DE2412300A1

DE2412300A1 - Vorrichtung fuer piezoelektrische spannungsquellen

Info

Publication number: DE2412300A1
Application number: DE2412300A
Authority: DE
Inventors: Edoardo Pilutti
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-03-20
Filing date: 1974-03-14
Publication date: 1974-09-26
Also published as: DE2412300B2; FR2222774B1; ES423904A1; NL161570B; JPS49120779A; GB1450664A; FR2222774A1; DE2412300C3; ATA153874A; NL161570C; US3912953A; AT333928B; NL7403651A

Description

PATENTANWALT

HANS-JOACHIM KANTNER

DIPLOM-INGENIEUR 6O79 SPRENDLINCEN.

HEGELSTRASSE 49/51 TELEPHON: (001O3) 62283

TELEGRAMM: KANTN ER PATENTE

PATENTANWALT DIPL.-1NG. H.-J. KANTNER ,,„„...„. ,K.^rKi/uccpcM SPRENDLINGEN. HEGELSTRASSE 49/51 SPRENDLINGEN/HESSEN

Pilutti Edoardo

Vorrichtung für piezoelektrische Spannungsquellen.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verwendung piezoelektrischer Spannungsquellen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verbesserungen an piezoelektrischen Spannungsquellen, die sich für die Erzeugung einer koordinierten Mhe .von Funken zumischen zwei Elektroden eignen. Die neue erfindngsgemäße Vorrichtung ist befähigt, eine mechanische, durch Druckanwendung auf piezoelektrische Kristalle ausgeübte Arbeit in eine Reihe elektrischer Entladungen umzuwandenl, die vielfach verwendbar sind, wie beispielsweise für Gasanzünder, Zündeinrichtungen zum Zünden von Treibstoffgemischen in Verbrennungskraftmaschinen, für die Abgabe von Signalen, usw.

Die Eigenschaft einiger anisotroper piezoelektrischer Körper, wie z.B. Quarz-, Turmalin-, Bariura-titankristalle usw., ist bekannt, nämlich daß diese, wenn auf sie durch Druck oder Zug in einer bestimmten Richtung eingewirkt wird, oberflächlich elektrisch geladen werden.

Dies erfolgt deswegen, weil eine mechanische Druck- oder Zugbeanspruchung durch Veränderung der Ab-

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messungen eine Veränderung der elektrischen Dipolmomente der einzelnen Elementarzellen, die parallel zur Belastungsachse liegen, herbeiführt, welches Phänomen seinerseits im Bereich der Achse eine Änderung der freien Oberflächenladungen bewirkt, so daß die in der Polarisation durch das Volumen im Inneren des Kristalles induzierten Änderungen kompensiert werden.

Beim Aufhören der mechanischen Verformung wird der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt.

Im Zuge der vorliegenden Erfindung wird wegen der einfacheren mechanischen Lösung als Beispiel lediglich die Druckbelastung herangezogen.

Für die Durchführung der vorliegenden Erfindung

ist die Art des verwendeten Kristalles belanglos, wenngleich Quarzkristalle zu bevorzugen sind.

Es sind bereits zahlreiche Vorrichtungen bekannt, bei denen das oben beschriebene Mnomen praktisch ausgenützt wird.

Gewöhnlich werden bei solchen Vorrichtungen zwei aus den erwähnten Kristallen gebildete kleine Zylinder gegenüberliegend angeordnet, wobei an den gegenüberliegenden Kopfseiten die elektrische Ladung abgenommen und mittels eines abgeschirmten Kabels zu einer Elektrode geführt, wogegen der andere.an Masse gelegt wird und mit den anderen beiden Kopfseiten der Zylinder in elektrischer Verbindung steht.

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Bei einer mechanischen Belastung gelangen die elektrischen Ladungen durch das abgeschirmte Kabel zu den Elektroden und bewirken dort eine mehr oder weniger lange Rihe koordinierter elektrischer Entladungen.

Diese Reihe von Entladungen ist gewöhnlich auch während der Annullierungsphase der-angewendeten mechanischen Belastung vorhanden.

Ein erstes zu lösendes Problem ist die Notwendigkeit der Anwendung einer geringen Kraft,um gleichzeitig die gewünschte Kompression in den Kristallen zu erzeugen.

Dies ist dann wichtig, wenn diese Vorrichtungen für Haushaltsanzünder oder industrielle Anzünder für Acetylen oder andere Gase und Gasgemische verwendet werden. '

Ein zweites Problem besteht darin, eine Vorrichtung zu erstellen, die eine äußerst hohe Folge von Verwendungszyklen aushält, deren Anzahl gewöhnlich zumindest den Zyklen entsprechen sollte, welche die Kristalle durchhalten können.

