DE19612540A1

DE19612540A1 - Schwingungsaufnehmer mit Druckhülse

Info

Publication number: DE19612540A1
Application number: DE19612540A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Brammer; Uwe Hackel; Holger Krebs; Manfred Schuetzmeier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-01-09
Anticipated expiration: 2016-03-30
Also published as: KR970007337A; DE19612540B4

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse nach der Gattung des Hauptanspruchs und der ne bengeordneten Ansprüche.

Es ist bereits aus der DE-OS 44 03 660 ein Schwingungsauf nehmer mit einer Druckhülse bekannt, der bei Klopfsensoren für Verbrennungsmotoren Verwendung findet. Der Schwingungs aufnehmer wird über einen Auflagebereich fest an das Bau teil angefügt, dessen Schwingungen detektiert werden sol len. Die zu detektierenden Schwingungen sind hier Klopfge räusche des Verbrennungsmotors im Betrieb, die über die Druckhülse auf einen piezokeramischen Detektor geleitet werden und in ein auswertbares Ausgangssignal diese als Klopfsensor arbeitenden Schwingungsaufnehmers umgewandelt werden. Die Art der Anbringung, bzw. der Einspannung dieses Detektors in der Druckhülse und die Befestigung am schwin genden Bauteil hat hier großen Einfluß sowohl auf die Her stellungsweise als auch auf eventuelle Fehlmessungen und Störungen in der angeschlossenen Auswerteschaltung im Be trieb.

Die an sich bekannte Druckhülse des Schwingungsaufnehmers ist hierbei in der Regel aus einem sehr widerstandsfähigem und hartem Material, wie z. B. Stahl, um bei den relativ großen Drücken und Temperaturschwankungen noch einwandfreie Messungen zu erhalten. Das Gehäuse, welches die Druckhülse und den Detektor mitsamt seiner Einspannung umschließt, ist in der Regel aus einem Kunststoff, wie z. B. Polyurethan (PUR) oder glasfaserverstärktem Polyamid (PA66 GF35), ge fertigt. Es ist beispielsweise für sich gesehen aus der EP 0 211 019 B1 bekannt, daß solch unterschiedliche Teile über entsprechend ausgestaltete Gewindekonstruktionen, bzw. über Dichtlabyrinthe miteinander fest verbunden werden können und diese Verbindung auch durch Temperatureinflüsse nicht wesentlich beeinflußt wird.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Schwingungsaufnehmers der oben angege benen Art ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des An spruchs 1 insbesondere dadurch vorteilhaft, daß die Druck hülse, die vorzugsweise aus Metall gefertigt ist, mittels eines radial am unteren Absatz angebrachten Vorsprungs ein Dichtlabyrinth bildet, das beim Umspritzen der Druckhülse, beispielsweise mit Polyurethan oder Polyamid, mit diesem Kunststoff ausgefüllt wird. Der Kunststoff umschließt hier bei auch die Vorsprünge, bzw. auch die axialen Vertiefungen in den Vorsprüngen nach den Unteransprüchen 2 und 3, am Um fang der Druckhülse und bewirkt nach dem Aushärten einen dichten Abschluß zwischen dem Gehäuse und der Druckhülse.

Da in vielen Anwendungsfällen des Schwingungsaufnehmers, beispielsweise als Klopfsensor für einen Verbrennungsmotor, die Gefahr besteht, daß aggressive Flüssigkeiten in das Ge häuse eindringen können ist eine gute Abdichtung sehr wich tig. Ferner treten bei diesen Anwendungen auch hohe Tempe raturschwankungen auf, die bei den unterschiedlichen Aus dehnungskoeffizienten der Druckhülse und des Gehäuses zu Spaltbildungen zwischen dem Gehäuse und der zumeist metal lischen Druckhülse führen können. Dadurch, daß sich eine Kunststoffschicht als Dichtlabyrinth um diese Vorsprünge legt, ist dies auf einfache Weise verhindert.

Mit einer vorteilhaften, nebengeordneten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 4 kann mittels einer hohlzylin derförmig heruntergebördelten Einlegescheibe ebenfalls ein Dichtlabyrinth am unteren Absatz der Druckhülse erzeugt werden. Auch eine Kombination aus der Einlegescheibe mit den Vorsprüngen am Absatz der Druckhülse nach Anspruch 5 führt zu vorteilhaften Ergebnissen bei der Abdichtung der Druckhülse.

