DE10114045A1 - Schwingungsaufnehmer zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil - Google Patents
Schwingungsaufnehmer zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden BauteilInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer (1) zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil (18) mit einem piezoelektrischen Element (4), welches in einem isolierenden Gehäuse (2) angeordnet ist. Der Schwingungsaufnehmer (1) ist im montierten Zustand im Schwingungen aufweisenden Bauteil (18) derart angeordnet, dass das piezoelektrische Element (4) vollständig in dem Bauteil (18) eingebettet angeordnet ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer
zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil für
eine versenkte Montage des Schwingungsaufnehmers.
Schwingungsaufnehmer finden beispielsweise als Klopfsensoren bei
Brennkraftmaschinen Verwendung. Beispielsweise ist aus der EP-0 184 666
ein Klopfsensor bekannt, welcher in Fig. 4 dargestellt
ist. Der bekannte Klopfsensor weist ein Gehäuse 2 und eine
Druckhülse 3 auf, auf deren Außenseite eine piezoelektrische
Lochscheibe 4 und eine auf diese einwirkende seismische Masse 5
angeordnet sind. Über eine Tellerfeder 6 wirkt die seismische
Masse 5 auf die piezoelektrische Lochscheibe 4. Dabei wird die
Vorspannung der Tellerfeder 4 durch einen auf die Druckhülse
aufgeschraubten Gewindering 7 erzeugt. Hierzu weist die
Druckhülse 3 ein Außengewinde 8 auf. Dadurch kann die auf die
piezoelektrische Lochscheibe 4 ausgeübte Kraft beliebig und
begrenzt eingestellt werden. Die piezoelektrische Lochscheibe 4
ist dabei zwischen zwei Kontaktscheiben 9 angeordnet, die
gegenüber der Druckhülse bzw. der seismischen Masse isoliert
sind. Die Kontaktscheiben 9 sind über Drähte 10 mit einem
Steckanschluss 12 verbunden, welcher seitlich am Klopfsensor
angeordnet ist. Somit kann ein Kabel 11 seitlich vom Klopfsensor
weggeführt werden.
Dieser bekannte Aufbau eines Klopfsensors hat den Nachteil, dass
er aus relativ vielen Einzelteilen besteht, so dass er hohe
Herstellungs- und Montagekosten aufweist. Weiterhin ist der
Kabelabgang seitlich am Klopfsensor vorgesehen, was in einem
beengten Motorraum zu teilweise schwierigen Montagevorgängen
führt.
Der erfindungsgemäße Schwingungsaufnehmer zur Befestigung an
einem Schwingungen aufweisenden Bauteil mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass er nur eine
geringe Anzahl von Einzelteilen aufweist und schnell und einfach
montiert werden kann. Hierbei ist ein piezoelektrisches Element
des Schwingungsaufnehmers in einem isolierenden Gehäuse
angeordnet. Der Schwingungsaufnehmer ist dann derart im
Schwingungen aufweisenden Bauteil positioniert, dass das
piezoelektrische Element vollständig in dem Bauteil versenkt
ist. Mit anderen Worten ist im Schwingungen aufweisenden Bauteil
eine Aussparung vorgesehen, in welcher das vom isolierenden
Gehäuse umgebene piezoelektrische Element angeordnet ist. Somit
befindet sich im Gegensatz zum Stand der Technik das
piezoelektrische Element nicht mehr außerhalb des Schwingungen
aufweisenden Bauteils, sondern ist im Schwingungen aufweisenden
Bauteil angeordnet. Da erfindungsgemäß keine Teile des
Schwingungsaufnehmers aus dem Motorblock hervorstehen, ergeben
sich auch keine Probleme hinsichtlich der Anordnung des
Schwingungsaufnehmers in einem beengten Motorraum. Am
erfindungsgemäßen Schwingungsaufnehmer ist weiterhin besonders
vorteilhaft, dass beispielsweise Steckkontakte oder ein Kabel
für den Schwingungsaufnehmer in axialer Richtung des
Schwingungsaufnehmers aus dem Motorblock herausgeführt werden
können. Dabei kann der gesamte Schwingungsaufnehmer inklusive
den Steckkontakten vollständig im Motorblock versenkt sein, oder
die Steckkontakte können aus dem Motorblock hervorstehen. Das
verwendete piezoelektrische Element ist insbesondere für
Dehnschwingungen empfindlich, wobei seine Polarisationsrichtung
senkrecht zu den Schwingungen gewählt ist. Dadurch ist
erfindungsgemäß eine seismische Masse nicht erforderlich,
wodurch die Teileanzahl des Schwingungsaufnehmers weiter
reduziert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist das isolierende Gehäuse schraubenförmig mit einem
Kopfbereich und einem Schaftbereich ausgebildet. Das
piezoelektrische Element ist dabei im Schaftbereich des
schraubenförmigen Gehäuses angeordnet. Dadurch kann der
Schwingungsaufnehmer einfach wie eine Schraube in das
Schwingungen aufweisende Bauteil eingeschraubt werden, so dass
das im Schaftbereich angeordnete piezoelektrische Element
vollständig in dem Bauteil versenkt ist.
