DE3918780C2 - Beschleunigungsaufnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung betriff einen Beschleunigungsaufnehmer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus Fig. 1 und 2 ist jeweils ein Beispiel für einen herkömm­ lichen Beschleunigungsaufnehmer dargestellt, wie er aus der JP 60-23 730-U bekannt ist. Gemäß diesen Figuren weist der herkömmliche Beschleuni­ gungsaufnehmer ein Gehäuse 1 aus leitfähigem Werkstoff auf. Das Gehäuse besteht aus einem Träger 1a, der unten ein Ge­ winde 1b zur Befestigung des Gehäuses 1 an einem (nicht dar­ gestellten) Gegenstand aufweist, beispielsweise einem Ver­ brennungsmotor, dessen Beschleunigung beziehungsweise Schwingung nach dem Auftreten von Klopfen festzu­ stellen ist.

Das Gehäuse 1 weist des weiteren eine zylindrische Wandung 1c mit einem Hohlraum im Inneren auf, in den ein Beschleuni­ gungs-Meßwandler 10 eingesetzt wird. Der Meßwandler 10 weist ein Paar ringförmiger piezoelektrischer Elemente 2 auf, zwi­ schen denen eine ringförmige Anschlußklemme 3 (vgl. Fig. 2) eingesetzt ist. Diese Anschlußklemme 3 besteht aus einem Blech aus Phosphorbronze und weist ein Ring- bzw. Ösenteil 3a mit einer runden Öffnung 3b und einem radial nach außen abstehenden Ansatz 3c auf, in dem eine kleine Öffnung 3d für den Anschluß eines Endes eines Kabels 7 zur Übertragung ei­ nes elektrischen Signals von den piezoelektrischen Elementen 2 ausgebildet ist.

Die piezoelektrischen Elemente 2 und die Anschlußklemme 3 befinden sich auf der inneren Bodenfläche des Trägers 1a. Auf die piezoelektrischen Elemente 2 ist ein zylindrisches träges Gewicht 4 mit einer Mittelbohrung aufgesetzt. Der ge­ samte Meßwandler, bestehend aus diesen Bauelementen 2, 3 und 4, ist am Träger 1a des Gehäuses 1 mit Hilfe einer Befesti­ gungsschraube 5 gesichert. Aus der Zeichnung ist ersicht­ lich, daß ein Gewinde 5a der Schraube 5 in ein Gewindeloch 1d des Trägers 1a eingeschraubt ist, und daß der Schrauben­ kopf 5b das Gewicht 4 gegen die piezoelektrischen Elemente 2 drückt.

Zur elektrischen Isolierung der piezoelektrischen Elemente und der Anschlußklemme 3 gegenüber der Befestigungsschraube 5 ist über das Gewinde 5a dieser Schraube eine Isolierhülse 6 aus Polyäthylen geschoben. Die Dicke der Anschlußklemme kann zwischen 0,1 und 0,2 mm betragen, während die Stärke der Isolierhülse zwischen 0,2 und 0,3 mm liegt. Der übrige Teil des Hohlraumes im Gehäuse 1 ist mit einer elektrisch isolierenden halbfesten Harzmasse 8 gefüllt.

Im Betrieb ist der Beschleunigungsaufnehmer fest auf einem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor angebracht, bei­ spielsweise mit Hilfe der Schraube 1b des Gehäuses 1. Die Beschleunigung beziehungsweise Schwingung des Verbrennungs­ motors führt zu einer Bewegung des trägen Gewichts 4 gegen­ über dem Gehäuse 1, wodurch es die piezoelektrischen Elemen­ te 2 beaufschlagt, die ihrerseits ein elektrisches Signal zur Anzeige der Bewegung des trägen Gewichts 4 gegenüber dem Motor erzeugen. Dieses elektrische Signal wird über die An­ schlußklemme 3, die wie eine Beilagscheibe eingesetzt ist, und über das Kabel 7 einer Auswertung zugeleitet, um festzu­ stellen, ob ein Klopfsignal vorliegt oder nicht, wie es im Verbrennungsmotor entstehen kann. Wird festgestellt, daß das elektrische Ausgangs­ signal eine Klopfsignalkomponente aufweist, so lassen sich die Betriebsparameter für den Motorbetrieb so nachführen, daß die Ausgangsleistung entsprechend erhöht beziehungsweise der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann.

