DE4016690C2 - Piezoelektrischer Beschleunigungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Beschleunigungs­ messer gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Piezoelektrische Beschleunigungsmesser werden konventionell für Messung der Schwingungen oder des Fahrkomforts von Kraft­ fahrzeugen verwendet. Es soll zuerst der Gesamtaufbau eines bekannten piezoelektrischen Beschleunigungsmessers unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben werden.

Nach Fig. 1 ist in einem elektrisch leitenden Gehäuse eine Isolierplatte 9 aufgenommen, auf der ein Gewicht 2 und ein piezoelektrisches Element 4 mittels einer Befestigungs­ schraube 5, die durch das Gewicht 2 und das Element 4 ver­ läuft, und einer auf die Schraube 5 gedrehten Mutter 15 befestigt sind. Die Isolierplatte 9 ist eine Leiterplatte aus einem Epoxidharz oder aus Keramik. Das zwischen seiner oberen und seiner unteren Elektrode 3a und 3b gehaltene piezoelektrische Element 4 ist am Gehäuse 1 über die Iso­ lierplatte 9 befestigt. Die untere Elektrode 3b liegt an der Isolierplatte 9 an, und die obere Elektrode 3a ist zwi­ schen dem Gewicht 2 und dem piezoelektrischen Element 4 gehalten; die Elektroden 3a und 3b sind über die entspre­ chenden Ausgangsleiter 13 und 14 des piezoelektrischen Ele­ ments mit den Eingängen eines Ladungsverstärkers 6 elek­ trisch verbunden.

Der auf der Isolierplatte 9 angeordnete Ladungsverstärker 6 bewirkt eine Vorverstärkung des Ausgangs- oder Meßsignals des piezoelektrischen Elements 4. Der Ladungsverstärker 6 dient dem Zweck der Verminderung nachteiliger Auswirkungen von Geräuschen und Schwingungen auf den Spannungsversor­ gungspegel. Ein ebenfalls auf der Isolierplatte 9 angeord­ neter Verstärker 7 verstärkt das Ausgangssignal des La­ dungsverstärkers 6. Der Ausgang des Verstärkers 7 ist über einen drei Anschlüsse aufweisenden Kondensator 8b elek­ trisch mit einem Durchführungskondensator 10b und über eine Zuleitung 33 mit dem Eingang einer Steuereinrichtung 11 gekoppelt.

Eine Stabilisierungsspannungsquelle 12, die einen Stabi­ lisierungsspannungskreis (nicht gezeigt) der Steuereinrich­ tung 11 umfaßt, liefert eine Versorgungsspannung an den piezoelektrischen Beschleunigungsmesser über eine Span­ nungszuführung 31, einen Durchführungskondensator 10a und einen drei Anschlüsse aufweisenden Kondensator 8a. Der ge­ erdete negative Anschluß der Stabilisierungsspannungsquelle 12 ist mit dem elektrisch leitfähigen Gehäuse 1 über einen Erdleiter 32 gekoppelt. Ferner ist das Gehäuse 1 über den Erdleiter 16 mit der Isolierplatte 9 gekoppelt. Somit er­ folgt die Erdung der elektronischen Schaltkreise auf der Isolierplatte 9 über elektrische Anschlüsse an das Gehäuse 1 und damit an den Erdungsleiter 32 der Steuereinrichtung 11, und die elektronische Schaltung des Beschleunigungs­ messers ist in dem elektrisch leitfähigen Gehäuse 1 voll­ ständig eingeschlossen; dies führt zu einem Abschirmeffekt für die im Gehäuse befindliche elektronische Schaltung des Beschleunigungsmessers und dient somit der Unterdrückung der nachteiligen Auswirkungen externer Störungen.

Der konventionelle piezoelektrische Beschleunigungsmesser ist jedoch mit dem Problem behaftet, daß die Montage um­ ständlich ist. Die elektrischen Anschlüsse zwischen dem Ladungsverstärker 6 und den Elektroden 3a und 3b des piezo­ elektrischen Elements 4 erfolgen durch die Zuleitungen 13 und 14; dies ist ein schwieriger und zeitaufwendiger Vor­ gang. Ferner tragen die Schritte zur elektrischen Abschir­ mung und zum Wasserdichtmachen des Gehäuses 1 zu dem für die vollständige Montage erforderlichen Zeit- und Arbeits­ aufwand bei.

