專利名稱：球形套萬向節的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于汽車的球形套萬向節，它具有一外殼、一在兩側從外殼中延伸出來的并具有一通孔和一支承區的球形套，該球形套通過支承區如此支承在外殼里面，使得由球形套和由外殼構成兩個可相對旋轉和擺動的萬向節部件。
由現有技術公知一種這樣的球形套萬向節。例如DE 100 23 602 C2公開了一種球形套萬向節，它具有一個萬向節外殼、一個配有一個球形構成的支承面的球形套和一個包圍支承面的容納在萬向節外殼的一個凹槽里面的支承套，其中球形套配有一個通孔，并且在兩側從外殼中延伸出來。
在現代汽車中，例如在具有氣體放電燈(例如氙氣前照燈)的汽車中和在具有水平調節的汽車中，通常通過一個傳感器的彈簧撓度角(Einfederungswinkel)獲得汽車的彈簧撓度(Einfederung)，該傳感器也稱為高度狀態傳感器。這個傳感器作為獨立的結構組件安裝在車輪罩中，并且通過一個連桿與一個控制桿連接。這種工作方式的缺陷是，需要附加的結構部件，它們首先需要許多結構空間，其次由于石塊撞擊相當易于損壞。第三，裝配費用相當高并且需要調整步驟。
由此近年來致力于通過一個集成在一個球形萬向節中的傳感器來替換公知形式的高度狀態傳感器，該球形萬向節通常安裝在汽車的底盤里面。
EP 0 617 260 A1公開了一種球形萬向節，它具有一個與一個外殼連接的球面接頭和一個與軸頸連接的球節，它可旋轉地支承在外殼里面。在球節中設置一個永久磁鐵，一個設置在外殼中的磁性傳感器位于該永久磁鐵對面。該永久磁鐵的磁偶極子垂直于球面軸頸的縱軸線取向，其中具有用于保護球形萬向節免受環境影響的波紋管。通過球節在球面接頭中的旋轉使永磁鐵一起旋轉，由此使磁場相對于磁場敏感的傳感器變化并且產生一個位置信號。附加產生的空間運動可以在相應的處理分析時用于進行調節。
DE 101 10 738 C1公開了一種球形萬向節，它具有一個外殼段和一個具有一個銷釘段和一個球形段的球頭銷，該球頭銷通過其球面段可旋轉和可擺動地支承在一個位于外殼段中的容納體里面。一個永磁鐵在向著球形段中心點的徑向取向上設置在球形段中，其中一個磁場敏感的傳感元件集成到容納體里面。在球形段旋轉運動時，永磁鐵相對于傳感元件運動，由此可以測得球形段在容納體中的相對旋轉位置。
但是集成在一個球形萬向節中的傳感器/磁鐵裝置不能傳輸到一個球形套萬向節上，因為一個球形套萬向節的外殼不具有背離萬向節軸頸的、在其上可以固定傳感器的底面或外殼封蓋。此外在球形套中，在磁鐵固定在球形活節上的位置上連接一個配有通孔的法蘭部位，由此一個固定在那里的磁鐵可能堵塞該通孔。
但是在轎車的底盤中越來越多地使用球形套萬向節，因此由現有技術出發，本發明的目的是提出一種球形套萬向節，通過它可以獲得球形套相對于外殼的擺動和/或旋轉。
這個目的按照本發明通過一種具有權利要求1特征的球形套萬向節得以實現。在從屬權利要求中描述優選的改進方案。
按照本發明的用于汽車的球形套萬向節具有一外殼和一在兩側從外殼中延伸出來的并具有一通孔和一支承區的球形套，該球形套通過支承區如此支承在外殼里面，使得由球形套和由外殼構成兩個可相對旋轉和擺動的萬向節部件。在此在一個萬向節部件上設置一個傳感器，它與一個設置在另一萬向節部件上的信號發生器相互作用，其中傳感器和信號發生器都設置在通孔與外殼或外殼壁體之間。
