WO2002021092A1 - Vibration and temperature sensor - Google Patents

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WO2002021092A1
WO2002021092A1 PCT/DE2001/003274 DE0103274W WO0221092A1 WO 2002021092 A1 WO2002021092 A1 WO 2002021092A1 DE 0103274 W DE0103274 W DE 0103274W WO 0221092 A1 WO0221092 A1 WO 0221092A1
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WO
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temperature
vibration sensor
sensor according
dependent resistor
component
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PCT/DE2001/003274
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German (de)
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Inventor
Wolfgang Schmidt
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.)
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0092—Pressure sensor associated with other sensors, e.g. for measuring acceleration or temperature
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a vibration sensor for attachment to a component having vibrations with a temperature measuring device.
  • Vibration sensors are known in different configurations.
  • DE-44 03 660 discloses a vibration sensor with a pressure sleeve, which as
  • Knock sensor for internal combustion engines is used.
  • a pressure sleeve is firmly attached to the component, the vibrations of which are to be detected, over a contact area.
  • the vibrations to be detected here are knocking noises of the internal combustion engine in operation, which are conducted via the pressure sleeve to a piezo-ceramic perforated disk and converted into an evaluable output signal. Since the vibration sensor is intended to pick up the knocking noises of the internal combustion engine, it must be mechanically firmly coupled to the cylinder or engine block.
  • temperature measuring devices for engines are known for determining the temperature of a cylinder. Such temperature measuring devices are usually arranged on the cooling water circuit. The temperature of the cylinder can then be deduced from the detected temperature of the cooling water.
  • the vibration sensor according to the invention for fastening to a component having vibrations has the advantage over the prior art that it additionally has a temperature measuring device to record the temperature of the component in addition to the detection of vibrations.
  • a vibration sensor is combined with a temperature measuring device, so that only one measuring device is provided in order to
  • the vibration sensor must be attached at a point where both signals can be reliably detected.
  • Such a combined sensor for detecting vibrations and the temperature has the particular advantage that both signals can be recorded simultaneously and can be routed to evaluation units or control units via the same line.
  • a main advantage of the combination here is that the combined sensor only requires one cable as a connection to the control unit or to the evaluation unit. Since the cables in the engine compartment have to meet certain safety conditions and are sometimes subject to extreme stress, such cables are very expensive. According to the invention, in addition to reducing the manufacturing costs for the combined sensor and lower assembly costs - since only one sensor has to be installed - the costs for the necessary connecting cables are also significantly reduced.
  • the temperature measuring device has a temperature-dependent resistance.
  • the resistor is preferably designed as a negative temperature coefficient resistor (NTC) or as a positive temperature coefficient resistor (PTC).
  • the resistance is preferably arranged on one side of the vibration sensor which is directed toward the component having vibrations.
  • the temperature-dependent resistor is particularly preferably arranged in a threaded area of the vibration sensor with which the vibration sensor is fastened to the component having vibrations.
  • the temperature-dependent resistor is at least partially screwed into the component having vibrations and is therefore in the immediate vicinity of the component.
  • the temperature of the component having vibrations can be determined particularly precisely.
  • the temperature-dependent resistor In order to enable simple installation of the temperature-dependent resistor, it is preferably arranged between a plug connection and a contact disk of the vibration sensor. This arrangement of the thermal resistance makes it possible, in particular, to replace the normal resistance previously used in the previously known vibration sensor with a temperature-dependent resistance. As a result, no tool changes are required for production for this configuration of the combined sensor.
  • the temperature-dependent resistor In order to determine the temperature of the component having vibrations as precisely as possible, the temperature-dependent resistor is preferably arranged in the immediate vicinity of a heat-conducting bridge.
  • the thermal bridge consists of a very good heat-conducting material and preferably touches the component that has vibrations or is arranged in its immediate vicinity.
  • the thermal bridge is preferably made of a metallic material.
  • the vibration sensor has a common evaluation unit for evaluating the temperature signal and the vibration signal. This is preferably done
  • Temperature evaluation as in the usual way that the temperature-dependent resistor is connected to a defined potential via a pull-up resistor as a voltage divider and the tapped voltage is measured via an analog-digital converter (ADC), which is a measure of the Represents temperature.
  • ADC analog-digital converter
  • the capacitance of the piezoceramic element of the vibration sensor does not interfere with this.
  • an average should be formed over a longer period of time.
  • a temperature-dependent resistor represents a significant signal damping, which must be compensated for by a regulated amplifier.
  • the temperature-dependent change in resistance of the resistor causes a change in the frequency response of the sensor, this change in the frequency response must be taken into account when determining the knocking noise by means of a suitable correction value formation. Special evaluation algorithms are used for this.
  • the connecting cables from the temperature-dependent resistor to two contact disks of the vibration sensor are preferably guided in a recess which are formed in a receiving element in which a piezocelectric element is received.
  • the receiving element of the vibration sensor is preferably U-shaped or hexagonal with a recess, the individual components of the vibration sensor being arranged between the legs of the U-shaped receiving element or in the recess of the receiving element.
  • the vibration sensor is preferably designed such that it has an axial cable outlet or an axial connector arrangement.
  • the outgoing cables or plug contacts from the vibration sensor are arranged in its axial direction. In particular, this facilitates assembly in places that are difficult to access, for example in an engine compartment.
  • a combined sensor for recording vibrations and for recording the temperature is provided, so that instead of two sensors used in the prior art, only one sensor is present.
  • a cable connection from the combined sensor to a control device is necessary, which means that the costs can be significantly reduced since the cable is a very expensive component due to its necessary protective devices.
  • the diagnosis is also simplified according to the invention, since it is proven only once that a current is flowing and the temperature recording function and the vibration recording function can thus be determined.
  • the sensor combined according to the invention also enables a smaller number of plug connections and thus fewer failure possibilities and also a reduced weight overall, since only one sensor is used instead of two sensors previously.
  • only one coupling point on the component is necessary, preferably the previously existing screwing point of the vibration sensor is used.
  • Figure 1 is a partially sectioned plan view of a combined vibration sensor according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic sectional view taken along a in
  • FIG. 1 shown line B-B
  • Figure 3 is a schematic sectional view taken along line A-A in Figure 1;
  • FIG. 4 shows a schematic basic illustration of the vibration sensor according to the invention and an evaluation unit
  • Figure 5 is a schematic representation of the characteristic of
  • Figure 6 is a partially sectioned plan view of a combined vibration sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a schematic sectional view of the vibration sensor along the line B-B in Figure 6 of the second embodiment
  • Figure 8 is a schematic sectional view of the vibration sensor along the line A-A in Figure 6 and
  • FIG. 9 shows a schematic sectional view of a vibration sensor according to the invention in accordance with a third exemplary embodiment of the present invention.
  • the vibration sensor 1 comprises a housing 2 and a receiving element 3.
  • the receiving element 3 has a U-shaped cross section (see FIG. 2) with a first leg 24 and a second leg 25.
  • a threaded extension 16 is also arranged on the receiving element 3.
  • the extension 16 is preferably formed in one piece with the receiving element 3.
  • a piezoceramic element 5 is arranged, which is arranged between two contact elements 7 and 8 and two insulating elements 9 and 10.
  • the insulating elements elements 9 and 10 an insulation to the receiving element 3 (see. Figures 2 and 3).
  • the first contact element 7 is connected to a plug contact 14 via a line 11 and the second contact element 8 is connected to a plug contact 15 via a line 12.
