-
PiezozUnder mit Schlagmechanik Die Erfindung betrifft einen Piezozünder
mit Schlagmechanik, insbesondere fUr Feuerzeuge, mit einem piezoelektrischen Wandler,
einem in Richtung auf denselben bewegbaren Hammer, der mit einer von einem Betätigungsorgan
zusammendrückbaren Kraftspeicherfeder zusammenwirkt, mit einer Bewegungsauslöse-Einrichtung
für den Hammer und mit einem diese Teile aufnehmenden Gehäuse, an dessen einem Stirnende
der piezoelektrische Wandler angrenzt.
-
Derartige PiezozUnder werden seit einiger Zeit für Taschenfeuerzeuge
verwendet. Dabei kommt es darauf an,bei geringem Volumen des Zünders eine möglichst
hohe Zündenergie zu erzeugen.
-
Es ist bereits eine piezoelektrische Zündvorrichtung bekannt, bei
der zwischen dem Hammer und dem Piezoelement eine Scheibe vorgesehen ist aus einem
plastisch-elastischen Material sowie Bremsmittel, die der Bewegung des Hammers in
der vom Piezoelement abgewandten Richtung entgegenwirken. Eine derartige ZUndvorrichtung,
die im wesentlichen für Photoblitzlampen verwendet werden soll, erzeugt einen verhältnismäßig
niedrigen, jedoch iang andauernden Spannungsimpuls, der für Feuerzeuge nicht optimal
ist.
-
Außerdem wird durch die plastisch-elastische Scheibe ein Teil der
kinetischen Energie des Hammers vernichtet, so daß der Wirkungsgrad einer derartigen
Zündvorrichtung verhältnismäßig ungünstig ist.
-
Bei einem anderen bekannten Piezozünder grenzt die Unterseite des
piezoelektrischen Elements an einen Massekörper an, der durch eine weiche Feder
gegen das Gehäuse abgestützt ist. Hierdurch wird eine erhöhte Zahl von Spannungsschwingungen
erzeugt und auf diese Weise die Zeit vergrößert, während der ein Strom in dem Funkenspalt
fließt. Ein derartiger Piezozünder benötigt mehrere zusätzliche Bauteile und ermöglicht
dadurch keine preiswerte Herstellung.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Piezozünder der eingangs
genannten Art zu schaffen, welcher mit einfachen Mitteln eine Verlängerung der Funkenstandzeit
ermöglicht und einen verhältnismäßig großen Wirkungsgrad aufweist.
-
Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß der piezoelektrische
Wandler in das Gehäuse axial verschiebbar eingesetzt ist und daß die zwischen der
Befestigungsstelle des Gehäuses und der aufliegenden Stirnfläche des piezoelektrischen
Wandlers kraftschlüssig liegenden Bauteile eine vorbestimmte Federkonstante aufweisen.Dadurch
wird erreicht, daß die Kraft des Hammers beim Auftreffen desselben auf den piezoelektrischen
Wandler huber einen längeren Zeitraum wirkt als bei bekannten Ausführungsformen
eines Piezozünders. Die dadurch erzielte längere Funkenstandzeit ermöglicht es,
den sonst üblicherweise-verwendeten Vorwiderstand in der Leitung zur Funkenstrecke
fortzulassen, so daß der Wirkungsgrad des Piezozünders erhöht ist. Die günstigste
Federkonstante läßt sich leicht durch Versuche ermitteln.
-
Gemäß einer besonderen Ausführungsform liegt zwischen der aufliegenden
Stirnfläche des piezoelektrischen Wandlers und dem angrenzenden
Stirnende,des
Gehäuses eine Federscheibe.
-
Diese kann gemäß einer Weiterbildung so ausgebildet sein, daß ihre
Federkonstante von der Vorspannung abhängt.
-
Gemäß einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform liegt der piezoelektrische
Wandler mit der dem Hammer zugewandten Stirnseite an einer gehäusefesten Schulter
an, rund die Federscheibe ist über eine in dem Gehäuse sitzende Spannschraube vorgespannt.
Dadurch läßt sich die Vorspannung der Federscheibe und also auch die Federkonstante
auf einfache Weise justieren.
-
Gemäß einer anderen AusfUhrungsform besteht das Gehäuse aus Kunststoff.
Die Elastizität eines derartigen Kunststoffgehäuses ist in vielen Fällen groß genug,
um die beabsichtigte Wirkung zu erzielen.
