DE19960325A1

DE19960325A1 - Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse

Info

Publication number: DE19960325A1
Application number: DE19960325A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Brammer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: US6807863B2; US20030154765A1; WO2001044771A1; DE19960325B4; JP4800539B2; JP2003517596A; KR20020065567A; KR100744963B1; EP1240489A1

Abstract

Es wird ein Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse vorgeschlagen, bei dem die Druckhülse (2; 22) mit einer Basisfläche (20) auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist und dabei die Basisfläche (20) vor der Montage eine radial nach innen konkav verlaufende Kontur aufweist. Darüber hinaus weist die Auflagefläche (21) vor der Montage eine radial nach innen konvex verlaufende Kontur auf, die so bemessen ist, dass nach der Montage zumindest eine Sensoranordnung (7, 5, 6, 8) weitgehend plan an der Auflagefläche (21) innen an der Druckhülse (22) aufliegt.

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 dazwischenlie genden Kontaktscheiben und Isolierscheiben, die den Sig nalabgriff ermöglichen, geleitet werden damit ein aus wertbares elektrisches Ausgangssignal erzeugen.

Die Art der Anbringung, bzw. der Einspannung dieser Sen soranordnung in 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 einer 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.

Beim Befestigen des bekannten Schwingungsaufnehmers am die Schwingungen verursachenden Bauteil mittels einer axial wirkenden Schraube, wird die von außen zur Mittel bohrung hin konkave Basisfläche der Druckhülse auf die gegenüberliegende Fläche am Bauteil gedrückt. Durch die sen Druck stellt sich die innen gegenüberliegende Aufla gefläche der Druckhülse, an der das Sensorelemente einge spannt ist, ebenfalls unter den gleichen Winkel, unter dem die Basisfläche konkav ist. Es kann sich somit zwi schen der Auflagefläche und der Sensoranordnung, hier insbesondere der Keramikscheibe mit den Isolations- und Kontaktscheiben, im radial innenliegenden Bereich ein Hohlraum herausbilden.

Da dieser Hohlraum durch elastisches Verformen der rela tiv steifen Sensorteile in der Regel nur geringfügig kom pensiert werden kann, wird eine optimales Einleiten der Schwingungen über die Druckhülse auf die eigentliche Sen soranordnung erschwert.

Vorteile der Erfindung

Der eingangs erwähnte Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem die Druckhülse mit einer zunächst konkaven Basisfläche auf einem Schwingungen verursachen den Bauteil unter Druck anbringbar ist, wird erfindungs gemäß dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass für eine Sensoranordnung, die an einer der Basisfläche innen ge genüberliegenden Auflagefläche der Druckhülse gehalten ist, die Auflagefläche vor der Montage eine radial nach innen konvex verlaufende Kontur aufweist. Die Kontur der Auflagefläche ist dabei so bemessen, dass nach der Monta ge die Sensoranordnung weitgehend plan an der Auflageflä che aufliegt.

Die Basisfläche, die vor der Montage die konkav verlau fende Kontur aufweist, wird dabei durch den Druck der Montage, in der Regel über eine durch eine Mittelbohrung geführte Schraube, verändert. Bei einer besonders bevor zugten Ausführungsform sind die Winkel, unter denen die Basisflächen konkav und die Auflagefläche konvex sind, vor der Montage in etwa gleich, z. B. im Bereich von 10' bis 20', so dass diese in jedem Fall immer parallel ver laufen.

Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise erreicht, dass nach dem Befestigen des Schwingungsaufnehmers durch die beschriebene Bearbeitung der Auflagefläche und der Basisfläche auch eine plane Auflage für die Sensoranord nung geschaffen ist. Die wesentlichen Bestandteile der Sensoranordnung für einen Klopfsensor als Schwingungsauf nehmer sind hier eine Piezokeramik zur Erzeugung eines elektrischen Signals und eine darüberliegende seismische Masse, die somit immer planparallel aufeinander liegen.

