DE102011078915A1

DE102011078915A1 - Sensor arrangement i.e. force or pressure sensor, for measuring force or pressure in fuel injector for needle closing time detection, has central electrode in contact with outside through recess that extends over height of sense elements

Info

Publication number: DE102011078915A1
Application number: DE201110078915
Authority: DE
Inventors: Georg Hejtmann; Holger Rapp; Joachim Dietmar Vendulet; Wolfgang Stoecklein; Marc Kuehlein; Thomas Hennige; Christoph Haluschka; Bernd Berghaenel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2013-01-17

Abstract

The arrangement has sense elements (1, 2) made of piezoelectric material and provided with respective mutually parallel front surfaces (1.1, 1.2, 2.1, 2.2) for forming or retaining electrodes (3, 4). One of the front surfaces of one of the sense element rests at one of the front surfaces of the other sense element. The sense elements are electrically and conductively connected such that a common central electrode (5) is formed in a contact region of the sense elements. The common central electrode is in contact with outside through a recess (6) that extends over height of the sense elements. An independent claim is also included for a fuel injector.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Kraft- oder Druckmessung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einer solchen Sensoranordnung zur Nadelschließzeitpunkterkennung. The invention relates to a sensor arrangement for force or pressure measurement with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a fuel injector with such a sensor arrangement for Nadelschließzeitpunkterkennung.

Stand der TechnikState of the art

Aus der WO 2009/067833 A2 geht ein Bauteil zum Einbau in Kraft- oder Drucksensoren hervor, das ein Messelement aus piezoelektrischem Material umfasst. Das Messelement aus piezoelektrischem Material weist beidseits je eine Elektrode mit daran angebrachten Leitungen zur Kontaktierung auf. An die beiden Elektroden grenzen Isolationskörper an, wobei ein Isolationskörper zugleich als Übertragungskörper dient. Alle Komponenten sind zentriert zueinander zu einem Bauteil fixiert, wobei die äußeren Flächen des Bauteils bezüglich seiner Achse eine Ebenheit aufweisen, die weniger als 10 µm beträgt. Dadurch ist der Einbau des Bauteils in einen Sensor möglich, ohne weitere Komponenten für die Zentrierung des Bauteils zu benötigen. Der Sensor kann somit kleiner gebaut werden, was zu einer Platzersparnis führt. Des Weiteren wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass wenigstens ein Isolationskörper wenigstens zwei Bohrungen aufweist, in denen die Leitungen zur Kontaktierung der Elektroden isoliert zueinander geführt sind. Auch diese bevorzugte Ausgestaltung des in einen Sensor einsetzbaren Bauteils soll eine Platzersparnis bewirken. Zudem erübrigt sich eine separate Isolierung der der Kontaktierung der Elektroden dienenden Leitungen. From the WO 2009/067833 A2 goes out a component for installation in force or pressure sensors, comprising a measuring element of piezoelectric material. The measuring element of piezoelectric material has on both sides each an electrode with attached lines for contacting. Isolation bodies adjoin the two electrodes, wherein an insulation body also serves as a transfer body. All components are centered to each other fixed to a component, wherein the outer surfaces of the component with respect to its axis have a flatness, which is less than 10 microns. As a result, the installation of the component in a sensor is possible without requiring further components for the centering of the component. The sensor can thus be built smaller, resulting in a space savings. Furthermore, it is proposed in this document that at least one insulating body has at least two bores in which the lines for contacting the electrodes are insulated from one another. This preferred embodiment of the insertable into a sensor component is intended to save space. In addition, a separate insulation of the contacting of the electrodes serving lines is unnecessary.