Bei einer ebenfalls nebengeordneten Ausführungsform des er findungsgemäßen Schwingungsaufnehmers weist in vorteilhaf ter Weise auch der Bereich über der Einspannung der Detek tionsmittel ein Dichtlabyrinth auf, so daß auch hier das Kunststoffgehäuse die Druckhülse fest und dicht ver schließt. In diesem Fall kann die Druckhülse in einfacher Weise als Fließpreßteil hergestellt werden, da keine für die Herstellung von Gewindegängen notwendige spanende Bear beitung erforderlich ist. Der Anschlag für die Einspannung der Detektionsmittel wird bei dieser Ausführungsform da durch gebildet, daß die Feder fest mit der Druckhülse ver schweißt wird, vorzugsweise durch Laserschweißen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteran sprüchen angegeben.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schwingungsauf nehmers werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schwingungsauf nehmer mit einer Druckhülse mit umlaufenden Vorsprüngen und einer Einlegescheibe;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Druckhülse im De tail;

Fig. 3 bis 5 verschiedene Ausbildungen der Vorsprün ge;

Fig. 6 zwei Ansichten der Einlegescheibe im Detail und

Fig. 7 und Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen Schwingungsaufnehmer bzw. eine Druckhülse mit einer la serverschweißten Feder.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1 ist ein Schwingungsaufnehmer als Klopfsensor für einen Verbrennungsmotor mit einem Gehäuse 1 darge stellt, in dem eine Druckhülse 2 angeordnet ist, die mit ihrer unteren Auflagefläche 3 auf dem hier nicht darge stellten Gehäuse eines Motors, dessen Schwingungen detek tiert werden sollen, aufliegt. Am Außenumfang der Druckhül se 2 sind, ausgehend von der unteren Auflagefläche 3 fol gende Teile angeordnet: eine Isolierscheibe 4, eine Kon taktscheibe 5, eine piezokeramische Scheibe 6 als Detekti onsmittel und darüber wiederum eine zweite Kontaktscheibe 5 sowie eine zweite Isolierscheibe 4. Auf diese Anordnung ist eine seismische Masse 7 aufgesetzt, die mit einer Tellerfe der 8 und einem darüber aufgeschraubten Gewindering 20 in Richtung der seismischen Masse 7 und der piezokeramischen Scheibe 6 eine Vorspannung erzeugt.

Zwischen der unteren Kontaktscheibe 5 und einem Absatz 13 der Druckhülse 2 ist eine Einlegescheibe 21 angeordnet, die am gesamten Umfang derart heruntergezogen bzw. -gebördelt (Teil 22) ist, daß zusammen mit dem Umfang der Druckhülse am Absatz 13 ein Dichtlabyrinth gebildet ist; die Kontakt scheibe 5 kann auch ein mit der Einlegescheibe 21 einstüc kiges Bauteil sein. Am Umfang des Absatzes 13 befinden sich ferner umlaufende Vorsprünge 23.

In einem integrierten Anschlußteil 10 des aus Kunststoff, z. B. Polyurethan (PUR) oder glasfaserverstärktem Polyamid (PA66 GF35) bestehenden und insbesondere im Spritzgußver fahren hergestellten Gehäuse 1 ist ein Anschlußkabel 11 eingespritzt. Die Leiter des Anschlußkabels 11 sind mit den beiden Kontaktscheiben 5 an den beiden Seiten der piezoke ramischen Scheibe 6 angeschlossen und übertragen die elek trische Spannung, die bei einer Druckbeanspruchung der pie zokeramischen Scheibe 6 erzeugt wird. Durch eine zentrale Ausnehmung, bzw. eine Bohrung 12 in der Druckhülse 2 ragt eine nicht dargestellte Befestigungsschraube, mit welcher insgesamt dieser Klopfsensor mittel- oder unmittelbar am Gehäuse des Verbrennungsmotors befestigbar ist.

Bei der Montage des Klopfsensors wird das gesamte von der Befestigungsschraube ausgeübte Drehmoment auf die Druckhül se 2 übertragen, d. h. auf die piezokeramische Scheibe 6 wirkt durch die Befestigung keine Kraft. Die erforderliche Vorspannkraft wird hier dadurch erzeugt, daß durch die Ver schraubung mit dem Gewindering 20 die gesamte Anordnung der Teile 4 bis 7 an einen vorstehenden Bereich 13 der Druck hülse 2 andrückt wird und so die wesentlichen Teile des ge samten Schwingungsaufnehmers in ihrer Ausgangslage gehalten werden.

