DE3916023C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsdetektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Beschleunigungsdetektors, das der Schutzrechtsinhaberin bekannt ist. Dieser Beschleunigungsdetektor ist im Betrieb mit einer Schraube B an einem Motor A angebracht, um Vibrationen oder das Klopfen des Motors A zu messen. Der Beschleunigungsdetektor weist ein Gehäuse 1 auf, das einen ring­ förmigen Hohlraum 2 bildet, und ein ringförmiger Beschleunigungs­ meßwandler 3 ist innerhalb des Hohlraums 2 angeordnet. Das Gehäuse 1 hat vorne eine rohrförmige Buchse 4 mit einen Durch­ gangsloch 5 und einem Flansch 6.

Das Gehäuse 1 hat weiterhin ein ringförmiges Außengehäuse 7, das mit dem Flansch 6 der Buchse 4 verbunden ist, so daß der Hohlraum 2 darin ausgebildet ist. Der Beschleunigungsdetektor kann an einer Montagefläche C des Motors A mit der Schraube B ange­ bracht werden, welche sich durch die zentrale Bohrung als Durchgangsloch 5 der Buchse 4 erstreckt und mit dem Motor A in Gewindeeingriff steht.

Das Außengehäuse 7 hat ferner einen Verbinder 8, der sich vom Außengehäuse 7 radial nach außen erstreckt, so daß ein Aus­ gangsanschluß 9 sich durch den Verbinder 8 erstrecken kann, um ein Ausgangssignal vom Beschleunigungsmeßwandler 3 abzugreifen, der in dem Hohlraum 2 angeordnet ist. Der Beschleunigungsmeß­ wandler 3 umfaßt ferner ein ringförmiges piezoelektrisches Element 11, das auf einer Anschlußplatte 10 angeordnet, einen beilagscheibenförmigen Anschluß 12 mit einer mit dem Ausgangs­ anschluß 9 verbundenen Leitung 12a, eine elektrisch isolierende Beilagscheibe 13 auf dem Anschluß 12, ein ringförmiges Träg­ heitsgewicht 14 auf der isolierenden Beilagscheibe 13 sowie eine mit Gewinde versehene ringförmige Anschlagmutter 15, die mit einem Gewinde 4a der rohrförmigen Buchse 4 in Gewindeein­ griff steht.

Das piezoelektrische Element 11 hat eine Ausgangselektrode 11a und eine Referenzelektrode 11b. Die isolierende Beilagscheibe 13 kann aus einem Stück aus Polyethylenterephtalat (PET), Polyphenylensulfit (PPS) oder dergleichen bestehen. Ein Band oder ein Rohr 16 in elektrisch isolierender Form sitzt auf der rohrförmigen Buchse 4, so daß der Beschleunigungsmeßwandler 3 gegenüber der Buchse 4 isoliert ist, auch wenn der beilagschei­ benförmige Anschluß 12 sowie das piezoelektrische Element 11 exzentrisch zusammengebaut sind.

Um den Beschleunigungsmeßwandler 3 innerhalb des Hohlraums 2 elastisch zu lagern und gegenüber unerwünschten Umgebungs­ bedingungen zu schützen, ist der übrige Raum des Hohlraums 2 des Gehäuses 1, der nicht vom Beschleunigungsmeßwandler 3 eingenommen wird, im wesentlichen mit einem elastischen Füllmaterial 17 eines in Wärme aushärtenden Kunstharzes gefüllt.

Das Füllmaterial 17 muß ausreichend elastisch sein, nachdem es ausgehärtet ist, um eine Bewegung des Trägheitsgewichts 14 relativ zum Gehäuse 1 zu ermöglichen, wenn eine Beschleunigung auf das Trägheitsgewicht 14 wirkt, damit das piezoelektrische Element 11 ein Spannungssignal proportional zu dem Druck erzeugt, der darauf ausgeübt wird, und zwar durch die Relativ­ bewegung des Trägheitsgewichts 14 gegen das piezoelektrische Element 11.

