DE2841553A1 - Biegeschwinger-klopfsensor - Google Patents

Description

R. 5 0 10
7.9.1978 A 17

ROBERT BOSCH GLiBH, 7000 Stuttgart 1 Biegeschwinger-Klopfsensor Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Biegeschwinger-Klopfsensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es hat sich herausgestellt, daß ^eder Brennkraftmaschinentyp beim Auftreten von Klopf- oder Klingelerscheinungen eine typische Frequenz der zugeordneten Druckschwingungen aufweist. Dies ermöglicht das Erfassen solcher für den Motor und vor allem dessen Kurbelwellenlagerung schädlicher Beanspruchungen durch einen auf diese typische Klopfschwingungsfrequenz abgestimmten Biegeschwinger. Derartige Biegeschwinger bestehen aus einem piezokeramischen Material, an dessen

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Kontaktflächen von der Amplitude der Durchbiegung abhängige Spannungen auftreten» die abgenommen und einer Auswerteschaltung zugeführt werden, die entweder eine Alarmanzeige auslöst, damit der Benutzer der Brennkraftmaschine entsprechend einzugreifen vermag, oder die unmittelbar auf die Zündung oder auch die Kraftstoffbemessung, einwirkt» Da derartige Biegeschwinger-Klopfsensoren in brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen sollen, ist es erforderlich, daß sie eine den auftretenden Beanspruchungen ebenso wie den räumlichen Gegebenheiten entsprechenden Aufbau aufweisen. Diese Anforderungen sind bei den seitherigen Biegeschwinger-Klopfsensoren nicht ausreichend erfüllt«

Torteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Biegeschwinger-Klopf sens or mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er einerseits preiswert herstellbar ist, andererseits zuverlässig arbeitet und schließlich auch den auftretenden Beanspruchungen standhält. Darüber hinaus weist er einen geringen Platzbedarf auf und läßt sich rasch und zweckmäßig an oder in der Brennkraftmaschine montieren» ♦

Durch die in den Uhteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Biegeschwinger-Klopf sensors möglich. Eine besonders zweckmäßige Methode der Kontaktierung von Biegeschwingern, die zwei auf derselben Seite des

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schwingenden Stabes befindliche, zu kontaktierende Flächen aufweisen, besteht darin, daß für die beiden !"lachen eine gemeinsame, längsgeschlitzte Eontaktfahne verwendet wird, aus der nach dem. Einspannen, des Biegeschwingers in "Verlängerung des Schlitzes ein Streifen herausgestanzt wird. Diese Methode erleichtert die Montage und sichert zuverlässig eine parallele Anordnung der beiden nach dem Stanzvorgang vorhandenen Kontaktfahnen«» Dabei läßt sich diese Methode noch weiter dahingehend ausgestalten, daß vor dem Herausstanzen ein Anschlußdraht quer zur Verlängerung des Schlitzes aufgelegt und beidseitig zur Mittelebene des Schlitzes kontaktiert wird, worauf bei dem anschließenden Herausstanzen eines Streifens aus der Kontaktfahne auch ein Abschnitt des Drahtes zwischen den Eontaktierungsstellen herausgestanzt wird·

Zeichnung

Fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie ein die Methode der Herstellung des Anschlusses zeigendes Beispiel sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-H der Fig. 1, Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Längsschnitt, Fig. 4- ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, ebenfalls im Längsschnitt, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie T-T der Fig. 4-, Fig. 6 einen Querschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel· der Erfindung, Fig. 7 einen Längsschnitt

