EP1240478A2 - Vibration sensor with a pressure housing - Google Patents

Vibration sensor with a pressure housing

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Publication number
EP1240478A2
EP1240478A2 EP00989801A EP00989801A EP1240478A2 EP 1240478 A2 EP1240478 A2 EP 1240478A2 EP 00989801 A EP00989801 A EP 00989801A EP 00989801 A EP00989801 A EP 00989801A EP 1240478 A2 EP1240478 A2 EP 1240478A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
disk
piezoceramic
insulating layers
seismic mass
Prior art date
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Ceased
Application number
EP00989801A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Uwe Hackel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1240478A2 publication Critical patent/EP1240478A2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • G01L23/222—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines using piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
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    • G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
    • G01P15/0907—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up of the compression mode type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors

Definitions

  • the invention relates to a vibration sensor with a pressure sleeve according to the preamble of the main claim.
  • the vibrations to be detected are knocking noises of the internal combustion engine in operation, which are conducted via the pressure pulses to a piezoceramic disk as the actual sensor element with adjacent contact disks and insulating disks that enable the signal to be picked up, and thus generate an evaluable electrical output signal ,
  • the spring and a seismic mass take place, for example, with a threaded ring which can be screwed onto a corresponding thread on the pressure sleeve.
  • the above-mentioned vibration sensor with a pressure pulse in which the pressure pulse can be attached under pressure to a component causing vibrations and in which a sensor arrangement is held under axial pretension on a support surface between contact disks and insulating disks arranged above it, is advantageously further developed according to the invention, that the entire sensor package is glued or soldered.
  • the seismic mass, the sensor element and the contact washers and insulating washers axially on both sides of the sensor element are bonded to one another (and to the support surface?) On the axial boundary surfaces. It is in each case on the side facing the sensor element.
  • a conductive adhesive is arranged on the side of the contact washers and the respective insulating washer is formed by a non-conductive adhesive layer.
  • the proposed attachment of the sensor package is advantageous in that, for example, the plate spring, the threaded ring and also the insulating washers can be omitted. This enables a lower overall height and a lower weight of the vibration sensor. Also form through the compact attachment of the
  • Sensor package relatively lower resonance frequencies of the system, consisting of the sensor package and the fastening screw of the vibration sensor on the component to be detected. Bending vibrations of the cylindrical middle part of the pressure pulses are not transmitted to the piezoceramic of the sensor element, which results in a better frequency response of the detected signal.
  • the seismic mass, the sensor element and the contact disks which are axially on both sides of the sensor element are on the axial boundary surfaces to one another, or also to the support surface, either glued or soldered, the contact disks being soldered to the sensor element and glued to the other elements.
  • the seismic mass can also be placed under the contact disc facing you
  • Elimination of the insulating washer are soldered directly. The same applies to the connection between the contact plate and the contact surface on the pressure sleeve.
  • the use of a piezoceramic without electrodes can also be provided.
  • the piezoceramic of the sensor arrangement is usually always equipped with electrodes or with a corresponding metallized layer, since it is already polarized by the respective manufacturer.
  • a piezoceramic without an electrode it is also advantageously possible to polarize only after the attachment, i.e. by soldering or conductive adhesive, the contact disks follow.
  • the seismic mass, the sensor element and the contact disks lying axially on both sides of the sensor element are advantageously soldered to one another at the axial delimitation surfaces, or also on the support surface, one in each case on the axial delimitation surfaces of the sensor element ceramic film or disk is arranged as a contact and insulating disk, which can be soldered on both sides.
  • the entire sensor package can be completely soldered during assembly.
  • FIG. 1 shows a section through a knock sensor housing as a vibration sensor with a pressure sleeve according to the prior art
  • Figure 2 shows a detail section through a soldered or glued sensor package, consisting of contact disks and piezoceramic disk as a sensor element and a seismic mass.
  • FIG. 1 shows a knock sensor for an internal combustion engine with an outer plastic housing 1, in which a pressure sleeve 2 is arranged, as a known vibration sensor.
  • the pressure sleeve 2 has in the area of its lower end a flange-like edge 3, over which it rests with its lower base surface 20 on the engine block, not shown here, whose vibrations are to be detected.
