DE19829410A1

DE19829410A1 - Schwingungsaufnehmer

Info

Publication number: DE19829410A1
Application number: DE1998129410
Authority: DE
Inventors: Hartmut Brammer; Holger Krebs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-07-01
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 1999-08-05

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer nach der Gattung des Hauptanspruchs, bei dem ein Sensorelement zusammen mit mindestens einer seismischen Masse unter ei ner axialen Vorspannung an einem Aggregat, dessen Schwin gungen detektiert werden sollen, gehalten ist und das über Kontaktscheiben und ein Anschlußteil elektrisch kontaktierbar ist.

Es ist bereits in der DE 195 24 147.9 ein Schwingungsauf nehmer mit einer Druckhülse beschrieben, der als Klopf sensor für die Überwachung der Funktion eines Verbren nungsmotors in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Diese Druckhülse wird über einen Auflagebereich fest an das die Schwingungen verursachende Bauteil, hier an den Motor block des Verbrennungsmotors, angefügt.

Die zu detektierenden Schwingungen sind Klopfgeräusche des Verbrennungsmotors im Betrieb, die über die Druckhül se auf eine piezokeramische Scheibe als eigentliches Sen sorelement mit dazwischenliegenden Kontaktscheiben und Isolierscheiben, die den Signalabgriff ermöglichen, ge leitet werden damit ein auswertbares elektrisches Aus gangssignal bilden.

Die Art der Anbringung, bzw. der Einspannung dieses be kannten Sensorelements auf dem Umfang der Druckhülse und die Befestigung der Druckhülse am schwingenden Bauteil hat hier großen Einfluß auf die Herstellungsweise. Die Druckhülse ist in der Regel ein spanend gedrehtes Metall teil, wobei eventuell Spanreste beim zusammengebauten Sy stem zu elektrischen Kurzschlüssen führen können.

Die Einspannung des Sensorelements mitsamt einer Vielzahl von Einzelteilen, z. B. mit einer Feder und einer seismi schen Masse, erfolgt bei diesem bekannten Schwingungsauf nehmer mit einem Gewindering der auf ein entsprechendes Gewinde an der Druckhülse aufschraubbar ist und direkt auf der seismischen Masse aufliegt. Eine nötige mechani sche Vorspannung des Sensorelements wird bei der bekann ten Anordnung durch Verformen einer Tellerfeder im einge bauten Zustand erzeugt. Anschließend wird der Gewindering bei gleichzeitig niedergehaltener Tellerfeder angezogen und die montierte Einheit wird mit Kunststoff als isolie rendes Gehäuse ausgespritzt.

Dieser bekannte Gewindering, das Gewinde auf der Druck hülse und die Druckhülse selbst sind ein wesentlicher Ko stenfaktor und es werden alternative Befestigungsmöglich keiten gesucht. Alle Bestandteile müssen bei den auftre tenden Beschleunigungen bei definierter mechanischer Vor spannung fest zusammengepreßt sein und bleiben. Wenn sich die Vorspannung ändert, ändert sich auch die Über tragungskennlinie und erschwert damit die Auswertung.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Schwingungsaufnehmer der oben ange gebenen Art ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des An spruchs 1 insbesondere dadurch vorteilhaft, daß gegen über den bekannten Anordnungen kleinere Bauteile verwen det werden können und dadurch der Materialaufwand verrin gert und die Montage vereinfacht werden kann.

Erfindungsgemäß ist die mindestens eine seismische Masse und das Sensorelement mit den Kontakt- und Isolierschei ben mittels einer Halterung auf dem Aggregat befestigt. Diese Halterung ist seitlich neben dem Schwingungsaufneh mer auf dem Aggregat derart angebracht, daß der Schwin gungsaufnehmer zwischen einem Arm der Halterung und der Oberfläche des Aggregats ohne eine Befestigungsbohrung einspannbar ist. Mit der Erfindung ist eine wesentliche Erleichterung beim Einbau dieses Schwingungsaufnehmers an das zu überwachende Aggregat erreicht.

Bei den bekannten Anordnungen wurde mit Hilfe einer Schraube, die durch eine mittige Bohrung des Schwingungs aufnehmers geführt wurde, dieser am Aggregat befestigt. Aufgrund der dabei hervorgerufenen Verformung der bekann ten Druckhülse ergab sich eine zwar geringe Druckkraft auf den Schwingungsaufnehmer, die jedoch trotzdem zu Meßfehlern führen kann.

Eine für die Messung notwendige Vorspannung zum Zusammen drücken der seismischen Masse und des Sensorelements kann gemäß der Erfindung auf einfache Weise durch mindestens eine äußere, diese Bauteile umfassende Klammer erzeugt werden.

Außerdem ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine Vor spannung mit einem Zusammendrücken der seismischen Masse und des Sensorelements beim Umspritzen in einer Kunst stoff-Spritzgußvorrichtung zu erzeugen.

