DE19827053A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entladen eines piezoelektrischen Elements - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entladen eines piezoelektrischen Elements beschrieben. Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung zeichnen sich dadurch aus, daß das Entladen des piezoelektrischen Elements unter Umladen der darin gespeicherten Ladungen in mehrere kapazitive Eigenschaften aufweisende Elemente erfolgt, wobei das Umladen unter aufeinanderfolgendem Aufladen der mehreren kapazitive Eigenschaften aufweisenden Elemente erfolgt. Dadurch kann erreicht werden, daß sich das piezoelektrische Element auf einfache Weise effizient und ohne Störungen anderer Vorgänge oder Komponenten vollständig entladen läßt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9, d. h. ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entladen eines piezoelektrischen Ele­ ments.

Bei den vorliegend näher betrachteten piezoelektrischen Ele­ menten handelt es sich insbesondere, aber nicht ausschließ­ lich um als Aktoren bzw. Stellglieder verwendete piezoelek­ trische Elemente. Piezoelektrische Elemente lassen sich für derartige Zwecke einsetzen, weil sie bekanntermaßen die Eigenschaft aufweisen, sich in Abhängigkeit von einer daran angelegten Spannung zusammenzuziehen oder auszudehnen.

Die praktische Realisierung von Stellgliedern durch piezo­ elektrische Elemente erweist sich insbesondere dann von Vor­ teil, wenn das betreffende Stellglied schnelle und/oder häu­ fige Bewegungen auszuführen hat.

Der Einsatz von piezoelektrischen Elementen als Stellglied erweist sich unter anderem bei Kraftstoff-Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen als vorteilhaft. Zur Einsetzbarkeit von piezoelektrischen Elementen in Kraftstoff-Einspritzdüsen wird beispielsweise auf die EP 0 371 469 B1 und die EP 0 379 182 B1 verwiesen.

Piezoelektrische Elemente sind kapazitive Verbraucher, welche sich, wie vorstehend bereits angedeutet wurde, entsprechend dem jeweiligen Ladungszustand bzw. der sich daran einstellen­ den oder angelegten Spannung zusammenziehen und ausdehnen.

Das Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements kann unter anderem über ein induktive Eigenschaften aufweisendes Bauelement wie beispielsweise eine Spule erfolgen, wobei diese Spule in erster Linie dazu dient, den beim Laden auf­ tretenden Ladestrom und den beim Entladen auftretenden Ent­ ladestrom zu begrenzen. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 veranschaulicht.

Das zu ladende bzw. zu entladende piezoelektrische Element ist in der Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 101 bezeichnet. Es ist Bestandteil eines über einen Ladeschalter 102 schließ­ baren Ladestromkreises und eines über einen Entladeschalter 106 schließbaren Entladestromkreises, wobei der Ladestrom­ kreis aus einer Serienschaltung des Ladeschalters 102, einer Diode 103, einer Ladespule 104, des piezoelektrischen Ele­ ments 101, und einer Spannungsquelle 105 besteht, und wobei der Entladestromkreis aus einer Serienschaltung des Entlade­ schalters 106, einer Diode 107, einer Entladespule 108 und des piezoelektrischen Elements 101 besteht.

Die Diode 103 des Ladestromkreises verhindert, daß im Lade­ stromkreis ein das piezoelektrische Element entladender Strom fließen kann; die Diode 107 des Entladestromkreises verhin­ dert, daß im Entladestromkreis ein das piezoelektrische Ele­ ment ladender Strom fließen kann.

Wird der normalerweise geöffnete Ladeschalter 102 geschlos­ sen, so fließt im Ladestromkreis ein Ladestrom, durch welchen das piezoelektrische Element 101 geladen wird; die im piezo­ elektrischen Element 101 gespeicherte Ladung bzw. die sich an diesem dadurch einstellende Spannung und damit auch die aktu­ ellen äußeren Abmessungen des piezoelektrischen Elements 101 werden nach dem Laden desselben im wesentlichen unverändert beibehalten.