  • the following parts are arranged on the outer circumference 4 of the pressure sleeve 2, starting from a lower contact surface 21 on the flange-like edge 3: an insulating washer 5, a first contact washer 6, a piezoceramic washer 7 as the actual sensor element and, in turn, a second contact washer 6 and a second insulating washer 5.
  • a seismic mass 8 is placed on this arrangement, which is printed with an annular spring 9 in the direction of the piezoceramic disk 7.
  • the spring 9 is preloaded by a threaded ring 10 which is screwed onto an external thread 11 on the upper part of the pressure sleeve 2.
  • Electrical connections 13 for the contact disks 6 and flat plugs 14 are injected into an integrated connection part 12 of the housing 1, which is produced in particular by a plastic injection molding process.
  • the tabs 14 are thereby connected to the two contact disks 6, whereby there is an electrical connection to the two sides of the piezoceramic disk 7 via the two contact disks 6 and the electrical voltage which is generated in the axial direction when the piezoceramic disk 7 is subjected to pressure is removable is.
  • a fastening screw, not shown here, can be guided through a central recess or a bore 15 in the pressure sleeve 2, with which overall this knock sensor can be fastened directly or indirectly to the engine block of the internal combustion engine.
  • the entire torque exerted by the fastening screw described above is transmitted to the pressure sleeve 2 via the lower surface 20, ie no force acts on the piezoceramic disk 7 as the sensor element due to the fastening.
  • a prestressing force acts here due to the pressure of the spring 9.
  • the prestressing force is selected such that axial forces which can be tolerated on the piezoceramic disk 7 just without permanent deterioration of the electrical signal are effective, and these also result from thermal expansions and inevitable compression of the pressure sleeve 2 during assembly is largely independent.
  • the impulses exerted by the seismic mass 8 in proportion to the vibrations of the internal combustion engine are converted in the piezoceramic disk 7 m charge impulses, which can be evaluated on a corresponding device.
  • FIG. 2 shows a more detailed illustration of the sensor package according to the invention, consisting of contact disks or equivalent components 6.1 and 6.2 and the piezoceramic disk 7 and the seismic mass 8.
  • a conductive adhesive layer 20 and 26 can be arranged on the side of the contact disks 6.1, 6.2 facing the piezoceramic disk 7.
  • the insulating washers are formed here by a non-conductive adhesive layer 22 towards the support surface 21 and by a non-conductive adhesive layer 23 towards the seismic mass 8.
  • a ceramic film or disk can be arranged on the axial boundary surfaces of the piezoceramic disk 7 as a contact and insulating disk 6.1 and 6.2, these being provided on both sides with a solder layer.

Abstract

A vibration sensor with a pressure housing is disclosed, in which the pressure housing (2) may be mounted under pressure, on a vibration inducing component. A sensor arrangement in the form of a piezo-ceramic disc (7) is fixed to the exterior of the pressure housing (2), with an axial tensioning force on a support surface (21), between contact discs (6). A seismic mass (8), the piezo-ceramic disc (7), the contact discs (6.1, 6.2), lying axially on both sides of the piezo-ceramic disc (7) and, where necessary, insulating discs or layers (20, 26, 22, 23) are glued or soldered together, on the axial limiting surfaces and thus form a compact sensor package.

Description

Schwingungsaufnehmer mit einer DruckhulseVibration sensor with a pressure pulse
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhulse nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to a vibration sensor with a pressure sleeve according to the preamble of the main claim.
Es ist bereits in der DE 44 03 660 AI ein Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhulse beschrieben, der als Klopfsensor für die Überwachung der Funktion eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Diese Druckhulse wird über einen Auflagebe- reich fest an das die Schwingungen verursachende Bauteil, hier an den Motorblock des Verbrennungsmotors, angefugt .It is already described in DE 44 03 660 AI a vibration sensor with a pressure pulse, which is used as a knock sensor for monitoring the function of an internal combustion engine in a motor vehicle. This pressure pulse is firmly attached to the component causing the vibrations, here to the engine block of the internal combustion engine, over a support area.