所述傳感器和信號發生器共同構成一個角度測量裝置，通過它可以確定球形套相對于外殼的擺動和/或旋轉。由此能夠實現一種球形套萬向節，在其中集成有一個角度測量裝置，它在汽車中可以用于進行控制和調節。尤其可以通過傳感器和信號發生器相對于萬向節或未偏轉的球形套的縱軸線的徑向布置，就能夠將該角度測量裝置集成到球形套萬向節中。
所述傳感器可以固定在外殼上，而將信號發生器固定在球形套上。但是優選將傳感器設置在球形套里面、尤其是設置在支承區里面，而將信號發生器固定在外殼上。其優點是，不必將通常尺寸大于傳感器的信號發生器集成到由于通孔的原因而相對較薄的球形套里面。
對于傳感器，已經證實由于干擾不敏感性，磁場傳感器是特別適合的，其中信號發生器構造為磁鐵，它可以是一個電磁鐵或一個永久磁鐵。在此，永久磁鐵甚至無需電導線或電源并因此能夠簡單裝配。此外所述磁鐵環形地或圓柱形地構成，并且使磁鐵尤其在支承區里面包圍球形套。一個這樣的磁鐵例如可以通過一個磁極轉子構成，其中具有相反徑向取向的磁極的部位在磁鐵的外表面中圍繞圓柱體軸線交替。對于磁場傳感器可以使用磁阻傳感器，它尤其適合用于獲得磁鐵與傳感器之間的角度變化。
所述球形套可以直接支承在外殼里面。但是有利的是，在外殼里面設有一個支承套，在支承套中支承球形套的鉸接區，由此通過適當地選擇支承套的材料來改進萬向節的摩擦特性。所述支承套可以設置在磁鐵與球形套之間，其中該支承套尤其由一種非磁材料制成，由此使由磁鐵發出的磁場不被支承套削弱，并且能夠以足夠的程度流過在球形套中設置的傳感器。
使磁鐵直接貼靠在外殼的內壁上，該外殼例如由一種鐵磁材料制成，由此可以提高磁鐵與傳感器之間的相互作用。
所述球形套可以整體地構成。但是優選使所述球形套由一內套和一與該內套同心設置的外套組成。在這種情況下可以使外套適配于所期望的萬向節摩擦特性，而使內套設計成用于承受軸向力。該外套的壁厚可以是薄的。此外可以使外套通過一個非切削(nichtspan-abhebend)的變形工藝、尤其是由液壓成形件(Hydroform-Teil)制成，由此可以省去鉸接區表面的切削加工。
所述內套和外套可以傳力連接地相互連接。但是優選使外套在軸向上形狀配合連接地固定在內套上，由此可以可靠地防止外套相對于內套本身軸向移動，即使外套和內套具有不同的熱膨脹特性。所述內套可以整體地構成。但是為了更加簡單裝配，優選使所述內套兩部分地構成，其中一個第一內套部件從一側、而另一內套部件從另一側插進到外套里面。
在球形套的支承區中、在內套與外套之間可以構成一個空腔，在其中設置傳感器。在這種情況下使傳感器良好地免受外部影響。如果使用一個磁場傳感器作為傳感器，則所述外套優選由一種非磁材料制成，它盡可能少地削弱由磁鐵產生的磁場。
用于接通傳感器的電導線可以敷設在內套與外套之間，其中為了更簡單地導引導線，在內套中構成一個軸向槽。尤其是在球形套的一個端部上從內套與外套之間的部位中引出來的導線也可以設計成設置在電路板里面或上面的印制導線，其中將電路板嵌入到軸向槽里面。此外可以將一個用于接通傳感器的裝置或一個第二外殼設置在球形套的端部上，在該端部上從內套與外套之間的部位中引出導線。在這個裝置中可以集成一個插頭，其中該裝置優選地構造為插頭外殼。
如果按照本發明的球形萬向節例如安裝在一個汽車的底盤里面，則該角度測量裝置也可以用于水平調節或前燈跟蹤。
下面參照附圖借助于一種優選實施例詳細描述本發明。附圖中
圖1示出按照本發明的球形套萬向節的一個實施例的剖面圖；圖2示出該實施例沿著圖1中剖面線A-A’的磁鐵剖面圖；圖3該實施例沿著圖1中剖面線A-A’的電路板截面圖。
