EP2847566A1 - Membran für eine druckmesseinrichtung - Google Patents

Membran für eine druckmesseinrichtung

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Publication number
EP2847566A1
EP2847566A1 EP13719228.2A EP13719228A EP2847566A1 EP 2847566 A1 EP2847566 A1 EP 2847566A1 EP 13719228 A EP13719228 A EP 13719228A EP 2847566 A1 EP2847566 A1 EP 2847566A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
pressure
spring
measuring device
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13719228.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Hauber
Janpeter Wolff
Denis Gugel
Stefan Leopold
Wolfgang Koetzle
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2847566A1 publication Critical patent/EP2847566A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L7/00—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
    • G01L7/02—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges
    • G01L7/08—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges of the flexible-diaphragm type
    • G01L7/082—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges of the flexible-diaphragm type construction or mounting of diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L19/0645—Protection against aggressive medium in general using isolation membranes, specially adapted for protection
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    • G01M15/08—Testing internal-combustion engines by monitoring pressure in cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • F23Q2007/002—Glowing plugs for internal-combustion engines with sensing means

Definitions

  • the present invention is a membrane for a pressure measuring device for determining a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a self-igniting
  • Such pressure measuring devices are known to be provided either separately from a glow plug in the combustion chamber, but can also in a
  • Compressive force transmission element acts via which a present in the combustion chamber pressure is transmitted to a standing with the glow plug in operative connection pressure sensor module, which is also within the glow plug or is in communication with this.
  • a glow tube leading support tube also called glow tube
  • a corresponding glow plug in which the pressure sensor module is located inside the glow plug, generally consists of a glow plug (possibly guided in an glow tube), which is movably mounted in a sensor housing via a connecting sleeve in the axial direction, wherein the
  • Sensor housing is in turn located in a sealing cone housing, which serves as an outer shell of the glow plug.
  • a sealing cone housing which serves as an outer shell of the glow plug.
  • FIG. Starting from the tip of the glow plug, also called glow tip, here is the sensor module in the glow plug behind or above the axially movably mounted glow plug and is in operative connection with this, so that a compressive force generated by the combustion, which acts on the glow tip, through the glow plug (or the glow tube) in its function as
  • Compressive force transmission element is transmitted to the sensor module.
  • a major problem with this is that existing in the combustion chamber and into the top of the glow plug
  • the pressure measuring device described therein is in the form of a glow plug and comprises a housing, a force transmission element in the form of a rod-shaped heating element, which protrudes partially from the housing at a chamber-side opening of the housing, and a pressure sensor. This is arranged in an interior of the housing of the pressure measuring device and is in operative connection with the force transmission element. Further, a cylindrical membrane is provided, which seals the interior of the housing in which the pressure sensor is arranged opposite the combustion chamber side opening.
  • the membrane which may be formed as a metal membrane, has a
  • Power transmission element is oriented.
  • the pressure sensor is in this embodiment of a pressure measuring device via the power transmission section of the membrane with the
  • Power transmission element in operative connection.
  • at least a partial compensation of thermally induced changes in length of the membrane which are caused for example by hot fuel gases and can lead to periodic impairment of the pressure measurement.
  • a glow plug is known from DE 10 2007 049 971 A1, which is to be arranged in a combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine.
  • the glow plug has a housing, a power transmission element in the form of a rod-shaped heating element, which projects partially from the housing, and a pressure sensor, which is arranged in an inner space of the housing of the glow plug.
  • the pressure sensor is on the one hand in operative connection with the rod-shaped heating element to detect a conditional on the pressure prevailing in the chamber pressure of the heating element for determining the pressure prevailing in the chamber.
  • the pressure sensor is supported on a fixing element connected to the housing.
  • a diaphragm, here especially a spring diaphragm seals the interior of the housing opposite the
  • the spring diaphragm is designed as a sectionally S-shaped spring diaphragm.
  • the membrane is therefore generally required to seal the interior of the glow plug or the pressure measuring device relative to the combustion chamber, to prevent the penetrating media due to their temperature and their aggressive chemical properties, the components of the
  • the membrane should be able to withstand the stresses during sensor operation over the longest possible service life, which essentially includes the cyclic loads of the pressure change (several hundred million load cycles per service life) and the high average temperature level.