Die zu detektierenden Schwingungen sind bei der bekannten Anordnung Klopfgeräusche des Verbrennungsmo- tors im Betrieb, die über die Druckhulse auf eine piezokeramische Scheibe als eigentliches Sensorelement mit anliegenden Kontaktscheiben und Isolierscheiben, die den Signalabgriff ermöglichen, geleitet werden und damit ein auswertbares elektrisches Aus- gangssignal erzeugen.In the known arrangement, the vibrations to be detected are knocking noises of the internal combustion engine in operation, which are conducted via the pressure pulses to a piezoceramic disk as the actual sensor element with adjacent contact disks and insulating disks that enable the signal to be picked up, and thus generate an evaluable electrical output signal ,
Die Art der Anbringung, bzw. der Einspannung dieser Sensoranordnung an der Druckhulse und die Befestigung des Schwingungsaufnehmers am schwingenden Bauteil hat hier großen Einfluss sowohl auf die Herstellungsweise als auch auf eventuelle Fehlmessungen und Störungen im Betrieb. Die Einspannung des Sensorelements mit- samt der Vielzahl von Einzelteilen, z.B. mit einerThe type of attachment or the clamping of this sensor arrangement to the pressure sleeve and the attachment of the vibration sensor on the vibrating component has a great influence on the production method as well as on possible incorrect measurements and malfunctions in operation. The clamping of the sensor element together with the large number of individual parts, for example with one
Feder und einer seismischen Masse erfolgt bei diesem bekannten Schwingungsaufnehmer beispielsweise mit einem Gewindering der auf ein entsprechendes Gewinde an der Druckhulse aufschraubbar ist.In this known vibration sensor, the spring and a seismic mass take place, for example, with a threaded ring which can be screwed onto a corresponding thread on the pressure sleeve.
Aus der DE 195 24 149 AI ist auch noch bekannt, dass die Einspannung des Sensorelements derart vorgenommen wird, dass ein axialer Anschlag für die Feder ohne eine Verschraubung, durch ein ortsfest anklemmbares Sicherungsteil hergestellt wird.From DE 195 24 149 AI it is also known that the clamping of the sensor element is carried out in such a way that an axial stop for the spring is produced without a screw connection by a securely clampable securing part.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der eingangs erwähnte Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhulse, bei dem die Druckhulse auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist und bei dem eine Sensoranordnung unter einer axialen Vorspannung an einer Auflageflache zwischen Kontaktscheiben und darüber angeordneten Isolierscheiben gehalten ist, wird erfindungsgemaß in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das ge- samte Sensorpaket verklebt oder verlotet wird.The above-mentioned vibration sensor with a pressure pulse, in which the pressure pulse can be attached under pressure to a component causing vibrations and in which a sensor arrangement is held under axial pretension on a support surface between contact disks and insulating disks arranged above it, is advantageously further developed according to the invention, that the entire sensor package is glued or soldered.
Bei einer ersten Ausfuhrungsform werden die seismische Masse, das Sensorelement und die am Sensorelement axial beidseitig anliegen Kontaktscheiben und Isolierscheiben an den axialen Begrenzungsflachen miteinander (und an der Auflageflache ?) verklebt. Es ist dabei jeweils auf der dem Sensorelement zugewand- ten Seite der Kontaktscheiben ein leitfahiger Kleber angeordnet und die jeweilige Isolierscheibe ist durch eine nichtleitende Klebeschicht gebildet.In a first embodiment, the seismic mass, the sensor element and the contact washers and insulating washers axially on both sides of the sensor element are bonded to one another (and to the support surface?) On the axial boundary surfaces. It is in each case on the side facing the sensor element. A conductive adhesive is arranged on the side of the contact washers and the respective insulating washer is formed by a non-conductive adhesive layer.
