WO2002077586A1 - Schwingungsaufnehmer zur befestigung an einem schwingungen aufweisenden bauteil - Google Patents

Schwingungsaufnehmer zur befestigung an einem schwingungen aufweisenden bauteil Download PDF

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WO2002077586A1
WO2002077586A1 PCT/DE2002/000869 DE0200869W WO02077586A1 WO 2002077586 A1 WO2002077586 A1 WO 2002077586A1 DE 0200869 W DE0200869 W DE 0200869W WO 02077586 A1 WO02077586 A1 WO 02077586A1
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vibration sensor
vibration
component
piezoelectric element
housing
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PCT/DE2002/000869
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English (en)
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Inventor
Uwe Hackel
Wolfgang-Michael Mueller
Wolfgang Schmidt
Jochen Groeger
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • G01L23/222—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines using piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices

Definitions

  • the present invention relates to a vibration sensor for attachment to a component having vibrations for a recessed mounting of the Schwingungsaufne mer.
  • Vibration sensors are used, for example, as knock sensors in internal combustion engines.
  • a knock sensor is known from EP-0 184 666, which is shown in FIG. 4.
  • the known knock sensor has a housing 2 and a pressure sleeve 3, on the outside of which a piezoelectric perforated disk 4 and a seismic mass 5 acting thereon are arranged.
  • the seismic mass 5 acts on the piezoelectric perforated disk 4 via a plate spring 6.
  • the preload of the plate spring 4 is generated by a threaded ring 7 screwed onto the pressure sleeve.
  • the pressure sleeve 3 has an external thread 8.
  • the force exerted on the piezoelectric perforated disk 4 can be arbitrary and limited.
  • the piezoelectric perforated disk 4 is arranged between two contact disks 9, which isolate from the pressure pulse or the seismic mass are.
  • the contact disks 9 are connected via wires 10 to a plug connection 12 which is arranged on the side of the knock sensor. A cable 11 can thus be guided away from the knock sensor laterally.
  • This known design of a knock sensor has the disadvantage that it consists of a relatively large number of individual parts, so that it has high manufacturing and assembly costs. Furthermore, the cable outlet is provided on the side of the knock sensor, which in some cases leads to difficult assembly processes in a cramped engine compartment.
  • the Schwingurigsaufsacrificing according to the invention for attachment to a vibrating component with the features of claim 1 has the advantage that it has only a small number of items and can be quickly and easily assembled.
  • a piezoelectric element of the vibration sensor is arranged in an insulating housing. The vibration sensor is then positioned in the component having vibrations such that the piezoelectric element is completely sunk in the component.
  • a recess is provided in the component having vibrations, in which the isolating
  • housing surrounding piezoelectric element is arranged.
  • the piezoelectric element is no longer located outside the component having vibrations, but is instead arranged in the component having vibrations. Since no parts of the invention
  • the vibration sensor protrudes from the engine block, there are also no problems with regard to the arrangement of the vibration sensor in a narrow engine compartment.
  • the Vibration sensor according to the invention is further particularly advantageous in that, for example, plug contacts or a cable for the vibration sensor can be led out of the engine block in the axial direction of the vibration sensor.
  • the entire vibration sensor, including the plug contacts, can be completely sunk in the motor block, or the plug contacts can protrude from the motor block.
  • the piezoelectric element used is particularly sensitive to stretching vibrations, and its direction of polarization is selected perpendicular to the vibrations.
  • a seismic mass is not required, as a result of which the number of parts of the vibration sensor can be further reduced.
  • the insulating housing is of helical design with a head region and a shaft region.
  • the piezoelectric element is arranged in the shaft area of the helical housing.
  • Components having vibrations are screwed in, so that the piezoelectric element arranged in the shaft region is completely sunk into the component.
  • the piezoelectric element is particularly preferably designed as a cuboid. This enables a particularly cost-effective production of the piezoelectric element. Furthermore, the necessary installation space in the component having vibrations is very small.
