DE3105995A1 - Sensor zur messung des ventilspiels - Google Patents

Description

• Sensor zur Messung des Ventilspiels
• Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung des Ventilspiels bei insbesondere Brennkraftmaschinen.
• Das Ventilspiel von beispielsweise Otto- oder Dieselmotoren wird im allgemeinen mit sogenannten "Fühlerlehren"-mechanisch eingestellt bzw. gemessen. Für diese Messung und die davon abhängige Einstellung des Ventilspiels wird die Nockenwelle des Motors so verdreht, daß das einzustellende Ventil absolut geschlossen ist. In diesem Zustand wird mit einer Vielzahl von maßlich fein abgestuften Metallstreifen, den sog. "Fühlerlehren", der freie Spalt zwischen Kipphebel und Ventilschaft gemessen.
• Die Breite dieses Spaltes beträgt in der Regel zwischen 0,1 mm und 0,4 mm, wobei die Einstellung, bedingt durch die Abstufung der Fühlerlehren, im allgemeinen 0,05 mm genau erfolgen kann.
• Diese Messung ist wegen der erforderlichen, genauen Xinstellung des Ventilspiels einerseits sehr umständlich und zeitraubend, da mit verschiedenen Fühlerlehren geprüft werden muß, welches Ventilspiel eigentlich vorliegt und zum anderen vom Gefühl des messenden Mechanikers stark abhängig.
• Aus der DE-A-24 48 710 ist ein Verfahren zum Messen des Ventilspiels eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem ein induktiver Aufnehmer im Ventilgehäuse zum Erfassen des Ventilzustandes angeordnet wird. Das bekannte Verfahren setzt jedoch einen hohen apparativen Aufwand voraus, da es darauf angelegt ist, die Kontrolle des Ventilspiels auch während des Motorbetriebs zu gestatten.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen preiswerten Sensor zur Messung des Ventilspiels anzugeben, mit dessen Hilfe die Ventilspiel-Messung in sicherer und einfacher Weise innerhalb kurzer Zeit durchzuführen ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor aus einem keilförmigen Stab besteht, der auf beiden Seiten mit einer Widerstandsschicht versehen ist.
• Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß bei der Berührung der beiden auf dem keilförmigen Stab angeordneten Widerstands schichten mit dem metallischen Kipphebel einerseits und dem metallischen Ventilschaft andererseits ein elektrischer Stromkreis geschlossen werden kann und mit Hilfe eines geeigneten Meßinstrumentes über den elektrischen Widerstand der Widerstands schichten der Abstand zwischen Kipphebel und Ventilschaft bestimmt werden kann.
• Gemäß Weiterbildungen der Erfindung ist die keilförmige Steigung des Stabes konstant und die Widerstandsschichten auf den beiden Seiten hängen an der Spitze des keilförmigen Stabes zusammen.
• Mit einer derartigen Ausführungsform kann in besonders einfacher Weise unter Zuhilfenehme eines geeigneten Meßinstrumentes die Spaltbreite analog gemessen werden.
• Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die Widerstandsschicht auf zumindest einer Seite mäanderförmig ist, wodurch sich der elektrische Widerstandswert bei Verwendung von Metallen hoher Leitfähigkeit für die Widerstandsschicht zur genaueren Messung erhöhen läßt.
• Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß die Widerstandsschicht auf der einen Seite des keilförmigen Stabes in äquidistante Abschnitte unterteilt ist und daß die einzelnen Abschnitte und die zusammenhängende Widerstandsschicht der anderen Stabseite mit elektrischen Zuleitungen versehen sind.
• Damit wird der Vorteil einer digitalen Anzeige der zu messenden Spaltbreite erzielt.
• Weiterbildungen der Erfindung sehen vor, daß der keilförmige Stab aus einem elastischen Material, vorzugsweise Stahl, besteht, wobei zwischen den Widerstandsschichten und dem Stab eine Fotolackschicht zur Isolierung angeordnet ist. Die Widerstandsschichten bestehen dabei vorzugsweise aus Chrom oder einer Chromlegierung.
• Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Widerstands schichten auf beiden Seiten stufenförmig unterteilt und durch Isolierschichten voneinander getrennt sind. Vorzugsweise besteht dabei der keilförmige Stab aus miteinander verklebten und mit den Widerstandsschichten versehenen Kunststoffolien, wobei die Stufenhöhe, welche in die Meßgenauigkeit eingeht, beispielsweise zwischen 20 tun und 70 tun beträgt.
• Der keilförmige Stab ist vorteilhafterweise 10 mm bis 12 mm lang, sowie an seiner Schmalseite ca. 0,1 mm und an seiner Breitseite ca. 0,6 mm breit. Die Widerstandsschichten weisen bevorzugt eine Stärke von 1 P bis 2 zur auf.
• Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden anhand einzelner in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
• Dabei zeigt: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für analoge Meßanzeige, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für digitale Meßanzeige, Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für digitale meßanzeige und Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3.
• In der Fig. 1 ist ein Sensor 1 dargestellt, der aus einem keilförmigen Stab 2 besteht und bei dem die Steigung konstant ist. Auf beiden Seiten des Stabes 2 sind Widerstandsschichten 3 und 4 angeordnet, welche an der Spitze 5 des keilförmilren Stabes 2 miteinander verbunden sind.
• Zur Messung des Ventilspiels wird der Sensor 1 zwischen Kipphebel 6 und Ventilschaft 7 eingeführt bis ein elektrischer Kontakt-vorhanden ist. Mit Hilfe des an dem Kipphebel 6 und dem Ventilschaft 7 angeschlossenen Meßinstrumentes 8 kann nun der elektrische Widerstand der Widerstandsbahnen 3 und 4 auf der Strecke a + b bestimmt werden. Da die Steigung des keilförmigen Stabes 2 konstant ist, ist der elektrische Widerstand R(a + b) proportional der Spaltbreite r Der keilförmige Stab 2 besteht vorteilhafterweise aus einem elastischen Material wie beispielsweise Stahl. Zur elektrischen Isolierung wird auf seine Oberfläche eine Fotolackschicht 9 bzw. 10 aufgebracht, bevor die Widerstandsschichten 3 und 4~beispielsweise durch Aufdampfen von Chrom oder einer Chormlegierung hergestellt werden.
• Die Stärke der Fotolackschichten 9 bzw. 10 und der Widerstandsschichten 3 und 4 ist vorteilhafterweise im Mikrometerbereich und beträgt beispielsweise 1 s bis 2 In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines Sensors 11 dargestellt, bei dem auf dem keilförmigen Stab 12 nur an der Unterseite eine durchgehende Widerstandsschicht 13, unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht 14, aufgebracht ist.
• Auf der Oberseite sind in vorzugsweise äquidistanter Anordnung einzelne Widerstandsfelder 15 angeordnet, welche beispielsweise durch Trennen einer Widerstandsschicht quer zur Stabsteigung in definierten Abständen erzeugt worden sind. Diese einzelnen Widerstandsbahnen 15 können durch eine Isolierschicht 16 vom keilförmigen Stab 12 isoliert sein, wenn dieser aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Stahl, besteht.
• Die Widerstandsbahn 13 ist mit einer Leiterbahn 17 und die Widerstandsschichten 15 sind mit Leiterbahnen 18 verbunden. Die Leiterbahnen 17 bzw. 18 sind über einen Anschluß 21 mit einem Meßinstrument 22 verbunden. Zur Messung wird der Sensor 11 zwischen dem Kipphebel 19 und dem Ventilschaft 20 eingeführt, bis auf beiden Seiten ein elektrischer Kontakt vorhanden ist. Durch die Unterteilung in einzelne Widerstandsfelder 15 auf der Oberseite des Stabes 12 läßt sich die Spaltbreite digital anzeigen. Die Meßgenauigkeit wird dabei durch die Anzahl der einzelnen Widerstandsschichten 15 bestimmt. Die Leiterbahnen 17 bzw. 18 werden ebenso wie die Widerstandsschichten 13 bzw. 15 bevorzugt durch Aufdampfen hergestellt, wobei die Leiterbahnen 17 bzw. 18 - wie in der Figur nicht dargestellt - ebenfalls wie die Widerstandsschichten 13 bzw. 15 gegenüber dem Stab isoliert sein müssen, wenn der Stab 12 aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht.
• In der Fig. 3 ist das Ausführungsbeispiel eines Sensors 23 dargestellt, bei dem der keilförmige Stab 24 aus miteinander verklebten metallisierten Kunststoffolien aufgebaut ist. Der genaue Aufbau des Sensors 23 ist in einer ausschnittsweisen Vergrößerung in Fig. 4 dargestellt.
• Auf eine Folie 25, vorzugsweise aus Metall sind beidseitig etwas kürzere Kunststoffolien 26, 27 aufgeklebt, die vorher mit Widerstandsschichten 28, 29, beispielsweise durch Aufdampfen, versehen worden sind. Auf die Metallschichten 28 bzw. 29 der Folien 26 bis 27 sind dann zwei weitere, gleichlange, jedoch gegenüber den Kunststoffolien 26, 27 verkürzte Kunststoffolien 30 bzw.
