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Title:
VIBRATION PICKUP WITH PRESSURE SHEATH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/001732
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a vibration pickup with a pressure sheath. This pressure sheath is fixed onto a component which causes vibration, via a direct or an indirect fixture. A sensor element (6) is held radially on the outside of the pressure sheath (2) in an axial prestress, and can be electrically contacted via contact discs (5, 7) and terminals (11). At least one of the contact discs (5, 7) rests between the sensor element (6) and the axially adjacent parts, in the manner of a disk spring, thus producing the axial prestress. In order to fix the sensor element (6), the seismic mass (16) can be fitted directly with an internal screw thread (17). The contact discs (5, 7) and the electric terminals (11) can be produced as a single piece.

Inventors:
BRAMMER HARTMUT (DE)
HACKEL UWE (DE)
FRIES ROMUALD (DE)
KREBS HOLGER (DE)
Application Number:
PCT/DE1998/000110
Publication Date:
January 14, 1999
Filing Date:
January 14, 1998
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
BRAMMER HARTMUT (DE)
HACKEL UWE (DE)
FRIES ROMUALD (DE)
KREBS HOLGER (DE)
International Classes:
G01D11/24; G01D11/30; G01H11/08; G01L23/10; G01L23/22; G01P15/09; G10K11/00; (IPC1-7): G01L23/22; G01P15/09; G01H11/08; G01D11/30
Foreign References:
DE19612540A11997-01-09
DE4011910A11991-10-17
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 016 (P - 329) 23 January 1985 (1985-01-23)
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Claims:
Patentansprüche
1. 1) Schwingungsaufnehmer mit einer Druckhülse, bei dem die Druckhülse (2) über eine mitteloder unmittelbare Befestigung auf einem Schwingungen verursachenden Bauteil angebracht ist und mit einem Sensorelement (6), das radial außen an der Druck hülse (2) unter einer axialen Vorspannung gehalten ist und das über Kontaktscheiben (5,7) und ein Anschlussteil (11) elektrisch kontaktierbar ist, dadurch gekennzeich net, dass mindestens eine der Kontaktscheiben (5,7) ein mit einer radialen Schräge (13) versehenes Blechteil ist, so dass die mindestens eine Kontaktscheibe (5,7) tellerfederartig zur Erzeugung der axialen Vorspannung zwischen dem Senso relement (6) und den axial angrenzenden Teilen zu liegen kommt.
2. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die mindestens eine Kontaktscheibe (5,7) aus einem Blech ausgestanzt ist und während des Stanzvorgangs mit der radialen Schräge (13) versehen ist.
3. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die mindestens eine Kontaktscheibe (5, 7) einstückig mit einem Steg (14) aus dem Blech ausgestanzt ist, wobei der Steg (14) an seinem von der jeweiligen Kontaktscheibe (5,7) abgewandten Ende eine Verdickung (15) für eine Funktion als steckerartiger Anschluss (11) aufweist.
4. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Verdickung durch Umfalzen von Blechsegmenten her stellbar ist.
5. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kontaktscheiben (5,7) gleich ausgeführt sind und symmetrisch derart zueinander angeordnet sind, dass die Stege (15) auf gleicher Höhe liegen.
6. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhülse (2) aus Stahl gefertigt ist.
7. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhülse (2) aus Messing gefertigt ist.
8. Schwingungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhülse (2) aus Aluminium gefertigt ist.
9. Schwingungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die seismische Masse (16) mit einem Innengewinde (17) versehen ist und direkt zur Einspannung des Sensorele ments (6) auf die Druckhülse (2) aufschraubbar ist.
10. Schwingungsaufnehmer als Klopfsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das, die Schwingungen verursachende Bauteil der Motor block eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug ist.
Description:
Schwingungsaufnehmer mit Druckhülse Stand der Technik Die Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer mit ei- ner Druckhülse nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bereits in der DE-OS 44 03 660 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, angefügt. Die zu detektierenden Schwingungen sind Klopfgeräusche des Verbrennungsmotors im Betrieb, die über die Druckhülse auf eine piezokeramische Scheibe als eigentliches Sensorelement geleitet und damit in ein aus- wertbares elektrisches Ausgangssignal umgewandelt werden.