  • the contacting of the vibration sensor to the outside is preferably designed as a plug or as an integral cable connection. Due to the structure of the invention Vibration sensor is ensured that a simple contact in the axial direction of the vibration sensor is possible. In combination with the recessed mounting of the vibration sensor, this enables the vibration sensor to be arranged, for example in an engine block in the engine compartment.
  • the housing of the vibration sensor is formed in two parts.
  • a first outer part is made of a metal and a second inner part is made of an insulating material and surrounds the piezoelectric element.
  • the metal housing can absorb a strong tightening torque without the
  • the metal housing is particularly preferably composed of two half-shells.
  • the second inner housing is preferably made of plastic and provides electrical insulation of the piezoelectric element and its connections to the outer housing made of metal.
  • the vibration sensor preferably has an attack surface for removal or removal.
  • the vibration sensor is preferably designed such that a tool can be used to fasten the vibration sensor to the component having vibrations.
  • a head region of a screw-shaped vibration sensor is particularly preferably hexagonal or octagonal Shaped and a thread is provided on the shaft of the vibration sensor, so that the vibration sensor can simply be screwed into a threaded bore in the component having vibrations.
  • the vibration sensor can also be glued in or fastened by means of a cylindrical or tapered press fit.
  • Contact is preferably made between the piezoelectric element and the plug contacts or lines led out of the vibration sensor by means of a flexible film.
  • the housing of the vibration sensor can be easily produced, for example, by means of plastic injection molding or potting of plastic or resin.
  • the flexible film is particularly preferably designed in such a way that "a discharge resistor is printed directly on the flexible film.
  • the bleeder resistor for pyroelectricity is designed as a temperature-dependent resistor.
  • the vibration sensor according to the invention has a dual function of recording vibrations and recording the temperature on the component having vibrations.
  • the bleeder resistor can be a negative temperature coefficient resistor (NTC) or a positive temperature coefficient resistor (PTC). Since the bleeder resistor is preferably arranged at the lower end of the vibration sensor, it is thus arranged relatively deep in the component having vibrations. This enables the temperature of the component to be recorded very precisely without any undesirable side effects.
  • such a combined temperature vibration sensor only requires one cable as Connection to a control unit or to an evaluation unit in which a line for the vibration signals and a line for the temperature signals are arranged. Since such cables are very expensive due to the necessary safety precautions in the engine compartment, this results in a particularly large reduction in the manufacturing and assembly costs.
  • a new type of vibration sensor is thus provided, which in the assembled state is completely sunk in a component having vibrations. This gives a variety of advantages, particularly with regard to the structure of the vibration sensor and its assembly.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a vibration sensor according to the invention according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic sectional view of a
  • Vibration sensor according to a second exemplary embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a vibration sensor according to a third
  • FIG. 1 Exemplary embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a sectional view of a vibration sensor according to the prior art.
  • FIG. 1 shows a first vibration sensor according to the invention for receiving vibrations of a component having vibrations.
  • the invention includes
  • Vibration sensor 1 a housing 2, which consists of a head region 13 and a shaft region 14.
  • the shaft portion 14 has a thread and is in the assembled state of the vibration sensor 1 is completely in a vibration having 'component 18 as screwed in an engine block. In the assembled state, the head region protrudes from the component 18.
  • the head region 13 is designed such that a tool can be attached to it in order to screw the vibration sensor 1 into the component 18.
  • a recess for the head region 13 of the vibration sensor 1 can also be formed in the component 18, so that the vibration sensor can be completely sunk in the component 18.
  • the vibration sensor 1 has a piezoelectric element 4, which is arranged in the shaft region 14 of the housing 2. As shown in FIG. 1, in the assembled state of the vibration sensor 1, the piezoelectric element 4 is completely arranged in the component 18. The piezoelectric element 4 is via flexible foils 16, 17 with a plug connection 12 and a Leakage resistor 15 connected.
  • the plug connection 12 is formed in the head region 13 of the housing 2.
