DE3833364A1

DE3833364A1 - Vibrationserfassungseinrichtung

Info

Publication number: DE3833364A1
Application number: DE3833364A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Komurasaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-10-01
Filing date: 1988-09-29
Publication date: 1989-04-20
Also published as: KR910005497Y1; JPS6455428U; KR890009273U; US4944179A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vibrationserfassungs einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese wird beispielsweise zur Feststellung der Vibrationen und des Klopfens einer Verbrennungs maschine verwendet.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine bekannte Vibrations erfassungseinrichtung A. Hierin enthält eine Buchse 1 aus einem eisenhaltigen metallischen Material in ihrem mittleren Bereich eine Bohrung 13 für einen Bolzen. Die Buchse 1 besitzt eine tragende Oberfläche 1 a zur Verbindung der Einrichtung A mit einer Verbrennungsmaschine B, eine Blockoberfläche 1 b zur Befestigung eines Vibrationserfassungsteils, einen rohrförmigen Abschnitt 1 c, der als Schaft für die Montage des Vibrationserfassungsteils dient, und einen Gewindeabschnitt 1 d im oberen Bereich des rohrförmigen Abschnitts 1 c. Ein Haltering 2 ist mit der äußeren Umfangsfläche der Buchse 1 klebend verbunden und bildet einen Aufnahmeraum C zwischen sich und der Buchse 1. Ein Verbindungsteil 3 ist integral mit dem Haltering 2 ausgebildet und weist einen Ausgangsanschluß 11 für die Ausgabe von bei der Erfassung erzeugten Signalen auf. Eine Platte 4 ist auf der Blockoberfläche 1 b der Buchse 1 angeordnet. Ein piezoelektrisches Element 5, dessen Bezugselektrode mit der Platte 4 verbunden ist, wandelt Vibrationen in elektrische Signale um. Ein Anschluß 6 ist mit der Ausgangs elektrode des piezoelektrischen Elements 5 verbunden und dient zur Ausgabe der bei der Erfassung er zeugten Signale. Ein isolierendes Blatt 7 beispiels weise aus einem Film aus Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyphenylsulfid (PPS) ist in Berührung mit der Seite des Anschlusses 6, mit der das piezoelektrische Element 5 nicht in Kontakt steht. Ein Gewicht 8 übermittelt Vibrationsenergie auf das piezoelektrische Element 5. Eine Mutter 9 ist auf den rohrförmigen Abschnitt 1 c aufgeschraubt zum Zwecke der Befestigung der Platte 4, des piezoelektrischen Elements 5, des Anschlusses 6, des isolierenden Blattes 7 und des Gewichtes 8 an dem rohrförmigen Abschnitt 1 c. Eine Epoxy-Füll masse 10 versiegelt die im Raum zwischen der Buchse 1 und dem Haltering 2 aufgenommenen Teile. Eine isolierende Hülse 12 ist aus einem Klebeband oder einem wärmeschrumpfenden Rohr gebildet und zwischen der Buchse 1 einerseits und dem piezoelektrischen Element 5, dem Anschluß 6 und dem isolierenden Blatt 7 andererseits angeordnet. Das vom piezo elektrischen Element 5 gelieferte Erfassungs signal wird über den Anschluß 6 ausgegeben. Da der Anschluß 6 und der Ausgangsanschluß 11 mit einander verbunden sind, wird das Erfassungssignal über das Verbindungsteil 3 nach außen abgegeben.

