DE3126676A1 - Sensor zur erfassung der beim klopfen einer brennkraftmaschine auftretenden schwingungen - Google Patents

Sensor zur erfassung der beim klopfen einer brennkraftmaschine auftretenden schwingungen

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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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    • 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
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    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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Description

  • Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer
  • Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruchs und des nebengeordneten Anspruchs 7.
  • In der älteren Patentanmeldung P 30 o8 780.0 wird ein Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen mit Hilfe eines piezoelektrischen Elementes vorgeschlagen. Dabei wird ein Biegeschwinger aus elastischem Material verwendet, der seine Schwingungen auf mindestens ein feststehendes piezoelektrisches Element überträgt. Der Biegeschwinger ist an einem Ende über das piezoelektrische Element mit der Brennkraftmaschine verbunden und quer zur Schwingungsrichtung des Teiles der Brennkraftmaschine ausgerichtet.
  • Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs sowie des nebengeordneten Anspruchs 7 hat darüber hinaus den Vorteil, daß er schneller und einfacher herzustellen ist.
  • Zeichnung Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 und 2 schematisch verschiedene Anordnungen des Sensors, Figur 3 den gesamten Aufbau eines weiteren Sensors, Figur 4 den Aufbau eines weiteren Sensors in einem Schraubenkopf und Figur 5 das piezoelektrische Element eines Sensors nach Figur 4 von vorn.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die Erfindung ist eine Weiterbildung des in der Patentanmeldung P 30 08 780.0 beschriebenen Gegenstandes, deren Offenbarung zum Inhalt der Offenbarung dieser Anmeldung gehören soll.
  • Der in Figur 1 dargestellte Biegeschwinger 1 weist ein freies, schwingendes Ende 2 und ein Andruckteil 3 auf.
  • Das Andruckteil 3 ist mit Hilfe einer Spannvorrichtung eingespannt. Das Andruckteil 3 ist wellenförmig ausgebildet und liegt jeweils mit einem Wellental linienförmig auf zwei nebeneinander liegenden piezoelektrischen Elementen 4, 5 auf. Die Spannvorrichtung setzt sich aus Spannbacken und einer Feder 6 zusammen, wobei die eine Spannbacke als Isolierplättchen 7 und die andere Spannbacke als Isolierteil 8 ausgebildet ist. Die Feder 6 drückt das Isolierteil 8 gegen das Andruckteil 3 des Biegeschwingers 1, das wiederum die piezoelektrischen Elemente 4, 5 über das Isolierplättchen 7 gegen das schematisch dargestellte Maschinenteil 9 preßt. Das Maschinenteil 9, mit dem der Sensor starr verbunden ist, muß die Klopfgeräusche in der Brennkraftmaschine übertragen, wobei der Biegeschwinger quer zur Schwingungsrichtung dieses Teiles der Brennkraftmaschine ausgerichtet ist. Durch die Schwingungen des Biegescbwingers 1 werden die piezoelektrischen Elemente 4, 5 an ihren Andruckstellen elastisch deformiert, so daß an den Zuleitungen 10 ein der Querkraft proportionales elektrisches Signal abnehmbar ist.
  • Die piezoelektrischen Elemente sind elektrisch durch den Biegeschwinger 1 miteinander verbunden. Über die Zuleitungen 10 wird die Summe der an den beiden piezoelektrischen Elementen 4, 5 erzeugten Spannungen gemessen. Da die Polarisationsrichtung P der Elemente 4, 5, die durch die Pfeile 11 angedeutet ist, gleich ist, tritt eine Spannung nur auf, wenn die mechanischen Belastungen in beiden Elementen die gleiche Richtung haben, z.B. bei einer angeregten Biegeschwingung. Dieser schematisch dargestellte Sensor kann wie auch in Figur 4 gezeigt ist, in einer Querbohrung eines Schraubenkopfes z.B. einer Zylinderkopfschraube untergebracht werden, wobei als Wiederlager der Feder 6 eine in ein Gewinde der Querbohrung eingebrachte Schraube verwandt werden kann.
  • In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Klopfsensors mit zwei piezoelektrischen Elementen 4, 5 dargestellt. Das Andruckteil 3 ist in diesem Falle so ausgebildet, daß es gleichzeitig als Andruckfeder dient, so daß die Feder 6 entfallen kann. Das als Andruckfeder ausgebildete Andruckteil 3 weist Krümmungen unterschiedlicher Richtungen auf, wobei zwei Krümmungen gleicher Richtung linienförmig auf den jeweiligen piezoelektrischen Elementen 4, 5 aufliegen und das Isolierteil 8 gegen das Teil der Andruckfeder gedrückt wird, das zwischen den beiden Auflagepunkten liegt und eine zu diesen entgegengesetzte Krümmungsrichtung aufweist. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist dieselbe wie in Figur 1 beschrieben, allerdings ist die Polarisationsrichtung P der beiden piezoelektrischen Elemente 4, 5 entgegengesetzt, so daß eine Spannung an den Zuleitungsnl0 nur auftritt, wenn die Belastungen in den. beiden Elementen 4, 5 entgegengesetzt sind. Dies ist bei einer angeregten Biegeschwingung der Fall.
  • Figur 3 zeigt eine weitere vereinfachte Form eines Klopfsensors. Es ist nur noch ein einzelnes piezoelektrisches Element 15 vorgesehen. Das Ende des Andruckteils 3 ist mit Hilfe einer Schraube fest eingespannt, um Kraft-und Formschluß zu erhalten. Das Andruckteil 3 weist eine Erhöhung auf, mit der der Biegeschwinger 1 auf dem einzelnen piezoelektrischen Element 15 aufliegt und die Federvorspannung des Andruckteils 3 erhöht. Der Klopfsensor ist auf einer Platte 13 angeordnet, die einen Durchbruch 14 für die Zuleitung 10 aufweist und die in einen Hohlraum eines Schraubenkopfes eingeschraubt werden kann. Die Abnahme der Spannung erfolgt in allen drei Ausführungsbeispielen dadurch, daß die piezoelektrischen Elemente 4, 5, 15 an ihren Längsseiten elektrisch leitend ausgebildet sind, indem beispielsweise Leiter aufgedampft sind oder metallische Flächen vorgesehen sind.
  • Der Biegeschwinger 1 ist mit seinen Teilen 2, 3 aus einem Stück gefertigt, er kann z.B. aus einem Stück gestanzt und gedruckt sein.
  • In Figur 4 ist ein weiterer Klopfsensor dargestellt, der in einer Querbohrung eines Schraubenkopfes einer Zylinderkopfschraube 27 einer Brennkraftmaschine angebracht ist.
  • Die Zylinderkopfschraube 27 weist eine Querbohrung 16 auf, in der ein Absatz 17 vorgesehen ist. Gegen diesen Absatz 17 ist eine kreisförmige Isolierplatte 18 als erste Spannbacke angelegt, gegen welche ein rohrförmiges piezoelektrisches Element 19 gedrückt wird, wobei das rohrförmige piezoelektrische Element 19 einen etwas kleineren Durchmesser als die Querbohrung 16 an dieser Stelle aufweist. Gegen das rohrförmige piezoelektrische Element 19 ist mittels einer Feder 20 ein Biegeschwinger 21 gepreßt, der an seinem Fuß 26 verbreitert ist und als zweite Spannbacke dient. Der Fuß 26 wird durch zwei Winkelbleche 22 gebildet, zwischen denen der Biegeschwinger fest verbunden angeordnet,.
  • z.B. geschweißt ist. Außerdem ragt er zur Verkürzung der Baulänge in das rohrförmige piezoelektrische Element 19 hinein. Als Widerlager der Feder 20 dient eine in ein Gewinde der Querbohrung eingebrachte Schraube 23. Die rückwärtige Seite der Querbohrung ist durch eine weitere Schraube 24 abgeschlossen. Die an dem piezoelektrischen Element 19 angebrachten Zuleitungen 25 können durch Bohrungen in der Schraube isoliert herausgeführt werden.
  • In. Figur 5 ist das piezoelektrische Element 19, das in einem Sensor nach Figur 4 Verwendung findet, von vorn dargestellt. An der Innenseite des rohrförmigen Elements 19 sind Kontaktierungen 29 und 30 vorgesehen, die an den Querschnittsabschnitten des Elements 19 angebracht sind, in deren Bereich die Winkelbleche 22 liegen. Die Zuleitungen 25 sind an den Kontaktierungen 29, 30 befestigt. Die Gegen-28 elektrode erstreckt sich ungeteilt über den gesamten Außenmantel des Elements 19.
  • Leerseite