  • the bleeder resistor 15 is arranged at the lower end of the shaft region 14 of the housing 2.
  • the bleeder resistor 15 can be designed as a temperature-dependent resistor (PTC or NTC), so that in addition to any knocking noises, the temperature at the engine block 18 can also be recorded.
  • PTC temperature-dependent resistor
  • the vibration sensor 1 thus has a very small number of components, so that it provides a particularly inexpensive design.
  • knock information is recorded in the engine block.
  • the vibrations are converted into electrical charges in the vibration sensor and passed on to a control device.
  • a knock sensor it is sufficient for the sensor to detect the occurrence of knock so that the control device can initiate appropriate countermeasures.
  • FIG. 2 shows a vibration sensor according to a second exemplary embodiment of the present invention. Identical or functionally identical parts are identified by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment.
  • the housing 2 of the vibration sensor 1 is in contrast to the first exemplary embodiment in the present exemplary embodiment formed in two parts.
  • an inner housing 20 and an outer housing 19 are provided.
  • the outer housing 19 is formed from metal and is used in particular to absorb torsional forces which can be exerted on the vibration sensor 1 during assembly.
  • the inner housing 20 is formed from an insulating plastic.
  • the inner housing 20 can for example be glued into the outer housing 19 or the housings 19 and 20 can be connected to one another for example by welding.
  • the second exemplary embodiment corresponds to the first exemplary embodiment, so that reference can be made to the description given above.
  • FIG. 3 shows a vibration sensor according to a third exemplary embodiment of the present invention. Identical or functionally identical parts are identified by the same reference numerals as in the first and second exemplary embodiments.
  • the housing 2 of the vibration sensor 1 is formed in one piece according to the third exemplary embodiment.
  • the housing 2 comprises a head region 13 and a shaft region 14.
  • no thread is provided on the shaft region 14, but the shaft region 14 is conical. This enables an interference fit between the shaft region 14 and the component 18 having vibrations.
  • the piezoelectric element 4 is again arranged completely in the component 18.
  • the exemplary embodiment corresponds to the first exemplary embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • the present invention thus relates to a vibration sensor 1 for attachment to a component 18 having vibrations, with a piezoelectric element 4, which is arranged in an insulating housing 2.
  • the vibration sensor 1 is arranged in the assembled state in the component 18 having vibrations such that the piezoelectric element 4 is completely embedded in the component 18.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer (1) zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil (18) mit einem piezoelektrischen Element (4), welches in einem isolierenden Gehäuse (2) angeordnet ist. Der Schwingungsaufnehmer (1) ist im montierten Zustand im Schwingungen aufweisenden Bauteil (18) derart angeordnet, dass das piezoelektrische Element (4) vollständig in dem Bauteil (18) eingebettet angeordnet ist.

Description

Schwinqunqsaufnehmer zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil für eine versenkte Montage des Schwingungsaufne mers .
Schwingungsaufnehmer finden beispielsweise als Klopfsensoren bei Brennkraftmaschinen Verwendung. Beispielsweise ist aus der EP-0 184 666 ein Klopfsensor bekannt, welcher m Fig. 4 dargestellt ist. Der bekannte Klopfsensor weist ein Gehäuse 2 und eine Druckhulse 3 auf, auf deren Außenseite eine piezoelektrische Lochscheibe 4 und eine auf diese einwirkende seismische Masse 5 angeordnet sind. Über eine Tellerfeder 6 wirkt die seismische Masse 5 auf die piezoelektrische Lochscheibe 4. Dabei wird die Vorspannung der Tellerfeder 4 durch einen auf die Druckhulse aufgeschraubten Gewindering 7 erzeugt. Hierzu weist die Druckhulse 3 ein Außengewinde 8 auf. Dadurch kann die auf die piezoelektrische Lochscheibe 4 ausgeübte Kraft beliebig und begrenzt emgesτellt werden. Die piezoelektrische Lochscheibe 4 ist dabei zwischen zwei Kontaktscheiben 9 angeordnet, die gegenüber der Druckhulse bzw. der seismischen Masse isoliert sind. Die Kontaktscheiben 9 sind über Drähte 10 mit einem Steckanschluss 12 verbunden, welcher seitlich am Klopfsensor angeordnet ist. Somit kann ein Kabel 11 seitlich vom Klopfsensor weggeführt werden.