Im Inneren eines solchen Bauteils liegende Kontaktstellen erweisen sich jedoch als schwer zugänglich, was sich nachteilig auf die vorzunehmende Kontaktierung auswirkt.However, located inside such a component contact points prove to be difficult to access, which adversely affects the contact to be made.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung zur Kraft- oder Druckmessung mit wenigstens einem Sensorelement aus einem piezoelektrischen Material anzugeben, welche einfach aufgebaut und leicht zu kontaktieren ist. The present invention is therefore based on the object to provide a sensor arrangement for force or pressure measurement with at least one sensor element made of a piezoelectric material, which is simple in construction and easy to contact.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird ein Kraftstoffinjektor mit einer solchen Sensoranordnung zur Nadelschließzeitpunkterkennung angegeben. The object is achieved by a sensor arrangement having the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims. Furthermore, a fuel injector is specified with such a sensor arrangement for needle closing timing detection.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorgeschlagene Sensoranordnung zur Kraft- oder Druckmessung umfasst wenigstens ein Sensorelement aus einem piezoelektrischen Material mit zwei parallel zueinander liegenden Stirnflächen, von denen jede eine Elektrode ausbildet oder aufnimmt. Erfindungsgemäß liegt das Sensorelement mit einer Elektrode ausbildenden oder aufnehmenden Stirnfläche unmittelbar oder mittelbar an einer Stirnfläche eines weiteren Sensorelementes aus einem piezoelektrischen Material mit zwei parallel zueinander liegenden Stirnflächen, von denen jede eine Elektrode ausbildet oder aufnimmt, an. Ferner sind beide Sensorelemente elektrisch leitend verbunden, so dass im Kontaktbereich beider Sensorelemente eine gemeinsame Mittelelektrode ausgebildet wird, die über wenigstens eine sich über die Höhe eines Sensorelementes erstreckende Ausnehmung von außen kontaktierbar ist.The proposed sensor arrangement for force or pressure measurement comprises at least one sensor element of a piezoelectric material with two mutually parallel end faces, each of which forms or receives an electrode. According to the invention, the sensor element with an end face forming or receiving an electrode lies directly or indirectly on an end face of a further sensor element of a piezoelectric material with two mutually parallel end faces, each of which forms or receives an electrode. Further, both sensor elements are electrically conductively connected, so that in the contact region of both sensor elements, a common center electrode is formed, which is contactable via at least one over the height of a sensor element extending recess from the outside.

Zur Ausbildung einer gemeinsamen Mittelelektrode sind die beiden Sensorelemente derart aufeinandergelegt, dass die einander zugewandten Stirnflächen jeweils eine Anode oder jeweils eine Kathode ausbilden bzw. aufnehmen. Das heißt, dass die Anordnung der beiden Sensorelemente mit entgegengesetzter Polarisierung erfolgt. Entweder sind jeweils die Anoden oder die Kathoden innenbzw. außenliegend angeordnet. Ferner kann die gemeinsame Mittelelektrode durch eine separate Elektrode, die zwischen den beiden einander zugewandten Stirnflächen der Sensorelemente angeordnet ist, ausgebildet sein. Sofern eine gemeinsame Mittelelektrode als separate Elektrode ausgebildet ist, können die auf den einander zugewandten Stirnflächen der Sensorelemente ausgebildeten Elektroden auch entfallen. Die elektrisch leitende Verbindung beider Sensorelemente wird dann unmittelbar über die gemeinsame Mittelelektrode hergestellt. To form a common center electrode, the two sensor elements are stacked in such a way that the mutually facing end faces each form or accommodate an anode or a respective cathode. This means that the arrangement of the two sensor elements takes place with opposite polarization. Either the anodes or the cathodes are inside respectively. arranged outside. Furthermore, the common center electrode can be formed by a separate electrode, which is arranged between the two mutually facing end faces of the sensor elements. If a common center electrode is designed as a separate electrode, the electrodes formed on the mutually facing end faces of the sensor elements can also be dispensed with. The electrically conductive connection of both sensor elements is then produced directly via the common center electrode.

Die gemeinsame Mittelelektrode reduziert den Aufwand der Kontaktierung, da es lediglich die Mittelelektrode zu kontaktieren gilt. Darüber hinaus weist die Sensoranordnung einen einfachen Aufbau auf. Die gestapelten Sensorelemente der Sensoranordnung stellen eine in sich zusammenhängende Baugruppe dar, die nicht erst durch kraftschlüssiges Aufeinanderpressen der Einzelelemente im eingebauten Zustand eine Einheit bilden. Denn die Sensorelemente einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung sind elektrisch leitend verbunden. Vorzugsweise werden die Sensorelemente zunächst einzeln gefertigt und danach zu einem gut handhabbaren Doppelsensorelement zusammengefügt. Dabei ist es möglich, die Polarisierung der Sensorelemente vor oder nach dem Fügen vorzunehmen. Ferner können die außenliegenden Elektroden vor oder nach dem Fügen ausgebildet bzw. auf die jeweiligen Stirnflächen der Sensorelemente aufgebracht werden.The common center electrode reduces the effort of contacting, since it applies only to contact the center electrode. In addition, the sensor arrangement has a simple structure. The stacked sensor elements of the sensor arrangement represent a coherent assembly, which does not form a unit by force-fitting pressing together of the individual elements in the installed state. Because the sensor elements of a sensor arrangement according to the invention are electrically connected. Preferably, the sensor elements are first manufactured individually and then joined together to form a double-sensor element that is easy to handle. It is possible to carry out the polarization of the sensor elements before or after the joining. Furthermore, the outer electrodes can be formed before or after joining or applied to the respective end faces of the sensor elements.

Die Kontaktierung der gemeinsamen Mittelelektrode wird erfindungsgemäß dadurch weiter vereinfacht, dass wenigstens eine Ausnehmung in einem Sensorelement vorgesehen ist, welche sich über die gesamte Höhe des Sensorelementes erstreckt, so dass die Zugänglichkeit der gemeinsamen Mittelelektrode von außen über die wenigstens eine Ausnehmung gewährleistet ist.The contacting of the common center electrode is inventively further simplified in that at least one recess in a sensor element is provided, which extends over the entire height of the sensor element, so that the accessibility of the common center electrode is ensured from the outside via the at least one recess.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die sich über die Höhe eines Sensorelementes erstreckende Ausnehmung im Bereich einer Umfangsfläche des Sensorelementes angeordnet. Eine solche Ausnehmung ist zum Einen besonders einfach herstellbar, zum Anderen ist ferner eine Zugänglichkeit der gemeinsamen Mittelelektrode über den Umfang der Sensoranordnung gegeben. Alternativ hierzu kann die Ausnehmung zur Kontaktierung der gemeinsamen Mittelelektrode auch beabstandet zur Umfangsfläche des Sensorelementes angeordnet sein. Wird ein Kontaktierungsdraht durch eine solche Ausnehmung bis an die gemeinsame Mittelelektrode herangeführt, kann das Sensorelement zugleich der elektrischen Isolation des Kontaktierungsdrahtes dienen.According to a preferred embodiment of the invention, the over the height of a sensor element extending recess in the region of a peripheral surface of the sensor element is arranged. On the one hand, such a recess is particularly easy to produce; on the other hand, accessibility of the common center electrode over the circumference of the sensor arrangement is also provided. Alternatively, the recess for contacting the common center electrode may also be arranged at a distance from the peripheral surface of the sensor element. If a contacting wire is guided through such a recess as far as the common center electrode, the sensor element can at the same time serve for electrical insulation of the contacting wire.

Vorteilhafterweise besitzt jedes Sensorelement wenigstens eine sich über die Höhe des Sensorelementes erstreckende Ausnehmung. Damit kann das Sensorelement in beliebiger Orientierung verbaut werden, da eine Kontaktierung der gemeinsamen Mittelelektrode von beiden Seiten aus möglich ist. Als vorteilhaft erweist sich ferner, wenn die Ausnehmungen der beiden Sensorelemente versetzt zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann die Ausnehmung des zweiten Sensorelementes um 180° gegenüber der Ausnehmung des ersten Sensorelementes verdreht sein. Darüber hinaus kann ein Sensorelement auch mehr als eine Ausnehmung besitzen.Advantageously, each sensor element has at least one over the height of the sensor element extending recess. Thus, the sensor element can be installed in any orientation, since a contacting of the common center electrode from both sides is possible. Furthermore, it proves to be advantageous if the recesses of the two sensor elements are arranged offset from one another. For example, the recess of the second sensor element can be rotated by 180 ° with respect to the recess of the first sensor element. In addition, a sensor element may also have more than one recess.

Bevorzugt ist die elektrisch leitende Verbindung beider Sensorelemente über eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Klebe- oder Lötverbindung, hergestellt. Das Verbindungs- bzw. Fügemittel, vorzugsweise ein elektrisch leitfähiger Klebstoff oder ein Lot, insbesondere Silberlot, kann dann zur Ausbildung der gemeinsamen Mittelelektrode herangezogen werden. Wie bereits erwähnt, kann die gemeinsame Mittelelektrode unmittelbar oder mittelbar eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Sensorelementen aus piezoelektrischem Material herstellen. Dies hängt davon ab, ob die einander zugewandten Stirnflächen der Sensorelemente jeweils eine weitere Elektrode ausbilden oder aufnehmen. Das elektrisch leitfähige Verbindungs- bzw. Fügemittel kann auch direkt auf die Stirnfläche des jeweiligen Sensorelements aus piezoelektrischem Material aufgebracht sein. Als piezoelektrisches Material findet vorzugsweise eine piezoelektrische Keramik Einsatz.Preferably, the electrically conductive connection of the two sensor elements via a cohesive connection, for example, an adhesive or solder joint produced. The joining or joining agent, preferably an electrically conductive adhesive or a solder, in particular silver solder, can then be used to form the common center electrode. As already mentioned, the common center electrode can directly or indirectly produce an electrically conductive connection between the two sensor elements of piezoelectric material. This depends on whether the mutually facing end faces of the sensor elements each form or receive a further electrode. The electrically conductive connection or joining means can also be applied directly to the end face of the respective sensor element of piezoelectric material. The piezoelectric material used is preferably a piezoelectric ceramic.

Weiterhin bevorzugt ist wenigstens eine Elektrode auf eine Stirnfläche eines Sensorelementes aufgedruckt. Die hierzu auf einer Stirnfläche eines Sensorelementes aufgebrachte und eingebrannte Druckpaste kann dann der Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung beider Sensorelemente dienen, sofern es sich bei dieser Stirnfläche um die dem anderen Sensorelement zugewandte Stirnfläche handelt. Die auf diese Weise hergestellte elektrisch leitende Verbindung gewährleistet ferner die Ausbildung einer gemeinsamen Mittelelektrode. Vorzugsweise sind auf beiden einander zugewandten Stirnflächen aufgedruckte Elektroden aufgebracht. Weiterhin vorzugsweise erfolgt das Fügen der beiden Sensorelemente in einem Zustand, in dem die Druckpaste noch nicht eingebrannt, also nass ist. Die elektrisch leitende Verbindung der beiden Sensorelemente wird dann durch den Einbrennvorgang der Druckpaste im gefügten Zustand erzeugt. Gegebenenfalls erweist es sich hierbei als vorteilhaft, wenn die jeweils zu bedruckende Oberfläche aus piezoelektrischem Material zuvor einer Vorbehandlung unterzogen wurde. Die Vorbehandlung kann beispielsweise ein chemisches Anätzen oder ein Sandstrahlen der Oberfläche umfassen. Derartige Maßnahmen erhöhen die Rauigkeit der Oberfläche, welche wiederum zu einer verbesserten Haftung der Druckpaste auf der Oberfläche führt. Zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung beider Sensorelemente gilt es eine Druckpaste zu verwenden, die im eingebrannten Zustand elektrisch leitfähig ist.Further preferably, at least one electrode is printed on an end face of a sensor element. The printing paste applied thereto and baked on an end face of a sensor element can then serve to produce the electrically conductive connection of both sensor elements, provided that this end face is the end face facing the other sensor element. The electrically conductive connection produced in this way also ensures the formation of a common center electrode. Preferably, printed electrodes are applied on both facing end faces. Further preferably, the joining of the two sensor elements takes place in a state in which the printing paste is not yet baked, ie wet. The electrically conductive connection of the two sensor elements is then produced by the baking process of the printing paste in the joined state. If necessary, it proves to be advantageous in this case if the surface of piezoelectric material to be printed in each case has previously been subjected to a pretreatment. The pretreatment may include, for example, chemical etching or sandblasting of the surface. Such measures increase the roughness of the surface, which in turn leads to improved adhesion of the printing paste on the surface. To produce an electrically conductive connection of both sensor elements, it is necessary to use a printing paste which is electrically conductive in the baked state.

Zur Vereinfachung der Kontaktierung der gemeinsamen Mittelelektrode wird weiterhin vorgeschlagen, dass auf dem frei liegenden Teil der gemeinsamen Mittelelektrode im Bereich der Ausnehmung eine Kontaktierstelle aufgebracht ist. Die Aufbringung kann beispielsweise mittels Löten erfolgen, wobei das Lot eine zumindest teilweise Füllung der Ausnehmung bewirkt, so dass die Kontaktierung erleichtert wird. Zugleich ermöglicht die Ausnehmung die Anordnung der zur Kontaktierung erforderlichen Elemente innerhalb der Außenabmessungen der Sensoranordnung. Die erfindungsgemäße Sensoranordnung erfordert demnach keinen zusätzlichen Bauraum.In order to simplify the contacting of the common center electrode, it is further proposed that a contact point be applied on the exposed part of the common center electrode in the region of the recess. The application can be effected for example by means of soldering, wherein the solder causes an at least partial filling of the recess, so that the contacting is facilitated. At the same time, the recess allows the arrangement of the elements required for contacting within the outer dimensions of the sensor arrangement. The sensor assembly according to the invention therefore requires no additional space.

