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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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Die
DE 196 12 541 A1 beschreibt einen Schwingungsaufnehmer, bei dem eine Tellerfeder als Federeinrichtung mit der Druckhülse verschweißt ist.
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Weiterhin ist bekannt, die Druckhülse zu verstemmen, um eine axiale Vorspannung des Sensorelements zu bewirken.
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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. Der Herstellprozess mit Verstemmen ist komplex und die Verstemmwerkzeuge verschleißen. Zudem erfordert diese Art der Herstellung die Verwendung aufwendig gedrehter Bauteile als Druckhülse.
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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 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, eine Druckhülse, die in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, und ein Sensorelement, das die Druckhülse umgibt. Die Druckhülse weist an einer Außenfläche einen Vorsprung auf. Das Sensorelement ist an dem Vorsprung abgestützt. Ein Vorspannelement ist zum Vorspannen des Sensorelements stoffschlüssig mit der Druckhülse verbunden. Das Sensorelement ist zwischen dem Vorsprung und dem Vorspannelement angeordnet. Der Schwingungsaufnehmer kann insbesondere als Klopfsensor ausgebildet sein.
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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. Stoffschlüssige Verbindungen sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen. Als Beispiele sind das Löten, das Schweißen, das Kleben und das Vulkanisieren zu erwähnen. Bevorzugt ist die Druckhülse aus Metall, wie beispielsweise Stahl hergestellt, so dass das Vorspannelement mittels einer Schweißverbindung mit der Druckhülse verbunden sein kann.
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Die Druckhülse kann im Wesentlichen zylindrisch mit einer Zylinderachse ausgebildet sein, wobei sich die Schweißverbindung in axialer Richtung erstreckt. Dies ermöglicht eine gute Zugänglichkeit für den Schweißprozess und eine dauerhaft stabile Verbindung. Beispielseise erstreckt sich die Schweißverbindung in Richtung zu dem Vorsprung.
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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. 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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Die Druckhülse kann ein erstes Ende und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende aufweisen, wobei der Vorsprung an dem ersten Ende angeordnet ist, wobei das Vorspannelement an dem zweiten Ende angeordnet ist. Das Vorspannelement kann ringförmig, insbesondere kreisringförmig, ausgebildet sein.
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Das Sensorelement kann mittels eines ringförmigen Stützelements an dem Vorsprung abgestützt sein.
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Zwischen dem Stützelement und dem Sensorelement kann eine seismische Masse angeordnet sein.
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Das Vorspannelement kann eine Auflagefläche aufweisen, die zum Anliegen an das Schwingungen verursachenden Bauteil ausgebildet ist.
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Die Druckhülse kann eine ebene Außenfläche aufweisen, die dem Gehäuse zugewandt ist. Unter einer ebenen Außenfläche ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Fläche zu verstehen, die ohne Vorsprünge oder andere sprungartig vorstehende Bauteile ausgebildet ist.
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Das Gehäuse kann aus Kunststoff hergestellt sein. Die Druckhülse kann aus Metall hergestellt sein. 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.
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Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, den sehr komplexen Verstemmprozess durch ein einfaches Schweißen von einer Scheibe und einem Rohr nachzubilden. Dabei kann von einem aufwendig gedrehten Bauteil auf formend hergestellte Stahlteile umgestellt werden.
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durch die vorliegende Erfindung lässt sich eine Kostereduzierung der Bauteile erzielen. Zudem kann auf eine einfache Anlagentechnik zur Herstellung Zurückgegriffen werden. Eine Montage ist komplett im nochmals verkürzeten Kurztakt möglich.
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Figurenliste
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Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in der Figur schematisch dargestellt sind.
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Es zeigt:
- 1 einen Schwingungsaufnehmer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine Draufsicht auf eine Sensorbaugruppe des Schwingungsaufnehmers und
- 3 eine Unteransicht der Sensorbaugruppe.
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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 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.
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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 ist eine Sensorbaugruppe 26 angeordnet. Die Sensorbaugruppe 26 umfasst in der nachstehend genannten Reihenfolge von der bauteilabgewandten Stirnseite 22 in Richtung zu der bauteilzugewandten Stirnseite 20 ein ringförmiges Stützelement 28, wie beispielsweise eine Beilagscheibe, eine seismische Masse 30, eine obere Isolierscheibe 32, eine obere Kontaktscheibe 34, ein Sensorelement 36, eine untere Kontaktscheibe 38 und eine untere Isolierscheibe 40. Das Sensorelement 36 ist beispielsweise ein piezoelektrisches Sensorelement. Die elektrischen Leiter bzw. Litzen des Anschlusskabels sind mit der oberen und unteren Kontaktscheibe 34, 38 verbunden und übertragen eine elektrische Spannung, welche bei einer Druckbeaufschlagung des Sensorelements 36 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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Der Schwingungsaufnehmer 10 weist weiterhin Druckhülse 42 auf. Die Druckhülse 42 ist aus Metall hergestellt. Die Druckhülse 42 ist in dem Innenraum 16 des Gehäuses 14 angeordnet. Das Sensorelement 36 umgibt dabei die Druckhülse 42. Darüberhinaus umgeben das Stützelement 28, die seismische Masse 30, die obere Isolierscheibe 32, die obere Kontaktscheibe 34, die untere Kontaktscheibe 38 und die untere Isolierscheibe 40 die Druckhülse 42.
