DE19960324A1 - Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse - Google Patents

Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse

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Abstract

Es wird ein Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse vorgeschlagen, bei dem die Druckhülse (2) auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist. Eine Sensoranordnung in Form einer piezokeramischen Scheibe (7) ist außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung an einer Auflagefläche (21) zwischen Kontaktscheiben (6) gehalten. Eine seismische Masse (8), die piezokeramische Scheibe (7) und die an der piezokeramischen Scheibe (7) axial beidseitig anliegenden Kontaktscheiben (6.1, 6.2), sowie ggf. Isolierscheiben oder -schichten (20, 26, 22, 23) sind an den axialen Begrenzungsflächen miteinander verklebt oder verlötet und bilden somit ein kompaktes Sensorpaket.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer mit ei­ ner Druckhülse nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist bereits in der DE 44 03 660 A1 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 bei der bekannten Anordnung Klopfgeräusche des Verbrennungsmotors im Be­ trieb, die über die Druckhülse auf eine piezokeramische Scheibe als eigentliches Sensorelement mit anliegenden Kontaktscheiben und Isolierscheiben, die den Signal­ abgriff ermöglichen, geleitet werden und damit ein aus­ wertbares elektrisches Ausgangssignal erzeugen.
Die Art der Anbringung, bzw. der Einspannung dieser Sen­ soranordnung an der Druckhülse und die Befestigung des Schwingungsaufnehmers am schwingenden Bauteil hat hier großen Einfluss sowohl auf die Herstellungsweise als auch auf eventuelle Fehlmessungen und Störungen im Betrieb. Die Einspannung des Sensorelements mitsamt der Vielzahl von Einzelteilen, z. B. mit einer Feder und einer seismi­ schen Masse erfolgt bei diesem bekannten Schwingungsauf­ nehmer beispielsweise mit einem Gewindering der auf ein entsprechendes Gewinde an der Druckhülse aufschraubbar ist.
Aus der DE 195 24 149 A1 ist auch noch bekannt, dass die Einspannung des Sensorelements derart vorgenommen wird, dass ein axialer Anschlag für die Feder ohne eine Ver­ schraubung, durch ein ortsfest anklemmbares Sicherungs­ teil hergestellt wird.
Vorteile der Erfindung
Der eingangs erwähnte Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem die Druckhülse auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist und bei dem eine Sensoranordnung unter einer axialen Vorspannung an einer Auflagefläche zwischen Kontaktscheiben und dar­ über angeordneten Isolierscheiben gehalten ist, wird er­ findungsgemäß in vorteilhafter Weise dadurch weitergebil­ det, dass das gesamte Sensorpaket verklebt oder verlötet wird.
Bei einer ersten Ausführungsform werden die seismische Masse, das Sensorelement und die am Sensorelement axial beidseitig anliegen Kontaktscheiben und Isolierscheiben an den axialen Begrenzungsflächen miteinander (und an der Auflagefläche?) verklebt. Es ist dabei jeweils auf der dem Sensorelement zugewandten Seite der Kontaktscheiben ein leitfähiger Kleber angeordnet und die jeweilige Iso­ lierscheibe ist durch eine nichtleitende Klebeschicht ge­ bildet.
Gegenüber der bekannten Anordnung ist die vorgeschlagenen Anbringung des Sensorpakets dadurch vorteilhaft, dass beispielsweise die Tellerfeder, der Gewindering und auch die Isolierscheiben entfallen können. Dadurch wird eine geringere Bauhöhe und ein geringeres Gewicht des Schwin­ gungsaufnehmers möglich. Auch bilden sich durch die kom­ pakte Befestigung des Sensorpakets relativ geringere Re­ sonanzfrequenzen des Systems, bestehend aus Sensorpaket und der Befestigungsschraube des Schwingungsaufnehmers am zu detektierenden Bauteil, heraus. Auch Biegeschwingungen des zylindrischen Mittelteils der Druckhülse werden hier­ bei nicht auf die Piezokeramik des Sensorelements über­ tragen, woraus ein besserer Frequenzgang des detektierten Signals folgt.
