中場合によっては接近不能な空調室内でのテスト時に、エラストマーブーツの密閉性が永久的に追跡される。さらに、こうして最初の損傷発生の時点が正確に特定され得る。このことは実験結果の正確な評価を簡単化し、改善する。
【０００６】
シールブーツにおける不密性を検出するための装置を備えたボールジョイントは、例えばＤＥ１０３４７８１４から公知である。このボールジョイントは、シールブーツの不密性の検出のために、ボールジョイント内に組み込まれた湿度センサを有している。湿度センサは、例えば不密になったシールブーツを通って侵入した水を検出し、それに基づいて警告信号の出力をトリガするために役立つ。
【０００７】
シールブーツの不密性を検出するための湿度センサの使用はしかし、問題がないわけではない。それというのも湿度センサは、例えば塩水および潤滑グリースに対して敏感であるという欠点を有しているからである。上記特許文献の思想によれば、この問題を、湿度センサを部分的にボールジョイントの内室から切り離すもしくは別個に格納する一方、湿度センサとジョイント内室との間の接続を狭小なギャップによってのみ保証することにより解決しようとしている。
【０００８】
それによりしかし、湿度センサのレスポンスは遅れてしまう。加えて、有害な物質に対する湿度センサの完全なカプセル化は不可能である。それというのも、そのようにしてしまうと、損傷時に侵入した湿分がもはやセンサに到達し得なくなってしまい、ゆえに不密性の検出ももはや行われなくなってしまうからである。
【０００９】
これらの事情を背景に、本発明の課題は、背景技術の上記欠点を克服したボールジョイントならびにボールジョイントにおける密閉性を検出する方法を提供することである。特にその際、シールブーツの不密性の迅速かつ確実な検出が、使用されるセンサの、運転剤または侵入した水による損傷の危険が生じることなく可能であることが望ましい。
【００１０】
上記課題は、請求項１の特徴部に記載した特徴を備えたボールジョイント、つまりセンサ装置が圧力センサを有していることを特徴とするボールジョイントにより解決される。有利な実施形態は従属請求項の対象である。上記課題はさらに、請求項９の特徴部に記載した特徴を備えた方法、つまりジョイントハウジング内におけるボールジャーナルの傾倒運動中のシールブーツの内室内の圧力こう配を求め、圧力こう配値を目標値と比較し、かつ目標値を下回ると警告を発するという方法ステップを有していることを特徴とする、密閉性を検出する方法により解決される。有利な実施形態は従属請求項の対象である。
【００１１】
本発明によるボールジョイントはまず、自体公知の形式で、実質的にリング状またはポット状のジョイントハウジングを有している。ジョイントハウジングは、実質的に円筒形の内室を有しており、この内室内には、ボールジョイントのボールシェルが配置されている。ボールシェル内には、ボールジョイントのボールジャーナルのボールがすべり運動可能に受容可能である。やはり自体公知の形式で、ボールジョイントはさらに、ジョイントハウジングとボールジャーナルとの間のジャーナル側の開口を弾性的に可動に閉鎖するシールブーツと、ジョイント内室もしくはシールブーツの密閉性を監視するためのセンサ装置とを有している。
【００１２】
本発明により、ボールジョイントはしかし、センサ装置が圧力センサを有していることにより特徴付けられている。
【００１３】
圧力センサの使用は、圧力センサが機械的かつ化学的に極めて不活性にかつ丈夫に、これにより圧力センサの測定感度に言及すべき程の影響が及ぼされることなく構成され得る点で有利である。圧力センサの使用のための背景は、圧力センサによってもまたはまさに圧力センサによって、シールブーツの、場合によっては生じる不密性が高い精度および高い信頼性で求められることを出願人が認識したことにある。
【００１４】
このことは、判明したように、シールブーツが、ジョイントハウジングに対するボールジャーナルの旋回運動もしくは傾倒運動の度に変形させられ、シールブーツにより包囲される容積が変化することに関連している。シールブーツがその際損傷を受けていないもしくはボールジョイントの完全な密閉性があると、この容積変化は直接、シールブーツもしくはボールジョイントの内室内の圧力変化にもつながる。
