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Sensor zur Messung des Ventilspiels
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Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung des Ventilspiels bei
insbesondere Brennkraftmaschinen.
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Das Ventilspiel von beispielsweise Otto- oder Dieselmotoren wird im
allgemeinen mit sogenannten "Fühlerlehren"-mechanisch eingestellt bzw. gemessen.
Für diese Messung und die davon abhängige Einstellung des Ventilspiels wird die
Nockenwelle des Motors so verdreht, daß das einzustellende Ventil absolut geschlossen
ist. In diesem Zustand wird mit einer Vielzahl von maßlich fein abgestuften Metallstreifen,
den sog. "Fühlerlehren", der freie Spalt zwischen Kipphebel und Ventilschaft gemessen.
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Die Breite dieses Spaltes beträgt in der Regel zwischen 0,1 mm und
0,4 mm, wobei die Einstellung, bedingt durch die Abstufung der Fühlerlehren, im
allgemeinen 0,05 mm genau erfolgen kann.
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Diese Messung ist wegen der erforderlichen, genauen Xinstellung des
Ventilspiels einerseits sehr umständlich und zeitraubend, da mit verschiedenen Fühlerlehren
geprüft werden muß, welches Ventilspiel eigentlich vorliegt und zum anderen vom
Gefühl des messenden Mechanikers stark abhängig.
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Aus der DE-A-24 48 710 ist ein Verfahren zum Messen des Ventilspiels
eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem ein induktiver Aufnehmer im Ventilgehäuse
zum Erfassen des Ventilzustandes angeordnet wird. Das bekannte Verfahren
setzt
jedoch einen hohen apparativen Aufwand voraus, da es darauf angelegt ist, die Kontrolle
des Ventilspiels auch während des Motorbetriebs zu gestatten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen preiswerten Sensor zur Messung
des Ventilspiels anzugeben, mit dessen Hilfe die Ventilspiel-Messung in sicherer
und einfacher Weise innerhalb kurzer Zeit durchzuführen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor
aus einem keilförmigen Stab besteht, der auf beiden Seiten mit einer Widerstandsschicht
versehen ist.
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Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß bei der Berührung
der beiden auf dem keilförmigen Stab angeordneten Widerstands schichten mit dem
metallischen Kipphebel einerseits und dem metallischen Ventilschaft andererseits
ein elektrischer Stromkreis geschlossen werden kann und mit Hilfe eines geeigneten
Meßinstrumentes über den elektrischen Widerstand der Widerstands schichten der Abstand
zwischen Kipphebel und Ventilschaft bestimmt werden kann.
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Gemäß Weiterbildungen der Erfindung ist die keilförmige Steigung des
Stabes konstant und die Widerstandsschichten auf den beiden Seiten hängen an der
Spitze des keilförmigen Stabes zusammen.
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Mit einer derartigen Ausführungsform kann in besonders einfacher Weise
unter Zuhilfenehme eines geeigneten Meßinstrumentes die Spaltbreite analog gemessen
werden.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die Widerstandsschicht auf
zumindest einer Seite mäanderförmig ist, wodurch sich der elektrische Widerstandswert
bei Verwendung von Metallen hoher Leitfähigkeit für die Widerstandsschicht zur genaueren
Messung erhöhen läßt.
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Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß die Widerstandsschicht
auf der einen Seite des keilförmigen Stabes in äquidistante Abschnitte unterteilt
ist und daß die einzelnen Abschnitte und die zusammenhängende Widerstandsschicht
der anderen Stabseite mit elektrischen Zuleitungen versehen sind.
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Damit wird der Vorteil einer digitalen Anzeige der zu messenden Spaltbreite
erzielt.
