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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Schwingungsaufnehmer für verschiedene Zwecke bekannt. Ein Zweck, auf den die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist der Einsatz eines Schwingungsaufnehmers als Klopfsensor für die Überwachung der Funktion eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug.
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Die
DE 10 2007 024 202 A1 und die
DE 10 2011 004 144 A1 beschreiben jeweils einen Klopfsensor mit einer Druckhülse, die mittels einer Anlagefläche mit einem Schwingungen verursachenden Bauteil wirkverbindbar ist, einem Sensorelement und einer seismischen Masse, die die Druckhülse zumindest abschnittsweise umgreifen, sowie einer Federeinrichtung, welche das Sensorelement und die seismische Masse unter einer in einer axialen Richtung der Druckhülse wirkenden Vorspannung hält. Zum Anbringen des Klopfsensors an dem Bauteil wird eine Schraube durch die Druckhülse gesteckt und mit dem Bauteil verschraubt.
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Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Schwingungsaufnehmer beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So bestehen die bekannten Schwingungsaufnehmer aus vielen einzelnen Bauteilen. Die Herstellkosten sind maßgeblich durch die Kosten dieser Bauteile sowie durch deren Größe bestimmt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird daher ein Schwingungsaufnehmer vorgeschlagen, welcher die Nachteile bekannter Schwingungsaufnehmer zumindest weitgehend vermeidet und der durch Entfall verschiedener bestimmter Bauteile kostengünstiger und kleiner herstellbar ist.
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Ein erfindungsgemäßer Schwingungsaufnehmer zum Aufnehmen von Schwingungen eines Schwingungen verursachenden Bauteils umfasst ein Gehäuse mit einem Innenraum und ein Sensorelement, wobei das Sensorelement in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist. Der Schwingungsaufnehmer weist weiterhin ein oberes Aufnahmeteil auf, das teilweise in dem Innenraum angeordnet ist und das Gehäuse derart durchragt, dass der Schwingungsaufnehmer mittels eines außerhalb des Gehäuses angeordneten Fixierelements mit dem Bauteil verbindbar ist
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Das Sensorelement kann ununterbrochen ausgebildet sein, da das Fixierelement außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und dieses somit nicht wie bei herkömmlichen Schwingungsaufnehmern von dem Fixierelement durchdrungen wird. Der Innenraum kann zylindrisch um eine Zylinderachse ausgebildet sein. Das Sensorelement kann rotationssymmetrisch um die Zylinderachse ausgebildet sein. Das Gehäuse kann eine bauteilzugewandte Stirnseite und eine bauteilabgewandte Stirnseite aufweisen. Das obere Aufnahmeteil kann das Gehäuse auf der bauteilabgewandten Stirnseite durchragen. Der Schwingungsaufnehmer kann weiterhin ein unteres Aufnahmeteil aufweisen, das in dem Innenraum angeordnet ist und das Gehäuse durchragt. Das untere Aufnahmeteil kann das Gehäuse auf der bauteilzugewandten Stirnseite durchragen. Das Sensorelement kann zwischen dem oberen Aufnahmeteil und dem unteren Aufnahmeteil angeordnet sein. Das obere Aufnahmeteil und das untere Aufnahmeteil können aus einem widerstandsfähigen Material hergestellt sein. Der Innenraum kann zylindrisch um eine Zylinderachse ausgebildet sein. Das obere Aufnahmeteil und das untere Aufnahmeteil können rotationssymmetrisch um die Zylinderachse ausgebildet sein. Das obere Aufnahmeteil und/oder das untere Aufnahmeteil können eine Abmessung senkrecht zu der Zylinderachse aufweisen, die identisch mit einer Abmessung des Sensorelements senkrecht zu der Zylinderachse ist. Das Fixierelement kann mindestens einen Anlageabschnitt aufweisen, der zum Anliegen an dem oberen Aufnahmeteil ausgebildet ist., Der Anlageabschnitt kann zum Andrücken des Schwingungsaufnehmers an das Bauteil ausgebildet sein. Das Andrücken kann mittels eines Befestigungselements bewirkt werden. Das Befestigungselement kann so ausgebildet sein, dass das Fixierelement mittels einer kraftschlüssigen Verbindung mit dem Bauteil verbindbar ist. Das Befestigungselement kann dabei eine Schraube sein. Das Fixierelement kann eine Bohrung zum Aufnehmen der Schraube aufweisen. Die Bohrung kann zumindest in dem Anlageabschnitt ausgebildet sein. Der Innenraum kann zylindrisch um eine Zylinderachse ausgebildet sein, wobei sich die Bohrung entlang einer Bohrungsachse erstreckt, wobei die Zylinderachse und die Bohrungsachse im Wesentlichen parallel sind. Das Fixierelement kann einen Führungsabschnitt aufweisen, der sich vollständig über eine Höhe des Gehäuses erstreckt.