Im Betrieb ist der Beschleunigungsdetektor fest an der Montage­ fläche C des Motors A mit der Schraube B montiert, die durch das zentrale Durchgangsloch 5 des Gehäuses 1 eingesetzt ist. Die Beschleunigung oder die Schwingung des Motors A erzeugt die Bewegung des Trägheitsgewichts 14 relativ zum Gehäuse 1, was wiederum bewirkt, daß das piezoelektrische Element 11 durch das Trägheitsgewicht 14 beansprucht wird, so daß ein elektrisches Signal von dem piezoelektrischen Element 11 erzeugt wird, welches repräsentativ ist für die Bewegung des Trägheits­ gewichts 14 relativ zum Motor.

Das elektrische Signal wird von der Ausgangselektrode 11a durch den beilagscheibenförmigen Anschluß 12, die Leitung 12a und den Ausgangsanschluß 9 zu Analysezwecken geliefert, um festzu­ stellen, ob ein Klopfsignal vorliegt, welches beim Klopfen des Verbrennungsmotors erzeugt wird. Wenn festgestellt wird, daß ein Klopfsignal in dem elektrischen Signal enthalten ist, können die Betriebsparameter zum Betrieb des Motors eingestellt werden, um die Ausgangsleistung zu erhöhen oder die Kraftstoff­ verbrauchsrate zu verringern.

Da das Abtastsignal vom piezoelektrischen Element 11 unter Bezugnahme auf den Potentialpegel der Buchse 4 geliefert wird, die sich auf gleichem Potential wie die Referenzelektrode 11b des piezoelektrischen Elements 11 befindet, ist es wichtig, eine gute elektrische Verbindung zwischen der Buchse 4 und dem Motor A auszubilden, um zu gewährleisten, daß die Buchse 4 stets auf einem Referenzpotential gehalten wird, indem man eine saubere elektrische Verbindung zwischen der Buchse 4 und dem Motor A ausbildet, wie es Fig. 1 zeigt.

Diese elektrische Verbindung wird hergestellt durch einen direkten Kontakt zwischen einer Bodenfläche 6a des Flansches 6 der Buchse 4 und der Montagefläche C des Motors A sowie durch die Schraube B, welche mit der Innenoberfläche 4b sowie der oberen Oberfläche 4c der Buchse 4 einerseits sowie dem Gewinde­ bereich des Motors A andererseits in Kontakt steht.

Wenn jedoch der Beschleunigungsdetektor bei einem Fahrzeugmotor verwendet wird, kann die elektrische Verbindung zwischen der Buchse 4 und dem Motor A leicht unterbrochen werden, durch Korrosion, Rost sowie einen Ölfilm auf den Kontaktflächen zwischen der Buchse 4 und dem Motor A, was durch eine aggressive Umgebung einschließlich Feuchtigkeit, Benzin und Gas hervorgerufen wird. Somit ist es sehr schwierig, eine gute elektrische Verbindung zwischen der Buchse und dem Motor für eine lange Zeitspanne aufrechtzuerhalten, die bis zu etwa 10 Jahren dauern kann, um die Referenzelektrode 11b auf Referenz­ potential zu halten.

Wenn der elektrisch leitende Zustand an der Grenzfläche zwischen der Buchse 4 und dem Motor A unterbrochen wird und das Potential der Buchse 4 nicht auf dem Referenzpotential der Montagefläche des Motor A gehalten wird, so geht die elek­ trische Schaltung zwischen dem piezoelektrischen Element 11 und einer Steuereinheit aus dem Zustand gemäß Fig. 2 in den Zustand gemäß Fig. 3, wo das Referenzpotential des piezoelektrischen Elements 11 ein Floatingpotential ist und eine genaue Beschleu­ nigungsmessung unmöglich ist.

Aus der US-PS 35 06 857 ist ein Beschleunigungsdetektor bekannt, der einen komplizierten und platzraubenden Aufbau mit einem geschlossenen und zugeschweißten Gehäuse aufweist. Löst sich bei dieser Anordnung das Trägheitsgewicht, so ist eine ordnungsgemäße Funktion nicht mehr möglich. Da das Trägheitsgewicht über ein Gewinde festgesetzt ist, weist es nur eine eingeschränkte Bewegungsfreiheit auf.