Weiterhin ist mit der erfindungsgemäßen Anordnung auch eine saubere, bzw. berechenbare Einleitung der mechani­ schen Spannungen in die Piezokeramik möglich und es gibt somit keine Probleme aufgrund von ungleichmäßigen Ober­ flächen oder Rauhigkeiten an der Befestigungsfläche der Druckhülse zum zu detektierenden Bauteil. Durch Wegfall des bei den bekannten Anordnungen oft notwendigen Gewin­ des an der Druckhülse besteht darüber hinaus keine Gefahr von Spanbildung beim Zusammenschrauben des Sensorpakets.
Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform der Er­ findung sind die seismische Masse, das Sensorelement und die am Sensorelement axial beidseitig anliegen Kontakt­ scheiben an den axialen Begrenzungsflächen miteinander, bzw. auch an der Auflagefläche, entweder verklebt oder verlötet, wobei die Kontaktscheiben mit dem Sensorelement verlötet und mit den anderen Elementen verklebt sind. Die seismische Masse kann dabei auch mit der Ihr zugewandten Kontaktscheibe unter Fortfall der Isolierscheibe direkt verlötet werden. Das gleich gilt auch für die Verbindung zwischen der Kontaktscheibe und der Auflagefläche an der Druckhülse.
Mit der Erfindung kann auch eine Verwendung von einer Piezokeramik ohne Elektroden vorgesehen werden. Bei den bekannten Anordnungen ist die Piezokeramik der Sen­ soranordnung üblicherweise stets mit Elektroden, bzw. mit einer entsprechenden metallisierten Schicht, ausgerüstet, da sie vom jeweiligen Hersteller bereits polarisiert ist. Mit der Verwendung einer Piezokeramik ohne Elektrode kann in vorteilhafter Weise auch eine Polarisierung erst nach dem Anbringen, d. h. durch löten oder leitkleben, der Kon­ taktscheiben erfolgen.
Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung sind in vorteilhafter Weise die seismische Masse, das Sensorele­ ment und die am Sensorelement axial beidseitig anliegen Kontaktscheiben an den axialen Begrenzungsflächen mitein­ ander, bzw. auch an der Auflagefläche, verlötet, wobei jeweils an den axialen Begrenzungsflächen des Sensorele­ ments eine keramische Folie oder -scheibe als Kontakt- und Isolierscheibe angeordnet ist, die beidseitig lötbar ist. Mit dieser Anordnung kann auf einfache Weise das ge­ samte Sensorpaket währen der Montage komplett gelötet werden.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun­ gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre­ ren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungs­ form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausfüh­ rungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schwingungs­ aufnehmers mit einer Druckhülse werden anhand der Zeich­ nung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Klopfsensorgehäuse als Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse nach dem Stand der Technik und
Fig. 2 einen Detailschnitt durch ein verlötetes bzw. verklebtes Sensorpaket, bestehend aus Kontakt­ scheiben und piezokeramischer Scheibe als Sensorele­ ment sowie einer seismischen Masse.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist als bekannter Schwingungsaufnehmer ein Klopfsensor für einen Verbrennungsmotor mit einem äußeren Kunststoffgehäuse 1 dargestellt, in dem eine Druckhülse 2 angeordnet ist. Die Druckhülse 2 weist im Bereich ihres unteren Endes einen flanschartigen Rand 3 auf, über den sie mit ihrer unteren Basisfläche 20 auf dem hier nicht dargestellten Motorblock, dessen Schwingungen detektiert werden sollen, aufliegt.
Am Außenumfang 4 der Druckhülse 2 sind, ausgehend von ei­ ner unteren Auflagefläche 21 am flanschartigen Rand 3, folgende Teile angeordnet: eine Isolierscheibe 5, eine erste Kontaktscheibe 6, eine piezokeramische Scheibe 7 als eigentliches Sensorelement und darüber wiederum eine zweite Kontaktscheibe 6 sowie eine zweite Isolierscheibe 5. Auf diese Anordnung ist eine seismische Masse 8 aufge­ setzt, die mit einer ringförmigen Feder 9 in Richtung der piezokeramischen Scheibe 7 gedrückt wird. Eine Vorspan­ nung der Feder 9 wird durch einen Gewindering 10 erzeugt, welcher auf ein Außengewinde 11 am oberen Teil der Druck­ hülse 2 aufgeschraubt ist.