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Unter einem Fixierelement ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein jedes Bauteil zu verstehen, das geeignet ist, den Schwingungsaufnehmer derart an dem Schwingungen verursachenden Bauteil zu montieren oder befestigen, dass dieser an seiner Position gehalten wird. Das Montieren oder Befestigen kann dabei durch das Fixierelement alleine oder mittels eines Befestigungselements erfolgen.
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Unter einer kraftschlüssigen Verbindung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Verbindung zu verstehen, die eine Normalkraft auf die miteinander zu verbindenden Flächen voraussetzt. Die gegenseitige Verschiebung der zu verbindenden Flächen ist verhindert, solange die durch die Haftreibung bewirkte Gegenkraft nicht überschritten wird. Unter einer kraftschlüssigen Verbindung ist beispielsweise eine Schraubverbindung zu verstehen.
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Unter einem Zylinder ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein von zwei parallelen, ebenen, kongruenten Flächen und einer Mantel- bzw. Zylinderfläche begrenzter Körper zu verstehen, wobei die Mantelfläche von parallelen Geraden gebildet wird. Mit anderen Worten entsteht ein Zylinder durch Verschiebung einer ebenen Fläche oder Kurve entlang einer Geraden, die nicht in dieser Ebene liegt.
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Ein derartiger Zylinder kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt einen Kreis als Grundfläche aufweisen. Es sind jedoch auch andere Grundflächen denkbar, wie beispielsweise eine elliptische oder polygonale Grundfläche.
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Unter einem widerstandsfähigen Material ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Material zu verstehen, das geeignet ist, den am jeweiligen Einsatzort des Schwingungsaufnehmers auftretenden Kräften, insbesondere Druckkräften, ohne Beschädigungen zu widerstehen. Ein derartiges Material kann beispielsweise Metall oder Stahl sein. Auch andere stabile Materialien kommen grundsätzlich in Betracht, wie beispielsweise Materialien auf Carbon-Basis.
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Unter einer Höhe des Gehäuses ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein eine Abmessung des Gehäuses zu verstehen, die sich parallel zu einer vorgesehenen Montagerichtung des Gehäuses an dem Schwingungen verursachenden Bauteil erstreckt.
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Unter einer Anordnung der Zylinderachse im Wesentlichen parallel zu der Bohrungsachse ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Orientierung der Zylinderachse relativ zu der Bohrungsachse zu verstehen, die um nicht mehr als 15 °, bevorzugt nicht mehr als 10 ° und noch bevorzugter nicht mehr als 5 °von einer exakten parallelen Orientierung abweicht, beispielsweise nicht mehr als 4 °.
