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Title:
SENSOR MODULE FOR A PRESSURE-MEASURING SHEATHED-ELEMENT GLOW PLUG
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/022139
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a sensor module, comprising a sensor housing, at least one piezoelectric transducer element, which is arranged in the sensor housing, and at least one insulating body, which is arranged adjacent to the transducer element in the sensor housing, wherein the insulating body has at least one recess on the outer circumference of the insulating body, in which recess a contact of the transducer element extends. The invention further relates to a pressure-measuring glow plug having such a sensor module.

Inventors:
SCHOLZEN HOLGER (DE)
KRUEGER JUERGEN (DE)
MAIER-SCHLEICH ANKE (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/065372
Publication Date:
February 19, 2015
Filing Date:
July 17, 2014
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
G01L23/10; F02P19/02; F23Q7/00
Domestic Patent References:
WO2010136229A12010-12-02
WO2014067722A12014-05-08
Foreign References:
JP2011144978A2011-07-28
DE102010038798A12012-02-02
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Claims:
Ansprüche 1. Sensormodul (1 ) mit

einem Sensorgehäuse (2),

zumindest einem piezoelektrischen Wandlerelement (3), das in dem Sensorgehäuse (2) angeordnet ist, und

zumindest einem Isolierkörper (4), der in dem Sensorgehäuse (2) neben dem

Wandlerelement (3) angeordnet ist, wobei

der Isolierkörper (4) an seinem Außenumfang zumindest eine Aussparung (41 ) aufweist, in der eine Kontaktierung (8) des Wandlerelements (3) verläuft.

2. Sensormodul (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der Isolierkörper (4) eine im Wesentlichen quadratische Form mit einer Aussparung (41 ) an jeder Seite aufweist, so dass eine symmetrische Form des Isolierkörpers (4) vorliegt, wobei vorzugsweise die Kontaktierung (8) des Wandlerelements (3) in zwei Aussparungen verläuft.

3. Sensormodul (1 ) nach Anspruch 2, wobei der Isolierkörper (4) abgerundete Ecken (44) aufweist, wobei vorzugsweise deren Rundungsverläufe auf demselben Kreisumfang

(45) liegen.

4. Sensormodul (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die

Aussparungsform eine abgerundete Form ist.

5. Sensormodul (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das

Wandlerelement (3) eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt aufweist.

6. Sensormodul (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Kontaktelement (5) zwischen Isolierkörper (4) und Wandlerelement (3) angeordnet ist, das mit der Kontaktierung (8) in Verbindung steht.

7. Sensormodul (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Isolierkörper (4) aus einem keramischen Material besteht, vorzugsweise aus Aluminiumoxid.

8. Sensormodul (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das

Sensorgehäuse (2) eine hohlzylindrische Form aufweist, und wobei vorzugsweise ein Deckelelement (6, 7) an jedem Ende des hohlzylindrischen Sensorgehäuses (2) vorgesehen ist, das zumindest eine Aussparung (61 , 71 ) an seinem Außenumfang aufweist und die innenliegende Isolierkörper-Wandlerelement-Einheit fixiert.

9. Sensormodul (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das

Sensormodul (1 ) ferner einen weiteren Isolierkörper (4) aufweist und das Wandlerelement (3) zwischen den beiden Isolierkörpern (4) angeordnet ist, vorzugsweise wobei der weitere Isolierkörper (4) zur Kraftübertragung auf das Wandlerelement (3) vorgesehen ist.

10. Sensormodul (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die

Isolierkörperherstellung durch einen Kaltpressvorgang oder ein CIM-Verfahren umgesetzt ist.

1 1 . Druckmessglühkerze (9) mit

einem Gehäuse (91 ),

einem in dem Gehäuse (91 ) angeordneten Elektronikmodul (92),

einem in dem Gehäuse angeordneten Sensormodul (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, und

einem zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses (91 ) angeordneten Glühstift (93), der mit dem Sensormodul (2) mechanisch in Verbindung steht,

wobei die Kontaktierung (94) zwischen Glühstift (93) und Elektronikmodul (92) zumindest teilweise in einem innenumfänglichen Kanal (41 , 51 1 , 61 , 71 ) des Sensormoduls (2) verläuft, der durch die jeweilige außenumfängliche Aussparung (41 , 61 , 71 ) von zumindest Deckelelement (6, 7) und Isolierkörper (4) gebildet wird.