Bei der Montage des Beschleunigungsaufnehmers der vorbe­ schriebenen Bauart kommt es häufig vor, daß die Kabel 7 in Richtung des Pfeiles A gezogen wird, wenn die Schraube 1b in das (nicht dargestellte) Motorgehäuse eingeschraubt wird.

Dabei wird die mit dem Kabel 7 verbundene Anschluß­ klemme 3 in radialer Richtung gezogen und relativ zu den piezoelektrischen Elementen 2 verlagert , was dazu führt, daß die Isolierhülse 6 zwischen der Innenkante des Ringteils 3a der Anschlußklemme 3 und den Außenkanten des Gewindes 5a der Schraube 5 abgequetscht wird.

Wird die Isolierhülse 6 durchgeschnitten und kommt die Anschluß­ klemme 3 mit der Befestigungsschraube 5 in Kontakt, so wer­ den die piezoelektrischen Elemente 2 kurzgeschlossen, so daß kein Ausgangssignal mehr abgegeben wird.

Aus der DE-OS 20 47 364 ist ein Beschleunigungsaufnehmer be­ kannt, bei welchem das Kabel, welches zu den piezoelektri­ schen Elementen führt, über eine Schlaufe innerhalb eines Ge­ häuses geführt ist. Darüber hinaus ist eine Steckverbindung zum Anschluß eines Meßkabels an dem Beschleunigungsaufnehmer vorgesehen. Bei der Montage kann also kein Zug auf das Kabel ausgeübt werden. Weiterhin wird der beim bekannen Beschleu­ nigungsaufnehmer vorgesehene Stapel von ringförmigen piezo­ elektrischen Elementen durch zwei Gruppen von Elektroden, die den Anschlußklemmen beim oben beschriebenen Stand der Technik entsprechen, kontaktiert, wobei eine Gruppe von Elektroden an ihrem Außenumfang derart umgeschlagene Bereiche aufweist, daß diese am Außenumfang der Elektroden anliegen und einander überlappen, so daß der Stapel gehalten wird. Der bekannte Be­ schleunigungsaufnehmer ist außerordentlich aufwendig konstru­ iert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Beschleuni­ gungsaufnehmer der eingangs genannten Art dahingehend auszu­ bilden, daß ein Kurzschluß der piezoelektrischen Elemente durch Kräfte, die durch das Kabel einwirken, vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachstehend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug­ nahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hier­ bei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des herkömmlichen Beschleuni­ gungsaufnehmers im Schnitt;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ausgangsklemme aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleuni­ gungsaufnehmers im Schnitt;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ausgangsklemme aus Fig. 3;

Fig. 5 eine Seitenansicht der Ausgangsklemme aus Fig. 3;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Ausgangsklemme ähnlich Fig. 4, jedoch mit der Darstellung einer anderen Ausbildung der Ausgangsklemme;

Fig. 7 eine Seitenansicht der Ausgangsklemme aus Fig. 6;

Fig. 8 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbei­ spieles des erfindungsgemäßen Beschleunigungsaufneh­ mers im Schnitt;

Fig. 9 eine vergrößerte Teilansicht, aus der die Art und Weise ersichtlich sind, in der die Verschiebung der Ausgangsklemme aus Fig. 8 gegenüber den piezoelek­ trischen Elementen verhindert wird; und

Fig. 10 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Beschleunigungsaufneh­ mers im Schnitt.