Gegenüber der bekannten Anordnung ist die vorgeschla- genen Anbringung des Sensorpakets dadurch vorteilhaft, dass beispielsweise die Tellerfeder, der Gewindering und auch die Isolierscheiben entfallen können. Dadurch wird eine geringere Bauhohe und ein geringeres Gewicht des Schwingungsaufnehmers möglich. Auch bilden sich durch die kompakte Befestigung desCompared to the known arrangement, the proposed attachment of the sensor package is advantageous in that, for example, the plate spring, the threaded ring and also the insulating washers can be omitted. This enables a lower overall height and a lower weight of the vibration sensor. Also form through the compact attachment of the
Sensorpakets relativ geringere Resonanzfrequenzen des Systems, bestehend aus Sensorpaket und der Befestigungsschraube des Schwingungsaufnehmers am zu detek- tierenden Bauteil, heraus. Auch Biegeschwingungen des zylindrischen Mittelteils der Druckhulse werden hierbei nicht auf die Piezokeramik des Sensorelements übertragen, woraus ein besserer Frequenzgang des de- tektierten Signals folgt.Sensor package relatively lower resonance frequencies of the system, consisting of the sensor package and the fastening screw of the vibration sensor on the component to be detected. Bending vibrations of the cylindrical middle part of the pressure pulses are not transmitted to the piezoceramic of the sensor element, which results in a better frequency response of the detected signal.
Weiterhin ist mit der erfindungsgemaßen Anordnung auch eine saubere, bzw. berechenbare Einleitung der mechanischen Spannungen in die Piezokeramik möglich und es gibt somit keine Probleme aufgrund von ungleichmäßigen Oberflachen oder Rauhigkeiten an der Befestigungsflache der Druckhulse zum zu detektieren- den Bauteil. Durch Wegfall des bei den bekannten Anordnungen oft notwendigen Gewindes an der Druckhulse besteht darüber hinaus keine Gefahr von Spanbildung beim Zusammenschrauben des Sensorpakets .Furthermore, with the arrangement according to the invention, a clean or calculable introduction of the mechanical stresses into the piezoceramic is also possible and there are therefore no problems due to uneven surfaces or roughness on the fastening surface of the pressure sleeve to the component to be detected. By eliminating the thread on the pressure sleeve, which is often necessary in the known arrangements, there is also no risk of chip formation when the sensor package is screwed together.
Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung sind die seismische Masse, das Sensorelement und die am Sensorelement axial beidseitig anliegen Kontaktscheiben an den axialen Begrenzungsflachen miteinander, bzw. auch an der Auflageflache, entweder verklebt oder verlotet, wobei die Kontaktscheiben mit dem Sensorelement verlotet und mit den anderen Elementen verklebt sind. Die seismische Masse kann dabei auch mit der Ihr zugewandten Kontaktscheibe unterAccording to a second advantageous embodiment of the invention, the seismic mass, the sensor element and the contact disks which are axially on both sides of the sensor element are on the axial boundary surfaces to one another, or also to the support surface, either glued or soldered, the contact disks being soldered to the sensor element and glued to the other elements. The seismic mass can also be placed under the contact disc facing you
Fortfall der Isolierscheibe direkt verlotet werden. Das gleich gilt auch für die Verbindung zwischen der Kontaktscheibe und der Auflageflache an der Druckhulse .Elimination of the insulating washer are soldered directly. The same applies to the connection between the contact plate and the contact surface on the pressure sleeve.
Mit der Erfindung kann auch eine Verwendung von einer Piezokeramik ohne Elektroden vorgesehen werden. Bei den bekannten Anordnungen ist die Piezokeramik der Sensoranordnung üblicherweise stets mit Elektroden, bzw. mit einer entsprechenden metallisierten Schicht, ausgerüstet, da sie vom jeweiligen Hersteller bereits polarisiert ist. Mit der Verwendung einer Piezokeramik ohne Elektrode kann in vorteilhafter Weise auch eine Polarisierung erst nach dem Anbringen, d.h. durch loten oder leitkleben, der Kontaktscheiben er- folgen.With the invention, the use of a piezoceramic without electrodes can also be provided. In the known arrangements, the piezoceramic of the sensor arrangement is usually always equipped with electrodes or with a corresponding metallized layer, since it is already polarized by the respective manufacturer. With the use of a piezoceramic without an electrode, it is also advantageously possible to polarize only after the attachment, i.e. by soldering or conductive adhesive, the contact disks follow.