Das Prinzip der Vibrationserfassung bei der vorbe schriebenen Einrichtung A wird im folgenden er läutert. Wie Fig. 3 zeigt, wird die Einrichtung A mit ihrer tragenden Oberfläche 1 a in Kontakt mit der Verbrennungsmaschine B mit Hilfe eines Stift bolzens D befestigt, der durch die Bohrung 13 der Buchse 1 geführt ist und auf den eine Mutter E aufgeschraubt ist. Die abhängig von den Betriebs zuständen der Verbrennungsmaschine erzeugten Vibrationen werden über die tragende Oberfläche 1 a auf die Einrichtung A übertragen. Da das Gewicht 8 das piezoelektrische Element 5 überdeckt, wird die Trägheitskraft des Gewichtes 8 entsprechend der Stärke der Vibrationen auf das piezoelektrische Element 5 übertragen. Wenn dieses die Trägheits kraft empfängt, erzeugt es ein dieser Kraft ent sprechendes Erfassungssignal und gibt dieses zu der Elektrode auf der Seite des Anschlusses 6 auf der Basis der Bezugselektrode auf der Seite der Platte 4. Da die Platte 4 aus einem metallischen Material besteht, befindet sich die Bezugselektrode des piezoelektrischen Elements 5 auf dem gleichen Potential wie die Buchse 1. Da die Mutter 9 und das Gewicht 8 ebenfalls metallisch sind, ist andererseits das Gewicht 8 auf gleichem Potential wie die Bezugselektrode des piezoelektrischen Elements 5. Aus diesem Grund sind der Anschluß 6 und das Gewicht 8 durch das isolierende Blatt 7 voneinander isoliert, so daß das vom piezoelektrischen Element 5 gelieferte Erfassungssignal über den Anschluß 6 und den Ausgangsanschluß 11 ausgegeben werden kann. Da die isolierende Hülse 12 auf den rohrförmigen Abschnitt 1 c der Buchse 1 passend aufge setzt ist, ist der Anschluß auch dann nicht mit dem rohrförmigen Abschnitt 1 c der Buchse 1 kurzgeschlossen, wenn er exzentrisch auf diesen Abschnitt montiert ist. Die isolierende Hülse 12 kann daher als wesentlich für die sichere Ausgabe des Erfassungssignals angesehen werden. Das von der Blockoberfläche 1 b, der Platte 4, dem piezo elektrischen Element 5, dem Anschluß 6, dem isolierenden Blatt 7, dem Gewicht 8 und der Mutter 8 umfaßte Innere am Umfang des mit der Hülse 12 versehenen rohrförmigen Abschnitts 1 c ist nicht mit der Füllmasse 10 ausgefüllt.

Wie deutlich in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Durch messer d ₂ des Teils des rohrförmigen Abschnitts 1 c der Buchse 1, der nicht zum Gewindeabschnitt 1 d gehört, gleich dem oder größer als der Außen durchmesser des Gewindeabschnitts 1 d. Diese Be messung ergibt sich aus folgendem Grund: Der Teil des rohrförmigen Abschnitts 1 c, der nicht zum Gewindeabschnitt 1 d gehört, wird aus Gründen der Einfachheit in der gleichen Weise über seine gesamte Länge hergestellt, und da es erforderlich ist, einen Grundvorgang auf dem rohrförmigen Ab schnitt 1 c durchzuführen, um den Gewindeabschnitt 1 d auszubilden, wird der Durchmesser des Teils des rohrförmigen Abschnitts 1 c, der nicht zum Gewinde abschnitt 1 d gehört, gleich oder größer als dessen Durchmesser.

Da die bekannte Vibrationserfassungseinrichtung in dieser Weise hergestellt wird, wird, wenn der Teil des rohrförmigen Abschnitts 1 c der Buchse 1, der nicht zum Gewindeabschnitt 1 d gehört, verlängert werden muß, das Gesamtgewicht der Buchse 1 erhöht.

Es ist dann unmöglich, die Größe und das Gewicht sowohl der Buchse als auch der Einrichtung ins gesamt zu reduzieren.

Wie weiter in Fig. 3 gezeigt ist, ist, wenn die Vibrationserfassungseinrichtung A mittels des Bolzens D und der Mutter E an der Verbrennungs maschine B befestigt ist, der rohrförmige Abschnitt 1 c der Buchse 1 der Druckkraft der Mutter E ausge setzt, und der rohrförmige Abschnitt 1 c wird daher auf der Basis der Größe der Druckspannung in der Buchse 1 konzipiert. Da die Festigkeit des rohr förmigen Abschnitts 1 c von dem Bereich mit dem kleinsten Durchmesser vorgegeben wird, hängt diese Festigkeit gegenüber Druck von dem geringsten Durchmesser des Gewindeabschnitts 1 d ab. Selbst wenn der Durchmesser des Teils des rohrförmigen Abschnitts 1 c, der nicht zum Gewindeabschnitt 1 d gehört, vergrößert wird, führt dies demgemäß nur zu einer Erhöhung des Gewichts der Buchse 1, während die Festigkeit des rohrförmigen Abschnitts 1 c gegenüber Druck nicht größer wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vibrationserfassungseinrichtung zu schaffen, die trotz eines minimalen Gewichts adäquate Ergebnisse liefert. Insbesondere soll eine Vibra tionserfassungseinrichtung geschaffen werden, die einen rohrförmigen Abschnitt mit einer Bohrung besitzt und an einem Gegenstand, dessen Vibrationen erfaßt werden sollen, mit Hilfe eines durch die Bohrung geführten Bolzens und einer mit diesem in Eingriff zu bringenden Mutter befestigt wird, bei deren rohrförmigem Abschnitt die erforderliche Festigkeit sichergestellt ist, wobei dessen Gewicht reduziert wird.