In vorteilhafter Weise kann die Halterung als Fortsatz des Aggregats ausgeführt und am Arm der Halterung eine Schraube angebracht sein, die in axialer Richtung auf die mindestens eine seismischen Masse und das Sensorelement aufschraubbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungsaufnehmer kann die Befestigung auf dem Aggregat so ausgeführt werden, daß auch hierbei möglichst keine oder nur eine minimale Kraft auf den Schwingungsaufnehmer, d. h. insbesondere auf die seismische Masse des Schwingungsaufnehmers einwirken. Da aber eventuell die Kraft zur Befestigung der Halterung, bzw. der Pratze, zu groß oder gegebenenfalls undefiniert ist, kann gemäß einem Unteranspruch der Arm der Halterung zwischen der Auflage auf dem Schwingungsaufnehmer und der Befestigung am Aggregat einen vorgegebenen, d. h. defi nierten oder kontrollierten, Biegebereich aufweisen.

Dieser Biegebereich an der Halterung, bzw. der Pratze, muß eine plastische Verformung ermöglichen, wobei diese plastische Verformung die eventuell zu große Kraft, die durch die Befestigung erzeugt wird, aufnimmt oder be grenzt, so daß die Auflagefläche der Pratze auf dem Klopfsensor bzw. auf der seismischen Masse sehr gering gehalten werden kann. Die axialen Abmessungen der Prat zenabstützungen sind dabei so zu wählen, daß nach dem Anziehen der Befestigungsschraube in einem Fall durch die elastische Verformung die gewünschte Vorspannkraft er reicht werden kann. Im anderen Fall wird die Pratze bei Überschreiten der zulässigen Spannung im Biegebereich verformt, so daß nach dem Festziehen der Befestigungs schraube noch die Restvorspannung für die gewünschte Vor spannkraft auf dem Schwingungsaufnehmer vorhanden ist.

Die Fixierung der Halterung oder der Pratze am Aggregat kann beispielsweise mit einer Schraube, einem Flansch oder einem Federelement durchgeführt werden, wobei der Schwingungsaufnehmer zwischen das Federelement und der Auflage am Aggregat geschoben werden kann.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Sensorelement zwischen zwei seismischen Massen eingespannt, wobei die äußere Fläche der zweiten seismi schen Masse die Auflagefläche des Schwingungsaufnehmers auf dem Aggregat darstellt.

Erfindungsgemäß bietet diese Ausführungsform des Schwin gungsaufnehmers auf einfache Weise die Möglichkeit, statt der im Stand der Technik üblichen extra hergestellten Auflagefläche an einer Druckhülse diese auch durch eine seismische Masse selbst zu ersetzen. Dadurch ist vor al len Dingen ein beliebiger Einbau des Schwingungsaufneh mers möglich geworden, da er durch die beiden gleichwer tigen Auflageflächen in beiden Richtungen eingesetzt wer den kann.

Als bevorzugter Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Schwingungsaufnehmers ist das die Schwingungen verursa chende Aggregat der Motorblock eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug. Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeich nungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinatio nen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schwin gungsaufnehmers wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Klopfsensorgehäuse als Schwingungsaufnehmer mit einer Pratze als Befe stigungselement am zu messenden Aggregat;

Fig. 2 einen Detail schnitt durch eine mit einer Zen trierhülse zusammengehaltenen Anordnung eines Senso relementes zwischen zwei seismischen Massen und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine weitere Befesti gungsmöglichkeit mit einer axial aufschraubbaren Schraube auf dem Schwingungsaufnehmer.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist als Schwingungsaufnehmer ein Klopfsensor für einen Verbrennungsmotor mit einem äußeren Kunststoff gehäuse 1 dargestellt, das zwischen einer Pratze 2 und dem Motorblock 3 als Aggregat, dessen Schwingungen er faßt werden sollen, angeordnet ist. Im Gehäuse 1 des Schwingungsaufnehmers, der von oben betrachtet beispiels weise rund oder rechteckig sein kann, sind die einzelnen Bauteile zur Schwingungserfassung angeordnet.

Diese Bauteile sind insbesondere auch aus dem Detail schnitt nach Fig. 2 zu entnehmen. Ausgehend von der obe ren Auflage der Pratze 2 sind im Schwingungsaufnehmer folgende Teile angeordnet: eine erste seismische Masse 4, eine erste Isolierscheibe 5, eine erste Kontaktscheibe 6, eine piezokeramische Scheibe 7 als eigentliches Sensore lement und darunter wiederum eine zweite Kontaktscheibe 6 sowie eine zweite Isolierscheibe 5 und eine zweite seis mische Masse 8, die direkt auf einer Auflagefläche 9 am Motorblock 3 aufliegt.

In einem integrierten Anschlußteil 10 des insbesondere in einem Kunststoff-Spritzgußverfahren hergestellten Gehäu ses 1 ist ein elektrischer Anschluß 11 für die Kontakt scheiben 6 eingespritzt. Es besteht dadurch über die bei den Kontaktscheiben 6 eine elektrische Verbindung zu den beiden Seiten der piezokeramischen Scheibe 7. An den An schlüssen 11 ist die elektrische Spannung, die bei einer Druckbeanspruchung der piezokeramischen Scheibe 7 erzeugt wird, abnehmbar.