Bei einer dritten Ausfuhrungsform der Erfindung sind in vorteilhafter Weise die seismische Masse, das Sensorelement und die am Sensorelement axial beidseitig anliegen Kontaktscheiben an den axialen Begrenzungs- flachen miteinander, bzw. auch an der Auflageflache, verlotet, wobei jeweils an den axialen Begrenzungsflachen des Sensorelements eine keramische Folie oder -scheibe als Kontakt- und Isolierscheibe angeordnet ist, die beidseitig lotbar ist. Mit dieser Anordnung kann auf einfache Weise das gesamte Sensorpaket wahren der Montage komplett gelotet werden. -D-In a third embodiment of the invention, the seismic mass, the sensor element and the contact disks lying axially on both sides of the sensor element are advantageously soldered to one another at the axial delimitation surfaces, or also on the support surface, one in each case on the axial delimitation surfaces of the sensor element ceramic film or disk is arranged as a contact and insulating disk, which can be soldered on both sides. With this arrangement, the entire sensor package can be completely soldered during assembly. D-
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfincung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.These and other features of preferred developments of the invention are evident from the claims and also from the description and the drawings, the individual features being implemented individually or in groups in the form of sub-combinations in the embodiment of the invention and in other areas, and can represent advantageous and protectable versions for which protection is claimed here.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schwingungsaufnehmers mit einer Druckhülse werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Embodiments of the vibration sensor according to the invention with a pressure sleeve are explained with reference to the drawing. Show it:
Figur 1 einen Schnitt durch ein Klopfsensorgehäuse als Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse nach dem Stand der Technik und1 shows a section through a knock sensor housing as a vibration sensor with a pressure sleeve according to the prior art and
Figur 2 einen Detailschnitt durch ein verlötetes bzw. verklebtes Sensorpaket, bestehend aus Kontaktscheiben und piezokeramischer Scheibe als Sensorelement sowie einer seismischen Masse.Figure 2 shows a detail section through a soldered or glued sensor package, consisting of contact disks and piezoceramic disk as a sensor element and a seismic mass.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In Figur 1 ist als bekannter Schwingungsaufnehmer ein Klopfsensor für einen Verbrennungsmotor mit einem äußeren Kunststoffgehäuse 1 dargestellt, in dem eine Druckhülse 2 angeordnet ist. Die Druckhülse 2 weist im Bereich ihres unteren Endes einen flanschartigen Rand 3 auf, über den sie mit ihrer unteren Basisfläche 20 auf dem hier nicht dargestellten Motorblock, dessen Schwingungen detektiert werden sollen, auf- liegt.1 shows a knock sensor for an internal combustion engine with an outer plastic housing 1, in which a pressure sleeve 2 is arranged, as a known vibration sensor. The pressure sleeve 2 has in the area of its lower end a flange-like edge 3, over which it rests with its lower base surface 20 on the engine block, not shown here, whose vibrations are to be detected.
Am Außenumfang 4 der Druckhulse 2 sind, ausgehend von einer unteren Auflagefläche 21 am flanschartigen Rand 3, folgende Teile angeordnet: eine Isolierscheibe 5, eine erste Kontaktscheibe 6, eine piezokeramische Scheibe 7 als eigentliches Sensorelement und darüber wiederum eine zweite Kontaktscheibe 6 sowie eine zweite Isolierscheibe 5. Auf diese Anordnung ist eine seismische Masse 8 aufgesetzt, die mit einer ringförmigen Feder 9 in Richtung der piezokeramischen Schei- be 7 gedruckt wird. Eine Vorspannung der Feder 9 wird durch einen Gewindering 10 erzeugt, welcher auf ein Außengewinde 11 am oberen Teil der Druckhulse 2 aufgeschraubt ist.The following parts are arranged on the outer circumference 4 of the pressure sleeve 2, starting from a lower contact surface 21 on the flange-like edge 3: an insulating washer 5, a first contact washer 6, a piezoceramic washer 7 as the actual sensor element and, in turn, a second contact washer 6 and a second insulating washer 5. A seismic mass 8 is placed on this arrangement, which is printed with an annular spring 9 in the direction of the piezoceramic disk 7. The spring 9 is preloaded by a threaded ring 10 which is screwed onto an external thread 11 on the upper part of the pressure sleeve 2.