Description:
Beschreibung Sensormodul für Druckmessglühstiftkerze Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Sensormodul für eine Druckmessglühkerze oder

Druckmessglühstiftkerze, und genauer gesagt ein Brennraumdrucksensormodul mit einem bauraum-optimierten Isolierkörper für eine Druckmessglühkerze zur Anordnung in einer Kammer einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, so zum Beispiel einer Vor-, Wirbel- oder Brennkammer eines luftverdichtenden, selbstzündenden Dieselmotors, eines selbstzündenden HCCI-Ottomotors oder auch für einen„normalen" Otto-Motor. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Druckmessglühkerze mit einem derartigen

Sensormodul, oder alternativ dazu einen Stand-alone-Brennraumdrucksensor mit einem derartigen Sensormodul.

Aufgrund immer strenger werdender Gesetzgebung bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der dabei entstehenden Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, speziell im Kraftfahrzeugbereich, sind Weiterentwicklungen der Verbrennungssteuerung sowie der zugehörigen Steuerungsbauteile notwendig. Als ein entscheidender Faktor der

Verbrennung, der zu optimieren ist, wurde in der jüngsten Vergangenheit der

Brennraumdruck identifiziert, der eine entscheidende Rolle beim Erreichen einer optimalen Verbrennung im Brennraum von selbstzündenden Brennkraftmaschinen oder bei einem Otto-Prozess spielt. Um nun diesen messen zu können, müssen

Brennraumdrucksensoren im Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen werden.

Ein Beispiel für einen alleinstehenden Brennraumdrucksensor für einen Otto-Motor kann der DE 10 2009 026 436 A1 entnommen werden, in der eine Vorrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks eines Otto-Motors beschrieben ist, bei der eine dem Brennraum zugewandte Öffnung eines Brennraumdrucksensorgehäuses mit einer Membran verschlossen ist. Hinter der Membran im Inneren des Sensorgehäuses ist ein

mechanisch-elektrisches Wandlerelement, auch piezoelektrisches Wandlerelement genannt, angeordnet, wobei ein Brennraumdruck über die Membran auf das Wandlerelement mit Hilfe eines Übertragungselements zu übertragen, das zumindest teilweise aus einem wärmeisolierenden Material besteht, um eine Wärmeschädigung des Wandlerelements und der dazugehörigen elektrischen Leitungen durch die

Brennraumhitze zu verhindern beziehungsweise zu verringern.

Alleinstehend angeordnete Brennraumdrucksensoren wie vorhergehend beschrieben erfordern jedoch bauliche Umbaumaßnahmen der bekannten Brennräume von

Brennkraftmaschinen sowie benötigen diese zusätzlichen Bauraum. Es ist jedoch vorzuziehen, eine Verbrennung in dem Brennraum möglichst wenig durch derartige Umbaumaßnahmen zu beeinflussen. In den Brennräumen bekannter Dieselmotoren befindet sich als Kaltstarthilfe bereits jeweils mindestens eine elektrisch beheizbare Glühkerze, auch GLP (von dem englischen Fachbegriff„glow plug") genannt, mittels der der Dieselmotor in der Startphase vorgeglüht wird. Glühkerzen können ein Heizelement aus Metall oder aus Keramik aufweisen, auch Glühstift genannt. Derartige Glühkerzen finden weiterhin in Glühzündermotoren oder als Kaltstarthilfe beim Anlassen von mit Kerosin betriebenen Gasturbinen und Ölheizungen verbreitet Anwendung. Um nun den oben genannten Problemen zu begegnen, wurden in der Vergangenheit Lösungen vorgeschlagen, bei denen der Brennraumdrucksensor in die Glühkerze im Brennraum integriert ist. Ein Beispiel für eine derartige sogenannte Druckmessglühkerze ist der DE 10 201 1 088 474 A1 zu entnehmen, bei der in einem Glühmodul der Druckmessglühkerze ein Brennraumdruck von einem in einem zylindrischen Übertragungselement

angeordneten Glührohr aufgenommen und von dem Übertragungselement über ein rundes Druckstück auf einen kreisförmigen Drucksensor in Gestalt eines

piezoelektrischen Wandlerelements übertragen wird. Der Drucksensor ist dabei mit einem festen Gegenlager in dem Glühmodulgehäuse fixiert. Eine Kontaktierung des Glührohrs findet dabei über einen Anschlussbolzen und eine dazugehörige elektrische Leitung statt, die durch eine zentrale Bohrung in dem Drucksensor und dem Druckstück verläuft.

Die vorhergehend beschriebene Lösung mittels einer Druckmessglühkerze ist durch die zentrale Kontaktierung jedoch durch die Herstellungsschritte des Bohrens der zentralen Bohrung und des Rundformen des Drucksensors überaus aufwendig in der Herstellung, was bei der Montage der Glühstiftkerze hohe Kosten verursacht.

