CN101128723A - 用于压电式作用力或压力传感器的、通过电绝缘膜固定在一起的部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种安装在作用力或压力传感器(1)中、尤其在热线点火塞中的部件(2)。所述部件包括：一盘状或带孔盘状的测量元件(3)，其由压电材料制成；带孔盘状或盘状的电极(4)，其位于所述测量元件的两侧，并且具有多个用于与导体(10)接触的接触位置(8)；以及一个或多个传递本体(5，5’)，其设置在所述电极的外部两侧。根据本发明，所有这些构件(3，4，5，5’)通过一外部电绝缘膜(7)机械地固定在一起。

Description

用于压电式作用力或压力传感器的、通过电绝缘膜固定在一起的部件
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的一种安装在作用力或压力传感器中的部件，所述作用力或压力传感器具有由压电材料构成的测量元件。
背景技术
在燃烧室中，例如在热线点火塞(Glühkerze)中使用具有这种部件的传感器。
在DE19680912C2中公开了一种具有内置压力传感器的热线点火塞，其中，柴油机的气缸压力可作用于加热部的传感器，并且由位于传感器后侧的一固定元件把该传感器固定入位。
在DE10205819中公开了另一种用于相同目的的结构布置，其中，一压电陶瓷元件被布置在具有接触位置的两个电极之间。
此外，在DE10218544A1中也描述了一种具有内置压力传感器的热线点火塞，该压力传感器具有类似的结构。
所有这些结构布置都非常难于组装，因此不适合于成批生产。
通常，制造商利用专门技术，在保证必要精度的情况下，预制并组装所需的部件，从而制造出传感器。然而，如果把单独的部件提供给对例如在热线点火塞中的传感器进行最终组装的制造商，那么，就必须满足其它的一些要求。一方面，这些部件必须能够进行运输，并且需要在运输时保持不遭受损害。另一方面，要简化将这些部件安装到传感器内的安装过程，以便减小因精度不够而导致误差的可能性。此外，在数量方面的要求也日益增大，这就需要进行成批生产，即自动组装。
发明内容
本发明的目的是提供一种作为开始所提及技术中的部件的作用力或压力测量元件，这种测量元件适合于在传感器中成批安装。一种优选的应用是在热线点火塞中的使用。这对制造的简化、自动化方面以及制造成本方面提出了高要求。此外，该部件应当满足输送和处理操作直至安装到传感器内或安装到热线点火塞内的需求。尤其是，要求该部件的单独构件在运输时不能相互移位。
利用独立权利要求中的技术特征就能实现本发明的目的。
例如通过安装到热线点火塞内来进行作用力或压力测量的部件的必要构件包括一测量元件，该测量元件由压电材料制成，该测量元件被两个电极包围，这两个电极自身又被两个传递本体包围。在本发明的实施例中，所有这些构件是盘状的、带孔盘状的或圆柱状的，并且这些构件彼此排成一串。本发明的构思是利用一薄绝缘膜把这些彼此排成一串且对中布置的构件固定成一个部件。可以以非常容易的机械方式，例如利用可收缩管材或油漆，来施加这种膜，并且这种膜还用于使本发明的部件的所有构件保持对中。这就使得传感器或热线点火塞的、包围处于安装状态下的所述部件的其它部件不必满足高要求了。
附图说明
下面将参照附图，对本发明作为更详细的描述。在这些附图中：
图1是热线点火塞中一种优选布置的剖面示意图；
图2是一种优选的热线点火塞的一局部剖面示意图，其示出了本发明的部件的区域；
图3是本发明的多个构件的立体示意图。
具体实施方式
图1示出了本发明的部件2在热线点火塞1中的一种可能的应用实施例。该图示出了一优选的热线点火塞1的剖面示意图。该热线点火塞包括一壳体24，所述壳体24的前部区域插有一加热销钉(Glühstift)20，该加热销钉20从壳体24突出。在加热销钉20后方附近，可设置一作用力传递套筒21，在该作用力传递套筒21之后安装有根据本发明的部件2。作为一种可选择的方案，部件2也可以被直接布置在加热销钉的后方。在部件2之后，具有一固定件22，该固定件22的后侧抵接一连接元件23。连接元件23的后端被连接到壳体24的一凹腔25。也可以采用其它一些可选择的具有相同效果的结构。尤其是，固定件22可以在焊接位置30处焊接到壳体24，从而使得作用力不再经过连接元件23传递到壳体24的凹腔25。