Aus der JP 60 23 730 ist ein Beschleunigungsdetektor bekannt, der ebenfalls einen relativ komplizierten Aufbau aufweist und hinsichtlich der Zuverlässigkeit der vorgesehenen elektrischen Verbindungen keine gesonderte Lehre gibt.

Aus der DE 30 37 835 C2 ist ein Beschleunigungsdetektor der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem führt eine Fehljustierung innerhalb der Beschleunigungsmeßwandler-Anordnung bis zum Aushärten des dort verwendeten Eingieß-Kunstharzes zu einer Fehlfunktion des Detektors. Eine Nachjustierung der Komponenten ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt dieAufgabe zugrunde, einen Beschleunigungsdetektor der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei einem kompakten Aufbau die Referenzelektrode des Meßwandlers zuverlässig auf Massepotential gehalten und eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Beschleunigungsdetektor und dem zu messenden Objekt auch über einen langen Zeitraum gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist im Patentanspruch 2 beschrieben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des Beschleunigungsdetektor;

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild des Beschleunigungs­ detektors gemäß Fig. 1, wenn eine elektrische Verbindung zwischen der Buchse und dem Motor ordnungs­ gemäß ausgebildet ist;

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild des Beschleunigungs­ detektors gemäß Fig. 1, wenn eine elektrische Verbindung zwischen der Buchse und dem Motor unter­ brochen ist;

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Beschleunigungsdetektor gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine Schnittansicht des Beschleunigungsdetektors gemäß Fig. 4 längs der Linie V - V;

Fig. 6 eine Schnittansicht des Beschleunigungsdetektors gemäß Fig. 4 längs der Linie VI - VI;

Fig. 7 ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Beschleunigungsdetektors gemäß Fig. 4 bis 6; und in

Fig. 8 eine Schnittansicht zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen einen Beschleunigungsdetektor 20 gemäß der Erfindung, der sich mit einer Schraube B an einem Motor A anbringen läßt, um Vibration oder Klopfen des Motors zu messen. Der Beschleunigungsdetektor 20 hat ein ringförmiges Gehäuse 21, das in seinem Inneren einen ringförmigen Hohlraum 22 bildet, wobei ein ringförmiger Beschleunigungsmeßwandler 23 innerhalb des Hohlraums 22 angeordnet ist.

Das Gehäuse 21 weist eine rohrförmige Buchse 24 mit einem zentralen Durchgangsloch 25 und einem Flansch 26 auf. Das Gehäuse 21 hat ferner ein ringförmiges Außengehäuse 27, das mit dem Flansch 26 der Buchse 24 verbunden ist, so daß der Hohlraum 22 darin ausgebildet ist. Der Beschleunigungsdetektor 20 kann an der Montagefläche C des Motors A mit der Schraube B angebracht werden, welche sich durch die zentrale Bohrung als Durchgangsloch 25 der Buchse 24 erstreckt und mit dem Motor A in Gewindeeingriff steht.

Gemäß der Erfindung hat das Außengehäuse 27 ferner einen Verbinder 28, der sich vom Außengehäuse 27 radial nach außen erstreckt, so daß ein Ausgangsanschluß 29a und ein Masse­ anschluß 29b sich durch den Verbinder 28 nach außen erstrecken können, um ein Ausgangssignal vom innerhalb des Hohlraums 22 angeordneten Beschleunigungsmeßwandler 23 abzugreifen (vgl. Fig. 4 und 6).

Der Beschleunigungsmeßwandler 23 hat eine beilagscheibenförmige Anschlußplatte 30, die mit dem Masseanschluß 29b über eine Leitung 30a verbunden ist, welche integral von der Anschluß­ platte 30 ausgeht. Die Anschlußplatte 30 sitzt auf dem Flansch 26 der Buchse 24.