  • a changing sensitivity of the pressure measuring device and resulting measurement errors must be prevented (so-called "calibration factor" effect), which results from changes in the mean
  • thermo shock in which rapid, shock-like changes in the temperature at the membrane lead to mechanical stresses between the outer and inner part of the membrane material, since the heat is transferred to or from the surface faster or dissipated than to the interior ,
  • Membrane assemblies with support is a proven in experiments dependence of the pressure measurement signal from the contact point of the membrane on the support surface of the
  • this support point may shift, which undesirably changes the measurement sensitivity of the measurement signal to pressure.
  • the spring-elastic membrane according to the invention with the features of independent claim 1 has the advantage that the sensor interior sufficient can be sealed, is waived support surfaces by the geometry of the membrane is optimized to avoid high tensile stresses in the membrane. More specifically, this advantage is provided by a resilient membrane for a
  • Pressure measuring device for determining a pressure in a combustion chamber of a
  • Internal combustion engine in particular a self-igniting internal combustion engine achieved, wherein the membrane is accommodated in a housing of the pressure measuring device, more precisely arranged within a sealing cone housing one in the combustion chamber
  • the membrane in this case comprises a pressurized region, on which the pressure prevailing in the combustion chamber during operation of the internal combustion engine mainly acts.
  • the membrane is annular and has in cross-section to the cavity towards open U-shape, wherein the pressurized region of the membrane is geometrically formed by two interconnected quadrant circles, so that the
  • pressurized area has a self-supporting structure against the combustion pressure loads occurring.
  • a geometric stability against the pressure acting from the outside is achieved according to the principle of a dam and the membrane can generally both
  • the resilient membrane of the radially outer leg of the U-shape of the membrane is shorter than the radially inner leg of the U-shape, resulting in a better leadership of the glow plug through the membrane and easier accessibility to the mounting areas or the to be welded areas between the glow plug and the membrane results.
  • the two quarter circles which define the cross-sectional shape of the membrane significantly, over a straight, so not curved end face of the
  • the membrane is easy to manufacture, for example by a deep-drawing process or the like.
  • the two quadrants of the pressurized area have different radii, whereby the load on the membrane or the sensitivity of the entire
  • Pressure measuring system adapted to variable radii of the sealing cone housing and a Measurement function can be optimized.
  • the two quarter circles together form a semicircle, without arranging an end face between them.
  • a maximum static stability of the membrane is achieved in a geometric manner, which in turn results in an increased life of the membrane.
  • the force transmission element can also be a support tube of the glow plug of the glow plug, or, in the case of a pure, that is, provided separately from a glow plug
  • Pressure measuring device is sealed fluid-tight against the pressure chamber.
  • Power transmission element can be welded joints.
  • the membrane is a deep-drawn component and / or a metal membrane, which brings with it the advantage that the membrane is easy to manufacture and has a high load change rigidity.
  • FIG. 1 is a sectional view of a portion of a glow plug with a resilient membrane according to the first preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a detailed sectional view of the spring-elastic membrane shown in FIG. 1;
  • Fig. 3 is a sectional detail illustration of a resilient membrane according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a cutaway detailed view of a spring-elastic membrane 1 according to the invention in a first preferred embodiment in a glow plug.
  • the membrane 1 is between a glow plug housing or
  • Glow plug sealing cone housing 2 and a support tube 5 of the glow plug or a glow tube 5 is arranged, wherein the glow plug itself is arranged within a cylinder head (not shown) of a self-igniting internal combustion engine.
  • the glow tube 5 which in the first preferred embodiment as a force transmission element 5 of
  • Power transmission element is provided and is in communication with the membrane 1.
  • any other cylindrical power transmission element would be conceivable, such as e.g. a simple cylindrical metal pin or the like, which in this case would no longer be a glow plug but alternatively a pure pressure measuring device.
  • the resilient membrane 1 is annular and is located on its radially inner side with the glow tube 5 in abutment and on its radially outer side with a sensor housing 7 in abutment.
