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Handbetätigbare Vorrichtung zum Entzünden brennbarer Gase
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einedeutlich grösserer Geschwindigkeit aufbaut.
Hochspannungserzeugende piezoelektrische Elemente sind schon in den Zündsystemen von Brennkraftmaschinen verwendet worden. Dabei werden auf das Element in kontinuierlich schneller Folge mechanische Impulse ausgeübt, deren Frequenz zwischen etwa 100 Hz und mehreren 1000 Hz liegt. Bei i niedrigeren Frequenzen fällt die Ausgangsspannung auf Grund der Leckverluste der Ladung während der verhältnismässig langen Einwirkdauer jedes Impulses scharf ab. Demgegenüber besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Zündvorrichtung zu schaffen, die von Zeit zu Zeit einzelne Funken abgeben kann, oder die-falls gewünscht-eine Folge von Funken bei verhältnismässig niedrigen Frequenzen mit grö- sserer Verlässlichkeit abgibt.. -ls es bislang möglich war.
Bei einer bekannten Konstruktion einer piezoelektrischen Zündvorrichtung wird ein Schlagbolzen normalerweise durch einen Sperrhebel im Abstand von einem Druckglied gehalten, das zwischen dem Schlagbolzen und dem piezoelektrischen Element angeordnet ist. Das Betätigungsglied besitzt eine Hülse, in der eine Druckfeder angeordnet ist, die den Schlagbolzen zu dem piezoelektrischen Element hindrückt. Bei gedrückter Hülse ist die Feder zwischen dem Ende der Hülse und dem Schlagbolzen zusammengedrückt, der von dem Sperrhebel gehalten wird. Bei weiterem Drücken der Hülse berührt eine Steuerfläche das obere Ende des Sperrhebels, so dass dieser seitlich verschoben und sein Vorsprung von dem Schlagbolzen abgezogen wird. Dieser wird dann von der zusammengedrückten Feder zu dem piezoelektrischen Element hin vorwärtsbewegt.
Diese und ähnliche bekannte Vorrichtungen sind nur für ein ganz bestimmtes Gas mit gleichbleibender Zündqualität anwendbar, etwa bei einem Feuerzeug. Ziel der Erfindung ist es, eine Zündvorrichtung zu schaffen, die zum Zünden verschiedener Gase mit stark unterschiedlichen Zündqualitäten geeignet sein soll, ohne dass die aufzuwendende Betätigungskraft übermässig gross wird.
Ferner wird angestrebt, eine Zündvorrichtung der vorliegenden Art so auszugestalten, dass sie einfach in einem Gehäuse untergebracht werden kann und nur ein Betätigungsgriff aus dem Gehäuse herausragt. Erreicht wird dieses Ziel dadurch, dass die Spanneinrichtung einen axial verschieblichen Spannbolzen und die Auslöseeinrichtung eine automatisch auslösende Verbindung zwischen Spannbolzen und Schlagbolzen aufweist, wobei ein Anschlag zur Begrenzung der Bewegungsstrecke des Schlagbolzens vom piezoelektrischen Element weg vorgesehen ist und die Strecke, die der Spannbolzen vom piezoelektrischen Element weg bewegbar ist, grösser ist als die Bewegungsstrecke des Schlagbolzens.
Durch diesen Zugmechanismus kann eine beliebig grosse Energiemenge gespeichert werden, ohne dass die Vorrichtung gross und sperrig wird, denn der Betätigungsknopf lässt sich beliebig weit herausziehen, da in dieser Hinsicht praktisch keine Grenzen gesetzt sind. Daher kann die Feder stärker zusammengedrückt werden, als dies bei den bekannten Vorrichtungen bisher zweckmässig war.
Bei einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung weist die auslösbare Verbindung am Spannbolzen ein elastisch belastetes Sperrglied und am Schlagbolzen eine zugeordnete Halterast auf, wobei Spannbolzen und Federanordnung koaxial angeordnet sind. Diese Ausbildung ist besonders zweckmässig und ergibt eine einwandfreie und störungslose Funktion der Vorrichtung auch nach längerer Benutzung.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise veranschaulicht, u. zw. zeigt : Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Zündvorrichtung mit einem einzigen piezoelektrischen Element ; Fig. 2 eine Rückansicht einer ähnlichen Vorrichtung mit andersartiger Leiterführung ; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie in-in in Fig. 2 ; und Fig. 4 einen Längsschnitt ähnlich dem in Fig. 3 einer andern Ausführungsform der Erfindung.