  • the two plug contacts 14 and 15 are arranged at the upper end opposite the screw attachment 16, so that a plug connection is formed in the axial direction 0-0 of the vibration sensor 1. This results in a simpler assembly of a connection cable, the plug connection being independent of the bearing orientation of the vibration sensor.
  • the two legs 24 and 25 of the receiving element 3 are connected to one another by means of a screw 22, so that the piezoceramic element is clamped in the recess 4 of the receiving element 3.
  • a depression 23 for receiving the head of the screw is provided in the first leg 24 of the screw 22.
  • Leg 25 is provided with a threaded bore 26 into which the screw 22 is screwed.
  • a recess 27 is further formed in the receiving element 3. More precisely, the recess 27 is formed in the second leg 25 such that it still partially projects into the extension 16.
  • a thermal resistor 28 is arranged in the cutout 27 and is connected to the second contact element 8 via a line 29 or to the first contact element 7 via a line 30. So that the two lines 29 and 30 are not compressed by the holding force of the screw 22 acting on the two legs 24 and 25 and possibly. a break in contact occurs in the second Leg 25 formed a groove 31 in which the lines 29 and 30 are passed laterally to their contact points on the two contact elements 7 and 8.
  • the vibration sensor 1 is screwed into a threaded bore 21 in an engine block 20. Since the temperature-dependent resistor 28 is arranged in the interior of the screw attachment 16, the resistor is thus arranged close to the engine block 20. Since the receiving element 3 is made of metal, the temperature-dependent resistor 28 serving as a temperature sensor can reliably record the temperature of the engine block 20 or the cylinder, since it is thermally well coupled to the engine. Furthermore, the knock sensor can reliably record the knocking noises of the engine that occur during operation, since it is also mechanically firmly coupled to the engine block 20.
  • the temperature-dependent resistor for recording the temperature can be designed as an NTC or PTC.
  • the relationship between the combined vibration sensor 1 and the controller 32 is shown schematically in FIG. It can be seen that both signals are routed to control unit 32 via a common line 33 and are individually evaluated there.
  • a for example, switchable current source provided in four stages.
  • the temperature-dependent resistor is switched to a defined potential as a voltage divider, and the tapped voltage, which is a measure of the temperature, is measured using an analog-digital converter.
  • the capacitance of the piezoelectric element 5 does not interfere with this. So that the temperature measurement is not influenced by the overlapping signal from the knock sensor, an average value must be formed for the temperature over a certain period of time.
  • the knock signal evaluation is more complicated because the temperature-dependent resistor 28 represents a significant signal damping. However, this can be compensated for by a regulated amplifier. As shown in FIG. 5, however, there is also a change in frequency response of the combined sensor, which changes as the temperature changes. However, this frequency change must be taken into account when evaluating the knocking noise by means of a suitable correction value formation.
  • the signal quality of the combined temperature knock sensor 1 is preferably designed such that the knock signal is obtained by separating the AC component and the temperature signal is determined by separating the DC voltage component of the signal.
  • FIGS. 6 to 8 show a combined vibration sensor 1 according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • the vibration sensor of the second exemplary embodiment essentially corresponds to that of the first exemplary embodiment. Therefore, the same or functionally the same parts are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment. Be further only differences from the first embodiment explained in detail below.
  • the vibration sensor 1 comprises a housing 2 and a receiving element 3.
  • the receiving element 3 of the second embodiment is hexagonal (see FIG. 6), a central, rectangular recess 4 being formed in the receiving element 3.
  • a piezoceramic element 5 and a seismic mass 6 are arranged in the recess 4.
  • the piezo-ceramic element 5 lies between a first contact element 7 and a second contact element 8, which in turn are arranged a first insulating element 9 and a second insulating element 10.
  • the contact elements 7 and 8 and the insulating elements 9 and 10 are designed as rectangular plate-shaped elements.
  • the seismic mass 6 is arranged on the receiving element 3 by means of several tensioning devices 18 in such a way that a prestress is exerted on the piezoceramic element 5.
  • the clamping devices 18 can be designed, for example, as wedges or as weld seams.
  • a threaded projection 16 is also formed in one piece on the receiving element 3, with which the vibration sensor 1 is screwed into a threaded bore 21 of an engine block 20.
  • the stretch connection with the contacts 14 and 15 is arranged, as in the first exemplary embodiment, in the axial direction of the vibration sensor.
  • a recess 27 is formed in the lower region of the receiving element 3, which is open to the cuboid recess 4 (cf. FIG. 7).
  • a temperature-dependent resistor 28 is arranged in the recess 27, and the temperature of the engine block 20 is measured via its temperature-dependent change in resistance.
  • the temperature-dependent resistor 28 is via a line 29 to the second contact element 8 or via a line
  • the temperature-dependent resistor 28 is connected via lines 29 and 30 to contact elements 7 and 8, which in turn are connected via lines 11 and 12 to contacts 14 and 15, which form a plug. Furthermore, a plurality of grooves 17 are formed in the receiving element 3 on the outside thereof (see FIG. 7), which ensure an improved connection between the receiving element 3 and the housing 2, which is overmolded from plastic.
  • the second exemplary embodiment according to the present invention corresponds to the first exemplary embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • FIG. 9 shows a third exemplary embodiment of a combined vibration sensor 1 according to the invention in accordance with the present invention. Identical or functionally identical parts are again identified by the same reference numerals as in the two exemplary embodiments described above. As shown in FIG. 9, the vibration sensor 1 according to the third exemplary embodiment has a significantly different structure from the two previously described vibration sensors. An essential difference is that the plug connection 35 of the vibration sensor 1 is no longer arranged in the axial direction of the vibration sensor but laterally on the latter.
  • the vibration sensor 1 comprises a housing 2 and a receiving element designed as a pressure sleeve 3.
  • the pressure sleeve 3 has a flange-like extension 3 ', which serves as a contact surface for further components of the vibration sensor.
  • These further components are a piezoceramic element 5, a seismic mass 6, a first contact element 7, a second contact element 8, a first insulating element 9, a second insulating element 10, a spring element 36 and a threaded ring 37 the piezoceramic element 5 is set by the spring element 36 by screwing the threaded ring 37 more or less onto an external thread 38 of the pressure sleeve 3.
  • a continuous recess 4 is formed in the pressure sleeve 3, through which a screw (not shown) is inserted in order to fasten the vibration sensor 1 to an engine block (not shown).
  • the housing 2 is known to be extrusion-coated by means of plastic injection molding.
  • a temperature-dependent resistor 28 is provided, which is arranged between a plug contact 14 and the contact elements 7 and 8 (cf. FIG. 9). This temperature-dependent resistor 28 makes it possible to to detect the temperature of the component to which the vibration sensor 1 is screwed.
  • a heat-conducting bridge 41 is preferably also provided, one end 39 of which is arranged in the immediate vicinity of the temperature-dependent resistor 28 and the other end 40 of which is in contact with the component whose temperature is to be determined and whose vibrations are to be detected.
  • the heat conducting bridge 41 thus enables the temperature of the engine block or the cylinder in which the vibration sensor 1 is screwed to be determined precisely.
  • the thermal bridge 41 can be a cylinder made of metal or a
  • the signal evaluation of the combined sensor according to the third exemplary embodiment corresponds to that of the first exemplary embodiment, so that reference is made to the description given there.
  • the present invention thus relates to a combined sensor for recording vibrations and for determining the temperature of a component 20 in which the sensor is fastened.
  • the sensor comprises a vibration sensor and a temperature measuring device 28 in order to simultaneously record vibrations of the component 20 and the temperature of the component 20.
  • the vibration signal as well as the temperature signal and diagnosis are transmitted via a common 2-wire line.

