DE2412300B2 - Piezoelektrische zuendvorrichtung - Google Patents

Description

Kauf genommen. Die hiermit verbundenen Nachteile sind insbesondere wiederum in einer erhöhten Verschleiß- und Verklemmungsgefahr zu sehen. Ganz abgesehen davon erfordert jedoch die exakte Herstellung von Keilflächen und/oder Pfannenlage/n etc. einen nicht unerheblichen Aufwand. Allen diesen Anordnungen gemeinsam ist jedoch der ganz entscheidende, bei Konstruktionen mit Abrollflächen bisher gefürchtete Nachteil, daß Schwierigkeiten hinsichtlich einer exakten Positionierung der miteinander zusammenwirkenden Bauteile in einer bestimmten gegenseitigen Lage nicht zu vermeiden sind, insbesondere wenn längere Betriebszeiten ins Auge gefaßt werden. Bei den aus der US-PS 35 58 903 entnehmbaren Anordnungen wird dies zwar durch Verwendung eines mit einer Keilfläche versehenen und durch eine Feder stets in Kontakt mit der Betätigungswelle gebrachten Stützteils zu vermeiden versucht. Die hierbei in Kauf zu nehmenden Nachteile hinsichtlich Verschleiß und Funktionsfähigkeit sind jedoch, wie weiter oben nachgewiesen, nicht unbeträchtlich.

Die DT-AS 17 63 030 zeigt eine piezoelektrische Zündvorrichtung mit einem axial bewegbar gelagerten Schlagbolzen, der unter dem Antrieb einer vorgespannten Feder einen Schlag auf das piezoelektrische Element ausüben soll. Eine derartige Schlagbolzenkonstruktion führt jedoch zu einer erheblichen mechanischen Beanspruchung der gesamten Anordnung, so daß eine relativ kurze Lebensdauer zu erwarten ist. Außerdem ist hierbei auf Grund der Schlagbeanspruchung ein nicht unbeträchtlicher Lärm zu befürchten.

Die OE-PSen 2 48 768 und 2 48 769 zeigen eine weitere bekannte piezoelektrische Zündvorrichtung mit einem in einer Büchse axial verschiebbar gelagerten, das piezoelektrische Element enthaltenden Block, der einerseits mit einem Kniehebelantrieb zusammenwirkt und andererseits gegen ein Tellerfederpaket abgestützt ist, das eine Verg^rößerung des Kompressionshubs zur Relativierung von eventuell vorhandenem Montagespiel ermöglichen soll. Es besteht hierbei jedoch die Gefahr, daß sich insbesondere im Laufe längerer Betriebszeiten die Federcharakteristik des Tellerfederpakets ändert, so daß auch hier Betriebsstörungen zu erwarten sind. Außerdem erfordert die bekannte Anordnung mit einem großen Kompressionshub eine nicht unbeträchtliche Baugröße. Ein weiterer Nachteil einer derartigen Anordnung ist darin zu sehen, daß die am piezoelektrischen Element festgelegten Anschlußdrähte auf Grund der bei jeder Betätigung vorzunehmenden Axialverschiebung dieses Elements einer nicht to unbeträchtlichen Biegewechselbelastung ausgesetzt sind.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Anordnungen eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art so auszubilden, daß eine exakte, verschleißarme Betriebsweise ohne nennenswerte Betriebsstörungen innerhalb einer langen, zumindest der Lebensdauer piezoelektrischer Elemente entsprechenden Zeit und gleichzeitig eine einfache, sichere und leichte Bedien- w) barkeit bei ausgezeichneter Kompression der piezoelektrischen Elemente sichergestellt sind und dennoch ein einfacher Aufbau mit geringem Teilebedarf und zugleich leichter und dennoch exakter Montierbarkeit erreicht wird. i>'>

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung in überraschend einfacher Weise dadurch, daß die Betätigungswelle in Achsrichtung des das piezoelektrische Element enthaltenden Blocks verschiebbar im Hohlrahmen gelagert und daß die durch die Betätigungswelle bewirkte Schwenkbewegung den das piezoelektrische Element enthaltenden Block und einen gegenüberliegenden, ebenfalls an einem Schwenklager abgestützten Gegenzapfen erfaßt, deren gegenüberliegende Stirnseiten mit jeweils einem Sackloch versehen sind, in das ein Stift der Betätigungswelle unter Spiel eingreift.