Offenbarung der Erfindung Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Sensormodul einer Druckmessglühkerze mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen, vorzugsweise für eine selbstzündende Brennkraftmaschine oder auch eine fremdgezündete Brennkraftmaschine. Genauer gesagt weist das erfindungsgemäße Sensormodul dabei unter anderem ein

Sensorgehäuse sowie zumindest ein in dem Sensorgehäuse angeordnetes

piezoelektrisches Wandlerelement und zumindest einen Isolierkörper auf, der ebenfalls in dem Sensorgehäuse, neben dem Wandlerelement, angeordnet ist. Der Isolierkörper ist dazu vorgesehen, als Wärmeschutz-Isolation das Wandlerelement vor hoher

Temperatureinwirkung durch die Brennraumtemperatur sowie als elektrische Isolation das Wandlerelement mit einer erhöhten Durchschlagsicherheit und einem hohen elektrischen Oberflächenwiderstand zu versehen. Der Isolierkörper kann insbesondere aus einem keramischen Material bestehen, vorzugsweise aus Aluminiumoxid (Al 2 0 3 ). Um eine Kontaktierung des Wandlerelements, also eine elektrische Verbindung mit dem

piezoelektrischen Wandlerelement zur Messung von auf das Wandlerelement

einwirkenden Kräften zu ermöglichen, ist in dem Isolierkörper an dessen Außenumfang zumindest eine Aussparung vorgesehen, in der die elektrische Kontaktierung des

Wandlerelements verläuft, vorzugsweise in der Form eines oder mehrerer Kabel, mit den das Wandlerelement kontaktiert ist. Unter einem piezoelektrischen Wandlerelement ist allgemein ein Element zu verstehen, welches mechanische Einwirkungen, beispielsweise eine Krafteinwirkung, die eine Längenänderung des Wandlerelements bewirkt, in elektrische Signale umwandeln kann. Das Wandlerelement ist hier vorzugsweise eine Piezokeramik oder ein Quarzmaterial wie beispielsweise Siliziumdioxid (Si0 2 ). Alternativ oder zusätzlich kann das piezoelektrische Wandlerelement jedoch auch andere Arten von mechanisch-elektrischen

Wandlerelementen umfassen, die zur Umwandlung mechanischer in elektrische Signale eingerichtet sind. Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Zuleitung zu einem Druckaufnehmer, beispielsweise einem Glühstift einer Druckmessglühkerze, aufgrund der zumindest einen Aussparung seitlich an dem Sensormodul, insbesondere an dem piezoelektrischen Wandlerelement vorbeigeführt werden kann, kann das Wandlerelement insbesondere vollflächig ausgestaltet sein, beispielsweise als vollflächiges Quaderelement ohne zentrale Öffnung, oder alternativ dazu als Scheibe mit polygonalem Querschnitt oder dergleichen. Eine Kraftübertragung zwischen Druckaufnehmer und Wandlerelement wird vorzugsweise dadurch umgesetzt, dass zwischen einem Aufnahmebauteil des Glühstifts und dem piezoelektrischen Wandlerelement ferner mindestens ein Übertragungselement zum Kraftübertrag von dem Aufnahmebauteil auf das Wandlerelement angeordnet ist, beispielsweise in Form eines weiteren Isolierkörpers. Ein derartiger Kraftübertrag kann grundsätzlich den Übertrag von Kräften, Drücken, Bewegungen oder ähnlichen, durch den Brennraumdruck hervorgerufenen mechanischen Zustandsänderungen umfassen. Das Übertragungselement kann insbesondere stabförmig oder auch ringförmig ausgestaltet sein.

Durch die Vorbeiführung der Zuleitung zu dem Druckaufnehmer mittels der zumindest einen Aussparung kann ein piezoelektrisches Wandlerelement zum Einsatz kommen, dessen Herstellung weitaus kostengünstiger als die Herstellung eines beispielsweise kreisrunden Wandlerelements mit zentraler Bohrung ist. Ferner kann mit dem

vorgeschlagenen Sensormodul eine deutlich erhöhte Einbaukompatibilität der einzelnen Komponenten in dem Sensormodul sowie des Sensormoduls an sich und der weiteren Komponenten der entsprechenden Druckmessglühkerze in dieser erzielt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche möglich.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sensormoduls weist der Isolierkörper eine im Wesentlichen quadratische Form mit einer Aussparung an jeder Seite auf. Dadurch kommt eine symmetrische Form des Isolierkörpers zustande, mit dem Vorteil, dass eine entsprechende Herstellung des Isolierkörpers erreicht wird und ein versehentlicher falscher Einbau des Isolierkörpers in das Sensormodul verhindert werden kann, da jede Seite der quadratischen Gestalt des Isolierkörpers gleich aufgebaut ist. Eine derartige Gestaltung des Isolierkörpers erfüllt die Voraussetzungen des Poka Yoke- Prinzips, welches technische Vorkehrungen bzw. Einrichtungen zur sofortigen