Abstract

The invention relates to a combined sensor for recording vibrations and for determining the temperature of a component (20), in which the sensor is fixed. Said sensor comprises a vibration pick-up and a temperature measuring device (28), in order to simultaneously record vibrations and the temperature of the component (20). The vibration signal, the temperature signal and diagnostic signals are transmitted by means of a common 2-core wire.

Description

SCH INGU GS- UND TEMPERATURAΪ EH ERSCH INGU GS- AND TEMPERATURAΪ EH ER
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsaufneh- mer zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil mit einer Temperaturmessvorrichtung.The present invention relates to a vibration sensor for attachment to a component having vibrations with a temperature measuring device.
Schwingungsaufnehmer sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise offenbart die DE-44 03 660 einen Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, welcher alsVibration sensors are known in different configurations. For example, DE-44 03 660 discloses a vibration sensor with a pressure sleeve, which as
Klopfsensor für Verbrennungsmotoren Verwendung findet. Bei dem bekannten Schwingungsaufnehmer wird eine Druckhülse über einem Anlagebereich fest an das Bauteil angefügt, dessen Schwingungen detektiert werden sollen. Die hier zu detektie- renden Schwingungen sind Klopfgeräusche des Verbrennungsmotors im Betrieb, welche über die Druckhülse auf eine piezo- keramische Lochscheibe geleitet werden und in ein auswertbares Ausgangssignals umgewandelt werden. Da der Schwingungsaufnehmer die Klopfgeräusche des Verbrennungsmotors aufneh- men soll, muss er mechanisch fest an den Zylinder bzw. Motorblock gekoppelt sein.Knock sensor for internal combustion engines is used. In the known vibration sensor, a pressure sleeve is firmly attached to the component, the vibrations of which are to be detected, over a contact area. The vibrations to be detected here are knocking noises of the internal combustion engine in operation, which are conducted via the pressure sleeve to a piezo-ceramic perforated disk and converted into an evaluable output signal. Since the vibration sensor is intended to pick up the knocking noises of the internal combustion engine, it must be mechanically firmly coupled to the cylinder or engine block.
Des Weiteren sind Temperaturmessvorrichtungen für Motoren bekannt, um die Temperatur eines Zylinders zu bestimmen. Derartige Temperaturmessvorrichtungen sind üblicherweise am Kühlwasserkreislauf angeordnet . Über die erfasste Temperatur des Kühlwassers kann dann auf die Temperatur des Zylinders rückgeschlossen werden.Furthermore, temperature measuring devices for engines are known for determining the temperature of a cylinder. Such temperature measuring devices are usually arranged on the cooling water circuit. The temperature of the cylinder can then be deduced from the detected temperature of the cooling water.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Schwingungsaufnehmer zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass er zusätzlich eine Temperaturmessvorrichtung aufweist, um neben der Erfassung von Schwingungen auch die Temperatur des Bauteils zu erfassen. Somit wird erfindungsgemäß ein Schwingungsaufnehmer mit einer Temperaturmessvorrichtung kombi- niert, sodass nur eine Messvorrichtung vorgesehen ist, umThe vibration sensor according to the invention for fastening to a component having vibrations, with the features of claim 1, has the advantage over the prior art that it additionally has a temperature measuring device to record the temperature of the component in addition to the detection of vibrations. Thus, according to the invention, a vibration sensor is combined with a temperature measuring device, so that only one measuring device is provided in order to
Schwingungen zu detektieren und die Temperatur des Bauteils aufzunehmen. Daher muss erfindungsgemäß der Schwingungsaufnehmer an einer Stelle befestigt werden, an der beide Signale zuverlässig detektiert werden können. Ein derartiger kom- binierter Sensor zur Erfassung von Schwingungen und der Temperatur hat insbesondere den Vorteil, dass beide Signale gleichzeitig erfasst werden können und über dieselbe Leitung zu Auswerteeinheiten bzw. Steuereinheiten geleitet werden können. Hierbei liegt ein Hauptvorteil der Kombination dar- in, dass der kombinierte Sensor nur ein Kabel als Verbindung zur Steuereinheit bzw. zur Auswerteeinheit benötigt. Da die Kabel im Motorraum gewissen Sicherheitsbedingungen genügen müssen und zum Teil unter extremen Beanspruchungen stehen, sind derartige Kabel sehr teuer. Erfindungsgemäß ist somit neben der Verringerung der Herstellungskosten für den kombinierten Sensor sowie geringeren Montagekosten - da nur ein Sensor montiert werden muss - insbesondere auch die Kosten für die notwendigen Verbindungskabel deutlich verringert. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Temperaturmessvorrichtung einen temperaturabhängigen Widerstand auf. Dadurch kann die TemperatürmessVorrichtung besonders kostengünstig ausgeführt sein. Vorzugsweise ist der Widerstand dabei als Negativ- Temperatur-Koeffizient-Widerstand (NTC) oder als Positiv- Temperatur-Koeffizient-Widerstand (PTC) ausgeführt.Detect vibrations and record the temperature of the component. Therefore, according to the invention, the vibration sensor must be attached at a point where both signals can be reliably detected. Such a combined sensor for detecting vibrations and the temperature has the particular advantage that both signals can be recorded simultaneously and can be routed to evaluation units or control units via the same line. A main advantage of the combination here is that the combined sensor only requires one cable as a connection to the control unit or to the evaluation unit. Since the cables in the engine compartment have to meet certain safety conditions and are sometimes subject to extreme stress, such cables are very expensive. According to the invention, in addition to reducing the manufacturing costs for the combined sensor and lower assembly costs - since only one sensor has to be installed - the costs for the necessary connecting cables are also significantly reduced. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the temperature measuring device has a temperature-dependent resistance. As a result, the temperature measuring device can be made particularly inexpensively. The resistor is preferably designed as a negative temperature coefficient resistor (NTC) or as a positive temperature coefficient resistor (PTC).
Um die Temperatur des Schwingungen aufweisenden Bauteils möglichst genau bestimmen zu können, ist der Widerstand vorzugsweise an einer Seite des Schwingungsaufnehmers angeordnet, welche zum Schwingungen aufweisenden Bauteil gerichtet ist .In order to be able to determine the temperature of the component having vibrations as precisely as possible, the resistance is preferably arranged on one side of the vibration sensor which is directed toward the component having vibrations.
Besonders bevorzugt ist der temperaturabhängige Widerstand in einem mit einem Gewinde versehenen Bereich des Schwingungsaufnehmers angeordnet, mit welchem der Schwingungsaufnehmer an dem Schwingungen aufweisenden Bauteil befestigt ist . Dadurch wird der temperaturabhängige Widerstand zumin- dest teilweise mit in das Schwingungen aufweisende Bauteil eingeschraubt und befindet sich somit in unmittelbarer Nähe des Bauteils. Dadurch kann die Temperatur des Schwingungen aufweisenden Bauteils besonders genau bestimmt werden.The temperature-dependent resistor is particularly preferably arranged in a threaded area of the vibration sensor with which the vibration sensor is fastened to the component having vibrations. As a result, the temperature-dependent resistor is at least partially screwed into the component having vibrations and is therefore in the immediate vicinity of the component. As a result, the temperature of the component having vibrations can be determined particularly precisely.