• 31 aufgeklebt, welche ebenfalls vorher mit den Metallschichten 32, 33 versehen worden sind. Dieser geschilderte Aufbau wird fortgesetzt bis der Sensor 23 den Aufbau des keilförmigen Stabes 24 aufweist. Der Stab 24 ist dabei so aufgebaut, daß immer zwei Widerstandsschichten 28, 29 bzw. 32, 33 einander gegenüberliegen. Die einzelnen Widerstands schichten sind mit elektrischen Zuleitungen 34 versehen und über die Anschlußleitung 35 mit einem Meßinstrument 36 verbunden. Zur Messung wird der Sensor 23 zwischen dem Kipphebel 37 und dem Ventilschaft 38 eingeführt, bis ein elektrischer Kontakt zweier einander gegenüberliegender Metallschichten zwischen dem Kipphebel 37 und dem Ventilschaft 38 hergestellt ist.
• Am Meßinstrument 36 erfolgt dann eine digitale Anzeige der Spaltbreite. Die Genauigkeit der Anzeige ist von der Stufenhöhe, d. h. von der Dicke der verwendeten Kunststoffolien 26, 27 bzw. 30, 31 zuzüglich der darauf angebrachten Widerstandsschichten 28, 29 bzw. 32, 33 abhängig. Zweckmäßigerweise wird eine Stufenhöhe zwischen 20/um und 70 )un gewählt.
• Die erfindungsgemäßen Sensoren lassen sich mit Hilfe der üblichen Aufdampftechniken und der bei der Herstellung integrierter Schaltkreise bekannten Fotoätztechniken preiswert herstellen, wobei die erforderliche Genauigkeit der Schichtdicken der Widerstands schichten leicht eingehalten werden kann. Damit ergeben sich Sensoren, welche in einfacher Weise und mit großer Genauigkeit die Messung und die eventuell davon abhängige Einstellung des Ventilspiels gestatten. Die erforderlichen Messungen des Ventilspiels lassen sich mit den erfindungsgemäßen Sensoren in kurzer Zeit durchführen, da es nicht mehr erforderlich ist - wie bei der mechanischen Messung mittels Fuhlerlehren - die entsprechende, zur Spaltweite passende Fühlerlehre auszuprobieren. Da die Sensoren in den Spalt eingeschoben werden, bis ein elektrischer Kontakt erfolgt, was mit Hilfe der Meßinstrumente leicht feststellbar ist, entfällt auch der Unsicherheitsfaktor der bei mechanischer Messung der Spaltbreite vorhanden ist.
• 14 Patentansprüche 4 Figuren

Claims (14)

1. Patentansprüche 1. Sensor zur Messung des Ventilspiels bei insbesondere Brennkraftmaschinen, d a d u r c 11 g e k e n n -z e i c h n e t , daß er aus einem keilförmigen Stab besteht, der auf beiden Seiten mit einer Widerstandsschidht versehen ist.
2. 2. Sensor nach Anspruch,1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die keilförmige Steigung des Stabes (2, 12) konstant ist.
3. 3. Sensor nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Widerstandsschichten (3, 4) auf den beiden Seiten an der Spitze (5) des keilförmigen Stabes (2) zusammenhängen.
4. 4. Sensor nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Widerstands schicht auf zumindest einer Seite mäanderförmig angeordnet ist.
5. 5. Sensor nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Widerstandsschicht auf der einen Seite des keilförmigen Stabes (12) in äquidistante Abschnitte (15) unterteilt ist und daß die einzelnen Abschnitte (13) der anderen Stabseite mit elektrischen Zuleitungen (18, 17) versehen sind.
6. 6. Sensor nach einem der Anspruche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der keilförmige Stab (2, 12) aus einem elastischen Material besteht.
7. 7. Sensor nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h ne t , daß der keilförmige Stab (2, 12) aus Stahl besteht und daß zwischen den Widerstandsschichten (3, 4; 13, 15) und dem Stab (2, 12) eine Fotolackschicht (9, 10; 14, 16) angeordnet ist.
8. 8. Sensor nach einem der Ansprüche 1bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Widerstandsschichten (3, 4; 13, 15) aus Chrom oder einer Chromlegierung bestehen.
9. 9. Sensor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Widerstandsschichten (28, 29, 32, 33) auf beiden Seiten stufenförmig unterteilt und durch Isolierschichten (26, 27, 30, 31) voneinander getrennt sind.
10. 10. Sensor nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der keilförmige Stab (24) aus miteinander verklebten und mit den Widerstandsschichten (28, 29, 32, 33) versehenen Kunststoffolien (26, 27, 30, 31) besteht.
11. 11. Sensor nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stufenhöhe zwischen 20 P und 70 tun beträgt.
12. 12. Sensor nach einem der Anspruch 1 bis 11, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Länge des keilförmigen Stabes 10 mm bis 12 mm beträgt.
13. 13. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der keilförmige Stab an seiner Schmalseite ca. 0;1 mm und an seiner Breitseite ca. 0,6 mm breit. ist.
14. 14. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stärke der Widerstandsschicht ca. 1 µm bis 2 µm beträgt.