Aufgabe der Erfindung ist auch, eine Vibrations erfassungseinrichtung bereitzustellen, die die Vibration des betreffenden Gegenstandes mittels eine piezoelektrischen Elements in ein elektrisches Signal umwandelt und dieses ausgibt. Weiterhin soll eine derartige Einrichtung geschaffen werden, die eine Buchse mit einem rohrförmigen Abschnitt und einen an der Buchse befestigten Vibrations erfassungsteil aufweist, wobei dieser Vibrations erfassungsteil durch eine auf die Buchse aufge paßte isolierende Hülse elektrisch gegenüber der Buchse isoliert ist. Die Vibrationserfassungs einrichtung soll geeignet sein für die Erfassung ungewöhnlicher Vibrationspegel einer Verbrennungs maschine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 angegebene Merkmal. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich aus den jeweils zugeordneten Unter ansprüchen.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Durchmesser des Teils des rohrförmigen Abschnitts, der nicht zum Gewindeabschnitt gehört, gleich dem oder kleiner als der minimale Durchmesser des Gewindeabschnitts ist.

Wie vorstehend erwähnt ist, nimmt die Festigkeit des rohrförmigen Abschnitts nicht ab, selbst wenn der Durchmesser des Teils von diesem, der nicht zum Gewindeabschnitt gehört, geringer ist als der minimale Durchmesser des Gewindeabschnitts, da die Festigkeit des rohrförmigen Abschnitts von dem minimalen Durchmesser des Gewindeabschnitts ab hängt. Es ist auch möglich, das Gewicht des rohrförmigen Abschnitts zu reduzieren, da sein Durchmesser geringer ist als der minimale Durch messer des Gewindeabschnitts.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf eine bekannte Vibrationserfassungseinrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Einrichtung nach Fig. 1 entlang der Linie II-II,

Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend Fig. 2 bei an einer Verbrennungs maschine befestigter Vibrations erfassungseinrichtung,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Vibrationserfassungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungs beispiel der Erfindung, und

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Vibrationserfassungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungs beispiel der Erfindung.

In Fig. 4 sind die Teile, die denen in der bekannten Einrichtung nach den Fig. 1 bis 3 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen wie dort versehen. Die Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik dadurch, daß der Durchmesser des Teils des rohrförmigen Abschnitts 1 c, der nicht zum Gewindeabschnitt 1 d gehört, gleich dem minimalen Durchmesser ⌀₁ des Gewindeabschnitts 1 d ist. Das heißt, da der Gewindeabschnitt 1 d des rohrförmigen Abschnitts 1 c den kleinsten der Konstruktions parameter in bezug auf die durch den zur Befestigung der Vibrationserfassungseinrichtung an der Ver brennungsmaschine verwendeten Bolzen bewirkte Klemmspannung aufweist, ist davon auszugehen, daß der rohrförmige Abschnitt 1 c eine ausreichende Festigkeit besitzt, um der Klemmspannung des Bolzens standzuhalten.

Die jeweiligen inneren Durchmesser solcher Komponenten wie der Platte 4, des piezoelektrischen Elements 5, des Anschlusses 6, des isolierenden Blattes 7 und des Gewichts 8 sind erforderlicherweise größer als der maximale Durchmesser des Gewindeabschnitts 1 d des rohrförmigen Abschnitts 1 c. Die Blockober fläche 1 b ist von ihrer inneren Peripherie aus geglättet, die innerhalb der inneren Peripherien der vorgenannten Komponenten liegt, und es ist notwendig, die Oberfläche von dieser inneren Peripherie aus zu glätten, so daß die Komponenten an dieser Oberfläche befestigt werden können, auch wenn sie exzentrisch angeordnet sind. Wenn daher der Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts 1 c außerhalb des Gewindeabschnitts 1 d gleich dem mini malen Durchmesser ϕ ₁ des Gewindeabschnitts 1 d eingestellt wird, kann die gewünschte Oberflächen glättung von der inneren Peripherie der Blockober fläche 1 b, die sich innerhalb der inneren Peripherie des Gewindeabschnitts 1 d befindet, aus erfolgen, und selbst wenn diese Komponenten exzentrisch montiert sind, können sie auf der Blockober fläche 1 b angeordnet werden. Insbesondere benötigt das piezoelektrische Element 5 eine genaue Block oberfläche 1 b, und diese Genauigkeit ist wichtig im Falle der Konzeption einer Vibrationserfassungs einrichtung, da ein Abspringen oder Reißen erfolgen kann, wenn die Genauigkeit nicht ausreichend ist. Wenn der rohrförmige Abschnitt 1 c derart ausge bildet ist, daß sein Gesamtdurchmesser gleich dem maximalen Durchmesser des Gewindeabschnitts 1 d ist, so wie es bei der bekannten Ausführung nach den Fig. 1 bis 3 ist, dann muß zusätzlich die Ecke, wo der rohrförmige Abschnitt 1 c und die Blockoberfläche 1 b zusammentreffen, leicht ausge schnitten werden. Dies bedeutet eine beschränkte Möglichkeit für die Bearbeitung der Blockober fläche 1 b mit der Zulässigkeit einer Exzentrizität der Komponenten, und es ist klar, daß der Bereich in dieser Hinsicht mehr begrenzt ist als der in Fig. 1 gezeigte Fall.