Um einen einfachen Einbau des temperaturabhängigen Widerstands zu ermöglichen, ist dieser vorzugsweise zwischen einer Steckverbindung und einer Kontaktscheibe des Schwingungsaufnehmers angeordnet . Durch diese Anordnung des thermischen Widerstands ist es insbesondere möglich, den bisher bei dem schon bekannten Schwingungsaufnehmer verwendeten normalen Widerstand durch einen temperaturabhängigen Widerstand zu ersetzen. Dadurch sind für diese Ausgestaltung des kombinierten Sensors keine Werkzeugänderungen für die Herstellung notwendig. Um eine möglichst genaue Ermittlung der Temperatur des Schwingungen aufweisenden Bauteils zu erreichen, ist der temperaturabhängige Widerstand vorzugsweise in unmittelbarer Nähe einer Wärmeleitbrücke angeordnet . Die Wärmeleitbrücke besteht aus einem sehr gut wärmeleitenden Material und berührt vorzugsweise das Schwingungen aufweisende Bauteil bzw. ist in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet. Vorzugsweise ist die Wärmeleitbrücke aus einem metallischen Material her- gestellt.In order to enable simple installation of the temperature-dependent resistor, it is preferably arranged between a plug connection and a contact disk of the vibration sensor. This arrangement of the thermal resistance makes it possible, in particular, to replace the normal resistance previously used in the previously known vibration sensor with a temperature-dependent resistance. As a result, no tool changes are required for production for this configuration of the combined sensor. In order to determine the temperature of the component having vibrations as precisely as possible, the temperature-dependent resistor is preferably arranged in the immediate vicinity of a heat-conducting bridge. The thermal bridge consists of a very good heat-conducting material and preferably touches the component that has vibrations or is arranged in its immediate vicinity. The thermal bridge is preferably made of a metallic material.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Schwingungsaufnehmer eine gemeinsame Auswerteeinheit zur Auswertung des Temperatursignals und des Schwingungssignals auf. Vorzugsweise erfolgt dieAccording to a further preferred embodiment of the present invention, the vibration sensor has a common evaluation unit for evaluating the temperature signal and the vibration signal. This is preferably done
Temperaturauswertung dabei wie in der bisher üblichen Weise, dass der temperaturabhängige Widerstand über einen Pull-up- Widerstand als Spannungsteiler an ein definiertes Potential geschaltet ist und über einen Anaolg-digital-Konverter (ADC) die abgegriffene Spannung gemessen wird, welche ein Maß für die Temperatur darstellt . Hierbei stört die Kapazität des piezokeramischen Elements des Schwingungsaufnehmers nicht. Um eine Beeinflussung des Temperatursignals zu vermeiden, sollte über einen längeren Zeitraum ein Mittelwert gebildet werden. Hinsichtlich der KlopfSignalauswertung ist festzustellen, dass ein temperaturabhängiger Widerstand eine erhebliche Signaldämpfung darstellt, welche durch einen geregelten Verstärker ausgeglichen werden muss . Da durch die temperaturabhängige Widerstandsänderung des Widerstands eine Frequenzgangänderung des Sensors auftritt, muss diese Änderung des Frequenzgangs bei der Ermittlung der Klopfgeräusche durch eine geeignete Korrekturwertbildung berücksichtigt werden. Hierzu werden spezielle Auswertealgorithmen eingesetzt . Um eine Kabelführung vom temperaturabhängigen Widerstand zur Auswerteeinheit zu ermöglichen, sind vorzugsweise die Verbindungskabel vom temperaturabhängigen Widerstand zu zwei Kontaktscheiben des Schwingungsaufnehmers in einer Aussparung geführt, welche in einem Aufnahmeelement ausgebildet sind, in dem ein piezokelektrisches Element aufgenommen ist .Temperature evaluation as in the usual way that the temperature-dependent resistor is connected to a defined potential via a pull-up resistor as a voltage divider and the tapped voltage is measured via an analog-digital converter (ADC), which is a measure of the Represents temperature. The capacitance of the piezoceramic element of the vibration sensor does not interfere with this. To avoid influencing the temperature signal, an average should be formed over a longer period of time. Regarding the knock signal evaluation, it should be noted that a temperature-dependent resistor represents a significant signal damping, which must be compensated for by a regulated amplifier. Since the temperature-dependent change in resistance of the resistor causes a change in the frequency response of the sensor, this change in the frequency response must be taken into account when determining the knocking noise by means of a suitable correction value formation. Special evaluation algorithms are used for this. In order to enable cable routing from the temperature-dependent resistor to the evaluation unit, the connecting cables from the temperature-dependent resistor to two contact disks of the vibration sensor are preferably guided in a recess which are formed in a receiving element in which a piezocelectric element is received.
Vorzugsweise ist das Aufnahmeelement des Schwingungsaufneh- mers U-förmig oder sechseckig mit einer Aussparung ausgebildet, wobei die einzelnen Bauteile des Schwingungsaufnehmers zwischen den Schenkeln des U-förmigen Aufnahmeelements bzw. in der Aussparung des Aufnahmeelements angeordnet sind.The receiving element of the vibration sensor is preferably U-shaped or hexagonal with a recess, the individual components of the vibration sensor being arranged between the legs of the U-shaped receiving element or in the recess of the receiving element.
Vorzugsweise ist der Schwingungsaufnehmer derart ausgebildet, dass er einen axialen Kabelabgang bzw. eine axiale Steckeranordnung aufweist. Mit anderen Worten sind die abgehenden Kabel bzw. Steckkontakte vom Schwingungsaufnehmer in dessen Axialrichtung angeordnet . Dies erleichtert insbeson- dere die Montage an schwer zugänglichen Stellen, beispielsweise in einem Motorraum.The vibration sensor is preferably designed such that it has an axial cable outlet or an axial connector arrangement. In other words, the outgoing cables or plug contacts from the vibration sensor are arranged in its axial direction. In particular, this facilitates assembly in places that are difficult to access, for example in an engine compartment.
Somit wird erfindungsgemäß ein kombinierter Sensor zur Aufnahme von Schwingungen und zur Aufnahme der Temperatur be- reitgestellt, sodass anstelle von im Stand der Technik verwendeten zwei Sensoren nur noch ein Sensor vorhanden ist . Dadurch ist insbesondere nur eine Kabelverbindung vom kombinierten Sensor zu einem Steuergerät notwendig, wodurch die Kosten signifikant verringert werden können, da das Kabel aufgrund seiner notwendigen Schutzeinrichtungen ein sehr teures Bauteil ist. Weiterhin vereinfacht sich erfindungsgemäß auch die Diagnose, da nur einmal nachgewiesen wird, dass ein Strom fließt und somit die Temperaturaufnahmefunktion als auch die Schwingungsaufnahmefunktion feststellbar ist . Weiter ermöglicht der erfindungsgemäß kombinierte Sensor auch eine geringere Anzahl von Steckverbindungen und somit weniger Ausfallmöglichkeiten und auch insgesamt ein verringertes Gewicht, da nur ein Sensor anstelle von bisher zwei Sensoren eingesetzt wird. Des Weiteren ist nur eine Ankopp- lungsstelle an dem Bauteil notwendig, wobei vorzugsweise die auch bisher bereits vorhandene Einschraubstelle des Schwingungsaufnehmers verwendet wird.Thus, according to the invention, a combined sensor for recording vibrations and for recording the temperature is provided, so that instead of two sensors used in the prior art, only one sensor is present. As a result, in particular only a cable connection from the combined sensor to a control device is necessary, which means that the costs can be significantly reduced since the cable is a very expensive component due to its necessary protective devices. Furthermore, the diagnosis is also simplified according to the invention, since it is proven only once that a current is flowing and the temperature recording function and the vibration recording function can thus be determined. Furthermore, the sensor combined according to the invention also enables a smaller number of plug connections and thus fewer failure possibilities and also a reduced weight overall, since only one sensor is used instead of two sensors previously. Furthermore, only one coupling point on the component is necessary, preferably the previously existing screwing point of the vibration sensor is used.