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durch ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 8 die Draufsicht auf eine Doppelkontaktfahne in schematischer Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In einen metallischen Sockel 1, der die Gestalt eines Zylinders 2 mit an einer Stirnseite angesetzten Flansch aufweist ist ein offener Längskanal in Gestalt einer Längsnut 4 eingearbeitet. Die Tiefe der Längsnut reicht bis in den Bereich der RotationsSymmetrieachse des Sockels 1. In die Längsnut 4 ist, mit einer Flachseite an deren Grund aufliegend, ein stabformiger Biegeschwinger 5 so eingelegt, daß er einerseits bis in die Nähe des Flansches 3 reicht und er andererseits ausreichend weit über die freie Stirnseite des Zylinders 2 herausragt. Auf das dem Flansch 3 benachbarte Ende des Biegeschwingers 5 is* eine Kontaktfahne 6 aufgelegt. Ein Isolierplättchen 7 liegt auf dem an die Kontaktfahne 6 anschließenden Bereich des Biegeschwingers 5 auf und umgibt außerdem die Kontaktfahne 6 an ihren drei freien Seiten. Zu diesem Zweck is.t die Kontaktfahne 6 um die doppelte Dicke des Isolierplättchens schmaler als die Breite der Längsnut 4· Ein entsprechend geformtes Druckstück 8 ist aufgelegt und es ist durch Verstemmen die gesamte in der Längsnut 4 befindliche Anordnung festgeklemmt und dadurch das Ende des Biegeschwingers 5 eingeklemmt. Durch das Verstemmen wird Material vom Zylinder 2 in Gestalt von vorstehenden ITasen 9 über das Druckstück 8 geformt· Im Bereich des Flansches 3 ist eine Vertiefung 10 eingearbeitet, die mit elektrisch isolierender

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Vergußiaasse 11 ausgegossen ist. Der Plansch 3 oder, bei Fehlen eines Flansches 3» der Zylinder 2 sind an mindestens einer Stelle mit einer Abflachung 12 versehen die einen definierten Winkel zu den Oberflächen des stabförmigen Biegeschwingers 5 einnimmt und die dazu dient, eine definierte Lage des Biegeschwingers 5 in. der zu überwachenden Brennkraftmaschine sicherzustellen, die mit einer entsprechenden Gegenfläche für die Abflachung 12 versehen ist.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsform erfolgt die Kontaktierung zwischen Kontaktfahne 6 und Biegeschwinger 5 durch Zusammenpressen der beiden Teile, weshalb sich in dem Bereich, in dem diese beiden Teile aneinanderliegen, zwei einander gegenüberliegende Hasen 9 vorgesehen sinde Es kann jedoch auch, wie dies Fig. 3 zeigt, die Kontaktierung durch Anlöten oder Anpunkten der Kontaktfahne 6 an den Biege schwinger 5 erfolgen«. Es befinden sich dann die Stellen, an denen die ITasen 9 durch Verstemmen gebildet wurden, axial außerhalb des Bereichs, in den die Kontaktfahne 6 reichte Isolierplättchen 7¹ und Druckstück 8' sind entsprechend gestaltet» Der freie Raum der Längsnut ist-mit Vergußmasse 11' ausgefüllt.

Das Einklemmen und Verspannen des stabförmigen Biegeschwingers 5 kann auch, wie dies in den Fig. 4- und 5 dargestellt ist, auf andere t7eise erfolgen. Zu diesem Zweck ist in den Sockel 1" ein zentraler, axial durchgehender und an allen vier Umfangsflächen geschlossener Längskanal 14 eingearbeitet, der sowohl den Zylinder 2" als auch den Flansch 3"

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durchdringt, wobei er im Bereich des Flansches 3" in eine in Querschnitt vergrößerte Vertiefung 10" übergeht. In den Längskanal 14· sind der Biegeschwinger 5, die an ihm flach aufliegende Kontaktfahne 6 und ein Isolierplättchen 7" eingelegt, die den Kanalquerschnitt so weit ausfüllen, daß sie sich noch bequem einschieben lassen· Dabei weist das Isolierplättchen 7" in dem Bereich, in dem es die Kontaktfahne 6 umgibt, einen U-profilartigen Querschnitt auf, wogegen es in dem anderen Endbereich den vollen Querschnitt hat. Anschließend wird durch Kalibrieren, also durch Durchmesserverringerung des Zylinders 2" die Anordnung aus Biegeschwinger 5» Kontaktfahne 6 und Isolierplättchen 7" festgeklemmt und eingespannt. Die Vertiefung 10" ist mit Vergußmasse 11" ausgegossen.