-
Die gewünschte Federkonstante kann dabei jedoch auch durch Wahl der
Dicke der Gehäusewand eingestellt werden.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der mit dem piezoelektrischen
Wandler in Berührung stehende Boden des Kunststoffgehäuses nach innen gewölbt.
-
Vorzugsweise ist der piezoelektrische Wandler durch eine zwischen
diesem und dem Hammer angreifende Rückholfeder vorgespannt.
-
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.
-
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Piezozünder nach der Erfindung
Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch den den piezoelektrischen Wandler enthaltenden
Bereich einer anderen Ausführungsform eines Piezozünders Fig. 3 ist eine der Figur
2 entsprechende Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Piezozünders
Fig.
4 ist eine Kurvendarstellung, die die Abhängigkeit der Zündenergie von der Federkonstanten
zeigt.
-
Der in der Figur dargestellte Piezozünder umfaßt ein zylindrisches
Gehäuse 1 aus einem Kunststoff. Das Gehäuse hat eine Kreisquerschnittsform und ist
an einem Ende durch einen Boden 2 verschlossen. Der Innenraum des Gehäuses ist ebenfalls
kreisquerschnittsförmig. Auf dem Boden 2 des Gehäuses liegt ein piezoelektrischer
Wandler 3 auf, der aus zwei hintereinander. angeordneten piezoelektrischen Bariumtitanatkristallen
4 und 5 besteht, zwischen denen eine Elektrode 6 liegt, welche durch eine öffnung
7 in der Gehäusewand nach außen geführt ist. Auf dem oben liegenden piezoelektrischen
Bariumtitanatkörper 5 befindet sich eine Prallplatte 8 aus Metall. Diese Prallplatte
kann mit dem Bariumtitanatkörper verkittet sein.
-
Der Piezozünder umfaßt ferner einen Hammer 9, der an dem zur Prallplatte
8 hinweisenden Mantelbereich mit einer Umfangsausnehmung versehen ist, die an einer
Schulter 10 endet. Zwischen der Prallplatte 8 und der Schulter 10 befindet sich
eine Rückholfeder 11, die an ihren beiden Stirnflächen planparallel geschliffen
ist.
-
An dem oben offenen. Ende des Gehäuses 1 befinden sich diametral gegenüberliegende
Bohrungen 12, durch die ein Haltestift 13 getrieben ist. Dieser Haltestift dient
zum Halten einer BetMtigungskappe 14 und einer Permanentmagnetanordnung.
-
Die Betätigungskappe 14 ist topfförmig ausgebildet und weist zwei
diametral gegenüberliegende, achsparallel sich erstreckende Längslöcher 15 auf,
durch die der Haltestift 13 gesteckt ist.
-
Die Längs löcher ermöglichen eine ihrer Länge entsprechende Beweglichkeit
der Betätigungskappe 14. Diese hat im übrigen einen Außendurchmesser, der etwas
kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses 1, so daß die Betätigungskappe
nicht wesentlich verkantet werden kann.
-
Die Permanentmagnetanordnung umfaßt einen quaderförmigen Permanentmagneten
16, an dessen beiden gegenüberliegenden Längsseiten Polplatten 17 angebracht sind,
die zu beiden Seiten etwas über die Länge des Permanentmagneten 16 hervorragen.
Die Polplatten 17 sind mit dem Permanentmagneten 16 verklebt.
-
Die oben überstehenden Enden der Polplatten 17 sind mit Bohrungen
18 versehen, durch die der Haltestift 13 gesteckt ist. Auf diese Weise wird die
aus den Teilen 16 und 17 bestehende Permanentmagnetanordnung gehäusefest gehalten.
-
Die unteren Enden der Polplatten 17 liegen an einer Stirnfläche des
Hammers 9 an, der aus einem ferromagnetischen Material besteht und daher durch den
Magnetfluß festgehalten wird.
-
Der Piezozünder umfaßt ferner noch eine Kraftspeicherfeder 19, die
einerseits an der Stirnfläche des Hammers 9 und andererseits an der Stirnkante des
offenen Endes der Betätigungskappe 14 angreift.
-
Das Gehäuse weist im oberen Bereich einen Ringwulst 20 auf, der zum
Befestigen des Piezozünders, etwa in einem Feuerzeug, dient.
-
Die Dicke und das Material des Gehäuses 1 sind so gewählt, daß sich
zwischen dem Ringwulst 20 und der Auflagefläche des piezoelektrischen Wandlers 3
eine gewünschte Federkonstante des Gehäuses 1 ergibt. Dadurch wird erreicht, daß
die Kraft des Hammers eine längere Zeitspanne auf den piezoelektrischen Wandler
3 wirkt und daß sich eine höhere Zündenergie ergibt im Vergleich zu einem üblichen
Piezozünder ohne die erfindungsgemäßen Merkmale.