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 relativ aufwen- digen Herstellungsschritten.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Schwingungsaufnehmer der oben ange- gebenen Art ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des An- spruchs 1 insbesondere dadurch vorteilhaft, daß beim Zu- sammenfügen der Einzelteile zum Eispannen des Sensorele- ments auf eine separate Tellerfeder zur Erzeugung einer axialen Vorspannung verzichtetet werden kann. Da die Kon- taktscheiben, die zur Herstellung des elektrischen Kon- takts an den axialen Flächen des piezokeramischen Senso- relements anliegen, schon tellerfederartig gestaltet sind, entfällt die Notwendigkeit einer separaten Herstel- lung und Montage einer Tellerfeder.

Auf einfache Weise lassen sich die Kontaktscheiben aus einem Blechteil so ausstanzen, dass eine radial verlau- fende Verwölbung, bzw. Schräge oder Steigung der Kontakt- scheiben den federnden Effekt hervorruft. Beim Ausstanzen kann jeweils in vorteilhafter Weise auch ein Stecker zum Anschluss eines Verbindungskabels an die Kontaktscheibe mit vorgesehen werden, wodurch dieser von vorn herein einstückig mit der jeweiligen Kontaktscheibe ist und so- mit auch ein aufwendiger Montageschritt für die elektri- sche Verbindung dieser Teile entfällt.

Der erfindungsgemäße Schwingungsaufnehmer ist somit in weniger Montageschritten mit einer reduzierten Teilezahl herstellbar, wodurch spezielle Werkzeuge zum Anbringen einer Tellerfeder und gegebenenfalls separate angelötete oder angeschweißte Kontaktstecker überflüssig sind. Es werden hierdurch nicht nur Fertigungskosten und Ferti- gungszeiten eingespart, sondern es wird auch die Ferti- gungssicherheit durch den vereinfachten Aufbau erhöht.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann auch auf einen separaten Gewindering oder ein sonstiges Befestigungsmittel, mit dem die seismische Masse einge- spannt wird, verzichtet werden. Hier ist die seismische Masse selbst mit einem Innengewinde und gegebenenfalls mit einem äußeren Sechskant ausgestattet, so dass hiermit die Einspannung selbst vorgenommen werden kann. Es ist so eine weitere Reduzierung der Teilezahl, der Fertigungs- taktzeiten und des Gewichts bei hoher Fertigungsqualität und Fertigungssicherheit möglich.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Un- teransprüchen angegeben.

Zeichnung Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schwingungs- aufnehmers mit einer Druckhülse werden anhand der Zeich- nung erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine Schnitt durch ein Klopfsensorgehäuse als Schwingungsaufnehmer mit einer tellerfederartigen Kontaktscheibe ; Figur 2 einen Schnitt durch die Kontaktscheibe nach Figur 1 ; Figur 3 eine Draufsicht auf die Kontaktscheibe nach Figur 1 und Figur 4 einen Schnitt durch einen Klopfsensor mit ei- ner ein Innengewinde aufweisenden seismischen Masse.

Beschreibuna der Ausführungsbeispiele In der Figur 1 ist als Schwingungsaufnehmer ein Klopfsen- sor für einen Verbrennungsmotor mit einem äußeren Kunst- stoffgehäuse 1 dargestellt, in dem eine Druckhülse 2 an- geordnet 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 unteren Rand, folgende Teile angeordnet : eine Isolierscheibe 4, eine erste Kon- taktscheibe 5, eine piezokeramische Scheibe 6 als eigent- liches Sensorelement und darüber wiederum eine zweite Kontaktscheibe 7 sowie eine zweite Isolierscheibe 4. Auf diese Anordnung ist eine seismische Masse 8 aufgesetzt, die mit einem schraubbaren oder auf sonstige Weise befe- stigbaren Ring 9 in Richtung der piezokeramischen Scheibe 6 gedrückt wird.

