DE2243727C3

DE2243727C3 - Piezozünder mit Schlagmechanik

Info

Publication number: DE2243727C3
Application number: DE2243727A
Authority: DE
Inventors: Walter 6000 Frankfurt Mohr
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 1972-09-06
Filing date: 1972-09-06
Publication date: 1978-03-23
Also published as: ZA736064B; BR7306878D0; DE2243727A1; DE2243727B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Piezozünder mit Schlagmechanik, insbesondere für Feuerzeuge, mit einem von einem Hammer beaufschlagten piezoelektrischen Wandler, mit einer von einem Betätigungsorgan zusammendrückbaren Kraftspeicherfeder, die sich einerseits gegen den Hammer und andererseits gegen das Betätigungsorgan abstützt, und mit einem Magneten, der den Hammer in Ruhestellung festhält.

Es ist bereits ein Piezozünder bekannt, bei dem zwei parallel angeordnete Piezokörper vorgesehen sind, zwischen denen zwei Magnete zum Festhalten des Hammers in der Ruhestellung vorgesehen sind. Die Magnete dürfen dabei jedoch nicht von Metall umgebi;n sein, da dann die Spannung zwischen den beiden Stirnflächen der Piezokörper zusammenbrechen würde. Bei einem anderen, ähnlichen Piezozünder ist ein magnetleitfähiger Hammer vorgesehen, der mit einem gehäusefesten Magneten zusammenwirkt. Auch bei diesem Piezozünder ergibt sich nur eine begrenzte Haltekraft des Magneten pro Volumeneinheit desselben.

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Piezozünder mit Schlagmechanik der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher ein kleines Volumen beansprucht und eine verhältnismäßig hohe Funkenenergie ergibt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß mindestens ein Magnetleitstück vorgesehen ist, welches mit dem Hammer und dem Magneten einen in Ruhestellung luftspaltfrei geschlossenen Magnetkreis bildet. Derartige Magnetkreise sind zwar an sich allgemein bekannt, jedoch hat man bisher bei Piezozündern mit magnetischer Festhaltemechanik wegen der Kleinheit dieser Zünder den Permanentmagneten möglichst groß gemacht, um eine ausreichend große Festhaltekraft für den Hammer zu erzeugen.

Die Anmelderin hat nun gefunden, daß selbst bei Piezozündern die durch die Platzbeanspruchung des Magnetleitstückes nötige Verringerung des Volumens des Permanentmagneten zu einer höheren Zündenergie führt. Dies ist einerseits darauf zurückzuführen, daß bei einem luftspaltfrei geschlossenen Magnetkreis weniger Streulinien auftreten, und andererseits darauf, daß sich eine schnellere Abnahme der Rückhaltekraft bei Entfernung des Hammers aus seiner Ruhestellung ergibt.

Es ist zwar bereits eine piezoelektrisch arbeitende Zündvorrichtung bekannt, bei der ein kontinuierlich beaufschlagter Piezokristall über eine einen geschlossenen Magnetkreis enthaltende elektromagnetische Vorrichtung zusätzlich beaufschlagt wird (US-PS 35 44 819), jedoch vermag diese Vorrichtung keine Anregung für die anmeldungsgemäße Lehre zu geben.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist der Hammer als topfförmiges Magnetleitstück ausgebildet, in das der Magnet eingesetzt ist, und die offene Seite des Hammers liegt in seiner Ruhestellung an einem gehäusefesten Magnetleitjoch an. Diese Ausbildung hut den Vorteil, daß kein zusätzliches schweres Metallteil für den Hammer verwendet werden muß, so daß sich ein geringeres Gewicht des Piezozünders erzielen läßt.

Der topfförmige Hammer ist vorzugsweise in einem magnetisch leitenden Gehäuse geführt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ein an den Magneten angrenzendes Magnetleitstück vorgesehen sowie ein magnetleitfähiges Joch, welches gegenüber

vs Magnet und Magnetleitstück relativ bewegbar ist. Das Magnetleitstück und der Magnet können dabei ortsfest angeordnet sein, während das Joch den Hammer bildet. Das loch muß in diesem Fall zwar eine genügend große Masse haben, jedoch läßt sich diese Ausführungsform konstruktiv verhältnismäßig einfach ausbilden.

Eine solche Ausbildung besteht vorzugsweise darin, daß das loch kippbar ausgebildet ist und daß an dein Joch eine Kraftspeicherfeder befestigt ist. Diese ist vorzugsweise als Blattfeder ausgebildet, deren freies

fts Ende als Betätigungsorgan dient.

Hammer, Magnet und Magnetleitstück sind vorzugsweise in bezug auf die Bewegungsachse des Hammeis axialsymmetrisch ausgebildet, um das Auftreten seitli-

eher Kräfte und das Verkanten des Hammers zu vermeiden.