由圖1可以看到按照本發明的球形套萬向節的一個實施例，其中在一個外殼1中設置一個磁鐵2和一個支承套3，在其中利用其支承區4可旋轉地和可擺動地支承一個在兩側從外殼1中延伸出來的、并且具有一個支承區4的球形套5。在此，該球形套5由一個兩部分的內套6和一個外套7組合而成，該外套具有所述的球形的支承區4，而配有一個通孔8的內套6的兩個部件6a和6b具有球形套5的兩個端部或法蘭部位5a和5b。
所述內套6的兩個部件6a和6b在外殼1的外部在其外側上分別配有一個凸起9和一個凹槽10，在凹槽10中嵌入一個設置在外套7內側上的凸起11，其中凸起9嵌入到一個位于外套7內側上的凹槽12里面，由此使外套7在軸向上形狀配合地固定在內套6上。
在尤其構造為液壓成形件的外套7與內套6之間，在支承區4中設有一個空腔4a，在其中設置一個尤其構成為磁阻傳感器的磁場傳感器13，它與由磁鐵2產生的磁場相互作用。該傳感器13與電導線14(見圖3)連接，電導線在一個電路板15中延伸，該電路板設置在一個嵌入到內套6的外表面中的軸向槽16里面。該軸向槽16平行于球形套5的縱軸線17延伸，并且從空腔4a一直延伸到端部5a，在該端部上固定一個具有接觸面19的插頭外殼18，該接觸面通過一個集成在插頭外殼18中的電路板18a與電導線14連接，由此使傳感器13可以通過插頭外殼18中的接觸面19接通。
所述外殼1環形地構成，并且尤其由鐵磁鋼制成，其中圓柱形構成的磁鐵2通過其外壁貼靠在外殼1的內壁上。在磁鐵2中設置一個環形的支承套3，其中所述磁鐵2和支承套3固定在外殼1中的兩個封閉環20之間，該封閉環分別嵌入到一個位于外殼1內壁中的槽21里面，該槽可以通過使相應外殼邊緣折彎而構成。在封閉環20與外環7的端部之間分別設置一個密封波紋管22，它通過夾緊環23和24固定在外環7或封閉環20上。
由圖2示出沿著圖1中的剖面線A-A’的圓柱形磁鐵2的一個剖面圖，該磁鐵構成為磁極轉子。該磁極轉子具有多個徑向磁化區25，其中分別通過箭頭26表示的兩個相鄰部位的磁化在徑向上觀察是相反取向的。
由圖3示出沿著圖1中的剖面線A-A’的電路板15的一個剖面圖，其中電導線14在電路板15內部延伸，并且是表面絕緣的。
所述支承套3優選由一種非磁的塑料制成，而外套7優選由一種非磁金屬制成，由此使由磁鐵2產生的磁場在傳感器13處盡可能少地由于支承套3和外套7而削弱。
附圖標記列表1 外殼2 磁鐵3 支承套4 支承區4a 空腔5 球形套5a，5b 球形套的端部或法蘭部位6 內套6a，6b 內套的部件7 外套8 通孔9 內套中的凸起10 內套中的凹槽11 外套中的凸起12 外套中的凹槽13 傳感器14 電導線15 電路板16 軸向槽17 球形套的縱軸線18 插頭外殼18a組合到插頭外殼中的電路板19 接觸面20 封閉環21 外殼中的槽22 密封波紋管23，24 夾緊環25 磁鐵的徑向磁化區26 箭頭，它代表一個區域的磁化
權利要求
1.用于汽車的球形套萬向節，其具有一外殼(1)、一在兩側從外殼(1)中延伸出來的并具有一通孔(8)和一支承區(4)的球形套(5)，該球形套通過支承區(4)如此支承在外殼(1)里面，使得由球形套(5)和由外殼(1)構成兩個可相對旋轉和擺動的萬向節部件，其特征在于，-在一個萬向節部件上設置一傳感器(13)，該傳感器與一設置在另一萬向節部件上的信號發生器(2)相互作用，并且-傳感器(13)和信號發生器(2)都設置在通孔(8)與外殼(1)之間。