Besonders bevorzugt ist das piezoelektrische Element als Quader
ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige
Herstellung des piezoelektrischen Elements. Weiterhin ist
dadurch der notwendige Einbauraum im Schwingungen aufweisenden
Bauteil sehr klein.
Vorzugsweise ist die Kontaktierung des Schwingungsaufnehmers
nach außen als Stecker oder als integraler Kabelanschluss
ausgebildet. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des
Schwingungsaufnehmers ist dabei gewährleistet, dass eine
einfache Kontaktierung in Axialrichtung des
Schwingungsaufnehmers möglich ist. Dies ermöglicht in
Kombination mit der versenkten Montage des
Schwingungsaufnehmers, dass der Schwingungsaufnehmer,
beispielsweise in einem Motorblock im Motorraum, angeordnet
werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist das Gehäuse des Schwingungsaufnehmers zweiteilig
ausgebildet. Dabei ist ein erster äußerer Teil aus einem Metall
hergestellt und ein zweiter innerer Teil ist aus einem
isolierenden Material hergestellt und umgibt das
piezoelektrische Element. Dabei kann das Metallgehäuse ein
starkes Anzugsdrehmoment aufnehmen, ohne dass der
Schwingungsaufnehmer beschädigt wird. Besonders bevorzugt ist
das Metallgehäuse dabei aus zwei Halbschalen zusammengesetzt.
Das zweite Innengehäuse ist vorzugsweise aus Kunststoff
hergestellt und stellt eine elektrische Isolation des
piezoelektrischen Elements sowie seiner Anschlüsse gegenüber dem
aus Metall hergestellten äußeren Gehäuse bereit.
Um eine einfache Demontage des erfindungsgemäßen
Schwingungsaufnehmers zu ermöglichen, weist der
Schwingungsaufnehmer vorzugsweise eine Angriffsfläche zum
Demontieren bzw. Entfernen auf.
Um eine besonders einfache und sichere Montage zu ermöglichen,
ist der Schwingungsaufnehmer vorzugsweise derart ausgebildet,
dass ein Werkzeug ansetzbar ist, um den Schwingungsaufnehmer am
Schwingungen aufweisenden Bauteil zu befestigen. Besonders
bevorzugt ist dabei ein Kopfbereich eines schraubenförmig
ausgebildeten Schwingungsaufnehmers sechseckig oder achteckig
geformt und am Schaft des Schwingungsaufnehmers ist ein Gewinde
vorgesehen, so dass der Schwingungsaufnehmer einfach in eine
Gewindebohrung im Schwingungen aufweisenden Bauteil
eingeschraubt werden kann. Es sei angemerkt, dass der
Schwingungsaufnehmer auch eingeklebt oder mittels einer
zylindrischen oder kegeligen Presspassung befestigt werden kann.
Vorzugsweise erfolgt eine Kontaktierung zwischen dem
piezoelektrischen Element und den Steckkontakten bzw. aus dem
Schwingungsaufnehmer herausgeführten Leitungen mittels einer
flexiblen Folie. Dabei kann nach der Kontaktierung das Gehäuse
des Schwingungsaufnehmers einfach beispielsweise mittels
Kunststoffspritzen oder Vergießen von Kunststoff oder Harz
hergestellt werden.