Bei der in Fig. 6 im Querschnitt dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klopfsensors umfaßt der Sockel 1'" einen Zylinder 2^IM, in den eine Längsnut 4·^ΙΜ eingearbeitet ist, in die wiederum der Biegeschwinger 5» die Kontaktfahne 6 und ein Isolierplättchen 7'" eingelegt sind. Dabei ist die Tiefe der nach oben offenen Längsnut 4-"¹ so bemessen, daß die Summen der Höhen des Biegeschwingers 5» der Kontaktfahne 6 und des Isolierplättchens 7¹" (bzw. im vorderen Bereich des Biegeschwingers 5 und des Isolierplättchens 7'") geringfügig größer ist als die TieTe der als Längskanal dienenden Längsnut 4·¹". Es wird nun ein Abdeckplättchen 13 aufgelegt, das über die Längsnut 4-¹" beidseitig übersteht und es wird nach dem Anpressen des Abdeckplättchens 13 an eine Abflachung 12'" des Zylinders 2^MI das

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Abdeckplättchen 13 iait dem Zylinder 2¹" dauerhaft verbunden, vorzugsweise verschweißt. Es wird dadurch das gewünschte Einklemmen der Teile 5 bis 7 "bzw· das gewünschte Einspannen des Biegeschwingers 5 erzielt.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform weist der Sockel 1"" die Gestalt eines Bechers 22 mit an seinem offenen Ende angeformten Ringflansch 23 auf. Der Boden des Bechers 22 ist mit einer Aussparung 24 versehen die zentral angeordnet ist und deren Querschnitt deutlich größer ist als der Querschnitt des Biegeschwingers 5· Zur Halterung des Biegeschwingers 5 is* dieser mittels zweier Distanzstücke 19 und 20 im Becher 22 gehalten» Dabei weist das in der Nähe des Bodens des Bechers 22 befindliche Distanzstück 19 eine Aussparung auf, die den Biegeschwinger stramm hält. Das Distanzstück 20 weist eine Aussparung auf, die das Ende des Biegeschwingers sowie zwei auf dessen einander gegenüberliegende Seiten aufgelegte Kontaktfahnen 16 stramm hält. Beide Distanzstücke 19 und 20 bestehen aus Isolierstoff. Bei eng bemessener Herstellung der Teile kann durch Einpressen der Distanzstücke 19 und 20 in den Becher 22 eine ausreichende Fixierung und Einspannung des. Biegeschwingers 5 in Sockel 1"^lf erzielt werdeno Im allgemeinen wird jedoch der Hohlraum, des Bechers 22 mit Vergußmasse 2i ausgefüllt. Bei Wahl einer ausreichend hart werdenden Vergußmasse 21, die durch Aussparungen des Distanzstückes 20 in den Becher innenraum eindringen kann und ggf. durch Aussparungen des Distanzstückes 19 "bis zum Boden des Bechers reicht, kann eine ausreichende Einspannung des Biegeschwingers 5 auch durch die Vergußmasse 21 erzielt werden.

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us ist dann nicht erforderlich, daß der Biegeschwinger 5 in die Distanzstücke 19 "bzw. 20 stramm eingespannt ist.

Eine zweckmäßige Methode der Kontaktierung zeigt Fig. 8. Es handelt sich hierbei um einen Biegeschwinger 5» der an der Kontaktierungsseite zwei zu kontaktierende Flächen 15 aufweist, die voneinander entlang einer Trennung 17 isoliert sind. Eine Kontaktfahne 26 ist mit einem Längsschlitz 27 -versehen, so daß die beiden Kontaktfahnenenden 26' im Abstand voneinander auf den Flächen 15 des Biegeschwingers 5 aufliegen. Der Längsschlitz 27 endet im Abstand vom freien Ende der Kdntaktfahne 26 und es ist in diesem Bereich ein Anschlußdraht 28, dessen Isolierung 29 entfernt wurde, an der Kontaktfahne 26 durch Löten oder Schweißen befestigt. Anschließend wird mittels eines Stempels 30 eines nicht näher dargestellten Stanzwerkzeuges die Kontaktfahne 26 in Verlängerung des Längsschlitzes 27 durchtrennt, wobei gleichzeitig auch der Anschlußdraht 28 durchtrennt wird. Durch den Stanzvorgäng wird ein Materialstreifen herausgetrennt und es entstehen zwei durch einen Abstand voneinander getrennte und isolierte Kontaktfahnen mit bereits daran befestigten Anschlußdrähten.