Eine weitere Notwendigkeit, ist die Schaffung einer hinsichtlich ihrer Konstruktion und Montage einfachen und zugleich aus wenigen Teilen bestehenden Vorrichtung,

Ein weiteres, mit dem ersterwähnten Problem zusammenhängendes Problem besteht darin, daß keine Gleitflächen zur Verfügung stehen, die starken Belastungen ausgesetzt sind, sondern nur starken Belastungen ausgesetzte Rollflächen.

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Diese Probleme werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, welche eine Vorrichtung für piezoelektrische Spannungsquellen betrifft, die durch einen inneren hohlen Rahmen mit zwei einander gegenüberliegenden Stützpunkten an den Kopfteilen des Rahmens und an den Kepfteilen-des-Rahmen-inneren Enden des Hohlteiles, wenigstens ein schwingend auf einem der Stützpunkte aufsitzendes piezoelektrisches Element, einen schwingend auf dem anderen Stützpunkt aufsitzenden Gegenzapfen, einen Nocken zwischen dem piezoelektrischen Element und dem Gegenzapfen, wobei das piezoelektrische Element und der Gegenzapfen miteinander fluchten und in Ruhephase im wesentlichen auf demselben Längsachse des Rahmens liegen, und durch einen den Nocken zugeordneten und mit, diesem zusammenwirkenden Hebel gekennzeichnet ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu erblicken, daß im Hohlraum des Rahmens zwei entgegengesetzte und mit den Stirnseiten parallel gegenüberliegende, sich nach innen erstreckende Fortsätze vorgesehen sind und der Nocken von den parallelen inneren Stirnseiten der entgegengesetzt angeordneten Fortsätze abgestützt und in Querrichtung geführt ist und auf den Stirnseiten der Fortsätze abrollt.

Gemäß der Erfindung kann der Nocken zylindrisch sein oder aber er kann eine oder zwei Facettierungen im Bereich der Gegenflächen des piezoelektrischen Elementes und des Gegenzapfens aufweisen, welche Facettierungen flach oder auch gekrümmt sein können.

Weiters kann der Nocken einen Zentrier- und Führungsstift aufweisen, der in die Stirnseiten der auf den Nocken

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wirkenden Teile eingreift.

Schließlich kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Rahmen starr oder aber auch axial verformbar sein und dadurch zur Erzeugung der gewünschten piezoelektrischen Spannung beitragen.

In der Folge wird zum besseren Verständnis der Erfindung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Hinweis auf beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in axonometrischer Ansicht im Axialschnitt, Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Grundriß und im Schnitt senkrecht und axial in bezug auf den Schnitt gemäß Fig. 4, wobei sich die Vorrichtung in Ruhestellung befindet, Fig. 3 einen Schnitt gel gleich jenem der'Fig. 2, wobei sich die Vorrichtung in der mechanischen Arbeitsphase bei angewendetem Druck befindet, Fig. 4 einen Schnitt einer bevorzugten. Nockenart, Fig. 5 in axonometrischer Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 6 im Grundriß die Vorrichtung gemäß Fig. 5 in Ruhestellung, Fig. 7 im Grundriß die Vorrichtung gemäß Fig. 6 in der Arbeitsphase und Fig. 8 einen Schnitt eines bevorzugten Nockens.

Gemäß der Zeichnung weist die Vorrichtung einen hohlen Rahmen 10 mit zwei Kopfteilen 11 und 12 auf, in denen zwei Stützpunkte 13 und 14 vorgesehen sind, von denen wenigstens einer, im gegenständlichen Fall der Stützpunkt 14, regelbar ist. Weiters besitzt der Rahmen 10 im mittleren

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Bereich zwei Schlitten 15 und 16, die sich in Längsrichtung der Rahmenachse, jedoch nicht senkr-echt zu ihr, frei bewegen kennen. Die beiden Schlitten 15 und 16 stellen den Sitz für die Auflage und Drehung eines Nockens 17 dar, sodaß letzterer sich sowohl in den Schlitten drehen, als auch mit diesen in Längsrichtung verschieben kann.