Zeichnungdrawing
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Several embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it:
Figur 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht eines kombinierten Schwingungsaufnehmers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;Figure 1 is a partially sectioned plan view of a combined vibration sensor according to a first embodiment of the present invention;
Figur 2 eine schematische Schnittansieht entlang einer inFigure 2 is a schematic sectional view taken along a in
Figur 1 gezeigten Linie B-B;Figure 1 shown line B-B;
Figur 3 eine schematische Schnittansieht entlang einer Linie A-A in Figur 1;Figure 3 is a schematic sectional view taken along line A-A in Figure 1;
Figur 4 eine schematische Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Schwingungsaufnehmers sowie eine Aus- werteeinheit;FIG. 4 shows a schematic basic illustration of the vibration sensor according to the invention and an evaluation unit;
Figur 5 eine schematische Darstellung der Kennlinie derFigure 5 is a schematic representation of the characteristic of
Signale des erfindungsgemäßen Schwingungsaufnehmers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; Figur 6 eine teilweise geschnittene Draufsicht eines kombinierten Schwingungsaufnehmers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;Signals of the vibration sensor according to the invention according to the first embodiment; Figure 6 is a partially sectioned plan view of a combined vibration sensor according to a second embodiment of the present invention;
Figur 7 eine schematische Schnittansicht des Schwingungs- aufnehmers entlang der Linie B-B in Figur 6 des zweiten Ausführungsbeispiels;Figure 7 is a schematic sectional view of the vibration sensor along the line B-B in Figure 6 of the second embodiment;
Figur 8 eine schematische Schnittansicht des Schwingungs- aufnehmers entlang der Linie A-A in Figur 6 undFigure 8 is a schematic sectional view of the vibration sensor along the line A-A in Figure 6 and
Figur 9 eine schematische Schnittansieht eines erfindungs- gemäßen Schwingungsaufnehmers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.FIG. 9 shows a schematic sectional view of a vibration sensor according to the invention in accordance with a third exemplary embodiment of the present invention.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In den Figuren 1 bis 3 ist ein Schwingungsaufnehmer 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt, umfasst der Schwingungsaufnehmer 1 ein Gehäuse 2 und ein Aufnahmeelement 3. Das Aufnahmeelement 3 weist eine im Schnitt (vgl . Figur 2) U-förmige Gestalt mit einem ersten Schenkel 24 und einem zweiten Schenkel 25 auf. Weiter ist am Aufnahmeelement 3 ein mit einem Gewinde versehener Ansatz 16 angeordnet. Vorzugsweise ist der Ansatz 16 einstückig mit dem Aufnahmeelement 3 ausgebildet .1 to 3 show a vibration sensor 1 according to a first exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 2 and 3, the vibration sensor 1 comprises a housing 2 and a receiving element 3. The receiving element 3 has a U-shaped cross section (see FIG. 2) with a first leg 24 and a second leg 25. A threaded extension 16 is also arranged on the receiving element 3. The extension 16 is preferably formed in one piece with the receiving element 3.
Zwischen den beiden Schenkeln 24 und 25 des Aufnahmeelements 3 ist ein piezokeramisches Element 5 angeordnet, welches zwischen zwei Kontaktelementen 7 und 8 und zwei Isolierelementen 9 und 10 angeordnet ist. Dabei bilden die Isolierele- mente 9 und 10 eine Isolierung zum Aufnahmeelement 3 (vgl. Figuren 2 und 3) .Between the two legs 24 and 25 of the receiving element 3, a piezoceramic element 5 is arranged, which is arranged between two contact elements 7 and 8 and two insulating elements 9 and 10. The insulating elements elements 9 and 10 an insulation to the receiving element 3 (see. Figures 2 and 3).
Wie in Figur 3 dargestellt, sind das erste Kontaktelement 7 über eine Leitung 11 mit einem Steckkontakt 14 und das zweite Kontaktelement 8 über eine Leitung 12 mit einem Steckkontakt 15 verbunden. Die beiden Steckkontakte 14 und 15 sind am oberen Ende gegenüber dem Schraubansatz 16 angeordnet, sodass eine Steckverbindung in der Axialrichtung 0-0 des Schwingungsaufnehmers 1 gebildet ist. Daraus resultiert eine einfachere Montage eines Verbindungskabels, wobei die Steck- anbindung unabhängig von der Lagerorientierung des Schwingungsaufnehmers ist .As shown in FIG. 3, the first contact element 7 is connected to a plug contact 14 via a line 11 and the second contact element 8 is connected to a plug contact 15 via a line 12. The two plug contacts 14 and 15 are arranged at the upper end opposite the screw attachment 16, so that a plug connection is formed in the axial direction 0-0 of the vibration sensor 1. This results in a simpler assembly of a connection cable, the plug connection being independent of the bearing orientation of the vibration sensor.
Wie in Figur 2 gezeigt, sind die beiden Schenkel 24 und 25 des Aufnahmeelements 3 mittels einer Schraube 22 miteinander verbunden, sodass das piezokeramische Element in der Aussparung 4 des Aufnahmeelements 3 eingeklemmt ist . Dabei ist im ersten Schenkel 24 der Schraube 22 eine Einsenkung 23 zur Aufnahme des Kopfes der Schraube vorgesehen. Im zweitenAs shown in FIG. 2, the two legs 24 and 25 of the receiving element 3 are connected to one another by means of a screw 22, so that the piezoceramic element is clamped in the recess 4 of the receiving element 3. A depression 23 for receiving the head of the screw is provided in the first leg 24 of the screw 22. In the second
Schenkel 25 ist eine mit Gewinde versehene Bohrung 26 vorgesehen, in welche die Schraube 22 eingeschraubt wird.Leg 25 is provided with a threaded bore 26 into which the screw 22 is screwed.
Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 entnehmbar ist, ist weiter eine Aussparung 27 im Aufnahmeelement 3 gebildet. Genauer ist die Aussparung 27 im zweiten Schenkel 25 derart gebildet, dass sie noch teilweise in den Ansatz 16 hineinragt. In der Aussparung 27 ist ein thermischer Widerstand 28 angeordnet, welcher über ein Leitung 29 mit dem zweiten Kon- taktelement 8 bzw. über eine Leitung 30 mit dem ersten Kontaktelement 7 verbunden ist. Damit die beiden Leitungen 29 und 30 nicht durch die auf die beiden Schenkel 24 und 25 wirkende Haltekraft der Schraube 22 zusammengedrückt werden und evt . eine Kontaktunterbrechung auftritt, ist im zweiten Schenkel 25 eine Nut 31 ausgebildet, in welcher die Leitungen 29 und 30 seitlich bis zu ihren Kontaktstellen an den beiden Kontaktelementen 7 und 8 vorbeigeführt werden.As can be seen in particular from FIGS. 2 and 3, a recess 27 is further formed in the receiving element 3. More precisely, the recess 27 is formed in the second leg 25 such that it still partially projects into the extension 16. A thermal resistor 28 is arranged in the cutout 27 and is connected to the second contact element 8 via a line 29 or to the first contact element 7 via a line 30. So that the two lines 29 and 30 are not compressed by the holding force of the screw 22 acting on the two legs 24 and 25 and possibly. a break in contact occurs in the second Leg 25 formed a groove 31 in which the lines 29 and 30 are passed laterally to their contact points on the two contact elements 7 and 8.
Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, ist der Schwingungsaufnehmer 1 in einer mit Gewinde versehenen Bohrung 21 in einem Motorblock 20 eingeschraubt. Da der temperaturabhängige Widerstand 28 im Inneren des Schraubansatzes 16 angeordnet ist, ist der Widerstand somit nahe am Motorblock 20 an- geordnet. Da das Aufnahmeelement 3 aus Metall besteht, kann der als Temperaturfühler dienende temperaturabhängige Widerstand 28 sicher die Temperatur des Motorblocks 20 bzw. des Zylinders aufnehmen, da er thermisch gut an den Motor gekoppelt ist . Weiter kann der Klopfsensor in verlässlicher Weise die im Betrieb auftretenden Klopfgeräusche des Motors aufnehmen, da er ebenfalls mechanisch fest an den Motorblock 20 gekoppelt ist .As shown in Figures 2 and 3, the vibration sensor 1 is screwed into a threaded bore 21 in an engine block 20. Since the temperature-dependent resistor 28 is arranged in the interior of the screw attachment 16, the resistor is thus arranged close to the engine block 20. Since the receiving element 3 is made of metal, the temperature-dependent resistor 28 serving as a temperature sensor can reliably record the temperature of the engine block 20 or the cylinder, since it is thermally well coupled to the engine. Furthermore, the knock sensor can reliably record the knocking noises of the engine that occur during operation, since it is also mechanically firmly coupled to the engine block 20.
Erfindungsgemäß wird somit anstelle der bisher verwendeten zwei Sensoren zur Aufnahme von Klopfgeräuschen bzw. zur Temperaturbestimmung der Zylinder bzw. des Motorblocks nur ein kombinierter Sensor verwendet, welcher beide Größen aufnimmt. Die durch den kombinierten Sensor aufgenommenen Signale können dann über eine gemeinsame Zwei-Drahtleitung zu einem Steuergerät geleitet werden. Der temperaturabhängige Widerstand zur Aufnahme der Temperatur kann dabei als NTC oder PTC ausgebildet sein.According to the invention, instead of the previously used two sensors for recording knocking noises or for determining the temperature of the cylinders or the engine block, only one combined sensor is used, which records both variables. The signals recorded by the combined sensor can then be routed to a control unit via a common two-wire line. The temperature-dependent resistor for recording the temperature can be designed as an NTC or PTC.
In Figur 4 ist der Zusammenhang zwischen dem kombinierten Schwingungsaufnehmer 1 und der Steuerung 32 schematisch dargestellt. Dabei ist ersichtlich, dass über die eine gemeinsame Leitung 33 beide Signale zur Steuereinheit 32 geleitet werden und dort einzeln ausgewertet werden. Dabei ist zur Auswertung des temperaturabhängigen Widerstands eine bei- spielsweise in vier Stufen umschaltbare Stromquelle vorgesehen. Dadurch wird der temperaturabhängige Widerstand als Spannungsteiler an ein definiertes Potential geschaltet und über einen Analog-digital-Konverter wird die abgegriffene Spannung gemessen, welche ein Maß für die Temperatur darstellt. Hierbei stört die Kapazität des piezoelektrischen Elements 5 nicht. Damit die Temperaturmessung nicht durch das überlagernde Signal des Klopfsensors beeinflusst wird, muss hinsichtlich der Temperatur über einen bestimmten Zeit- räum ein Mittelwert gebildet werden.The relationship between the combined vibration sensor 1 and the controller 32 is shown schematically in FIG. It can be seen that both signals are routed to control unit 32 via a common line 33 and are individually evaluated there. To evaluate the temperature-dependent resistance, a for example, switchable current source provided in four stages. As a result, the temperature-dependent resistor is switched to a defined potential as a voltage divider, and the tapped voltage, which is a measure of the temperature, is measured using an analog-digital converter. The capacitance of the piezoelectric element 5 does not interfere with this. So that the temperature measurement is not influenced by the overlapping signal from the knock sensor, an average value must be formed for the temperature over a certain period of time.
Im Vergleich zum Stand der Technik wird zwar die Klopfsignalauswertung komplizierter, weil der temperaturabhängige Widerstand 28 eine erhebliche Signaldämpfung darstellt. Dies kann jedoch durch einen geregelten Verstärker ausgeglichen werden. Wie in Figur 5 gezeigt, ist jedoch auch eine Frequenzgangänderung des kombinierten Sensors vorhanden, welche sich mit Änderung der Temperatur ändert. Diese Frequenzänderung muss jedoch bei der Auswertung der Klopfgeräusche durch eine geeignete Korrekturwertbildung berücksichtigt werden. Vorzugsweise ist die Signalbeschaffenheit des kombinierten Temperaturklopfsensors 1 derart ausgebildet, dass das Klopf- signal durch Abtrennen des Wechselstrom-Anteils gewonnen wird und das Temperatursignal durch Abtrennen des Gleich- Spannungsanteils des Signals ermittelt wird.In comparison to the prior art, the knock signal evaluation is more complicated because the temperature-dependent resistor 28 represents a significant signal damping. However, this can be compensated for by a regulated amplifier. As shown in FIG. 5, however, there is also a change in frequency response of the combined sensor, which changes as the temperature changes. However, this frequency change must be taken into account when evaluating the knocking noise by means of a suitable correction value formation. The signal quality of the combined temperature knock sensor 1 is preferably designed such that the knock signal is obtained by separating the AC component and the temperature signal is determined by separating the DC voltage component of the signal.
In den Figuren 6 bis 8 ist ein kombinierter Schwingungsaufnehmer 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im Wesentlichen entspricht der Schwingungsaufnehmer des zweiten Ausführungsbeispiels dem des ersten Ausführungsbeispiels . Daher sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet . Weiter werden nachfolgend nur Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel im Detail erläutert.FIGS. 6 to 8 show a combined vibration sensor 1 according to a second exemplary embodiment of the present invention. The vibration sensor of the second exemplary embodiment essentially corresponds to that of the first exemplary embodiment. Therefore, the same or functionally the same parts are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment. Be further only differences from the first embodiment explained in detail below.
Wie in den Figuren 7 und 8 gezeigt, umfasst der Schwingungs- aufnehmer 1 ein Gehäuse 2 sowie ein Aufnahmeelement 3. Im Gegensatz zum Aufnahmeelement des ersten Ausführungsbei- spiels ist das Aufnahmeelement 3 des zweiten Ausführungsbei- spiels sechseckig gebildet (vgl. Figur 6), wobei im Aufnahmeelement 3 eine zentrale, quaderförmige Ausnehmung 4 gebil- det ist. In der Aussparung 4 ist ein piezokeramisches Element 5 sowie eine seismische Masse 6 angeordnet . Das piezo- keramische Element 5 liegt zwischen einem ersten Kontaktelement 7 und einem zweiten Kontaktelement 8, welche ihrerseits einem ersten Isolierelement 9 und einem zweiten Isolierele- ment 10 angeordnet sind. Dabei sind die Kontaktelemente 7 und 8 sowie die Isolierelemente 9 und 10 als rechteckige plattenförmige Elemente ausgebildet.As shown in FIGS. 7 and 8, the vibration sensor 1 comprises a housing 2 and a receiving element 3. In contrast to the receiving element of the first embodiment, the receiving element 3 of the second embodiment is hexagonal (see FIG. 6), a central, rectangular recess 4 being formed in the receiving element 3. A piezoceramic element 5 and a seismic mass 6 are arranged in the recess 4. The piezo-ceramic element 5 lies between a first contact element 7 and a second contact element 8, which in turn are arranged a first insulating element 9 and a second insulating element 10. The contact elements 7 and 8 and the insulating elements 9 and 10 are designed as rectangular plate-shaped elements.