Um die Erfassungseigenschaften der Vibrationser fassungseinrichtung zu stabilisieren (zum Beispiel die Erfassungsfrequenzeigenschaften abzuflachen), ist es wünschenswert, die Klemmkraft der Mutter und den Druck auf das piezoelektrische Element zu erhöhen. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, daß der Gewindedurchmesser der Mutter groß gemacht wird; und es ist daher notwendig,den Gewindedurch messer des Gewindeabschnitts des rohrförmigen Abschnitts 1 c zu vergrößern. Im vorgenannten Fall ist der Durchmesser des Gewindeabschnitts des rohrförmigen Abschnitts 1 c größer als der des Teils außerhalb des Gewindeabschnitts. Eine Er klärung dieses Aspekts wird unter Bezug auf Fig. 5 gegeben. Der rohrförmige Abschnitt 1 c ist derart ausgebildet, daß der Gewindeabschnitt 1 d einen minimalen Durchmesser ⌀₁₁ (größer als ⌀₁) und der Teil außerhalb des Gewindeabschnitts 1 d einen Durchmesser ⌀₁ haben. Da die Festigkeit des rohrförmigen Abschnitts 1 c von dem Durchmesser ⌀₁ des nicht dem Gewindeabschnitt zugehörigen Teils abhängt (⌀₁ kleiner ⌀₁₁), wird in diesem Fall eine Druckspannung gleich der in Fig. 1 gesichert und der Durchmesser Δ ₁ des rohrförmigen Abschnitts 1 c ist der Minimalwert innerhalb der auf Fig. 1 anwendbaren Konstruktionsparameter, wodurch eine Reduktion des Gewichts der Vibrationserfassungs einrichtung ermöglicht wird.

Wenn der Durchmesser ⌀₁ des rohrförmigen Abschnitts 1 c kleiner als ⌀₁₁ gesetzt wird, ist es andererseits vorteilhaft, daß die isolierende Hülse 12 in dem Bereich positioniert wird, der sich von der Blockoberfläche 1 b zum Gewindeabschnitt 1 d erstreckt. In einem Fall, in dem die isolierende Hülse 12 zylindrisch aus einem Filmmaterial wie Polyethylen terephthalat (PET) oder Polyphenylsulfid (PPS) geformt ist, wird sie so angepaßt, daß sie in einer Position vom Gewindeabschnitt 1 d des rohr förmigen Abschnitt 1 c weg angeordnet wird und ihr innerer Durchmesser größer ist als der maximale Durchmesser des Gewindeabschnitts 1 d. Da der innere Durchmesser der isolierenden Hülse 12 größer ist als der Durchmesser ⌀₁ des Teils des rohrförmigen Abschnitts 1 c, der nicht zum Gewindeabschnitt gehört, und sie daher in radialer Richtung instabil ist, überlappt in diesem Fall ein Teil der isolierenden Hülse 12 den Gewindeabschnitt 1 d, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Dadurch kann sowohl eine Isolierung des Teils mit dem Durchmesser ⌀₁ und eine Aus richtung der Komponenten während der Montage leicht und sicher erreicht werden.

Wie erwähnt wurde, kann dadurch, daß erfindungsgemäß der äußere Durchmesser des Teils des rohrförmigen Abschnitts, der nicht zum Gewindeabschnitt gehört, gleich dem oder kleiner als der minimale Durchmesser des Gewindeabschnitts ist, die durch die Klemmkraft des Bolzens auf die Buchse bewirkte Druckspannung voll sichergestellt und eine Herabsetzung des Gewichts erreicht werden.