Claims (1)

  1. Ansprüche 1. Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen mit mindestens einem piezoelektrischen Elemente wobei ein Biegeschwinger aus elastischem Material vorgesehen ist, der einseitig mit Hilfe einer Spannvorrichtung eingespannt ist und wobei zwischen Spannbacken das mindestens eine piezoelektrische Element angebracht ist und wobei die Spannbacken starr mit einem die Klopfgeräusche übertragenden Teil der Brennkraftmaschine verbunden sind und der Biegeschwinger quer zur Schwingungsrichtung dieses Teils der Brennkraftmaschine ausgerichtet ist (insbesondere nach Patentanmeldung P 30 OS 780.0), dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeschwinger (i) mit seinem Andruckteil (3)- federnd auf dem mindestens einen piezoelektrischen Element (4, 9 5, 11) aufliegt 2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeschwinger (1) mit seinem Andruckteil (3) aus einem Stück gestanzt und gedrückt ist.
    3. Sensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckteil (3) wellenförmig ausgebildet ist und jeweils ein Wellental des Andruckteils (3) durch eine Feder (6) gegen zwei nebeneinanderliegende piezoelektrische Elemente (4, 5) gedrückt wird.
    4. Sensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckteil (3) als gekrümmte blattförmige Andruckfeder ausgebildet ist.
    5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckfeder Krümmungen unterschiedlicher Richtungen aufweist, wobei es mit zwei Krümmungen gleicher Krümmungsrichtung linienförmig auf jeweils einem piezoelektrischen Element (h, 5) aufliegt und eine Spannbacke gegen das zwischen diesen beiden Krümmungen liegende Teil der Andruckfeder drückt.
    6. Sensor nach Anspruch 4; dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckteil eine Erhöhung aufweist, die linienförmig gegen ein piezoelektrisches Element (15) drückt, wobei das Ende des Andruckteils (3) fest eingespannt ist.
    7. Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen mit mindestens einem piezoelektrischen Element, wobei ein Biegeschwinger aus elastischem Material vorgesehen ist, der einseitig mit Hilfe einer Spannvorrichtung eingespannt ist und wobei zwischen Spannbacken das mindestens eine piezoelektrische Element angebracht ist und wobei die Spannbacken starr mit einem die Klopfgeräusche übertragenden Teil der Brennkraftmaschine verbunden sind und der Biegeschwinger quer zur Schwingungsrichtung dieses Teils der Brennkraftmaschine ausgerichtet ist (insbesondere nach Patentanmeldung P 30 o8 780.0), dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (19) rohrförmig ausgebildet ist und der Biegeschwinger (21) mit seinem freien Ende in das rohrförmige piezoelektrische Element (19) hineinragt, wobei das als Fuß ausgebildete Andruckteil (26) des Biegeschwingers (21) durch eine als Feder ausgebildete Spannvorrichtung gegen das rohrförmige piezoelektrische Element (19) drückt.
    8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckteil (26) von zwei Winkelblechen (22) gebildet wird, zwischen denen der Biegeschwinger (21) fest verbunden angeordnet ist.
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