Die Anordnung der Betätigungswelle zwischen zwei schwenkbar gelagerten Elementen, hier stabförmigem Block und Gegenzapfen, ergibt auf Grund der Gegenläufigkeit dieser Elemente bereits bei kleinem Verdrehwinkel eine ausgezeichnete Kompression, was die Handhabung und Bedienung des gesamten Geräts nicht unwesentlich vereinfacht. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme ist darin zu sehen, daß hierbei der das piezoelektrische Element enthaltende Block von einer ungespannten Mittellage in eine jeweils gespannte Endlage ausgelenkt wird, wobei sich in vorteilhafter Weise die Möglichkeit bietet, durch einfache Erweiterung des Schwenkbereichs eine Druckerhöhung zu bewerkstelligen. Dies ergibt daher eine leichte Nachjustierbarkeit und sichert gleichzeitig eine vielfach nicht unerwünschte Variabilität hinsichtlich der Druckbeanspruchung, so daß eine breite Palette von piezoelektrischen Elementen bedient werden kann. Die blockparallele Verschiebbarkeit der Betätigungswellenlagerung erlaubt gleichzeitig eine massive Ausgestaltung im Bereich des Gegenzapfens, so daß die bei einer Schwenkung bewirkte Streckenvergrößerung praktisch voll im Bereich des piezoelektrischen Elements aufgenommen werden muß, was wiederum bereits bei kleinen Schwenkwinkeln eine ausgezeichnete Kompression ergibt. Außerdem ist hierbei ein besonders verschleißarmer Betrieb sichergestellt. Zudem kommt die erfindungsgemäße Anordnung auf Grund vorstehend genannter Maßnahmen mit lediglich einem Rahmen aus, was auf den Teilebedarf und den Montageaufwand nicht unbeträchtlich durchschlägt. Der im Bereich der Betätigungswelle vorgesehene, mit Block und Gegenzapfen in Eingriff zu bringende Zentrierstift erlaubt in vorteilhafter Weise eine exakte Positionierung der miteinander zusammenwirkenden Bauteile, was eine einfache Montage gewährleistet. Auf Grund des formschlüssigen Eingriffs des Zentrierstifts wird bei der bekannten Anordnung diese exakte Positionierung auch über längere Betriebszeiten hinweg ohne weiteres aufrechterhalten, was einen im Vergleich zu den bekannten Anordnungen äußerst verschleißarmen Betrieb erwarten läßt.

Bei einem Teil der aus der weiter oben diskutierten US-PS 35 58 903 entnehmbaren Anordnungen besitzt zwar die hier als Betätigungswelle dienende Rolle ebenfalls entsprechende Freiheitsgrade gegenüber dem Rahmen. Bei diesen Anordnungen ist dies jedoch deshalb notwendig, weil die Rolle entlang der hier vorgesehenen Keilflächen verschoben werden muß. Die erfindungsgemäße Anordnung kommt jedoch ohne derartige, in der Herstellung relativ aufwendige Keilflächen aus. Ganz abgesehen davon besitzt die bei den bekannten Anordnungen als Betätigungswelle dienende Rolle hier nicht nur einen Freiheitsgrad gegenüber dem Rahmen in einer ganz bestimmten Richtung, sondern ist praktisch allseitig lose angeordnet.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, daß die Betätigungswelle in zwei im Mittelbereich des Rahmens und in

Längsrichtung in bezug auf diesen beweglichen Schlitten drehbar gelagert ist. Eine derartige Schlittenlagerung der Betätigungswelle ergibt trotz des hierbei vermittelten Freiheitsgrads einen besonders geringen Reibungsverlust.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung kann darin bestehen, daß im Hohlraum des Rahmens zwei entgegengesetzte und mit den Stirnseiten parallel gegenüberliegende, sich nach innen erstreckende Fortsätze vorgesehen sind, deren einander gegenüberliegende Stirnseiten die hierauf abrollende Betätigungswelle abstützen und in Querrichtung führen. Diese Maßnahmen führen ersichtlich zu einer baulich und konstruktiv in vorteilhafter Weise besonders einfachen Ausführungsform.