  • the membrane 1 is fixedly connected at the radially inner side by an end 61 of a connecting sleeve 6 by means of a weld 50 with the glow tube 5.
  • On the radially outer side of the membrane 1 is in contrast connected to one end 71 of the sensor housing 7 by means of a weld 10, wherein the sensor housing 7 is itself fixed by means of the weld 20 on the housing 2.
  • the end 71 of the sensor housing 7 as well as the end 61 of
  • Connecting sleeve 6 have in cross-section a gradually tapered shape, so that there are recesses into which the membrane 1 can be used.
  • the resilient membrane 1 which is subjected to pressure from the pressure chamber 3 starting from the weld seam 50 until it rests against the sensor housing 7, generally has a U-shape in section, the U-shape of the membrane 1 comprising a bottom section 11 , which represents the so-called pressurized area 1 1 of the membrane 1.
  • the pressurized area 1 1 has an outer side or bottom 1 1 1, which is exposed to the pressure chamber 3 during operation of the glow plug, whereby the outside or bottom 1 1 1 of the membrane 1 is acted upon by the combustion pressure of each combustion cycle within the cylinder , Furthermore, the pressurized region 1 1 has an inner side or upper side 12, which is arranged toward the interior of the U-shape of the membrane 1, that is to say towards the cavity 4. Further, the U-shape of the membrane 1 has a radially inner long leg 12 and a radially outer short leg 13, wherein the long leg 12 with the end 61 of the connecting sleeve 6 and the short leg 13 with the end 71 of the sensor housing. 7 is in communication, so that both the connecting sleeve 6 and the sensor housing 7 are arranged within the U-shaped cross-section of the membrane 1.
  • the pressurized region 1 1 is shown in FIG. 2 in section geometrically formed from a first quarter circle 1 13 and a second quarter circle 1 14, between which a straight end face 1 10 is arranged.
  • Each of the quarter circles 1 13 and 1 14 in this embodiment has a radius that is substantially equal to each other.
  • Fig. 3 is a second preferred embodiment of the invention
  • the pressurized area 1 1 of the second preferred embodiment of the membrane 1 is here in section geometrically from two directly connected quarter circles 1 13 and 1 14, between which no end face is arranged, resulting in the two quarter circles 1 13 and 1 14 a semicircle 1 15th results, which forms the entire pressurized area 1 1 with respect to its shape.

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Abstract

Es wird eine federelastische Membran (1) für eine Druckmesseinrichtung zur Ermittlung eines Drucks in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei die Membran in einem Gehäuse (2) der Druckmesseinrichtung aufgenommen ist, um einen Druckraum (3) von einem Hohlraum (4) zu trennen und das Gehäuse gegen den zu messenden Druck abzudichten. Die Membran weist dabei einen druckbeaufschlagten Bereich auf. Des Weiteren ist die Membran ringförmig ausgebildet und weist im Querschnitt eine zum Hohlraum offene U-Form auf, wobei der druckbeaufschlagte Bereich der Membran geometrisch durch zwei miteinander verbundene Viertelkreise ausgebildet ist, so dass der druckbeaufschlagte Bereich eine gegen auftretende Drucklasten selbsttragende Struktur aufweist.

