DE19960328A1

DE19960328A1 - Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse

Info

Publication number: DE19960328A1
Application number: DE19960328A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Brammer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: DE19960328B4; JP2003517597A; KR20020065540A; KR100744962B1; JP4664560B2; US20040011135A1; US6786078B2; EP1240490A1; WO2001044772A1

Abstract

Es wird ein Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse vorgeschlagen, bei dem die Druckhülse (2) auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil unter Druck anbringbar ist. Zur Erfassung eines Schwingungssignals, beispielsweise bei einem Klopfsensor, ist eine Sensoranordnung (7, 5, 6) von einer darüberliegenden seismischen Masse außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung an einer Auflagefläche der Druckhülse (2) mittels Verschraubung gehalten. Die seismische Masse (8) ist mit einem Innengewinde versehen und zur Erzeugung der axialen Vorspannung in Richtung auf die Sensoranordnung (7) aufschraubbar. Die seismische Masse (8) oder die Sensoranordnung (7) weisen mindestens zwei radial verlaufende sich gegenüberliegende Nuten (14, 15, 16; 18, 19, 20, 21) auf, durch die Kunststoff während der Umspritzung in einen Innenraum (17) zwischen der Sensoranordnung (7, 5, 6) und der Druckhülse (2) gelangen kann.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer mit ei ner Druckhülse nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bereits in der DE 44 03 660 A1 ein Schwingungsauf nehmer mit einer Druckhülse beschrieben, der als Klopf sensor für die Überwachung der Funktion eines Verbren nungsmotors in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Diese Druckhülse wird über einen Auflagebereich fest an das die Schwingungen verursachende Bauteil, hier an den Motor block des Verbrennungsmotors, angefügt.

Die zu detektierenden Schwingungen sind bei der bekannten Anordnung Klopfgeräusche des Verbrennungsmotors im Be trieb, die über die Druckhülse auf eine piezokeramische Scheibe als eigentliches Sensorelement mit dazwischenlie genden Kontaktscheiben und Isolierscheiben, die den Sig nalabgriff ermöglichen, geleitet werden und damit ein auswertbares elektrisches Ausgangssignal erzeugen.

Die Art der Anbringung, bzw. der Einspannung dieser Sen soranordnung an der Druckhülse und die Befestigung des Schwingungsaufnehmers am schwingenden Bauteil hat hier großen Einfluss sowohl auf die Herstellungsweise als auch auf eventuelle Fehlmessungen und Störungen im Betrieb. Die Einspannung des Sensorelements mitsamt einer Vielzahl von Einzelteilen, z. B. mit einer Feder und einer seismi schen Masse erfolgt bei diesem bekannten Schwingungsauf nehmer beispielsweise mit einem Gewindering der auf ein entsprechendes Gewinde an der Druckhülse aufschraubbar ist.

Es ist weiterhin aus dex DE 195 24 147 A1 ein Schwin gungsaufnehmer der zuvor beschriebenen Art bekannt, bei dem der Gewindering und die Feder als sogenannte Feder kopfmutter ein einstückiges Bauteil darstellen. Diese Fe derkopfmutter ist dann auf das Gewinde an der Druckhülse aufschraubbar und liegt damit direkt auf der seismischen Masse auf.

Vorteile der Erfindung

Der eingangs erwähnte Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem die Druckhülse mit einer zunächst konkaven Basisfläche auf einem Schwingungen verursachen den Bauteil unter Druck anbringbar ist, wird erfindungs gemäß dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die seis mische Masse mit einem Innengewinde versehen ist und zur Erzeugung der axialen Vorspannung auf die Sensoranordnung aufschraubbar ist.

Mit der vorgeschlagenen Anordnung ist beispielsweise der Aufbau eines Klopfsensors am Motorblock eines Verbren nungsmotors kostengünstig durchführbar, da weniger Ein zelteile benötigt werden und insbesondere auch eine ge ringere axiale Bauhöhe und ein geringeres Gewicht des Schwingungsaufnehmers realisierbar ist. Weiterhin ermög licht der Wegfall der bei der bekannten Anordnung vorhan den Tellerfeder auch eine konstantere Kennlinie bei der Erfassung des Sensorsignals.