Zwischen den beiden Stützpunkten erstrecken sich an einer Seite ein Gegenzapfen 24, der schwingend zwischen dem Stützpunkt 13 und dem Nocken 17 angeordnet ist, und an der anderen Seite zwei zylindrische piezoelektrische Elemente und 19, zwischen welche ein Teil 20 zur Abnahme der im Moment der dipolaren elektrischen Momente induzierten Veränderungen eingesetzt ist. Dieser Teil 20 überträgt über ein abgeschirmtes

Kabel 41 die erzeugte Spannung an die nicht dargestellten Elektroden. Die nicht dargestellten Teile gehören dem Stand der Technik an. Um eine auf die Charakteristiken oer Zylinder 18 und 19 abgestimmte mechanische Belastung zu erzielen, wirken auf die Endseiten derselben zwei metallische Blockteile 21 und 22, von denen einer schwingend auf dem Stützpunkt 14 aufsitzt und der andere sich auf dem Nocken 17 abstützt. Zur Erleichterung der Montage können die Teile 21-18-20-19-22 in der angegebenen Reihenfolge in einer Isolierhülse 23 angeordnet sein.

Der Nocken 17 besitzt einen Stift 25, der frei beweglich in den Stirnseiten der Teile 22 und 24 gelagert ist und zur Erleichterung der Mortage und Einhaltung der Lage dient. Der Nocken 17 kann im Bereich der ihm gegenüberliegenden Stirnseiten der Teile 22 und 24 zwei Flächen 26 und 27, oder auch nur eine Fläche besitzen oder auch ohne solche versehen sein. Solche Flächen können auch entlang beabsichtigter

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Krümmungsbahnen verlaufen. Die Gegeiwart dieser Flächen erleichtert die automatische Rückkehr der Vorrichtung in ' die Ruhestellung. In Ruhestellung (siehe Fig. 2) liegen alle Teile auf der Achse 28. Wenn man den Hebel 29 in. Richtung 30 betätigt, wird eine Drehung des Nockens 17 herbeigeführt, da der Hebel am Nocken mittels der Abflachungen 31 und 32 befestigt ist und sich der-Nocken in den Schlitten 15 und drehen kann. Beim Drehen des Nockens (Fig. 3) verschiebt dieser entlang 33 den Teil 24 und entlang 34 die anderen Teile 21-18-20-29-23-22. Dadurch werden die betreffenden Achsen 35 und 36 in bezug auf die Hauptachse 28 im Winkel verschoben. Durch die Winkelverschiebung der Achsen 35 und 36 werden die Male, die auf der Achse 28 abgelesen werden, langer als wenn die Achsen 35 und 36 auf und in der Achse liegen: Auf diese Weise kommt die gewünschte mechanische Kompressionswirkung zustande. Da aber der Teil 24 nicht bzw', weniger zusammengedrückt wird als die koordinierte Reihe, welcher die Zylinder 18 und 19 angehören, muß sich der Nocken 17 entlang der. Achse 28 verschieben, weshalb es notwendig ist, die in Längsrichtung verschiebbaren Schlitten 16 und 15 vorzusehen.

Wenn gemäß einer anderen Variante keine Fläche vorgesehen wird und an ihrer Stelle die zylindrische Oberfläche des Nodens vorliegt₉ ist es möglich, die axiale Verformung der Zylinder 18 und 19 aufzufangen und die Schlitten 15 und 16 wegzulassen, u.zw. deswegen, weil die Differenz zwischen den Maßen zwischen dem RotationsZentrum des Nockens und dem Berührungspunkt 37 genügend groß sein kann, daß die axiale Nachgiebigkeit der Zylinder bei Anwendung

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der gewünschten Kraft aufgefangen werden kann.

Fig.

Gemäß einer anderen in den FÄg, 5 bis 8 gezeigten Variante weist der Rahmen 10 in einem Mittelbereich zwei Fortsätze 40 auf, die frontal einander gegenüberliegen und sich mit den Stirnseiten 38-39 nach innen erstrecken. Die Oberfläche der Stirnseiten 38-39 verläuft senkrecht zur Rahmenachse und parallel zur Ebene des Hohlraumes des Rahmens 10. Die Fortsätze 40 bilden den Sitz für die Lagerung und Queranordnung des Nockens Dadurch kann dieser rotieren und sich seitlich zwischen den Stirnseiten 38-39, jedoch nicht senkrecht zur Längsachse des Rahmen 10,verschieben, da die Axialverschiebung des Nockens 17 von den Armen des Hebels 29 begrenzt ist.