Fehleraufdeckung und -Verhinderung umfasst. Vorzugsweise verläuft mit einer derartigen symmetrischen Gestalt die Kontaktierung des Wandlerelements in zwei Aussparungen des Isolierkörpers. Bei Verwendung von elektrisch leitenden Kabeln als Kontaktierung bedeutet das, dass das mit der Plus-Seite des piezoelektrischen Wandlerelements verbundene Kabel in einer Aussparung des Isolierkörpers und das mit der Minus-Seite des piezoelektrischen Wandlerelements verbundene Kabel in einer anderen Aussparung des Isolierkörpers verlaufen kann. Dadurch bleiben bei einem symmetrisch aufgebauten Isolierkörper, also einem Isolierkörper mit vier Aussparungen zwei Aussparungen unbelegt, in denen andere Leitungen verlaufen können, wie zum Beispiel die bereits oben erwähnte Zuleitung zu dem Druckaufnehmer des Druckmesssensors. Weiter

vorzugsweise hat der im Wesentlichen quadratische Isolierkörper abgerundete Ecken, so dass der Isolierkörper mit nur geringem Spiel in das kreisförmige Innere des

hohlzylindrischen Sensorgehäuses eingesetzt werden kann, wobei ein Abstand zwischen den geraden Anteilen der Quaderseiten des Isolierkörpers und dem Innenumfang des Sensorgehäuses verbleibt. Die Rundungsverläufe der abgerundeten Ecken des

Isolierkörpers, das heißt die Krümmung der Kurvenverläufe der jeweiligen Abrundungen der Ecken liegen vorzugsweise auf demselben Kreisumfang, was ein optimales

Einpassen des Isolierkörpers in das hohlzylindrische Sensorgehäuse optimiert.

Weiter bevorzugt hat die zumindest eine Aussparung eine abgerundete Form, beispielsweise die Form eines unteren Teils eines Halbkreises. Dabei können die

Übergänge zwischen der halbkreisförmigen Aussparung und den geraden Seitenflächen des quaderförmigen Isolierkörpers ebenfalls abgerundet sein, um eventuell auftretende scharfe Kanten zu vermeiden. Alternativ dazu können die Aussparungen auch eine eckige Form aufweisen, die funktional Vorteile gegenüber der abgerundeten Form haben kann. Der Isolierkörper nimmt durch die vorhergehend beschriebenen Gestaltungsmerkmale einem im Wesentlichen x-förmige Gestalt an. Damit ist die Außenkontur des Isolierkörpers so gestaltet, dass sowohl das Zusammenspiel mit sensormodul-externen als auch mit sensormodul-internen Nachbarbauteilen platzoptimiert ist. Gleichzeitig ist die Außenkontur des Isolierkörpers so gestaltet, dass der bauraum-optimierte Aufbau durch einen geeigneten Montageprozess unterstützt werden kann.

Anhand der Gestaltung des Isolierkörpers wie vorhergehend beschrieben ist es vorzuziehen, dass das Wandlerelement eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt aufweist. Ein quaderförmiges Wandlerelement hat den Vorteil, dass er kostengünstig herzustellen ist, ohne zusätzliche Herstellungsschritte, wie beispielweise ein Bohren eines zentralen Lochs zu benötigen. Weiter bevorzugt ist bei der Anordnung des Isolierkörpers und des Wandlerelements in dem Sensorgehäuse des Sensormoduls zumindest ein Kontaktelement zwischen Isolierkörper und Wandlerelement angeordnet, so dass ein Ladungssignal, das durch das Wandlerelement bei Aufbringen einer Kraft auf dasselbe erzeugt wird, durch das Kontaktelement aufgenommen und über die Kontaktierung, mit der das Kontaktelement in Verbindung steht, zur Auswertung des Ladungssignals an eine Auswerteinrichtung oder dergleichen, wie zum Beispiel eine Signalverarbeitungseinheit eines Elektronikmoduls der Druckmessglühkerze weitergeleitet werden kann. Das

Kontaktelement weist eine Kontaktplatte sowie einen Kontaktarm auf, wobei die Kontaktplatte in Anlage mit einer Grundfläche des Wandlerelements geht und der Kontaktarm in einer Aussparung des Isolierkörpers angeordnet ist. Die Kontaktplatte des Kontaktelements weist zudem zumindest eine Aussparung auf, die mit der zumindest einen Aussparung in dem Isolierkörper übereinstimmt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Sensorgehäuse eine hohlzylindrische Form auf, also die Gestalt eines hohlen Zylinders, dessen Enden offen sind und damit einen nach außen hin offenen Innenraum bereitstellen. Dabei ist vorzugsweise ein Deckelelement an jedem offenen Ende des hohlzylindrischen