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Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist die Verlagerung des Fixierelements an den Motorblock außerhalb des Gehäuses des Sensors. Dadurch kann der Sensor bei gleicher funktionaler Leistung deutlich in der Größe reduziert werden. Durch den neuen Designansatz entfallen Bauteile, die zu einer deutlichen Reduzierung der Kosten beitragen. Des Weiteren kann durch das erfindungsgemäße Design der Sensor deutlich in der Größe reduziert werden, was zu einer kleineren Baugröße führt. Der Aufbau des Sensors kann beispielsweise durch eine würfelige oder zylindrische Form dargestellt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
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Es zeigen:
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1 einen Schwingungsaufnehmer gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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2 einen Schwingungsaufnehmer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Schwingungsaufnehmer 10 zum Aufnehmen von Schwingungen eines Schwingungen verursachenden Bauteils 12 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Schwingungen verursachende Bauteil 12 kann beispielsweise ein Motorblock sein. Entsprechend kann der Schwingungsaufnehmer 10 als Klopfsensor ausgebildet sein. Der Schwingungsaufnehmer 10 weist ein Gehäuse 14, insbesondere ein spritzgegossenes Kunststoffgehäuse 14 auf. Das Gehäuse 14 weist einen Innenraum 16 auf. Das Gehäuse 14 weist weiterhin einen vorzugsweise integrierten Anschlussabschnitt 18 mit einem eingespritzten Anschlusskabel auf. Alternativ kann der Anschlussabschnitt 18 als Stecker oder als Steckverbindung zum vorzugsweise wieder lösbaren Anschluss des Anschlusskabels ausgebildet sein. Elektrische Leiter bzw. Litzen des Anschlusskabels sind im Inneren des Anschlussabschnitts 18 angeordnet.
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Das Gehäuse 14 weist eine bauteilzugewandte Stirnseite 20 und eine bauteilabgewandte Stirnseite 22 auf. Der Innenraum 16 des Gehäuses 14 kann zylindrisch um eine Zylinderachse 24 ausgebildet sein. In dem Innenraum 16 sind in der nachstehend genannten Reihenfolge von der bauteilabgewandten Stirnseite 22 in Richtung zu der bauteilzugewandten Stirnseite 20 eine obere Isolierscheibe 26, eine obere Kontaktscheibe 28, ein Sensorelement 30, eine untere Kontaktscheibe 32 und eine untere Isolierscheibe 34 angeordnet. Das Sensorelement 30 ist beispielsweise ein piezoelektrisches Sensorelement. Das Sensorelement 30 ist bevorzugt rotationssymmetrisch um die Zylinderachse 24 ausgebildet. Die elektrischen Leiter bzw. Litzen des Anschlusskabels sind jeweils mit den Kontaktscheiben 28, 32 verbunden und übertragen eine elektrische Spannung, welche bei einer Druckbeaufschlagung des Sensorelements 30 erzeugt wird. Mittels einer Auswertung der elektrischen Spannung mit einer nicht näher dargestellten Auswerteeinrichtung kann beispielsweise eine Schwingungsbelastung des Bauteils 12 ermittelt werden.