In der Folge wird zum besseren Verständnis der Erfindung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Hinweis auf die 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,

F i g. 3 einen Schnitt gleich jenem der F i g. 2, wobei sich die Vorrichtung in der mechanischen Arbeitsphase bei angewendetem Druck befindet,

Fig.4 einen Schnitt eines bevorzugten Querschnitts der Betätigungswelle,

Fig.5 in axonometrischer Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 6 im Grundriß die Vorrichtung gemäß F i g. 5 in Ruhestellung,

F i g. 7 im Grundriß die Vorrichtung gemäß F i g. 6 in der Arbeitsphase und

F i g. 8 einen Schnitt entsprechend F i g. 4.

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. Weiter besitzt der Rahmen 10 im mittleren Bereich zwei Schlitten 15 und 16, die sich in Längsrichtung der Rahmenachse, jedoch nicht senkrecht zu ihr, frei bewegen können. Die beiden Schlitten 15 und 16 stellen den Sitz für die Auflage und Drehung einer Betätigungswelle 17 dar, so daß letztere 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 der Betätigungsweile 17 angeordnet ist, und an der anderen Seite zwei zylindrische piezoelektrische Elemente 18 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 der Zylinder 18 und 19 abgestimmte mechanische Belastung zu erzielen, wirken auf die Endseiten derselben zwei metallische Blocktcilc 21 und 22, von denen einer schwingend auf dem Stützpunkt 14 aufsitzt und der andere sich auf der Rctiitigungswcllc 17 abstützt. Zur Erleichterung der Montage können die Teile 21, 18, 20, 19, 22 in der angegebenen Reihenfolge in einer Isolierhülse 23 angeordnet sein.

Die Betätigungswelle 17 besitzt einen Stift 25, der mit Spiel frei beweglich in Sacklöchern der Stirnseiten der Teile 22 und 24 gelagert ist und zur Erleichterung der Montage und Einhaltung der Lage dient. Die Betätigungswelle 17 kann zur Ausgestaltung als Nockenwelle im Bereich der ihr gegenüberliegenden Stirnseiten der Teile 22 und 24 zwei Flächen 26 und 27 besitzen. Vielfach kann es schon genügen, wenn nur eine Fläche vorgesehen ist. Solche Flächen können auch entlang beabsichtigter Krümmungsbahnen verlaufen. Die Gegenwart 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 der Betätigungswelle 17 herbeigeführt, da der Hebel hieran mittels der Abflachungen 31 und 32 befestigt ist und sich die Betätigungswelle in den Schlitten 15 und 16 drehen kann. Beim Drehen der Betätigungswelle (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 Maße, die auf der Achse 28 abgelesen werden, länger als wenn die Achsen 35 und 36 auf und in der Achse 28 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 die Betätigungswelle 17 entlang der Achse 28 verschieben, weshalb es notwendig ist, die in Längsrichtung verschiebbaren Schlitten 16 und 15 vorzusehen.

