DE3534352A1

DE3534352A1 - Abgedichteter druckmessfuehler

Info

Publication number: DE3534352A1
Application number: DE19853534352
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Nagoya Aichi Morii
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1985-09-26
Publication date: 1986-03-27
Also published as: JPS6160137U; US4686861A

Description

Die Erfindung betrifft einen abgedichteten oder dichtungsintegrierten (gasket type) Druckmeßfühler, der an einem schwingenden Körper, etwa am Zylinder- ° kopf einer aufgrund von Klopfen (klopfender Verbrennung) und Kraftstoffeinspritzung Schwingungen erzeugenden Brennkraftmaschine montiert ist und zur Erfassung von Druckschwankungen mittels piezoelektrischer Elemente dient.
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Ein Druckmeßfühler dieser Art wird z.B. zwischen die Dichtungssitzfläche einer Zündkerze der Brennkraftmaschine und den Zündkerzensitz eines Zylinderkopfes eingesetzt und dabei unter Ausnutzung der Kontraktion oder Verspannung eines entsprechenden Schraub(en)elements an der Fläche eines schwingenden Körpers befestigt. Aufgrund der durch letzteren erzeugten Schwingung unterliegt das piezoelektrische Element einer Druckverformung, und es liefert ein _mit der Schwingung synchrones Ausgangssignal. Der Druckmeßfühler dient zur Erfassung von Druckschwankungen bei klopfender Verbrennung und Kraftstoffeinspritzung, wenn er - wie angegeben - auf den Zylinderkopf angewandt ist.

Es ist bereits ein in Fig. 6 dargestellter Druckmeßfühler oder -sensor bekannt, der einen von einem Metallgehäuse umschlossenen integrierten Körper aufweist, der piezoelektrische Elemente und ein Metall-Preßelement (presser metal) umfaßt.

Zur Herstellung einer solchen bisherigen Anordnung müssen zwei piezoelektrische Elemente a mit zwischengefügter Elektrode b aufeinander gesetzt, ein im Querschnitt umgekehrt T-förmiges Metall-Preßelement c mit einem nach oben ragenden Druckbeaufschlagungsteil d und hergestellt aus einem Werkstoff

eines niedrigen Ausdehnungskoeffizienten/ wie Invar, Covar und 42Ni-Fe, auf der obigen Kombination montiert, die so erhaltene Anordnung in ein Metallgehäuse e eingeschlossen und die Enden oder Ränder des Metallgehäuses e einwärts gegen die Schultern des Druckbeaufschlagungsteils d (dicht) herumgebörtelt werden, so daß der Druckbeaufschlagungsteil d dazwischen nach oben ragt.
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Bei der beschriebenen Konstruktion wirkt die durch das Schraubelement, z.B. eine Zündkerze, ausgeübte Druckkraft in Richtung des Pfeils auf den Druckbeaufschlagungsteil d ein; selbst wenn dabei das Metallgehäuse e dicht gegen die beiden Schultern des Metall-Preßelements c angelegt (calked) ist, ist dieser Abdicht-Bereich aufgrund plastischer Verformung einer Entspannung unterworfen. Nachteilig an dieser Anordnung ist also, daß der genannte Abdicht-Bereich undicht werden kann, so daß eine Beeinträchtigung oder Zerstörung der piezoelektrischen Elemente a und ein elektrischer Kurzschluß auftreten können, weil längs der Schultern oder Flanken des Druckbeaufschlagungsteils d eindringendes Wasser oder Öl die Innenfläche des Metallgehäuses e benetzen kann.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten abgedichteten Druckmeßfühlers, der insbesondere vor einem Eindringen von Öl und Wasser speziell geschützt ist.