为了把热线点火塞1安装在气缸盖中为该热线点火塞所设置的孔中，壳体24通常设置有螺纹27和作为工具作用点的六角螺栓28。在这种情况中，焊接位置30位于螺纹27和加热销钉20之间的区域中。为了避免在安装期间因热线点火塞1的应力而在测量方面产生错误的结果，优选地，可以把焊接位置30设置在使其与壳体24相分开的一中间套筒(图中未示)上，而不是直接设置在壳体24上。
热线点火塞1的最后区域中具有用于连接缆线26的端口，该缆线26还包括用于部件2的线路。在热线点火塞1的最前区域中，设置有一隔膜29，该隔膜29把壳体24的内部与燃烧室密封隔开。通过该隔膜29，还能向部件2施加一期望的预应力。
燃烧室中的压力通过加热销钉20和作用力传递套筒21(如果有该作用力传递套筒的话)被传递到部件2上，所述部件2通过固定件22支撑在壳体24上。在这个实施例中，作用力传递套筒21、部件2和连接元件23由一销钉9支撑，该销钉9从中央穿过这些构件。销钉9对作用力传递没有影响。销钉9具有一加热电缆(Glühstromdraht)31，该加热电缆用于对该加热销钉20进行加热，或者加热电缆31位于销钉9的中央。优选地是，作用力传递套筒21的至少一部分是由绝热材料制成的，以使部件2所受到的来自燃烧室的热负荷较小。
图2是图1中的部件2所在区域的局部示意图。在这个例子中，部件2包括各种构件，这些构件呈盘状、带孔盘状或圆柱状。优选地，这些构件具有基本相同的外径。一测量元件3构成该部件2的核心部分。优选地，该测量元件由压电材料制成，例如，由压电晶体或压电陶瓷制成。测量元件3的两侧被电极4包围，电极4自身又被一传递本体5包围。可选择的方案是，每个电极4还可以与和其相邻的传递本体5制成为一体。这些电极用于收集在向测量元件3两侧施加作用力或压力时所产生的电荷，并且把这些电荷输送到为此设置的接触位置8。优选地，这些接触位置8位于电极的内侧或中央。这样是比较有利的，因为在部件2和壳体24之间的外侧通常没有足够的空间来把导体引出。
传递本体5具有不同的功能。优选地，至少其中一个传递本体5是一延伸本体，用于补偿壳体24的热膨胀。另一传递本体5可以是延伸本体、电绝缘体6、其它的本体或它们的组合。传递本体5还用于以机械的方式保护两侧具有电极4的测量元件3。
在一优选实施例中，至少在加热销钉20后方且位于前方的传递本体5也是一热绝缘体。这要是很有利的，因为安装在该传递本体后方的部件2所遭受到的温度能够较低，从而对部件2的要求较低就足够了。
测量元件3、电极4和传递本体5这些构件通过一薄的外部绝缘膜7一起固定在中央位置。为此，优选地，这些构件的外径基本相同。优选地，所述膜7必须特别用于使所述构件3，4，5不相互错位，直至把部件2安装到热线点火塞1或其它传感器中。此时，部件2处于预应力作用状态，这样就避免了这些构件随后发生错位。在把绝缘膜7安装在热线点火塞1或传感器中之后，绝缘膜7只用于绝缘。
直至所述部件2安装构成传感器，所述部件都处于无预应力或可忽略的预应力状态。然而，一旦完成绝缘膜7的安装，就可能会产生至多5N/mm2的小预应力，在通常为10-20mm2的压力接收表面下，所对应的最大总负荷为50至100N。然而，在多数情况中，预应力不会超过10牛。在随后把部件2安装到传感器中时，施加到部件2上的预应力通常会高出这个值数倍，但至少为200N。
例如，膜7由收缩管或油漆构成，优选地，该膜7的厚度不大于约0.2mm。在任何情况下，膜7的层厚应当小于部件2的直径的1/10，优选小于部件2的直径的1/20。通过这种方式，测量元件3能具有尽可能大的压力接收面积，从而，其灵敏度就不会多余地受到限制。优选地，电绝缘在150℃至少为约10^13Ohm。在采用收缩管时，这些数据适用于最终收缩状态。优选地，所述管应当在200℃收缩，并且在约150℃的高温状态配合紧密。