【００１５】
他方、ボールジョイントもしくは特にシールブーツが不密であると、シールブーツ内に包囲された容積の容積変化に関して、ボールジョイント内でのボールジャーナルの旋回運動もしくは傾倒運動時に、周囲との圧力補償が実施され得る。
【００１６】
このことはしかし、ボールジョイントの圧力センサがそのような場合に、ボールジョイント内の圧力変化をまったく記録しないか、いずれにしてもそれ程高い圧力変化を記録しないことを意味している。このことからさらに、大きな確実性をもって、ボールジョイントもしくは大抵の場合シールブーツの不密性を推定することができる。損耗測定はその際、大気の空気圧変動により妨害されない。それというのも、空気圧変動が数時間という長い時間の範囲内で起こるのに対して、ボールジョイントの傾倒運動により惹起される圧力変動は、数秒、それどころか１秒以下の範囲内で起こるからである。
【００１７】
その際、本発明の実現にとって取り敢えず、どこにかつどのように圧力センサをボールジョイントに配置するかは重要でない。圧力センサは例えばシールブーツの領域またはジョイントボールに配置されていることができる。本発明の有利な実施形態ではしかし、圧力センサがジョイントハウジングに配置されている。このことは、圧力センサならびに圧力センサへの供給線路の設置がこの場合、特に簡単に、丈夫に、ひいては高信頼性に行われ得る点で有利である。
【００１８】
その際、圧力センサがジョイントハウジングのハウジングキャップの領域に配置されていると有利であり、圧力センサがハウジングキャップとワンピースに形成されているもしくはハウジングキャップの注型時に埋設されていると特に有利である。こうして、圧力センサとジョイントハウジングとの間の、特にコンパクトな、丈夫なかつ密な結合が得られる。加えて、ハウジングキャップに結合された圧力センサは、特に簡単に、ひいては安価にボールジョイントに取り付けられることができる。
【００１９】
圧力センサを付加的に、ボールジョイント内に存在するもしくは例えば侵入した攻撃性の媒体、例えば塩水から保護するために、本発明の別の有利な実施形態では、圧力センサがジョイントハウジングの内室からダイヤフラムにより隔離されている。こうして圧力センサは、背景技術から公知の湿度センサに比して、気密にボールジョイントの内室から、不密性の検出の感度に言及すべき程の影響が生じることなしに絶縁され得る。
【００２０】
圧力センサの応答速度を高めるために、本発明の別の有利な実施形態では、少なくとも１つの圧力補償孔がシールブーツの内室とジョイントハウジング内室のキャップ側との間に設けられている。圧力補償孔のために、ジャーナル側に配置されたシールブーツの内室から、ハウジングキャップ側に配置された圧力センサへの、不密性の検出のために必要な圧力変動の伝播が、実質的にタイムラグなしに行われ得る。こうして、急速に行われる圧力変化が、高い感度で、特にジョイントボールとボールシェルとの間に軸受遊びが存在しないもしくはボールシェルが圧力変動を伝達し得る潤滑溝を有しない場合に、高い感度で検出され得る。
【００２１】
原理的に、ボールジョイントにおける不密性は既に、ある特定の時間にわたって、例えば自動車の所定数の運転時間中に、急速な圧力変動がもはやボールジョイント内に記録されないことにより認識され得る。それというのも、このことから、ボールジョイントの、複数の運転時間中に確実性をもって予測され得る相応の傾倒運動もしくは旋回運動にもかかわらず、これに通常由来する、ボールジョイントの内室内の圧力変動が発生しないことが判るからである。このことは既に、ボールジョイントの不密性のための確実なしるしとして評価され得る。
【００２２】
不密性の検出をさらに改善し、加速するために、かつ検出の確実性をさらに高めるために、本発明の別の有利な実施形態では、ボールジョイントが別のセンサ装置を有している。別のセンサ装置はその際、ジョイントハウジングに対して相対的なボールジャーナルの傾倒角位置を求めるために役立つ。