Diese Aufgabe wird bei einem abgedichteten Druckmeßfühler, bei dem piezoelektrische Elemente und ein Metall-Preßelement zur Bildung eines integrierten oder einheitlichen Körpers aufeinander ersetzt sind und der einheitliche Körper in ein Metallgehäuse eingekapselt ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

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die Nahtstelle des den größten Teil des einheitlichen Körpers umschließenden Metallgehäuses an der

druckbeaufschlagten Fläche liegt. 5

Der durch entweder das Schraubelement oder den schwingenden Körper (im folgenden einfach als Druckkörper bezeichnet) ausgeübte Klemmdruck beaufschlagt über das Metallgehäuse das piezoelektrische Element. Demzufolge werden Spiel und Flüssigkeitseindringen an der Nahtstelle weitgehend verhindert, weil der Bereich an der Nahtstelle zusammengedrückt wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine in lotrechtem Schnitt gehaltene Seitenansicht eines Druckmeßfühlers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen lotrechten Schnitt durch den Druckmeßfühler nach Fig. 1,
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Fig. 3 bis 5 in vergrößertem Maßstab gehaltene lotrechte Schnittansichten anderer Ausführungsformen der Erfindung und

Fig. 6 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen

lotrechten Schnitt durch einen bisherigen Druckmeßfühler.

Fig. 6 ist eingangs bereits erläutert worden. 35

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen den grundsätzlichen Aufbau einer Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß den Fig. 1 und 2 sind zwei piezoelektrische Elemente 2 unter Zwischenfügung einer Leiterplatte 3 aufeinander gesetzt, und ein ringförmiges Metall-Preßelement 4 aus einem Metall eines niedrigen Ausdehnungskoeffizienten ist an der Unterseite der obigen Anordnung angeordnet, so daß ein integrierter oder einheitlicher Körper 1 gebildet wird. Letzterer ist mittels eines Tiefziehvorgangs in ein Metallgehäuse 5 eingeschlossen, wobei dessen Nahtstelle 6 an einer druckbeaufschlagten und mit einem Druckkörper x, z.B. einem Zylinderkopf und einer Zündkerze, in Berührung stehenden Fläche liegt. Gemäß Fig. 1 ist eine von einem Metallmantel umhüllte Zuleitung 7 in einen Ausschnitt oder eine Öffnung im Metallgehäuse 5 eingeführt, wobei der isolierte Leiter 8 der Zuleitung 7 an die Leiterplatte 3 angeschlossen ist, so daß ein ringförmiger Druckmeßfühler gebildet wird. Erforderlichenfalls kann gemäß den Fig. 3 bis 5 ein Abstandstück 9 zwischen dem oberen piezoelektrischen Element 2 und dem oberen Abschnitt des Metallgehäuses 5 vorgesehen sein.

Wenn der einheitliche Körper 1 mit dem beschriebenen Aufbau durch den Druckkörper χ an Ober- und Unterseite unmittelbar mit Druck beaufschlagt wird, wirkt der Druck über das Metall-Preßelement 4 auf die piezoelektrischen Elemente 2 ein. Dabei wird in den piezoelektrischen Elementen 2 eine der Druckschwankung proportionale Spannung erzeugt, die an der Leiterplatte 3 als Ausgangssignal über den isolierten Leiter 8 abgenommen werden kann.

Die Fig. 3 bis 5 veranschaulichen andere, weiterentwickelte Ausführungsformen der Erfindung. Während nämlich die vorher beschriebene Ausführungsform unter dem Gesichtspunkt verbesserter Luftdichtigkeit gegenüber der bisherigen Anordnung ausgebildet ist,

bei welcher die mangelhafte Luftdichtigkeit den umgebörtelten (calked) End- oder Randabschnitten des Metallgehäuses 5 bzw. e zuzuschreiben ist, soll bei den Ausführungsformen nach Fig. 3 bis 5 ein Wasser- und Öleintritt an den umgebörtelten Rändern wirksamer verhindert werden.

