DE19612540B4

DE19612540B4 - Schwingungsaufnehmer mit Druckhülse

Info

Publication number: DE19612540B4
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: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2016-03-30
Also published as: KR970007337A; DE19612540A1

Abstract

Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, mit
– einer zentralen Ausnehmung in der Druckhülse (2), durch die eine mittel- oder unmittelbare Befestigung führbar ist, um die Druckhülse (2) mit einer Auflagefläche (3) auf ein Schwingungen verursachendes Bauteil aufzuspannen,
– Detektionsmitteln (6), die radial außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung gehalten sind,
– einem an der Druckhülse befindlichen Anschlag für eine unter dem Druck einer Feder (8) gehaltene 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 und
– einem im Spritzgussverfahren um die Druckhülse (2) angeordneten Kunststoffgehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Detektionsmitteln (6) und dem Absatz (13) eine Einlegescheibe (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...

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Ein solcher Schwingungsaufnehmer ist beispielsweise aus der DE 4403660 A1 bekannt. Der Schwingungsaufnehmer findet Beispielsweise bei Klopfsensoren für Verbrennungsmotoren Verwendung. Der Schwingungsaufnehmer wird über einen Auflagebereich fest an das Bauteil angefügt, dessen Schwingungen detektiert werden sollen. Die zu detektierenden Schwingungen sind hier Klopfgeräusche 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 schwingenden Bauteil hat hier großen Einfluß sowohl auf die Herstellungsweise als auch auf eventuelle Fehlmessungen und Störungen in der angeschlossenen Auswerteschaltung im Betrieb.

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), gefertigt. 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.

Weiterhin ist aus der DE 87 06 781 U1 ein Schwingungsaufnehmer bekannt, bei dem am Umfang eines Absatzes ein umlaufender Vorsprung angebracht ist, der zusammen mit dem im Spritzgussverfahren eingebrachten Kunststoff des Gehäuses eine Labyrinthdichtung darstellt.

Aus der DE 41 13 784 A1 ist ein Schwingungssensor bekannt, der eine Schwingungsplatte aufweist, an die ein piezoelektrisches Element geklebt ist. Die Schwingungsplatte, eine Tellerfeder und eine Kunststoffabdeckung sind in ein Grundgehäuse eingesetzt und durch einen eingestemmten Abschnitt derart befestigt, dass der Umfang der Schwingungsplatte zwischen der Kunststoffabdeckung und dem Grundgehäuse eingeklemmt gehalten ist.