In einem integrierten Anschlußteil 12 des insbesonde- re in einem Kunststoff-Spritzgußverfahren hergestellten Gehäuses 1 sind elektrische Anschlüsse 13 für die Kontaktscheiben 6 und Flachstecker 14 eingespritzt. Die Flachstecker 14 sind dadurch mit den beiden Kontaktscheiben 6 verbunden, wodurch über die beiden Kontaktscheiben 6 eine elektrische Verbindung zu den beiden Seiten der piezokeramischen Scheibe 7 besteht und die elektrische Spannung, die bei einer Druckbeanspruchung der piezokeramischen Scheibe 7 in axialer Richtung erzeugt wird, abnehmbar ist. Durch eine zentrale Ausnehmung, bzw. eine Bohrung 15 in der Druckhulse 2 ist eine hier nicht dargestellte Befestigungsschraube fuhrbar, mit welcher insgesamt dieser Klopfsensor mittel- oder unmittelbar am Motorblock des Verbrennungsmotors befestigbar ist. Bei der Montage des Klopfsensors wird das gesamte, von der oben beschriebenen Befestigungsschraube ausgeübte Drehmoment, auf die Druckhulse 2 über die untere Flache 20 übertragen, d.h. auf die piezokeramischen Scheibe 7 als Sensorelement wirkt durch die Befestigung keine Kraft.Electrical connections 13 for the contact disks 6 and flat plugs 14 are injected into an integrated connection part 12 of the housing 1, which is produced in particular by a plastic injection molding process. The tabs 14 are thereby connected to the two contact disks 6, whereby there is an electrical connection to the two sides of the piezoceramic disk 7 via the two contact disks 6 and the electrical voltage which is generated in the axial direction when the piezoceramic disk 7 is subjected to pressure is removable is. A fastening screw, not shown here, can be guided through a central recess or a bore 15 in the pressure sleeve 2, with which overall this knock sensor can be fastened directly or indirectly to the engine block of the internal combustion engine. In the Mounting the knock sensor, the entire torque exerted by the fastening screw described above is transmitted to the pressure sleeve 2 via the lower surface 20, ie no force acts on the piezoceramic disk 7 as the sensor element due to the fastening.
Eine Vorspannkraft wirkt hier durch den Druck der Feder 9. Die Vorspannkraft ist so gewählt, dass an der piezokeramischen Scheibe 7 gerade noch ohne bleibende Verschlechterung des elektrischen Signals ertragbare Axialkrafte wirksam sind und diese auch von thermischen Dehnungen sowie unvermeidlichen Stauchungen der Druckhulse 2 bei der Montage weitestgehend unabhängig ist. Die von der seismischen Masse 8 proportional zu den Schwingungen des Verbrennungsmotors ausgeübten Impulse werden m der piezokeramischen Scheibe 7 m Ladungsimpulse umgewandelt, die an einem entsprechenden Gerat auswertbar sind.A prestressing force acts here due to the pressure of the spring 9. The prestressing force is selected such that axial forces which can be tolerated on the piezoceramic disk 7 just without permanent deterioration of the electrical signal are effective, and these also result from thermal expansions and inevitable compression of the pressure sleeve 2 during assembly is largely independent. The impulses exerted by the seismic mass 8 in proportion to the vibrations of the internal combustion engine are converted in the piezoceramic disk 7 m charge impulses, which can be evaluated on a corresponding device.
Aus Figur 2 ist eine detailliertere Darstellung des erfmdungsgemaßen Sensorpakets, bestehend aus Kon- taktscheiben oder gleichwirkenden Bauelementen 6.1 und 6.2 und der piezokeramischen Scheibe 7 sowie der seismischen Masse 8, zu entnehmen.FIG. 2 shows a more detailed illustration of the sensor package according to the invention, consisting of contact disks or equivalent components 6.1 and 6.2 and the piezoceramic disk 7 and the seismic mass 8.
