DE3025808A1

DE3025808A1 - Sensor

Info

Publication number: DE3025808A1
Application number: DE19803025808
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Bonitz; Robert 7141 Benningen Entenmann; Rochus 7014 Kornwestheim Knab; Siegfried Dr.-Ing. 7141 Schwieberdingen Rohde; Herbert Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Schramm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-01-22
Filing date: 1980-07-08
Publication date: 1982-02-11

Description

Sensor
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruches und des nebengeordneten Anspruches 7.
Es ist bekannt, daß bei Otto-Motoren unter bestimmten Arbeitsbedingungen ein sogenanntes Klopfen auftritt. Hierunter versteht man tonfrequente Schwingungen des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches, die durch eine Stoßwelle ausgelöst werden. Während dieser Schwingungen ist der Wärmeübergang an Kolben und Zylinderwänden der Brennkraftmaschine stark erhöht. Dies hat eine schädliche thermische Überlastung dieser Flächen zur Folge, so daß man bestrebt ist, das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden.
Andererseits will man jedoch den bestehenden Arbeitsbereich des Antriebsmotors möglichst weitgehend ausnutzen, so daß Interesse an einem Sensor besteht, der das Klopfen frühzeitig und sicher anzeigt.
Es sind bereits verschiedene Sensoren für diesen Anwendungszweck bekannt, die piezoelektrische Druckindikatoren aufweisen, wobei diese Sensoren in eine besondere Bohrung im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeschraubt werden. Eine derartige Befestigung erfordert jedoch zusätzliche Maßnahmen und damit Kosten bei der Herstellung der Brennkraftmaschine.
In der älteren Patentanmeldung P 29 02 305.0 ist weiterhin ein Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen vorgeschlagen worden, wobei der Sensor als Unterlegscheibe für eine Schraube ausgebildet ist, die an der Brennkraftmaschine oder an Teilen, die mit der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen, befestigt ist und wobei eine piezoelektrische Scheibe zwischen zwei als Grundplatte und seismische Masse wirkenden Druckringen angeordnet ist und ferner diese Scheibe mit ihnen am äußeren Umfang vergossen oder verspritzt ist.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat darüber hinaus den Vorteil, daß eine sichere Anbringung des Anschlußkabels durch Eingießen des Anschlußkabels in die Vergußmasse gewährleistet ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich.
So ist es besonders vorteilhaft, zum Vermeiden eines Abknickens des Anschlußkabels an der Austrittsstelle aus der Vergußmasse eine Kabelentlastung vorzusehen, die aus einem Schrumpfschlauch oder einer eingegossenen elastischen Kabelentlastung bestehen kann. Weiterhin kann die Montage des erfindunsgemäßen Sensors, insbesondere hinsichtlich der Justierung der piezoelektrischen Scheibe und der gegebenenfalls erforderlichen Isolier- und Kontakt scheiben dadurch vereinfacht werden, daß die beiden Druckringe als einstückiges Metallteil ausgebildet sind.
Dabei weist das einstückige Metallteil eine schlitzartige Führung auf, in die die vorgenannten Teile in ihrer Lage eindeutig eingeführt werden können. Schließlich wird in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Vergußmasse derart ausgebildet, daß sie in ein integriertes Steckerteil übergeht.
Eine besonders gute Wirkung wird dadurch erzielt, daß die piezoelektrische Scheibe zweiseitig isoliert und das elektrische Signal über ein zweiadriges Kabel potentialfrei abgenommen wird. Zur sicheren Herstellung einer Masseverbindung einer Elektrode der piezoelektrischen Scheibe wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein Masseband an einer Kontaktseite der piezoelektrischen Scheibe vorzugsweise durch Punktschweißen angeschlossen und dieses Masseband aus dem Sensor zur externen Herstellung einer Masseverbindung herausgeführt.
Durch die im kennzeichnenden Teil des nebengeordneten Anspruches 7 angegebenen Maßnahmen wird eine Justierung der Einzelteile des Sensors dadurch vereinfacht, daß der obere und der untere Druckring durch zwei stiftartige Verbindungselemente, vorzugsweise Schrauben oder Kerbstifte in ihrer Lage eindeutig zueinander fixiert werden.
