DEVICE FOR DETECTING FORCES, TENSIONS OR ACCELERATIONS AT MACHINES, APPARATUSES OR THE LIKE

Abstract: 1. Device for detecting forces, tensions, pressures or accelerations at machines or systems, having an electrical pickup (12, 26), the electrical properties of which are pressure-dependent and which is disposed in a component (10, 22, 30, 40) which is present anyway for other purposes and which, in the incorporated condition, is subject to internal material stress, which is transmitted to the pickup (12, 26) and the magnitude of which is influenced by the forces, tensions, pressures or accelerations to be detected, characterized in that the pickup (12, 26) includes a resistance component (14, 26) of low resistance, preferably a thick-layer resistor (14).

Description: Einrichtung zum Erfassen von Kraften, Spannungen bzw. Beschleunigungen an Maschinen, Geräten oder dgl. Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Gattung (DE-A1-29 02 309 dient als elektrischer Messwertgeber eine piezoelektrische Scheibe, welche mit zwei Druckringen verbunden und als Unterlegscheibe für eine Schraube ausgebildet ist. Bei einer anderen bekannten Einrichtung der gattungsmässigen Art CDE-Ai-30 o6 656) ist ein Dichtring als Messwertgeber ausgebildet, derart, dass zwischen zwei Elektrodenschichten ein Dielektrikum angeordnet ist. Beide Anordnungen benötigen insbesondere zum Erfassen von statischen Kräften, Drücken usw. einen hohen Isolationsaufwand, damit ein unkontrolliertes Abfliessen von Ladungen vermieden wird. Nachteilig ist ferner, dass derartige aktive Messwertgeber nur verhältnismässig kleine Messsignale liefern. Vorteile der Erfindung Die erfindungsgem#sse Anordnung mit den kennzeichnenden Merk malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Messwertgeber wesentlich stärkere Messsignale liefert, welche unabhängig von der Änderungsgesehwindigkeit der zu erfassenden Kräfte oder Spannungen sind. Der Messwertgeber ist relativ einfach zu isolieren und zu kontaktieren und kann ausserdem so klein bzw. dünn bemessen werden, dass er das ihn aufnehmende Bauteil nicht vergrössert. Bei Verwendung eines Dickschichtwiderstands als Wider standsbauelement lassen sich besonders hohe Messsignale erzeugen und relativ einfach Mittel vorsehen, welche Temperatureinflüsse eliminieren. Grundsätzlich können je doch auch andere bekannte Widerstandsbauelemente einge setzt werden, z.B. Kohleschichten oder Metalle. Durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich. Der Messwertgeber kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung in ein handelsübliches Verbindungsmittel, wie Schraube oder Unterlegscheibe, eingebaut sein, welches beim Herstellen der Verbindung die innere Materialspannung erhält. In diesem Fall kann der Messwertgeber als alleinige oder als zusätzliche Funktion auch das Herstellen der Verbindung als solches überwachen, z.B. beim Anziehen einer Schraube ein das Erreichen der maximal zulässigen Anzugskraft erzeugendes Signal auslösen. Eine einfache Anordnung ergibt sich, wenn das Verbindungsmittel, wie Schraube oder Unterlegscheibe, zur Aufnahme des Messwertgebers am Mantelumfang eine schlitzförmige Ausnehmung hat, in welcher das elektrische Bauelement des Messwertgebers, gegebenenfalls zusammen mit einem Trägermaterial, wie Keramik, durch eine eingegossene dauerelastische Füllmasse, wie z.B. Araldit, festgelegt ist. Der Messwertgeber kann gegebenenfalls auch in einen Dichtring eingebaut sein, der durch die Verbindungsmittel und durch Betriebskräfte beansprucht wird. Bei Brennkraftmaschinen kann der Messwertgeber auch in die Zylinderkopfdichtung eingebaut sein. Zeichnung Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher er läutern. Es zeigen Figur 1 einen Schnitt durch eine Unterlegscheibe, Figur 2 einen Schnitt durch einen Dichtring, Figur 3 eine Entlüftungsschraube für einen Druckbehälter und Figur 4 vereinfacht den Schnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die in Figur 1 dargestellte Unterlegscheibe 10 ist am Mantelumfang mit einer Nut 11 versehen, die sich über einen Teil des Umfangs. erstreckt, jedoch auch rundum laufen kann. In die Nut 11 ist ein als ganzes mit der Bezugszahl 12 bezeichneter Messwertgeber eingesetzt, der im einzelnen aus einem Dickschichtwider- stand 14 und einem Trägermaterial 16, z.B. Keramik, besteht. Der Dickschichtwiderstand 14, das Trägermaterial 16 und Anschlussdrähte 18 sind mit einer geeigneten Füllmasse 20, wie z.B. Araldit, Thermoplaste o.a.,in die Nut 11 eingegossen, so dass eine axiale Kraftwirkung P auf die Unterlegscheibe 10 den Dickschichtwiderstand 14 allseitig auf Druck belastet. Die dadurch hervorgerufene Widerstandsänderung kann direkt als Mass für die Kraft P ausgewertet werden. Der Dickschichtwiderstand 14 und das Trägermaterial 16 können so klein dimensioniert werden, dass die Unterlegscheibe anstelle einer handelsüblichen Unterlegscheibe verwendbar ist und dadurch in vorhandenen Konstruktionen Kraftmessungen möglich sind. Der in Figur 2 dargestellte Dichtring 22 aus relativ hartem Dichtmaterial hat eine umlaufende Nut 24, in die ein Widerstandsdraht 26 mit druckabhängigem elektrischem Widerstandswert in Form einer Spule eingewickelt und entsprechend vergossen ist. Bei dieser Ausführung bildet der zur Spule gewickelte Widerstandsdraht 26 den Druckmessgeber, welcher durch seinen Widerstandswert den auf den Dichtring 22 ausgeübten axialen Druck P signalisiert. Bei der Anordnung nach Figur 3 ist eine Entlüftungsschraube 30 in den Boden 32 eines Druckbehälters unter Zwischenlage eines Dichtringes 34 eingeschraubt. Die Entlüftungsschraube 30 hat unter ihrem Schlüsselsechskant einen zylindrischen Abschnitt 36, in welchem wie bei der Unterlegscheibe 10 nach Figur 1 der'Messwertgeber 12 eingesetzt ist. In den Schaft der Schraube 30 ist ein Sackloch 38 eingebracht, welches sichbis in den Bereich des Messwert gebers 12 erstreckt. In das Sackloch 38 ist ein Bolzen 39 eingesetzt, welcher mit einer zentralen Bohrung und einem im Aussen- durchmesser abgesetzten Endabschnitt versehen und etwas kürzer als das Sackloch 38 bemessen ist. Der Druckmessgeber 12 wird durch die innere Materialspannung der Entlüftungsschraube 30 beaufschlagt, welche durch das Anziehen der Schraube, d.h. durch die Anpresskraft zwischen Schraubenkopf und Boden 32 des Behälters hervorgerufen wird. Diese Materialspannung wird umso mehr abgebaut, je höher der Druck im Inneren 37 des Druckbehälters ist, welcher der Anpresskraft entgegenwirkt. Durch die Anordnung des Sacklochs 38 wird der Abbau der Materialspannung im Bereich des Druckmessgebers 12 noch unterstützt. Der Messwertgeber 12 erfasst daher diesen Innendruck, ohne dass eine druckdichte Durchführung zum Behälterinneren 37 erforderlich ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist der Druckmessgeber 12 in einen Dichtring 40 integriert,der zwischen dem Deckel 42 und dem Gehäuse 44 eines Zylinders einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Teile 42 und 44 sind durch Schrauben 46 fest miteinander verbunden, deren Anpressdruck durch den Innendruck des Zylinders mehr oder weniger vermindert wird. Auf diese Weise erfasst der Messwertgeber 12 den Innendruck des Zylinders, ohne dass zusätzliche Bauteile hierfür erforderlich sind. Neben den hier gezeigten Ausführungsbeispielen sind selbstverständlich noch vielfältige andere Anordnungen und Einsatzmöglichkeiten denkbar. Insbesondere besteht die Möglichkeit, solche druckempfindlichen Widerstände in ganz bestimmten geometrischen Formen herzustellen, wie z.B. Ringe, Rechtecke, Kreise usw., so dass eine Anpassung an vorhandene Geometrien unter Erzielung optimaler Messbedingungen einfach möglich ist. Es ist auch denkbar, mit mehreren Einzelwiderstanden oder Widerstandsnetzwerken bestimmte Flächenmuster zu erzeugen, um beispielsweise die Kraft- oder Druckverteilung innerhalb einer vorgegebenen Geometrie zu erfassen.