Sensorgehäuses vorgesehen, um den Innenraum prinzipiell nach außen hin

abzuschließen und die im Inneren des Sensorgehäuses angeordneten Komponenten, wie zum Beispiel das Wandlerelement und den zumindest einen Isolierkörper darin einzuschließen und mitunter darin zu fixieren. Jedes Deckelelement weist zumindest eine Aussparung an seinem Außenumfang auf, so dass der Innenraum des Sensorgehäuses nicht vollständig nach außen hin abgeschlossen ist. Die Aussparung ist im

zusammengebauten Zustand des Sensormoduls in lagetechnischer Übereinstimmung mit einer der Aussparungen in dem Isolierkörper, so dass ein durchgehender, umseitig geschlossener Kanal durch das Deckelelement, den Isolierkörper sowie den Innenumfang des Sensorgehäuses ausgebildet wird. Vorzugsweise weist jedes Deckelelement eine symmetrische Gestalt auf, was bedeutet, dass jedes Deckelelement zumindest zwei Aussparungen aufweist, die zueinander entgegengesetzt angeordnet sind.

Weiter bevorzugt hat das Sensormodul einen weiteren Isolierkörper, der eine identische Gestaltung wie der vorhergehend beschriebene Isolierkörper aufweist. Das

Wandlerelement ist dabei im eingebauten Zustand zwischen den beiden Isolierkörpern angeordnet, wobei in einer bevorzugten Ausführung die Bauteile des Sensormoduls in der Reihenfolge Deckelelement, Isolierkörper, Kontaktelement, Wandlerelement,

Kontaktelement, Isolierkörper, Deckelelement angeordnet sind. Durch die in den jeweiligen Bauteilen vorgesehenen Aussparungen, das heißt die jeweilige Aussparung in Deckelelement, Isolierkörper und Kontaktelement, sowie durch die„kleine" Gestalt des Wandlerelements entsteht ein durchgehender Kanal zwischen Bauteilen und

Sensorgehäuseinnenwand, in dem ein Kabel oder dergleichen geführt sein kann. Der weitere Isolierkörper ist vorzugsweise zur Druckübertragung auf das Wandlerelement vorgesehen, wobei ein druckübertragendes Bauteil Druckkräfte auf den weiteren

Isolierkörper übertragen kann, der diese wiederum an das Wandlerelement überträgt. Die Isolierkörpergestalt mit seiner oben beschriebenen Außenkontur kann einfach konstruktiv extrudiert werden, so dass ein einfaches Bauteil entsteht. Eine Isolierkörperherstellung, also die Herstellung des zumindest einen Isolierkörpers oder des weiteren Isolierkörpers kann daher durch einen Kaltpressvorgang umgesetzt werden, wobei jede andere Art der Herstellung eines keramischen Formkörpers ebenso zum Einsatz kommen kann, wie zum Beispiel Keramikpulverspritzguß, auch Ceramic injection Molding-Verfahren (kurz: CIM- Verfahren) genannt.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Druckmessglühkerze bereitgestellt, die ein Gehäuse, ein in dem Gehäuse angeordnetes Elektronikmodul, ein in dem Gehäuse angeordnetes Sensormodul wie oben beschrieben und einen zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses angeordneten Glühstift aufweist, der mit dem

Sensormodul mechanisch in Verbindung steht. Das bedeutet, dass ein zu messender Brennraumdruck über den Glühstift auf das Sensormodul, und genauer gesagt über den weiteren Isolierkörper auf das Wandlerelement übertragen wird, dieser durch das

Wandlerelement in ein Ladungssignal umgewandelt wird, welches anschließend durch die Kontaktierung aus dem Sensormodul heraus und zu dem Elektronikmodul geleitet wird, durch das das Ladungssignal ausgewertet werden kann. Eine Kontaktierung zwischen Glühstift und Elektronikmodul, das außer einer Auswerteinheit zum Auswerten des Ladungssignals auch eine Steuereinheit zum Steuern des Erhitzens des Glühstifts aufweisen kann, verläuft zumindest teilweise in einem innenumfänglichen Kanal des Sensormoduls, der durch die jeweilige außenumfängliche Aussparung von zumindest Deckelelement und Isolierkörper gebildet wird. Dadurch wird ermöglicht, die Kontaktierung des Glühstifts innerhalb des Sensormoduls verlaufen zu lassen, anstatt außerhalb des Sensormoduls, wodurch ein Bauraum der gesamten Druckmessglühkerze in Bezug auf deren Durchmesser verringert werden kann.