Beim Druckmeßfühler nach Fig. 3 sind im Bereich der unteren Außen- und Innenkanten eines unmittelbar unter zwei piezoelektrischen Elementen 2 angeordneten Metall-Preßelements 10 Nuten 11, 12 eingestochen, in welche O-Ringe 13 bzw. 14 aus einem Fluor- oder Silikonharz eingesetzt sind. Der auf diese Weise gebildete integrierte oder einheitliche Körper 1 ist dabei vom Metallgehäuse 5 umschlossen, dessen Saum oder Nahtstelle 6 sich an der Unterseite des Metall-Preßelements 10 befindet. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen dem oberen piezoelektrischen Element 2 und dem oberen Abschnitt (Oberseite) des Metallgehäuses 5 ein Abstandstück 9 angeordnet. Der einheitliche Körper 1 ist dadurch luftdicht in das Metallgehäuse 5 eingekapselt, daß dessen beide Kanten oder Ränder nach innen umgebörtelt (calked) sind.

Selbst wenn über diese Nahtstelle 6 Flüssigkeit eindringen kann, wird die Flüssigkeit durch die O-Ringe 13, 14 zurückgehalten und damit an einer Einwirkung auf die piezoelektrischen Elemente 2 gehindert.

Beim Druckmeßfühler nach Fig. 4 sind ebenfalls O-Ringe 13, 14 in im Metall-Preßelement 10 ausgebildete Nuten 11 bzw. 12 eingesetzt, wobei zusätzlich an der Unterseite des Metall-Preßelements 10 eine auch die O-Ringe 13, 14 abdeckende scheibenförmige bzw. flache Dichtung (packing) angeordnet ist. Die O-Ringe 13, 14 werden dabei sicher in den Nuten 11

bzw. 12 festgehalten, da sie durch die beiden Enden bzw. Ränder der flachen Dichtung angedrückt werden. Demzufolge wird die durch die O-Ringe 13, 14 gewährleistete Luftdichtigkeit weiter verbessert.

Beim Druckmeßfühler nach Fig. 5 ist beispielsweise ein Fluorharz 21 auf die Unterseite eines Metall-Preßelements 20 aufgetragen, und die Ränder des Metallgehäuses 5 sind dabei so umgebörtelt, daß sie in das Harz 21 eindringen. Neben einer weiter verbesserten Luftdichtigkeit wird hierbei ein Eindringen von Flüssigkeit durch die Beschichtung mit

dem Harz 21 verhindert.
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Da der erfindungsgemäße Druckmeßfühler durch Übereinanderstapeln der piezoelektrischen Elemente 2 und des jeweiligen Metall-Preßelements 4, 10 oder 20 zur Bildung des einheitlichen Körpers 1 aufgebaut ist, der seinerseits in das Metallgehäuse 5 eingekapselt ist, dessen Nahtstelle 6 wiederum an der druckbeaufschlagten und mit dem Druckkörper χ in Berührung stehenden Fläche y angeordnet ist, dient ausschließlich das Metallgehäuse 5 zur Aufnahme des vom Druckkörper χ ausgeübten Drucks, so daß ein Eindringen von Flüssigkeit durch die Spalte zwischen beiden Rändern der Nahtstelle 6 und dem einheitlichen Körper 1 in der Praxis sicher verhindert wird.

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Claims

Patentansprüche

^ö 1. Abgedichteter Druckmeßfühler, bei dem piezoelektrische Elemente (2) und ein Metall-Preßelement (z.B. 4) zur Bildung eines integrierten oder einheitlichen Körpers (1) aufeinander gesetzt sind und der einheitliche Körper (1) in ein Metallgehäuse

(5) eingekapselt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahtstelle (6) des den größten Teil des einheitlichen Körpers (1) umschließenden Metallgehäuses (5) an der druckbeaufschlagten Fläche (y) liegt.
2. Druckmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einheitliche Körper aus einem Fluor- oder Silikonharz geformte, in Nuten in den unteren Innen- und· Außenkanten des Metall-Preßelements eingesetzte O-Ringe aufweist, die unmittelbar oder unter Zwischenfügung einer scheibenförmigen oder flachen Dichtung vom Metallgehäuse umschlossen sind.
3. Druckmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einheitliche Körper an der Unterseite des Metall-Preßelements mit einer Beschichtung aus z.B. einem Fluorharz versehen ist, die vom Metallgehäuse umschlossen ist.