Claims: Ansprüche 1. Einrichtung zum Erfassen von Kräften, Spannungen, Drücken bzw. Beschleunigungen an Maschinen, Geräten oder dgl., mit einem elektrischen Messwertgeber, dessen elektrische Eigenschaften druckabhängig sind und der in einem für andere Zwecke ohnehin vorhandenen Bauteil angeordnet ist, das in eingebautem Zustand unter innerer Materialspannung steht, die sich auf den Messwertgeber überträgt und deren Grösse durch die zu erfassenden Kräfte oder dgl. beeinflusst ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (12, 26) ein niederohmiges Widerstandsbauelement (14, 26), vorzugsweise einen Dickschichtwiderstand (14) enthält. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (12) in ein handelsübliches Verbindungsmittel, wie Schraube oder Unterlegscheibe, bzw. in ein Verbindungsmittel mit handelsüblichen Abmessungen eingebaut ist. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (30) ein bis in den Bereich des Messwertgebers (14) führendes Sackloch (38) hat. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch (38) mindestens teilweise mit Material (39) ausgefüllt ist. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Erfassen des Brennraumdruckes einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (12) in die Zylinderkopfdichtung (40) eingebaut ist.

Inventors: DOBLER, KLAUS, DR. DIPL.-ING., HEINZ, RUDOLF, DR., DIPL.-ING.
Applicants: ROBERT BOSCH GMBH
Application year: 1984
Main classification: G01L1
IPC codes: G01L9, F16B31, G01L23, G01L5, G01L1