DE102016114929A1

DE102016114929A1 - Druckmessglühkerze

Info

Publication number: DE102016114929A1
Application number: DE102016114929.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Haussner
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2016-08-11
Filing date: 2016-08-11
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2036-08-12
Also published as: DE102016114929B4; US20180045412A1; US10641487B2; KR20180018433A

Abstract

Beschrieben wird eine Druckmessglühkerze mit einem Gehäuse (2), einem Glühstift (1), der aus dem Gehäuse (2) herausragt und in seiner Längsrichtung relativ zu dem Gehäuse (2) gegen eine Rückstellkraft verschiebbar ist, einem Sensor (5), der die Position des Glühstifts (1) oder einen auf dem Glühstift (1) lastenden Druck erfasst, und einem Innenpol (4), der in dem Gehäuse (2) angeordnet ist und elektrisch über eine Kontaktfeder (3) an den Glühstift (1) angeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kontaktfeder (3) als ein U-förmig gebogener Metallstreifen ausgebildet ist, der in einem mittleren Abschnitt (3a) eine reduzierte Breite aufweist und sich von dem mittleren Abschnitt (3a) zu seinen beiden Enden hin verbreitert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmessglühkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Bei Druckmessglühkerzen ist der Glühstift unter Einwirkung des Brennraumdrucks relativ zu dem Kerzengehäuse beweglich. Je größer der Brennraumdruck ist, desto weiter wird der Glühstift in das Gehäuse hineingedrückt. Der auf dem Glühstift lastende Druck bzw. die druckabhängige Position des Glühstifts relativ zu dem Gehäuse wird mit einem Sensor erfasst, beispielsweise mit einem piezoelektrischen Sensor oder einem Dehnungsmessstreifen.
Bei einer solchen Druckmessglühkerze muss der Glühstift elektrisch an den Innenpol angeschlossen werden. Die geschieht üblicher Weise mit einer Kontaktfeder. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass die Kontaktfeder eine Quelle von Störsignalen sein, kann welche die Genauigkeit einer Druckmessung beeinträchtigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie kostengünstig eine Druckmessglühkerze geschaffen werden kann, die gute Messungen des Brennraumdrucks ermöglicht, insbesondere wie Beeinträchtigungen der Messgenauigkeit durch Störeinflüsse der Kontaktfeder reduziert werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Druckmessglühkerze mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einer erfindungsgemäßen Druckmessglühkerze ist die Kontaktfeder, über welche der Glühstift elektrisch an den Innenpol angeschlossen ist, ein U-förmig gebogener Streifen aus Metall, dessen mittlerer Abschnitt eine reduzierte Breite aufweist. Durch diese einfache Maßnahme können störende Einflüsse der Kontaktfeder auf die Genauigkeit einer Druckmessung wesentlich reduziert werden. Die Kraft, welche der Glühstift auf die Kontaktfeder ausübt, ist nämlich wegen Montagetoleranzen oder Schwingungen in der Regel nicht genau im Zentrum und perfekt in axialer Richtung orientiert, so dass die Kontaktfeder nicht nur in axialer Richtung zusammengedrückt wird, sondern auch Kippmomenten ausgesetzt ist. Der Widerstand, den die Kontaktfeder solchen Kippmomenten entgegenbringt, ist bei einer erfindungsgemäßen Kontaktfeder reduziert und insbesondere in Umfangsrichtung gleichmäßiger, hängt also weniger stark von der Richtung des Kippmoments ab. Der Metallstreifen kann beispielsweise aus Blech sein.
Der U-förmig gebogene Metallstreifen bildet eine Feder, die zwei Schenkel aufweist. Wenn der Glühstift von dem Brennraumdruck weiter in das Gehäuse der Glühkerze hineingeschoben wird, werden die beiden Schenkel zueinander hin bewegt. In dem gebogenen Bereich, welcher die beiden Schenkel verbindet, hat der Metallstreifen seine geringste Breite, beispielsweise weniger als drei Viertel seiner maximalen Breite oder sogar weniger als zwei Drittel seiner maximalen Breite. Die Breite in dem gebogenen Bereich, welcher die beiden Schenkel verbindet, beträgt bevorzugt ein Mehrfaches der Dicke des Metallstreifens, beispielsweise wenigstens das Doppelte der Dicke, insbesondere das Dreifache der Dicke oder mehr. Der elektrische Widerstand der Kontaktfeder ist dann trotz der reduzierten Breite in dem mittleren Abschnitt immer noch ausreichend klein, so dass keine problematische Verlustwärme auftritt.
Der U-förmig gebogene Metallstreifen kann sich von seinem mittleren Abschnitt aus kontinuierlich zu seinen Enden hin verbreitern. Möglich ist aber auch, dass der Metallstreifen sich sprunghaft oder über eine oder mehrere Stufen verbreitert, beispielsweise indem der Metallstreifen in dem mittleren Abschnitt beidseitig einen Einschnitt, eine Einbuchtung oder eine Einkerbung aufweist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Metallstreifen Endabschnitte aufweist, die nach außen gebogen sind. Diese Endabschnitte können jeweils zur elektrischen Kontaktierung mit dem Innenpol bzw. dem Glühstift verwendet werden, beispielsweise durch Verlöten oder Schweißen. Die Verbreiterung des Metallstreifens zu seinen Enden hin, kann sich hinter diesen Biegungen der Endabschnitte fortsetzen oder auch erst in der Biegung der Endabschnitte beginnen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Metallstreifen seine kleinste Breite in dem mittleren Abschnitt hat. Die minimale Breite kann dabei in einem Abschnitt konstant bleiben, dessen Länge wenigstens ebenso groß wie seine Breite ist. An diesen mittleren Abschnitt können dann Endabschnitte anschließen, die sich verbreitern.