Die Pratze 2 nach der Fig. 1 ist mit einer Schraube 12 fest am Motorblock 3 gehalten und spannt dabei den Schwingungsaufnehmer, insbesondere die Bauteile 4, 5, 6, 7 und 8, auf die Auflagefläche 9 mit einer vorgegebenen Spannung fest. Diese Spannung kann dabei durch einen Bie gebereich 13 beeinflußt werden, der eine bestimmte Ver formung der Pratze 2 zuläßt und damit die Vorspannkraft, die auf die erste seismische Masse 4 und damit auf die piezokeramische Scheibe 7 wirkt, angemessen begrenzt.

Die Vorspannkraft durch die Pratze 2 (vgl. auch Pfeile 17 aus der Fig. 2) ist so gewählt, daß an der piezokerami schen Scheibe 7 gerade noch ohne bleibende Verschlechte rung des elektrischen Signals ertragbare Axialkräfte wirksam sind und diese auch von thermischen Dehnungen so wie unvermeidlichen Stauchungen weitestgehend unabhängig ist. Die von den seismischen Massen 4 und 8 proportional zu den Schwingungen des Verbrennungsmotors ausgeübten Im pulse werden in der piezokeramischen Scheibe 7 in Span nungsimpulse umgewandelt, die an einem entsprechenden Meßgerät abnehmbar sind.

Die Klammer 14, z. B. eine Spannfeder, fixiert das gesamte Paket aus den seismischen Massen 4 und 8 und der dazwi schenliegenden piezokeramischen Scheibe 7. Gegebenenfalls kann mit der Klammer 14 auch eine definierte Vorspann kraft erzeugt werden.

Aus der Fig. 2 ist darüber hinaus noch eine Zentrierhül se 15 zu entnehmen, mit der die piezokeramische Scheibe 7, die Isolier- und Kontaktscheiben 5 und 6 sowie Berei che der seismischen Massen 4 und 8 am Umfang zueinander ausgerichtet und damit zentriert werden können.

Aus Fig. 3 ist als weitere Befestigungsmöglichkeit ein Fortsatz 19 am Motorblock 3 vorhanden, wobei am seitli chen Arm dieses Fortsatzes 19 eine Schraube 18 vorhanden ist, mit der eine axiale Einspannung des Schwingungsauf nehmers möglich ist.

Claims

1. Schwingungsaufnehmer, bei dem

- ein Sensorelement (7) zusammen mit mindestens einer seismischen Masse (4, 8) unter einer axialen Vorspannung an einem Aggregat (3), dessen Schwingungen detektiert werden sollen, gehalten ist und das über Kontaktscheiben (6) und ein Anschlußteil (11) elektrisch kontaktierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- die mindestens eine seismische Masse (4, 8) und das Sen sorelement (7) mit den Kontakt- (6) und Isolierscheiben (5) vollstückig ohne eine mittlere Befestigungsbohrung ausgeführt und mittels einer Halterung (2) auf dem Aggre gat (3) befestigt sind, die seitlich neben dem Schwin gungsaufnehmer auf dem Aggregat (3) derart angebracht ist, daß der Schwingungsaufnehmer zwischen einem Arm der Halterung (2) und der Oberfläche (9) des Aggregats (3) unter Bewirkung der Vorspannung eingespannt ist.

2. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorspannung zum Zusammendrücken der mindestens ei nen seismischen Masse (4, 8) und des Sensorelements (7) durch mindestens eine äußere, die Bauteile (4, 5, 6, 7, 8) zumindest teilweise umfassende Klammer (14) erzeugbar ist.

3. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorspannung zum Zusammendrücken der mindestens ei nen seismischen Masse (4, 8) und des Sensorelements (7) durch ein Eingießen von bereits vorgespannten Bauteilen in einer Kunststoff-Spritzgußvorrichtung erzeugt ist.

4. Schwingungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine seismische Masse (4, 8) und das Sen sorelement (7) durch ein die Bauteile (4, 5, 6, 7, 8) zumin dest teilweise umfassende Zentrierhülse (15) umfangen und fixiert ist.

5. Schwingungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm der Halterung (2) zwischen der Auflage auf dem Schwingungsaufnehmer und der Befestigung am Aggregat (3) einen vorgegebenen Biegebereich (13) aufweist.

6. Schwingungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung als Fortsatz des Aggregats (3) ausgeführt ist und am Arm der Halterung (19) eine Schraube (18) an gebracht ist, die in axialer Richtung auf die mindestens eine seismischen Masse (4, 8) und das Sensorelement (7) aufschraubbar ist.

7. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine mit einer Schraube (12) am Aggregat (3) befestigte Pratze (2) ist.

8. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (2) aus einem Flansch besteht.

9. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (2) aus einem Federelement besteht.

10. Schwingungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (7) zwischen zwei seismischen Massen (4, 8) eingespannt ist und daß die äußere Fläche der zweiten seismischen Masse (8) die Auflagefläche des Schwingungsaufnehmers auf dem Aggregat (3) darstellt.

11. Schwingungsaufnehmer als Klopfsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das, die Schwingungen verursachende Aggregat der Motor block eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug ist.