DE102016214841A1

DE102016214841A1 - Schwingungsaufnehmer zum Aufnehmen von Schwingungen eines Schwingungen verursachenden Bauteils

Info

Publication number: DE102016214841A1
Application number: DE102016214841.9A
Authority: DE
Inventors: Alfred Glatz; Karl-Heinz Roos; Rainer Gumpinger; Bernd Lutz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-02-15
Also published as: CN107727312A

Abstract

Es wird ein Schwingungsaufnehmer (10) zum Aufnehmen von Schwingungen eines Schwingungen verursachenden Bauteils (12), insbesondere Klopfsensor, vorgeschlagen. Der Schwingungsaufnehmer (10) umfasst ein Gehäuse (14) mit einem Innenraum (16), eine Druckhülse (40), die in dem Innenraum (16) des Gehäuses (14) angeordnet ist, und ein Sensorelement (34), das die Druckhülse (40) umgibt. Die Druckhülse (40) ist mit dem Gehäuse (14) mittels eines elastischen Materials (52) stoffschlüssig verbunden.

Description

Stand der Technik
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.
Die DE 44 03 660 A1 und die DE 195 24152 C1 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.
Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Schwingungsaufnehmer beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So wird bei derartigen Klopfsensoren die Messzelle mit Druckhülse und Keramik zum Schutz vor den Umgebungseinflüssen mit einem thermoplastischen Kunststoff so dicht wie möglich umspritzt. Die spezielle Geometrie in Form von Labyrinthen an der aus Metall hergestellten Druckhülse ermöglicht ausreichende, aber bedingte Dichtigkeit gegen Feuchtigkeit. Die erforderliche Dichtgeometrie führt zu einer aufwendigen Bearbeitung der Druckhülse, die sich in hohen Herstellkosten darstellt. Zudem ist die Dichtigkeit gegenüber Feuchte nur in begrenzten Umfang gegeben, da sich aufgrund der unterschiedlichen Temperaturausdehnung von Kunststoff und Metall Spalte bilden, durch die die Feuchte eindringen kann.
Offenbarung der Erfindung
Es wird daher ein Schwingungsaufnehmer vorgeschlagen, welcher die Nachteile bekannter Schwingungsaufnehmer zumindest weitgehend vermeidet und der verbesserte Dichteigenschaften auch bei unterschiedlichen Temperaturen aufweist.
Ein erfindungsgemäßer Schwingungsaufnehmer zum Aufnehmen von Schwingungen eines Schwingungen verursachenden Bauteils ist insbesondere als Klopfsensor ausgebildet. Der Schwingungsaufnehmer umfasst ein Gehäuse mit einem Innenraum, eine Druckhülse, die in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, und ein Sensorelement, das die Druckhülse umgibt. Die Druckhülse ist mit dem Gehäuse mittels eines elastischen Materials stoffschlüssig verbunden.
Unter einem elastischen Material ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Material zu verstehen, das die Eigenschaft aufweist, nach Einwirkung einer Kraft in seine Ursprungsform zurückzukehren.
Unter einer stoffschlüssigen Verbindung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Verbindung zu verstehen, bei der die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Eine solche Verbindung ist gleichzeitig eine nicht lösbare Verbindung, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind mögliche stoffschlüssige Verbindungen Kleben und Vulkanisation.
Die Verwendung eines elastischen Materials bietet den Vorteil, dass sich dieses sowohl mit der Druckhülse als auch mit dem Gehäuse zuverlässig und dauerhaft verbindet und dann über seine elastischen Eigenschaften die Dichtung gegen eindringende Medien sicherstellt. Dadurch kann die Druckhülse deutlich einfacher und kleiner hergestellt werden, da die Herstellung der für die Dichtwirkung bislang erforderlichen Labyrinthe nicht mehr notwendig ist. Zudem wird die Feuchtebeständigkeit des Schwingungsaufnehmers erhöht.
Das elastische Material kann ein Klebstoff sein. Das elastische Material kann aus Silikon hergestellt sein. Geeignete Materialien sind beispielsweise Silikongele, die mittels Wärme und/oder UV-Licht in relativ kurzer Zeit zu einer silikonartigen Maße vernetzt und ausgehärtet werden können.
Die Druckhülse kann im Wesentlichen zylindrisch um eine Zylinderachse ausgebildet ist. Die Druckhülse kann ein erstes axiales Ende und ein zweites axiales Ende bezüglich der Zylinderachse aufweisen. Das elastische Material kann zwischen der Druckhülse und dem Gehäuse an das erste axiale Ende und/oder das zweite axiale Ende angrenzend angeordnet sein.
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. 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.
Das Gehäuse kann an das erste axiale Ende und/oder das zweite axiale Ende angrenzend eine Vertiefung aufweisen. Das elastische Material kann in der Vertiefung angeordnet sein. Eine solche Vertiefung lässt sich im Spritzprozess des Gehäuses realisieren. Die Vertiefung stellt sicher, dass ausreichen elastisches Material zum Verbinden mit der Druckhülse eingebracht wird.
Die Vertiefung kann als Kerbe ausgebildet sein. Eine solche Kerbe ist konusförmig ausgebildet und verjüngt sich mit zunehmender Erstreckung in das Gehäuse hinein. Dadruch kann eine große Oberfläche zum Verbinden mit dem elastischen Material realisiert werden.
Die Druckhülse kann eine ebene Außenfläche aufweisen, die dem Gehäuse zugewandt ist. Unter einer ebenen Außenfläche ist i Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Fläche zu verstehen, die ohne Vorsprünge oder andere sprungartig vorstehende Bauteile ausgebildet ist. Die Verwendung eines elastischen Materials bietet den Vorteil, dass sich dieses sowohl mit der Druckhülse als auch mit dem Gehäuse zuverlässig und dauerhaft verbindet und dann über seine elastischen Eigenschaften die Dichtung gegen eindringende Medien sicherstellt. Dadurch kann die Druckhülse deutlich einfacher und kleiner hergestellt werden, da die Herstellung der für die Dichtwirkung bislang erforderlichen Labyrinthe nicht mehr notwendig ist. Zudem wird die Feuchtebeständigkeit des Schwingungsaufnehmers erhöht.