Eine bei allen Ausführungsformen bevorzugte Weiterbildung ist darin zu sehen, daß der Magnetkreis einen mindestens einen Luftspalt umfassenden Nebenschlußweg aufweist, dessen magnetischer Widerstand mindestens dreimal so groß ist wie der magnetische Widerstand des geschlossenen Magnetkreises. Dadurch wird erreicht, daß der Magnet in der aus seiner Ruhestellung entfernten Lage des Hammers einen geringen nach außen tretenden Streufluß aufweist und daß eine Verringerung der Magnetisierung durch Stoßeinwirkung beim Auftreffen des Hammers auf den piezoelektrischen Wandler weitgehend vermieden wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.

F i g. 1 ist ein Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Piezozünder;

Fig. 2 ist ein Axialschnitl durch den oberen Teil eines gegenüber F i g. 1 etwas abgeänderten Piezozünders;

Fig. 3 ist ein Axialschnitt des oberen Teils eines weiteren Piezozünders;

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf einen vorteilhaft ausgebildeten Pie/o/ündcr.

Der in Fig. 1 dargestellte Piezozünder umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 1 aus einem magneti cn nicht leitfähigen Material. Im unteren Teil dieses tjchäuses befindet sich ein piezoelektrischer Wandler 2. im folgenden kurz Wandler genannt, der zwei Piezokristal-Ie 3 enthält, zwischen denen eine Hochspannungselektrode 4 liegt. Innerhalb des Wandlers befindet sich eine Prallplatte, die nach oben aus der Oberfläche herausragend, in einen Zapfen 7 ausmündet.

Der Wandler ist an seinem Mantelbereich von einer Isolierschicht 5 umgeben und liegt mit seiner unteren Stirnfläche auf dem Boden 6 des Gehäuses 1. Über dem Zapfen 7 befindet sich ein topfförmiges Magnetleitstück 8, in dessen Innern ein Permanentmagnet 9 mit Abstand von der Seitenwand des Magnetleitstücks 8 befestigt ist. Das ;opfförmige Magnetleitstück 8 und der Permanentmagnet 9 bilden den Hammer des Piezozünders.

Oberhalb des Hammers befindet sich ein magnetleitfähiges Joch 10, welches in seinem an den Hammer angrenzenden Bereich als Platte ausgebildet ist, an die sich nach oben ein stiftförmiger Ansatz anschließt. Das loch 10 besteht aus einem ferromagnetischen Material. Der untere, p'attenförmige Bereich des Jochs 10 überdeckt die oben offene Stirnseite des topfförmigen Magnetleitstücks 8 und liegt im Ruhezustand auf diesem auf, so daß der aus diesem Magnetleitstück 8, dem Permanentmagneten 9 und dem Joch 10 gebildete Magnetkreis geschlossen ist, d. h. im wesentlichen keine Luftspalte aufweist.

Der Schaft des Jochs 10 ist mit einem topfförmigen Körper 11, bevorzugt aus Kunststoff fest verbunden, welcher in seinem oberen Bereich eine Querbohrung 12 hat, durch die sich ein Haltestift 13 erstreckt, der durch öffnungen 14 in dem Gehäuse 1 hindurchreicht und das Joch 10 sowie den Kunststoffkörper 11 ortsfest hält.

Über dem Joch befindet sich eine Betätigungskappe 15, welche mindestens zwei diametral gegenüberliegende Längslöcher 16 aufweist, die von dem Haltestift 13 durchquert sind und die Bewegungsniöglichkeit der Betätigungskappe begrenzen. Der untere Rand 17 der Betätigungskappe 15 dient als Anlagefläche für eine Kraftspeicherfeder 18, die ir.il ihrem anderen linde an dem topfförmigen Magnetleitstück 8 anliegt.

Der Piezozünder umfaßt ferner auch eine Rückholfeder 19. die zwischen dem Wandler 2 und einer schulterförmigen Ausnehmung am Boden des topfförmigen Magnetleitsiücks 8 eingespannt ist.
Eir; solcher Piezozünder hat folgende Wirkungsweise: Beim Niederdrücken der Betätigungskappe 15 wird die Kraftspeicherfeder zusammengedrückt und gespannt. so daß eine Kraft auf das topfförmige Magnetleitstück 8 ausgeübt wird. Sobald die über die Betätigurigskappe in der Krafispeicherfeder erzeugte Reaktionskraft die Haltekrafl des aus dem Magnetleitstück 8 und dem Permantentmagneten 9 gebildeten Hammers an dem Joch übersteigt, entfernt sich der Hammer plötzlich von dem Joch und wird durch Freisetzen der in der Kraftspeicherfeder 18 gespeicherten Energie in Richtung auf den Zapfen des Wandlers 2 beschleunigt. Dabei braucht der Hammer lediglich die mit der Entfernung von dem Joch rasch abnehmende Anziehungskraft /u diesem sowie die zum Zusammendrücken der Rückhol- feder 19erforderliche Kraft zu überwinden.

Beim Aufschlagen des Kopfes 20 des Magnetleitslükkes 81 auf den Zapfen des Wandlers 2 wird ein kurzzeitiger Druck auf den Wandler ausgeübt, wodurch ein Hochspannungsimpuls an der Hochspannungselektrode 4 erzeugt wird.

Beim Loslassen der Retäligungskappe 15 entspannt sich zuerst die Kraftspeicherfeder 18 bis in ihre neutral" Lage, und sodann werden der Hammer 8 und 9, die Kraftspeicherfedir 18 sowie die Betätigungskappe 15 von der Rückholfeder 19 bis in ihre Ruhelage angehoben, in der der Hammer 8 und 9 wieder durch Magnetkraft an dem Joch 10 gehalten wird.

F i g. 2 zeigt einen Axialschnitt des oberen Teils des Piezozünders nach F i g. 1 in eir.er gegenüber dieser um 90" gedrehten Ebene in einer etwas abgeänderten Ausführungsform. Man erkennt, daß die Rückholfeder 119 nicht zwischen dem Hammer und dem Wandler liegt, sondern im Innenraum der Betätigungskappe 15 angebracht ist. Die Betätigungskappe besteh', dabei aus einem ferromagnetischen Material, so daß ein gewisser magnetischer Nebenschluß von dem topfförmigen Magnetleitstück 8 durch die Kraftspeicherfeder 18 und die Betätigungskappe 15 gebildet ist. welcher ausreicht, um den Hammer 8 und 9 wieder in die Ruhestellung anzuheben. Die Kraftspeicherfeder 18 ist mit dem Gehäuse 8 fest verbunden, beispielsweise über einen oder mehrere in einer umlaufenden Ausnehmung des Magnetleitstücks 8 angeordnete Stifte.

Überdies ist die Kraftspeicherfeder 18 an ihrem oberen Ende mit der Betätigungskappe 15 in gleicher oder ähnlicher Weise fest verbunden. Im übrigen entspricht die Ausgestaltung der in Fig. 1 dargestellten.

Fig. 3 zeigt im Axialschnitt den oberen Teil einer

weiteren Ausführungsform eines Piezozünders nach der Erfindung. Der Magnet 109 besteht aus zwei einzelnen quaderförmigen Blöcken, .velche an zwei Seiten von magnetleitfähigen Platten eingefaßt sind, wobei diese Platten länger als die quaderförmigen Blöcke des Magneten 109 sind. Die derart gebildete Einheit ist in

(,0 dem Gehäuse 101 befestigt, z. B. eingepreßt. Der Unterseite der Platten liegt ein scheibenförmiger Hammer 21 an, der an seiner unteren Seite konvex gefaltet ist und an seiner Oberseite einen Führungs/apfen 22 trägt, der in dem freien Raum /wischen den

i>5 Magneten gleiten kann.

An der Unterseite des scheibenförmigen Hammers 21. der das Joch des Magnetkreises bildet, greift eine Rückholfeder 19 an.

In dem zentralen Raum zwischen den Magneten 109 befindet sich eine Kraftspeicherfeder 118, die mit ihrem unteren linde an dem Führungszapfen 22 anliegt und mit ihrem oberen Ende an einen Betätigungsstempel 23 angreift, der durch einen radial nach innen gerichteten r, Stirnflansch 24 des Gehäuses 101 am Herausfallen gehindert ist.

Beim Herunterdrücken des Betätigungsstempels 23 wird die Kraftspeicherfeder 118 gespannt. Sobald die Reaktionskraft derselben größer ist als die Haltekraft des scheibenförmigen Hammers 21, löst sich dieser von den magnctleitfähigen Platten 108 und wird in Richtung auf den Wandler beschleunigt, wobei die Rückholfeder 19 zusammengedrückt wird. Beim Loslassen des Betätigungsstempels 23 entspannt sich zuerst die Kraftspeicherfeder 118 bis in ihre neutrale Lage. Sodann werden der platlenförmige Hammer 21, die Kraftspeicherfeder 118 und der Betatigungsstempel 23 durch die Kraft der Rückholfeder 19 wieder in ihre Ruhelage gebracht. Da die Teile des Magnelkreises in bezug auf die Bewegungsachse der beweglichen Teile, in diesem Falle also des plattenförmigen Hammers 21, axial-symmetrisch ausgebildet sind, wirken keine seitlichen Kräfte auf den Hammer, so daß dieser bei seiner beschleunigten Bewegung nicht verkantet wird.