Vorteile der Erfindung

Mit dem erfindungsgemäßen Sensormodul und dem darin angeordneten Isolierkörper ist ein kostengünstiger Sensormodul-Aufbau möglich, da durch die Verwendung des bauraum-optimierten Isolierkörpers die Verwendung eines kostengünstigen piezoelektrischen Wandlerelements mit quadratischem Querschnitt ermöglicht. Ferner kann durch die spezielle Gestaltung des Isolierkörpers wie vorhergehend beschrieben eine radiale Verschachtelung der Nachbarbauteile erzielt werden, wodurch ein geringer Gesamt-Durchmesser des Sensormoduls und damit ein geringerer durch die

Druckmessglühkerze benötigter Bauraum erreicht werden kann. Zudem kann aufgrund der Form des bauraum-optimierten Isolierkörpers mit abgerundeten Ecken und geraden Seitenflächen ein optimales Einpassen in das Sensorgehäuse mit seitlichem Ausrichten erreicht werden, so dass mittels geeigneter Vorrichtungen die radiale Lage des

Isolierkörpers ausgerichtet werden kann, was eine Toleranzminimierung mit sich bringt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Sensormoduls gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; zeigt das in Figur 1 gezeigte Sensormodul aus einer anderen Perspektive;

Figur 3a zeigt eine perspektivische Ansicht eines Isolierkörpers des in Figuren 1 und

2 gezeigten Sensormoduls;

Figur 3b zeigt eine Draufsicht auf den in Figur3a gezeigten Isolierkörper; und zeigt eine Druckmessglühkerze mit dem darin angeordneten Sensormodul gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensormoduls 1 in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht. Das Sensormodul 1 weist ein vorzugsweise aus Stahl, beispielsweise Stahl mit der Werkstoffnummer 1 .4016, hergestelltes Sensorgehäuse 2 in Form eines Hohlzylinders auf, in dem ein mechanischelektrisches Wandlerelement 3 zentral angeordnet ist, also ein Wandlerelement, das eine mechanische Formveränderung in ein elektrisches Signal umwandeln kann, und umgekehrt. Insbesondere handelt es sich hier bei dieser Ausführungsform um ein piezoelektrisches Wandlerelement 3 in quadratischer Form. Wie es auch in Figur 2 zu erkennen ist, weist das Wandlerelement 3 an jeder seiner Grundflächen (im Unterschied zu den Seitenflächen) eine vorzugsweise aus Stahl, beispielsweise aus Stahl mit der Werkstoffnummer 1 .4301 , bestehende Elektrode 5 als Kontaktelement auf, wobei jede Elektrode 5 aus einer Elektrodenplatte 51 als Kontaktplatte und einem Elektrodenarm 52 als Kontaktarm besteht. In jeder Elektrodenplatte 51 ist zumindest eine Aussparung 51 1 an dessen Außenumfang vorgesehen, hier in Form einer halbrunden Einbuchtung. Das Wandlerelement 3 zusammen mit den daran angeordneten Elektroden 5 ist zwischen Isolierkörpern 4 angeordnet beziehungsweise eingebracht. Ferner ist die Anordnung aus Wandlerelement 3, Isolierkörpern 4 und Elektroden 5 in dem Sensorgehäuse 2 durch einen ersten Fixierbolzen 6, der vorzugsweise aus Stahl, beispielsweise mit der

Werkstoffnummer 1 .4301 , besteht, auf der einen Seite und einem zweiten Fixierbolzen 7, der ebenfalls vorzugsweise aus Stahl besteht, auf der anderen Seite fixiert. Die

Fixierbolzen 6, 7 dienen dabei als Deckelelemente, die das Sensorgehäuse 2 nach außen hin zumindest teilweise abschließen.

Die Isolierkörper 4 weisen jeweils eine Aussparung 41 in jeder Seitenfläche auf, also in dessen Außenumfang, wobei ein jeweiliger Elektrodenarm 52 in eine der Aussparungen 41 des Isolierkörpers 4 auf Seite des zweiten Fixierbolzens 7 gebogen ist

beziehungsweise so geknickt ist, dass die jeweilige Aussparung 41 durch den

Elektrodenarm 52 zumindest teilweise abgedeckt ist. Jeder der Fixierbolzen 6, 7 weist an seinem Außenumfang zwei Aussparungen 61 , 71 auf, die über den jeweiligen