Bei einem für sich gesehen bekannten Aufbau des Schwin gungsaufnehmers mit einem Kunststoff-Spritzgussgehäuse, das um die Druckhülse mit der Sensoranordnung und die seismische Masse gelegt ist kann die seismische Masse er findungsgemäß mindestens zwei radial verlaufende, sich gegenüberliegende Nuten aufweisen. Da durch diese Nuten der Kunststoff während der Umspritzung in einen Innenraum zwischen der Sensoranordnung und der Druckhülse gelangen kann und diese dadurch befestigt, wird eine kompakte An ordnung aufbaubar, bei der die Einbaulage, beispielsweise am Motorblock, beliebig ist.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform mit einem Kunststoff-Spritzgussgehäuse weist die Sensoranordnung mindestens zwei radial verlaufende sich gegenüberliegende Nuten auf, durch die der Kunststoff während der Umsprit zung in den Innenraum zwischen der Sensoranordnung und der Druckhülse gelangen kann. Auch hierbei ist somit eine beliebige Einbaulage möglich, wobei allerdings die Her stellung einer seismischen Masse ohne Nuten einfacher und kostengünstiger wird. Die Nuten können bei beiden Ausfüh rungsformen bevorzugt an beiden axialen Begrenzungsflä chen der seismischen Masse, bzw. der piezokeramischen Scheibe der Sensoranordnung angebracht sein. Sie sind da bei in vorteilhafter Weise zwischen der einen und der an deren Fläche um 90° versetzt.

Eine besonders gute Wirkung bei der Einspannung des Sen sorelements mit der seismischen Masse wird erzielt, wenn eine oder beide axialen Begrenzungsflächen der seismi schen Masse derart konkav gestaltet sind, dass die axiale Wandstärke der seismischen Masse zur Mitte hin geringer wird.

Ein Schwingungsaufnehmer bei dem in an sich bekannter Weise eine Basisfläche der Druckhülse vor der Montage auf einem Bauteil eine radial nach innen konkav verlaufende Kontur aufweist, kann in vorteilhafter Weise auch so aus gestalten sein, dass die Auflagefläche für das Sensorele ment innen an der Druckhülse vor der Montage eine radial nach innen konvex verlaufende Kontur aufweist. Diese Kon tur ist so bemessen, dass nach der Montage zumindest die Sensoranordnung weitgehend plan an der Auflagefläche auf liegt.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre ren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungs form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausfüh rungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schwingungs aufnehmers mit einer Druckhülse werden anhand der Zeich nung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Klopfsensorgehäuse als Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse und einer aufschraubbaren seismischen Masse mit Nuten;

Fig. 2 einen Detailschnitt der seismischen Masse nach der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Klopfsensorgehäuse als Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse und einer aufschraubbaren Seismischen Masse sowie mit einer Sensoranordnung mit Nuten;

Fig. 4 einen Detailschnitt der seismischen Masse nach der Fig. 3 und

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Sensoranordnung nach der Fig. 3 mit den Nuten.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist als Schwingungsaufnehmer ein Klopfsensor für einen Verbrennungsmotor mit einem äußeren Kunststoff gehäuse 1 dargestellt, in dem eine Druckhülse 2 angeord net ist. Die Druckhülse 2 weist im Bereich ihres unteren Endes einen flanschartigen Rand 3 auf, über den sie mit ihrer unteren Basisfläche 4 auf dem hier nicht darge stellten Motorblock, dessen Schwingungen detektiert wer den sollen, aufliegt.

Am Außenumfang der Druckhülse 2 sind, ausgehend von einer unteren Auflagefläche am flanschartigen Rand 3, folgende Teile angeordnet: eine Isolierscheibe 5, eine erste Kon taktscheibe 6, eine piezokeramische Scheibe 7 als eigent liches Sensorelement und darüber wiederum eine zweite. Kontaktscheibe 6 sowie eine zweite Isolierscheibe 5. Auf diese Anordnung ist eine seismische Masse 8 aufgesetzt, die mit einem Innengewinde 9 versehen ist und in Richtung der piezokeramischen Scheibe 7 auf die Druckhülse 2 auf schraubbar ist.

In einem integrierten Anschlußteil 10 des insbesondere in einem Kunststoff-Spritzgußverfahren hergestellten Gehäu ses 1 sind elektrische Anschlüsse 11 für die Kontakt scheiben 6 und Flachstecker 12 eingespritzt. Die Flach stecker 12 sind dadurch mit den beiden Kontaktscheiben 6 verbunden, wodurch über die beiden Kontaktscheiben 6 eine elektrische Verbindung zu den beiden Seiten der piezoke ramischen Scheibe 7 besteht und die elektrische Spannung, die bei einer Druckbeanspruchung der piezokeramischen Scheibe 7 in axialer Richtung erzeugt wird, abnehmbar ist.

Durch eine zentrale Ausnehmung, bzw. eine Bohrung 13 in der Druckhülse 2 ist eine hier nicht dargestellte Befe stigungsschraube führbar, mit welcher insgesamt dieser Klopfsensor mittel- oder unmittelbar am Motorblock des Verbrennungsmotors befestigbar ist. Bei der Montage des Klopfsensors wird das gesamte, von der oben beschriebenen Befestigungsschraube ausgeübte Drehmoment auf die Druck hülse 2 über die untere Fläche 4 übertragen, d. h. auf die piezokeramischen Scheibe 7 als Sensorelement wirkt durch die Befestigung keine Kraft.

