DE4022783A1 - Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen - Google Patents
Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Druckgeber nach der Gattung des An
spruchs 1. Bei einem derartigen, aus der US-PS 46 20 438 bekannten
Druckgeber sind die elektronischen Bauteile auf einer keramischen
Platte angeordnet, die in Längsrichtung des Drucksensors nach dem
Gegenlager im Gehäuse befestigt ist. Die Piezoelemente befinden sich
auf der anderen Seite des Gegenlagers. Dadurch müssen die Piezoele
mente und die elektronischen Bauteile mit Hilfe von isolierten
Drahtstücken aufwendig miteinander verbunden werden. Die Baugröße
des Drucksensors wird dadurch ferner verlängert.
Ferner ist es aus der nachveröffentlichten DE-OS 40 09 377.8 be
kannt, den Sensorblock, bestehend aus einem piezoelektrischen Werk
stoff, einer Kontaktscheibe und den elektronischen Bauteilen einer
elektrischen Auswerteschaltung auf der der Membran zugewandten Seite
einer keramischen Zwischenplatte anzuordnen. Diese Platte liegt mit
ihrer anderen Seite an einem Gegenlager an. Dadurch sind aber mehre
re Montageschritte und zusätzlicher Bauraum notwendig.
Der erfindungsgemäße Drucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sich die elektro
nischen Bauteile auf einem aus Piezokeramischen Werkstoff bestehen
den Hybrid befinden. Dadurch ist es möglich, Bauteile einzusparen
und die Anschlußtechnik für die elektronischen Bauteile zu verein
fachen. Der Hybrid kann in einem Arbeitsgang gleichzeitig mit den
Leiterbahnen und den Kontaktflächen für den piezoelektrischen Effekt
bedruckt werden. Ferner ist es möglich, einfache, in der Praxis er
probte Standardbondtechniken zur Verbindung der elektronischen Bau
teile und der Piezoelemente anzuwenden. Der gesamte Hybrid, ein
schließlich der elektronischen Bauteile und der Piezoelemente, kann
bereits vor dem Einbau in das Sensorgehäuse überprüft werden. Da
durch ist eine einfache Montage des Drucksensors möglich. Insbeson
dere seine Baulänge wird verkürzt. Ohne aufwendige Umkonstruierungen
kann der Hybrid auch in Achsrichtung des Drucksensors in dessen Ge
häuse eingebaut werden. Dadurch ergibt sich eine besonders schmale
Bauform für den Drucksensor. Der Drucksensor ist kostengünstig her
stellbar. Aufgrund der räumlichen Anordnung, insbesondere durch die
Anordnung auf demselben Hybrid in unmittelbarer Nachbarschaft zuein
ander, herrscht bei den elektronischen Teilen und den Piezoelementen
nahezu die gleiche Temperatur. Aufwendige Maßnahmen zur Temperatur
kompensation können dadurch entfallen. Vielmehr ist es möglich, mit
Hilfe von elektronischen Bauteilen den systematischen Temperaturgang
des als Piezoelement verwendeten Hybrids zu kompensieren. Ein elek
trischer Anschluß des Piezoelementes ist mit dem Gehäuse verbunden,
wodurch der Aufbau besonders einfach ist. Ein potentialfreier Aufbau
ist durch eine zusätzliche Isolation und eine weitere Klebeschicht
zu erreichen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Drucksensors
möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1
zeigt einen Schnitt durch einen Druckgeber und Fig. 2 einen Schnitt
durch ein zweites Ausführungsbeispiel.
In der Fig. 1 ist mit 10 das Gehäuse eines Drucksensors 11 zur Be
stimmung des Drucks im Brennraum einer Brennkraftmaschine bezeich
net. Es weist eine mittige, durchgehende, abgesetzte Bohrung 12 auf.
Die dem Brennraum zugewandte Öffnung 13 des Gehäuses 10 wird von
einer Membran 14 abgeschlossen. Die Membran 14 ist als sogenannte
Kappenmembran ausgebildet, wobei der Rand der Membran 14 umgebogen
ist und über das Ende des Schafts 15 des Gehäuses 10 geschoben ist.