Ferner kann vorgesehen sein, dass sich die gemeinsame Mittelelektrode nur über einen Teilbereich der beiden einander zugewandten Stirnflächen der Sensorelemente erstreckt. Beispielsweise kann die Mittelelektrode gitter- oder netzartig ausgebildet sein. Die Durchbrechungen innerhalb einer solchen Gitter- oder Netzstruktur verbessert die stoffschlüssige elektrisch leitende Verbindung beider Sensorelemente. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die gemeinsame Mittelelektrode zumindest in einem Teilbereich beabstandet zum außenliegenden Rand einer Stirnfläche eines Sensorelementes ausgebildet bzw. angeordnet ist. Der Randabstand gewährleistet die elektrische Isolation der Mittelelektrode über die beidseits angeordneten Sensorelemente. Furthermore, it can be provided that the common center electrode extends only over a partial region of the two mutually facing end faces of the sensor elements. For example, the center electrode may be formed like a lattice or net. The openings within such a grid or network structure improves the cohesive electrically conductive connection of both sensor elements. Alternatively or additionally, it may be provided that the common center electrode is formed or arranged at least in a partial area at a distance from the outer edge of an end face of a sensor element. Of the Edge distance ensures the electrical insulation of the center electrode via the sensor elements arranged on both sides.

Der des Weiteren beanspruchte erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine zeichnet sich durch eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Nadelschließzeitpunkterkennung aus. Dabei ist die Sensoranordnung in einem Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors angeordnet und beim Öffnen und Schließen einer Düsennadel unmittelbar oder mittelbar mit einer Axialkraft beaufschlagbar, die proportional zum Steuerraumdruck in einem Steuerraum ist. Anhand charakteristischer Druckänderungen beim Öffnen und Schließen der Düsennadel kann dann über die Sensoranordnung der Nadelschließzeitpunkt erkannt werden. Durch die Anordnung im Niederdruckbereich wird die Sensoranordnung im Unterschied zur Anordnung im Hochdruckbereich nur geringen Belastungen ausgesetzt. Ferner wird wiederum die Kontaktierung der Sensoranordnung erleichtert. The furthermore claimed fuel injector according to the invention for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine is characterized by a sensor arrangement according to the invention for detecting the needle closing time. In this case, the sensor arrangement is arranged in a low pressure region of the fuel injector and when opening and closing a nozzle needle directly or indirectly acted upon by an axial force which is proportional to the control chamber pressure in a control chamber. Based on characteristic pressure changes during opening and closing of the nozzle needle can then be detected by the sensor arrangement, the needle closing time. Due to the arrangement in the low-pressure region, the sensor arrangement is exposed to only minor loads, in contrast to the arrangement in the high-pressure region. Furthermore, in turn, the contacting of the sensor arrangement is facilitated.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Sensorelement der Sensoranordnung des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors zur Herstellung einer Masseverbindung über wenigstens eine Stirnfläche oder über eine auf der Stirnfläche ausgebildete Elektrode unmittelbar oder mittelbar mit einem Gehäuseteil des Kraftstoffinjektors elektrisch verbunden. Die erforderliche Masseverbindung wird dann automatisch über den Einbau der Sensoranordnung realisiert. Eine Kontaktierung über separate Leitungen ist nicht erforderlich. Dadurch kann der Einbau der Sensoranordnung in den Kraftstoffinjektor vereinfacht werden, was wiederum zu einer Reduzierung der Herstellungskosten des Kraftstoffinjektors führt. According to a preferred embodiment, at least one sensor element of the sensor arrangement of the fuel injector according to the invention for the production of a ground connection via at least one end face or via an electrode formed on the end face is electrically or indirectly directly or indirectly connected to a housing part of the fuel injector. The required ground connection is then realized automatically via the installation of the sensor arrangement. A contact via separate lines is not required. Thereby, the installation of the sensor arrangement can be simplified in the fuel injector, which in turn leads to a reduction of the manufacturing cost of the fuel injector.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 einen Querschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Sensoranordnung, 1 a cross section through a first sensor arrangement according to the invention,