Das Gehäuse kann aus Kunststoff hergestellt sein. Durch Verwendung des elastischen Materials können günstigere Kunststoffe für die Herstellung des Gehäuses verwendet werden, die sich leichter verarbeiten lassen. Beim Spritzprozess entstehen höhere Freiheitsgrade hinsichtlich der Fertigungsparameter. Der Verguss des elastischen Materials kann im Nachgang zum Spritzprozess erfolgen, wobei man die vorhandene Wärme des Bauteiles zum Vernetzten nutzen kann.
Die Druckhülse kann aus Metall hergestellt sein. Die Verwendung eines elastischen Materials bietet den Vorteil, dass sich dieses sowohl mit dem Metall der Druckhülse als auch mit dem Gehäuse zuverlässig und dauerhaft verbindet und dann über seine elastischen Eigenschaften die Dichtung gegen eindringende Medien sicherstellt.
Die Druckhülse kann eine zentrale Ausnehmung zur Aufnahme eines Befestigungsmittels zum Befestigen des Schwingungsaufnehmers an dem Bauteil aufweisen. Dadruch lässt sich der Schwingungsaufnehmer in einfacher Weise befestigen.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist die Dichtwirkung über eine elastische stoffschlüssige Verbindung, wie beispielsweise mittels eines Silikonklebstoffs, zu erzeugen, so dass sich das elastische Material sowohl mit der Druckhülse als auch mit dem Gehäuse, die üblicherweise aus verschiedenen Materialien hergestellt sind, verbindet und dann über seine elastischen Eigenschaften die Dichtung gegen eindringende Medien sicherstellt. Da sich das elastische Material flächig an den Verbindungspartnern anbindet sind spezielle Geometrien zum Dichten nicht notwendig.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in der Figur schematisch dargestellt sind.
Es zeigt:
1 einen Schwingungsaufnehmer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Schwingungsaufnehmer 10 zum Aufnehmen von Schwingungen eines Schwingungen verursachenden Bauteils 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Schwingungen verursachende Bauteil 12 kann beispielsweise ein Motorblock sein. Entsprechend ist der Schwingungsaufnehmer 10 bevorzugt als Klopfsensor ausgebildet. 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.
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 Feder 26, wie beispielsweise eine Tellerfeder, eine seismische Masse 28, eine obere Isolierscheibe 30, eine obere Kontaktscheibe 32, ein Sensorelement 34, eine untere Kontaktscheibe 36 und eine untere Isolierscheibe 38 angeordnet. Das Sensorelement 34 ist beispielsweise ein piezoelektrisches Sensorelement. Die elektrischen Leiter bzw. Litzen des Anschlusskabels sind mit der oberen und unteren Kontaktscheibe 32, 36 verbunden und übertragen eine elektrische Spannung, welche bei einer Druckbeaufschlagung des Sensorelements 34 erzeugt wird. Mittels einer Auswertung der elektrischen Spannung mit einer nicht näher dargestellten Auswerteeinrichtung kann beispielsweise eine Schwingungsbelastung des Bauteils 12 ermittelt werden.
Der Schwingungsaufnehmer 10 weist weiterhin Druckhülse 40 auf. Die Druckhülse 40 ist aus Metall hergestellt. Die Druckhülse 40 ist in dem Innenraum 16 des Gehäuses 14 angeordnet. Das Sensorelement 34 umgibt dabei die Druckhülse 40. Darüberhinaus umgeben die Feder 26, die seismische Masse 28, die obere Isolierscheibe 30, die obere Kontaktscheibe 32, die untere Kontaktscheibe 36 und die untere Isolierscheibe 38 die Druckhülse 40. Die Druckhülse 40 ist im Wesentlichen zylindrisch um eine Zylinderachse 42 ausgebildet ist. Die Zylinderachse 42 der Druckhülse 40 kann mit der Zylinderachse 24 des Inneraums 16 überlappen bzw. zusammenfallen. Die Druckhülse 40 weist somit ein erstes axiales Ende 44 und ein zweites axiales Ende 46 bezüglich der Zylinderachse 42 auf. Das erste axiale Ende 44 ist dabei dem Bauteil 12 zugewandt und das zweite axiale Ende 46 ist dem Bauteil 12 abgewandt. Die Druckhülse 40 weist eine ebene Außenfläche 48 auf, die dem Gehäuse 14 zugewandt ist. Die Druckhülse 40 weist außerdem eine zentrale Ausnehmung 50 zur Aufnahme eines nicht näher gezeigten Befestigungsmittels zum Befestigen des Schwingungsaufnehmers 10 an dem Bauteil 12 auf. Das Befestigungsmittel kann beispielsweise eine Schraube sein.
Die Druckhülse 40 ist mit dem Gehäuse 14 mittels eines elastischen Materials 52 stoffschlüssig verbunden. Das elastische Material 52 ist ein Klebstoff. Bevorzugt ist das elastische Material aus Silikon hergestellt. Geeignete Materialien sind von der Firma Wacker Chemie AG, Hanns-Seidel-Platz 4, 81737 München, Deutschland unter dem Handelsnamen SEMICOSIL^® erhältlich. Beispielsweise wird als elastisches Material 52 Wacker SEMICOSL 949/A–B, Wacker SEMICOSIL 922 oder Wacker SEMICOSIL 917 verwendet.
Das elastische Material 52 ist zwischen der Druckhülse 40 und dem Gehäuse 14 an das erste axiale Ende 44 und/oder das zweite axiale Ende 46 angrenzend angeordnet. Bei der gezeigten Ausführungsform befindet sich das elastische Material 52 auf der Außenfläche 48 der Druckhülse 40 an das erste axiale Ende 44 und das zweite axiale Ende 46 angrenzend. Zur Erhöhung der Verbindungskräfte zwischen dem elastischen Material 52 und dem Gehäuse 14 kann das Gehäuse 14 an das erste axiale Ende 44 und/oder das zweite axiale Ende 46 angrenzend eine Vertiefung 54 aufweisen, in der das elastische Material 52 angeordnet ist. Die Vertiefung 54 kann als Kerbe ausgebildet sein, da sich eine solche Form beim Spritzgießen des Gehäuses 14 vergleichsweise einfach realisieren lässt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4403660 A1 [0002]
DE 19524152 C1 [0002]