Aus der DE-OS 27 24 787 ist ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser bekannt, welcher einen Meßfühler aufweist, der in einem Gehäuse angeordnet ist. Zweckmäßigerweise sind dort mehrere Meßelemente vorgesehen, welche elektrisch miteinander verbunden sind. Offen bleibt, wie das Problem der elektrischen Kontaktierung zwischen den Meßelementen und der Auswerteelektronik gelöst ist. Darüber hinaus ist der Montageprozeß beim Beschleunigungsmesser gemäß der DE-OS 27 24 787 außerordentlich kompliziert und aufwendig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen piezoelektrischen Beschleunigungsmesser bereitzustellen, der in einfacher Weise mit vermindertem Arbeits- und Zeitaufwand montierbar ist.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei der Unteranspruch mindestens eine zweckmäßige Ausgestaltung und Weiterbildung des Hauptanspruches umfaßt.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß das elektrisch leitfähige Gehäuse aufweist: ein offenes kastenförmiges Basisteil aus einem elektrisch leitfähigen Material, in dem die Isolier­ platte aufgenommen ist; einen plattenförmigen Deckel aus elektrisch leitfähigem Material, der eine Öffnung des offenen kastenförmigen Basisteils verschließt; eine elek­ trisch nichtleitende Dichtung, die zwischen dem Basisteil und dem Deckel angeordnet ist und zwischen beiden eine her­ metische Abdichtung des elektrisch leitfähigen Gehäuses bewirkt; und Befestigungselemente zum Befestigen des Deckels an dem Basisteil, wobei die Befestigungselemente elektrische Leitermittel zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen dem Deckel und dem Basisteil des elek­ trisch leitfähigen Gehäuses aufweisen. Ferner ist bevor­ zugt vorgesehen, daß der Beschleunigungsmesser Durchfüh­ rungskondensatoren hat, die an dem elektrisch leitfähigen Gehäuse so angeordnet sind, daß hermetisch dichte elek­ trische Verbindungen durch eine Wand des Gehäuses zwischen einem außerhalb des Gehäuses befindlichen externen Schalt­ kreis und einer im Gehäuse befindlichen elektronischen Schaltung des Beschleunigungsmessers hergestellt sind, wobei der Deckel des elektrisch leitfähigen Gehäuses eine in einer Außenfläche gebildete Aussparung aufweist und die Durchführungskondensatoren an einer Seitenwand der Ausspa­ rung so befestigt sind, daß sie in der Aussparung aufge­ nommen sind. Dadurch wird die Montageleistung erhöht, ohne daß der Abschirmeffekt und die Wasserdichtigkeit des Ge­ häuses beeinträchtigt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische seitliche Schnittansicht eines bekannten Beschleunigungsmessers, die den Gesamtaufbau zeigt;

Fig. 2 eine teilweise weggeschnittene Perspektivan­ sicht des Beschleunigungsmessers, wobei die Ausbildung innerhalb des elektrisch leitfähi­ gen Gehäuses gezeigt ist;

Fig. 3 eine Teilperspektivansicht der Isolierplatte des Beschleunigungsmessers von Fig. 2, wobei die elektrischen Anschlüsse zwischen den Elek­ troden des piezoelektrischen Elements und einem Ladungsverstärker gezeigt sind.

Fig. 2 zeigt den Gesamtaufbau eines piezoelektrischen Be­ schleunigungsmessers für Kraftfahrzeuge. Der Gesamtaufbau entspricht demjenigen von Fig. 1 mit Ausnahme der nachste­ hend besonders erläuterten Einzelheiten. Hinsichtlich der Beschreibung des Gesamtaufbaus des Beschleunigungsmessers wird somit auf die obige Beschreibung Bezug genommen. Es ist jedoch in Fig. 1 zu beachten, daß das elektrisch leit­ fähige Gehäuse 1, das über den Erdungsleiter 32 mit Erde verbunden ist, elektrisch mit den Erdungsleitern der elek­ tronischen Schaltung auf der Isolierplatte 9 (über den Erdungsleiter 16 in Fig. 1) gekoppelt ist; somit sind die elektronischen Schaltungsteile auf der Isolierplatte 9 durch den Abschirmeffekt des leitfähigen Gehäuses 1 ge­ schützt, und somit werden die nachteiligen Auswirkungen durch externe Störungen wirksam unterdrückt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 soll der Innenaufbau des Be­ schleunigungsmessers innerhalb des elektrisch leitfähigen Gehäuses 1 beschrieben werden.