Dieser bekannte Aufbau eines Klopfsensors hat den Nachteil, dass er aus relativ vielen Einzelteilen besteht, so dass er hohe Herstellungs- und Montagekosten aufweist. Weiterhin ist der Kabelabgang seitlich am Klopfsensor vorgesehen, was in einem beengten Motorraum zu teilweise schwierigen Montagevorgängen führt .
Vorteile der Erfindung
Der er indungsgemäße Schwingurigsaufnehmer zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass er nur eine geringe Anzahl von Einzelteilen aufweist und schnell und einfach montiert werden kann. Hierbei ist ein piezoelektrisches Element des Schwingungsaufnehmers in einem isolierenden Gehäuse angeordnet. Der Schwingungsaufnehmer ist dann derart im Schwingungen aufweisenden Bauteil positioniert, dass das piezoelektrische Element vollständig in dem Bauteil versenkt ist. Mit anderen Worten ist im Schwingungen aufweisenden Bauteil eine Aussparung vorgesehen, in welcher das vom isolierenden
Gehäuse umgebene piezoelektrische Element angeordnet ist. Somit befindet sich im Gegensatz zum Stand der Technik das piezoelektrische Element nicht mehr außerhalb des Schwingungen aufweisenden Bauteils, sondern ist im Schwingungen aufweisenden Bauteil angeordnet. Da erfindungsgemäß keine Teile des
Schwingungsaufnehmers aus dem Motorblock hervorstehen, ergeben sich auch keine Probleme hinsichtlich der Anordnung des Schwingungsaufnehmers in einem beengten Motorraum. Am erfindungsgemaßen Schwingungsaufnehmer ist weiterhin besonders vorteilhaft, dass beispielsweise Steckkontakte oder ein Kabel für den Schwingungsaufnehmer m axialer Richtung des Schwingungsaufnehmers aus dem Motorblock herausgeführt werden können. Dabei kann der gesamte Schwingungsaufnehmer inklusive den Steckkontakten vollständig im Motorblock versenkt sein, oder die Steckkontakte können aus dem Motorblock hervorstehen. Das verwendete piezoelektrische Element ist insbesondere für Dehnschwingungen empfindlich, wobei seine Polarisationsrichtung senkrecht zu den Schwingungen gewählt ist. Dadurch ist erfmdungsgemaß eine seismische Masse nicht erforderlich, wodurch die Teileanzahl des Schwingungsaufnehmers weiter reduziert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das isolierende Gehäuse schraubenförmig mit einem Kopfbereich und einem Schaftbereich ausgebildet. Das piezoelektrische Element ist dabei im Schaftbereich des schraubenförmigen Gehäuses angeordnet. Dadurch kann der Schwingungsaufnehmer einfach wie eine Schraube in das
Schwingungen aufweisende Bauteil eingeschraubt werden, so dass das im Schaftbereich angeordnete piezoelektrische Element vollständig m dem Bauteil versenkt ist.
Besonders bevorzugt ist das piezoelektrische Element als Quader ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung des piezoelektrischen Elements. Weiterhin ist dadurch der notwendige Einbauraum im Schwingungen aufweisenden Bauteil sehr klein.