Die Enden der Kontaktfahnen 6 bzw. 16 können auch *in beliebiger anderer Weise gestaltet sein, beispielsweise als Flachsteckerzungen oder als Lötanschlüsse ausgebildet sein.

Each dem Einspannen des Biegeschwingers 5 wird festgestellt, ob er die gewünschte Eesonanzfrequenz hat. Ggf. wird dann durch meßgesteuertes Abschleifen des freien Endes seine Länge so vermindert, daß er die gewünschte Eigenfrequenz aufweist.

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Claims (1)

1. 7.9.1978 A 17 r/kg

   ROSSRg BOSCH GIIBE, 7000 Stuttgart 1

   Ansprüche

   IJ Biegeschwinger-Klopfsensor zum Einbau in Otto-Brennkraftmaschinen, mit einem Schwinger aus piezokeramischem Material, dessen Resonanzfrequenz auf die brennkraftaaschinentypische Frequenz der Klopf schwingungen abgestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der stabförmige Biegeschwinger (5) an seinem einen Ende zusammen mit einer Anschlußkontaktfahne (6 bzw«, 16 bzw«, 26) in einem Sockel (1) parallel zu dessen Achse eingespannt ist·

   2e Biegeschwinger-Elopfsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (1) als Sinterformteil, Fließpreßteil oder Strangpreßteil gestaltet und hergestellt ist, und daß er mit einem Längskanal (4 bzw. 14 bzw· 24) zur Aufnahme des Biegeschwingers (5) und der Kontaktfahne (6 bzw. 16 bzw. 26) versehen ist.

   3ο Biegeschwinger-Klopfsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Längskanal (4 bzw. 14) außer dem Biegeschwinger (5) und der Kontaktfahne (6 bzw. 16 bzw. 26) noch ein Isolierplättchen (7) und ein Druckstück (8) 'untergebracht sind ο

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   4. Biegeschwinger-Klopfsensor nach, einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannung und das Zusammenpressen der in dem als offene Längsnut (4·) ausgebildeten Längskanal eingelegten Teile (5 bis 8) durch Verstemmen erfolgt»

   5. Biegeschv/inger-Klopfsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannung und das Zusammenpressen der in dem geschlossenen Längskanal (14) eingelegten Teile (5 bis 7) durch Kalibrieren des Sockels (1") erzielt ist.

   6. Biegeschwinger-Klopfsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannung und das Zusammenpressen der in dem als offene Längsnut ausgebildeten Längskanal (4¹¹¹) eingelegten Teile (5, 6, 7^Ifl) durch ein aufgepreßtes und danach aufgeschweißtes oder sonstwie dauerhaft befestigtes Abdeckplättchen (13) erzielt ist«

   7. Biegeschwinger-Klopfsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Längskanal (4-) mit einer Vergußmasse (11) ausgefüllt ist, die den nach dem Verstennen bzw. Kalibrieren bzw. Abdecken freigebliebenen Raum ausfüllte

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   8. üiegeschv/inger-IIlopf sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (1"") als Becher (22) ausgebildet ist, in dessen Boden eine Aussparung (24) eingearbeitet ist, die den durch den Boden nach außen tretenden Biegeschwinger (5) mit Abstand umgibt, der durch Distanzstücke (19, 20) und/oder eine eingefüllte Vergußmasse (21) eingespannt und gehalten ist·

   9- Verfahren zum Herstellen von Anschlüssen an einem Biegeschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der zwei auf derselben Seite befindliche zu kontaktierende Flächen auf v/eist, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Längsschlitz (27) versehene Kontaktfahne (26) verwendet ist, aus der nach dem Einspannen des Biegeschwingers (5) in Verlängerung des Längsschlitzes (27) ein Streifen herausgestanzt wird»

   10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Heraus stanzen ein Anschlußdraht (28) quer zur Verlängerung des Längsschlitzes (27) aifgelegt und beidseitig zur Hittelebene des Längsschlitzes (27) kontaktiert wird, und daß beim Herausstanzen eines Streifens aus der Kontaktfahne (26) gleichzeitig ein Abschnitt des Drahtes (28) zwischen den Kontaktierungsstellen herausgestanzt wird.

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