Eine Vorspannkraft wirkt hier durch den Druck der aufge schraubten seismischen Masse 8 erzeugt. Die Vorspannkraft ist so gewählt, daß an der piezokeramischen Scheibe 7 ge rade noch ohne bleibende Verschlechterung des elektri schen Signals ertragbare Axialkräfte wirksam sind und diese auch von thermischen Dehnungen sowie unvermeidli chen Stauchungen der Druckhülse 2 bei der Montage wei testgehend unabhängig ist. Die von der seismischen Masse 8 proportional zu den Schwingungen des Verbrennungsmotors ausgeübten Impulse werden in der piezokeramischen Scheibe 7 in Ladungsimpulse umgewandelt, die an einem entspre chenden Gerät auswertbar sind.

Die seismische Masse 8 weist im unteren Bereich Nuten 14 und 15 auf, die ebenfalls deutlich aus der Detaildarstel lung der seismischen Masse 8 nach Fig. 2 ersichtlich sind. Aus der Fig. 2 ist darüber hinaus zu entnehmen, dass neben den radial auf einer axialen Seite der seismi schen Masse 8 gegenüber liegenden Nuten 14 und 15 auf der anderen axialen Seite auch um 90° versetzte Nuten 16 an geordnet sind. Durch diese Nuten 14, 15 und 16 kann der Kunststoff zur Bildung des Gehäuses 1 während der Um spritzung in einen Innenraum 17 zwischen der piezokerami schen Scheibe 7 und der Druckhülse 2 gelangen.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3, 4 und 5 ist im Unterschied zu der Darstellung nach den Fig. 1 und 2 die seismische Masse 8 ohne Nuten ausgebildet. Hier weist die Sensoranordnung bzw. die piezokeramische Schei be 7 Nuten 18, 19 und 20, 21 auf, die aus den drei An sichten der piezokeramischen Scheibe 7 nach der Fig. 5 ersichtlich sind. Aus der Fig. 5 sind auch metallisierte Flächen 22 erkennbar, die zur elektrischen Kontaktierung der piezokeramischen Scheibe 7 auf den beiden axial ge genüberliegenden Flächen mittels der Kontaktscheiben 6 dienen.

Claims

1. Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem

- die Druckhülse (2) auf einem Schwingungen verursachen den Bauteil unter Druck anbringbar ist und mit
- einer Sensoranordnung (7, 5, 6) und einer darüberliegen den seismischen Masse, die außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung an einer Auflagefläche eines flanschartigen Segments (3) der Druckhülse (2) mittels Verschraubung gehalten sind, dadurch gekenn zeichnet, dass
- die seismische Masse (8) mit einem Innengewinde verse hen ist und zur Erzeugung der axialen Vorspannung in Richtung auf die Sensoranordnung (7) aufschraubbar ist.

2. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass

- eine der axialen Begrenzungsflächen der seismischen Masse (8) derart konkav gestaltet ist, dass die axiale Wandstärke der seismischen Masse (8) zur Mitte hin ge ringer wird.

3. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass

- beide axialen Begrenzungsflächen der seismischen Masse (8) derart konkav gestaltet sind, dass die axiale Wandstärke der seismischen Masse (8) zur Mitte hin ge ringer wird.

4. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Kunststoff-Spritzgussgehäuse (1), dass um die Druckhülse (2) mit der Sensoranordnung (7, 5, 6) und die seismische Masse (8) gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass

- die seismische Masse (8) Nuten (14, 15, 16) auf minde stens einer Seite aufweist, durch die Kunststoff wäh rend der Umspritzung in einen Innenraum (17) zwischen der Sensoranordnung (7) und der Druckhülse (2) ein führbar ist.

5. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Kunststoff-Spritzgussgehäuse (1), dass um die Druckhülse (2) mit der Sensoranordnung (7, 5, 6) und die seismische Masse (8) gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Sensoranordnung (7) Nuten (18, 19, 20, 21) auf minde stens einer Seite aufweist, durch die Kunststoff wäh rend der Umspritzung in einen Innenraum (17) zwischen der Sensoranordnung (7, 5, 6) und der Druckhülse (2) einführbar ist.

6. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass

- mindestens zwei radial verlaufende, sich gegenüberlie gende Nuten (14, 15, 16) vorhanden sind.

7. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Nuten auf beiden axialen Begrenzungsflächen der seismischen Masse (8) oder der Sensoranordnung (7) je weils um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind.

8. Schwingungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei dem eine Basisfläche (4) der Druckhülse (2) vor der Montage auf einem Bauteil eine radial nach innen konkav verlaufende Kontur aufweist, die durch den Druck der Montage veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Auflagefläche vor der Montage eine radial nach in nen konvex verlaufende Kontur aufweist, die so bemessen ist, dass nach der Montage zumindest die Sensoranordnung (7, 5, 6) weitgehend plan an der Auflagefläche aufliegt.