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 oder 7 hergestellt. Es besteht somit über die beiden Kontakt- scheiben 5 und 7 eine elektrische Verbindung zu den bei- den Seiten der piezokeramischen Scheibe 6. An den An- schlüssen 11 ist die elektrische Spannung, die bei einer Druckbeanspruchung 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.

Anhand Figur 2 und Figur 3 ist die zweite Kontaktscheibe 7 beispielhaft auch für die erste Kontaktscheibe 5 ge- zeigt. Die Kontaktscheibe 7 ist ebenso wie die Kontakt- scheibe 5 mit einer radial verlaufenden Schräge 13 verse- hen, die dazu führt, dass die jeweilige Kontaktscheibe 5 oder 7 jeweils nur radial innen oder außen an der piezo- keramischen Scheibe 6 anliegt und korrespondierend dazu an der jeweils anderen Seite an den jeweils gegenüberlie- genden Isolierscheiben 4 anliegt. Die Kontaktscheiben 5 und 7 sind also jeweils mit einer vorgegebenen Federwir- kung zwischen diese Teile eingespannt. Aus der Figur 3 ist zu erkennen, dass die Kontaktscheibe 7 so aus einem Blechteil ausgestanzt ist, dass sich einstückig mit der Kontaktscheibe 7 ein Steg 14 ausbildet, der an seinem En- de durch Umfalzen weiterer Blechsegmente eine steckerar- tige Verdickung 15 für die Funktion als steckerartiger Anschluss 11 trägt. Die Kontaktscheibe 5 ist mit entspre- chend angepassten Abmessungen des Stegs 14 in gleicher Weise hergestellt.

Bei der Montage des Klopfsensors wird das gesamte, von der oben beschriebenen Befestigungsschraube für die Mon- tage auf dem Motorblock, ausgeübte Drehmoment auf die Druckhülse 2 über die untere Fläche 3 übertragen, d. h. auf die piezokeramischen Scheibe 6 als Sensorelement wirkt durch die Befestigung keine Kraft.

Eine Vorspannkraft wirkt hier durch den Druck der teller- federartigen Kontaktscheiben 5 und 7 bei der Montage des Ringes 9. Die Vorspannkraft ist so gewählt, daß an der piezokeramischen Scheibe 6 gerade noch ohne bleibende Verschlechterung des elektrischen Signals ertragbare Axialkräfte wirksam sind und diese auch von thermischen Dehnungen sowie unvermeidlichen Stauchungen der Druckhül- se 2 bei der Montage weitestgehend unabhängig ist. Die von der seismischen Masse 8 proportional zu den Schwin- gungen des Verbrennungsmotors ausgeübten Impulse werden in der piezokeramischen Scheibe 6 in Spannungsimpulse um- gewandelt, die an einem entsprechenden Meßgerät ablesbar sind.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 sind die jeweils mit den anhand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Bauele- mente funktionsgleichen Teile mit den gleichen Bezugszei- chen versehen. Eine seismische Masse 16 nach der Figur 4 besitzt ein Innengewinde 17 über das sie direkt auf die Druckhülse 2 aufgeschraubt werden kann und dabei das Sen- sorelement 6 zwischen die federnden Kontaktscheiben 5 und 7 einspannt. Zur Vereinfachung der Montage kann dabei au- Sen auf der seismischen Masse 16 noch eine Sechskant vor- gesehen werden. Die Kontaktscheiben 5 und 7 sind bei die- sem Ausführungsbeispiel in gleicher Weise ausgeführt und symmetrisch zueinander angeordnet, wodurch die Herstel- lung weiter vereinfacht ist.




 
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