Eine weitere Verbesserung der Messgenauigkeit lässt sich erreichen, wenn die Kontaktfeder in einer definierten, vorgegebenen radialen Orientierung relativ zu dem Sensor, beispielsweise einem Dehnungsmesstreifen, angeordnet ist. Bevorzugt hat die Glühkerze deshalb eine Markierung, relativ zu der die Kontaktfeder und der Sensor orientiert sind. Diese Markierung kann beispielsweise eine Markierungsfläche an dem Sensor sein. Durch die reduzierte Breite der Kontaktfeder in dem gebogenen Bereich wird zwar die Abhängigkeit der Federkonstante der Kontaktfeder von der radialen Orientierung reduziert, verschwindet jedoch nicht völlig. Die Kontaktfeder ist „weicher” bei Belastung in einer ersten Richtung, bei der beide Schenkel zusammengedrückt werden, als bei einer Belastung in einer dazu senkrechten Richtung, also einem Kippen des Glühstifts senkrecht zur ersten Richtung.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind darin mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Druckmessglühkerze,
2 ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktfeder, welche den Glühstift elektrisch an den Innenpol der Glühkerze anschließt;
3 die in 2 gezeigte Kontaktfeder mit einer radialen Orientierung der Glühkerze;
4 ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktfeder, welche den Glühstift elektrisch an den Innenpol der Glühkerze anschließt; und
5 eine Schnittansicht einer Druckmessglühkerze mit der in 4 gezeigten Kontaktfeder;
Die in den 1 und 5 schematisch dargestellte Glühkerze weist einen Glühstift 1 auf, der in einem Gehäuse 2 gehalten und relativ zu diesem in axialer Richtung gegen eine Rückstellkraft beweglich ist. Der Glühstift 1 ragt dabei mit einem Ende aus dem Gehäuse 2 heraus und ist an seinem anderen Ende mittels einer Kontaktfeder 3 elektrisch an einen in dem Gehäuse 2 angeordneten Innenpol 4 angeschlossen. Die Position des Glühstifts 1 relativ zu dem Gehäuse 2 bzw. der auf dem Glühstift 1 lastende Druck werden von einem Sensor 5 erfasst, beispielsweise einem piezoelektrischen Sensor oder einem Dehnungsmesstreifen.
In 2 ist in einer Detailansicht der Glühkerze die Kontaktfeder 3 mit einem Endabschnitt des Innenpols 4 und einem Endabschnitt des Glühstifts 1 schematisch dargestellt. Die Kontaktfeder 3 ist ein U-förmig gebogener Metallstreifen, der der in einem mittleren Abschnitt 3a eine reduzierte Breite aufweist und sich von dem mittleren Abschnitt 3a zu seinen beiden Enden hin verbreitert. Der Metallstreifen bildet so eine Feder, die zwei Schenkel aufweist, welche durch Druck aufeinander zu bewegt werden. Die Schenkel sind durch den gebogenen, mittleren Abschnitt 3a des Metallstreifens miteinander verbunden und weisen nach außen gebogene Endabschnitte 3b auf.
Der Metallstreifen kann sich von dem mittleren Abschnitt 3a aus kontinuierlich zu seinen beiden Enden hin verbreitern oder beispielsweise in Stufen. Der Metallstreifen kann sich dabei in der Biegung verbreitern, mit welcher die Endabschnitte 3b nach außen gebogen sind.
Der Metallstreifen ist beispielsweise aus Blech und hat seine kleinste Breite in dem mittleren Abschnitt 3a. Bevorzugt hat der Metallstreifen seine minimale Breite in einem gebogenen Abschnitt, der länger als die minimale Breite ist. Die minimale Breite des Metallstreifens sollte nicht zu klein sein, damit der elektrische Widerstand der Kontaktfeder nicht so groß wird, dass ohmsche Erwärmung zu Problemen führt. Bevorzugt hat der Metallstreifen in seinem mittleren Abschnitt eine minimale Breite hat, die wenigstens das Doppelte, vorzugsweise wenigstens das Dreifache, seiner Dicke ist. In der Regel ist es günstig, wenn der Metallstreifen eine Breite hat, die weniger als drei Viertel, beispielsweise weniger als zwei Drittel seiner maximalen Breite beträgt.
In 3 ist die Kontaktfeder 3 die zusammen mit einer Markierung der Glühkerze gezeigt, relativ zu welcher die Kontaktfeder 3 mit einer definierten Orientierung montiert wird. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Markierung als eine ebene Fläche eines ansonsten kreisrunden Bauteils ausgebildet, wobei eine Schmalseite des U-förmig gebogenen Metallstreifens zu dieser Markierung hin orientiert ist.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktfeder 3, das sich von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass in dem mittleren Abschnitt 3a die Breite durch beidseitige Einschnitte oder Einbuchtungen zusätzlich reduziert ist.
Bezugszeichenliste