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

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

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Klopfsensorgehäuse als Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 eine Detaildarstellung einer erfindungsgemä ßen Druckhülse.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist als Schwingungsaufnehmer ein Klopfsensor für einen Verbrennungsmotor mit einem äußeren Kunststoff gehäuse 1 dargestellt, in dem eine Druckhülse 2 angeord net 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 darge stellten Motorblock, dessen Schwingungen detektiert wer den 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 ple zokeramischen Scheibe 7 in Ladungsimpulse umgewandelt, die an einem entsprechenden Gerät auswertbar sind.

Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Beispiel nach der Fig. 1 ist die Basisfläche 20 konisch ausgebildet, wobei diese zur Bohrung 15 hin abfällt und somit im äuße ren Bereich des flanschartigen Randes 3 eine Erhebung entsteht. Aufgrund des konischen Verlaufs der Basisfläche 20 kann nun die Druckhülse 2 voll an die Befestigungsflä che des Motorblocks angepresst werden.

Aus Fig. 2 ist eine Detaildarstellung einer erfindungs gemäßen Druckhülse 22 zu entnehmen, bei der nicht nur ei ne konische Kontur der Basisfläche 20 sondern auch in Ab änderung der Druckhülse 2 nach der Fig. 1 ein korrespon dierend konvexer Verlauf der Auflagefläche 21 vorhanden ist. Zur optimalen Befestigung des gesamten Schwingun gungsaufnehmers ist der Winkel α der konischen Kontur der Basisfläche 20 und der Winkel β der konvexen Kontur der Auflagefläche 21 relativ klein, zum Beispiel 10' bis 20', wobei als Material für die Druckhülse 22 Stahl oder Mes sing verwendet wird. Vorzugsweise sind beide Winkel α und β gleich groß, damit insbesondere die Piezokeramik 7 und die seismische Masse 8 nach der Montage immer planparal lel aufeinander liegen.

Bei der Auswahl der Winkel α und β ist auch darauf zu achten, dass beim Anziehen der nicht dargestellten Befe stigungsschraube der konische Bereich der Basisfläche 20 vom äußeren Rand her, d. h. dass zuerst der Auflagebereich mit dem größeren Durchmesser, auf dem Bauteil zum Anlie gen kommt, und dann bei zunehmendem Anzugsmoment der Be festigungsschraube die übrigen Bereiche des konischen Be reichs zur Anlage auf dem Bauteil kommen. Dadurch kommt nahezu der gesamte konische Bereich zur Anlage. Die Ver formung, auf die die Winkel α und β abzustimmen sind, soll ganz oder vorwiegend im elastischen Bereich des ver wendeten Materials der Druckhülse 22 liegen, so dass auf grund der sogenannten Restelastizität beim Lösen der Be festigungsschraube sich die konische Form wieder nahezu zurückbilden kann.

Claims

1. Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem

- die Druckhülse (2; 22) mit einer Basisfläche (20) auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist, wobei die Basisfläche (20) vor der Montage eine radial nach innen konkav verlaufende Kon tur aufweist, die durch den Druck der Montage verän derbar ist, und mit
- einer Sensoranordnung (7, 5, 6) und weitere Bauelemente (8, 9), die außen an der Druckhülse (2; 22) unter einer axialen Vorspannung an einer der Basisfläche (20) in nen gegenüberliegenden Auflagefläche (21) der Druck hülse (2; 22) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Auflagefläche (21) vor der Montage eine radial nach innen konvex verlaufende Kontur aufweist, die so bemessen ist, dass nach der Montage zumindest die Sen soranordnung (7, 5, 6, 8) weitgehend plan an der Auflage fläche (21) aufliegt.

2. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass

- die Winkel (α, β), unter denen die Basisfläche (20) konkav und die Auflagefläche (21) konvex verläuft, vor der Montage gleich sind.

3. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, dass

- die parallelen Winkel (α, β) im Bereich von 10' bis 20' liegen.