Das elektrisch leitfähige Gehäuse 1 umfaßt ein viereckiges kastenförmiges Basisteil 22 und einen plattenförmigen Deckel 21 (dessen Aufbau nachstehend im einzelnen erläutert wird), der am Basisteil 22 mit Befestigungsschrauben 23a, 23b, 23c und 23d befestigt ist. Eine ringförmige viereckige Dichtung 28, die z. B. aus synthetischem Gummi oder Harz besteht, ist zwischen dem Basisteil 22 und dem Deckel 21 angeordnet, die beide aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff bestehen; dadurch ist eine wasserdichte Verbin­ dung zwischen Deckel 21 und Basisteil 22 des elektrisch leitfähigen Gehäuses 1 sichergestellt; die elektrische Verbindung zwischen dem Deckel 21 und dem Basisteil 22 des Gehäuses 1 ist durch die Befestigungsschrauben 23a-23d ge­ währleistet, die aus einem elektrischen Leitermaterial be­ stehen.

Nach Fig. 2 ist die Isolierplatte 9, die z. B. aus einem Epoxidharz oder Keramik besteht, mit Befestigungsschrauben 25a-25c an einer Vielzahl von Abstandshaltern 24a-24c be­ festigt, die am Boden des Basisteils 22 des Gehäuses be­ festigt sind. Somit erfolgen die Erdanschlüsse der elek­ tronischen Schaltkreise auf der Isolierplatte 9 durch die Schrauben 25a-25c und die Abstandshalter 24a-24c, die mit dem Gehäuse 1 elektrisch verbunden sind.

Die obere und die untere Elektrode 3a und 3b des piezoelek­ trischen Elements 4 sind, wie Fig. 2 zeigt, über die Zu­ leitungen 13 bzw. 14 mit den beiden Eingängen des Ladungs­ verstärkers 6 verbunden. Die genaue Ausbildung der Zulei­ tungen 13 und 14 ist perspektivisch in Fig. 3 zu sehen. Dabei umfassen die obere und die untere Elektrode 3a und 3b des piezoelektrischen Elements 4 jeweils einen integral geformten Ansatz 30a und 30b; die abwärts gerichteten je­ weiligen Enden der Ansätze 30a und 30b der Elektroden 3a und 3b sind jeweils mit runden Elektroden 29a und 29b ver­ lötet, die an den Enden von gedruckten Leitern 9a bzw. 9b auf der Isolierplatte 9 gebildet sind. Die Leiter 9a und 9b auf der Isolierplatte 9 sind mit den Eingängen des Ladungs­ verstärkers 6 verlötet und somit elektrisch damit verbun­ den. Die Zuleitung 13 nach Fig. 2 besteht aus dem Ansatz 30a, der runden Elektrode 29a und dem Leiter 9a, während die Zuleitung 14 aus dem Ansatz 30b, der runden Elektrode 29b und dem Leiter 9b besteht. Somit kann die elektrische Verbindung zwischen den Elektroden 3a und 3b des piezoelek­ trischen Elements 4 und dem Ladungsverstärker 6 in einfa­ cher Weise durch Verlöten der Ansätze 30a und 30b der Elek­ troden 3a und 3b mit den runden Elektroden 29a und 29b der gedruckten Leiter 9a und 9b während der Montage des Be­ schleunigungsmessers hergestellt werden. Dadurch wird die Montageleistung erheblich verbessert.

Nach Fig. 2 ist der Ausgang des Ladungsverstärkers 6 mit dem Eingang eines auf der Isolierplatte 9 befestigten Ver­ stärkers 7 verbunden. Die Speisespannungszuleitung 31 und die Ausgangsleitung 33 des Verstärkers 7 sind über die drei Anschlüsse aufweisenden Kondensatoren 8a und 8b jeweils elektrisch mit den runden Anschlüssen 27a und 27b verbun­ den, die auf der Isolierplatte 9 gebildet sind. Diese drei Anschlüsse aufweisenden Kondensatoren 8a und 8b dienen als Störsignalfilter. Die Rundanschlüsse 27a und 27b sind über die Zuleitungen 31a und 33a jeweils mit den Innenanschlüs­ sen der entsprechenden Durchführungskondensatoren 10a und 10b verbunden, deren andere (d. h. äußeren) Anschlüsse über die Zuleitungen 31b und 33b mit einem elektrischen Verbin­ der 26 und weiter über die Zuleitungen 31c und 33c mit der Steuereinrichtung 11 verbunden sind. Der elektrische An­ schluß der Zuleitungen 31, 33, 31a und 33a an die Rundan­ schlüsse 27a und 27b oder der Zuleitungen 31a, 33a, 31b und 33b an die jeweiligen Anschlüsse der Durchführungskonden­ satoren 10a und 10b wird durch Löten hergestellt. Der Erdungsleiter 32 der Steuereinrichtung 11 ist über den Ver­ binder 26 mit dem Deckel 21 des Gehäuses 1 gekoppelt, wobei das Ende des Erdungsleiters 32 am elektrisch leitfähigen Gehäuse 1 auf der Oberfläche des Deckels 21 mit dem Kopf der Befestigungsschraube 23c befestigt ist. Damit ist das Gehäuse 1 über den Erdungsleiter 32 geerdet, so daß die darin befindlichen elektronischen Schaltkreise des Be­ schleunigungsmessers abgeschirmt sind.