Description

Beschreibung Titel
Membran für eine Druckmesseinrichtung Stand der Technik Die Erfindung geht aus einer federelastischen Membran nach Gattung gemäß dem
Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 hervor. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Membran für eine Druckmesseinrichtung zur Ermittlung eines Drucks in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden
Brennkraftmaschine. Derartige Druckmesseinrichtungen sind bekannterweise entweder separat von einer Glühkerze in dem Brennraum vorgesehen, können aber auch in einer
Glühkerze integriert vorgesehen sein. Dabei befindet sich ein Glühstift innerhalb einer in dem zu messenden Brennraum angeordneten Glühkerze bzw. Glühstiftkerze, der als
Druckkraftübertragungselement wirkt, über das ein in der Brennkammer vorliegender Druck auf ein mit dem Glühstift in Wirkverbindung stehendes Drucksensormodul übertragen wird, welches sich dabei ebenfalls innerhalb der Glühkerze befindet oder mit dieser in Verbindung steht. Alternativ dazu kann auch ein den Glühstift führendes Stützrohr, auch Glührohr genannt, als Druckübertragungselement vorgesehen sein. Eine entsprechende Glühkerze, bei der sich das Drucksensormodul innerhalb der Glühkerze befindet, besteht dabei generell aus einem (evtl. in einem Glührohr geführten) Glühstift, der in einem Sensorgehäuse über eine Verbindungshülse in axialer Richtung beweglich gelagert ist, wobei sich das
Sensorgehäuse wiederum in einem Dichtkonusgehäuse befindet, das als äußere Hülle der Glühkerze dient. Ein prinzipiell ähnlicher Aufbau kann Fig. 1 entnommen werden. Ausgehend von der Spitze des Glühstifts, auch Glühspitze genannt, befindet sich hier das Sensormodul in der Glühkerze hinter bzw. über dem axial beweglich gelagerten Glühstift und steht mit diesem in Wirkverbindung, so dass eine durch die Verbrennung erzeugte Druckkraft, die auf die Glühspitze wirkt, durch den Glühstift (oder das Glührohr) in dessen Funktion als
Druckkraftübertragungselement auf das Sensormodul übertragen wird. Ein Hauptproblem dabei ist, dass die im Brennraum vorhandenen und in die Spitze der Glühkerze
eindringenden Medien aufgrund ihrer Temperatur während der Verbrennung und aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften das Sensormodul und die damit verbundene Elektronik zerstören können. Um dies zu verhindern, wurden in der Vergangenheit bereits federelastische Membranen entwickelt, wie sie unter anderem nachfolgend beschrieben sind. In der DE 10 2006 057 627 A1 ist eine Druckmesseinrichtung beschrieben, die zur
Anordnung im Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dient. Die darin beschriebene Druckmesseinrichtung liegt in Form einer Glühkerze vor und umfasst ein Gehäuse, ein Kraftübertragungselement in Form eines stabförmigen Heizelements, das an einer kammerseitigen Öffnung des Gehäuses teilweise aus dem Gehäuse ragt, und einen Drucksensor. Dieser ist in einem Innenraum des Gehäuses der Druckmesseinrichtung angeordnet und steht mit dem Kraftübertragungselement in Wirkverbindung. Ferner ist eine zylinderförmige Membran vorgesehen, die den Innenraum des Gehäuses, in dem der Drucksensor angeordnet ist, gegenüber der brennkammerseitigen Öffnung abdichtet. Die Membran, die als Metallmembran ausgebildet sein kann, weist einen
Kraftübertragungsabschnitt auf, der in einer axialen Richtung des
Kraftübertragungselementes orientiert ist. Der Drucksensor steht bei dieser Ausführung einer Druckmesseinrichtung über den Kraftübertragungsabschnitt der Membran mit dem
Kraftübertragungselement in Wirkverbindung. Dadurch erfolgt zumindest eine teilweise Kompensation thermisch bedingter Längenänderungen der Membran, die beispielsweise durch heiße Brennstoffgase verursacht werden und zu periodischen Beeinträchtigungen der Druckmessung führen können.
Weiterhin ist aus der DE 10 2007 049 971 A1 eine Glühstiftkerze bekannt, die in einer Brennkammer einer selbstzündenden Brennkraftmaschine anzuordnen ist. Die Glühstiftkerze weist ein Gehäuse, ein Kraftübertragungselement in Form eines stabförmigen Heizelements, das teilweise aus dem Gehäuse ragt, und einen Drucksensor auf, der in einem Innenraum des Gehäuses der Glühkerze angeordnet ist. Dabei steht der Drucksensor einerseits mit dem stabförmigen Heizelement in Wirkverbindung, um eine aufgrund eines in der Kammer herrschenden Druckes bedingte Beaufschlagung des Heizelementes zum Bestimmen des in der Kammer herrschenden Druckes zu erfassen. Ferner stützt sich der Drucksensor andererseits an einem mit dem Gehäuse verbundenen Fixierelement ab. Eine Membran, hier speziell eine Federmembran dichtet den Innenraum des Gehäuses gegenüber der
Brennkammer der Brennkraftmaschine ab. Dabei ist die Federmembran als im Schnitt S- förmige Federmembran ausgestaltet. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine druckausgeglichene Auslegung erreicht werden, so dass die Genauigkeit einer Druckmessung durch den Drucksensor verbessert werden kann.