这种结构的主要特征在于它的简单性，这可以降低生产成本，从而能够进行自动化生产。在施加绝缘膜7之前，把部件2的所有构件进行对中。所述膜7确保保持这种对中直至部件2被安装到传感器中并被施加预应力。因此，在把部件安装到热线点火塞1内时，不需要特意对中。与其内一个电极与壳体相连接并用于相同目的的其它部件相比，通过如上所述的结构使得部件2还对地绝缘(masseisoliert)。在许多国家对汽车内所有部件的规定中，都要求这种对地绝缘。
为了把部件2安装到热线点火塞1内并位于销钉9上。在部件2的两侧必须设置电绝缘体6。该电绝缘体可以与部件2的一侧或两侧，或者与例如作用力传递套筒21中的相邻构件和/或与固定件22构成为一体。为此，可选的方案是，该电绝缘体也可以作为一附加构件串在销钉9上。在这种情况中，与部件2的其它构件一样，可以利用绝缘膜7固定电绝缘体。此外，在传递本体5外部两侧的两个绝缘体6也可以通过绝缘膜7连接起来。
有利的是，部件2设置在热线点火塞1的前部区域，在安装状态，它位于气缸盖的热线点火塞孔的区域中。因此，优选地，部件2设置在螺纹27的区域中或其前方。这样，一方面确保该部件不会被加热至高于220℃，这是由于气缸盖被冷却的缘故。这种安装位置的另一个优点在于，所述部件2被设置得越靠近压力室即燃烧室，其测量误差就越小。
部件2的前述安装位置的另一个优点在于：通过这种方式，在加热销钉的后部区域例如在连接元件23的区域，具有用于整体放大器的空间。通过这种方式，就能通过缆线26传送已经被放大的输出信号。
然而，把部件2安装在前部区域的一个前提条件是：部件2的外径至多为6mm，优选至多为5mm，以便在具有M8螺纹27的热线点火塞1中能留出空间。该部件的长度通常在约6至15mm之间。
从电极内部突出的接触位置8可连接绝缘或非绝缘的导体10。这些导体10在销钉9的为其设置的槽中延伸至热线点火塞1的后部区域，在该后部区域，这些导体与整体放大器相连，或者与缆线26相连。另一方面，销钉9可具有两个集成的导体10，在这些导体安装至热线点火塞1内时，通过例如焊接或钎焊把这些导体连接至接触位置8。
图3示出了热线点火塞中所采用的其它一些可选择的实施例。可以考虑不把销钉9插入热线点火塞内，以便自由地设置加热电缆31。为了对部件进行引导，同时为了避免在加热电缆31与导体10之间发生任何接触，所述部件2可以设置有一引导销钉9’，该引导销钉可以是所述部件2的另一构件，或者也可以设置在部件2的已经提到的一个构件上，例如设置在其中一个传递本体5上或设置在一个另外的传递本体5’上，或与其连接成一体。传递本体5’可具有所提到的传递本体5的一个或多个可能的特征。
尤其是，引导销钉9’可以被制成为盘状，其具有对应的、优选为3个通道和/或开口32，用于安装加热电缆31和两个导体10。另外，这个引导销钉9’可以制成为销钉状，其大约在部件2的长度上延伸或者甚至突出超过其长度。这种引导具有使导体10与加热电缆31热绝缘和电绝缘的功能，从而无需再对导体10进行绝缘。在另一实施例中，引导销钉9’和其上设置引导销钉9’或与引导销钉9’连接成一体的构件具有相同的长度。
根据本发明的这种部件2的优点在于：该部件被集成为一个单元，而不必使测量元件3的直径基本上小于当把所需构件单独装入传感器时的直径。此外，在安装期间，无需对这些构件进行进一步对中。
这种类型的部件2还能被安装在其它传感器中，例如被安装在作用力传感器中。使用这种部件2的优点尤其在于，无需特别谨慎地去避免短路，因为这种部件2的外侧是电绝缘的。为此，如果没有任何东西需要穿过中央，那么就可以使用盘状测量元件3。作为所描述结构的一个可选的替代方案，在测量元件3的两侧，两个电极4的导体10可以从这种部件中引出。然而，一个重要的优点在于，能自动生产这种部件，并且可以自动安装在传感器中，从而能够进行大量的生产，并且价格适当。