Bei einem ersten Ausfuhrungsbeispiel anhand der Figur 2 können eweils auf der, der piezokeramischen Scheibe 7 zugewandten Seite der Kontaktscheiben 6.1, 6.2 eine leitfahige Klebeschicht 20 und 26 angeordnet sein. Die Isolierscheiben sind hier durch eine nichtleitende Klebeschicht 22 zur Auflageflache 21 hin und durch eine nichtleitenden Klebeschicht 23 zur seismischen Masse 8 hin gebildet.In a first exemplary embodiment with reference to FIG. 2, a conductive adhesive layer 20 and 26 can be arranged on the side of the contact disks 6.1, 6.2 facing the piezoceramic disk 7. The insulating washers are formed here by a non-conductive adhesive layer 22 towards the support surface 21 and by a non-conductive adhesive layer 23 towards the seismic mass 8.
Bei einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel, das der Darstellung nach der Figur 2 entspricht, kann auch zwischen der seismischen Masse 8 und der Kontaktscheibe 6.2 die Schicht 23 als Lotschicht und zwischen der Kontaktscheibe 6.1 und der Auflageflache 21 an der Druckhülse 2 die Schicht 22 als Lotschicht ausgebildet sein. Bei einem dritten Ausfuhrungsbeispiel anhand der unveränderten Darstellung nach der Figur 2 können jeweils an den axialen Begrenzungsflachen der piezokeramischen Scheibe 7 eine keramische Folie oder - scheibe als Kontakt- und Isolierscheibe 6.1 und 6.2 angeordnet werden, wobei diese jeweils beidseitig mit einer Lotschicht versehen sind. Diese Folien oder Scheiben 6.1, 6.2 sind dadurch sowohl für den Zusammenbau des gesamten Sensorpakets als für die elektrischen Anschlüsse lotbar. In a second exemplary embodiment, which corresponds to the illustration according to FIG. 2, there can also be between the seismic mass 8 and the contact disk 6.2 the layer 23 is formed as a solder layer and between the contact disk 6.1 and the support surface 21 on the pressure sleeve 2 the layer 22 is formed as a solder layer. In a third exemplary embodiment based on the unchanged representation according to FIG. 2, a ceramic film or disk can be arranged on the axial boundary surfaces of the piezoceramic disk 7 as a contact and insulating disk 6.1 and 6.2, these being provided on both sides with a solder layer. These foils or disks 6.1, 6.2 can thus be soldered both for the assembly of the entire sensor package and for the electrical connections.

Claims

Patentansprücheclaims
1) Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem - die Druckhülse (2) auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist und mit1) Vibration sensor with a pressure sleeve, in which - the pressure sleeve (2) can be attached under pressure to a component causing vibration and with
- einer Sensoranordnung (7) und einer darüberliegen- den seismischen Masse, wobei die Sensoranordnung als piezokeramische Scheibe (7) außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung an einer Auflagefläche (21) zwischen Kontaktscheiben (6) und darüber angeordneten Isolierschichten (5) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass- A sensor arrangement (7) and an overlying seismic mass, the sensor arrangement as a piezoceramic disc (7) on the outside of the pressure sleeve (2) under axial pretension on a contact surface (21) between contact discs (6) and insulating layers () 5), characterized in that
- die seismische Masse (8), die piezokeramische Scheibe (7) und die an der piezokeramischen Scheibe (7) axial beidseitig anliegen Kontaktscheiben (6.1,1.2) und Isolierschichten (22,23) an den axialen Begrenzungsflächen miteinander verklebt sind, wobei- The seismic mass (8), the piezoceramic disk (7) and the axially on both sides of the piezoceramic disk (7) contact disks (6.1.1.2) and insulating layers (22.23) are glued together on the axial boundary surfaces, wherein
- jeweils auf der, der piezokeramischen Scheibe (7) zugewandten Seite der Kontaktscheiben (6.1,6.2) ein leitfähiger Kleber (20,26) angeordnet ist und die Isolierschichten durch eine nichtleitende Klebeschicht (22,23) gebildet ist.- A conductive adhesive (20, 26) is arranged on the side of the contact disks (6, 1, 6, 2) facing the piezoceramic disc (7) and the Insulating layers are formed by a non-conductive adhesive layer (22, 23).
2) Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem - die Druckhülse (2) auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist und mit2) Vibration sensor with a pressure sleeve, in which - the pressure sleeve (2) can be attached under pressure to a component causing vibration and with
- einer Sensoranordnung (7) und einer darüberliegen- den seismischen Masse, wobei die Sensoranordnung als piezokeramische Scheibe (7) außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung an einer Auflagefläche (21) zwischen Kontaktscheiben (6) und darüber angeordneten Isolierschichten (5) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass- A sensor arrangement (7) and an overlying seismic mass, the sensor arrangement as a piezoceramic disc (7) on the outside of the pressure sleeve (2) under axial pretension on a contact surface (21) between contact discs (6) and insulating layers () 5), characterized in that
- die seismische Masse (8), die piezokeramische Scheibe (7) und die an der piezokeramischen Scheibe (7) axial beidseitig anliegen Kontaktscheiben (6.1,1.2) und Isolierschichten (22,23) an den axialen- The seismic mass (8), the piezoceramic disk (7) and the axially on both sides of the piezoceramic disk (7) contact disks (6.1.1.2) and insulating layers (22.23) on the axial
Begrenzungsflächen miteinander entweder verklebt oder verlötet sind, wobei - die Kontaktscheiben (6.1,1.2) mit der piezokeramischen Scheibe (7) verlötet sind.Boundary surfaces are either glued or soldered to one another, wherein - the contact disks (6.1, 1.2) are soldered to the piezoceramic disk (7).
3) Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die seismische Masse (8) mit der ihr zugewandten Seite der Kontaktscheibe (6.2) und dass die Auflagefläche (21) mit der ihr zugewandten Seite der Kontaktscheibe (6.1) unter Fortfall der Isolierschichten (22,23) direkt verlötet sind.3) Vibration pickup according to claim 2, characterized in that - the seismic mass (8) with the side of the contact disk (6.2) facing it and that the bearing surface (21) with the side of the contact disk (6.1) facing it, eliminating the insulating layers ( 22,23) are soldered directly.
4) Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die Auflageflache (21) mit der ihr zugewandten Seite der Kontaktscheibe (6.1) verklebt oder unter Fortfall der Isolierschichten (23) direkt verlotet4) Vibration sensor according to claim 2 or 3, characterized in that - The support surface (21) is glued to the side of the contact disk (6.1) facing it or is soldered directly, eliminating the insulating layers (23)
5) Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhulse, bei dem5) Vibration sensor with a pressure pulse, in which
- die Druckhulse (2) auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist und mit- The pressure sleeve (2) on a vibration-causing component can be attached under pressure and with
- einer Sensoranordnung (7) und einer daruberliegen- den seismischen Masse, wobei die Sensoranordnung als piezokeramische Scheibe (7) außen an der Druckhulse (2) unter einer axialen Vorspannung an einer Auflageflache (21) zwischen Kontaktscheiben (6) und darüber angeordneten Isolierschichten (5) gehalten ist, da- durch gekennzeichnet, dass- A sensor arrangement (7) and an overlying seismic mass, the sensor arrangement as a piezoceramic disc (7) on the outside of the pressure sleeve (2) under axial pretensioning on a contact surface (21) between contact discs (6) and insulating layers () 5), characterized in that
- die seismische Masse (8), die piezokeramische Scheibe (7) und die am der piezokeramischen Scheibe (7) axial beidseitig anliegen Kontaktscheiben (6.1,1.2) und Isolierschichten (22,23) an den axialen Begrenzungsflachen miteinander verlotet sind, wobei- The seismic mass (8), the piezoceramic disk (7) and the axially on both sides of the piezoceramic disk (7) contact disks (6.1.1.2) and insulating layers (22.23) are soldered to one another on the axial boundary surfaces, wherein
- jeweils an den axialen Begrenzungsflachen der piezokeramischen Scheibe (7) eine keramische Folie oder -scheibe (6.1,6.2) als Kontakt- und Isolierschichten (20,26,22,23) angeordnet ist, die beidseitig lotbar ist. - In each case on the axial boundary surfaces of the piezoceramic disk (7) a ceramic film or disk (6.1,6.2) as contact and insulating layers (20,26,22,23) is arranged, which can be soldered on both sides.
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