DE19829407A1

DE19829407A1 - Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse

Info

Publication number: DE19829407A1
Application number: DE19829407A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Brammer; Wolfgang Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-07-01
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 2000-01-13
Also published as: FR2780781B1; US6532795B1; FR2780781A1; JP2000028430A; KR20000011373A

Abstract

Es wird ein Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse vorgeschlagen, bei dem die Druckhülse mit einer mittel- oder unmittelbaren Befestigung auf ein Schwingungen verursachendes Bauteil aufgespannt ist. Ein Sensorelement (6) ist radial außen an der Druckhülse (2) unter einer axialen Vorspannung gehalten und elektrisch kontaktierbar. Die in etwa ringförmige Feder (20; 30; 33) ist an der äußeren Wand der Druckhülse (2) derart gehalten, dass der innere Umfang der Feder (20; 30; 33) an der Druckhülse (2) mit mindestens drei Bereichen mittelbar oder unmittelbar unter mechanischer Spannung anliegt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer mit ei ner Druckhülse nach der Gattung des Hauptanspruchs und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Es ist bereits in der DE 195 24 147.9 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 Klopfgeräusche des Verbrennungsmotors im Betrieb, die über die Druckhül se auf eine piezokeramische Scheibe als eigentliches Sen sorelement mit dazwischenliegenden Kontaktscheiben und Isolierscheiben, die den Signalabgriff ermöglichen, ge leitet werden damit ein auswertbares elektrisches Aus gangssignal bilden.

Die Art der Anbringung, bzw. der Einspannung dieses Sen sorelements an der Druckhülse und die Befestigung der Druckhülse am schwingenden Bauteil hat hier großen Ein fluß auf die Herstellungsweise. Die Einspannung des Sen sorelements mitsamt einer Vielzahl von Einzelteilen, z. B. mit einer Feder und einer seismischen Masse, erfolgt bei diesem bekannten Schwingungsaufnehmer mit einem Gewinde ring der auf ein entsprechendes Gewinde an der Druckhülse aufschraubbar ist und direkt auf der seismischen Masse aufliegt.

Dieser bekannte Gewindering und das Gewinde auf der Druckhülse ist ein wesentlicher Kostenfaktor, wobei ins besondere auch Späne beim Gewindeschneiden entstehen kön nen, die nach der Umspritzung der Anordnung zu Kurz schlüssen führen können. Alle Bestandteile müssen bei den auftretenden Beschleunigungen bei definierter mechani scher Vorspannung fest zusammengepresst sein und bleiben. Wenn sich die Vorspannung ändert, ändert sich auch die Übertragungskennlinie und erschwert damit die Auswertung.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Schwingungsaufnehmer der oben ange gebenen Art ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des An spruchs 1 insbesondere dadurch vorteilhaft, dass der Schwingungsaufnehmer mit relativ einfachen Herstellungs schritten gefertigt werden kann und dabei eine große Dau erfestigkeit aufweist. Dadurch, dass die in etwa teller förmige Feder an der äußeren Wand der Druckhülse durch nichtkreisförmige Abschnitte der Innenkontur mittel- oder unmittelbar gehalten ist, liegt die Feder an der Druck hülse an mehreren Bereichen unter Spannung an und deshalb kann beispielsweise ein besonderer Gewindering zur Befe stigung der Bauteile auf der Druckhülse entfallen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind zwischen die Feder und die Druckhülse mindestens drei Stifte in gleichmäßigen Abständen getrieben und dabei die Innenkon tur entsprechend elastisch verformt worden. Die Stifte können dabei einen quadratischen oder rechteckigen bzw. auch einen runden Querschnitt aufweisen. Ein besonders einfaches Einbringen der Stifte ist dann möglich, wenn die Stifte keilförmig mit einem sich in Richtung auf die Feder verjüngendem Querschnitt versehen sind.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Er findung ist die in etwa ringförmige Feder dadurch an der äußeren Wand der Druckhülse gehalten, dass mindestens drei radial innen liegende Fortsätze unter Spannung an der Druckhülse anliegen. Die Fortsätze können dabei steg förmig in den Innendurchmesser hineinragen oder auch durch von der kreisförmigen Innenkontur abweichende gera de, konvexe oder konkave Abschnitte gebildet sein.

Ein besonders sicherer Halt der Feder an der Druckhülse ist gewährleistet, wenn die Feder an den Fortsätzen mit der Druckhülse verschweißt ist, bevorzugt durch Laser schweißen.

In einer vorteilhaften Anwendung ist der Schwingungsauf nehmer ein Klopfsensor für Schwingungen am Motorblock ei nes Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug. Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Er findung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Be schreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzel nen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen 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 mit Stiften ein gespannten Feder an der Druckhülse;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die eingespannte Feder nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Klopfsensorgehäuse als Schwingungsaufnehmer mit einer eingespannten und verschweißten Feder an der Druckhülse;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Feder mit stegarti gen Fortsätzen zur Einspannung an der Druckhülse und

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Feder mit einer von der Kreisform abweichenden Innenkontur zur Einspan nung an der Druckhülse.

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 mit ihrer unteren Fläche 3 auf dem hier nicht dargestellten Motorblock, dessen Schwingungen de tektiert werden sollen, aufliegt.

Am Außenumfang der Druckhülse 2 sind, ausgehend vom unte ren Rand, folgende Teile angeordnet: eine Isolierscheibe 4, eine erste Kontaktscheibe 5, eine piezokeramische Scheibe 6 als eigentliches Sensorelement und darüber wie derum eine zweite Kontaktscheibe 5 sowie eine zweite Iso lierscheibe 4. Auf diese Anordnung ist eine seismische Masse 7 aufgesetzt, die mit einer ringförmigen Feder 20 in Richtung der piezokeramischen Scheibe 6 gedrückt wird. Zwischen dem Umfang der Feder 20 und der Wand der Druck hülse 2 ist sind Stifte 21 in axialer Richtung gemäß Pfeil 22 eingefügt.

Die somit eingespannte Feder 20 ist in Fig. 2 in der Draufsicht gezeigt; sie bewirkt die für das Sensorelement 6 benötigte axiale Vorspannung und sorgt gleichzeitig da durch für einen sicheren und dauerhaften Verbund der oben beschriebenen Bauteile.

In einem integrierten Anschlußteil 10 des insbesondere in einem Kunststoff-Spritzgußverfahren hergestellten Gehäu ses 1 ist ein elektrischer Anschluss 11 für die Kontakt scheiben 5 eingespritzt. Der elektrische Anschluss 11 ist hier einstückig mit der jeweiligen Kontaktscheibe 5 her gestellt. Es besteht somit über die beiden Kontaktschei ben 5 eine elektrische Verbindung zu den beiden Seiten der piezokeramischen Scheibe 6. An den Anschlüssen 11 ist die elektrische Spannung, die bei einer Druckbean spruchung der piezokeramischen Scheibe 6 erzeugt wird, abnehmbar.

Durch eine zentrale Ausnehmung, bzw. eine Bohrung 12 in der Druckhülse 2 ragt eine hier nicht dargestellte Befe stigungsschraube, mit welcher insgesamt dieser Klopfsen sor mittel- oder unmittelbar am Motorblock des Verbren nungsmotors befestigbar ist. Bei der Montage des Klopf sensors wird das gesamte, von der oben beschriebenen Be festigungsschraube für die Montage auf dem Motorblock, ausgeübte Drehmoment auf die Druckhülse 2 über die untere Fläche 3 übertragen, d. h. auf die piezokeramischen Schei be 6 als Sensorelement wirkt durch die Befestigung keine Kraft.

Eine Vorspannkraft wirkt hier durch den Druck der Feder 20, die mit den eingeschobenen Stiften 21 an der Druck hülse 2 gehalten ist. Die Vorspannkraft ist so gewählt, daß an der piezokeramischen Scheibe 6 gerade noch ohne bleibende Verschlechterung des elektrischen Signals er tragbare Axialkräfte wirksam sind und diese auch von thermischen Dehnungen sowie unvermeidlichen Stauchungen der Druckhülse 2 bei der Montage weitestgehend unabhängig ist. Die von der seismischen Masse 7 proportional zu den Schwingungen des Verbrennungsmotors ausgeübten Impulse werden in der piezokeramischen Scheibe 6 in Spannungsim pulse umgewandelt, die an einem entsprechenden Meßgerät ablesbar sind.

Aus Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des er findungsgemäßen Schwingungsaufnehmers mit einer ringför migen Feder 30 ersichtlich, die stegartige Fortsätze 31 an der Innenkontur gemäß der Draufsicht aus Fig. 4 auf weist. In Fig. 5 sind von der kreisförmigen Innenkontur abweichende Abschnitte 32 bei einer Feder 33 angeordnet. Die Federn 30 und 33 werden über den Außenumfang der Druckhülse 2 gespannt und halten damit den oben beschrie benen Aufbau der Bauelemente unter einer Vorspannung fest. Alternativ kann die jeweilige Feder 30 oder 33 noch an der Druckhülse 2, beispielsweise durch Laserschweißen, an Punkten 34 verschweißt werden um die Haltbarkeit zu verbessern.

Die beschriebene Anordnung von jeweils drei Stiften 21 oder Fortsätzen 31, 32 ermöglicht eine Verspannung der Fe der 20, 30 oder 33 an jeweils um 120° versetzten Punkten auf dem Umfang der Druckhülse 2; möglich ist hierbei je doch auch eine größere Zahl von Stiften 21 oder Fortsät zen 31, 32.

Claims

1. Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem

1. die Druckhülse (2) über eine mittel- oder unmittelbare Befestigung auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil angebracht ist und mit
2. einem Sensorelement (6), das radial außen an der Druck hülse (2) unter einer axialen Vorspannung mittels einer Feder (20) gehalten ist und das elektrisch kontaktierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
3. die in etwa ringförmige Feder (20; 30; 33) an der äußeren Wand der Druckhülse (2) derart gehalten ist, dass der in nere Umfang der Feder (20; 30; 33) und an der Druckhülse (2) mit mindestens drei Bereichen mittelbar oder unmit telbar unter mechanischer Spannung anliegt.

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

1. zwischen die Feder (20) und die Druckhülse (2) minde stens drei Stifte (21) in gleichmäßigen Abständen getrie ben sind.

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

1. die Stifte (21) einen quadratischen, rechteckigen oder runden Querschnitt aufweisen.

4. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 34, dadurch gekenn zeichnet, dass

1. die Stifte (21) keilförmig sind.

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

1. die in etwa ringförmige Feder (30) an der äußeren Wand der Druckhülse (2) dadurch gehalten ist, dass mindestens drei radial innen liegende Fortsätze (31; 32) unter mecha nischer Spannung an der Druckhülse (2) anliegen.

6. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, dass

1. die Fortsätze (31) stegförmig in den Innendurchmesser der Feder (33) hineinragen.

7. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, dass

1. die Fortsätze (32) durch von der kreisförmigen Innen kontur der Feder (33) abweichende gerade, konvexe oder konkave Abschnitte gebildet sind.

8. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass

1. die Feder (30; 33) zumindest an den Fortsätzen (31; 32) mit der Druckhülse (2) verschweißt ist.

9. Schwingungsaufnehmer als Klopfsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

1. das, die Schwingungen verursachende Bauteil der Motor block eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug ist.