Fig. 3 bis 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäß aufgebauten Beschleunigungsaufnehmers. Aus der Zeich­ nung ist zu entnehmen, daß der Beschleuni­ gungsaufnehmer den gleichen Grundaufbau wie der herkömmliche aufweist, der in Verbindung mit Fig. 1 und 2 bereits erläu­ tert wurde. Mit anderen Worten umfaßt der Beschleunigungsaufnehmer ein Gehäuse 1 aus leitfähigem Werk­ stoff, das seinerseits einen Träger 1a besitzt, an dessen Boden ein Gewinde 1b zur Befestigung des Gehäuses 1 an einem Gegenstand vorgesehen ist, beispielsweise an einem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor, dessen Beschleunigung bzw. Schwingung zu erfassen ist. Das Gehäuse 1 besitzt des weiteren eine zy­ lindrische Wandung 1c, die einen Hohlraum zur Aufnahme eines Meßwandlers 11 für den Beschleunigungsaufnehmer umschließt.

Der Meßwandler 11 weist ein Paar ringförmiger piezoelektri­ scher Elemente 2 auf, die zwischen sich eine ringförmige An­ schlußklemme 13 einschließen, die in Fig. 4 und 5 genauer dargestellt ist. Die Anschlußklemme 13 besteht aus einem Blech aus Phosphorbronze und besitzt ein Ring- bzw. Ösenteil 13a mit einer runden Öffnung 13b und einem radial nach außen abstehenden Ansatz 13c mit einer kleinen Öffnung 13d zum An­ schluß eines Endes eines Kabels 7 zur Weiterleitung eines elektrischen Signals von den piezoelektrischen Elementen 2.

Die piezoelektrischen Elemente 2 und die Anschlußklemme 13 sind auf der inneren Bodenfläche des Trägers 1a im Gehäuse 1 angeordnet. Auf das piezoelektrische Element 2 ist ein zy­ lindrisches träges Gewicht 4 mit einer Mittelbohrung aufge­ setzt. Der gesamte Meßwandler 11 des Beschleunigungsaufnehmers, der aus diesen Bauelementen 2, 13 und 4 besteht, ist auf dem Träger 1a des Gehäuses 1 mit Hilfe einer Befestigungsschrau­ be 15 gesichert. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß ein Gewinde 15a der Schraube 15 in ein Gewindeloch 1d des Trä­ gers la eingeschraubt ist, und daß ein Kopf 15b dieser Schraube das Gewicht 4 gegen die piezoelektrischen Elemente 2 spannt. Zur elektrischen Isolierung der piezoelektrischen Elemente 2 und der Anschlußklemme 13 gegenüber der Befesti­ gungsschraube 15 ist über das Gewinde 15a dieser Schraube 15 eine Isolierhülse 6 aus Polyäthylen bzw. einem Fluorkohlen­ stoffharz geschoben. Die Stärke der Anschlußklemme 13 kann zwischen 0,1 mm und 0,2 mm liegen, während die Isolierhülse 6 eine Dicke zwischen 0,2 mm und 0,3 mm aufweisen kann. Der noch freie Raum in diesem Hohlraum im Gehäuse 1 ist mit ei­ ner elektrisch isolierenden halbfesten Harzmasse 8 gefüllt.