In einem integrierten Anschlußteil 12 des insbesondere in einem Kunststoff-Spritzgußverfahren hergestellten Gehäu­ ses 1 sind elektrische Anschlüsse 13 für die Kontakt­ scheiben 6 und Flachstecker 14 eingespritzt. Die Flach­ stecker 14 sind dadurch mit den beiden Kontaktscheiben 6 verbunden, wodurch über die beiden Kontaktscheiben 6 eine elektrische Verbindung zu den beiden Seiten der piezoke­ ramischen Scheibe 7 besteht und die elektrische Spannung, die bei einer Druckbeanspruchung der piezokeramischen Scheibe 7 in axialer Richtung erzeugt wird, abnehmbar ist.
Durch eine zentrale Ausnehmung, bzw. eine Bohrung 15 in der Druckhülse 2 ist eine hier nicht dargestellte Befe­ stigungsschraube führbar, mit welcher insgesamt dieser Klopfsensor mittel- oder unmittelbar am Motorblock des Verbrennungsmotors befestigbar ist. Bei der Montage des Klopfsensors wird das gesamte, von der oben beschriebenen Befestigungsschraube ausgeübte Drehmoment, auf die Druck­ hülse 2 über die untere Fläche 20 übertragen, d. h. auf die piezokeramischen Scheibe 7 als Sensorelement wirkt durch die Befestigung keine Kraft.
Eine Vorspannkraft wirkt hier durch den Druck der Feder 9. Die Vorspannkraft ist so gewählt, dass an der piezoke­ ramischen Scheibe 7 gerade noch ohne bleibende Ver­ schlechterung des elektrischen Signals ertragbare Axial­ kräfte wirksam sind und diese auch von thermischen Deh­ nungen sowie unvermeidlichen Stauchungen der Druckhülse 2 bei der Montage weitestgehend unabhängig ist. Die von der seismischen Masse 8 proportional zu den Schwingungen des Verbrennungsmotors ausgeübten Impulse werden in der pie­ zokeramischen Scheibe 7 in Ladungsimpulse umgewandelt, die an einem entsprechenden Gerät auswertbar sind.
Aus Fig. 2 ist eine detailliertere Darstellung des er­ findungsgemäßen Sensorpakets, bestehend aus Kontaktschei­ ben oder gleichwirkenden Bauelementen 6.1 und 6.2 und der piezokeramischen Scheibe 7 sowie der seismischen Masse 8, zu entnehmen.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 2 können jeweils auf der, der piezokeramischen Scheibe 7 zugewandten Seite der Kontaktscheiben 6.1, 6.2 eine leit­ fähige Klebeschicht 20 und 26 angeordnet sein. Die Iso­ lierscheiben sind hier durch eine nichtleitende Klebe­ schicht 22 zur Auflagefläche 21 hih und durch eine nicht­ leitenden Klebeschicht 23 zur seismischen Masse 8 hin ge­ bildet.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, das der Darstel­ lung nach der Fig. 2 entspricht, kann auch zwischen der seismischen Masse 8 und der Kontaktscheibe 6.2 die Schicht 23 als Lotschicht und zwischen der Kontaktscheibe 6.1 und der Auflagefläche 21 an der Druckhülse 2 die Schicht 22 als Lotschicht ausgebildet sein.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel anhand der unverän­ derten Darstellung nach der Fig. 2 können jeweils an den axialen Begrenzungsflächen der piezokeramischen Scheibe 7 eine keramische Folie oder -scheibe als Kontakt- und Iso­ lierscheibe 6.1 und 6.2 angeordnet werden, wobei diese jeweils beidseitig mit einer Lotschicht versehen sind. Diese Folien oder Scheiben 6.1, 6.2 sind dadurch sowohl für den Zusammenbau des gesamten Sensorpakets als für die elektrischen Anschlüsse lötbar.