Wird der normalerweise ebenfalls geöffnete Entladeschalter 106 geschlossen, so fließt im Entladestromkreis ein Entlade­ strom, durch welchen das piezoelektrische Element 101 ent­ laden wird; der Ladezustand des piezoelektrischen Elements 101 bzw. die sich an diesem dadurch einstellende Spannung und damit auch die aktuellen äußeren Abmessungen des piezoelek­ trischen Elements 101 werden nach dem Entladen desselben im wesentlichen unverändert beibehalten.

Ein derartiges Laden und Entladen von piezoelektrischen Ele­ menten ist vorteilhaft, weil es mangels nennenswerter ohm­ scher Widerstände im Ladestromkreis und im Entladestromkreis verlustleistungsarm und unter nur relativ geringer Wärme­ entwicklung erfolgen kann.

Andererseits kann aber beim Laden und Entladen kein Einfluß auf den Umfang des Ladens bzw. Entladens genommen werden. Die Ladespule 104 und das piezoelektrische Element 101 bzw. die Entladespule 108 und das piezoelektrische Element 101 bilden beim Laden bzw. beim Entladen des piezoelektrischen Elements nämlich einen LC-Reihenschwingkreis, wobei das piezoelektri­ sche Element nur mit der ersten Stromhalbwelle der ersten Schwingkreisschwingung geladen bzw. entladen wird. (ein Weiterschwingen des Schwingkreises wird durch die im Lade­ stromkreis und im Entladestromkreis enthaltenen Dioden 103 bzw. 107 unterbunden), was seinerseits wiederum zur Folge hat, daß der Umfang des Ladens und Entladens im wesentlichen ausschließlich durch die (während des Betriebes nicht ver­ änderbaren) technischen Daten der Schwingkreiselemente (ge­ nauer gesagt durch die Induktivität der Lade- bzw. Entlade­ spule und die Kapazität des piezoelektrischen Elements) be­ stimmt werden.

Dies kann unter anderem dazu führen, daß das piezoelektrische Element durch das Entladen nicht vollständig entladen wird.

Wären der Ladestromkreis und Entladestromkreis ideale ver­ lustfreie LC-Schwingkreise, so würde nach dem Entladen exakt wieder der Zustand hergestellt werden, der vor dem Beginn des Ladens bestand. Weil der Ladestromkreis und der Entladestrom­ kreis in der Praxis aber keine idealen verlustfreien LC- Schwingkreise sind (sein können), wird das piezoelektrische Element bei einem wie beschrieben erfolgenden Laden und Ent­ laden nicht vollständig entladen.

Die vollständige Entladung des teilweise entladenen piezo­ elektrischen Elements gestaltet sich schwierig.

Eine Wiederholung des Entladevorganges führt nicht zum Ziel, weil die nach dem ersten Entladen des piezoelektrischen Ele­ ments an diesem verbleibende Spannung normalerweise kleiner ist als die Spannung der Spannungsquelle 105 und sich deshalb durch ein wie beschrieben erfolgendes Entladen nicht reduzie­ ren läßt.

Ein voll ständiges Entladen des piezoelektrischen Elements ließe sich bewerkstelligen, wenn das Laden und/oder das Ent­ laden des piezoelektrischen Elements derart (getaktet) erfol­ gen, daß die Ladespule 104 und/oder die Entladespule 108 nicht mehr oder jedenfalls nicht mehr primär als Schwing­ kreiselemente, sondern als ein Energie-Zwischenspeicher wirken, der wiederholt abwechselnd von der Stromversorgungs­ quelle (beim Laden) bzw. vom piezoelektrischen Element (beim Entladen) zugeführte elektrische Energie (in Form von magne­ tischer Energie) speichert und die gespeicherte Energie in Form von elektrischer Energie an das piezoelektrische Element (beim Laden) bzw. anderswohin (beim Entladen) abgibt, wobei die Zeitpunkte und die Dauer (und damit auch der Umfang) der Energiespeicherung und der Energieabgabe durch die Betätigung entsprechender Schalter bestimmt werden.

Dadurch kann das piezoelektrische Element in beliebig vielen, beliebig großen und in beliebigen zeitlichen Abständen auf­ einanderfolgenden Stufen wunschgemäß weit geladen und ent­ laden werden.

Als Folge dessen können sowohl das Ausmaß als auch der zeit­ liche Verlauf des Ladens und/oder des Entladens wunschgemäß beeinflußt werden, und zwar weitgehend unabhängig von den technischen Daten der Spulen und des piezoelektrischen Ele­ ments.

Das getaktete Laden und/oder Entladen erfordert jedoch einen relativ hohen Aufwand und kann darüber hinaus elektromagneti­ sche Störungen verursachen.

Eine weitere Möglichkeit zum vollständigen Entladen des piezoelektrischen Element besteht im Kurzschließen desselben über einen ohmschen Widerstand. Dies ist jedoch mit hohen Energieverlusten und einer nicht unerheblichen Wärme­ entwicklung verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 derart weiterzubilden, daß sich das piezoelektrische Element auf einfache Weise effizient und ohne Störungen anderer Vor­ gänge oder Komponenten vollständig entladen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1 (Verfahren) bzw. die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 9 (Vorrichtung) bean­ spruchten Merkmale gelöst.

Demnach ist vorgesehen,

• - daß das Entladen des piezoelektrischen Elements unter Um­ laden der darin gespeicherten Ladungen in mehrere kapazi­ tive Eigenschaften aufweisende Elemente erfolgt, wobei das Umladen unter aufeinanderfolgendem Aufladen der mehreren kapazitive Eigenschaften aufweisenden Elemente erfolgt (kennzeichnender Teil des Patentanspruchs 1) bzw.
• - daß die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, das Entladen des piezoelektrischen Elements unter Umladen der darin gespei­ cherten Ladungen in mehrere kapazitive Eigenschaften auf­ weisende Elemente erfolgen zu lassen, wobei das Umladen unter aufeinanderfolgendem Aufladen der mehreren kapazitive Eigenschaften aufweisenden Elemente erfolgt (kennzeichnen­ der Teil des Patentanspruchs 11).

Dadurch kann erreicht werden, daß auch beim Entladen des piezoelektrischen Elements unter Verwendung eines als Schwingkreis wirkenden oder betriebenen Entladestromkreises ein mehrstufiges Entladen durchgeführt werden kann. Für die einzelnen Entladestufen muß nur jeweils ein kapazitive Eigen­ schaften aufweisendes Element verfügbar sein, das aufgrund seiner Kapazität und der Spannung, auf die es aufgeladen ist, ein zumindest teilweises Umladen der im piezoelektrischen Element gespeicherten Ladungen gestattet.

Die kapazitive Eigenschaften aufweisenden Elemente sind vor­ zugsweise solche Elemente, über welche die Anordnung mit elektrischer Energie versorgt wird, also insbesondere Puffer­ kondensatoren, Batterien etc., wobei aus Gründen der Effi­ zienz vorzugsweise diejenigen Elemente, aus denen unmittelbar Energie entnommen wird, also insbesondere Pufferkondensatoren und dergleichen als erste (für die erste(n) Entladestufe(n)) verwendet werden. Für die letzte Entladestufe (zum vollstän­ digen Entladen des piezoelektrischen Elements) wird vorzugs­ weise ein Element verwendet, das eine wesentlich geringere Spannung und eine wesentlich größere Kapazität als das piezo­ elektrische Element aufweist; hierzu eignen sich vor allem Batterien sehr gut.

Durch die Möglichkeit, das piezoelektrische Element allein unter Verwendung eines als Schwingkreis wirkenden Entlade­ stromkreises vollständig zu entladen, läßt sich das Entladen einfach, effizient und ohne Störungen anderer Vorgänge oder Komponenten durchführen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unter­ ansprüchen, der folgenden Beschreibung und den Figuren ent­ nehmbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anord­ nung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements, und

Fig. 2 eine herkömmliche Anordnung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements.

Das piezoelektrische Element, dessen Laden und Entladen im folgenden näher beschrieben wird, ist beispielsweise als Stellglied in Kraftstoff-Einspritzdüsen (insbesondere in sogenannten Common Rail Injektoren) von Brennkraftmaschinen einsetzbar. Auf einen derartigen Einsatz des piezoelek­ trischen Elements besteht jedoch keinerlei Einschränkung; das piezoelektrische Element kann grundsätzlich in beliebigen Vorrichtungen für beliebige Zwecke eingesetzt werden.