2 einen Querschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Sensoranordnung, 2 a cross section through a second sensor arrangement according to the invention,

3 einen Querschnitt durch eine dritte erfindungsgemäße Sensoranordnung, 3 a cross section through a third sensor arrangement according to the invention,

4a einen Querschnitt durch eine vierte erfindungsgemäße Sensoranordnung, 4a a cross section through a fourth sensor arrangement according to the invention,

4b eine Untersicht der Sensoranordnung der 4a, 4b a bottom view of the sensor arrangement of 4a .

4c eine Draufsicht der Sensoranordnung der 4a, 4c a plan view of the sensor arrangement of 4a .

5a einen Querschnitt durch eine fünfte erfindungsgemäße Sensoranordnung, 5a a cross section through a fifth sensor arrangement according to the invention,

5b eine Untersicht der Sensoranordnung der 5a und 5b a bottom view of the sensor arrangement of 5a and

5c eine Draufsicht der Sensoranordnung der 5a. 5c a plan view of the sensor arrangement of 5a ,

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Aus 1 geht eine erfindungsgemäße Sensoranordnung umfassend zwei Sensorelemente 1, 2 aus einer piezoelektrischen Keramik mit jeweils zwei parallel zueinander liegenden Stirnflächen 1.1, 1.2, 2.1, 2.2 hervor, die jeweils eine Elektrode 3, 4, 5 ausbilden oder aufnehmen. Die beiden Sensorelemente 1, 2 sind derart gestapelt angeordnet, dass sich Anoden ausbildende oder aufnehmende Stirnflächen 1.2, 2.1 der Sensorelemente 1, 2 gegenüberliegen. Das heißt, dass die Sensorelemente 1, 2 umgekehrt polarisiert sind. Während die beiden innenliegenden Stirnflächen 1.2, 2.1 jeweils Anoden ausbilden bzw. aufnehmen, dienen die beiden außenliegenden Stirnflächen 1.1, 2.2 jeweils der Ausbildung bzw. der Aufnahme der Kathoden. Beim Einbau der Sensoranordnung in ein Bauteil, beispielsweise in einen Kraftstoffinjektor, werden die Kathoden ausbildenden oder aufnehmenden Stirnflächen 1.1, 2.2 vorzugsweise direkt an ein Gehäuseteil des Kraftstoffinjektors (nicht dargestellt) angelegt und über den Kontakt mit dem Gehäuseteil die erforderliche Masseverbindung 8 hergestellt. Lediglich der Anschluss der gemeinsamen Mittelelektrode 5 bedarf dann noch einer gezielten Kontaktierung. Hierzu kann ein Kontaktierungsdraht 9 über den Umfang der Sensoranordnung an die gemeinsame Mittelelektrode 5 heran geführt werden. Der Anschluss eines solchen Kontaktierungsdrahtes 9 an die gemeinsame Mittelelektrode 5 erfordert jedoch zusätzlichen Bauraum. Dies gilt es zu vermeiden.Out 1 goes a sensor arrangement according to the invention comprising two sensor elements 1 . 2 of a piezoelectric ceramic, each with two mutually parallel end faces 1.1 . 1.2 . 2.1 . 2.2 out, each one electrode 3 . 4 . 5 train or record. The two sensor elements 1 . 2 are stacked such that anode forming or receiving faces 1.2 . 2.1 the sensor elements 1 . 2 are opposite. That is, the sensor elements 1 . 2 are reversely polarized. While the two inner faces 1.2 . 2.1 each form anodes or record, serve the two outer faces 1.1 . 2.2 in each case the training or recording of the cathodes. When installing the sensor arrangement in a component, for example in a fuel injector, the cathodes forming or receiving end faces 1.1 . 2.2 preferably applied directly to a housing part of the fuel injector (not shown) and via the contact with the housing part the required ground connection 8th produced. Only the connection of the common center electrode 5 then requires a targeted contact. For this purpose, a contacting wire 9 over the circumference of the sensor assembly to the common center electrode 5 be led up. The connection of such a contacting wire 9 to the common center electrode 5 however, requires additional space. This should be avoided.