-
Der Piezozünder hat folgende Wirkungsweise, Im- in der Figur dargestellten
Ruhezustand befindet sich die Kraftspeicherfeder 19 praktisch in ihrem entspannten
Zustand, so daß sie keine wesentliche Kraft auf den Hammer 9 ausübt. Wird nun die
Betätigungskappe 14 nach unten gedrückt, so wird die Kraftspeicherfeder 19 gespannt
und
dementsprechend eine wachsende Kraft auf den Hammer 9 ausgerbt. Sobald die Spannkraft
der Kraftspeicherfeder 19 größer wird als die Haltekraft der Permanentmagnetanordnung,
löst sich der Hammer von derselben und schnellt nach unten gegen die Prallplatte
8, wobei die Rückholfeder 11 bereits einen Druck auf den piezoelektrischen Wandler
ausübt, bevor der Hammer 9 auf die Prallplatte 8 auftrifft. Durch diesen Druck der
Rückholfeder werden die einzelnen Teile des piezoelektrischen Wandlers jedenfalls
so weit zusammengedrückt, daß sie nicht mehr locker oder mit Spiel aneinander liegen.
Durch das Zusammendrücken des piezoelektrischen Wandlers vor dem Auftreffen des
Hammers wird erreicht, daß der piezoelektrische-Wandler eine maximale elektrische
Energie beim Auftreffen des Hammers erzeugt.
-
Die Umfangsausnehmung an der Mantelfläche des Hammers 9 ermöglicht
eine Aufnahme der Rückholfeder 11 im zusammengedrückten Zustand derselben, d.h.
wenn der Hammer 9 auf der Prallplatte 8 aufschlägt.
-
Anstelle der Ringwulst 20 kann auch eine andere Befestigungs-oder
Halteeinrichtu-ng für das Gehäuse des Piezozünders verwendet sein.
-
Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt des unteren Teils eines abgeänderten
Piezozünders nach der Erfindung, bei dem der Boden 2'des Gehäuses 1 nach innen gewölbt
ausgebildet ist, so daß der untere Bariumtitanatkristall 4 des piezoelektrischen
Wandlers 3 nur in Punktberührung mit dem gewölbten Boden 2 steht. Durch die Stärke
der Wölbung, die Dicke des Bodens und das Material des Gehäuses 1 läßt sich eine
gewünschte Federkonstante einstellen.
-
Fig. 3 zeigt im Axialschnitt den unteren Bereich einer weiteren Ausführungsform
eines Piezozünders, bei dem der Boden 2 des Gehäuses 1 mit einer Gewindebohrung
21 versehen ist, in die ein Gewindestopfen 22 eingeschraubt ist. Zwischen dem Gewindestopfen
und
dem piezoelektrischen Wandler 3 liegt eine Federscheibe 23, die so beschaffen ist,
daß ihre Federkonstante von der Vorspannung abhängt. Dies wird beispielsweise dadurch
erreicht, daß die Federscheibe 23 kreisringförmig ausgebildet ist und eine gewölbte
Oberfläche hat, so daß unabhängig von der durch den Gewinde stopfen 22 eingestellten
Vorspannung eine andere Stelle der Oberfläche der Federscheibe 23 mit dem Gewindestopfen
in Berührung kommt.
-
Der von der Federscheibe 23 auf den piezoelektrischen Wandler ausgeübte
Druck wird dabei von einer Ringschulter 23 an der Innenseite des Gehäuses 1 aufgenommen.
-
Die Veränderbarkeit der Federkonstante als Funktion der Vorspannung
läßt sich jedoch auch auf andere Weise, wie an sich bekannt, erreichen, etwa durch
eine mehrladige Federscheibe oder durch eine Kegelfeder mit progressiver Steigung.
-
Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der Zündenergie als Funktion der Federkonstante
zwischen der Befestigungsstelle des Gehäuses 1 und der aufliegenden Stirnfläche
24 des piezoelektrischen Wandlers. Die Ordinate zeigt die Skalenteile eines Fluxmeters,
wobei ein Skalenteil 5 . 10-6 Vsec entspricht.
-
Man erkennt, daß sich die größte Zündenergie bei einer Federkonstanten
von 0,97 kpSmm ergibt.