In der Ausführungsform der Erfindung gemäss Fig. 1 wird ein einziges piezoelektrisches Element verwendet, auf das ein Schlag ausgeübt wird. Die Vorrichtung weist ein rundes Aussenrohr --10-- auf,
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sich in Berührung mit der Innenfläche des äusseren Rohres -10-- über etwa dessen halbe Länge erstreckt.
Die Ausdrücke "hinten" und "vorn" oder ähnliche nachstehend verwendete Ausdrücke sind auf eine Bedienungsperson bezogen, die die Vorrichtung verwendet, wobei mit "hinten" das Ende bezeichnet ist, das von der Bedienungsperson entfernt liegt.
Innerhalb der Isolierhülse --13- und im Bereich des hinteren Stopfens --l1a-- ist ein ambossartiger Stahlabschnitt-14-angeordnet, mit dem der Hochspannungsleirer --12-- verbunden ist. Am vorderen Ende des Stahlabschnittes-14-ist ein Isolationsblock-15-aus Polyäthylen oder einem ähnlichen Material angeordnet, der eine in der Mittelachse des äusseren Rohres -10-- verlaufende Axialbohrung-16-aufweist. Dieser Isolierblock-15-istmittels der Isolierhülse-13-vom Aussen- rohr getrennt.
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Innerhalb der Bohrung-16-und an deren rückwärtigem Ende in Berührung mit dem Abschnitt - ist ein aus Aluminium bestehendes, elektrisch leitendes Druckelement --17a-- bzw. ein Übertragungsglied angeordnet. Dieses Druckelement-17a-liegt mit seiner Vorderseits an einem zylindrischen piezoelektrischen Element --18-- an, das etwa 12 mm lang ist und einen Durchmesser von etwa 6 mm hat. Ein zweites, elektrisch leitendes Druckelement --17b-- liegt in Kontakt mit der vorderen Stirnfläche des Elementes. Im vorderen Ende der Bohrung-16-, die einen - wie bei -16a-- angedeutet-geringfügig verminderten Durchmesser hat, ist ein gehärteter Stahl-Druckstutzen-19angeordnet und auf Grund des verminderten Durchmessers in seiner Stellung gehalten.
Ein Teil-19a- des Druckstutzens von entsprechend verringertem Durchmesser hat ein abgerundetes Ende und ragt nach vorne aus dem Isolierblock --15-- heraus, der, zur Verhinderung eines Herausrutschens aus dem Aussenrohr --10--, mit einer nach aussen vorspringenden Federscheibe --20-- gehalten ist, die in Berührung mit der Innenfläche des äusseren Rohres --10- liegt.
Die vordere Hälfte des äusseren Rohres nimmt den Schlagbolzen-Mechanismus auf. Der eigentliche Schlagbolzen besteht aus einem Zylinder --21-- aus gehärtetem Stahl und hat einen etwas geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Rohres --10-- und liegt koaxial in diesem Rohr. Am rückwärtigen Ende des Schlagbolzens-21-ist ein radial vorspringender Flansch -22-- vorgesehen, des- sen Umfang an der Innenfläche des äusseren Rohres -10- anliegt, so dass der Schlagbolzen in seiner zentralen Lage gehalten ist.
Der Schlagbolzen -21-- wird von einer Druckfeder-23-, die zwischen dem Flansch --22- und der Innenfläche des vorderen Stopfens --11b-- angeordnet ist, in Anlage an dem Druckstutzen-19gehalten. Innerhalb des Schlagbolzens --21-- ist eine axiale Bohrung --24-- und kleine Radialbohrun-
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der Bohrung --24-- ist in deren Innenfläche eine ringförmige Ausnehmung --26- vorgesehen, deren Seiten in Richtung nach aussen konvergieren. Koaxial innerhalb der Bohrung --24-- ist ein Spannbolzen --27-- angeordnet, der sich nach vorne durch den vorderen Stopfen --11b-- hindurcherstreckt. Am herausragenden Teil des Spannbolzens -27-- ist ein Knopf --28- angeordnet, der von der Bedienungsperson betätigt wird.
