DE1939915A1 - Piezoelektrische Zuendvorrichtung - Google Patents

Description

DlPL-INQ. DIETER JANDER DR.-iNG. MANFRED BÖNINQ

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1 BERLIN JJ (DAHLEM) HÜTTE N WEG 15 ΤβΙ·ΙΟΠ 03 11 /76 U OJ Telegramm» : Consideration Berlin

889/13176 DE !.August 1969

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der Ipirma

R0IT30N GOHPOEäTIOH.

1, Honson Road - Woodbridge, New Jersey U.S.A.

"Pie zoelektrische ZündvorricIitmnK"

Die Erfindung "betrifft eine piezoelektrische Zündvorrichtung mit einem in einer Aufnahme gelagerten Piezoelement und Mitteln zum Ausüben eines Stoßes auf ein iSnde des Piezoelementes.

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90988 67QUQi

Postscheckkonto Berlin West 174J 84 Berliner Bank.AG., Depositenkasse DiPL.-INq. DIETERJANPER DR.-INQ. MANFRED BONINQ PATENTANWÄLTE

Piezoelektrische Zündvorrichtungen werden zur Erzeugung von Zündfunken für Gas verwendet, und zwar beispielsweise für das Gas von Gasfeuerzeugen. Sie besitzen üblicherweise ein keramisches Piezoelement und Mittel, um dieses schlagartig unter eine Spannung zu versetzen, die ausreicht, um ein hinreichend großes elektrisches Potential zur Bildung eines oder mehrerer Funken zwischen den Elektroden eines Funkenspalts zu erzeugen·

Bei den bekannten Zündvorrichtungen, in denen das Piezoelement durch Schlag betätigt wird, ruft die Beanspruchung des Piezoelement s eine stark gedämpfte schwingende Spannung hervor, von der nur die erste positive und negative V/elle zu einer Entladung im Funkenspalt führt. Die Kürze dieser Entladung hat häufig zur Folge, daß das Gas nicht zündet»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine piezoelektrische Zündvorrichtung zu entwickeln, welche eine erhöhte Zahl von Spannungsschwingungen liefert und so die Zeit vergrößert, während der ein Strom im Funkenspalt fließt. Mit anderen V/orten ausgedrückt, soll die erfindungsgemäße Zündvorrichtung also eine größere Zündsicherlieit als die bisher bekannten Zündvorrichtungen bieten.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer piezoelektrischen Zündvorrichtung der eingangs beschriebenen Art die Aufnahme oder ein Seil der Aufnahme so gestaltet und dimensioniert ist, daß sie bzw. er den in das Piezoelement einleiteten Stoß derart zurückwirft, daß die Stoßwellen in der Aufnahme und im^;'Piezoelement eine Reihe von Span- nungsschwankungen bewirken. ^u' "

Die erhöhte Zahl von Spannujigsachwingungen,, die das erfindungs-

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gemäße Piezoelement liefert, verlängert die Dauer des im Funkenspalt fließenden Stroms und erhöht die Zündsicherheit.

In der beigefügten Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Zündvorrichtung; Fig..2 einen Schnitt durch eis Zündvorrichtung gemäß Fig. 1}

Fig. J in auseinandergezogener Darstellung eine Einzelheit der Zündvorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 die Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 die perspektivische Ansicht eines Teils der Zündvorrichtung gemäß Fig. 4 und ■

Fig. 6 die perspektivische Ansicht eines weiteren Teils der Zündvorrichtung gemäß Fig. 4.

Die Zündvorrichtung gemäß Fig. 1 bis 3 weist ein Fingerstück 1 auf, dessen Bewegung mit Hilfe von zwei Verriegelungsfedern 3 und 4 auf einen Stoßkörper 2 übertragen wird.

Der Stoßkörper 2 befindet sich in einer Aufnahme 5* deren eines Ende geschlossen ist, um einen Anschlag für eine Feder 6 zu bilden»' Von der Feder 6 wird der Stoßkörper gegen eines der Enden des Piezoelements 7 gedrückt, das von der Aufnahme ^ umschlössen wird. Das andere Ende des Piezoelements liegt gegen eine Gruppe von Metallscheiben 8 an, an die sich ein Abstandsring 9 Anschließt und eine feste Endplatte 10. Die Metaliseheiben, der Abstandsring und die Endplatte werden von dem eingerollten Ende Il

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.der Aufnahme 5 in ihrer Lage gehalten. Das eingerollte Ende ist so angeordnet, daß auf die Scheiben und das Piezoelement

• eine Druckvorspannung ausgeübt wird* Eine Feder 12 drückt das Fingerstück, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, in seine Ruhelage.