1: Glühstift
2: Gehäuse
3: Kontaktfeder
3a: mittlerer Abschnitt
3b: Endabschnitt
3c: Einbuchtung
4: Innenpol
5: Sensor
6: Markierung

Claims

Druckmessglühkerze mit einem Gehäuse (2), einem Glühstift (1), der aus dem Gehäuse (2) herausragt und in seiner Längsrichtung relativ zu dem Gehäuse (2) gegen eine Rückstellkraft verschiebbar ist, einem Sensor (5), der die Position des Glühstifts (1) oder einen auf dem Glühstift (1) lastenden Druck erfasst, und einem Innenpol (4), der in dem Gehäuse (2) angeordnet ist und elektrisch über eine Kontaktfeder (3) an den Glühstift (1) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (3) als ein U-förmig gebogener Metallstreifen ausgebildet ist, der in einem mittleren Abschnitt (3a) eine reduzierte Breite aufweist und sich von dem mittleren Abschnitt (3a) zu seinen beiden Enden hin verbreitert.
Druckmessglühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Metallstreifen ausgehend von dem mittleren Abschnitt (3a) kontinuierlich verbreitert.
Druckmessglühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstreifen in dem mittleren Abschnitt auf beiden Seiten einen Einschnitt oder eine Einbuchtung (3c) aufweist.
Druckmessglühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Metallsteifens in dem mittleren Abschnitt (3a) weniger als 3/4, vorzugsweise weniger als 2/3 der maximalen Breite des Metallstreifens beträgt.
Druckmessglühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstreifen in der Mitte seiner U-förmigen Biegung seine kleinste Breite hat.
Druckmessglühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstreifen aus Blech ist.
Druckmessglühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstreifen in seinem mittleren Abschnitt (3a) eine minimale Breite hat, die wenigstens das Doppelte, vorzugsweise wenigstens das Dreifache, seiner Dicke ist.
Druckmessglühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstreifen zwei Schenkel aufweist, die an ihren von der U-förmigen Biegung abgewandten Endabschnitten (3b) nach außen gebogen sind.
Druckmessglühkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die nach außen gebogenen Endabschnitte (3b) zu dem mittleren Abschnitt hin verjüngen.
Druckmessglühkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abschnitt (3a) eine konstante Breite hat.
Druckmessglühkerze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abschnitt (3a) eine Länge hat, die größer als seine Breite ist.