Die Anschlußklemme 13 ist mit einer kleinen Nase 13e am Außenumfang ihres Ösenteils 13a ausgestattet, die relativ zur Ebene des Ösenteils 13a sich im wesentlichen vertikal von der Klemme weg erstreckt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Nase 13e um ein Teil, das durch Umbiegen eines kleinen radialen Vorsprungs des Ösenteils 13a gebildet wird. Die umgebogene Nase 13e am Außenumfang des ringförmigen Ösenteils 13a steht mit der äußeren Umfangsfläche mindestens eines der beiden piezoelektrischen Elemente 2 in Eingriff, wie aus Fig. 3 am deutlichsten zu ersehen ist, und verhindert auf diese Weise, daß die Ausgangsklemme 13 sich relativ zu den piezoelektri­ schen Elementen 2 verschiebt, auch wenn auf die Ausgangs­ klemme 13 eine Zugkraft ausgeübt wird. Wird somit in radia­ ler Richtung an der Anschlußklemme 13 gezogen, so wird diese Zugkraft auf eines der piezoelektrischen Elemente 2 übertra­ gen. Da diese mit der Befestigungsschraube 15 über eine relativ große Fläche in Berührung stehen, wird verhindert, daß die Isolierhülse 6 durch die relativ dünne Kante des Ösenteils 13a der Anschlußklemme 13 beschä­ digt wird.

Im Betrieb ist der Beschleunigungsaufnehmer fest auf einem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor angebracht, zum Bei­ spiel mit Hilfe der Schraube 1b des Gehäuses 1. Die Be­ schleunigung oder Schwingung des Verbrennungsmotors führt zu einer relativen Bewegung des Trägheitsgewichts 4 gegenüber dem Gehäuse 1, wodurch es die piezoelektrischen Elemente 2 belastet, was zur Erzeugung eines elektrischen Signals in den piezoelektrischen Elementen 2 führt, welches die Bewe­ gung des trägen Gewichts 4 gegenüber dem Motor anzeigt. Das elektrische Signal wird über die Anschlußklemme 13 und das Kabel 7 der Auswertung zugeführt, um festzustellen, ob ein Klopfsignal vorliegt oder nicht. Wird festge­ stellt, daß das elektrische Signal eine Klopfsignalkomponen­ te enthält, so können die Betriebsparameter des Motors ent­ sprechend nachgeführt werden, um die Ausgangsleistung zu er­ höhen oder den Kraftstoffverbrauch zu senken.

Die Befestigungsschraube 15 weist auch ein Gewinde 15a auf, dessen axiale Länge im wesentlichen der Tiefe des Gewindelochs 1d im Träger 1a entspricht bezie­ hungsweise etwas größer als diese Tiefe ist. Mit anderen Worten wird die axiale Länge des Gewindes 15a der Befesti­ gungsschraube 15 so gewählt, daß im wesentlichen die gesamte Länge des Gewindeabschnitts 15a mit dem Gewindeloch 1d des Trägers 1a in Eingriff gelangt, so daß die über die Schraube 15 geschobene Isolierhülse 6 nicht durch das Gewinde 15a auf der Schraube 15 beschädigt werden kann.

Fig. 6 und 7 veranschaulichen ein anderes Ausführungsbei­ spiel der Anschlußklemme 16, bei dem auf der Klemme 16 drei umgebogene Nasen 16e vorgesehen sind, die ähnlich wie die umgebogene Nase 13e der Anschlußklemme 13 gemäß Fig. 4 und 5 ausgebildet und in gleichmäßigen Abstän­ den auf dem Außenumfang des ringförmigen Ösenteils 16a an­ geordnet sind. In jeder anderen Beziehung ist die Ausgangs­ klemme 16 ähnlich wie die Klemme gemäß Fig. 4 und 5 ausge­ bildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird verhindert, daß sich die Ausgangsklemme 16 in drei Richtungen seitlich rela­ tiv zu den piezoelektrischen Elementen 2 verschieben kann.

Fig. 8 und 9 zeigen eine weitere modifizierte Ausführungs­ form der Ausgangsklemme 17, bei der diese Klemme 17 mindestens eine gebogene Nase 17e aufweist, die ähnlich wie die umgebogenen Nasen gemäß Fig. 3 bis 7 ausge­ bildet ist, allerdings vom Außenumfang des Ösenteils 17a der Klemme 17 aus nach unten umgebogen ist, wie dies in der Dar­ stellung deutlich zu erkennen ist. In jeder anderen Bezie­ hung ist die Ausgangsklemme 17 ähnlich wie die zuvor be­ schriebenen Klemmen ausgebildet. Aus Fig. 9 ist zu entneh­ men, daß dieses Ausführungsbeispiel besonders dann günstig ist, wenn das Kabel 7 nach oben gezogen wird, da die nach unten ragende umgebogene Nase 17e fest mit der Außenkante des untenliegenden piezoelektrischen Elements 2 in Eingriff steht.