Die Membran 14 sitzt dadurch fest am Gehäuse 10, liegt aber, um eine
Beweglichkeit der Membran 14 zu gewährleisten, nicht direkt an der
Stirnseite 16 des Schafts 15 an. Der Biegebereich der Membran 14
kann sich dadurch frei bewegen. Die Membran 14 ist im Bereich des
Randes am Schaft 15 angeschweißt. Besonders vorteilhaft ist die Mem
bran 14 aus einer Superlegierung, das heißt aus einer Legierung von
zum Beispiel ca. 50% Ni, 20% Cr, 20% Fe ausgebildet. Am mittleren
Bereich der Membran 14 liegt ein Stempel 18 mit seinem einen Ende
an, der mit seinem anderen Ende an einem Hybrid 19 aus piezoelek
trisch wirkendem Werkstoff angeordnet ist. Er kann z. B. aus piezo
keramischem Werkstoff bestehen. Der Stempel 18 kann aus Glaskeramik
bestehen. Der Hybrid 19 liegt ferner an einem in die Bohrung 12 ein
gepreßten Gegenlager 20 an. Zwischen dem Stempel 18 und dem Hybrid
19 bzw. zwischen dem Hybrid 19 und dem Gegenlager 20 befindet sich
jeweils eine Kontaktfläche 22, 23. Die Kontaktflächen 22, 23 werden
in Dickschichttechnik auf das piezoelektrische Trägermaterial des
Hybrids 19 gedruckt. Das Gegenlager 20 weist eine etwa achsparallel
zur Bohrung 12 verlaufende, durchgehende Bohrung 26 auf, in der die
Ableitung 27 geführt wird. Die Leitung 27 ist in einer Tülle 29 des
die Bohrung 12 abschließenden Deckels 30 befestigt. Über die Leitung
27 werden die Meßwerte zu einer nicht dargestellten Auswerteschal
tung und Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine geführt. Statt
einer Bohrung 26 kann auch am Gegenlager 20 ein Segment zur Durch
führung der Leitung 27 ausgeschnitten sein.
Auf der dem Stempel zugewandten Seite des Hybrids 19 sind auf dem
Hybrid 19 die elektronischen Bauteile 33, wie zum Beispiel Wider
stände, Transistoren, etc. angeordnet. Die elektronischen Bauteile
33 sind mit Hilfe von Bonddrähten 34 und Dickschichtleiterbahnen 35
verbunden. Die Kontaktflächen 22, 23 werden direkt mit Bonddrähten
an die elektonischen Bauteile 33 angeschlossen. Zum Schutz vor
schädlichen Umwelteinflüssen, wie zum Beispiel Feuchtigkeit ist die
Bohrung 12 im Bereich der elektronischen Bauteile 33 und im Bereich
zwischen dem Gegenlager 20 und dem Deckel 30 mit einer Vergußmasse
36 ausgegossen.
Die Funktion eines Druckgebers ist allgemein bekannt und hier des
halb nicht näher ausführlich erläutert. Die über die Membran 14 und
den Stempel 18 auf das Hybrid 19 aus piezokeramischem Material ein
wirkende Kraft erzeugt eine durch Polarisationsänderung hervorgeru
fene Oberflächenladung des Hybrids 19. Die Oberflächenladung wird
als Meßsignal über die Kontaktflächen 22, 23 abgegriffen. Da sich
die elektronischen Bauteile 33 direkt auf dem Hybrid 19 und auf der
dem Stempel 18 zugewandten Seite befinden, ist eine Meßsignalauswer
tung in unmittelbarer Nachbarschaft der Gewinnung des Meßsignals
möglich. Es sind nur einfache Bondverbindungen zwischen der Kontakt
fläche 21 und den Bauteilen 33 bzw. zwischen den Bauteilen 33 un
tereinander notwendig. Aufgrund eines relativ langen Stempels 18
sind die elektronischen Bauteile 33 relativ weit und somit geschützt
vor Temperatureinflüssen vom Brennraum entfernt.
Ferner ist durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Hybrids aus
piezoelektrisch wirkendem Material eine besonders einfache Montage
des Drucksensors 11 möglich. Außerhalb des Gehäuses 10 kann bereits
der Stempel 18, der Sensorblock 19, die Bauteile 33, die Platte 24
und das Gegenlager 20 mit den Ableitungen 27 als eine Baueinheit
vormontiert werden. Bereits außerhalb des Gehäuses 10 des Drucksen
sors 11 können somit die Bauteile 33 und der Hybrid 19 auf seine
Funktionsfähigkeit hin überprüft werden. Bei der Endmontage braucht
somit nur noch die vormontierte, bereits überprüfte Einheit von ei
ner Öffnung der Bohrung 12 hier in das Gehäuse 10 eingeschoben wer
den, bis sie an der Membran 14 anliegt. Da das Gegenlager 25 in das
Gehäuse 10 eingepreßt ist, ist die Einheit im Gehäuse 10 leicht zen
triert und fixiert.
Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 ist der Hybrid im Unter
schied zur Fig. 1 in Achsrichtung des Drucksensors 11a angeordnet.
Dadurch baut der Drucksensor 11a nach Fig. 2 in Achsrichtung län
ger, es ist aber eine besonders schmale Bauweise des Drucksensors
11a möglich. Dadurch kann der Drucksensor 11 in besonders einfacher
Weise an spezielle Einbausituationen in der Brennkraftmaschine ange
paßt werden. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1
ist der Hybrid hierbei nur um 90° gekippt angeordnet. Die Kontaktie
rungsflächen 22a, 23a sind dann an den Stirnseiten des Hybrids 19
aufgedruckt. Die elektronischen Bauteile 33 sind auf einer der bei
den um ca. 90° zur Achsrichtung des Drucksensors 11a ausgebildeten
Seite des Hybrids 19 angeordnet. Bei der Auswahl des piezoelektri
schen Werkstoffes für das Hybrid 19 ist jeweils darauf zu achten,
daß durch den über den Stempel 18 eingeleiteten Druck eine Polarisa
tionsänderung hervorgerufen werden kann.
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist es möglich, statt mit einem
Hybrid aus einer einzigen Scheibe aus piezoelektrischem Material
auch mit mehreren piezoelektrisch wirkenden Elementen zu arbeiten.
Als Material für das Hybrid 19 kann ein piezokeramisches Element
oder ein Quarzelement verwendet werden. Sind mehrere Elemente
übereinander angeordnet, so ist jeweils zwischen den Einzelelementen
eine Kontaktierungsschicht anzuordnen.
Claims (10)
1. Druckgeber (11) zur Druckerfassung im Brennraum von Brennkraftma
schinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, in dessen Gehäuse (10)
ein aus mindestens einem Piezoelektrisch wirkenden Werkstoff (21)
und mindestens einer elektrisch leitenden Kontaktschicht (22, 23)
bestehender Sensor (19), mindestens ein Stempel (18), ein Gegenlager
(20), eine das Gehäuse (10) abschließende und am Stempel (18) anlie
gende Membran (14) und eine elektrische Auswerteschaltung angeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen Hybrid (19) be
stehend aus einem piezoelektrisch wirkenden Werkstoff aufweist, auf
dem die elektronischen Bauteile (33) der Auswerteschaltung angeord
net sind.
2. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hy
brid (19) aus piezokeramischen Werkstoff besteht.
3. Druckgeber nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hybrid (19) in Achsrichtung des Druckgebers (11) angeordnet
ist.
4. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich
net, daß die elektronischen Bauteile (33) und die Kontaktflächen
(22, 23) des Sensors (19) mit Hilfe von Bonddrähten (34) und Dick
schichtleiterbahnen (35) verbunden sind.
5. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Verbindungsflächen zwischen den Kontaktschichten (22,
23) und dem Hybrid (19) geklebt sind.
6. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich
net, daß das Gegenlager (20) in das Gehäuse (10) eingepreßt ist.
7. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich
net, daß im Gegenlager (20) eine Bohrung (26) zur Durchführung einer
elektrischen Leitung (27) der Auswerteschaltung ausgebildet ist.
8. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich
net, daß am Gegenlager (20) ein abgeflachtes Segment (26) zur Durch
führung elektrischer Leitungen (27) ausgebildet ist.
9. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich
net, daß der Stempel (18) aus Glaskeramik besteht.
10. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gehäuse (10) im Bereich des Sensorblocks (19) und
der elektronischen Bauteile (33) mit einer Vergußmasse vergossen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904022783 DE4022783A1 (de) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen |
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Publications (1)
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DE4022783A1 true DE4022783A1 (de) | 1992-01-23 |
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ID=6410486
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DE19904022783 Withdrawn DE4022783A1 (de) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10312174A1 (de) * | 2003-03-19 | 2004-10-07 | Robert Bosch Gmbh | Bauraumreduzierter Druckgeber zur Druckerfassung im Brennraum von Brennkraftmaschinen |
-
1990
- 1990-07-18 DE DE19904022783 patent/DE4022783A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
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DE10312174A1 (de) * | 2003-03-19 | 2004-10-07 | Robert Bosch Gmbh | Bauraumreduzierter Druckgeber zur Druckerfassung im Brennraum von Brennkraftmaschinen |
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Legal Events
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |