DE19524151C1 - Schwingungsaufnehmer und Verfahren zur Herstellung dessen Druckhülse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer und ein Verfahren zur Herstellung dessen Druckhülse.

Es ist bereits aus der DE-OS 44 03 660 oder der EP 03 59 409 A2 eine Druckhülse be­ kannt, die bei Klopfsensoren für Verbrennungsmotoren Ver­ wendung findet. Diese Druckhülse wird über einen Auflagebe­ reich fest an das Bauteil angefügt, dessen Schwingungen de­ tektiert werden sollen. Die zu detektierenden Schwingungen sind hier Klopfgeräusche des Verbrennungsmotors im Betrieb, die über die Druckhülse auf einen piezokeramischen Schwin­ gungsaufnehmer als Klopfsensor geleitet werden und in ein auswertbares Ausgangssignal umgewandelt werden. Die Art der Anbringung, bzw. der Einspannung dieses Klopfsensors in der Druckhülse und die Befestigung am schwingenden Bauteil hat hier großen Einfluß sowohl auf die Herstellungsweise als auch auf eventuelle Fehlmessungen und Störungen in der an­ geschlossenen Auswerteschaltung im Betrieb.

Die an sich bekannte Druckhülse ist hierbei in der Regel aus einem sehr widerstandsfähigem und hartem Material, wie z. B. Stahl, um bei den relativ großen Drücken und Tempera­ turschwankungen noch einwandfreie Messungen zu erhalten. Das Gehäuse, welches die Druckhülse und den eigentlichen Sensor mitsamt seiner Einspannung umschließt ist in der Re­ gel aus einem Kunststoff, wie z. B. Polyurethan (PUR) oder glasfaserverstärktem Polyamid (PA66 GF35), gefertigt. Es ist beispielsweise für sich gesehen aus der EP 0 211 019 B1 bekannt, daß solche unterschiedliche Teile über entspre­ chend ausgestattete Gewindekonstruktionen, bzw. über Dicht­ labyrinthe miteinander fest verbunden werden können und diese Verbindung auch durch Temperatureinflüsse nicht we­ sentlich beeinflußt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse einen dichten Abschluß zwischen dem Gehäuse und der Druckhülse und somit eine Verbesserung der Dichtheit der gesamten Anordnung zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 ge­ nannten Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Schwingungsaufnehmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist ins­ besondere dadurch vorteilhaft, daß die Druckhülse, die vor­ zugsweise aus Metall gefertigt ist, mittels mindestens einer radial am unteren Absatz angebrachten Ausnehmung ein schwalbenschwanzförmiges Dichtlabyrinth bildet, das bei dem Umspritzen der Druckhülse, beispielsweise mit dem ein­ gangs erwähnten Polyurethan oder glasfaserverstärktem Po­ lyamid, mit diesem Kunststoff ausgefüllt wird. Der Kunst­ stoff fügt sich hierbei der Kontur der Ausnehmungen an und wird durch diesen Formschluß bei einer eventuellen Erwär­ mung an einer Ausdehnung gehindert. Diese Klemmwirkung be­ wirkt nach dem Aushärten einen dichten Abschluß zwischen dem Gehäuse und der Druckhülse und verbessert dadurch die Dichtheit der gesamten Anordnung.