Vorzugsweise ist die Kontaktierung des Schwingungsaufnehmers nach außen als Stecker oder als integraler Kabelanschluss ausgebildet. Durch den erfindungsgemaßen Aufbau des Schwingungsaufnehmers ist dabei gewahrleistet, dass eine einfache Kontaktierung in Axialrichtung des Schwingungsaufnehmers möglich ist. Dies ermöglicht in Kombination mit der versenkten Montage des Schwingungsaufnehmers, dass der Schwingungsaufnehmer, beispielsweise in einem Motorblock im Motorraum, angeordnet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Gehäuse des Schwingungsaufnehmers zweiteilig ausgebildet. Dabei ist ein erster äußerer Teil aus einem Metall hergestellt und ein zweiter innerer Teil ist aus einem isolierenden Material hergestellt und umgibt das piezoelektrische Element. Dabei kann das Metallgehause ein starkes Anzugsdrehmoment aufnehmen, ohne dass der
Schwingungsauf ehmer beschädigt wird. Besonders bevorzugt ist das Metallgehause dabei aus zwei Halbschalen zusammengesetzt. Das zweite Innengehause ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt und stellt eine elektrische Isolation des piezoelektrischen Elements sowie seiner Anschlüsse gegenüber dem aus Metall hergestellten äußeren Gehäuse bereit.
Um eine einfache Demontage des erfindungsgemaßen Schwingungsaufnehmers zu ermöglichen, weist der Schwingungsaufnehmer vorzugsweise eine Angriffsflache zum Demontieren bzw. Entfernen auf.
Um eine besonders einfache und sichere Montage zu ermöglichen, ist der Schwingungsaufnehmer vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein Werkzeug ansetzbar ist, um den Schwingungsaufnehmer am Schwingungen aufweisenden Bauteil zu befestigen. Besonders bevorzugt ist dabei ein Kopfbereich eines schraubenförmig ausgebildeten Schwingungsaufnehmers sechseckig oder achteckig geformt und am Schaft des Schwingungsaufnehmers ist ein Gewinde vorgesehen, so dass der Schwingungsaufnehmer einfach m eine Gewindebohrung im Schwingungen aufweisenden Bauteil eingeschraubt werden kann. Es sei angemerkt, dass der Schwingungsaufnehmer auch eingeklebt oder mittels einer zylindrischen oder kegeligen Presspassung befestigt werden kann.
Vorzugsweise erfolgt eine Kontaktierung zwischen dem piezoelektrischen Element und den Steckkontakten bzw aus dem Schwingungsaufnehmer herausgeführten Leitungen mittels einer flexiblen Folie. Dabei kann nach der Kontaktierung das Gehäuse des Schwingungsaufnehmers einfach beispielsweise mittels Kunststoffspritzen oder Vergießen von Kunststoff oder Harz hergestellt werden.
Besonders bevorzugt ist dabei die flexible Folie derart ausgebildet, dass" ein Ableitwiderstand unmittelbar auf der flexiblen Folie aufgedruckt ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Ableitwiderstand für Pyro-Elektπzitat als temperaturabhangiger Widerstand ausgebildet. Dadurch weist der erfmdungsgemaße Schwingungsaufnehmer eine Doppelfunktion der Aufnahme von Schwingungen sowie der Aufnahme der Temperatur am Schwingungen aufweisenden Bauteil auf. Der Ableitwiderstand kann dabei als Negativ-Temperatur-Koefflzient-Widerstand (NTC) oder als Positiv-Temperatur-Koeffizient-Widerstand (PTC) ausgef hrt sein. Da der Ableitwiderstand vorzugsweise am unteren Ende des Schwingungsaufnehmers angeordnet ist, ist er somit relativ tief im Schwingungen aufweisenden Bauteil angeordnet. Dies ermöglicht eine sehr genaue Erfassung der Temperatur des Bauteils ohne störende Nebenemflusse. Weiterhin benotigt ein derartiger kombinierter Temperatur-Schwingungsaufnehmer nur ein Kabel als Verbindung zu einer Steuereinheit bzw. zu einer Auswerteeinheit in welchem eine Leitung für die Schwingungssignale und eine Leitung für die Temperatursignale angeordnet sind. Da derartige Kabel aufgrund notwendiger Sicherheitsvorkehrungen im Motorraum sehr teuer sind, ergibt sich dadurch eine besonders große Reduzierung der Herstellungs- und Montagekosten.