Der Beschleunigungsmeßwandler 23 umfaßt ferner ein ringförmiges piezoelektrisches Element 31 mit einer Ausgangselektrode 31a und einer Referenzelektrode 31b, die auf der Anschlußplatte 30 und in elektrischem Kontakt mit dieser steht; einen beilag­ scheibenförmigen Anschluß 32 mit einer Leitung 32a, der mit dem Ausgangsanschluß 29a verbunden ist; eine elektrisch isolierende Beilagscheibe 33 auf dem Anschluß 32; ein ringförmiges Träg­ heitsgewicht 34; sowie eine mit Gewinde versehene ringförmige Anschlagmutter 35, die mit einem Gewinde 24a auf der rohrför­ migen Buchse 24 in Gewindeeingriff steht. Ein elektrisch isolierendes Rohr 36 sitzt auf der rohrförmigen Buchse 24, so daß der Beschleunigungsmeßwandler 23 gegenüber der Buchse 24 auch dann isoliert ist, wenn die beilagscheibenförmigen Anschlüsse 30 und 32 exzentrisch zusammengebaut sind.

Fig. 7 zeigt eine Schaltung um den Beschleunigungsdetektor 20 gemäß der Erfindung im Betrieb; man erkennt, daß die Ausgangs­ elektrode 31a des piezoelektrischen Elements 31 des Beschleu­ nigungsdetektors 20 mit dem Ausgangsanschluß 29a verbunden ist, während die Referenzelektrode 31b des piezoelektrischen Elements 31 mit dem Masseanschluß 29b verbunden ist.

Da die elektrisch leitende Buchse 24, auf der das piezoelek­ trische Element 31 sitzt, mit dem Motor A in Kontakt steht, ist die Referenzelektrode 31b des piezoelektrischen Elements 31 ebenfalls durch die Buchse 24 geerdet bzw. an Masse ange­ schlossen. Der Ausgangsanschluß 29a und der Masseanschluß 29b sind an eine Steuereinheit 38 zur Verarbeitung des Ausgangs­ signals vom Detektor angeschlossen, um beispielsweise das Auftreten von Klopfen im Motor A festzustellen. Der Masse­ anschluß 29b ist über die Steuereinheit 38 mit Masse verbunden.

Gemäß der Erfindung ist der Beschleunigungsdetektor 20 mit einem Masseanschluß versehen, der mit der Referenzelektrode des piezoelektrischen Elements verbunden ist, so daß ein stabiler und zuverlässiger Masseanschluß zur Verfügung steht. Somit läßt sich ein genau und zuverlässig arbeitender Beschleunigungs­ detektor erhalten, der eine verbesserte Abtastempfindlichkeit besitzt.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß der oben beschriebene Masseanschluß nicht gestört wird durch die anderen Versor­ gungsschaltungen, wie zum Beispiel eine Motorsteuerung, Start­ schaltung, Ladeschaltung sowie eine Zündschaltung. Dies deswegen, weil das Stromversorgungssystem und das elektronische Steuerschaltungssystem Masseschaltungen mit verschiedener elektrischer Verdrahtung haben. Ferner wird in einem Steuerungs- bzw. Regelungssystem, beispielsweise einer Klopf­ regelung, die einen Beschleunigungsdetektor dieser Art verwendet, ein Bandpaßfilter verwendet, um selektiv das Signal zu verarbeiten, das eine Mittenfrequenz von etwa einigen kHz bis zu etwa 10 kHz hat.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform des Beschleunigungs­ detektors 40 gemäß der Erfindung, wobei eine Einrichtung 41 zur Aufrechterhaltung und Instandhaltung der elektrischen Leit­ fähigkeit zwischen der Buchse und dem Motor A angeordnet ist, um eine gute elektrische Leitung zwischen ihnen herzustellen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist diese Einrichtung 41 zur Instandhaltung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen einer Bodenfläche 26a des Flansches 26 der Buchse 24 und der Montagefläche C des Motors A eingesetzt.

Die Einrichtung 41 zur Instandhaltung der elektrischen Leit­ fähigkeit kann ein elektrisch leitendes Bindemittel sein mit einem volumetrischen Widerstand zwischen 0,001 Ohm und 1×10^-4. Die Einrichtung 41 zur Instandhaltung der elektrischen Leitfähigkeit, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Buchse 24 und dem Motor A auszubilden, kann auch ein elektrisch leitfähiges Band sein sowie eine elektrisch leitende Beilagscheibe.

Alternativ dazu kann ein Fett, um die Bildung einer elektrisch isolierenden Substanz zu verhindern, als Einrichtung 41 zur Instandhaltung der elektrischen Leitfähigkeit verwendet werden. Während Fett selbst im wesentlichen elektrisch isolierend ist, kann eine elektrische Leitung hergestellt und aufrechterhalten werden, wenn das Fett als dünne Schicht aufgebracht wird, da die dünne Schicht durchbrochen wird, wenn die Kontaktfläche am Boden 26a der Buchse 24 fest gegen die Montagefläche C des Motors A gepreßt wird, während der Zusammenbau erfolgt, und diese Flächen sind dann durch die Fettschicht gegen Verun­ reinigungen geschützt.

Claims (3)

1. Beschleunigungsdetektor zur Anbringung an einem Objekt, dessen Beschleunigung gemessen werden soll, umfassend

• - ein Gehäuse (21) mit einer elektrisch leitenden Buchse (24), die im Betrieb mit dem Objekt (A) in Kontakt gebracht wird;
• - einen Beschleunigungsmeßwandler (23), der auf der Buchse (24) angeordnet ist und ein piezoelektrisches Element (31), ein Trägheitsgewicht (34), eine Ausgangselektrode (31a) und eine Referenzelektrode (31b) aufweist;
• - ein elastisches Füllmaterial, das um den Beschleunigungsmeß­ wandler (23) herum angebracht ist und das ausreichend elastisch ist, um eine Bewegung des Trägheitsgewichtes (34) relativ zum Gehäuse (21) zu ermöglichen, wenn eine Beschleunigung auf das Trägheitsgewicht (34) wirkt;
• - Ausgangsanschlüsse (29a, 29b), die mit der Ausgangselektrode (31a) bzw. mit der Referenzelektrode (31b) des Meßwandlers (23) verbunden sind und sich durch das Gehäuse (21) für eine externe Verbindung erstrecken; und
• - eine Befestigungseinrichtung (B), die sich zur Anbringung des Beschleunigungsdetektors (20) am Objekt durch das Gehäuse (21) hindurch erstreckt,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Buchse (24) an ihrem einen Ende zur Anlage an dem Objekt (A) einen Flansch (26) und über dem Flansch (26) einen Hohlraum (22) zur Aufnahme des Beschleunigungsmeßwandlers (23) aufweist,
daß auf dem Flansch (26) eine scheibenförmige Anschlußplatte (30) sitzt, die integral mit einer Leitung (30a) ausgebildet und über einen steckbaren Masseanschluß (29b) permanent an Masse anschließbar ist,
daß die Anschlußplatte (30) das piezoelektrische Element (31) trägt und mit seiner Referenzelektrode (31b) in elektrischem Kontakt steht,
daß auf dem piezoelektrischen Element (31) in elektrischem Kontakt mit seiner Ausgangselektrode (31a) ein scheibenförmiges Anschlußteil (32) mit einer Leitung (32a) mit einer Leitung (32a) liegt, die mit einem steckbaren Signalanschluß (29a) verbunden ist,
daß darüber, unter isolierter Einfügung des Trägheitsgewichtes (34) eine Anschlagmutter (35) angeordnet ist, die auf ein Außengewinde (24a) der Buchse (24) aufgeschraubt ist und für die gesamte Anordnung innerhalb des Hohlraumes (22) zugleich eine mechanische und elektrische Verbindung der Komponenten aufrechterhält,
wobei auf der Innenseite des Beschleunigungsmeßwandlers (23) ein isolierendes Rohr (36) auf der Buchse (24) sitzt.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Buchse (24) und dem Objekt (A) ein elektrisch leitendes Bindemittel, ein elektrisch leitendes Band, eine elektrisch leitende Beilagscheibe oder Fett vorgesehen sind, um einen einwandfreien Kontakt zwischen ihnen zu gewährleisten