Da in vielen Anwendungsfällen des Schwingungsaufnehmers, beispielswei­ se als Klopfsensor für einen Verbrennungsmotor, die Gefahr besteht, daß aggressive Flüssigkeiten in das Gehäuse ein­ dringen können, ist eine gute Abdichtung sehr wichtig. Fer­ ner treten bei diesen Anwendungen auch hohe Temperatur­ schwankungen auf, die bei den unterschiedlichen Ausdeh­ nungskoeffizienten der Druckhülse und des Gehäuses zu Spaltbildungen zwischen dem Gehäuse und der zumeist metal­ lischen Druckhülse führen können. Dadurch, daß sich eine Kunststoffschicht als Dichtlabyrinth in die erfindungsgemä­ ßen Ausnehmungen legt, ist dies auf einfache Weise verhin­ dert.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 4, wobei hier ein für sich bekann­ tes Rollverfahren zur Anwendung kommt. Bei diesem Herstel­ lungsverfahren handelt es sich um eine spanlose Feinbear­ beitung, wobei die in der Regel kreissymmetrischen Werk­ stücke an der Oberfläche eine durch die Form der Rollen vorgegebene Kontur erhalten bzw. im Oberflächenbereich ver­ dichtet werden. Insbesondere bei der erfindungsgemäßen An­ wendung bei der Herstellung einer Druckhülse ist dieses Verfahren vorteilhaft, da keine in der fertigen Anordnung störenden Späne, wie bei der spanenden Bearbeitung, anfal­ len und auch sonst nur sehr aufwendig zu schaffende Kontu­ ren, wie die schwalbenschwanzförmigen Ausnehmungen, mit ge­ ringem Aufwand herstellbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schwingungsaufnehmers wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnitt durch ein Klopfsensorgehäuse mit einer Druckhülse mit umlaufenden Ausnehmungen und

Fig. 2 eine Detailschnittdarstellung durch die schwal­ benschwanzförmigen Ausnehmungen.

In der Fig. 1 ist ein Klopfsensor für einen Verbrennungs­ motor mit einem Gehäuse 1 dargestellt, in dem eine Druck­ hülse 2 angeordnet ist, die mit ihrer unteren Auflagefläche 3 auf dem hier nicht dargestellten Gehäuse eines Motors, dessen Schwingungen detektiert werden sollen, aufliegt. Am Außenumfang der Druckhülse 2 sind, ausgehend von der unte­ ren Auflagefläche 3 an einem Absatz 13 folgende Teile ange­ ordnet: eine Isolierscheibe 4, eine Kontaktscheibe 5, eine piezokeramische Scheibe 6 als Detektionsmittel und darüber wiederum eine zweite Kontaktscheibe 5 sowie eine zweite Isolierscheibe 4. Auf diese Anordnung ist eine seismische Masse 7 aufgesetzt, die mit einer Tellerfeder 8 und einem darüber aufgeschraubten Gewindering 20 in Richtung der seismischen Masse 7 und der piezokeramischen Scheibe 6 eine Vorspannung erzeugt.

Der untere Absatz 13 weist zwei umlaufende, schwalben­ schwanzförmige Ausnehmungen 21 (vgl. insbesondere die De­ taildarstellung in Fig. 2) auf, die einen derartigen Hin­ terschnitt aufweisen, daß sich in der Ausnehmung 21, in Richtung zur zentralen Achse der Druckhülse 2, eine axiale Verbreiterung ergibt. Vorzugsweise beträgt hierbei die axiale Breite in der Tiefe der jeweiligen Ausnehmung 21 das 1,5 bis 2fache der axialen Breite an der Öffnung der Aus­ nehmung 21 an der Oberfläche des Absatzes 13.

In einem integrierten Anschlußteil 10 des aus Kunststoff, z. B. Polyurethan (PUR) oder glasfaserverstärktem Polyamid (PA66 GF35) bestehenden und insbesondere im Spritzgußver­ fahren hergestellten Gehäuse 1 ist ein Anschlußkabel 11 eingespritzt. Die Leiter des Anschlußkabels 11 sind mit den beiden Kontaktscheiben 5 an den beiden Seiten der piezoke­ ramischen Scheibe 6 angeschlossen und übertragen die elek­ trische Spannung, die bei einer Druckbeanspruchung der pie­ zokeramischen Scheibe 6 erzeugt wird. Durch eine zentrale Ausnehmung, bzw. eine Bohrung 12 in der Druckhülse 2 ragt eine nicht dargestellte Befestigungsschraube, mit welcher insgesamt dieser Klopfsensor mittel- oder unmittelbar am Gehäuse des Verbrennungsmotors befestigbar ist.