Innerhalb eines Brennraumdrucksensors wird die Membran demzufolge generell dazu benötigt, den Innenraum der Glühstiftkerze bzw. der Druckmesseinrichtung gegenüber dem Brennraum abzudichten, um zu verhindern, dass die eindringenden Medien aufgrund ihrer Temperatur und ihrer aggressiven chemischen Eigenschaften die Bauteile des
Sensormodules und der Elektronik binnen kürzester Zeit zerstören. Gleichzeitig sollte die Membran aber auch die Belastungen während des Sensorbetriebes über eine möglichst lange Lebensdauer aushalten, zu denen im Wesentlichen die zyklischen Belastungen des Druckwechsels (mehrere hundert Millionen Lastwechsel pro Lebensdauer) sowie das hohe Niveau der Durchschnittstemperatur zu zählen sind. Darüber hinaus muss eine sich verändernde Empfindlichkeit der Druckmesseinrichtung und daraus entstehende Messfehler verhindert werden (sog.„Kalibrierfaktor' -Effekt), die aus Änderungen der mittleren
Temperatur an der Membran, beispielsweise durch unterschiedliche Motorlastzustände, entsteht. Weiterhin müssen ebenfalls zu Messfehlern führende Kurzzeiteffekte innerhalb eines Lastspiels verhindert werden, wie z.B. der sog.„Thermoschock' -Effekt, bei dem schnelle, schockartige Veränderungen der Temperatur an der Membran zu mechanischen Spannungen zwischen dem äußeren und inneren Teil des Membranmaterials führen, da die Wärme zur oder von der Oberfläche schneller übertragen bzw. abgeführt wird als zum Inneren.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden bereits Membranen mit Auflageanordnungen entwickelt, bei denen eine zu starke Verformung der Membran durch speziell ausgebildete Auflageelemente verhindert werden kann. Ein entscheidender Nachteil derartiger
Membranbaugruppen mit Auflage ist eine in Versuchen nachgewiesene Abhängigkeit des Druckmesssignals vom Auflagepunkt der Membran auf der Auflagefläche des
Auflageelements. Abhängig von Druck- und Temperaturlasten, die während des Betriebs des Brennraumdrucksensors auftreten, kann sich dieser Auflagepunkt verschieben, wodurch sich die Messempfindlichkeit des Messsignals auf Druck unerwünscht verändert.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße federelastische Membran mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Sensorinnenraum ausreichend abgedichtet werden kann, wobei auf Auflageflächen verzichtet wird, indem die Geometrie der Membran zur Vermeidung zu hoher Zugspannungen in der Membran optimiert ist. Genauer gesagt wird dieser Vorteil durch eine federelastische Membran für eine
Druckmesseinrichtung zur Ermittlung eines Drucks in einem Brennraum einer
Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine erzielt, wobei die Membran in einem Gehäuse der Druckmesseinrichtung aufgenommen ist, genauer gesagt innerhalb eines Dichtkonusgehäuses einer in dem Brennraum angeordneten
Glühkerze, um einen sog. Druckraum von einem sog. Hohlraum innerhalb der Glühkerze zu trennen und das Gehäuse gegen den zu messenden Druck im Brennraum abzudichten. Die Membran umfasst dabei einen druckbeaufschlagten Bereich, auf den der in dem Brennraum vorherrschende Druck während des Betriebs der Brennkraftmaschine hauptsächlich wirkt. Die Membran ist dabei ringförmig ausgebildet und weist im Querschnitt eine zum Hohlraum hin offene U-Form auf, wobei der druckbeaufschlagte Bereich der Membran geometrisch durch zwei miteinander verbundene Viertelkreise ausgebildet ist, so dass der
druckbeaufschlagte Bereich eine gegen die auftretenden Verbrennungsdrucklasten selbsttragende Struktur aufweist. Bereits mit der beschriebenen U-Querschnittsform der Membran wird eine geometrische Stabilität gegen den von außen wirkenden Druck nach dem Prinzip eines Staudamms erreicht und die Membran kann generell sowohl
materialtechnisch als auch dimensionsbezogen weicher aufgebaut werden. In einer bevorzugten Ausführung der federelastischen Membran ist der radial äußere Schenkel der U-Form der Membran kürzer als der radial innere Schenkel der U-Form ausgebildet, wodurch sich eine bessere Führung des Glühstifts durch die Membran sowie eine leichtere Zugänglichkeit zu den Befestigungsbereichen bzw. den zu verschweißenden Bereichen zwischen dem Glühstift und der Membran ergibt.