Claims

1. Vibrationserfassungseinrichtung mit einem eine Bohrung und einen Gewindeabschnitt am Außenumfang in seinem oberen Bereich auf weisenden rohrförmigen Abschnitt, die an einem Gegenstand, dessen Vibrationen zu erfassen sind, mittels eines in die Bohrung eingesetzten Bolzens und einer mit diesem in Eingriff gebrachten Mutter befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Teils des rohr förmigen Abschnitts (1 c), der nicht zum Gewinde abschnitt (1 d) gehört, gleich ist dem oder kleiner ist als der minimale Durchmesser des Gewindeabschnitts (1 d).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein piezoelektrisches Element (5) für die Umwandlung der Vibrationen des Gegen standes in elektrische Signale, ein Gewicht (8), das eine Belastung auf das piezoelektrische Element (5) ausübt, und eine mit dem Gewinde abschnitt (1 d) des rohrförmigen Abschnitts (1 c) in Eingriff stehende Mutter (9) vorgesehen sind, derart, daß das piezoelektrische Element (5) und das Gewicht (8) durch die Mutter (9) ge sichert sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das piezoelektrische Element (5) auf einer Platte (4), die mit einer Bezugs elektrode des piezoelektrischen Elements (5) verbunden ist, ein Anschluß (6), der mit einem Ausgangsanschluß des piezoelektrischen Elements (5) verbunden ist, auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elements (5), und das Gewicht (8) über ein isolierendes Blatt (7) auf dem Anschluß (6) angeordnet sind, wobei der Anschluß (6) mit dem Ausgangsanschluß (11) eines Verbindungsteils (3) verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß eine isolierende Hülse (12) auf den Teil des rohrförmigen Abschnitts (1 c), der nicht zum Gewindeabschnitt (1 d) gehört, diesen umfassend aufgesetzt ist, und daß die Platte (4), das piezoelektrische Element (5), der Anschluß (6), das isolierende Blatt (7) und das Gewicht (8) durch die isolierende Hülse (12) gegenüber dem rohrförmigen Abschnitt (1 c) elektrisch isoliert sind.

5. Vibrationserfassungseinrichtung mit einem eine mittlere Bohrung aufweisenden rohrförmigen Abschnitt, einer Buchse mit einem Gewindeab schnitt am Außenumfang des oberen Teils des rohrförmigen Abschnitts, einem an der Buchse befestigten und einen Aufnahmeraum um den rohrförmigen Abschnitt herum bildenden Haltering, einem Vibrationserfassungsteil innerhalb des Aufnahmeraumes zur Umwandlung der Vibrationen eines Gegenstandes in auszugebende elektrische Signale, einer mit dem Gewindeabschnitt des rohrförmigen Abschnitts in Eingriff stehenden Mutter zur Befestigung des Vibrationserfassungs teils an der Buchse, und einer in den Aufnahme raum eingebrachten Füllmasse zur Abdichtung des Vibrationserfassungsteils, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Teils des rohr förmigen Abschnitts (1 c), der nicht zum Gewindeabschnitt (1 d) gehört, gleich ist dem oder kleiner ist als der minimale Durchmesser des Gewindeabschnitts (1 d).

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß eine sich radial vom Außenumfang des rohrförmigen Abschnitts (1 c) weg er streckende Blockoberfläche (1 b) am dem Gewinde abschnitt (1 d) entgegengesetzten Ende des rohrförmigen Abschnitts (1 c) vorgesehen ist, und daß der Vibrationserfassungsteil auf der Blockoberfläche (1 b) angeordnet und durch die Mutter (9) auf dieser befestigt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß eine isolierende Hülse (12) zur elektrischen Isolierung des rohrförmigen Ab schnitts (1 c) gegenüber dem Vibrationser fassungsteil auf den rohrförmigen Abschnitt (1 c) aufgesetzt ist, derart, daß das eine Ende der Hülse (12) mit dem Gewindeabschnitt (1 d) in Eingriff ist und deren anderes Ende auf der Blockoberfläche (1 b) aufsitzt.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Vibrationserfassungsteil aus einer auf der Blockoberfläche (1 b) angeordneten Platte (4), einem auf der Platte (4) angeordneten piezoelektrischen Element (5), dessen Bezugs elektrode mit der Platte (4) verbunden ist, einem auf der oberen Oberfläche des piezo elektrischen Elements (5) angeordneten und mit einem Ausgangsanschluß von diesem verbundenen Anschluß (6), einem auf dem Anschluß (6) angeordneten isolierenden Blatt (7) und einem auf diesem angeordneten Gewicht (8) besteht.

9. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Gegenstand, dessen Vibrationen zu erfassen sind, eine Verbrennungsmaschine ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Verbindungsteil (3) mit einem Ausgangsanschluß (11) integral mit dem Haltering (2) ausgebildet ist, und daß der Ausgangsanschluß (11) mit dem Anschluß (6) verbunden ist.