Die Zündvorrichtung wird betätigt, indem man das Fingerstück über die Aufnahme 5 schiebt. Hierbei wird der Stoßkörper von den Verriegelungsfedern 3 und 4 gegen die Feder 6 gedrückt, bis die Verriegelungsfedern 3 und 4 ihn freigeben. Dies geschieht, sobald sie von den Nockenflächen 15 und 14- an der Aufnahme 5 verlagert werden· Nach der Entriegelung wird der Stoßkörper 2 durch die Feder 6 in seine Ausgangslage zurückgeführt und übt hierbei einen Stoß auf das Piezoelement 7 aus· Das Fingerstück geht anschließend in seine Ruhelage zurück.

Die Anzahl der Metallscheiben 8 ist so gewählt, daß die Schwingungen im Piezoelement 7 und in der Scheibengruppe, welche durch den. Stoßkörper ausgelöst werden, so zusammenwirken, daß drei oder vier Spännungsspitzen entstehen, und zwar über einen Zeitraum von etwa 100 ms nach der Einleitung des ersten Stoßes. Die einzelnen Metallscheiben 8 können durch eine einzige feste Metallsclieibe entspreehender Dicke ersetzt werden»

Die Zündvorrichtung gemäß Fig. 4 ist in ein Feuerzeug eingebaut, dessen Kontür bei 21 angedeutet ist. Die Zündvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels bildet eine Montageeinheit mit einer Aufnahme 22 (vgl.Fig.5), die eine Isolierplatte 23 und die spannungsführende Elektrode 24 des Funkenspalts trägt* 25 ist das Piezt>element und 26 eine Hochspannungsleitung, die dieses mit der _Λ Elektrode 24 verbindet. Das eine ibde des Piezoelements 25 st«ht vor_% /um einen Stoß VuH einem als Schwenkhammer ausgebildeten StößkÖrper/'aufnehmen zu können, dessen Betätigungsme^anismiis diicht Jdarge stellt ist» Das andere iSnde< äe s Piezo elements Ih&gb

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gegen ein ebenfalls in der Aufnahme 22 angeordnetes Brückenstück 28 an. Dieses Brückenstück ist so dimensioniert, daß es genau in den Schlitz 29 paßt und das Piezoeleinent in seiner Sollage hält. Die Form des Brückenstücks ist derart gewählt, daß es di'e 'gewünschten Rückschlageigenschaften aufweist.

Wenn das Piezoelement vom Stoßkörper 27 getroffen xvird, wirken die Stoßwellen im Brückenstück 28 und im Piezoelement so zusammen, daß innerhalb von etwa 10 ms nach dem ersten Schlag drei oder vier Spannungsspitzen auftreten. Das Brückenstück ist in Fig. 6 in größerem Maßstab dargestellt. Die Dicke des Brückenstücks kann verändert werden, um eine Anpassung an das jeweils verwendete Piezoelement herbeizuführen·

Das Ende des Piezoelements könnte anstatt gegen das in den Figuren 4 und 6 dargestellte Brückenelement auch gegen einen auslegerartigen Teil der Aufnahme anliegen, welcher so dimensioniert werden müßte, daß er die gewünschten Rückschlageigenschaften aufweist. ; *

Das Piezoelement sollte fest in der Aufnahme jgehalten werden und unter einer Druckkraft in liichtung seiner Hauptachse stehen. Diese Druckkraft wird durch das Brückenstück 28 hervorgerufen, welche mit einer das Einführen erleichternden leichten Abschrägung zu einer Seite hin versehen ist· Der Schlitz 29 in der Aufnahme hat Abmessungen, die eine kraftschlüssige Halterung des ■ Brückenstucks 28 gewährleisten. Wenn daher das Piezoelement und ;' das Brückenstück ihre Sollage eingenommen haben, nachdem man das Brückenstück in den Schlitz 29 gedrückt hat, steht das,Piezo-', element unter einer Druckkraft. ' . -;, _: . *

Die Abmessungen der Aufnahme 22 und des Brückenstücks 28 werden für das jeweilige Piezoelement empirisch bestimmt. In einem

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speziellen iall .wurden sehr zufriedenstellende Ergebnisse erreicht bei Verwendung eines Brückenstücks 28 aus Messing mit einer Dicke von nicht weniger als 2 mm.-

