DE19960328B4

DE19960328B4 - Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse

Info

Publication number: DE19960328B4
Application number: DE19960328A
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: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: DE19960328A1; KR20020065540A; KR100744962B1; US20040011135A1; US6786078B2; EP1240490A1; JP4664560B2; WO2001044772A1; JP2003517597A

Abstract

Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem
– die Druckhülse (2) auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist und mit
– einer Sensoranordnung (7, 5, 6) und einer darüberliegenden seismischen Masse, die außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung an einer Auflagefläche eines flanschartigen Segments (3) der Druckhülse (2) gehalten sind, bei der die seismische Masse (8) mit einem Innengewinde versehen ist und zur Erzeugung der axialen Vorspannung in Richtung auf die Sensoranordnung (7) aufschraubbar ist, bei dem
– ein Kunststoff-Spritzgussgehäuse (1) um die Druckhülse (2) mit der Sensoranordnung (7, 5, 6) und der seismischen Masse (8) gelegt ist, wobei
– die seismische Masse (8) Nuten (14, 15, 16) auf mindestens einer Seite aufweist, durch die Kunststoff während der Umspritzung in einen Innenraum (17) zwischen der Sensoranordnung (7) und der Druckhülse (2) einführbar ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse nach der Gattung der Ansprüche 1 und 2.
Es ist aus der DE 197 27 703 A1 ein solcher Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse bekannt, bei dem zur axialen Einspannung des Sensorelements der Drückhülse über eine Verschraubung eine seismische Masse mit einem Innengewinde versehen ist.
Ferner ist aus der DE 196 12 540 A1 bekannt, dass bei einem solchen Schwingungsaufnehmer die Druckhülse in einem Spritzgussverfahren mit einem Kunststoffgehäuse umgeben wird. Der eingespritzte Kunststoff umschließt hierbei auch Vorsprünge und axiale Vertiefungen um nach dem Aushärten einen dichten Abschluss zwischen dem Gehäuse und der Druckhülse zu erreichen.
Es ist bereits in der DE 40 11 910 A1 prinzipiell ein piezo-elektrischer Umformer zur Beschleunigungsmessung beschrieben, der zwischen seismischen Massen eingespant ist und in der DE 44 03 660 A1 ein Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse beschrieben, der als Klopfsensor für die Überwachung der Funktion eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Diese Druckhülse wird über einen Auflagebereich fest an das die Schwingungen verursachende Bauteil, hier an den Motorblock des Verbrennungsmotors, angefügt.
Die zu detektierenden Schwingungen sind bei der bekannten Anordnung Klopfgeräusche des Verbrennungsmotors im Betrieb, die über die Druckhülse auf eine piezokeramische Scheibe als eigentliches Sensorelement mit dazwischenliegenden Kontaktscheiben und Isolierscheiben, die den Signalabgriff ermöglichen, geleitet werden und damit ein auswertbares elektrisches Ausgangssignal erzeugen.
Die Art der Anbringung, bzw. der Einspannung dieser Sensoranordnung 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 einer Vielzahl von Einzelteilen, z.B. mit einer Feder und einer seismischen Masse erfolgt bei diesem bekannten Schwingungsaufnehmer beispielsweise mit einem Gewindering der auf ein entsprechendes Gewinde an der Druckhülse aufschraubbar ist.
Es ist weiterhin aus der DE 195 24 147 A1 ein Schwingungsaufnehmer der zuvor beschriebenen Art bekannt, bei dem der Gewindering und die Feder als sogenannte Feder kopfmutter ein einstückiges Bauteil darstellen. Diese Federkopfmutter ist dann auf das Gewinde an der Druckhülse aufschraubbar und liegt damit direkt auf der seismischen Masse auf.
Aus der US 5 939 616 A ist darüber hinaus noch bekannt, dass ein solcher Schwingungsaufnehmer über eine Kerbanordnung und aus der US 5 744 698 A ist bekannt, wie ein solcher Schwingungsaufnehmer über vorgegebenen Hohlräume an der Aufspannfläche des Schwingungsaufnehmers auf dem die Schwingungen verursachenden Bauteil justiert werden kann.
Vorteile der Erfindung
Der eingangs erwähnte Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem die Druckhülse mit einer zunächst konkaven Basisfläche auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist, wird erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die seismische Masse mit einem Innengewinde versehen ist und zur Erzeugung der axialen Vorspannung auf die Sensoranordnung aufschraubbar ist.
Mit der vorgeschlagenen Anordnung ist beispielsweise der Aufbau eines Klopfsensors am Motorblock eines Verbrennungsmotors kostengünstig durchführbar, da weniger Einzelteile benötigt werden und insbesondere auch eine geringere axiale Bauhöhe und ein geringeres Gewicht des Schwingungsaufnehmers realisierbar ist. Weiterhin ermöglicht der Wegfall der bei der bekannten Anordnung vorhanden Tellerfeder auch eine konstantere Kennlinie bei der Erfassung des Sensorsignals.