Claims

Schwingungsaufnehmer (10) zum Aufnehmen von Schwingungen eines Schwingungen verursachenden Bauteils (12), insbesondere Klopfsensor, umfassend ein Gehäuse (14) mit einem Innenraum (16), eine Druckhülse (40), die in dem Innenraum (16) des Gehäuses (14) angeordnet ist, und ein Sensorelement (34), das die Druckhülse (40) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhülse (40) mit dem Gehäuse (14) mittels eines elastischen Materials (52) stoffschlüssig verbunden ist.
Schwingungsaufnehmer (10) nach Anspruch 1, wobei das elastische Material (52) ein Klebstoff ist.
Schwingungsaufnehmer (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das elastische Material (52) aus Silikon hergestellt ist.
Schwingungsaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Druckhülse (40) im Wesentlichen zylindrisch um eine Zylinderachse (42) ausgebildet ist, wobei die Druckhülse (40) ein erstes axiales Ende (44) und ein zweites axiales Ende (46) bezüglich der Zylinderachse (42) aufweist, wobei das elastische Material (52) zwischen der Druckhülse (40) und dem Gehäuse (14) an das erste axiale Ende (44) und/oder das zweite axiale Ende (46) angrenzend angeordnet ist.
Schwingungsaufnehmer (10) Anspruch 4, wobei das Gehäuse (14) an das erste axiale Ende (44) und/oder das zweite axiale Ende (46) angrenzend eine Vertiefung (54) aufweist, wobei das elastische Material (52) in der Vertiefung (54) angeordnet ist.
Schwingungsaufnehmer (10) nach Anspruch 5, wobei die Vertiefung (54) als Kerbe ausgebildet ist.
Schwingungsaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Druckhülse (40) eine ebene Außenfläche (48) aufweist, die dem Gehäuse (14) zugewandt ist.
Schwingungsaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Gehäuse (14) aus Kunststoff hergestellt ist.
Schwingungsaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Druckhülse (40) aus Metall hergestellt ist.
Schwingungsaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Druckhülse (40) eine zentrale Ausnehmung (50) zur Aufnahme eines Befestigungsmittels zum Befestigen des Schwingungsaufnehmers (10) an dem Bauteil (12) aufweist.