Besonders bevorzugt ist dabei die flexible Folie derart
ausgebildet, dass ein Ableitwiderstand unmittelbar auf der
flexiblen Folie aufgedruckt ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung ist der Ableitwiderstand für Pyro-Elektrizität als
temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet. Dadurch weist der
erfindungsgemäße Schwingungsaufnehmer eine Doppelfunktion der
Aufnahme von Schwingungen sowie der Aufnahme der Temperatur am
Schwingungen aufweisenden Bauteil auf. Der Ableitwiderstand kann
dabei als Negativ-Temperatur-Koeffizient-Widerstand (NTC) oder
als Positiv-Temperatur-Koeffizient-Widerstand (PTC) ausgeführt
sein. Da der Ableitwiderstand vorzugsweise am unteren Ende des
Schwingungsaufnehmers angeordnet ist, ist er somit relativ tief
im Schwingungen aufweisenden Bauteil angeordnet. Dies ermöglicht
eine sehr genaue Erfassung der Temperatur des Bauteils ohne
störende Nebeneinflüsse. Weiterhin benötigt ein derartiger
kombinierter Temperatur-Schwingungsaufnehmer nur ein Kabel als
Verbindung zu einer Steuereinheit bzw. zu einer Auswerteeinheit
in welchem eine Leitung für die Schwingungssignale und eine
Leitung für die Temperatursignale angeordnet sind. Da derartige
Kabel aufgrund notwendiger Sicherheitsvorkehrungen im Motorraum
sehr teuer sind, ergibt sich dadurch eine besonders große
Reduzierung der Herstellungs- und Montagekosten.
Erfindungsgemäß wird somit ein neuartiger Schwingungsaufnehmer
bereitgestellt, welcher im montierten Zustand vollständig in
einem Schwingungen aufweisenden Bauteil versenkt ist. Dies
ergibt vielfältige Vorteile insbesondere hinsichtlich des
Aufbaus des Schwingungsaufnehmers als auch dessen Montage.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines
erfindungsgemäßen Schwingungsaufnehmers gemäß
einem ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines
Schwingungsaufnehmers gemäß einem zweiten
Ausführungbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines
Schwingungsaufnehmers gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
und
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Schwingungsaufnehmers
gemäß dem Stand der Technik.
In Fig. 1 ist ein erster erfindungsgemäßer
Schwingungsaufnehmer zur Aufnahme von Schwingungen eines
Schwingungen aufweisenden Bauteils dargestellt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst der erfindungsgemäße
Schwingungsaufnehmer 1 ein Gehäuse 2, welches aus einem
Kopfbereich 13 und einem Schaftbereich 14 besteht. Der
Schaftbereich 14 weist ein Gewinde auf und ist im montierten
Zustand des Schwingungsaufnehmers 1 vollständig in einem
Schwingungen aufweisenden Bauteil 18 wie einem Motorblock
eingeschraubt. Im montierten Zustand steht der Kopfbereich
aus dem Bauteil 18 vor. Der Kopfbereich 13 ist derart
ausgebildet, dass ein Werkzeug an ihm angesetzt werden kann,
um den Schwingungsaufnehmer 1 in das Bauteil 18 zu
schrauben.
Es sei angemerkt, dass im Bauteil 18 auch eine Aussparung
für den Kopfbereich 13 des Schwingungsaufnehmers 1 gebildet
sein kann, so dass der Schwingungsaufnehmer vollständig im
Bauteil 18 versenkt werden kann.
Weiterhin weist der Schwingungsaufnehmer 1 ein
piezoelektrisches Element 4 auf, welches im Schaftbereich 14
des Gehäuses 2 angeordnet ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist im
montierten Zustand des Schwingungsaufnehmers 1 das
piezoelektrische Element 4 vollständig im Bauteil 18
angeordnet. Das piezoelektrische Element 4 ist über flexible
Folien 16, 17 mit einem Steckanschluss 12 sowie einem
Ableitwiderstand 15 verbunden. Der Steckanschluss 12 ist im
Kopfbereich 13 des Gehäuses 2 ausgebildet. Der
Ableitwiderstand 15 ist am unteren Ende des Schaftbereichs
14 des Gehäuses 2 angeordnet. An Stelle des Steckanschlusses
12 ist es auch möglich, einen integrierten Anschluss
auszubilden, bei welchem ein Kabel unmittelbar aus dem
Schwingungsaufnehmer 1 herausgeführt wird.
Der Ableitwiderstand 15 kann als temperaturabhängiger
Widerstand (PTC oder NTC) ausgebildet sein, so dass neben
eventuellen Klopfgeräuschen auch die Temperatur am
Motorblock 18 aufgenommen werden kann.
Somit weist der erfindungsgemäße Schwingungsaufnehmer 1 eine
sehr geringe Anzahl von Bauteilen auf, so dass er eine
besonders kostengünstige Bauform bereitstellt. Dabei wird
beispielsweise bei einer Verwendung als Klopfsensor eine
Klopfinformation im Motorblock aufgenommen. Die Schwingungen
werden im Schwingungsaufnehmer in elektrische Ladungen
umgewandelt und an eine Steuereinrichtung weitergeleitet.