Die genaue ,Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung ist noch nicht geklärt. Vermutlich spielen sich folgende, an Hand der Ausführungsform gemäß Pig. 4- bis 6 erläuterten Vorgänge ab: 3eim Auf treffen des Stoßkörpers auf das Piezoelement 25 wird eine Stoßwelle ausgelöst, die durch das Piezoelement wandert und das Brückenstück 28 vom anderen -^nde des Piezoelements wegbiegt. Zur gleichen Zeit findet eine Kontraktion des'Piezoelements -statt.,.- und es erreicht beispielsweise eine positive Bpannungsspitze die Elektrode 24. Anschließend dehnt sich das Piezoelement wieder aus, um eine negative Spannungsspitze zu erzeugen. Daraufhin schlägt das Brückenstück 28, welches in seine L'ormallage zurückgeht, auf das ihm zugewandte Ende des Piezoelements₉ welches daher erneut zusammengedrückt wird und eine positive Spannungsspitze liefert. Anschließend dehnt sich das Piezoelement wieder.aus, und es entsteht eine negative Spannungsspitze.Die Rückschläge oder Druckwellen im Piezoelement und im Brückenstück können andauern, aber die noch folgenden Spannungsspitzen haben im allgemeinen eine zu kleine Amplitude, um noch eine Entladung bewirken zu können«

Die im Funkenspalt zur Verfügung stehende Energie wird bei Verwendung von Zündvorrichtungen nach der Erfindung erheblich gesteigert. Bei den bekannten Zündvorrichtungen steht lediglich die Energie der ersten beiden Spannungsspitzen zur Verfügung, während bei der erfindungsgemäfien Zündvorrichtung mindestens vier, Spannungsspitsen wirksam werden, um \eine hinreichend kräftige Ent-r ladung auszulösen« · .., -.-:-, ;

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Claims (8)

Patentansprüche:

1..J Piezoelektrische Zündvorrichtung mit einem in einer Aufnahme gelagerten Piezoelement und Mitteln zum Ausüben eines Stoßes auf ein iSnde des Piezoelement es, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (5,22) oder ein Teil der Aufnahme so gestaltet und dimensioniert ist, daß sie bzw. er den in das Piezoelement (7» 25) eingeleiteten Stoß derart zurückwirft, daß die Stößwellen in der Aufnahme und im Piezoelement eine Seihe von SpannüngsSchwankungen bewirken.

2* 'Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kenn ζ e i ch a. e t , daß das Ende, des Piezoeleffientes (7»25), welches dem Ende gegenuberliegfc* in das der Stoß eingeleitet wird, sich auf einem Elastischen Organ abstützt, tas einen Teil der Aufnahme biMLet.

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3. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Piezoelement (7»²5) in der Aufnahme unter Druck steht.

4·.'Zündvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch g e kennzeichne t , daß .das elastische Organ eine Reihe aufeinandergesetzter Metallscheiben (8) aufweist.

5· Zündvorrichtung nach Anspruch "2 oder 3» dadurch ge k e η η ζ ei c h η e t , daß das elastische Organ von einem Brückenstück (28) gebildet wird, dessen Mittelteil gegen das eine Ende des Piezoelementes (25) anliegt' und dessen Seitenteile von der Aufnahme (22) gehalten werden.

6. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4·, dadurch g e ken η ζ e i c h η e t , daß die Aufnahme (5) ein rohrförmdfges das Piezoelement (7) und das elastische Organ umschließendes Gehäuse besitzt, daß gegen das eine Ende des Piezoelementes durch eine Feder ein Stoßkörper gedruckt wird, daß auf dem Gehäuse ein als Schiebehülse ausgebildetes iingerstück (l) angeordnet ist, welches Verriegelungsmittel (3»4·) für den Stoßkörper (2) trägt, die durch Entfernen des Stoßkörpers vom Piezoelement mittels Betätigungsorgane am Gehäuse entriegelbar sind.

7. Zündvorrichtung nach Anspmich 2, 3 und 51 dadurch g e kenn ze i c hn e t , daß das Piezoelement von einem Brückenstück (28) in einer Ausnehmung einer plattenförmigen Aufnahme (22) gehalten wird, wobei das Brückenstück kraftschlüssig in einen Schlitz (29) der Aufnahme eingepaßt ist und unter Druck gegen das Piezoelement anliegt·

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8. Zündvorrichgung nach. Anspruch. 7, dadurch g e k e η n ζ β i c h Ii β t , daß der Stioßkörper (27) von einem Schwenkhammer gebildet wird.

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