Fixierbolzen 6, 7 hinweg zueinander entgegengesetzt angeordnet sind. Die Aussparungen 71 des zweiten Fixierbolzens 7 gehen in eine axiale Durchgangsbohrung 721 eines Vorsprungs 72 des Fixierbolzens 7 über, wie es in Figur 2 zu sehen ist. Zudem sind in dem Vorsprung 72 weitere axiale Durchgangsbohrungen 722 vorgesehen, die sich durch den gesamten Fixierbolzen 7 hinweg erstrecken. In jeder der Durchgangsbohrungen 722 ist ein Sensorkabel 8 durchgeführt, das jeweils mit einem entsprechenden Elektrodenarm 52 der Elektroden 5 in Verbindung steht. Jedes Sensorkabel 8 ist durch eine Isolierung 81 , vorzugsweise aus Teflon, in der jeweiligen Durchgangsbohrung 722 abgedichtet angeordnet. Der erste Fixierbolzen 6 weist zusätzlich zu den Aussparungen 61 eine zentrale axiale Durchgangsbohrung 62 auf. Wie es beispielweise Figur 4 zu entnehmen ist, ist das Sensorgehäuse 2 üblicherweise so in einer Druckmessglühkerze 9 angeordnet, dass der erste Fixierbolzen 6 auf der dem Brennraum zugewandten Seite des

Sensorgehäuses 2 angeordnet ist, und dass der zweite Fixierbolzen 7 auf der von dem Brennraum abgewandten Seite des Sensorgehäuses 2 angeordnet ist. Der erste

Fixierbolzen 6 kann demnach auch als brennraumseitiger Fixierbolzen 6 bezeichnet werden, und der zweite Fixierbolzen 7 kann demnach auch als brennraumabgewandter Fixierbolzen 7 bezeichnet werden, wobei die Durchgangsbohrung 62 in dem brennraumzugewandten Fixierbolzen 6 folglich zu dem (nicht gezeigten) Brennraum hin ausgerichtet ist.

Wie es in Figuren 1 und 2 zu sehen ist, sind die an und in dem Sensorgehäuse 2 angeordneten Bauteile 3, 4, 5, 6, 7 so angeordnet, dass die Aussparung 61 des brennraumseitigen Fixierbolzens 6, die Aussparung 41 des brennraumseitigen

Isolierkörpers 4 auf der Seite des ersten Fixierbolzens 6, die Aussparung 51 1 der brennraumseitigen Elektrode 5 auf der Seite des ersten Fixierbolzens 6, die Aussparung 51 1 der brennraumabgewandten Elektrode 5 auf der Seite des zweiten Fixierbolzens 7, die Aussparung 41 des brennraumabgewandten Isolierkörpers 4 auf der Seite des zweiten Fixierbolzens 7 und die Aussparung 71 in Kombination mit der

Durchgangsbohrung 721 des brennraumabgewandten Fixierbolzens 7 einen durch das Sensormodul 1 hindurchgehenden Kanal bilden, der durch die Bauteile 3, 4, 5, 6, 7 auf der einen Seite und die Innenumfangswand des Sensorgehäuses 2 auf der anderen Seite umschlossen ist. Das Wandlerelement 3 ist in seiner Größe so gewählt, dass es nicht in den Kanal hineinragt. Wie es ebenfalls in Figuren 1 und 2 zu sehen ist, sind das

Wandlerelement 3, die Isolierkörper 4 sowie der erste und der zweite Fixierbolzen 6, 7 als symmetrische Bauteile ausgebildet, was die Möglichkeit einer Fehlmontage dieser Bauteile in und an dem Sensorgehäuse 1 stark verringert wenn nicht sogar gänzlich verhindert.

In Figur 3a ist ein Isolierkörper 4 gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensormoduls 1 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt, und in Figur 3b ist eine Draufsicht auf den Isolierkörper 4 dargestellt. Der Isolierkörper 4 besteht aus zwei vorzugsweise ebenen Grundflächen 42 und vier prinzipiell geraden

Seitenflächen 43. Am Außenumfang des Isolierkörpers 4, also in jeder der Seitenflächen 43 ist jeweils eine halbrunde Aussparung 41 vorgesehen. Die Ecken 44 des Isolierkörpers 4 sind so abgerundet, dass deren Rundung auf einem gemeinsamen Kreis 45 liegt, dessen Zentrum 46 vorzugsweise im Zentrum der Grundflächen 42 des Isolierkörpers 4 liegt. Der Isolierkörper 4 weist bei dieser Ausführungsform zudem einen