Wie Fig. 2 deutlich zeigt, hat der Deckel 21 des Gehäuses 1 eine in seiner Oberfläche geformte viereckige Aussparung 21a zur Aufnahme der Durchführungskondensatoren 10a und 10b. Die Durchführungskondensatoren 10a und 10b sind durch Löten an einer Seitenwand der Aussparung 21a befestigt;
daher sind die Kondensatoren 10a und 10b in der Aussparung 21a des Deckels 21 vollständig aufgenommen, so daß nichts von der Oberfläche des Deckels 21 des Gehäuses 1 vorsteht. Diese Anbringung der Durchführungskondensatoren 10a und 10b in der Aussparung 21a des Deckels 21 des Gehäuses 1 bietet zusätzlich zu dem offensichtlichen Vorteil der Vermeidung von Vorsprüngen außerhalb des Gehäuses 1 den folgenden Vor­ teil: Da die Durchführungskondensatoren 10a und 10b an dem Deckel 21 befestigt sind, der vor der Montage des Beschleu­ nigungsmessers vom Basisteil 22 getrennt ist, kann der Wir­ kungsgrad des Lötvorgangs der Durchführungskondensatoren 10a und 10b verbessert werden. Da ferner die Kondensatoren 10a und 10b an dem Deckel 21 befestigt sind, kann das Ver­ löten der Zuleitungen 31a und 33a (die bereits mit den ent­ sprechenden Anschlüssen der Kondensatoren 10a und 10b ver­ lötet sind) mit den Rundelektroden 27a und 27b der Isolier­ platte 9 durchgeführt werden, bevor die Isolierplatte 9 am Basisteil 22 des Gehäuses 1 befestigt wird. Auch dies trägt zur Verbesserung der Montageleistung bei. Ferner ist zu beachten, daß die Luft- und Wasserdichtigkeit des elek­ trisch leitfähigen Gehäuses 1 verbessert wird, da der Deckel 21 des Gehäuses 1 auf dem Basisteil 22 unter Zwi­ schenfügung der Dichtung 28 montiert ist und die Durch­ führungskondensatoren 10a und 10b mit dem Deckel ohne jeden Spielraum zwischen dem Deckel 21 und den Kondensatoren 10a und 10b verlötet sind.

Claims (2)

1. Piezoelektrischer Beschleunigungsmesser mit einer Piezo­ elementeinrichtung,
die auf einer Isolierplatte (9) angeordnet ist, und ein piezo­ elektrisches Element (4), ein Paar von Elektroden (3a, 3b), die das piezoelektrische Element (4) zwischen sich halten, und ein Gewicht (2) aufweist zur Erzeugung einer einer Beschleu­ nigung entsprechenden Spannung am piezoelektrischen Element (4) aufgrund einer vom Gewicht (2) nach Maßgabe der Beschleu­ nigung auf das piezoelektrische Element (4) aufgebrachten Kraft;
wobei der Beschleunigungsmesser in einem geschlossenen kasten­ förmigen elektrisch leitfähigen Gehäuse (1), das geerdet ist, untergebracht ist; und
einen Ladungsverstärkerkreis (6) zur Verstärkung der im piezo­ elektrischen Element (4) erzeugten Spannung, der auf der Iso­ lierplatte (9) befestigt ist und dessen Eingänge elektrisch mit den Elektroden (3a, 3b) gekoppelt sind, sowie Durchfüh­ rungskondensatoren (10a, 10b) zum elektrischen Anschluß, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Elektrode (3a, 3b) des piezoelektrischen Elements (4) einen integral geformten Ansatz (30a, 30b) aufweist, wobei der jeweilige Ansatz unmittelbar mit einer Anschlußfläche (29a, 29b) eines Leiters (9a, 9b) des Leitermusters auf der Isolier­ platte (9) verbunden ist.

2. Piezoelektrischer Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kastenförmige Gehäuse (1) einen Deckel (21) aufweist, welcher eine an einer Außenfläche gebildete Aussparung (21a) besitzt und wobei die Durchführungskondensatoren (10a, 10b) an einer Seitenwand der Aussparung (21a) so befestigt sind, daß sie von der Aussparung aufgenommen sind.