Fig. 10 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem das Gewindeloch 1d im Träger 1a des Gehäuses 1 eine Vertiefung bzw. Einsenkung 1f aufweist, so daß für eine vorgegebene Maßtoleranz in der Beziehung zwi­ schen der axialen Länge des Gewindes 15a der Befestigungs­ schraube 15 und der Tiefe des Gewindelochs 1d im Träger 1a gesorgt ist. Diese Anordnung gestattet eine geringfügige Ab­ weichung der tatsächlichen axialen Länge des Gewindes 15a gegenüber dem Sollmaß. Damit kann auch ein etwas länge­ res Gewindeteil 15a in die Einsenkung 1f eingeschraubt wer­ den. Die auch hier vorgesehene Nase ist aus Gründen der ver­ einfachten Darstellung nicht gezeichnet.

Auch wenn während der Montage des Beschleunigungsaufnehmers auf die Ausgangsklemme über das Kabel eine Zugkraft in ra­ dialer Richtung zur Isolierhülse hin einwirkt, wird somit die Isolierhülse nicht durch das Schraubengewinde beschädigt. Dies verhindert ein Kurzschließen der piezoelektrischen Elemente und verbessert so die Funktionssicherheit des Beschleunigungsaufnehmers.

Claims (4)

1. Beschleunigungsaufnehmer mit mindestens einem ringförmi­ gen piezoelektrischen Element (2); mit einer Anschluß­ klemme (13, 16, 17) umfassend einen Ansatz, an welchem ein Anschlußkabel (7) befestigt ist, und ein ringförmi­ ges Ösenteil (13a, 16a, 17a) am piezoelektrischen Ele­ ment (2) zur Ableitung eines Ausgangssignals; mit einem Gewicht (4) zur Belastung des piezoelektrischen Elements (2) im Ansprechen auf eine Beschleunigung; mit einem an dem Gegenstand, dessen Beschleunigung aufzunehmen ist, befestigbaren Träger (1a); mit einer Befestigungs­ schraube (5), die sich durch das piezoelektrische Ele­ ment (2), die Anschlußklemme (13, 16, 17) und das Ge­ wicht (4) hindurch erstreckt und diese fest am Träger (1a) sichert; und mit einer Isolierhülse (6), die über die Befestigungsschraube (5) so geschoben ist, daß sie diese gegenüber dem piezoelektrischen Element (2) und der Anschlußklemme (13, 16, 17) isoliert, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußklemme (13, 16, 17) am Außenumfang des ringförmigen Ösenteils (13a, 16a, 17a) für den Eingriff mit der äußeren Umfangsfläche von mindestens einem der piezoelektrischen Elemente (2) mindestens eine umgebo­ gene Nase (13e, 16e, 17e) aufweist, welche im wesentli­ chen radial gegenüber dem Anschlußkabel (7) angeordnet ist.

2. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußklemme (16) eine Vielzahl umgebogener Nasen (16e) aufweist.

3. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Träger (1a) eine Einsenkung (1f) um ein Ge­ windeloch (1d) ausgebildet ist, das zur Aufnahme der Be­ festigungsschraube (15) dient, so daß eine vorgegebene Maßtoleranz in der Beziehung zwischen der Axiallänge des Gewindes (15a) und der Tiefe des Gewindelochs (1d) si­ chergestellt ist.

4. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von piezoelektrischen Elementen (2) vorge­ sehen und das Ösenteil (13a, 16a, 17a) zwischen diesen angeordnet ist.