Fig.4 zeigt eine einfach ausgebildete Ausführungsform eines Piezozünders nach der Erfindung. Der Magnetkreis umfaßt ein L-förniiges Magnetleitstück 25. an dessen einem Schenkel ein quaderförmiger Permanentmagnet 26 derart befestigt ist, daß die beiden Teile eine U-Form bilden. An den freien Enden des Magnctleitstücks 25 und des Permanentmagneten 26 liegt ein zugleich als Hammer 27 dienendes |och au* einem ferromagnetischen Material an. An dem auf dcir Permanentmagneten 26 anliegenden Ende des Hammers 27 ist an dessen angeschrägler Stirnfläche 28 eine Blattfeder 29 befestigt.

An dem freien Schenkel des L-förniigen Magnetlcitstiicks 25 ist ein U-förmiges Halteblcch 30 aus einem magnetisch nicht leitenden Material befestigt, an dessen Basisbereich 31 ein piezoelektrischer Wandler 2 mit einem Zapfen 117dem Hammer 27 zugewandt anliegt.

Der Piczozünder nach F i g. 4 hat folgende Wirkungsweise. Zum Betätigen des Piezozünders drückt man in Pfeilrichtung auf die Blattfeder 29. so daß diese gekrümmt wird. Sobald das Biegemoment der Blattfeder das Haltemoment des Hammers 27 an der aus dem Magnetleilstück 25 und dem Permanentmagneten 26 gebildeten Magnetanordnung überschreitet, hebt der Hammer 27 von dem freien Schenkel des Magnctleitstücks 25 ab und der Wandler wird durch die Kraft der Blattfeder 29 in Richtung auf den Zapfen 117 beschleunigt. Beim Auftreffen des Hammers 27 auf den Zapfen 117 des Wandlers entsteht eine Druckwelle in dem Wandler 2, welche einen Hochspannungsimpuls an der Hochspannungselektrodc4 erzeugt. Beim Loslassen der Blattfeder 29 wird der Hammer 27 durch die Streufeldlinien des Magnetkreises wieder in seine in Fig. 4 dargestellte Ruhelage zurückgeführt. Um diese Rückholbewegung nicht zu behindern, sollte die Blattfeder 29 aus einem magnetisch nicht !eitfähigen Material bestehen oder in der betätigten Lage genügend weit von dem Permanentmagneten 26 entfernt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Piezozünder mit Schlagmechanik, insbesondere für Feuerzeuge, mit einem von einem Hammer beaufschlagten piezoelektrischen Wandler, mit einer von einem Betätigungsorgan zusammendrückbaren Kraftspeicherfeder, die sich einerseits gegen den Hammer und andererseits gegen das Betätigungsorgan abstützt, und mit einem Magneten, der den Hammer in Ruhestellung festhält, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Mr.gnetleilstück (8, 10; 108; 25) vorgesehen ist, welches mit dem Hammer (21,27) und dem Magneten (9; 109; 26) einen in Ruhestellung luftspaltfrei geschlossenen Magnetkreis bildet.

2. Piezozüp.der nach Ansprach 1, dadurch gskennzeichnet, daß der Hammer als topfförmiges Magnetleitstück (8) ausgebildet ist, in das der Magnet (9) eingesetzt isi, und daß die offene Seite des Hammers in seiner Ruhestellung an einem gehäusefesten Magnetleitjoch (10) anliegt.

3. Piezozünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der topfförmige Hammer in einem magnetisch nicht leitfähigen Gehäuse(l)geführt ist.

4. Piezozünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an den Magneten angrenzendes Magnelleitstück vorgesehen ist sowie ein magnetleitfähiges Joch, und daß das Joch gegenüber Magnet und Magnetleitstück relativ bewegbar ist.

5. Piezozünder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetleitstück und der Magnet ortsfest angeordnet sind und daß das Joch den Hammer bildet.

6. Piezozünder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hammer (27) kippbar ausgebildet ist und daß an dem Joch eine Kraftspeicherfeder befestigt ist.

7. Piezozünder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftspeicherfeder als Blattfeder (29) ausgebildet ist und daß deren freies Ende das Betätigungsorgan bildet.

8. Piezozünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Hammer, Magnet und Magnetleitstück in bezug auf die Bewegungsachse des Hammers axialsymmetrisch ausgebildet sind.

9. Piezozünder nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gckennzeichnel, daß der Magnetkreis einen mindestens einen Luftspalt umfassenden Nebenschlußweg aufweist, dessen magnetischer Widerstand mindestens dreimal so groß ist wie der magnetische Widerstand des geschlossenen Magnetkreises.