Vorzugsweise sind die beiden Viertelkreise, die die Querschnittsform der Membran maßgeblich vorgeben, über eine gerade, also nicht gebogene Stirnfläche des
druckbeaufschlagten Bereichs miteinander verbunden, wodurch sich eine am unteren Ende abgeflachte U-Form der Membran ergibt. Dies hat den Vorteil, dass die Membran leicht zu fertigen ist, beispielsweise durch einen Tiefziehvorgang oder dergleichen. In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen federelastischen Membran weisen die beiden Viertelkreise des druckbeaufschlagten Bereichs unterschiedliche Radien auf, wodurch die Belastung der Membran oder die Empfindlichkeit des gesamten
Druckmesssystems an variable Radien des Dichtkonusgehäuses angepasst und eine Messfunktion optimiert werden kann. Vorzugsweise weisen hier die Viertelkreise im
Wesentlichen gleiche Radien auf.
In einer alternativen Ausführung der erfindungsgemäßen federelastischen Membran bilden die beiden Viertelkreise zusammen einen Halbkreis aus, ohne eine Stirnfläche zwischen sich anzuordnen. Mit der dadurch erzielten teilweise halbkreisförmigen U-Gestalt der Membran wird auf geometrische Art und Weise eine maximale statische Stabilität der Membran erreicht, wodurch sich wiederum eine erhöhte Lebensdauer der Membran ergibt. Weiter vorzugsweise ist der radial äußere Schenkel der U-förmigen Membran mit dem Gehäuse der Druckmesseinrichtung und der radial innere Schenkel der U-förmigen
Membran mit einem Kraftübertragungselement der Druckmesseinrichtung verbunden, wobei beispielsweise der Glühstift der Glühkerze als Kraftübertragungselement dient. Es kann sich bei dem Kraftübertragungselement aber auch um ein Stützrohr des Glühstifts der Glühkerze handeln, bzw. bei einer reinen, also separat von einer Glühkerze vorgesehenen
Druckmessvorrichtung um einen Metallstift ohne jegliche Heizfunktion. Durch eine derartige feste Verbindung der Membran zwischen dem Kraftübertragungselement und dem Gehäuse der Druckmesseinrichtung wird sichergestellt, dass der Hohlraum im Inneren der
Druckmesseinrichtung fluiddicht gegenüber dem Druckraum abgedichtet ist. Die
Verbindungen zwischen der Membran und dem Gehäuse bzw. dem
Kraftübertragungselement können dabei Schweißverbindungen sein. In einer weiteren vorzuziehenden Ausführung der erfindungsgemäßen federelastischen Membran ist die Membran ein tiefgezogenes Bauteil und/oder eine Metallmembran, was den Vorteil mit sich bringt, dass die Membran leicht zu fertigen ist und eine hohe Lastwechselsteifigkeit aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittabbildung eines Ausschnitts einer Glühkerze mit einer federelastischen Membran gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 eine geschnittene Detailabbildung der in Fig. 1 gezeigten federelastischen Membran; und
Fig. 3 eine geschnittene Detailabbildung einer federelastischen Membran gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine geschnittene Detailansicht einer erfindungsgemäßen federelastischen Membran 1 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform in einer Glühkerze. Die Membran 1 ist dabei zwischen einem Glühkerzengehäuse oder
Glühkerzendichtkonusgehäuse 2 und einem Stützrohr 5 des Glühstifts bzw. einem Glührohr 5 angeordnet, wobei die Glühkerze selbst innerhalb eines Zylinderkopfs (nicht gezeigt) einer selbstzündenden Brennkraftmaschine angeordnet ist. Anstelle des Glührohrs 5, das in der ersten bevorzugten Ausführungsform als Kraftübertragungselement 5 der
Druckmesseinrichtung wirkt, ist es auch denkbar, dass ein Glühstift 8 direkt als
Kraftübertragungselement vorgesehen ist und mit der Membran 1 in Verbindung steht. Es wäre aber auch jedes andere zylindrische Kraftübertragungselement denkbar, wie z.B. ein einfacher zylindrischer Metallstift oder dergleichen, wobei es sich in diesem Fall nicht mehr um eine Glühkerze sondern alternativ dazu um eine reine Druckmesseinrichtung handeln würde.