Claims (6)

1. Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem
  • - die Druckhülse (2) auf einem Schwingungen verursachen­ den Bauteil unter Druck anbringbar ist und mit
  • - einer Sensoranordnung (7) und einer darüberliegenden seismischen Masse, wobei die Sensoranordnung als pie­ zokeramische Scheibe (7) außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung an einer Auflagefläche (21) zwischen Kontaktscheiben (6) und darüber angeord­ neten Isolierschichten (5) gehalten ist, dadurch ge­ kennzeichnet, dass
  • - die seismische Masse (8), die piezokeramische Scheibe (7) und die an der piezokeramischen Scheibe (7) axial beidseitig anliegen Kontaktscheiben (6.1, 1.2) und Iso­ lierschichten (22, 23) an den axialen Begrenzungsflä­ chen miteinander verklebt sind, wobei
  • - jeweils auf der, der piezokeramischen Scheibe (7) zu­ gewandten Seite der Kontaktscheiben (6.1, 6.2) ein leitfähiger Kleber (20,26) angeordnet ist und die Iso­ lierschichten durch eine nichtleitende Klebeschicht (22, 23) gebildet ist.
2. Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem
  • - die Druckhülse (2) auf einem Schwingungen verursachen­ den Bauteil unter Druck anbringbar ist und mit
  • - einer Sensoranordnung (7) und einer darüberliegenden seismischen Masse, wobei die Sensoranordnung als pie­ zokeramische Scheibe (7) außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung an einer Auflagefläche (21) zwischen Kontaktscheiben (6) und darüber angeord­ neten Isolierschichten (5) gehalten ist, dadurch ge­ kennzeichnet, dass
  • - die seismische Masse (8), die piezokeramische Scheibe (7) und die an der piezokeramischen Scheibe (7) axial beidseitig anliegen Kontaktscheiben (6.1, 1.2) und Iso­ lierschichten (22, 23) an den axialen Begrenzungsflä­ chen miteinander entweder verklebt oder verlötet sind, wobei
  • - die Kontaktscheiben (6.1, 1.2) mit der piezokeramischen Scheibe (7) verlötet sind.
3. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass
  • - die seismische Masse (8) mit der ihr zugewandten Seite der Kontaktscheibe (6.2) und dass die Auflagefläche (21) mit der ihr zugewandten Seite der Kontaktscheibe (6.1) unter Fortfall der Isolierschichten (22, 23) di­ rekt verlötet sind.
4. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Auflagefläche (21) mit der ihr zugewandten Seite der Kontaktscheibe (6.1) verklebt oder unter Fortfall der Isolierschichten (23) direkt verlötet ist.
5. Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem
  • - die Druckhülse (2) auf einem Schwingungen verursachen­ den Bauteil unter Druck anbringbar ist und mit
  • - einer Sensoranordnung (7) und einer darüberliegenden seismischen Masse, wobei die Sensoranordnung als pie­ zokeramische Scheibe (7) außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung an einer Auflagefläche (21) zwischen Kontaktscheiben (6) und darüber angeord­ neten Isolierschichten (5) gehalten ist, dadurch ge­ kennzeichnet, dass
  • - die seismische Masse (8), die piezokeramische Scheibe (7) und die am der piezokeramischen Scheibe (7) axial beidseitig anliegen Kontaktscheiben (6.1, 1.2) und Iso­ lierschichten (22, 23) an den axialen Begrenzungsflä­ chen miteinander verlötet sind, wobei
  • - jeweils an den axialen Begrenzungsflächen der piezoke­ ramischen Scheibe (7) eine keramische Folie oder -scheibe (6.1, 6.2) als Kontakt- und Isolierschichten (20, 26, 22, 23) angeordnet ist, die beidseitig lötbar ist.
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8139 Disposal/non-payment of the annual fee