Um eine Vorspannung auf das piezokeramische Element 5 aus- üben zu können, ist die seismische Masse 6 mittels mehrerer Spannvorrichtungen 18 derart am Aufnahmeelement 3 angeordnet, dass dadurch eine Vorspannung auf das piezokeramische Element 5 ausgeübt wird. Die Spannvorrichtungen 18 können beispielsweise als Keile oder als Schweißnähte ausgebildet sein.In order to be able to exert a prestress on the piezoceramic element 5, the seismic mass 6 is arranged on the receiving element 3 by means of several tensioning devices 18 in such a way that a prestress is exerted on the piezoceramic element 5. The clamping devices 18 can be designed, for example, as wedges or as weld seams.
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel ebenfalls ein mit Gewinde versehender Ansatz 16 einstückig am Aufnahmeelement 3 gebildet, mit welchem der Schwingungsaufnehmer 1 in eine mit Gewinde versehene Bohrung 21 eines Motorblocks 20 eingeschraubt wird. Die Streckverbindung mit den Kontakten 14 und 15 ist wie im ersten Aus- führungsbeispiel in Axialrichtung des Schwingungsaufnehmers angeordnet . Weiter ist im unteren Bereich des Aufnahmeelements 3 eine Aussparung 27 ausgebildet, welche zur quaderförmigen Aussparung 4 offen ist (vgl. Figur 7) . In der Aussparung 27 ist ein temperaturabhängiger Widerstand 28 angeordnet, über dessen temperaturabhängige Widerstandsänderung die Temperatur des Motorblocks 20 gemessen wird.As in the first exemplary embodiment, a threaded projection 16 is also formed in one piece on the receiving element 3, with which the vibration sensor 1 is screwed into a threaded bore 21 of an engine block 20. The stretch connection with the contacts 14 and 15 is arranged, as in the first exemplary embodiment, in the axial direction of the vibration sensor. Furthermore, a recess 27 is formed in the lower region of the receiving element 3, which is open to the cuboid recess 4 (cf. FIG. 7). A temperature-dependent resistor 28 is arranged in the recess 27, and the temperature of the engine block 20 is measured via its temperature-dependent change in resistance.
Der temperaturabhängige Widerstand 28 ist über eine Leitung 29 mit dem zweiten Kontaktelement 8 bzw. über eine LeitungThe temperature-dependent resistor 28 is via a line 29 to the second contact element 8 or via a line
30 mit dem ersten Kontaktelement 7 verbunden. Damit die Leitungen 29 und 30 nicht beschädigt werden, sind in der Aussparung 4 Nuten 31 bzw. 34 ausgebildet. Somit ist der temperaturabhängige Widerstand 28 über die Leitungen 29 und 30 mit den Kontaktelementen 7 und 8 verbunden, welche ihrerseits über Leitungen 11 und 12 mit den Kontakten 14 und 15 verbunden sind, welche einen Stecker ausbilden. Weiter sind im Aufnahmeelement 3 an dessen Außenseite mehrere Nuten 17 ausgebildet (vgl. Figur 7), welche für eine verbesserte Ver- bindung zwischen dem Aufnahmeelement 3 und dem aus Kunststoff umspritzten Gehäuse 2 sorgen.30 connected to the first contact element 7. So that the lines 29 and 30 are not damaged, 4 grooves 31 and 34 are formed in the recess. Thus, the temperature-dependent resistor 28 is connected via lines 29 and 30 to contact elements 7 and 8, which in turn are connected via lines 11 and 12 to contacts 14 and 15, which form a plug. Furthermore, a plurality of grooves 17 are formed in the receiving element 3 on the outside thereof (see FIG. 7), which ensure an improved connection between the receiving element 3 and the housing 2, which is overmolded from plastic.
Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung dem ersten Ausführungsbeispiel, sodass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.Otherwise, the second exemplary embodiment according to the present invention corresponds to the first exemplary embodiment, so that reference can be made to the description given there.
In Figur 9 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen kombinierten Schwingungsaufnehmers 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den beiden vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispie- len bezeichnet. Wie in Figur 9 gezeigt, weist der Schwingungsaufnehmer 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel einen deutlich unterschiedlichen Aufbau von den beiden vorher beschriebenen Schwingungsaufnehmern auf. Ein wesentlicher Unterschied be- steht darin, dass der Steckanschluss 35 des Schwingungsaufnehmers 1 nicht mehr in Axialrichtung des Schwingungsaufnehmers sondern seitlich an diesem angeordnet ist .FIG. 9 shows a third exemplary embodiment of a combined vibration sensor 1 according to the invention in accordance with the present invention. Identical or functionally identical parts are again identified by the same reference numerals as in the two exemplary embodiments described above. As shown in FIG. 9, the vibration sensor 1 according to the third exemplary embodiment has a significantly different structure from the two previously described vibration sensors. An essential difference is that the plug connection 35 of the vibration sensor 1 is no longer arranged in the axial direction of the vibration sensor but laterally on the latter.
Weiter umfasst der Schwingungsaufnehmer 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 2 sowie ein als Druckhülse 3 ausgebildetes- Aufnahmeelement . Die Druckhülse 3 weist einen flanschartigen Ansatz 3' auf, welcher als Anlagefläche für weitere Bauteile des Schwingungsaufnehmers dient. Diese weiteren Bauteile sind ein piezokeramisches Element 5, eine seismische Masse 6, ein erstes Kontaktelement 7, ein zweites Kontaktelement 8, ein erstes Isolierelement 9, ein zweites Isolierelement 10, ein Federelement 36 sowie ein Gewindering 37. Dabei wird mit dem Gewindering 37 die auf das piezokeramische Element 5 ausgeübte Vorspannung durch das Federele- ment 36 eingestellt, indem der Gewindering 37 mehr oder weniger auf ein Außengewinde 38 der Druckhülse 3 aufgeschraubt wird. Weiter ist in der Druckhülse 3 eine durchgehende Aussparung 4 gebildet, durch welche eine Schraube (nicht dargestellt) gesteckt wird, um den Schwingungsaufnehmer 1 an ei- nem Motorblock (nicht dargestellt) zu befestigen. Nach Montage der Einzelteile des Schwingungsaufnehmers wird das Gehäuse 2 bekann erweise mittels Kunststoffspritzen umspritzt.Furthermore, the vibration sensor 1 according to the third exemplary embodiment comprises a housing 2 and a receiving element designed as a pressure sleeve 3. The pressure sleeve 3 has a flange-like extension 3 ', which serves as a contact surface for further components of the vibration sensor. These further components are a piezoceramic element 5, a seismic mass 6, a first contact element 7, a second contact element 8, a first insulating element 9, a second insulating element 10, a spring element 36 and a threaded ring 37 the piezoceramic element 5 is set by the spring element 36 by screwing the threaded ring 37 more or less onto an external thread 38 of the pressure sleeve 3. Furthermore, a continuous recess 4 is formed in the pressure sleeve 3, through which a screw (not shown) is inserted in order to fasten the vibration sensor 1 to an engine block (not shown). After assembly of the individual parts of the vibration sensor, the housing 2 is known to be extrusion-coated by means of plastic injection molding.