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2 zeigt eine Draufsicht der Sensorbaugruppe 26 und deren Anordnug um die Druckhülse 42. 3 zeigt eine Unteransicht der Sensorbaugruppe 26 und deren Anordnug um die Druckhülse 42. Die Druckhülse 42 ist im Wesentlichen zylindrisch um eine Zylinderachse 44 ausgebildet ist. Die Zylinderachse 44 der Druckhülse 44 kann mit der Zylinderachse 24 des Inneraums 16 überlappen bzw. zusammenfallen. Die Druckhülse 42 weist somit ein erstes axiales Ende 46 und ein dem ersten Ende 46 gegenüberliegendes zweites axiales Ende 48 bezüglich der Zylinderachse 44 auf. Das erste axiale Ende 46 ist dabei dem Bauteil 12 abgewandt und das zweite axiale Ende 48 ist dem Bauteil 12 zugewandt. Die Druckhülse 42 weist eine ebene Außenfläche 50 auf, die dem Gehäuse 14 zugewandt ist. Die Druckhülse 42 weist außerdem eine zentrale Ausnehmung 52 zur Aufnahme eines nicht näher gezeigten Befestigungsmittels zum Befestigen des Schwingungsaufnehmers 10 an dem Bauteil 12 auf. Das Befestigungsmittel kann beispielsweise eine Schraube sein.
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Die Druckhülse 42 weist zudem einen Vorsprung 54 an der Außenfläche 50 auf, der an dem ersten Ende 46 angeordnet ist. Der Schwingungsaufnehmer 10 weist weiterhin ein Vrspannelement 56 auf. Das Vorspannelement 56 ist aus Metall hergestellt. Das Vorspannelement 56 ist ringförmig, insbesondere kreisringförmig, ausgebildet. Beispielsweise ist das Vorspannelement 56 scheibenförmig ausgebildet. Das Vorspannelement 56 ist an dem zweiten Ende 48 angeordnet. Entsprechend ist das Sensorelement 36 zwischen dem Vorsprung 54 und dem Vorspannelement 56 angeordnet. Zwischen dem Stützelement 28 und dem Sensorelement 36 ist die seismische Masse 30 angeordnet. Das Sensorelement 36 ist an dem Vorsprung 54 abgestützt. Genauer ist Das Sensorelement 36 mittels des ringförmigen Stützelements 28 an dem Vorsprung 54 abgestützt. Das Stützelement 28 ist vorgesehen, da die seismische Masse 30 vergleichsweise weich ist und sich bei Krafteinwirkung verformen könnte. Das Vorspannelement 56 weist eine Auflagefläche 58 auf, die zum Anliegen an das Schwingungen verursachenden Bauteil 12 ausgebildet ist.
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Das Vorspannelement 56 ist zum Vorspannen des Sensorelements 36 stoffschlüssig mit der Druckhülse 42 verbunden, wie nachstehend ausführlicher erläutert wird. Das Vorspannelement 56 ist mittels einer Schweißverbindung 60 mit der Druckhülse 42 verbunden. Die Schweißverbindung 60 erstreckt sich in axialer Richtung von dem zweiten Ende 48 in Richtung zu dem Vorsprung 54.
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Zum Montieren der Sensorbaugruppe 26 an der Druckhülse 42 werden das Stützelement 28, die seismische Masse 30, die obere Isolierscheibe 32, die obere Kontaktscheibe 34, das Sensorelement 36, die untere Kontaktscheibe 38 und die untere Isolierscheibe 40 auf die Druckhülse 42 aufgeschoben. Dann wird das Vorspannelement 56 in anlage gegen die untere Isolierscheibe 40 auf die Druckhülse 42 aufgeschoben. Durch Krafteinwirkung auf den Vorsprung 54 relativ zu dem Vorspannelement 56 wird die Sensorbaugruppe 26 vorgespannt. Nach Einstellen der Vorspannkraft, wird das Vorspannelement 56 mit der Druckhülse 42 verschweißt, so dass die Schweißverbindung ausgebildet wird.
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Bei dem Schweißprozess werden somit kraftgeregelt die Teile der Sensorbaugruppe 26 verpresst und dann verbunden. Das kann z.B. durch Verwendung eines Scheiben- oder Faserlasers erfolgen, bei dem Einschweißtiefen im Bereich von 3 mm kein Problem sind. Danach wird die Sensorbaugruppe 26 entweder umspritzt oder montiert.
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Optional kann die Druckhülse 42 mit dem Gehäuse 14 mittels eines elastischen Materials stoffschlüssig verbunden werden. 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. 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.
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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]
- DE 19612541 A1 [0003]