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Die obere Isolierscheibe 26, die obere Kontaktscheibe 28, das Sensorelement 30, die untere Kontaktscheibe 32 und die untere Isolierscheibe 34 sind zwischen einem oberen Aufnahmeteil 36 und einem unteren Aufnahmeteil 38 angeordnet. Das obere Aufnahmeteil 36 berührt dabei die obere Isolierscheibe 26. Das obere Aufnahmeteil 36 ist so ausgebildet, dass es teilweise in dem Innenraum 16 angeordnet ist und das Gehäuse 14 auf der bauteilabgewandten Stirnseite 22 teilweise durchragt. Mit anderen Worten befindet sich ein erster Abschnitt des oberen Aufnahmeteils 36 in dem Innenraum 16 und ein zweiter Abschnitt des oberen Aufnahmeteils 36 durchragt das Gehäuse 14 auf der bauteilabgewandten Stirnseite 22 derart, dass der zweite Abschnitt nach außen hin von em innenraum 16 weg freiliegt. Der zweite Abschnitt des oberen Aufnahmeteils 36 kann dabei optional von dem Gehäuse 14 vorstehen, schließt jedoch in jedem Fall mindestens mit diesem bündig ab. Das obere Aufnahmeteil 36 kann als seismische Masse 36 ausgebildet sein oder als solche wirken. Optional kann eine zusätzliche seismische Masse vorgesehen sein, die beispielsweise zwischen dem oberen Aufnahmeteil 36 und der oberen Isolierscheibe 26 angeordnet ist. Das untere Aufnahmeteil 38 berührt dabei die untere Isolierscheibe 34. Das untere Aufnahmeteil 38 ist so ausgebildet, dass es teilweise in dem Innenraum 16 angeordnet ist und das Gehäuse 14 auf der bauteilzugewandten Stirnseite 20 teilweise durchragt. Mit anderen Worten befindet sich ein erster Abschnitt des unteren Aufnahmeteils 38 in dem Innenraum 16 und ein zweiter Abschnitt des unteren Aufnahmeteils 38 durchragt das Gehäuse 14 auf der bauteilzugewandten Stirnseite 20 derart, dass der zweite Abschnitt nach außen hin von dem Innenraum 16 weg freiliegt. Der zweite Abschnitt des unteren Aufnahmeteils 38 kann dabei optional von dem Gehäuse 14 vorstehen, schließt jedoch in jedem Fall mindestens mit diesem bündig ab. Das obere Aufnahmeteil 36 kann als seismische Masse 36 ausgebildet sein oder als solche wirken. Optional kann eine zusätzliche seismische Masse vorgesehen sein, die beispielsweise zwischen dem oberen Aufnahmeteil 36 und der oberen Isolierscheibe 26 angeordnet ist. Das untere Aufnahmeteil 38 ist zum Tragen des Aufbaus bestehend aus oberer Isolierscheibe 26, oberer Kontaktscheibe 28, Sensorelement 30, unterer Kontaktscheibe 32 und unterer Isolierscheibe 34 ausgebildet. Das obere Aufnahmeteil 36 und das untere Aufnahmeteil 38 sind aus einem widerstandsfähigen Material hergestellt, das den während eines Betriebs durch Schwingungen verursachten Kräften widerstehen kann, ohne beschädigt zu werden. Beispielsweise sind das obere Aufnahmeteil 36 und das untere Aufnahmeteil 38 aus Metall oder Stahl hergestellt. Falls das obere Aufnahmeteil 36 und/oder das untere Aufnahmeteil 38 aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sind, können die obere Isolierscheibe 26 und/oder die untere Isolierscheibe 34 entfallen. Das obere Aufnahmeteil 36 und/oder das untere Aufnahmeteil 38 weisen eine Abmessung senkrecht zu der Zylinderachse 24 auf, die identisch mit einer Abmessung des Sensorelements 30 senkrecht zu der Zylinderachse 24 ist.
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Der Schwingungsaufnehmer 10 ist mittels eines Fixierelements 40 an dem Bauteil 12 anbringbar oder montierbar. Das Fixierelement 40 ist zum Verbinden mit dem Bauteil 12 mittels eines Befestigungselements 42 ausgebildet und außerhalb des Gehäuses 14 angeordnet. Das Fixierelement 40 weist mindestens einen Anlageabschnitt 44 auf. Der Anlageabschnitt 44 ist zum Anliegen an dem Teil des oberen Aufnahmeteils 36 ausgebildet, der das Gehäuse 14 durchragt. Das Befestigungselement 42 ist so ausgebildet, dass das Fixierelement 40 mittels einer kraftschlüssigen Verbindung mit dem Bauteil 12 verbindbar ist. Beispielsweise ist das Befestigungselement 42 eine Schraube 46. Mittels der Schraube 46 kann das Fixierelement 40 mit dem Bauteil 12 kraftschlüssig verbunden werden, indem diese miteinander verschraubt werden.