Es wird davon ausgegangen, daß sich das piezoelektrische Element im Ansprechen auf das Laden ausdehnt und im An­ sprechen auf das Entladen zusammenzieht. Die Erfindung ist selbstverständlich jedoch auch dann anwendbar, wenn dies ge­ rade umgekehrt ist.

Es wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Ausführungs­ beispiel einer Anordnung zum Laden und (vollständigen) Ent­ laden eines piezoelektrischen Elements beschrieben.

Die in der Fig. 1 gezeigte und nachfolgend näher beschrie­ bene Anordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß das Entladen des piezoelektrischen Elements unter Umspeichern der darin gespeicherten Ladungen in mehrere kapazitive Eigen­ schaften aufweisende Elemente erfolgt, wobei die mehrerer kapazitive Eigenschaften aufweisenden Elemente aufeinander­ folgend geladen werden. Dieser Vorgang erfolgt vorzugsweise in mehreren (Entlade-)Stufen, wobei in jeder Entladestufe ein anderes Element zum Umspeichern der aus dem piezoelektrischen Element abzuziehenden elektrischen Ladungen bereitgestellt wird. Die in den jeweiligen Entladestufen umgespeicherten Ladungsmengen können dabei unabhängig voneinander beliebig groß sein, und es ist auch nicht erforderlich, daß die die kapazitiven Eigenschaften aufweisenden Elemente dadurch voll­ ständig oder um einen oder bis zu einem bestimmten Umfang ge­ laden werden.

Das piezoelektrische Element, das es im betrachteten Beispiel zu laden bzw. zu entladen gilt, ist in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 enthält daneben eine Spule 2, einen Ladeschalter 3a, eine Diode 3b, einen ersten Entlade­ schalter 4a, eine Diode 4b, einen zweiten Entladeschalter 5a, eine Diode 5b, einen Kondensator 6, eine Batterie 7, einen Gleichspannungswandler 8, und eine Diode 9, welche wie in der Fig. 1 verschaltet sind.

Der Ladeschalter 3a und die Diode 3b, der erste Entladeschal­ ter 4a und die Diode 4b, sowie der zweite Entladeschalter 5a und die Diode 5b können jeweils als ein Halbleiterschalter realisiert sein; die Dioden 3b, 4b, 5b und verhindern je­ weils, daß beim Laden ein ein Entladen bewirkender Strom bzw. beim Entladen ein ein Laden bewirkender Strom fließen kann.

Die Diode 9 ist eine Schutzdiode, durch welche verhinderbar ist, daß das piezoelektrische Element 1 beim Entladen des­ selben zu weit entladen und dadurch negativ geladen wird; dies könnte dem piezoelektrischen Element unter Umständen schaden.

Der Kondensator 6 dient als Pufferkondensator und wird von einer Spannungsquelle, welche vorliegend durch die Batterie 7 (beispielsweise eine KFZ-Batterie) gebildet wird, über den dieser nachgeschalteten Gleichspannungswandler 8 geladen; dadurch wird die Batteriespannung (beispielsweise 12 V) in eine im wesentlichen beliebige andere Gleichspannung umgesetzt und der das piezoelektrische Element enthaltenden Anordnung über den Kondensator 6 als Versorgungsspannung be­ reitgestellt.

Durch Öffnen und Schließen der Schalter 3a, 4a und 5a lassen sich ein Ladestromkreis und ein erster und ein zweiter Ent­ ladestromkreis bilden, wobei

• - der Ladestromkreis das piezoelektrische Element 1, den Kon­ densator 6, den Ladeschalter 3a, die Diode 3b und die Spule 2 umfaßt,
• - der erste Entladestromkreis das piezoelektrische Element 1, den Kondensator 6, den ersten Entladeschalter 4a, die Diode 4b und die Spule 2 umfaßt, und
• - der zweite Entladestromkreis das piezoelektrische Element 1, die Batterie 7, die Diode 5b, den zweiten Entladeschal­ ter 5a und die Spule 2 umfaßt.

So lange weder ein Laden noch ein Entladen des piezoelektri­ schen Elements 1 erfolgen soll, sind die Schalter 3a, 4a und 5a geöffnet. In diesem Zustand befindet sich die Anordnung gemäß Fig. 1 im stationären Zustand. D.h., alle Elemente behalten ihren Zustand im wesentlichen unverändert bei, und es fließen keine Ströme.