Gemäß einer anderen in den Fig.5 bis 8 gezeigten Variante weist der Rahmen 10 in einem Mittelbereich zwei Fortsätze 40 auf, die frontal einander gegenüber liegen 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 der Betätigungswelle 17. Dadurch kann dieser rotieren und sich seitlich zwischen den Stirnseiten 38,39, jedoch nicht senkrecht zur Längsachse des Rahmens 10, verschieben, da die Axialverschiebung der Betätigungswelle 17 von den Armen des Hebels 29 begrenzt ist.
Die Gegenwart der Flächen erleichtert die Rückkehr der Vorrichtung in die Ruhestellung. In Ruhestellung (F i g. 6) liegen alle Teile auf oder fast auf der Achse 28. Bei Betätigung des Hebels 29 in Richtung 30 wird eine Drehung der Betätigungswelle 17 bewirkt, da der Hebel hierauf durch die Abflachungen 31 verankert ist. Die Betätigungswelle 17 dreht sich, weil sie in Querrichtung von den Flächen 38, 39 des Fortsatzes 40 begrenzt ist. Beim Drehen der Betätigungswelle (Fig. 7) verschiebt sie entlang 33 den Teil 24 und entlang 34 die anderen Teile 18,29,20,21,22,23. Dadurch werden die zuvor mit

Wi 28 fluchtenden oder fast fluchtenden Achsen 35, 36 in bezug auf die Hauptachse 28 winkelvcrsetzt. Bei Winkelvcrste'lung der Achsen 35 und 36 werden die Abmessungen auf der Achse 28 länger als wenn die Achsen 35 und 36 auf oder in der Achse 28 liegen. Da die

tr- 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   t. Piezoelektrische Zündvorrichtung für die Hochspannungszündung von Gasen, Gasgemischen, Treibstoffgemischen und dergleichen mit einem Hohlrahmen zur Aufnahme eines stabförmigen, das piezoelektrische Element enthaltenden Blocks, der einerseits an einem Schwenklager und andererseits an einer Betätigungswelle abgestützt und durch Drehung der Betätigungswelle mittels eines Hebels unter Komprimierung des piezoelektrischen Elements verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungswelle (17) in Achsrichtung des das piezoelektrische Element enthaltenden Blocks (21, 23, 22) verschiebbar im Hohlrahmen (10) gelagert ist, und daß die durch die Betätigungswelle (17) bewirkte Schwenkbewegung den das piezoelektrische Element enthaltenden Block und einen gegenüberliegenden, ebenfalls an einem Schwenklager abgestützten Gegenzapfen (24) erfaßt, deren gegenüberliegende Stirnseiten mit jeweils einem Sackloch versehen sind, in das ein Stift (25) der Betätigungswelle (17) unter Spiel eingreift
2. 2. Piezoelektrische Zündvorrichtung nach An-Spruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungswelle (17) in zwei im Mittelbereich des Rahmens (10) und in Längsrichtung in Bezug auf diesen beweglichen Schlitten (15 bzw. 16) drehbar gelagert ist.
3. 3. Piezoelektrische Zündvorrichtung 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, durch deren einander zugewandte Stirnseiten (38, 39) die hierauf abrollende Betätigungswelle (17) abgestützt und in Querrichtung geführt ist

   Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Zündvorrichtung für die Hochspannungszündung von Gasen, Gasgemischen, Treibstoffgemischen und dergleichen, mit einem Hohlrahmen zur Aufnahme eines stabförmigen, das piezoelektrische Element enthaltenden Blocks, der einerseits an einem Schwenklager und andererseits an einer Betätigungswelle abgestützt und durch Drehung der Betätigungswelle mittels eines Hebels unter Komprimierung des piezoelektrischen Elements verschwenkbar ist

   Bei Anordnungen dieser Art kommt das Phänomen zum Tragen, daß einige anisotrope piezoelektrische Körper, wie z. B. Quarz-, Turmalin-, Bariumtitankristalle etc. unter der Einwirkung einer mechanischen Druckoder Zugbeanspruchung infolge einer hier sich ergebenden Veränderung der geometrischen Abmessung und damit einer Veränderung der elektrischen Dipolmomente der einzelnen Eletnentarzellen oberflächlich elektrisch geladen werden. Diese elektrischen Ladungen können über Kabel zu Elektroden geleitet werden, wo sie eine mehr oder weniger lange Reihe koordinierter elektrischer Entladungen bewirken.