Bei einem für sich gesehen bekannten Aufbau des Schwingungsaufnehmers mit einem Kunststoff-Spritzgussgehäuse, das um die Druckhülse mit der Sensoranordnung und die seismische Masse gelegt ist kann die seismische Masse erfindungsgemäß mindestens zwei radial verlaufende, sich gegenüberliegende Nuten aufweisen. Da durch diese Nuten der Kunststoff während der Umspritzung in einen Innenraum zwischen der Sensoranordnung und der Druckhülse gelangen kann und diese dadurch befestigt, wird eine kompakte Anordnung aufbaubar, bei der die Einbaulage, beispielsweise am Motorblock, beliebig ist.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform mit einem Kunststoff-Spritzgussgehäuse weist die Sensoranordnung mindestens zwei radial verlaufende sich gegenüberliegende Nuten auf, durch die der Kunststoff während der Umspritzung in den Innenraum zwischen der Sensoranordnung und der Druckhülse gelangen kann. Auch hierbei ist somit eine beliebige Einbaulage möglich, wobei allerdings die Herstellung einer seismischen Masse ohne Nuten einfacher und kostengünstiger wird. Die Nuten können bei beiden Ausführungsformen bevorzugt an beiden axialen Begrenzungsflächen der seismischen Masse, bzw. der piezokeramischen Scheibe der Sensoranordnung angebracht sein. Sie sind dabei in vorteilhafter Weise zwischen der einen und der anderen Fläche um 90° versetzt.
Eine besonders gute Wirkung bei der Einspannung des Sensorelements mit der seismischen Masse wird erzielt, wenn eine oder beide axialen Begrenzungsflächen der seismischen Masse derart konkav gestaltet sind, dass die axiale Wandstärke der seismischen Masse zur Mitte hin geringer wird.
Ein Schwingungsaufnehmer bei dem in an sich bekannter Weise eine Basisfläche der Druckhülse vor der Montage auf einem Bauteil eine radial nach innen konkav verlaufende Kontur aufweist, kann in vorteilhafter Weise auch so ausgestalten sein, dass die Auflagefläche für das Sensorelement innen an der Druckhülse vor der Montage eine radial nach innen konvex verlaufende Kontur aufweist. Diese Kontur ist so bemessen, dass nach der Montage zumindest die Sensoranordnung weitgehend plan an der Auflagefläche aufliegt.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen 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 mehreren in Form von Unterkombinationen 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.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schwingungsaufnehmers mit einer Druckhülse werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Klopfsensorgehäuse als Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse und einer aufschraubbaren seismischen Masse mit Nuten;
2 einen Detailschnitt der seismischen Masse nach der 1;
3 einen Schnitt durch ein Klopfsensorgehäuse als Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse und einer aufschraubbaren Seismischen Masse sowie mit einer Sensoranordnung mit Nuten;
4 einen Detailschnitt der seismischen Masse nach der 3 und
5 eine Draufsicht auf die Sensoranordnung nach der 3 mit den Nuten.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist als 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 4 auf dem hier nicht dargestellten Motorblock, dessen Schwingungen detektiert werden sollen, aufliegt.
Am Außenumfang der Druckhülse 2 sind, ausgehend von einer unteren Auflagefläche 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 aufgesetzt, die mit einem Innengewinde 9 versehen ist und in Richtung der piezokeramischen Scheibe 7 auf die Druckhülse 2 aufschraubbar ist.
In einem integrierten Anschlussteil 10 des insbesondere in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellten Ge häuses 1 sind elektrische Anschlüsse 11 für die Kontaktscheiben 6 und Flachstecker 12 eingespritzt. Die Flachstecker 12 sind dadurch mit den beiden Kontaktscheiben 6 verbunden, wodurch über die beiden Kontaktscheiben 6 eine elektrische Verbindung zu den beiden Seiten der piezokeramischen 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 13 in der Druckhülse 2 ist eine hier nicht dargestellte Befestigungsschraube 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 Druckhülse 2 über die untere Fläche 4 übertragen, d.h. auf die piezokeramischen Scheibe 7 als Sensorelement wirkt durch die Befestigung keine Kraft.
Eine Vorspannkraft wirkt hier durch den Druck der aufgeschraubten seismischen Masse 8 erzeugt. Die Vorspannkraft ist so gewählt, dass an der piezokeramischen Scheibe 7 gerade noch ohne bleibende Verschlechterung des elektrischen Signals ertragbare Axialkräfte wirksam sind und diese auch von thermischen Dehnungen 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 piezokeramischen Scheibe 7 in Ladungsimpulse umgewandelt, die an einem entsprechenden Gerät auswertbar sind.
Die seismische Masse 8 weist im unteren Bereich Nuten 14 und 15 auf, die ebenfalls deutlich aus der Detaildarstel lung der seismischen Masse 8 nach 2 ersichtlich sind. Aus der 2 ist darüber hinaus zu entnehmen, dass neben den radial auf einer axialen Seite der seismischen Masse 8 gegenüber liegenden Nuten 14 und 15 auf der anderen axialen Seite auch um 90° versetzte Nuten 16 angeordnet sind. Durch diese Nuten 14, 15 und 16 kann der Kunststoff zur Bildung des Gehäuses 1 während der Umspritzung in einen Innenraum 17 zwischen der piezokeramischen Scheibe 7 und der Druckhülse 2 gelangen.
Beim Ausführungsbeispiel nach den 3, 4 und 5 ist im Unterschied zu der Darstellung nach den 1 und 2 die seismische Masse 8 ohne Nuten ausgebildet. Hier weist die Sensoranordnung bzw. die piezokeramische Scheibe 7 Nuten 18, 19 und 20, 21 auf, die aus den drei Ansichten der piezokeramischen Scheibe 7 nach der 5 ersichtlich sind. Aus der 5 sind auch metallisierte Flächen 22 erkennbar, die zur elektrischen Kontaktierung der piezokeramischen Scheibe 7 auf den beiden axial gegenüberliegenden Flächen mittels der Kontaktscheiben 6 dienen.