附图标记一览表
1  热线点火塞
2  部件
3  测量元件
4  电极
5  5’传递本体
6  绝缘体
7  绝缘膜
8  接触位置
9  销钉；9’引导销钉
10 导体
20 加热销钉
21 作用力传递套筒
22 固定件
23 连接元件
24 壳体
25 凹腔
26 缆线
27 螺纹
28 六角螺栓
29 隔膜
30 焊接位置
31 加热电缆
32 中央引导孔

Claims (22)

1.一种安装在作用力或压力传感器中的部件(2)，包括：一盘状或带孔盘状的测量元件(3)，其由压电材料制成；带孔盘状或盘状的电极(4)，其位于所述测量元件的两侧，并且具有多个用于与多个导体(10)接触的接触位置(8)；以及一个或多个传递本体(5，5’)，其设置在所述电极的外部两侧，其特征在于：所有这些构件(3，4，5，5’)通过一外部的电绝缘膜(7)机械地固定在一起。
2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于：所述测量元件(3)、电极(4)和传递本体(5，5’)具有基本相同的外径。
3.根据权利要求1或2所述的部件，其特征在于：所述传递本体(5)中的一个或两个和与其相邻的电极(4)形成为一体。
4.根据前述任一权利要求所述的部件，其特征在于：至少一个所述传递本体(5，5’)包括一延伸本体。
5.根据前述任一权利要求所述的部件，其特征在于：至少一个所述传递本体(5，5’)包括一电绝缘体(6)。
6.根据前述任一权利要求所述的部件，其特征在于：至少一个所述传递本体(5，5’)由绝热材料制成。
7.根据前述任一权利要求所述的部件，其特征在于：所述接触位置(8)位于所述部件的内部。
8.根据前述任一权利要求所述的部件，其特征在于：至少一个、优选为两个绝缘或非绝缘导体(10)设置在所述接触位置(8)上。
9.根据前述任一权利要求所述的部件，其特征在于：一个销钉(9)设置于中央。
10.根据权利要求9所述的部件，其特征在于：所述销钉(9)具有一中央引导孔(32)。
11.根据权利要求9或10所述的部件，其特征在于：所述销钉(9)安装在一个所述传递本体(5，5’)上，或与一个所述传递本体(5，5’)结合为一体。
12.根据前述任一权利要求所述的部件，其特征在于：所述绝缘膜(7)是一收缩管。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的部件，其特征在于：所述绝缘膜(7)是一涂层。
14.根据前述任一权利要求所述的部件，其特征在于：所述绝缘膜(7)的层厚小于所述部件(2)的直径的1/10，优选地小于所述部件(2)的直径的1/20。
15.根据前述任一权利要求所述的部件，其特征在于：所述部件在未安装状态下未被施加预应力，或者被施加小于5N/mm2，或总共小于100N，优选地小于10N的预应力。
16.根据前述任一权利要求所述的部件，其特征在于：总直径小于6mm。
17.根据前述任一权利要求所述的部件，其特征在于：所述部件通过自动安装程序组装。
18.根据前述任一权利要求所述的部件，其特征在于：所述部件适合于以成批组装的方式组装在传感器中。
19.用于测量作用力或压力的传感器，其包括根据前述任一权利要求所述的部件(2)。
20.根据权利要求19所述的传感器，其特征在于：所述传感器构成为一热线点火塞(1)，包括：一加热销钉(20)、一加热电缆(31)和螺纹(27)。
21.根据权利要求19或20所述的传感器，其特征在于：所述部件(2)设置在位于所述加热销钉(20)和螺纹(27)之间的、所述热线点火塞的前部区域。
22.根据权利要求19或20所述的传感器，其特征在于：所述加热电缆(31)从中央穿过所述部件(2)。
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