【００２３】
こうして、付加的な傾倒角センサの信号も、ボールジョイントの密閉性についての特に精緻な表出を可能にするために援用され得る。それというのも、ジョイントハウジング内のボールジャーナルの所定の傾倒角位置は、不密性が存在しない限り、出願人が認識したところによると常に、ジョイントハウジング内室内の、ほぼ同位相で経過する所定の圧力変化を伴って現れるからである。つまり、例えば傾倒角センサがボールジャーナルとジョイントハウジングとの間の所定の傾倒角を報知し、圧力センサの、この傾倒角で予測され得る信号が現れないとき、大きな確実性をもって即座に、発生した不密性を推定し得る。
【００２４】
本発明はさらに、請求項９記載の、ボールジョイントにおける不密性を検出する方法に関する。本発明による方法は、シールブーツと圧力センサとを備えたボールジョイントの密閉性を検出するために役立つ。
【００２５】
このために、第１の方法ステップで、ジョイントハウジング内におけるボールジャーナルの傾倒運動中のボールジョイントもしくはシールブーツの内室内の圧力こう配を求める。続いて、圧力こう配の、求められた値を目標値と比較して、目標値を下回ると、あり得る不密性に関する警告を発する。
【００２６】
その際、本発明による方法の実現にとって取り敢えず、ボールジャーナルの傾倒運動が行われたかをどのように求めるかは重要でない。例えば、既に統計学的な関係に基づいて、ボールジョイントの所定の運転時間中の傾倒運動の蓋然性についての表出を行うことができる。その結果、所定の時間にわたって相応の圧力こう配測定値が現れないとき、既に大きな確実性でもって、ボールジョイントの不密性を推定し得る。
【００２７】
本発明による方法の別の実施形態では、ボールジョイントが車両に組み込まれており、第１の方法ステップで、ボールジャーナルの傾倒運動を、自動車の走行状態に関するデータを参照して突き止める。測定データは、例えばかじ取り角、減衰ストローク、車両上部構造のピッチングまたはローリング運動に関するデータおよび／または走行力学的なデータであり得るが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
本発明による方法の別の有利な実施形態では、第１の方法ステップで、ボールジャーナルの傾倒運動を、ボールジョイントに接してもしくはボールジョイント内に配置された別のセンサ装置により突き止める。その際、センサ装置は、ボールジャーナルとジョイントハウジングとの間の相対位置もしくは相対角度を求めるための少なくとも１つの傾倒角センサもしくは位置センサを有している。
【００２９】
別のセンサ装置のおかげで、どの時点でボールジョイントが、無傷のシールブーツの場合に、傾倒運動と同時に起こるシールブーツの内室もしくはジョイントハウジング内室内の圧力変化が生じなければならない大きさの傾倒運動を受けるかが突き止められる。そのような場合に、ジョイントハウジング内もしくはシールブーツの内室内の内圧が、予測される特徴的な経過かつ高さで変化しないと、大きな確実性でもって即座に、シールブーツの損傷が推定され、相応の警告が発報され得る。
【００３０】
以下に本発明について、一実施例を示すにすぎない１つの図面を参照しながら詳細に説明する。その際、唯一の図面である図１は、本発明によるボールジョイントの概略縦断面図を示している。
【００３１】
図１は、概略的な縦断面図で、本発明によるボールジョイントの一実施形態を示す。まず、実質的にポット状のジョイントハウジング１が見て取れる。ジョイントハウジング１は、固定フランジ２と、ジョイントハウジング１内に配置された軸受シェルもしくはボールシェル３とを有している。ボールシェル３の内室にはさらに、ボールジャーナルもしくはボールスタッド５のボール４が配置されている。
【００３２】
さらに、エラストマー製のシールブーツ６が見て取れる。シールブーツ６はばねリング７により密接してボールジャーナル５の軸部ならびにジョイントハウジング１の溝に結合されている。シールブーツ６はその内室８内にある特定の容積を包囲する。この容積は一般に空気または部分的に潤滑剤で満たされていることができる。判明したように、ボールジャーナル５がジョイントハウジング１に対して旋回運動すると、シールブーツ６の変形に基づいて、シールブーツ６の内部に包囲された容積８の変化（大抵の場合は縮小）が生じる。この変化は、ジョイントハウジング１に対するボールジャーナル５の旋回角振れが大きければ大きいほど、より明瞭になる。
【００３３】
シールブーツ６内に含まれる容積８の変化はしかし、いずれにせよシールブーツ６およびボールジョイントが漏れまたは損傷を有しない限り、必然的に相応の圧力変化を伴う。
【００３４】
図示のボールジョイントは、圧力変化をシールブーツ８の内室からジョイントハウジング１のヘッド室９に伝え得る潤滑溝をボールシェル３に有しないので、ジョイントハウジング１に少なくとも１つの圧力補償孔１０が設けられている。圧力補償孔１０はシールブーツ６の内室８をジョイントハウジング１のヘッド室９に一貫して接続する。
【００３５】
こうして、シールブーツ６の内室８内の圧力変化は直接ジョイントハウジング１のヘッド室９に伝わることができる。ヘッド室９で、圧力変化は、ジョイントキャップ１１の領域に配置された圧力センサ１２によりタイムラグなしに記録され得る。図示の実施例では、（概略的に暗示したにすぎない）圧力センサ１２は、ジョイントキャップ１１の一部分に注型材料１３により固くかつ密に封止されて結合されている。注型材料１３は、圧力センサ１２を相応の（図示の）評価エレクトロニクスに接続する供給ケーブル１４も固くかつ確実に包囲する。
【００３６】
ハウジングキャップ１１に接してもしくはハウジングキャップ１１内に圧力センサ１２を配置することは、こうして既にあるボールジョイントに、改変なしにまたは僅かな改変だけで、圧力センサ１２もしくは本発明による密閉性検出部が装備され得る点でも有利ある。
【００３７】
ボールジョイント内に含まれる潤滑剤もしくは偶然に侵入した攻撃性の物質、例えば塩水から圧力センサ１２を付加的に保護するために、ジョイントハウジング１のヘッド室９と圧力センサ１２との間には、フレキシブルなダイヤフラム１５が配置されている。ダイヤフラム１５は圧力センサを気密にジョイントハウジング１のヘッド室９から遮断し、圧力センサをそれにより完全に汚れまたは化学的に攻撃性の物質から、密閉性検出の感度をそれにより言及すべき程に損ねることなく保護する。
【００３８】
結果としてそれゆえ、本発明により、漏れ、特にシールブーツの損傷または老化現象に基づく漏れの即時かつ確実な検出を可能にするボールジョイントが提供されることは明らかである。その際、損耗検出のために使用されるセンサの、運転剤または侵入した物質による損傷の危険は、背景技術に比して完全に排除されている。本発明はそれにより、特に求めるところの多い自動車のアクスルシステムおよびホイールサスペンションの領域での使用に関して、ボールジョイントの安全性、信頼性および失陥予防の改善に対して多大な貢献を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明によるボールジョイントの概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  ジョイントハウジング
２  固定フランジ
３  ボールシェル
４  ジョイントボール
５  ボールジャーナル
６  シールブーツ
７  ばねリング
８  シールブーツ内室
９  ジョイントハウジングヘッド室
１０  圧力補償孔
１１  ハウジングキャップ
１２  圧力センサ
１３  注型材料
１４  供給ケーブル
１５  ダイヤフラム
【図１】
2008544174.tif 000003
【国際調査報告】
2008544174.tif 000004
2008544174.tif 000005
2008544174.tif 000006
2008544174.tif 000007