Die Vorspannkraft ist so gewählt, daß an der piezokerami schen Scheibe 6 gerade noch, ohne bleibende Verschlechte rung ihres elektrischen Signals, ertragbare Axialkräfte wirksam sind und diese auch von thermischen Dehnungen sowie unvermeidlichen Stauchungen der Druckhülse 2 bei der Monta ge weitestgehend unabhängig sind. Die von der seismischen Masse 7 proportional zu den Schwingungen des Verbrennungs motors ausgeübten Impulse werden in der piezokeramischen Scheibe 6 in Spannungsimpulse umgewandelt, die an einem entsprechenden Meßgerät ablesbar, bzw. zu einem Steuergerät weiterleitbar sind.

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Druckhülse 2 gezeigt, bei dem besonders die Vorsprünge 23 am Absatz 13 deutlich zu erkennen sind. Fig. 3 zeigt eine axiale Vertiefung 24 an diesem Vorsprung 23 auf der oberen Seite und Fig. 4 und 5 zeigen zusätzlich und allein eine axiale Vertiefung 25 auf der Unterseite des Vorsprungs 23.

In Fig. 6 ist eine Draufsicht auf die Einlegescheibe 21 und im unteren Bereich der Darstellung insbesondere auch das heruntergebördelte Teil 22 ersichtlich.

Wenn beim Umspritzen der Druckhülse 2, zur Herstellung des Gehäuses 1, die Kunststoffmasse an den Umfang der Druckhül se 2 und gegebenenfalls zwischen dem Teil 22 der Einlege scheibe 21 und dem Umfang der Druckhülse 2 gelangt, bildet sich hier ein Dichtlabyrinth, das eine hervorragende Ab dichtung der gesamten, mit dem Gewindering 20 zusammenge haltenen Anordnung, gewährleistet. Auch durch Temperatur schwankungen hervorgerufene Ausdehnungsunterschiede führen durch das Labyrinthgefüge, insbesondere auch mit den axia len Vertiefungen 24/25 an dem Vorsprung 23, nicht zu stö renden Spaltbildungen, durch die beispielsweise Feuchtig keit gelangen könnte.

Das Ausführungsbeispiel eines Schwingungsaufnehmers nach Fig. 7 zeigt eine Druckhülse 2 mit einem über dem Anschlag für die Detektionsmittel 6 liegenden Vorsprung 30, der nach der Ummantelung mit Kunststoff mit seiner innenliegenden Vertiefung ein Dichtlabyrinth in gleicher Weise wie vorher gehend beschrieben darstellt. Hier ist die Feder 8 mit der Druckhülse 2 laserverschweißt (Schweißnaht 31), so daß die se den Anschlag für die Detektionsmittel 6 bildet.

Die Schnittdarstellung nach Fig. 8 zeigt die besondere Ge staltung der Druckhülse 2 mit den Dichtlabyrinthen bei den Vorsprüngen 23 und 30 im Detail. Aufgrund der einfachen Ge staltung und des Fehlens von Gewinden für hier nicht not wendige Gewinderinge ist diese Druckhülse 2 als Fließpreß teil hergestellt.

Claims

1. Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, mit

- einer mittel- oder unmittelbaren Befestigung, die durch ei ne zentrale Ausnehmung (12) in der Druckhülse (2) geführt ist und die Druckhülse (2) mit einer Auflagefläche (3) auf ein Schwingungen verursachendes Bauteil aufspannt, mit
- Detektionsmittel (6), die radial außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung gehalten sind, mit
- einem an der Druckhülse befindlichen Gewindering als An schlag für eine unter dem Druck einer Feder (8) gehaltenen seismische Masse (7) die über den Detektionsmitteln (6) ange ordnet ist, wobei die seismische Masse (7) und die Detekti onsmittel (6) an einem Absatz (13) der Druckhülse (2) anlie gen und mit
- einem im Spritzgußverfahren um die Druckhülse (2) angeord neten Kunststoffgehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, daß
- am Umfang des Absatzes (13) mindestens ein umlaufender Vor sprung (23) angebracht ist, der zusammen mit dem im Spritz gußverfahren eingebrachten Kunststoff des Gehäuses (1) eine Labyrinthdichtung darstellt.

2. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß

- auf dem umlaufenden Vorsprung (23) mindestens eine, eben falls umlaufende axiale Vertiefung (24) angebracht ist, die den Detektionsmitteln (6) zugewandt ist.

3. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß

- auf dem umlaufenden Vorsprung (23) mindestens eine, eben falls umlaufende axiale Vertiefung (25) angebracht ist, die auf der den Detektionsmitteln (6) abgewandten Seite liegt.

4. Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, mit

- einer mittel- oder unmittelbaren Befestigung, die durch ei ne zentrale Ausnehmung (12) in der Druckhülse (2) geführt ist und die Druckhülse (2) mit einer Auflagefläche (3) auf ein Schwingungen verursachendes Bauteil aufspannt, mit
- Detektionsmittel (6), die radial außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung gehalten sind, mit
- einem an der Druckhülse befindlichen Gewindering als An schlag für eine unter dem Druck einer Feder (8) gehaltenen seismische Masse (7) die über den Detektionsmitteln (6) ange ordnet ist, wobei die seismische Masse (7) und die Detekti onsmittel (6) an einem Absatz (13) der Druckhülse (2) anlie gen und mit
- einem im Spritzgußverfahren um die Druckhülse (2) angeord neten Kunststoffgehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, daß
- zwischen den Detektionsmitteln (6) und dem Absatz (13) eine Einlegscheibe (21) angeordnet ist, die radial außen, hohlzy linderförmig über die Umfangsfläche des Absatzes (13) in ei nem Abstand heruntergezogen ist und zusammen mit dem im Spritzgußverfahren eingebrachten Kunststoff des Gehäuses (1) eine Labyrinthdichtung bildet.

5. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß

- zwischen den Detektionsmitteln (6) und dem Vorsprung (13) eine Einlegscheibe (21) angeordnet ist, die radial außen, hohlzylinderförmig über die Umfangsfläche des Absatzes (13) in einem Abstand heruntergezogen ist und zusammen mit dem im Spritzgußverfahren eingebrachten Kunststoff des Gehäuses (1) eine Labyrinthdichtung bildet.

6. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß

- die Einlegscheibe (21) und die Kontaktscheibe (5) eine ein stückiges Bauteil ist.

7. Schwingungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Druckhülse (2) aus Metall (Stahl/Messing) gefertigt ist.

8. Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, mit

- einer mittel- oder unmittelbaren Befestigung, die durch ei ne zentrale Ausnehmung (12) in der Druckhülse (2) geführt ist und die Druckhülse (2) mit einer Auflagefläche (3) auf ein Schwingungen verursachendes Bauteil aufspannt, mit
- einem an der Druckhülse befindlichen Anschlag für eine un ter dem Druck einer Feder (8) gehaltenen seismische Masse (7) die über den Detektionsmitteln (6) angeordnet ist, wobei die seismische Masse (7) und die Detektionsmittel (6) an einem Absatz (13) der Druckhülse (2) anliegen, mit
- Detektionsmittel (6), die radial außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung gehalten sind und mit
- einem im Spritzgußverfahren um die Druckhülse (2) angeord neten Kunststoffgehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, daß
- am Umfang des Absatzes (13) und an der Druckhülse (2) im Bereich über dem Anschlag mindestens ein umlaufender Vor sprung (23, 30) mit einer axialen Vertiefung angebracht ist, der zusammen mit dem im Spritzgußverfahren eingebrachten Kunststoff des Gehäuses (1) jeweils eine Labyrinthdichtung darstellt und daß
- der Anschlag von der mit der Druckhülse (2) an ihrem Umfang verschweißten Feder (8) gebildet ist.

9. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß

- die Feder (8) mit der Druckhülse (2) laserverschweißt (31) ist.

10. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge kennzeichnet, daß

- die Druckhülse (2) ein Fließpreßteil ist.

11. Schwingungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Kunststoff des Gehäuses (1) Polyurethan (PUR) ist.

12. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Kunststoff des Gehäuses (1) glasfaserverstärktes Polya mid (PA66 GF35) ist.

13. Schwingungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Detektionsmittel (6) eine piezokeramische Scheibe ist.

14. Schwingungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- das schwingungsverursachende Bauteil der Motorblock eines Verbrennungsmotors ist.