Claims

Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem – die Druckhülse (2) auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist und mit – einer Sensoranordnung (7, 5, 6) und einer darüberliegenden seismischen Masse, die außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung an einer Auflagefläche eines flanschartigen Segments (3) der Druckhülse (2) gehalten sind, bei der die seismische Masse (8) mit einem Innengewinde versehen ist und zur Erzeugung der axialen Vorspannung in Richtung auf die Sensoranordnung (7) aufschraubbar ist, bei dem – ein Kunststoff-Spritzgussgehäuse (1) um die Druckhülse (2) mit der Sensoranordnung (7, 5, 6) und der seismischen Masse (8) gelegt ist, wobei – die seismische Masse (8) Nuten (14, 15, 16) auf mindestens einer Seite aufweist, durch die Kunststoff während der Umspritzung in einen Innenraum (17) zwischen der Sensoranordnung (7) und der Druckhülse (2) einführbar ist.
Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem – die Druckhülse (2) auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist und mit – einer Sensoranordnung (7, 5, 6) und einer darüberliegenden seismischen Masse, die außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung an einer Auflagefläche eines flanschartigen Segments (3) der Druckhülse (2) gehalten sind, bei der die seismische Masse (8) mit einem Innengewinde versehen ist und zur Erzeugung der axialen Vorspannung in Richtung auf die Sensoranordnung (7) aufschraubbar ist, bei dem – ein Kunststoff-Spritzgussgehäuse (1) um die Druckhülse (2) mit der Sensoranordnung (7, 5, 6) und die seismische Masse (8) gelegt ist, wobei – die Sensoranordnung (7) Nuten (18, 19, 20, 21) auf mindestens einer Seite aufweist, durch die Kunststoff während der Umspritzung in einen Innenraum (17) zwischen der Sensoranordnung (7, 5, 6) und der Druckhülse (2) einführbar ist.
Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – eine der axialen Begrenzungsflächen der seismischen Masse (8) derart konkav gestaltet ist, dass die axiale Wandstärke der seismischen Masse (8) zur Mitte hin geringer wird.
Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – beide axialen Begrenzungsflächen der seismischen Masse (8) derart konkav gestaltet sind, dass die axiale Wandstärke der seismischen Masse (8) zur Mitte hin geringer wird.
Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens zwei radial verlaufende, sich gegenüberliegende Nuten (14, 15, 16) vorhanden sind.
Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Nuten auf beiden axialen Begrenzungsflächen der seismischen Masse (8) oder der Sensoranordnung (7) jeweils um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Schwingungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Basisfläche (4) der Druckhülse (2) vor der Montage auf einem Bauteil eine radial nach innen konkav verlaufende Kontur aufweist, die durch den Druck der Montage veränderbar ist und dass – die Auflagefläche vor der Montage eine radial nach innen konvex verlaufende Kontur aufweist, die so bemessen ist, dass nach der Montage zumindest die Sensoranordnung (7, 5, 6) plan an der Auflagefläche aufliegt.