Das Laden des piezoelektrischen Elements wird durch ein Schließen des Ladestromkreises (Schalter 3a geschlossen und Schalter 4a und 5a geöffnet) eingeleitet.

Wird der Ladestromkreis geschlossen, so beginnt in diesem ein das piezoelektrische Element ladender Ladestrom zu fließen. Die Größe und der zeitliche Verlauf dieses Ladestroms hängt dabei im wesentlichen von dem durch das piezoelektrische Ele­ ment 1, der Spule 2 und dem Kondensator 6 gebildeten LC- Reihenschwingkreis ab. Er steigt nach dem Schließen des Lade­ stromkreises mehr oder weniger schnell bis zu einem Maximum an und nimmt dann wieder mehr oder weniger schnell ab; eine richtungsmäßige Umkehr des Stromflusses, durch welche das piezoelektrische Element wieder entladen würde, ist durch die Diode 3b ausgeschlossen.

Das Laden beginnt und endet also mit der ersten Strom-Halb­ welle der ersten Schwingkreis-Schwingung. Der Ladeschalter 3a wird nach der selbständigen Beendigung des Ladevorganges wie­ der geöffnet.

Der durch den Ladestrom zum piezoelektrischen Element be­ wirkte Ladungstransport hat eine Zunahme der im piezoelektri­ schen Element gespeicherten Ladung und damit auch eine Zu­ nahme der sich am piezoelektrischen Element einstellenden Spannung und der Ausdehnung des piezoelektrischen Elements zur Folge.

Die im piezoelektrischen Element akkumulierten Ladungen, die sich am piezoelektrischen Element einstellende Spannung und die Ausdehnung des piezoelektrischen Elements bleiben nach dem Abschluß des Ladevorganges im wesentlichen unverändert erhalten.

Das Entladen des piezoelektrischen Elements erfolgt im be­ trachteten Beispiel in zwei Stufen, wobei die erste Entlade­ stufe unter Verwendung des ersten Entladestromkreises, und die zweite Entladestufe unter Verwendung des zweiten Entlade­ stromkreises durchgeführt wird. Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß das piezoelektrische Element auch in beliebig viel mehr Stufen entladen werden kann.

Die erste Stufe des Entladens des piezoelektrischen Elements wird durch ein Schließen des ersten Entladestromkreises (Schalter 4a geschlossen und Schalter 3a und 5a geöffnet) eingeleitet.

Wird der erste Entladestromkreis geschlossen, so beginnt in diesem ein das piezoelektrische Element entladender Entlade­ strom zu fließen. Die Größe und der zeitliche Verlauf dieses Entladestroms hängt dabei im wesentlichen von dem durch das piezoelektrische Element 1, der Spule 2 und dem Kondensator 6 gebildeten LC-Reihenschwingkreis ab. Er steigt nach dem Schließen des ersten Entladestromkreises mehr oder weniger schnell bis zu einem Maximum an und nimmt dann wieder mehr oder weniger schnell ab; eine richtungsmäßige Umkehr des Stromflusses, durch welche das piezoelektrische Element wie­ der geladen würde, ist durch die Diode 4b ausgeschlossen.

Das Entladen beginnt und endet also mit der ersten Strom- Halbwelle der ersten Schwingkreis-Schwingung. Der Entlade­ schalter 4a wird nach der selbständigen Beendigung des Ent­ ladevorganges wieder geöffnet.

Der im ersten Entladestromkreis fließende Entladestrom be­ wirkt ein Umladen von im piezoelektrischen Element 1 gespei­ cherten Ladungen in den Kondensator 6.

Weil der erste Entladestromkreis als ein LC-Reihenschwing­ kreis wirkt bzw. betrieben wird und das Entladen des piezo­ elektrischen Elements nur mit der ersten Stromhalbwelle der ersten Schwingkreis-Schwingung erfolgt, hängt es im wesentli­ chen ausschließlich von

• - den anfänglichen Spannungen, auf die das piezoelektrische Element 1 und der Kondensator 6 geladen sind, und
• - den technischen Daten der Schwingkreiselemente, genauer ge­ sagt von den Kapazitäten des piezoelektrischen Elements 1 und des Kondensators 6 und von der Induktivität der Spule 2

ab, wie weit das piezoelektrischen Element durch ein derarti­ ges Entladen entladen wird.