   Aus der DT-OS 14 88 892 ist eine Anordnung der vorstehend genannten Art bekannt Bei dieser bekannten Anordnung ist die Betätigungswelle auf ihrer dem stabförmigen, das piezoelektrische Element enthaltenden Block gegenüberliegenden Seite mittels einer

   Slützplatle an dem das piezoelektrische Elemeni aufnehmenden Rahmen abgestützt, der seinerseits schwenkbar in einem weiteren Rahmen montiert ist, in dem auch die Betätigungswelle drehbar aber unverschlieblich gelagert ist Bezüglich dieses zweiten Rahmens bewegen sich daher bei einer Betätigung der Betätigungswelle sowohl der erste Rahmen als auch der das piezoelektrische Element enthaltende Block, und zwar in gegenläufigen Richtungen, wobei der das piezoelektrische Element enthaltende Block über eine gespannte Mitteilage in zwei ungespannte Endlagen gelangt Hieraus ist erkennbar, daß die bekannte Anordnung auf Grund ihrer Doppelrahmen-Konstruktion im Aufbau relativ aufwendig und in der Montage äußerst kompliziert ist Außerdem besteht hierbei die Gefahr, daß sich bei der bekannten Anordnung die bei vertretbarem Aufwand nicht zu vermeidenden Fertigungstoleranzen und Verschleißerscheinungen auf Grund des vergleichsweise hohen Teileeinsatzes so weit aufsummieren, daß Funktionsstörungen zu befürchten sind. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß die hier beim Mittendurchgang des das piezoelektrische Element enthaltenden Blocks ausgeübte Kompression bei einmal montierter Vorrichtung nicht mehr beeinflußt werden kann, da die im Moment des Mittendurchgangs sich ergebende Geometrie durch die einmal festgelegte Dimensionierung und Anordnung der einzelnen Bauteile vorgegeben ist. Bereits unmittelbar vor bzw. unmittelbar nach dieser Mittellage beginnt hier nämlich bereits der Abfall zu den entspannten Endlagen. Außerdem fehlt es bei der aus der genannten DT-OS 14 88 892 entnehmbaren Anordnung an einer exakten gegenseitigen Positionierung der miteinander in Wirkverbindung tretenden Teile, so daß insbesondere bei anhaltendem Verschleiß, was gewöhnlich kaum zu vermeiden ist nicht unerhebliche Abweichungen von der theoretisch erwünschten Geometrie zu befürchten sind.

   Die US-PS 35 58 903 läßt weitere Ausführungsformen einer piezoelektrischen Zündvorrichtung erkennen, bei denen die Betätigungswelle zwischen einer gehäuseseitigen und einer blockseitigen Stützpiatte abrollen soll. Die gehäuseseitige Stützpiatte soll dabei gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform abweichend von der vorstehend diskutierten, der DT-OS 14 88 892 entnehmbaren Bauart relativ zum Gehäuse verschiebbar angeordnet sein. Hierdurch soll offenbar zwischen Betätigungswelle und Stützplatte eine exakte Abrollbewegung erreicht werden. Im Bereich zwischen Stützplatte und Gehäuserahmen kommt es jedoch zu einer Gleitbewegung, was insbesondere bei längerem Betrieb zu fortschreitender Abnutzung der Gleitflächen führt. Die einander zugewandten Abrollflächen sollen bei der bekannten Anordnung zum Ausgleich derartigen Spiels als Keilflächen ausgebildet sein, wobei mittels einer an der gehäuseseitigen Stützplatte angreifenden Feder stets ein exakter Betätigungswellenkontakt aufrechterhalten werden soll. Es gibt jedoch Betriebsphasen, in denen der von der Betätigungswelle auf die federbeaufschlagte Stützplatte übertragene Vorschub entgegen dem Federvorschub gerichtet ist, so daß es vielfach zu schleifenden Bewegungen mit der Gefahr von Verschleiß und mechanischen Verklemmungen kommen kann. Bei einer weiteren, der US-PS 35 58 903 entnehmbaren Ausführungsform soll die die Betätigungswelle bildende Rolle blockseitig in einer pfannenartigen Vertiefung gelagert sein. In diesem Fall wird dabei jedoch blockseitig eine reine Gleitbewegung in