Erfindungsgemaß wird somit ein neuartiger Schwingungsaufnehmer bereitgestellt, welcher im montierten Zustand vollständig in einem Schwingungen aufweisenden Bauteil versenkt ist. Dies ergibt vielfaltige Vorteile insbesondere hinsichtlich des Aufbaus des Schwingungsaufnehmers als auch dessen Montage.
Zeichnung
Mehrere Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemaßen Schwingungsaufnehmers gemäß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines
Schwingungsaufnehmers gemäß einem zweiten Ausfuhrungbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines Schwingungsaufnehmers gemäß einem dritten
Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und Figur 4 eine Schnittansicht eines Schwingungsaufnehmers gemäß dem Stand der Technik.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist ein erster erfindungsgemäßer Schwingungsaufnehmer zur Aufnahme von Schwingungen eines Schwingungen aufweisenden Bauteils dargestellt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst der erfindungsgemäße
Schwingungsaufnehmer 1 ein Gehäuse 2, welches aus einem Kopfbereich 13 und einem Schaftbereich 14 besteht. Der Schaftbereich 14 weist ein Gewinde auf und ist im montierten Zustand des Schwingungsaufnehmers 1 vollständig in einem Schwingungen aufweisenden' Bauteil 18 wie einem Motorblock eingeschraubt. Im montierten Zustand steht der Kopfbereich aus dem Bauteil 18 vor. Der Kopfbereich 13 ist derart ausgebildet, dass ein Werkzeug an ihm angesetzt werden kann, um den Schwingungsaufnehmer 1 in das Bauteil 18 zu schrauben.
Es sei angemerkt, dass im Bauteil 18 auch eine Aussparung für den Kopfbereich 13 des Schwingungsaufnehmers 1 gebildet sein kann, so dass der Schwingungsaufnehmer vollständig im Bauteil 18 versenkt werden kann.
Weiterhin weist der Schwingungsaufnehmer 1 ein piezoelektrisches Element 4 auf, welches im Schaftbereich 14 des Gehäuses 2 angeordnet ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist im montierten Zustand des Schwingungsaufnehmers 1 das piezoelektrische Element 4 vollständig im Bauteil 18 angeordnet. Das piezoelektrische Element 4 ist über flexible Folien 16, 17 mit einem Steckanschluss 12 sowie einem Ableitwiderstand 15 verbunden. Der Steckanschluss 12 ist im Kopfbereich 13 des Gehäuses 2 ausgebildet. Der Ableitwiderstand 15 ist am unteren Ende des Schaftbereichs 14 des Gehäuses 2 angeordnet. An Stelle des Steckanschlusses 12 ist es auch möglich, einen integrierten Anschluss auszubilden, bei welchem ein Kabel unmittelbar aus dem Schwingungsaufnehmer 1 herausgeführt wird.
Der Ableitwiderstand 15 kann als temperaturabhangiger Widerstand (PTC oder NTC) ausgebildet sein, so dass neben eventuellen Klopfgeräuschen auch die Temperatur am Motorblock 18 aufgenommen werden kann.
Somit weist der erfindungsgemäße Schwingungsaufnehmer 1 eine sehr geringe Anzahl von Bauteilen auf, so dass er eine besonders kostengünstige Bauform bereitstellt. Dabei wird beispielsweise bei einer Verwendung als Klopfsensor eine KlopfInformation im Motorblock aufgenommen. Die Schwingungen werden im Schwingungsaufnehmer in elektrische Ladungen umgewandelt und an eine Steuereinrichtung weitergeleitet. Für eine Verwendung als Klopfsensor genügt es dabei, dass der Sensor das Auftreten von Klopfen detektiert, so dass die Steuereinrichtung entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten kann.