Die federelastische Membran 1 ist ringförmig ausgebildet und befindet sich auf ihrer radial inneren Seite mit dem Glührohr 5 in Anlage und auf ihrer radial äußeren Seite mit einem Sensorgehäuse 7 in Anlage. Wie es in Fig. 1 und in Fig. 2 zu sehen ist, ist die Membran 1 an der radial inneren Seite durch ein Ende 61 einer Verbindungshülse 6 fest mittels einer Schweißnaht 50 mit dem Glührohr 5 verbunden. An der radial äußeren Seite ist die Membran 1 demgegenüber mit einem Ende 71 des Sensorgehäuses 7 mittels einer Schweißnaht 10 verbunden, wobei das Sensorgehäuse 7 selbst mittels der Schweißnaht 20 an dem Gehäuse 2 befestigt ist. Das Ende 71 des Sensorgehäuses 7 als auch das Ende 61 der
Verbindungshülse 6 haben im Querschnitt eine sich stufenweise verjüngende Gestalt, so dass sich Aussparungen ergeben, in die die Membran 1 eingesetzt werden kann. Durch diese Verbindungsanordnung wird sichergestellt, dass ein im Inneren der Glühkerze angeordneter Hohlraum 4 fluiddicht von einem ebenfalls im Inneren der Glühkerze angeordneten Druckraum 3 abgeschlossen ist, so dass keine Brenngase von dem Druckraum 3, der mit der Brennkammer (nicht gezeigt) eines Zylinders der
Brennkraftmaschine in Fluidverbindung steht, in den Hohlraum 4 eindringen können. Die federelastische Membran 1 , die ausgehend von der Schweißnaht 50 bis zur Anlage an dem Sensorgehäuse 7 mit Druck aus dem Druckraum 3 beaufschlagt wird, weist im Schnitt generell eine U-Form auf, wobei die U-Form der Membran 1 einen Bodenabschnitt 1 1 umfasst, der den sog. druckbeaufschlagten Bereich 1 1 der Membran 1 darstellt. Der druckbeaufschlagte Bereich 1 1 hat eine Außenseite bzw. Unterseite 1 1 1 , die im Betrieb der Glühkerze zu dem Druckraum 3 hin freiliegt, wodurch die Außenseite bzw. Unterseite 1 1 1 der Membran 1 mit dem Verbrennungsdruck eines jeden Verbrennungszykluses innerhalb des Zylinders beaufschlagt wird. Weiterhin weist der druckbeaufschlagte Bereich 1 1 eine Innenseite bzw. Oberseite 1 12 auf, die zu dem Inneren der U-Form der Membran 1 , also zu dem Hohlraum 4 hin angeordnet ist. Ferner weist die U-Form der Membran 1 einen radial innen angeordneten langen Schenkel 12 und einen radial außen angeordneten kurzen Schenkel 13 auf, wobei der lange Schenkel 12 mit dem Ende 61 der Verbindungshülse 6 und der kurze Schenkel 13 mit dem Ende 71 des Sensorgehäuses 7 in Verbindung steht, so dass sowohl die Verbindungshülse 6 als auch das Sensorgehäuse 7 innerhalb des U-förmigen Querschnitts der Membran 1 angeordnet sind.