Weiter ist im Schwingungsaufnehmer 1 gemäß dem dritten Aus- führungsbeispiel ein temperaturabhängiger Widerstand 28 vorgesehen, welcher zwischen einem Steckkontakt 14 und den Kontaktelementen 7 und 8 angeordnet ist (vgl. Figur 9). Mittels dieses temperaturabhängigen Widerstands 28 ist es möglich, die Temperatur des Bauteils zu erfassen, an welches der Schwingungsaufnehmer 1 geschraubt wird.Furthermore, in the vibration sensor 1 according to the third exemplary embodiment, a temperature-dependent resistor 28 is provided, which is arranged between a plug contact 14 and the contact elements 7 and 8 (cf. FIG. 9). This temperature-dependent resistor 28 makes it possible to to detect the temperature of the component to which the vibration sensor 1 is screwed.
Damit das aus Kunststoff bestehende Gehäuse 2 keine zu große Isolierung des temperaturabhängigen Widerstands 28 verursacht, ist vorzugsweise noch eine Wärmeleitbrücke 41 vorgesehen, deren eines Ende 39 in unmittelbarer Nähe des temperaturabhängigen Widerstands 28 angeordnet ist und deren anderes Ende 40 sich mit dem Bauteil in Kontakt befindet, des- sen Temperatur bestimmt werden soll und dessen Schwingungen detektiert werden sollen. Somit ermöglicht die Wärmeleit- brücke 41 eine genaue Bestimmung der Temperatur des Motorblocks oder des Zylinders, in welchem der Schwingungsaufnehmer 1 angeschraubt ist. Beispielsweise kann die Wärmeleit- brücke 41 ein aus Metall hergestellter Zylinder oder einSo that the plastic housing 2 does not cause excessive insulation of the temperature-dependent resistor 28, a heat-conducting bridge 41 is preferably also provided, one end 39 of which is arranged in the immediate vicinity of the temperature-dependent resistor 28 and the other end 40 of which is in contact with the component whose temperature is to be determined and whose vibrations are to be detected. The heat conducting bridge 41 thus enables the temperature of the engine block or the cylinder in which the vibration sensor 1 is screwed to be determined precisely. For example, the thermal bridge 41 can be a cylinder made of metal or a
Vierkant sein, dessen Fläche ungefähr der Fläche des temperaturabhängigen Widerstands 28 entspricht.Be square, the area of which corresponds approximately to the area of the temperature-dependent resistor 28.
Die Signalauswertung des kombinierten Sensors gemäß des dritten Ausführungsbeispiel entspricht der des ersten Ausführungsbeispiels, sodass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen wird.The signal evaluation of the combined sensor according to the third exemplary embodiment corresponds to that of the first exemplary embodiment, so that reference is made to the description given there.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen kombinierten Sensor zur Aufnahme von Schwingungen und zur Ermittlung der Temperatur eines Bauteils 20, in welchem der Sensor befestigt ist . Der Sensor umfasst einen Schwingungsaufnehmer und eine Temperaturmessvorrichtung 28, um gleichzeitig Schwingungen des Bauteils 20 und die Temperatur des Bauteils 20 aufzunehmen. Über eine gemeinsame 2-Drahtleitung werden sowohl das Schwingungssignal als auch Temperatursignal und Diagnose übermittelt . Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen. The present invention thus relates to a combined sensor for recording vibrations and for determining the temperature of a component 20 in which the sensor is fastened. The sensor comprises a vibration sensor and a temperature measuring device 28 in order to simultaneously record vibrations of the component 20 and the temperature of the component 20. The vibration signal as well as the temperature signal and diagnosis are transmitted via a common 2-wire line. The preceding description of the exemplary embodiments according to the present invention is only for illustrative purposes and not for the purpose of restricting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without leaving the scope of the invention and its equivalents.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Schwingungsaufnehmer zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil (20) , dadurch gekennzeich- net, dass der Schwingungsaufnehmer (1) eine Temperatur- messvorrichtung (28) aufweist, um gleichzeitig zur Aufnahme von Schwingungen des Bauteils (20) auch die Temperatur des Bauteils (20) aufzunehmen.1. Vibration sensor for attachment to a component (20) having vibrations, characterized in that the vibration sensor (1) has a temperature measuring device (28) in order to simultaneously record the vibrations of the component (20) and the temperature of the component (20) to record.
2. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessvorrichtung als temperaturabhängiger Widerstand (28) ausgebildet ist und zu einer Piezokeramik parallel geschaltet ist.2. Vibration sensor according to claim 1, characterized in that the temperature measuring device is designed as a temperature-dependent resistor (28) and is connected in parallel to a piezoceramic.
3. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturabhängige Widerstand (28) als Negativ-Temperatur-Koeffizient-Widerstand oder als Positiv-Temperatur-Koeffizient-Widerstand ausgebildet ist .3. Vibration sensor according to claim 2, characterized in that the temperature-dependent resistor (28) is designed as a negative temperature coefficient resistor or as a positive temperature coefficient resistor.
Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturabhängige Widerstand (28) in einer Aussparung (27) in einem mit Gewinde versehenen Ansatz (16) angeordnet ist, mit wel- chem der Schwingungsaufnehmer (1) an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil (20) befestigt ist.Vibration sensor according to one of claims 2 or 3, characterized in that the temperature-dependent resistor (28) is arranged in a recess (27) in a threaded attachment (16) with which chem the vibration sensor (1) is attached to a vibrating component (20).
5. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturabhängige5. Vibration sensor according to one of claims 2 to 4, characterized in that the temperature-dependent
Widerstand (28) zwischen einer Steckverbindung (14, 15) und Kontaktelementen (7, 8) des Schwingungsaufnehmers (1) angeordnet ist.Resistor (28) between a plug connection (14, 15) and contact elements (7, 8) of the vibration sensor (1) is arranged.
6. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturabhängige Widerstand (28) in unmittelbarer Nähe zu einer Wärmeleitbrücke (41) angeordnet ist.6. Vibration sensor according to claim 5, characterized in that the temperature-dependent resistor (28) is arranged in the immediate vicinity of a thermal bridge (41).
7. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsaufnehmer (1) über eine 2 -adrige Leitung zu einer gemeinsamen Auswerteeinheit (32) zur Auswertung eines kombinierten Signals für die Temperatur und für das Klopfen geführt ist.7. Vibration sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the vibration sensor (1) is guided via a 2-wire line to a common evaluation unit (32) for evaluating a combined signal for the temperature and for knocking.
8. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsleitung (29, 30) vom temperaturabhängigen Widerstand (28) zu Kontaktelementen (7, 8) in einer Aussparung (4) geführt sind, die in einem Aufnahmeelement (3) zur Aufnahme eines piezoelektrischen Elements (5) ausgebildet ist.8. Vibration sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that a connecting line (29, 30) from the temperature-dependent resistor (28) to contact elements (7, 8) in a recess (4) which are guided in a receiving element (3rd ) is designed to accommodate a piezoelectric element (5).
9. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 8 , dadurch gekenn- zeichnet, dass das Aufnahmeelement (3) mit einer zwischen zwei Schenkeln (24, 25) durchgehend gebildeten Aussparung oder mit einer quaderförmigen Aussparung zur Aufnahme von Einzelbauteilen (5, 6, 7, 8, 9, 10) des Schwingungsaufnehmers (1) ausgebildet ist. 9. Vibration sensor according to claim 8, characterized in that the receiving element (3) with a recess formed continuously between two legs (24, 25) or with a cuboid recess for receiving individual components (5, 6, 7, 8, 9 , 10) of the vibration sensor (1).
0. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit durch einen Gleichstrompfad und eine kapazitive Wechselspannungsabtrennung die Beschleunigungserfassung von der Temperaturerfassung und Diagnose trennt . 0. Vibration sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the evaluation unit separates the acceleration detection from the temperature detection and diagnosis by means of a direct current path and a capacitive alternating voltage separation.
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