In Fig. 2 ist ein Schwingungsaufnehmer gemäß einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausfuhrungsbeispiel bezeichnet.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das Gehäuse 2 des Schwingungsaufnehmers 1 im Gegensatz zum ersten Ausfuhrungsbeispiel im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel zweiteilig ausgebildet. Hierbei ist ein inneres Gehäuse 20 und ein äußeres Gehäuse 19 vorgesehen. Das äußere Gehäuse 19 ist aus Metall gebildet und dient insbesondere zur Aufnahme von Torsionskraften, welche beim Montieren auf den Schwingungsaufnehmer 1 ausgeübt werden können. Das innere Gehäuse 20 ist aus einem isolierenden Kunststoff gebildet. Das innere Gehäuse 20 kann beispielsweise in das äußere Gehäuse 19 eingeklebt sein oder die Gehäuse 19 und 20 können beispielsweise mittels Verschweißen miteinander verbunden werden. Ansonsten entspricht das zweite Ausfuhrungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die vorher gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
In Fig. 3 ist ein Schwingungsaufnehmer gemäß einem dritten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten und zweiten Ausfuhrungsbeispiel bezeichnet .
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist das Gehäuse 2 des Schwingungsaufnehmers 1 gemäß dem dritten Ausfuhrungsbeispiel einstuckig ausgebildet. Das Gehäuse 2 umfasst dabei einen Kopfbereich 13 und einen Schaftbereich 14. Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist allerdings am Schaftbereich 14 kein Gewinde vorgesehen, sondern der Schaftbereich 14 ist konisch ausgebildet. Dadurch ist eine Presspassung zwischen dem Schaftbereich 14 und dem Schwingungen aufweisenden Bauteil 18 möglich. Im montierten Zustand ist das piezoelektrische Element 4 dabei wieder vollständig im Bauteil 18 angeordnet. Ansonsten entspricht das Ausfuhrungsbeispiel dem ersten Ausfuhrungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen Schwingungsaufnehmer 1 zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil 18 mit einem piezoelektrischen Element 4, welches in einem isolierenden Gehäuse 2 angeordnet ist. Der Schwingungsaufnehmer 1 ist im montierten Zustand im Schwingungen aufweisenden Bauteil 18 derart angeordnet, dass das piezoelektrische Element 4 vollständig in dem Bauteil 18 eingebettet angeordnet ist.
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.

Claims

Ansprüche
1. Schwingungsaufnehmer zur Befestigung an einem Schwingungen aufweisenden Bauteil (18) mit einem piezoelektrischen Element (4) , welches in einem isolierenden Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei der
Schwingungsaufnehmer (1) derart in dem Schwingungen aufweisenden Bauteil (18) angeordnet ist, dass das piezoelektrische Element (4) vollständig im Bauteil (18) angeordnet ist.
2. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine schraubenförmige Gestalt aufweist, und das piezoelektrische Element (4) in einem Schaftbereich (14) des Gehäuses (2) angeordnet ist.
3. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element (4) als Quader ausgebildet ist.
Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsaufnehmer einen Steckanschluss (12) oder einen integrierten Kabelanschluss aufweist.
5. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein erster äußerer Teil (19) aus Metall und ein zweiter innerer Teil (20) aus einem isolierenden Material hergestellt ist.
6. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsaufnehmer eine Angriffsflache zur Demontage aufweist.
7. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Schwingungsaufnehmer ein Werkzeug ansetzbar ist, um den Schwingungsaufnehmer (1) am Schwingungen aufweisenden Bauteil (18) zu befestigen bzw. zu losen.
8. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktierung zwischen dem piezoelektrischen Element (4) und den Steckkontakten (12) oder dem Kabelanschluss mittels einer flexiblen Folie (16, 17) erfolgt.
9. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ableitwiderstand (15) unmittelbar auf der flexiblen Folie (16, 17) aufgedruckt ist.
10. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitwiderstand (15) als temperaturabhangiger Widerstand ausgebildet ist.
PCT/DE2002/000869 2001-03-22 2002-03-12 Schwingungsaufnehmer zur befestigung an einem schwingungen aufweisenden bauteil WO2002077586A1 (de)

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