Der grösste Teil des Spannbolzens --27-- hat einen Durchmesser, der etwas kleiner als der der Bohrung --24-- im Schlagbolzen --21-- ist. Am hinteren Ende des Spannbolzens --27-- ist jedoch ein Kopfstück --27a- angeformt, das einen Schiebesitz innerhalb der Bohrung --24-- hat. Zur Bildung eines Auslösers ist innerhalb einer im Kopfstück -27a-- angeordneten radialen Sackbohrung --30-- ein Ball-29-- vorgesehen, der von einer in der Bohrung angeordneten, kleinen, starken Feder --31- be- aufschlagt und radial nach aussen gedrückt wird. Weiterhin ist zwischen dem Kopfstück --27a-- und dem
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drückt.
Die Anordnung ist so getroffen, dass die Kugel--29-- normalerweise in der ringförmigen Ausnehmung --26-- in der Innenfläche der Bohrung --24-- unter der Wirkung der zugeordneten Feder-31anliegt. Wenn der Knopf --28-- nach vorn herausgezogen wird, wird der Schlagbolzen --21-- zusammen mit dem Spannbolzen --27- entgegen der Wirkung der Federn-23 und 32-bewegt. Wenn die Schlagbolzenfeder-23-um ein bestimmtes Mass zusammengedrückt ist, legt sich das Vorderende des Schlagbolzens --21-- an die rückwärtige Stirnfläche des vorderen Stopfens-llb-an, der hiedurch als Anschlag dient. Ein geringfügiges Weiterbewegen des Knopfes -28-- löst dann die Kugel-29- aus.
Auf diese Weise wird der Schlagbolzen --21-- dann gegen den Druckstutzen-19-geschossen, so dass auf das piezoelektrische Element --18--, das sich auf seiner andern Seite an dem Teil-14- abstützt, ein scharfer Druckstoss ausgeübt wird. Auf diese Weise wird eine Konstanz der vom Schlagbolzen abgegebenen Schläge sichergestellt.
Die elektrische Verbindung zwischen der vorderen Fläche des piezoelektrischen Elementes-18und dem Aussenrohr-10-verläuft über den Druckstutzen-19-, den Schlagbolzen --21-- und den Spannbolzen--27--, während der Schlagbolzen ohne Schwierigkeiten relativ zum Aussenrohr--10-- bewegbar ist.
Die an der rückwärtigen Stirnfläche des piezoelektrischen Elementes -18-- stehende Spannung gelangt zu der einen Seite einer Funkenstrecke, mit der der Hochspannungsleiter --12-- verbunden ist.
Die andere Seite der Funkenstrecke liegt elektrisch am Aussenrohr--10--, das die Rückführleitung bildet, so dass ein Funke erzeugt wird, der ausreicht, um ein im Bereich der Funkenstrecke befindliches
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brennbares Gas zu entzünden.
Sobald der Knopf -28-- von der Bedienungsperson losgelassen wird, drückt die Federnden Spannbolzen --27-- in seine Ausgangsstellung zurück.
Die Grösse der auf das piezoelektrische Element einwirkenden mechanischen Impulse und damit die Energie des Funkens hängt von der Stärke der Schlagbolzenfeder --23- sowie von den Reibungsverlusten ab, die man als konstant ansehen kann.
Wenn ein Funke grösserer Energie jedoch gleicher Spannung benötigt wird, können zwei piezoelektrische Elemente Verwendung finden, die mechanisch in Reihe und elektrisch parallelgeschaltet sind. Eine solche Anordnung ist ir den Fig. 2 und 3 gezeigt. Gegenüber der vorstehenden Ausführungsform ähnliche Teile haben hiebei gleiche, unter Vorsetzen einer 1 erweiterte Bezugszeichen erhalten.
In dieser Ausführungsform ist der Amboss --114-- in dem äusseren Rohr --110- mittels eines Nie- tes --114a- gehalten und nicht mit dem Hochspannungsleiter --112-- verbunden; ausserdem ist er ge-
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leitenden Druckelement --117c-- getrennt. Der Hochspannungsleiter-112-ist mit diesem dritten Druckelement-117c-- über eine Schraube --134-- verbunden, die durch einen nach oben vorspringenden Teil --115a-- des Isolierblocks --115-- verläuft, wobei dieser Vorsprung durch eine im Rohr - 110-- vorgesehene Bohrung --110a-- radial nach aussen vorspringt.
Auf diese Weise sind die beiden äussersten Enden der piezoelektrischen Elemente --118-- elektrisch mit dem äusseren Rohr --110-verbunden, während der Hochspannungsleiter --112-- an den beiden Innenflächen dieser Elemente anliegt.