Der 2 ist der Aufbau einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung zu entnehmen. Die dargestellte Sensoranordnung umfasst zwei Sensorelemente 1, 2, von denen jedes zwei parallele Stirnflächen 1.1, 1.2, 2.1, 2.2 aufweist. Die Stirnflächen dienen der Ausbildung bzw. Aufnahme von Elektroden 3, 4. Wie im Beispiel der 1 sind die beiden Sensorelemente 1, 2 derart gefügt, dass sich jeweils Anoden oder Kathoden gegenüberliegen. Als Fügemittel dient ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise ein Klebstoff oder ein Lot, das im gefügten Zustand die gemeinsame Mittelelektrode 5 ausbildet.Of the 2 the structure of a further embodiment of a sensor arrangement according to the invention can be seen. The illustrated sensor arrangement comprises two sensor elements 1 . 2 each of which has two parallel faces 1.1 . 1.2 . 2.1 . 2.2 having. The end faces serve to form or receive electrodes 3 . 4 , As in the example of 1 are the two sensor elements 1 . 2 joined such that in each case anodes or cathodes are opposite. The joining means used is an electrically conductive material, for example an adhesive or a solder, which in the joined state, the common center electrode 5 formed.

Wie in der 3 dargestellt, kann die elektrisch leitende Verbindung der beiden Sensorelemente 1, 2 auch ohne zusätzliches Fügemittel hergestellt werden. Werden beispielsweise die Elektroden 4 auf die einander zugewandten Stirnflächen 1.2, 2.1 der Sensorelemente 1, 2 aufgedruckt und anschließend eingebrannt, kann die aufgebrachte noch nasse Druckpaste als Fügemittel dienen. Die aufgebrachte und eingebrannte Druckpaste bildet zugleich die gemeinsame Mittelelektrode 5 aus. Dabei kann die Druckpaste nur auf eine oder beide Stirnflächen 1.2, 2.1 aufgetragen werden. Like in the 3 shown, the electrically conductive connection of the two sensor elements 1 . 2 also be produced without additional joining agent. For example, the electrodes 4 on the mutually facing end faces 1.2 . 2.1 the sensor elements 1 . 2 imprinted and then baked, the applied still wet printing paste can serve as a joining agent. The applied and baked printing paste also forms the common center electrode 5 out. The printing paste can only on one or both faces 1.2 . 2.1 be applied.

Des Weiteren ist es möglich, dass ein elektrisch leitfähiges Fügemittel direkt auf das piezoelektrische Material der Sensorelemente 1, 2 zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung und zur Ausbildung einer gemeinsamen Mittelelektrode 5 aufgebracht wird. Die einander zugewandten Stirnflächen 1.2, 2.1 müssen in diesem Fall darüber hinaus keine Elektroden 4 ausbilden oder aufnehmen. Diese Ausführungsform ist in den 4a bis 4c und 5a bis 5c dargestellt. Furthermore, it is possible for an electrically conductive joining agent to be applied directly to the piezoelectric material of the sensor elements 1 . 2 for producing an electrically conductive connection and for forming a common center electrode 5 is applied. The facing faces 1.2 . 2.1 In addition, in this case, no electrodes need 4 train or record. This embodiment is in the 4a to 4c and 5a to 5c shown.

Alternativ können die Sensorelemente 1, 2 auch schon im Grünzustand mit aus Druckpaste bestehenden Elektroden versehen, miteinander verbunden und dann gemeinsam gesintert werden. Damit entfällt die Notwendigkeit einer späteren Löt- oder Klebeverbindung.Alternatively, the sensor elements 1 . 2 even provided in the green state with pressure paste existing electrodes, interconnected and then sintered together. This eliminates the need for a later solder or adhesive connection.