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Das Fixierelement 40 weist eine Bohrung 48 zum Aufnehmen der Schraube 46 auf. Die Bohrung 48 ist zumindest in dem Anlageabschnitt 44 und beabstandet zu dem Gehäuse 14 ausgebildet. Die Bohrung 48 erstreckt sich entlang einer Bohrungsachse 50. Die Bohrung 48 ist um die Bohrungsachse 50 ausgebildet. Die Bohrung 48 ist insbesondere rotationssymmetrisch um die Bohrungsachse 50 ausgebildet. Die Zylinderachse 24 und die Bohrungsachse 50 sind im Wesentlichen parallel beispielsweise mit einer Abweichung von nicht mehr als 15° von einer exakten parallelen Orientierung, beispielsweise nicht mehr als 5°. Das Fixierelement 40 weist weiterhin einen Führungsabschnitt 52 auf. Der Führungsabschnitt 52 erstreckt sich vollständig über eine Höhe 54 des Gehäuses 14. Die Höhe 54 des Gehäuses 14 ist eine Abmessung parallel zu einer Richtung, die die bauteilabgewandte Stirnseite 22 und die bauteilzugewandte Stirnseite 20 verbindet und senkrecht zu diesen ist. Der Führungsabschnitt 52 dient zum Führen der Schraube 46. Die Bohrung 48 kann dabei zusätzlich in dem Führungsabschnitt 52 ausgebildet sein. Dadurch, dass die Bohrung 48 beabstandet zu dem Gehäuse 14 ausgebildet ist, wird das Befestigungselement 42, wie beispielsweise die Schraube 46, neben das Gehäuse 14 und durch die Bohrung 48 gesteckt. Mittels der Schraube 46 kann das Fixierelement 40 mit dem Bauteil 12 kraftschlüssig verbunden werden, indem diese miteinander verschraubt werden. Bei Anziehen ziehen des Befestigungselements 42 bzw. der Schraube 46 drückt der Anlageabschnitt 44 gegen den Teil des oberen Aufnahmeteils 36, der das Gehäuse 14 durchragt. Das obere Aufnahmeteil 36 drückt dabei wiederum den Aufbau bestehend aus oberer Isolierscheibe 26, oberer Kontaktscheibe 28, Sensorelement 30, unterer Kontaktscheibe 32 und unterer Isolierscheibe 34 gegen das untere Aufnahmeteil 38, das wiederum dadurch gegen das Bauteil 12 gedrückt wird. Dadurch wird der Aufbau bestehend aus oberer Isolierscheibe 26, oberer Kontaktscheibe 28, Sensorelement 30, unterer Kontaktscheibe 32 und unterer Isolierscheibe 34 an seiner Position gehalten, wodurch wiederum das Gehäuse 14 an seiner Position relativ zu dem Bauteil 12 gehalten wird.
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Dies erlaubt eine insgesamt kleinere Ausbildung des Sensorelements 30 und des Innenraums 16. Insbesondere kann das Sensorelement 30 ununterbrochen ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann das Sensorelement 30 ohne Unterbrechung ausgebildet sein, wie beispielsweise in Form eines Durchgangslochs, das bei herkömmlichen Schwingungsaufnehmern erforderlich war, um das Sensorelement auf der Druckhülse anzubringen. Der Aufbau des Schwingungsaufnehmers 10 kann insbesondere quaderförmig, wie beispielsweise würfelförmig, oder zylindrisch ausgeführt sein.
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2 zeigt einen Schwingungsaufnehmer 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Fixierelement 40 als Bügelfeder 56 ausgebildet. Die Bügelfeder 56 ist mit dem Bauteil 12 verbindbar, in dem Federspitzen 58 in entsprechend ausgebildete Aufnahmen (nicht näher gezeigt) an dem Bauteil 12 gesteckt werden. Die Bügelfeder 56 weist ebenfalls einen Anlageabschnitt 44 auf. Wird die Bügelfeder mit den Federspitzen 58 in die entsprechend ausgebildeten Aufnahmen an dem Bauteil 12 gesteckt und über das Gehäuse 14 geschoben, so drückt der Anlageabschnitt 44 gegen den Teil des oberen Aufnahmeteils 36, der das Gehäuse 14 durchragt. Das obere Aufnahmeteil 36 drückt dabei wiederum den Aufbau bestehend aus oberer Isolierscheibe 26, oberer Kontaktscheibe 28, Sensorelement 30, unterer Kontaktscheibe 32 und unterer Isolierscheibe 34 gegen das untere Aufnahmeteil 38, das wiederum dadurch gegen das Bauteil 12 gedrückt wird. Dadurch wird der Aufbau bestehend aus oberer Isolierscheibe 26, oberer Kontaktscheibe 28, Sensorelement 30, unterer Kontaktscheibe 32 und unterer Isolierscheibe 34 an seiner Position gehalten, wodurch wiederum das Gehäuse 14 an seiner Position relativ zu dem Bauteil 12 gehalten wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007024202 A1 [0002]
- DE 102011004144 A1 [0002]