Zeichnung Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. la und 1b eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors mit Schrumpfschlauch-Kabelentlastung; Fig. 2a und 2b eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors mit integrierter Kabelentlastung; Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors mit einstückigem Metallteil als seismische Masse; Fig. 4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors mit angegossenem Stecker; Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors mit Kerbstift-Verbindung der Druckscheiben.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Bei der in Fig. 1 in zwei zueinander senkrechten Schnitten dargestellten ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors ist mit 10 eine piezokeramische Scheibe bezeichnet, die zwischen einer als seismische Masse wirkenden Metallscheibe 11 und einer Grundplatte 12 angeordnet ist. Die piezokeramische Scheibe 10 ist auf einer Seite mit einer Kontaktscheibe 13 und einer zur Grundplatte 12 hin angeordneten Isolierscheibe 14 versehen. Die vorbeschriebenen, aufeinander geschichteten Teile 10 bis 14 sind von einer Vergußmasse 15 umgeben. Die Elemente 10 bis 14 weisen eine gemeinsame, mit einer Isolierung 16 ausgekleidete Innenbohrung auf, die zur Aufnahme einer in der Zeichnung nicht dagestellten Maschinenschraube dient, mit der der erfindungsgemäße Sensor an einer Brennkraftmaschine oder einem Teil davon anschraubbar ist. An die Kontaktscheibe 13 ist ein Anschlußkabel 17 angeschlossen, das durch die Vergußmasse 15 geführt ist und gegen Zug oder Biegung an der Austrittsstelle aus der Vergußmasse 15 durch einen Schrumpfschlauch 18, der einen ersten Teil des Anschlußkabels 17 und einen Austrittsteil der Isoliermasse 15 umgibt, geschützt ist. Wird der Sensor gemäß Fig. 1 mit einer Maschinenschraube an einer Brennkraftmaschine befestigt, übt die als seismische Masse wirkende Metallscheibe 11 bei mechanischen Schwingungen der Brennkraftmaschine Kräfte auf die piezokeramische Scheibe 10 auf, wodurch Spannungen an der Oberfläche der Scheibe 10 entstehen, die zwischen der Kontaktscheibe 13 und Masse abnehmbar sind.
Die in Fig. 2a und b dargestellte zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten lediglich darin, daß als Zugentlastung eine integrierte Kabelentlastung 19 verwendet wird, die in die Vergußmasse 15 mit eingegossen ist.
Während bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 zwei Druckringe in Gestalt der Metallscheibe 11 und der Grundplatte 12 verwendet werden, weist die dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors entsprechend Fig. 3a und b einen einstückigen Stahlkörper 20 auf, der einen Schlitz aufweist, in dem die piezokeramische Scheibe 10, die Kontaktscheibe 13 und die Isolierscheibe 14 angeordnet sind.
Durch formschlüssige Ausbildung dieses Schlitzes ist es möglich, eine eindeutige Positionierung dieser Elemente bei der Montage des Sensors vorzunehmen, so daß bei der Ausspritzung des Stahlkörpers 20 mit einer Vergußmasse 21 für das Anschlußkabel 17 und 22 für die aktiven Elemente des Sensors keine Lageänderung dieser Elemente mehr auftreten kann. Der Anschluß des Sensors entsprechend Fig. 3 kann, wie dargestellt, über einen Schrumpfschlauch 18 oder analog der Ausführungsform in Fig. 2 über eine integrierte Kabelentlastung 19 geschützt werden.
Im Betrieb des Sensors gemäß Fig. 3 wirkt der obere Teil des Stahlkörpers 20 als seismische Masse und übt damit Kräfte auf die piezok eramische Scheibe 10 bei dynamischer Belastung des Sensors aus.
Bei der in Fig. 4a und b dargestellten vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors ist zunächst die piezokeramische Scheibe 10 zweiseitig durch Kontaktscheiben 13, 13a kontaktiert und durch Isolierscheiben 14, 14a isoliert.
Diese beidseitig isolierte Anordnung der piezokeramischen Scheibe 10 ermöglicht eine potentialfreie Abnahme des Sensorsignals gegenüber Masse. Demzufolge ist das Anschlußkabel 17, 17a zweiadrig ausgeführt. Es versteht sich von selbst, daß diese zweiseitig isolierte Anordnung der piezokeramischen Scheibe 10 mit einem zweiadrigen Anschlußkabel 17, 17a nicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4a und b beschränkt ist sondern entsprechend auch auf die anderen Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt sind, anwendbar ist.
Weiterhin unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 von den zuvor geschilderten dadurch, daß ein Steckerteil 24 mit einer Vergußmasse 25, die die Elemente 10 bis 14 umschließt, integriert ist. Dabei kann das Steckerteil 24 entweder ein handelsübliches Steckerteil sein, das in die Vergußmasse 25 bei der Herstellung des Sensors eingegossen wird, es ist jedoch in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, das Steckerteil 24 beim Gießen oder Spritzen der Vergußmasse 25 in einem Arbeitsgang mit herzustellen. Es versteht sich auch, daß das integrierte Steckerteil 24 in analoger Weise bei den anderen, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Sensors vorgesehen werden kann.
In Fig. 5a und b ist schließlich ein letztes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird einem möglichen Verdrehen der Elemente 10 bis 14 bei der Montage des Sensors dadurch vorgebeugt, daß Metallscheibe 11 und Grundplatte 12 durch wenigstens zwei Kerbstifte 23 bzw. Schrauben miteinander verbunden werden.
Der zwischen den Teilen 10 bis 14 und der Metallscheibe 11 verbleibende Raum wird alsdann vergossen oder ausgespritzt.
Der elektrische Anschluß kann dabei auf eine der vorstehend geschilderten Arten hergestellt werden.