2.如權利要求1所述的球形套萬向節，其特征在于，所述傳感器(13)設置在球形套(5)中，而信號發生器(2)設置在外殼(1)中。
3.如權利要求1或2所述的球形套萬向節，其特征在于，所述傳感器(13)設置在球形套(5)的支承區(4)中。
4.如權利要求1至3中任一項所述的球形套萬向節，其特征在于，所述信號發生器(2)是一磁鐵，而傳感器(13)是一磁場敏感的傳感器。
5.如權利要求4所述的球形套萬向節，其特征在于，所述傳感器(13)是一磁阻傳感器。
6.如權利要求4或5所述的球形套萬向節，其特征在于，所述信號發生器(2)是環形的。
7.如權利要求4至6中任一項所述的球形套萬向節，其特征在于，在信號發生器(2)與球形套(5)的支承區(4)之間設置一由一種非磁材料制成的支承套(3)。
8.如權利要求4至7中任一項所述的球形套萬向節，其特征在于，所述信號發生器(2)貼靠在外殼(1)的內壁上，該外殼由一種鐵磁材料制成。
9.如上述權利要求中任一項所述的球形套萬向節，其特征在于，所述球形套(5)具有一內套(6)和一與該內套同心設置的外套(7)。
10.如權利要求9所述的球形套萬向節，其特征在于，所述外套(7)在軸向上形狀配合連接地固定在內套(6)上。
11.如權利要求9或10所述的球形套萬向節，其特征在于，所述內套(6)兩部分地構成。
12.如權利要求9至11中任一項所述的球形套萬向節，其特征在于，在球形套(5)的支承區(4)中在內套(6)與外套(7)之間構成一空腔(4a)，在其中設置傳感器(13)。
13.如權利要求9至12中任一項所述的球形套萬向節，其特征在于，與傳感器(13)連接的電導線(14)敷設在內套(6)與外套(7)之間。
14.如權利要求13所述的球形套萬向節，其特征在于，在內套(6)的表面中設有一軸向槽(16)，與傳感器(13)連接的電導線(14)在該軸向槽中延伸。
15.如權利要求14所述的球形套萬向節，其特征在于，所述電導線(14)由設置在軸向槽(16)中的電路板(15)的印制導線構成。
16.如權利要求13至15中任一項所述的球形套萬向節，其特征在于，所述電導線(14)在球形套(5)的一個端部(5a)中從內套(6)與外套(7)之間的部位中引出來。
17.如權利要求16所述的球形套萬向節，其特征在于，在其中使電導線(14)從內套(6)與外套(7)之間的部位中引出來的球形套(5)的端部(5a)上設置一用于接觸傳感器(13)的第二外殼(18)。
18.如權利要求9至17中任一項所述的球形套萬向節，其特征在于，所述外套非切削地通過一變形工藝制成。
19.如權利要求18所述的球形套萬向節，其特征在于，所述外套是液壓成形件。
全文摘要
一種用于汽車的球形套萬向節，其具有一外殼(1)、一在兩側從外殼(1)中延伸出來的并具有一通孔(8)和一支承區(4)的球形套(5)，該球形套通過支承區(4)支承在外殼(1)里面，使得由球形套(5)和由外殼(1)構成兩個可相對旋轉和擺動的萬向節部件，其中在一個萬向節部件上設置一傳感器(13)，該傳感器與一設置在另一萬向節部件上的信號發生器(2)相互作用并且傳感器(13)和信號發生器(2)都設置在通孔(8)與外殼(1)之間。
文檔編號G01D5/16GK1890474SQ200480036918
公開日2007年1月3日 申請日期2004年12月8日 優先權日2003年12月12日
發明者J·施普拉特 申請人:Zf腓特烈港股份公司