Der Schwingungsaufnehmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber den bekannten Schwingungsaufnehmern den Vorteil auf, dass mittels einer hohlzylinderförmig über die Umfangsfläche eines Absatzes der Druckhülse in einem Abstand heruntergezogenen Einlegescheibe ein Dichtlabyrinth am unteren Absatz der vorzugsweise auf Metall gefertigten Druckhülse erzeugt wird. Beim Umspritzen der Druckhülse, beispielsweise mit Polyurethan oder Polyamid, wird das Dichtlabyrinth mit Kunststoff ausgefüllt. Der Kunststoff umschließt hierbei auch Vorsprünge und Vertiefungen 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 Gehäuse eindringen können, ist eine gute Abdichtung sehr wichtig. Ferner treten bei diesen Anwendungen auch hohe Temperaturschwankungen auf, die bei den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Druckhülse und des Gehäuses zu Spaltbildungen zwischen dem Gehäuse und der zumeist metallischen Druckhülse führen können. Dadurch, dass sich eine Kunststoffschicht als Dichtlabyrinth um diese Vorsprünge legt, ist dies auf einfache Weise verhindert.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist auch der Bereich über der Einspannung der Detek tionsmittel ein Dichtlabyrinth auf, so daß auch hier das Kunststoffgehäuse die Druckhülse fest und dicht verschließt. In diesem Fall kann die Druckhülse in einfacher Weise als Fließpreßteil hergestellt werden, da keine für die Herstellung von Gewindegängen notwendige spanende Bearbeitung erforderlich ist. Der Anschlag für die Einspannung der Detektionsmittel wird bei dieser Ausführungsform dadurch gebildet, daß die Feder fest mit der Druckhülse verschweißt wird, vorzugsweise durch Laserschweißen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schwingungsaufnehmers werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse mit umlaufenden Vorsprüngen und einer Einlegescheibe;
2 eine Schnittdarstellung der Druckhülse im Detail;
3 bis 5 verschiedene Ausbildungen der Vorsprünge;
6 zwei Ansichten der Einlegescheibe im Detail und
7 und 8 einen Längsschnitt durch einen Schwingungsaufnehmer bzw. eine Druckhülse mit einer laserverschweißten Feder.
In der 1 ist ein Schwingungsaufnehmer als Klopfsensor für einen Verbrennungsmotor mit einem Gehäuse 1 dargestellt, in dem eine Druckhülse 2 angeordnet ist, die mit ihrer unteren Auflagefläche 3 auf dem hier nicht dargestellten Gehäuse eines Motors, dessen Schwingungen detektiert werden sollen, aufliegt. Am Außenumfang der Druckhülse 2 sind, ausgehend von der unteren Auflagefläche 3 folgende Teile angeordnet: eine Isolierscheibe 4, eine Kontaktscheibe 5, eine piezokeramische Scheibe als Detektionsmittel 6 und darüber wiederum eine zweite Kontaktscheibe 5 sowie eine zweite Isolierscheibe 4. Auf diese Anordnung ist eine seismische Masse 7 aufgesetzt, die mit einer Tellerfeder 8 und einem darüber aufgeschraubten Gewindering 20 in Richtung der seismischen Masse 7 und der piezokeramischen Scheibe 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 Kontaktscheibe 5 kann auch ein mit der Einlegescheibe 21 einstük 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 Spritzgußverfahren hergestellten Gehäuse 1 ist ein Anschlußkabel 11 eingespritzt. Die Leiter des Anschlußkabels 11 sind mit den beiden Kontaktscheiben 5 an den beiden Seiten der piezokeramischen Scheibe angeschlossen und übertragen die elektrische Spannung, die bei einer Druckbeanspruchung der piezokeramischen Scheibe 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 Druckhülse 2 übertragen, d.h. auf die piezokeramische Scheibe wirkt durch die Befestigung keine Kraft. Die erforderliche Vorspannkraft wird hier dadurch erzeugt, daß durch die Verschraubung mit dem Gewindering 20 die gesamte Anordnung der Teile an einen vorstehenden Bereich der Druckhülse 2 andrückt wird und so die wesentlichen Teile des gesamten Schwingungsaufnehmers in ihrer Ausgangslage gehalten werden.
Die Vorspannkraft ist so gewählt, daß an der piezokeramischen Scheibe gerade noch, ohne bleibende Verschlechterung ihres elektrischen Signals, ertragbare Axialkräfte wirksam sind und diese auch von thermischen Dehnungen sowie unvermeidlichen Stauchungen der Druckhülse 2 bei der Montage weitestgehend unabhängig sind. Die von der seismischen Masse 7 proportional zu den Schwingungen des Verbrennungsmotors ausgeübten Impulse werden in der piezokeramischen Scheibe in Spannungsimpulse umgewandelt, die an einem entsprechenden Meßgerät ablesbar, bzw. zu einem Steuergerät weiterleitbar sind.
In 2 ist ein Schnitt durch die Druckhülse 2 gezeigt, bei dem besonders die Vorsprünge 23 am Absatz 13 deutlich zu erkennen sind. 3 zeigt eine axiale Vertiefung 24 an diesem Vorsprung 23 auf der oberen Seite und 4 und 5 zeigen zusätzlich und allein eine axiale Vertiefung 25 auf der Unterseite des Vorsprungs 23.
In 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 Druckhülse 2 und gegebenenfalls zwischen dem Teil 22 der Einlegescheibe 21 und dem Umfang der Druckhülse 2 gelangt, bildet sich hier ein Dichtlabyrinth, das eine hervorragende Abdichtung der gesamten, mit dem Gewindering 20 zusammengehaltenen Anordnung, gewährleistet. Auch durch Temperaturschwankungen hervorgerufene Ausdehnungsunterschiede führen durch das Labyrinthgefüge, insbesondere auch mit den axialen Vertiefungen 24/25 an dem Vorsprung 23, nicht zu stö

Claims

Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, mit – einer zentralen Ausnehmung in der Druckhülse (2), durch die eine mittel- oder unmittelbare Befestigung führbar ist, um die Druckhülse (2) mit einer Auflagefläche (3) auf ein Schwingungen verursachendes Bauteil aufzuspannen, – Detektionsmitteln (6), die radial außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung gehalten sind, – einem an der Druckhülse befindlichen Anschlag für eine unter dem Druck einer Feder (8) gehaltene 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 und – einem im Spritzgussverfahren um die Druckhülse (2) angeordneten Kunststoffgehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Detektionsmitteln (6) und dem Absatz (13) eine Einlegescheibe (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.
Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegescheibe (21) und die Kontaktscheibe (5) ein einstückiges Bauteil bilden.
Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhülse (2) aus Metall gefertigt ist.
Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (8) mit der Druckhülse (2) laserverschweißt ist.
Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhülse (2) ein Fließpressteil ist.
Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Gehäuses (1) Polyurethan ist.
Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Gehäuses (1) glasfaserverstärktes Polyamid ist.
Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsmittel (6) eine piezokeramische Scheibe ist.