Formtrennungsabsatz oder Formtrennabsatz 47 auf, der fertigungstechnisch notwendig ist, wenn der keramische Isolierkörper 4 im CIM-Verfahren hergestellt wird. Alternativ dazu kann der Formtrennabsatz 47 weggelassen werden, wenn der Isolierkörper 4 beispielsweise durch ein Pressverfahren hergestellt wird. In Figur 4 ist schließlich ein Teil der Druckmessglühkerze 9 in einer teilweise

geschnittenen perspektivischen Ansicht gezeigt, die die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensormoduls 1 aufweist. Wie es Figur 4 zu entnehmen ist, besteht die Druckmessglühkerze 9 aus einem zweigeteilten Kerzengehäuse 91 , in dem neben dem Sensormodul 1 ein Elektronikmodul 92 sowie ein Glühstift 93 angeordnet sind, wobei der Glühstift 93 zumindest teilweise aus der Druckmessglühkerze 9 in Richtung des Brennraums (nicht gezeigt) hinausragt. Der Glühstift 93 ist in einem Halterohr 95 angeordnet, das axial beweglich in dem Kerzengehäuse 91 gelagert ist. Der Glühstift 93 ist ferner durch eine Drahtverbindung mit einem Anschlussbolzen 96 elektrisch

verbunden, der wiederum durch eine Kontaktierung 94 in Form eines Kontaktdrahts mit dem Elektronikmodul 92 verbunden ist. Um bei der Druckmessglühkerze 9 Bauraum zu sparen ist die Kontaktierung 94 innerhalb des Sensormoduls 1 in dem oben genannten Kanal verlegt, der durch die Bauteile 3, 4, 5, 6, 7 auf der einen Seite und die

Innenumfangswand des Sensorgehäuses 2 auf der anderen Seite umschlossen ist.

Dadurch kann das Sensormodul 1 beziehungsweise das Sensorgehäuse 2 direkt in das Kerzengehäuse 91 eingesetzt werden, ohne zwischen diesem und dem Kerzengehäuse 91 eine Kontaktierung in Form von Kabeln verlaufen zu haben. Der Anschlussbolzen 96 ist ebenfalls in dem Halterohr 95 fest angeordnet, wobei ein brennraumabgewandtes Ende des Anschlussbolzens 96, das mit der Kontaktierung 94 in Verbindung steht, aus dem Halterohr 95 zumindest teilweise hervorsteht. Das brennraumabgewandte Ende des Anschlussbolzens 96 ist dabei so angepasst, dass es beweglich in der

Durchgangsbohrung 62 des ersten Fixierbolzens 6 angeordnet ist und mit dem

brennraumseitigen Isolierkörper 4 mechanisch in Kontakt steht. Bei einem Einsatz der Druckmessglühkerze 9 in einem Brennraum würde nun eine

Erhöhung des Brennraumdrucks den Glühstift 93 und damit den Anschlussbolzen 96 über das Halterohr 95 in axialer Richtung verschieben, so dass durch den Anschlussbolzen 96 eine Kraft über den brennraumseitigen Isolierkörper 4 auf das Wandlerelement 3 ausgeübt wird. Diese Kraft wird von dem Wandlerelement 3 in ein Ladungssignal umgewandelt, das über die Sensorkabel 8 zu dem Elektronikmodul 92 übertragen wird. Auf diese Weise kann der Brennraumdruck auf platzsparende Art und Weise mit einer Druckmessglühkerze 9 gemessen werden, die zudem ihre Glühfunktion durch den Glühstift 93 erfüllt. Der zu messende Druck wird demnach beim Auftreffen auf die

Druckmessglühkerze 9 beziehungsweise auf den Glühstift 93 innerhalb deren Bauteile als Kraftsignal bis zum Sensormodul 1 übertragen, wo das Kraftsignal durch das piezoelektrische Wandlerelement 3 in ein Ladungssignal umgewandelt wird; das

Ladungssignal ist hier die Differenz-Ladung zwischen den beiden Potentialen des Wandlerelements 3. Eine Auswerteschaltung, die durch das Elektronikmodul 92 umgesetzt sein kann, wandelt anschließend das Ladungssignal in ein druckproportionales Spannungssignal um.

Als Einsatzgebiet für ein erfindungsgemäßes Sensormodul 1 und eine damit bestückte Druckmessglühkerze 9 sind noch weitere Anwendungsgebiete denkbar, wie zum Beispiel für einen Kraftstoffheizer wie beispielsweise einen Ethanolheizer in einem Flex- Startsystem, oder jede Form von elektrischem Rohrheizkörper, in dem ein nicht isolierter Heizwiderstand in eine Pulverpackung eingebettet ist. Alternativ dazu kann das

Sensormodul 1 auch bei einem Stand-alone-Brennraumdrucksensor zum Einsatz kommen.