Unter idealen Voraussetzungen müßte das piezoelektrische Ele­ ment dadurch vollständig entladen werden. In der Praxis ist dies in der Regel nicht der Fall.

Die im piezoelektrischen Element verbliebene Restladung kann aber in der bereits erwähnten zweiten Entladestufe entfernt werden, in welcher ein Entladen des piezoelektrischen Ele­ ments über den zweiten Entladestromkreis erfolgt.

Die zweite Stufe des Entladens des piezoelektrischen Elements wird durch ein Schließen des zweiten Entladestromkreises (Schalter 5a geschlossen und Schalter 3a und 4a geöffnet) eingeleitet.

Wird der zweite Entladestromkreis geschlossen, so beginnt in diesem ein das piezoelektrische Element entladender Entlade­ strom zu fließen. Die Größe und der zeitliche Verlauf dieses Entladestroms hängt dabei im wesentlichen von dem durch das piezoelektrische Element 1, der Spule 2 und der Batterie 7 gebildeten LC-Reihenschwingkreis ab. Er steigt nach dem Schließen des Entladestromkreises mehr oder weniger schnell bis zu einem Maximum an und nimmt dann wieder mehr oder weni­ ger schnell ab; eine richtungsmäßige Umkehr des Stromflusses, durch welche das piezoelektrische Element wieder geladen würde, ist durch die Diode 5b ausgeschlossen.

Das Entladen beginnt und endet also mit der ersten Strom- Halbwelle der ersten Schwingkreis-Schwingung. Der Entlade­ schalter 5a wird nach der selbständigen Beendigung des Ent­ ladevorganges wieder geöffnet.

Der im zweiten Entladestromkreis fließende Entladestrom be­ wirkt ein Umladen der im piezoelektrischen Element 1 noch vorhandenen Ladungen in die Batterie 7, welche wie der Kon­ densator 6 ebenfalls ein kapazitive Eigenschaft aufweisendes Element ist bzw. wie ein solches wirkt.

Weil der zweite Entladestromkreis als ein LC-Reihenschwing­ kreis wirkt bzw. betrieben wird und das Entladen des piezo­ elektrischen Elements nur mit der ersten Stromhalbwelle der ersten Schwingkreis-Schwingung erfolgt, hängt es im wesentli­ chen ausschließlich von

• - den anfänglichen Spannungen, auf die das piezoelektrische Element 1 und die Batterie 7 geladen sind, und
• - den technischen Daten der Schwingkreiselemente, genauer ge­ sagt von den Kapazitäten des piezoelektrischen Elements 1 und der Batterie 7 und von der Induktivität der Spule 2

ab, wie weit das piezoelektrischen Element durch ein derarti­ ges Entladen entladen wird.

Die Batterie 7, genauer gesagt deren relativ niedrige Span­ nung und deren hohe Kapazität ermöglichen es, daß das piezo­ elektrische Element überhaupt weiter entladen werden kann, und dabei sogar vollständig entladen werden kann.

Damit das piezoelektrische Element durch einen jeweiligen Entladevorgang überhaupt (wenigstens teilweise) entladen wer­ den kann, muß die Spannung, die das Element aufweist, in wel­ ches die Ladungen des piezoelektrischen Elements durch das Entladen umgeladen werden bzw. werden sollen, zu Beginn des betreffenden Entladevorganges niedriger sein als die Span­ nung, auf die das piezoelektrische Element (noch) aufgeladen ist. Damit das piezoelektrische Element durch einen Entlade­ vorgang vollständig entladen werden kann, muß die Spannung, die das Element aufweist, in welches die Ladungen des piezo­ elektrischen Elements durch das Entladen umgeladen werden bzw. werden sollen, zu Beginn des betreffenden Entladevorgan­ ges weniger als die Hälfte der Spannung betragen, auf die das piezoelektrische Element (noch) aufgeladen ist. Dabei ist die Kapazität des Elements, in welches die Ladungen des piezo­ elektrischen Elements durch das Entladen umgeladen werden bzw. werden sollen, vorzugsweise erheblich größer als die Kapazität des piezoelektrischen Elements.