Bei der Montage des Klopfsensors wird das gesamte von der Befestigungsschraube ausgeübte Drehmoment auf die Druckhül­ se 2 übertragen, d. h. auf die piezokeramische Scheibe 6 wirkt durch die Befestigung keine Kraft. Die erforderliche Vorspannkraft wird hier dadurch erzeugt, daß durch die Ver­ schraubung mit dem Gewindering 20 die gesamte Anordnung der Teile 4 bis 7 an einen vorstehenden Bereich 13 der Druck­ hülse 2 andrückt wird und so die wesentlichen Teile des ge­ samten Schwingungsaufnehmers in ihrer Ausgangslage gehalten werden.

Die Vorspannkraft ist so gewählt, daß an der piezokerami­ schen Scheibe 6 gerade noch, ohne bleibende Verschlechte­ rung ihres elektrischen Signals, ertragbare Axialkräfte wirksam sind und diese auch von thermischen Dehnungen sowie unvermeidlichen Stauchungen der Druckhülse 2 bei der Monta­ ge weitestgehend unabhängig sind. Die von der seismischen Masse 7 proportional zu den Schwingungen des Verbrennungs­ motors ausgeübten Impulse werden in der piezokeramischen Scheibe 6 in Spannungsimpulse umgewandelt, die an einem entsprechenden Meßgerät ablesbar oder in einem Steuergerät weiterverarbeitbar sind.

Wenn beim Umspritzen der Druckhülse 2, zur Herstellung des Gehäuses 1, die Kunststoffmasse an den Umfang der Druckhül­ se 2 und damit in die Ausnehmungen gelangt, bildet sich hier ein Dichtlabyrinth, das eine hervorragende Abdichtung der gesamten, mit dem Gewindering 20 zusammengehaltenen An­ ordnung, gewährleistet. Auch durch Temperaturschwankungen hervorgerufene Ausdehnungsunterschiede zwischen der Druck­ hülse 2 und dem Gehäuse 1 führen durch den formschlüssigen Halt des Kunststoffs in den Ausnehmungen 21 nicht zu stö­ renden Spaltbildungen, durch die beispielsweise Feuchtig­ keit gelangen könnte.

Claims (4)

1. Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, die eine Auf­ lagefläche (3) und eine zentrale Ausnehmung (12) für ein Be­ festigungsmittel zur mittel- oder unmittelbaren Befestigung an einem Schwingungen verursachenden Bauteil aufweist, mit Detektionsmitteln (6), die radial außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung gehalten sind, mit einem an der Druckhülse befindlichen Gewindering als Anschlag für eine unter dem Druck einer Feder (8) gehaltene seismische Masse, die über den Detektionsmitteln (6) angeordnet ist, wobei die seismische Masse (7) und die Detektionsmittel (6) an einem Absatz (13) der Druckhülse (2) anliegen, mit min­ destens einer am Umfang des Absatzes (13) umlaufenden Aus­ nehmung (21), die einen derartigen Hinterschnitt aufweist, daß sich in der Ausnehmung (21) in Richtung zur zentralen Achse der Druckhülse (2) eine axiale Verbreiterung ergibt, und mit einem im Spritzgußverfahren um die Druckhülse (2) angeordneten Kunststoffgehäuse (1).

2. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens zwei Ausnehmungen (21) vorhanden sind.

3. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die axiale Breite in der Tiefe der je­ weiligen Ausnehmung (21) das 1,5- bis 2fache der axialen Breite an der Öffnung der Ausnehmung (21) beträgt.

4. Verfahren zur Herstellung der Druckhülse des Schwingungs­ aufnehmers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur auf den Umfang der Druckhülse durch ein Rollverfahren hergestellt wird, wobei die Aus­ nehmungen (21) in einem ersten Arbeitsgang ohne eine axiale Verbreiterung eingebracht werden und in einem zweiten Arbeitsgang mit einer entsprechend großflächigen Rolle die Oberfläche der Druckhülse (2) im Bereich der Ausnehmungen (21) derart rollend gestaucht wird, daß sich die Verringe­ rung der axialen Breite der Ausnehmungen (21) an der Ober­ fläche ergibt.