Die Gegenwart der Flächen erleichtert die Rückkehr der Vorrichtung in die Ruhestellung. In Ruhestellung (Fig. 6) liegen alle Teile auf oder fast auf der Achse 28, Bei Betätigung des Hebels 29 in Richtung 30 wird eine Drehung des Nockens 17 bewirkt, da der Hebel auf dem Nocken durch die Abflachungen 31 verankert ist. Der Nocken 17 dreht sich, weil er in Querrichtung von den Flächen 38-39 des Fortsatzes 40 begrenzt ist. Beim Dianen des Nockens (Fig. 7) verschiebt er entlang 35 den Teil 24 und entlang 34 die anderen Teile 18-29-20-21-22-23. Dadurch werden die zuvor mit 28 fluchtenden oder fast fluchtenden Achsen 35-36 in beag auf die Hauptachse 28 winkelversetzt. Bei Winkelverstellung der Achsen 35 und 36 werden die Abmessungen auf

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der Achse 28 langer als wenn die Achsen 35 und 36 auf oder in der Achse 2 8 liegen. Da die Festpunkte 13 und 14 unverändert bleiben, muß das schwächste Element (die Zylinder 18 und 19) nachgeben.

Auf diese Weise wird die mechanische Kompression bewirkt.

Es wurde vorstehend eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, es ist jedoch offensichtlich, daß noch zahlreiche Varianten möglich sind, die alle als im Rahmen der Erfindung liegend zu betrachten sind.

Insbesondere können die Formen und Abmessungen der verschiedenen Teile variieren, wie z.B. die Art und Form des Hebels 29, die örtliche Anordnung desselben, die Art und Form der Anschlüsse 31 und 32 des Hebels 29 auf dem Nocken 17, die Art und Form der auf dem Nocken 17 vorgesehenen Flächen 26 und 27, die Art, Form und Länge des Gegenzapfens 24, die Art und Form der auf den Nocken 17 wirkenden Stirnseiten der Teile 22 und 24, die Art und Form der Stützpunkte 13 und 14, die Art und Form des Rahmens 10, die Art und Form der Zylinder 18 und 19, die Art und Form der Hülle 23, usw. Weiters kömsn einige für die Erfindung nicht wesentliche Teile weggelassen oder durch andere Teile ersetzt werden. So können beispielsweise die Verstellung des Stützpunktes 14, der Stift 25, die Schlitten 15 und 16, welch letztere auch durch eine ovale öffnung oder durch eine Längsöffnung mit parallelen gegenüberliegenden und sich in Längsrichtung des Rahmens 10 erden Seitenkantea
strecken/ ersetzt sein können, und eine oder beide Flächen 26 und 2 7 fehlen, da derselbe Effekt gegebenenfalls auf andere Art erzielt werden kann oder weil deren Vorhandensein auf Grund besonderer Erfordernisse überflüssig ist.

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für piezoelektrische Spannung quellen, gekennzeichnet durch einen inneren hohlen Rahmen (10) mit zwei einander gegenüberliegenden Stützpunkten (13-14) an den Kopfteilen (11-12) des Rahmens und an den inneren Enden des Hohlteiles, wenigstens ein schwingend auf einem der Stützpunkte aufsitzendes piezoelektrisches Element (18-19), einen schwingend auf dem anderen Stützpunkt aufsitzenden Gegenzapfen (24), einen Nocken (17) zwischen dem piezoelektrischen Element (18-19) und dem Gegenzapfen (24), wobei das piezoelektrische Element (18-19) und der Gegenzapfen (24) miteinander fluchten und in Ruhephase im wesentlichen auf derselben Längsachse (28) desRahmens (10) liegen, und durch einen dem Nocken 10 zugeordneten und mit diesem zusammenwirkenden Hebel (29)

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei im Mittelbereich des Rahmens (10) und in Längsrichtung in bezug auf diesen beweglich angeordnete Schlitten (15-16), wobei der Nocken (17) in Längsrichtung entlang der Längsachse (28) des Rahmens (10) von den beiden Schlitten (15-16) abgestützt und geführt wird und in den Schlitten (15-16) drehbar ist.

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3.·Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum des Rahmens (10) zwei entgegengesetzte und mit den Stirnseiten (38-39) parallel gegenüberliegende, sich nach innen erstreckende Fortsätze (40) vorgesehen sind und der Nocken (17) von den parallelen inneren Stirnseiten (38, 39) der entgegengesetzt angeordneten Fortsätze (40) abgestützt und in Querrichtung geführt ist und auf den Stirnseiten (38-39) der Fortsätze (40) abrollt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen (10) in einem Mittelbereich zwei im wesentlichen ovale, sich in Längsrichtung des Rahmens (10) erstreckende Öffnungen vorgesehen sind, durch welche der Nocken (17) entlang der Längsachse (28) des Rahmens (10) abgestützt und in Längsrichtung geführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen (10) in einem Mittelbereich zwei Längsöffnungen

mit in Längsrichtung zum Rahmen (10) verlaufenden Parallelseiten vorgesehen sind und daß der Nocken (17) durch die Parallelseiten der Längsöffnungen abgestützt und entlang der Längsachse (28) des Rahmens (10) geführt, ist.

Patentanwalt

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