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Weiterbildungen der Erfindung sehen vor, daß der keilförmige Stab
aus einem elastischen Material, vorzugsweise Stahl, besteht, wobei zwischen den
Widerstandsschichten und dem Stab eine Fotolackschicht zur Isolierung angeordnet
ist. Die Widerstandsschichten bestehen dabei vorzugsweise aus Chrom oder einer Chromlegierung.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Widerstands
schichten auf beiden Seiten stufenförmig unterteilt und durch Isolierschichten voneinander
getrennt sind. Vorzugsweise besteht dabei der keilförmige Stab aus miteinander verklebten
und mit den Widerstandsschichten versehenen Kunststoffolien, wobei die Stufenhöhe,
welche in die Meßgenauigkeit eingeht, beispielsweise zwischen 20 tun und 70 tun
beträgt.
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Der keilförmige Stab ist vorteilhafterweise 10 mm bis 12 mm lang,
sowie an seiner Schmalseite ca. 0,1 mm und
an seiner Breitseite
ca. 0,6 mm breit. Die Widerstandsschichten weisen bevorzugt eine Stärke von 1 P
bis 2 zur auf.
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Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden anhand einzelner in
der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Dabei zeigt: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für analoge Meßanzeige,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für digitale Meßanzeige, Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel
für digitale meßanzeige und Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3.
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In der Fig. 1 ist ein Sensor 1 dargestellt, der aus einem keilförmigen
Stab 2 besteht und bei dem die Steigung konstant ist. Auf beiden Seiten des Stabes
2 sind Widerstandsschichten 3 und 4 angeordnet, welche an der Spitze 5 des keilförmilren
Stabes 2 miteinander verbunden sind.
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Zur Messung des Ventilspiels wird der Sensor 1 zwischen Kipphebel
6 und Ventilschaft 7 eingeführt bis ein elektrischer Kontakt-vorhanden ist. Mit
Hilfe des an dem Kipphebel 6 und dem Ventilschaft 7 angeschlossenen Meßinstrumentes
8 kann nun der elektrische Widerstand der Widerstandsbahnen 3 und 4 auf der Strecke
a + b bestimmt werden. Da die Steigung des keilförmigen Stabes 2 konstant ist, ist
der elektrische Widerstand R(a + b) proportional der Spaltbreite r Der keilförmige
Stab 2 besteht vorteilhafterweise aus einem elastischen Material wie beispielsweise
Stahl. Zur
elektrischen Isolierung wird auf seine Oberfläche eine
Fotolackschicht 9 bzw. 10 aufgebracht, bevor die Widerstandsschichten 3 und 4~beispielsweise
durch Aufdampfen von Chrom oder einer Chormlegierung hergestellt werden.
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Die Stärke der Fotolackschichten 9 bzw. 10 und der Widerstandsschichten
3 und 4 ist vorteilhafterweise im Mikrometerbereich und beträgt beispielsweise 1
s bis 2 In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines Sensors 11 dargestellt, bei
dem auf dem keilförmigen Stab 12 nur an der Unterseite eine durchgehende Widerstandsschicht
13, unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht 14, aufgebracht ist.
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Auf der Oberseite sind in vorzugsweise äquidistanter Anordnung einzelne
Widerstandsfelder 15 angeordnet, welche beispielsweise durch Trennen einer Widerstandsschicht
quer zur Stabsteigung in definierten Abständen erzeugt worden sind. Diese einzelnen
Widerstandsbahnen 15 können durch eine Isolierschicht 16 vom keilförmigen Stab 12
isoliert sein, wenn dieser aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Stahl,
besteht.
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Die Widerstandsbahn 13 ist mit einer Leiterbahn 17 und die Widerstandsschichten
15 sind mit Leiterbahnen 18 verbunden. Die Leiterbahnen 17 bzw. 18 sind über einen
Anschluß 21 mit einem Meßinstrument 22 verbunden. Zur Messung wird der Sensor 11
zwischen dem Kipphebel 19 und dem Ventilschaft 20 eingeführt, bis auf beiden Seiten
ein elektrischer Kontakt vorhanden ist. Durch die Unterteilung in einzelne Widerstandsfelder
15 auf der Oberseite des Stabes 12 läßt sich die Spaltbreite digital anzeigen. Die
Meßgenauigkeit wird dabei durch die Anzahl der einzelnen Widerstandsschichten 15
bestimmt. Die
Leiterbahnen 17 bzw. 18 werden ebenso wie die Widerstandsschichten
13 bzw. 15 bevorzugt durch Aufdampfen hergestellt, wobei die Leiterbahnen 17 bzw.