Die genannten Voraussetzungen werden von der Batterie 7 in geradezu idealer Weise erfüllt.

Die Verwendung der Batterie 7 zum Entladen des piezoelektri­ schen Elements erweist sich im vorliegenden Beispiel als be­ sonders vorteilhaft, weil diese ohnehin vorgesehen werden müßte und weil die dort zurückgespeicherte Energie mit gerin­ gen Verlusten zur Energieversorgung der daran angeschlossenen Verbraucher verwendet werden kann. Anstelle der Batterie 7 kann jedoch auch ein anderes kapazitive Eigenschaften aufwei­ sendes Element (beispielsweise ein weiterer Kondensator) ver­ wendet werden, der die zum vollständigen Entladen des piezo­ elektrischen Elements erforderlichen Eigenschaften aufweist.

Das piezoelektrische Element 1 ist nach der zweiten Entlade­ stufe vollständig entladen. Daß die vollständige Entladung des piezoelektrischen Elements unter Verwendung von als Schwingkreisen wirkenden oder betriebenen Entladestromkreisen erfolgen kann, erweist sich als sehr vorteilhaft, denn einer­ seits treten hierbei nur minimale Energieverluste auf, und andererseits können das Laden und das Entladen des piezo­ elektrischen Elements dadurch ohne Störung anderer Vorgange und/oder anderer Komponenten erfolgen.

Sowohl beim Entladen des piezoelektrischen Elements in der ersten Entladestufe als auch beim Entladen des piezoelektri­ schen Elements in der zweiten Entladestufe hat der durch den Entladestrom bewirkte Ladungstransport eine Abnahme der im piezoelektrischen Element gespeicherten Ladung und damit auch eine Abnahme der sich am piezoelektrischen Element einstel­ lenden Spannung und der Ausdehnung des piezoelektrischen Ele­ ments zur Folge.

Die im piezoelektrischen Element akkumulierten Ladungen, die sich am piezoelektrischen Element einstellende Spannung und die Ausdehnung des piezoelektrischen Elements bleiben nach dem Abschluß der jeweilige Entladevorgänge im wesentlichen unverändert erhalten.

Durch ein wie beschrieben erfolgendes Entladen kann erreicht werden, daß sich das piezoelektrische Element auf einfache Weise effizient und ohne Störungen anderer Vorgänge oder Kom­ ponenten vollständig entladen läßt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Entladen eines piezoelektrischen Elements, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladen des piezoelektri­ schen Elements (1) unter Umladen der darin gespeicherten Ladungen in mehrere kapazitive Eigenschaften aufweisende Ele­ mente (6, 7) erfolgt, wobei das Umladen unter aufeinanderfol­ gendem Aufladen der mehreren kapazitive Eigenschaften aufwei­ senden Elemente erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der kapazitive Eigenschaften aufweisenden Elemente (6, 7) ein Kondensator (6) ist, über welchen eine Versorgungs­ spannung für die das piezoelektrische Element (1) enthaltende Anordnung bereitgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eines der kapazitive Eigenschaften aufweisenden Ele­ mente (6, 7) eine Batterie (7) ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Entladen des piezoelektrischen Elements (1) in mehreren Stufen durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Stufe ein anderes der kapazitive Eigenschaften auf­ weisenden Elemente (6, 7) verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Versorgungsspannung bereitstellende Kondensator (6) in einer der ersten Entladestufen verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Batterie (7) in einer der letzten Entladestufen verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Entladen des piezoelektrischen Elements (1) über einen als Schwingkreis wirkenden oder be­ triebenen Entladestromkreis (1, 2, 4a, 4b, 6; 1, 2, 5a, 5b, 7) erfolgt.

9. Vorrichtung zum Entladen eines piezoelektrischen Ele­ ments, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung dazu aus­ gelegt ist, das Entladen des piezoelektrischen Elements (1) unter Umladen der darin gespeicherten Ladungen in mehrere kapazitive Eigenschaften aufweisende Elemente (6, 7) erfolgen zu lassen, wobei das Umladen unter aufeinanderfolgendem Auf­ laden der mehreren kapazitive Eigenschaften aufweisenden Ele­ mente erfolgt.