In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, in der ein einziges piezoelektrisches Element Verwendung findet. Gegenüber der Fig. 1 gleiche Teile haben unter Vorsetzung der Zif-
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tung einer Schraube-234-an. Der Amboss --214-- ist vom äusseren Rohr --210-- mittels einer nicht dargestellten Hülse elektrisch isoliert. Das Druckelement --217a-- ist mittels eines Distanzstückes - 214b-- in einem gewissen Abstand vom Amboss angeordnet.
In dieser Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin eine andere Ausbildungsmöglichkeit der Schlagbolzen-Auslösung gezeigt. Hiebei ist ein kleiner, starker topfförmiger Permanentmagnet --235-- vorgesehen, der am hinteren Ende des Spannbolzens --227-- angeordnet ist und eine entschieden vereinfachte Konstruktion mit weniger Teilen erlaubt. In diesem Fall besteht der Schlagbolzen aus einem zylindrischen Teil-221--, eines magnetischen Materials, das mittels einer Druckfeder --223- nach hinten, d. h. in Richtung auf das piezoelektrische Element-218-- zu gedrückt wird. Die Druckfeder --223- wirkt gegen eine Hülse-245-, die an der inneren bzw. rückwärtigen Fläche des vorderen
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oder verkleinern.
Demgegenüber kann der Stopfen auch am rohrförmigen Gehäuse --210-- befestigt sein, so dass eine bestimmte Kraft vorgegeben ist.
Der Stopfen --211b-- ist von seiner rückwärtigen Stirnfläche aus angebohrt, so dass eine Ausneh- mung -211c- entsteht, die die Rückführfeder-232-- aufnimmt. Der Innendurchmesser der Hülse - ist grösser als der Durchmesser der Ausnehmung-211c-, so dass an der rückwärtigen Stirn-
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einer Überlastung überwunden wird, die von der ursprünglichen Einstellung des Stopfens --211b-- abhängt oder bis die Feder --223-- vollständig zusammengedrückt ist, so dass ihre Windungen aneinander
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schiebt die Federnden Magneten in die in Fig. 4 gezeigte Stellung zurück, in der die erfindungsgemässe Vorrichtung für einen weiteren Zündvorgang bereit ist.
Als Alternative wäre es auch möglich, dass eine Bewegung des Schlagbolzens-221-nach vorn durch Anlegen an einen Anschlag gemäss den andern Ausführungsformen begrenzt würde.
Es versteht sich, dass der Magnet auch am Schlagbolzen -221-- befestigt sein kann, so dass der Magnet-235-durch einen Block eines magnetischen Materials ersetzt werden könnte. Demgegen- über wäre natürlich auch die Verwendung von zwei Magneten möglich, von denen der eine am Schlagbolzen und der andere am Spannbolzen befestigt würde.
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Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind besonders für die Entzündung von Sparflammen geeignet, wie sie beispielsweise in Warmwasserboilern vorkommen. Ähnliche Ausführungsformen können jedoch in Hähne und Ventile eingebaut werden, wie sie beispielsweise in Gasherden Verwendung finden, so dass mittels einer mechanischen Verbindung zwischen dem Hahn bzw. dem Ventil beim Drehen des Hahnes bzw. Ventils ein Funke erzeugt wird, der das Gas entzündet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Handbetätigbare Vorrichtung zum Entzünden brennbarer Gase, mit einem piezoelektrischen Element, das elektrisch mit einer Funkenstrecke verbunden ist, einem Schlagbolzen zur Abgabe eines funkenerzeugenden Schlages mit vorbestimmter kinetischer Energie auf das piezoelektrische Element, eine Federanordnung, die den Schlagbolzen an der vom piezoelektrischen Element abgewendeten Seite beaufschlagt, einer von Hand betätigbaren Einrichtung zum Spannen der Federanordnung und einer Auslöseeinrichtung zum automatischen Auslösen des Schlagbolzens, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung einen axial verschieblichen Spannbolzen (27) und die Auslöseeinrichtung eine automatisch auslösende Verbindung (29, 30,31) zwischen Spannbolzen (27) und Schlagbolzen (21) aufweist,
wobei ein Anschlag zur Begrenzung der Bewegungsstrecke des Schlagbolzens (21) vom piezoelektrischen Element (18) weg vorgesehen ist und die Strecke, die der Spannbolzen (27) vom piezoelektrischen Element (18) weg bewegbar ist, grösser ist als die Bewegungsstrecke des Schlagbolzens (21).