18 - wie in der Figur nicht dargestellt - ebenfalls wie die Widerstandsschichten
13 bzw. 15 gegenüber dem Stab isoliert sein müssen, wenn der Stab 12 aus einem elektrisch
leitfähigen Material besteht.
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In der Fig. 3 ist das Ausführungsbeispiel eines Sensors 23 dargestellt,
bei dem der keilförmige Stab 24 aus miteinander verklebten metallisierten Kunststoffolien
aufgebaut ist. Der genaue Aufbau des Sensors 23 ist in einer ausschnittsweisen Vergrößerung
in Fig. 4 dargestellt.
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Auf eine Folie 25, vorzugsweise aus Metall sind beidseitig etwas kürzere
Kunststoffolien 26, 27 aufgeklebt, die vorher mit Widerstandsschichten 28, 29, beispielsweise
durch Aufdampfen, versehen worden sind. Auf die Metallschichten 28 bzw. 29 der Folien
26 bis 27 sind dann zwei weitere, gleichlange, jedoch gegenüber den Kunststoffolien
26, 27 verkürzte Kunststoffolien 30 bzw.
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31 aufgeklebt, welche ebenfalls vorher mit den Metallschichten 32,
33 versehen worden sind. Dieser geschilderte Aufbau wird fortgesetzt bis der Sensor
23 den Aufbau des keilförmigen Stabes 24 aufweist. Der Stab 24 ist dabei so aufgebaut,
daß immer zwei Widerstandsschichten 28, 29 bzw. 32, 33 einander gegenüberliegen.
Die einzelnen Widerstands schichten sind mit elektrischen Zuleitungen 34 versehen
und über die Anschlußleitung 35 mit einem Meßinstrument 36 verbunden. Zur Messung
wird der Sensor 23 zwischen dem Kipphebel 37 und dem Ventilschaft 38 eingeführt,
bis ein elektrischer Kontakt zweier einander gegenüberliegender Metallschichten
zwischen dem
Kipphebel 37 und dem Ventilschaft 38 hergestellt ist.
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Am Meßinstrument 36 erfolgt dann eine digitale Anzeige der Spaltbreite.
Die Genauigkeit der Anzeige ist von der Stufenhöhe, d. h. von der Dicke der verwendeten
Kunststoffolien 26, 27 bzw. 30, 31 zuzüglich der darauf angebrachten Widerstandsschichten
28, 29 bzw. 32, 33 abhängig. Zweckmäßigerweise wird eine Stufenhöhe zwischen 20/um
und 70 )un gewählt.
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Die erfindungsgemäßen Sensoren lassen sich mit Hilfe der üblichen
Aufdampftechniken und der bei der Herstellung integrierter Schaltkreise bekannten
Fotoätztechniken preiswert herstellen, wobei die erforderliche Genauigkeit der Schichtdicken
der Widerstands schichten leicht eingehalten werden kann. Damit ergeben sich Sensoren,
welche in einfacher Weise und mit großer Genauigkeit die Messung und die eventuell
davon abhängige Einstellung des Ventilspiels gestatten. Die erforderlichen Messungen
des Ventilspiels lassen sich mit den erfindungsgemäßen Sensoren in kurzer Zeit durchführen,
da es nicht mehr erforderlich ist - wie bei der mechanischen Messung mittels Fuhlerlehren
- die entsprechende, zur Spaltweite passende Fühlerlehre auszuprobieren. Da die
Sensoren in den Spalt eingeschoben werden, bis ein elektrischer Kontakt erfolgt,
was mit Hilfe der Meßinstrumente leicht feststellbar ist, entfällt auch der Unsicherheitsfaktor
der bei mechanischer Messung der Spaltbreite vorhanden ist.
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14 Patentansprüche 4 Figuren