Der druckbeaufschlagte Bereich 1 1 ist gemäß Fig. 2 im Schnitt geometrisch aus einem ersten Viertelkreis 1 13 und einem zweiten Viertelkreis 1 14 geformt, zwischen denen eine gerade Stirnfläche 1 10 angeordnet ist. Jeder der Viertelkreise 1 13 und 1 14 hat in dieser Ausführungsform einen Radius, die im Wesentlichen gleich zueinander sind.
In Fig. 3 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
federelastischen Membran 1 gezeigt. Die generelle Anordnung der Membran 1 in dieser Ausführungsform ist ähnlich zu der Anordnung in der ersten bevorzugten Ausführungsform und wird daher hier nicht noch einmal wiederholt. Der druckbeaufschlagte Bereich 1 1 der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Membran 1 besteht hier im Schnitt geometrisch aus zwei direkt verbundenen Viertelkreisen 1 13 und 1 14, zwischen denen keine Stirnfläche angeordnet ist, wodurch sich aus den beiden Viertelkreisen 1 13 und 1 14 ein Halbkreis 1 15 ergibt, der bezüglich seiner Form den gesamten druckbeaufschlagten Bereich 1 1 ausbildet. Bei einer Verwendung der Membran 1 gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfährt bei einer Beaufschlagung durch einen im Brennraum (von unten) wirkenden Verbrennungsdruck der Bereich 1 16 der Membran 1 in Versuchen eine wesentlich geringere Stresslast. Dadurch kann die Lebensdauer der federelastischen Membran 1 deutlich verbessert werden, da die Zugspannungen in der Membran 1 minimiert werden können. Darüber hinaus wird eine deutlich verbesserte Konstanz der Empfindlichkeit über Druck- und Temperaturlasten erreicht.

Claims

Ansprüche 1 . Federelastische Membran (1 ) für eine Druckmesseinrichtung zur Ermittlung eines
Drucks in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, wobei die Membran (1 ) in einem Gehäuse (2) der
Druckmesseinrichtung aufgenommen ist, um einen Druckraum (3) von einem Hohlraum (4) zu trennen und das Gehäuse (2) gegen den zu messenden Druck abzudichten, und wobei die Membran (1 ) einen druckbeaufschlagten Bereich (1 1 ) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (1 ) ringförmig ausgebildet ist und im Querschnitt eine zum Hohlraum (4) offene U-Form aufweist, wobei der druckbeaufschlagte Bereich (1 1 ) der Membran (1 ) geometrisch durch zwei miteinander verbundene Viertelkreise (1 13, 1 14) ausgebildet ist, so dass der druckbeaufschlagte Bereich (1 1 ) eine gegen auftretende Drucklasten
selbsttragende Struktur aufweist.
2. Federelastische Membran (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der radial äußere Schenkel (13) der U-Form kürzer als der radial innere Schenkel (12) der U-Form ausgebildet ist.
3. Federelastische Membran (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die beiden Viertelkreise (1 13, 1 14) über eine gerade Stirnfläche (1 10) des druckbeaufschlagten Bereichs (1 1 ) miteinander verbunden sind.
4. Federelastische Membran (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die beiden Viertelkreise (1 13, 1 14) unterschiedliche Radien aufweisen.
5. Federelastische Membran (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Viertelkreise (1 13, 1 14) im Wesentlichen gleiche Radien aufweisen.
6. Federelastische Membran (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Viertelkreise (1 13, 1 14) einen Halbkreis (1 15) ergeben.
7. Federelastische Membran (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der radial äußere Schenkel (13) der U-förmigen Membran (1 ) mit dem Sensorgehäuse (2) der Druckmesseinrichtung verbunden ist, und wobei der radial innere Schenkel (12) der U- förmigen Membran (1 ) mit einem Kraftübertragungselement (5) der Druckmesseinrichtung verbunden ist.
8. Federelastische Membran (1 ) nach Anspruch 7, wobei die Verbindungen
Schweißverbindungen sind.
9. Federelastische Membran (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Membran (1 ) ein tiefgezogenes Bauteil ist und/oder wobei die Membran (1 ) eine
Metallmembran ist.
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