Für eine Verwendung als Klopfsensor genügt es dabei, dass
der Sensor das Auftreten von Klopfen detektiert, so dass die
Steuereinrichtung entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten
kann.
In Fig. 2 ist ein Schwingungsaufnehmer gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen
Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das Gehäuse 2 des
Schwingungsaufnehmers 1 im Gegensatz zum ersten
Ausführungsbeispiel im vorliegenden Ausführungsbeispiel
zweiteilig ausgebildet. Hierbei ist ein inneres Gehäuse 20
und ein äußeres Gehäuse 19 vorgesehen. Das äußere Gehäuse 19
ist aus Metall gebildet und dient insbesondere zur Aufnahme
von Torsionskräften, welche beim Montieren auf den
Schwingungsaufnehmer 1 ausgeübt werden können. Das innere
Gehäuse 20 ist aus einem isolierenden Kunststoff gebildet.
Das innere Gehäuse 20 kann beispielsweise in das äußere
Gehäuse 19 eingeklebt sein oder die Gehäuse 19 und 20 können
beispielsweise mittels Verschweißen miteinander verbunden
werden. Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel
dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die vorher
gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
In Fig. 3 ist ein Schwingungsaufnehmer gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen
Bezugszeichen wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
bezeichnet.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist das Gehäuse 2 des Schwingungs
aufnehmers 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
einstückig ausgebildet. Das Gehäuse 2 umfasst dabei einen
Kopfbereich 13 und einen Schaftbereich 14. Im Gegensatz zu
den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist
allerdings am Schaftbereich 14 kein Gewinde vorgesehen,
sondern der Schaftbereich 14 ist konisch ausgebildet.
Dadurch ist eine Presspassung zwischen dem Schaftbereich 14
und dem Schwingungen aufweisenden Bauteil 18 möglich. Im
montierten Zustand ist das piezoelektrische Element 4 dabei
wieder vollständig im Bauteil 18 angeordnet. Ansonsten
entspricht das Ausführungsbeispiel dem ersten
Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene
Beschreibung verwiesen werden kann.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen Schwingungs
aufnehmer 1 zur Befestigung an einem Schwingungen
aufweisenden Bauteil 18 mit einem piezoelektrischen Element
4, welches in einem isolierenden Gehäuse 2 angeordnet ist.
Der Schwingungsaufnehmer 1 ist im montierten Zustand im
Schwingungen aufweisenden Bauteil 18 derart angeordnet, dass
das piezoelektrische Element 4 vollständig in dem Bauteil 18
eingebettet angeordnet ist.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele
gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen
Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und
Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie
ihre Äquivalente zu verlassen.
Claims (10)
1. Schwingungsaufnehmer zur Befestigung an einem
Schwingungen aufweisenden Bauteil (18) mit einem
piezoelektrischen Element (4), welches in einem
isolierenden Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei der
Schwingungsaufnehmer (1) derart in dem Schwingungen
aufweisenden Bauteil (18) angeordnet ist, dass das
piezoelektrische Element (4) vollständig im Bauteil
(18) angeordnet ist.
2. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine schrauben
förmige Gestalt aufweist, und das piezoelektrische
Element (4) in einem Schaftbereich (14) des Gehäuses
(2) angeordnet ist.
3. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element (4)
als Quader ausgebildet ist.
4. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsaufnehmer
einen Steckanschluss (12) oder einen integrierten
Kabelanschluss aufweist.
5. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zweiteilig
ausgebildet ist, wobei ein erster äußerer Teil (19) aus
Metall und ein zweiter innerer Teil (20) aus einem
isolierenden Material hergestellt ist.
6. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsaufnehmer
eine Angriffsfläche zur Demontage aufweist.
7. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass am Schwingungsaufnehmer
ein Werkzeug ansetzbar ist, um den Schwingungsaufnehmer
(1) am Schwingungen aufweisenden Bauteil (18) zu
befestigen bzw. zu lösen.
8. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktierung
zwischen dem piezoelektrischen Element (4) und den
Steckkontakten (12) oder dem Kabelanschluss mittels
einer flexiblen Folie (16, 17) erfolgt.
9. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Ableitwiderstand (15)
unmittelbar auf der flexiblen Folie (16, 17)
aufgedruckt ist.
10. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Ableitwiderstand (15) als
temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet ist.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |