DE102005013242A1 - Sensorvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Servovorrichtung hat einen dynamischen Biegewandler (1), der in einem Teilbereich mit einem Haltekörper (18) mechanisch gekoppelt ist. Sie hat ferner ein Gehäuse (24), in das der Haltekörprer (18) eingebracht ist. Sie hat ferner ein Dämpfungselement, das so zwischen dem Haltekörper (18) und dem Gehäuse (24) ausgebildet ist, dass es mechanische Schwingungen des Gehäuses (24) dämpft.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit einem dynamischen Biegewandler. Ein derartiger dynamischer Biegewandler, der insbesondere ein Piezoschwinger sein kann, kann zu Schwingungen angeregt werden und beispielsweise durch ein zu sensierendes Medium eine Veränderung in charakteristischen Parametern der Schwingung erfahren. Eine derartige Sensorvorrichtung wird beispielsweise eingesetzt zum Erfassen des Füllstands eines Fluids, so insbesondere eines Motoröls, in einer Brennkraftmaschine. Auf diese Weise kann einfach der Füllstand des Fluids überwacht werden, um – im Falle beispielsweise von Motoröl – sicherzustellen, dass die Brennkraftmaschine ausreichend mit Öl versorgt wird. Eine mangelnde Versorgung der Brennkraftmaschine mit Öl kann zu deren Überhitzung und letztlich deren Zerstörung führen. Darüber hinaus kann mittels geeigneter Ansteuerung und durch eine geeignte Signalauswertung der Signale des dynamischen Biegewandlers auch beispielsweise eine Viskosität eines Fluids bestimmt werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensorvorrichtung zu schaffen, die zuverlässig für eine Brennkraftmaschine einsetzbar ist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Sensorvorrichtung mit einem dynamischen Biegewandler, der in einem Teilbereich mit einem Haltekörper mechanisch gekoppelt ist. Ferner umfasst die Sensorvorrichtung ein Gehäuse, in das der Haltekörper eingebracht ist. Ein Dämpfungselement ist so zwischen dem Haltekörper und dem Gehäuse ausgebildet, dass es mechanische Schwingungen des Gehäuses dämpft. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Schwingungen, die durch die Brennkraftmaschine hervorgerufen werden, die auch als Körperschall bezeichnet werden, sich ungünstig auf ein Messsignal der Sensorvorrichtung auswirken können. Durch das Dämpfungselement können einfach Schwingungen soweit gedämpft werden, dass das Messsignal eine ausreichende Güte haben kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat das Dämpfungselement eine Shore-A-Härte zwischen 20 und 80. Es hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Shore-A-Härte eine besonders gute Entkopplung von Störfrequenzen des Körperschalls der Brennkraftmaschine erfolgen kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Sensorvorrichtung umfasst das Dämpfungselement ein Elastomer-Formteil. Dies hat den Vorteil, dass für einen Verguss mit einem Elastomer keine Haltevorrichtung notwendig ist.
  • In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn das Dämpfungselement mindestens einen O-Ring als Elastomer-Formteil umfasst. Derartige O-Ringe sind kostengünstig verfügbar und können einfach als Montage- oder Zentrierhilfe zum korrekten Positionieren des Haltekörpers und somit des dynamischen Biegewandlers in dem Gehäuse eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang kann ein besonders günstiges Positionieren einfach durch das Zuhilfenehmen von mindestens zwei O-Ringen erreicht werden.
  • In diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, wenn in dem Gehäuse und/oder dem Haltekörper je O-Ring eine Nut vorgesehen ist. Auf diese Weise kann dann der O-Ring einfach in die jeweilige Nut einrasten und somit an der vorgegebenen Position das Gehäuse relativ zu dem Haltekörper zuverlässig positionieren.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Kontaktierungsdraht soweit frei geführt oder in das Dämpfungselement eingebettet, dass mechanische Schwingungen gedämpft werden. Auf diese Weise kann eine notwendige Dämpfung von störenden Schwingungen beispielsweise der Brennkraftmaschine noch zuverlässiger gewährleistet werden. Vorteilhafter Weise hat der mindestens eine Kontaktierungsdraht in diesem Zusammenhang einen Längenüberschuss in Bezug auf eine zur Verbindung benötigte Länge von etwa 50 – 100 Prozent. Vorteilhafter Weise ist er ferner S- oder L-förmig frei geführt.
    •
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine erste Ausführungsform der Sensorvorrichtung,
  • 2 eine zweite Ausführungsform der Sensorvorrichtung,
  • 3 eine dritte Ausführungsform der Sensorvorrichtung,
  • 4 eine vierte Ausführungsform der Sensorvorrichtung,
  • 5 eine fünfte Ausführungsform der Sensorvorrichtung und
  • 6 eine mögliche Anordnung der Sensorvorrichtung.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Die erste Ausführungsform der Sensorvorrichtung (1) umfasst einen dynamischen Biegewandler 1, der bevorzugt einen ersten und einen zweiten Piezoschwinger 2, 4 umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind und über eine gemeinsame erste Elektrode 6 gekoppelt sind. Ferner ist jeweils an den der gemeinsamen Elektrode abgewandten Seite des ersten beziehungsweise zweiten Piezoschwingers 2, 4 eine zweite und dritte Elektrode 8, 10 ausgebildet. Ein erster Kontaktierungsdraht 12 ist vorgesehen zum Kontaktieren der zweiten Elektrode 8. Ein zweiter Kontaktierungsdraht 14 ist vorgesehen zum Kontaktieren der dritten Elektrode 10 und ein dritter Kontaktierungsdraht 16 ist vorgesehen zum Kontaktieren der gemeinsamen ersten Elektrode 6. Mittels geeigneter Ansteuerung der ersten bis dritten Elektroden 6, 8, 10 kann der dynamische Biegewandler 1 über die ersten und zweiten Piezoschwinger 2, 4 geeignet in Schwingungen versetzt werden, so insbesondere mit einer Resonanzfrequenz. Eine durch die Viskosität des Öls beeinflusste Dämpfung der Amplitude kann als Messsignal eingesetzt werden, zum Erfassen von Änderungen der Viskosität. Eine mögliche Verschiebung der Resonanzfrequenz kann als Messsignal genutzt werden, um beispielsweise eine Dichte eines Fluids zu erfassen. Alternativ kann beispielsweise auch eine Anregung des dynamischen Biegewandlers 1 durch entsprechende Signale an den ersten bis dritten Elektroden 6, 8, 10 erfolgen und anschließend ein Echo ausgewertet werden und so beispielsweise der Füllstand eines Fluids ermittelt werden. Der Füllstand kann jedoch auch auf andere Art und Weise durch geeignetes Anregen des dynamischen Biegewandlers 1 erfasst wer den. Alternativ kann der dynamische Biegewandler 1 auch nur einen Piezoschwinger umfassen. Ein Kontaktierungsaufnahmekörper 17 nimmt die ersten bis dritten Kontaktierungsdrähte 12 bis 14 auf und ist beispielsweise mit einem Gehäuse 24 des Haltekörpers 18 mechanisch gekoppelt. Der Kontaktierungsaufnahmekörper 17 kann eine entsprechende Ansteuerelektronik oder auch Signalverarbeitungselektronik für den dynamischen Biegewandler 1 aufweisen.
  • Die Sensorvorrichtung umfasst ferner einen Haltekörper 18 mit einem Haltekörpergehäuse 20. Der dynamische Biegewandler 1 ist bevorzugt mittels einer Haltekörpervergussmasse 22 in dem Haltekörpergehäuse 20 befestigt. Die Haltekörpervergussmasse 22 hat bevorzugt eine Rockwell-Härte von größer oder gleich M70 oder R180.
  • Der Haltekörper 18 ist so in das Gehäuse 24 eingebracht, dass eine Dämpfungs-Vergussmasse 28 den Haltekörper 18 und somit den dynamischen Biegewandler 1 geeignet mechanisch entkoppelt, um Schwingungen, die von der jeweiligen Vorrichtungen erzeugt werden, auf denen das Gehäuse 24 zu montieren vorgesehen ist, geeignet dämpfen. Dazu ist bevorzugt der Haltekörper 18 in einem ersten Montageschritt mittels Montagehilfen 25 an geeigneter Position in dem Gehäuse positioniert. Die Montagehilfen 25 können beispielsweise in Form von geeigneten Federn ausgebildet sein. In einem zweiten Montageschritt ist dann eine Dämpfungs-Vergussmasse 28 in den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 24 und dem Haltekörper 18 eingebracht. Die Dämpfungs-Vergussmasse 28 hat bevorzugt eine Shore-A-Härte zwischen 20 und 80. Es hat sich gezeigt, dass so eine geeignete mechanische Entkopplung zwischen dem Haltekörper 18 und dem Gehäuse 24 zuverlässig gewährleistet werden kann.
  • Die ersten bis dritten Kontaktierungsdrähte 12, 14, 16 sind ebenfalls durch die Dämpfungs-Vergussmasse 28 geführt. Die Länge der Kontaktierungsdrähte 12, 14, 16 zwischen ihrem Austritt aus dem Haltekörpergehäuse 20 und ihren Eintritt in den Kontaktierungsaufnahmekörper 17 ist geeignet lang ausgebildet, und zwar so, dass mechanische Schwingungen geeignet gedämpft werden. Dazu weisen die Kontaktierungsdrähte 12, 14, 16 bevorzugt einen Längenüberschuss von etwa 50 bis 100 Prozent im Vergleich zu einer nötigen Länge zum Verbinden zwischen dem Austritt aus dem Haltekörpergehäuse 20 und dem Eintritt in den Kontaktierungsaufnahmekörper 17 auf. Sie sind bevorzugt auch in diesem Bereich S- oder L-förmig angeordnet.
  • Eine zweite Ausführungsform der Sensorvorrichtung (2) weist im Unterschied zu der ersten Ausführungsform noch ein erstes und zweites Elastomer-Formteil auf, die als erste und zweite O-Ringe 30, 32 ausgebildet sind. Die ersten und zweiten O-Ringe 30, 32 dienen zum einen während der Montage der Sensorvorrichtung zum geeigneten Positionieren des Haltekörpers 18 in dem Gehäuse 24. Sie grenzen ferner, und zwar insbesondere der erste O-Ring 30, einen Bereich ab, in den die Dämpfungs-Vergussmasse 28 eindringen kann. So wird bei der zweiten Ausführungsform das Dämpfungselement sowohl durch die Dämpfungs-Vergussmasse 28 als auch durch die ersten und zweiten O-Ringe 30, 32 gebildet. Ferner ist vorteilhaft, dass der zwischen dem ersten und zweiten O-Ring eingeschlossene Raum beispielsweise mit Luft befüllt sein kann, was die Dämpfungseigenschaften weiter verbessert.
  • Bei einer dritten Ausführungsform (3) der Sensorvorrichtung ist lediglich ein O-Ring 30 vorgesehen, der den Bereich, in dem die Dämpfungs-Vergussmasse 28 eindringt, begrenzt und gleichzeitig auch dämpfend wird.
  • Bei einer vierten Ausführungsform der Sensorvorrichtung (4) sind erste und zweite O-Ringe 30, 32 vorgesehen, welche jeweils den durch die Dämpfungs-Vergussmasse 28 ausgefüllten Zwischenbereich zwischen dem Gehäuse 24 und der Haltevorrichtung begrenzen. Eine Einspritzöffnung 34 ist vorgesehen, die während der Montage der Sensorvorrichtung zum Einspritzen der Dämpfungs-Vergussmasse 28 dient.
  • Bei einer fünften Ausführungsform der Sensorvorrichtung ( 5) sind in dem Gehäuse 24 und/oder der Haltevorrichtung 18 Nuten 48, 50, 52 ausgebildet, die zum Einrasten der O-Ringe 30, 32 vorgesehen sind und so ein einfaches, korrektes Positionieren der Haltevorrichtung und somit des dynamischen Biegewandlers 1 gewährleisten. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Dämpfungselement lediglich durch die ersten und zweiten O-Ringe 30, 32 gebildet. Alternativ kann selbstverständlich auch in den Zwischenraum oder wie in dem zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel noch die Dämpfungs-Vergussmasse 28 eingebracht sein.
  • Der Haltekörper 18 umfasst ferner ein Kontaktierungsdrahtführungsteil 36, mittels dessen die Kontaktierungsdrähte 12, 14, 16 geeignet frei in Richtung hin zu dem Kontaktierungsaufnahmekörper 17 geführt sind und zwar derart, dass mechanische Schwingungen des Kontaktierungsaufnahmekörpers 17 ausreichend über die Kontaktierungsdrähte 12, 14, 16 gedämpft werden.
  • Bevorzugt sind die Kontaktierungsdrähte 12, 14, 16 bei allen Ausführungsformen in einen bandförmigen flexiblen Körper eingebettet.
  • Mögliche Anordnungen der gemäß der ersten bis fünften Ausführungsformen oben erläuterten Sensorvorrichtungen sind anhand der 6 dargestellt. Ein Fluidbehälter 40, der bevorzugt eine Ölwanne einer Brennkraftmaschine ist, ist mit einem Fluid 42 befüllt, dessen Dichte oder auch Viskosität mittels der Sensorvorrichtung erfasst werden sollen. Eine erste Sensorvorrichtung 44 ist beispielhaft von oben in den Fluidbehälter 40 eingebracht und mechanisch mit einem Teil der Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel der Ölwanne oder einem Kurbelgehäuse gekoppelt. Eine zweite Sensorvorrichtung 46 gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen ist beispielhaft von unten in den Fluidbehälter 40 eingebracht und entsprechend an ein Teil der Brennkraftmaschine gekoppelt. Darüber hinaus können die Sensorvorrichtungen 44, 46 selbstverständlich auch seitlich eingebracht sein. In der Regel ist lediglich eine Sensorvorrichtung 44, 46 in dem Fluidbehälter 40 angeordnet.
  • Sensorvorrichtung
    • 1
    Dynamischer Biegewandler
    2
    Erster Piezoschwinger
    4
    Zweiter Piezoschwinger
    6
    Gemeinsame erste Elektrode
    8
    Zweite Elektrode
    10
    Dritte Elektrode
    12
    Erster Kontaktierungsdraht
    14
    Zweiter Kontaktierungsdraht
    16
    Dritter Kontaktierungsdraht
    17
    Kontaktierungsaufnahmekörper
    18
    Haltekörper
    20
    Haltekörpergehäuse
    22
    Haltekörpervergussmasse
    24
    Gehäuse
    25
    Montagehilfen
  • Dämpfungselement
    • 28
    Dämpfungs-Vergussmasse
  • Elastomer-Formteil
    • 30
    Erster O-Ring
    32
    Zweiter O-Ring
    34
    Einspritzöffnung
    36
    Kontaktierungsdrahtführungsteil
    40
    Fluidbehälter: Ölwanne
    42
    Fluid
    44
    Erste Sensorvorrichtung
    46
    Zweite Sensorvorrichtung
    48-52
    Nut

Claims (6)

  1. Sensorvorrichtung mit einem dynamischen Biegewandler (1), der in einem Teilbereich mit einem Haltekörper (18) mechanisch gekoppelt ist, einem Gehäuse (24), in das der Haltekörper (18) eingebracht ist, und einem Dämpfungselement, das so zwischen dem Haltekörper (18) und dem Gehäuse (24) ausgebildet ist, dass es mechanische Schwingungen des Gehäuses (24) dämpft.
  2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Dämpfungselement eine Shore-A-Härte zwischen 20 und 80 hat.
  3. Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Dämpfungselement ein Elastomer-Formteil umfasst.
  4. Sensorvorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Dämpfungselement mindestens einen O-Ring (30, 32) umfasst.
  5. Sensorvorrichtung nach Anspruch 4, bei der in dem Gehäuse (24) und/oder dem Haltekörper (18) je O-Ring (30, 32) eine Nut (48, 50, 52) vorgesehen ist.
  6. Sensorvorrichtung bei der mindestens ein Kontaktierungsdraht (12, 14, 16) soweit frei geführt oder in das Dämpfungselement eingebettet ist, dass mechanische Schwingungen gedämpft werden.
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