Um die Kontaktierung der gemeinsamen Mittelelektrode 5 zu vereinfachen, weist vorzugsweise wenigstens ein Sensorelement 1, 2 eine Ausnehmung 6 auf, welche sich über die gesamte Höhe des Sensorelementes 1, 2 erstreckt. Im Ausführungsbeispiel der 4a bis 4c weist das obere Sensorelement 1 eine solche Ausnehmung 6 auf. Im Ausführungsbeispiel der 5a bis 5c weisen beide Sensorelemente 1, 2 jeweils eine Ausnehmung 6 auf, wobei diese jedoch versetzt zueinander angeordnet sind. Der Versatz kommt über eine Verdrehung der Sensorelemente 1, 2 zueinander um einen Winkel von 180° zustande, so dass nach dem Fügen die Ausnehmungen 6 um diesen Winkel verdreht zueinander liegen. Die beiden Sensorelemente 1, 2 sind im Übrigen baugleich ausgeführt, so dass nur eine Art Sensorelement vorgehalten werden muss, wodurch sich die Herstellungskosten minimieren lassen. To contact the common center electrode 5 To simplify, preferably has at least one sensor element 1 . 2 a recess 6 on, which extends over the entire height of the sensor element 1 . 2 extends. In the embodiment of 4a to 4c has the upper sensor element 1 such a recess 6 on. In the embodiment of 5a to 5c have both sensor elements 1 . 2 one recess each 6 on, but these are arranged offset from one another. The offset comes via a rotation of the sensor elements 1 . 2 to each other by an angle of 180 °, so that after joining the recesses 6 twisted by this angle to each other. The two sensor elements 1 . 2 are otherwise identical, so that only one type of sensor element must be kept, which can be minimized manufacturing costs.

Alternativ zu den Ausführungsformen der 4a bis 4c und 5a bis 5c kann die Ausnehmung 6 auch beabstandet zur Umfangsfläche 7 des jeweiligen Sensorelementes 1, 2 angeordnet sein. Die Randlage vereinfacht jedoch die Herstellung der Ausnehmung 6 und ermöglicht zudem eine Kontaktierung der gemeinsamen Mittelelektrode 5 vom Umfang der Sensoranordnung her.Alternatively to the embodiments of 4a to 4c and 5a to 5c can the recess 6 also spaced from the peripheral surface 7 of the respective sensor element 1 . 2 be arranged. However, the peripheral position simplifies the production of the recess 6 and also allows contacting of the common center electrode 5 from the scope of the sensor arrangement ago.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2009/067833 A2 [0002]

Claims

Sensor arrangement for force or pressure measurement, in particular for installation in a fuel injector for needle closing time point detection, comprising at least one sensor element ( 1 ) of a piezoelectric material with two mutually parallel end faces ( 1.1 . 1.2 ), each of which is an electrode ( 3 . 4 . 5 ), characterized in that the sensor element ( 1 ) with an electrode ( 3 . 4 . 5 ) forming or receiving end face ( 1.2 ) directly or indirectly on an end face ( 2.1 ) of a further sensor element ( 2 ) of a piezoelectric material with two mutually parallel end faces ( 2.1 . 2.2 ), each of which is an electrode ( 3 . 4 . 5 ) or abuts, abuts and both sensor elements ( 1 . 2 ) are electrically conductively connected, so that in the contact region of both sensor elements ( 1 . 2 ) a common center electrode ( 5 ) is formed over at least one of the height of a sensor element ( 1 . 2 ) extending recess ( 6 ) Is contacted from the outside.

Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that over the height of a sensor element ( 1 . 2 ) extending recess ( 6 ) in the region of a peripheral surface ( 7 ) of the sensor element ( 1 . 2 ) or spaced from the peripheral surface ( 7 ) is arranged.

Sensor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that each sensor element ( 1 . 2 ) at least one over the height of the sensor element ( 1 . 2 ) extending recess ( 6 ), wherein the recesses ( 6 ) are preferably offset from one another.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive connection of both sensor elements ( 1 . 2 ) is produced via a cohesive connection, for example an adhesive or soldered connection.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one electrode ( 3 . 4 ) on an end face ( 1.1 . 1.2 . 2.1 . 2.2 ) of a sensor element ( 1 . 2 ) and the electrically conductive connection of both sensor elements ( 1 . 2 ) preferably over the on a face ( 1.2 . 2.1 ) applied and baked print paste is made.

Fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine with a sensor arrangement according to one of the preceding claims for Nadelschließzeitpunkterkennung, wherein the sensor arrangement disposed in a low pressure region of the fuel injector and when opening and closing a nozzle needle directly or indirectly with an axial force can be acted upon, which is proportional to the control chamber pressure is in a control room.

Fuel injector according to claim 6, characterized in that at least one sensor element ( 1 . 2 ) of the sensor arrangement for producing a ground connection via at least one end face ( 1.1 . 2.2 ) or one on the front surface ( 1.1 . 2.2 ) formed electrode ( 3 ) is electrically or indirectly directly connected to a housing part of the fuel injector.