Claims

Ansprüche ensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen, wobei der Sensor als Unterlegscheibe für eine Schraube ausgebildet ist, die an der Brennkraftmaschine oder an Teilen, die mit der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen, befestigt und ferner eine piezoelektrische Scheibe zwischen zwei Druckringen angeordnet und mit ihnen am äußeren Umfang vergossen oder verspritzt ist, insbesondere nach Patentanmeldung P 29 02 305.0, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Vergußmasse (15, 21, 25) mit eingegossenes Anschlußkabel (17) vorgesehen ist.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zugentlastung ein elastisches Anschlußstück, vorzugsweise ein Schrumpfschlauch (18) oder eine eingegossene Kabelentlastung (19) am Austrittspunkt des Anschlußkabels (17) aus der Vergußmasse (18) vorgesehen ist.
3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckringe als einstückiger Stahlkörper (20) mit einem Schlitz ausgebildet sind, in den die piezokeramische Scheibe (10) mit Kontaktscheibe (13) und Isolierscheibe (14) einschiebbar sind.
4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vergußmasse (25) ein Steckerteil (24) ausgebildet ist.
5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die piezokeramische Scheibe (10) zweiseitig kontaktiert und isoliert ist und das Anschlußkabel (17, 17a) zweiadrig ist.
6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß der piezokeramischen Scheibe (10) als punktgeschweißtes Masseband ausgebildet ist.
7. Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen, wobei der Sensor als Unterlegscheibe für eine Schraube ausgebildet ist, die an der Brennkraftmaschine oder an Teilen, die mit der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen, befestigt und ferner eine piezoelektrische Scheibe zwischen zwei Druckringen angeordnet ist, insbesondere nach Patentanmeldung P 29 02 305.0, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckringe eine Metallscheibe (11) und eine Grundplatte (12) Anwendung finden, die mit zwei stiftartigen Verbindungselementen, vorzugsweise Schrauben oder Kerbstiften (23) miteinander verbunden sind.