DE2522497B2 - Piezoelektrische vorrichtung mit druckknopfbetaetigung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Vorrichtung mit Druckknopfbetätigung aus einer jiezoelektrischen Einheit, einem Halterahmen, an iessen unterem Ende die piezoelektrische Einheit lefextigt ist. einer am oberen Ende am Halterahmen

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axial beweglich gelagerten Druckknopfeinheit, einer gegenüber der piezoelektrischen Einheit in der Druckknopfeinheit angeordneten Schlageinheit, einer Schraubendruckfeder zwischen der Druckknopfeinheit und der Schlageinheit und einer sich am Halterahmen abstützenden Rückstellfeder für die Druckknopfeinheit

Eine derartige piezoelektrische Vorrichtung ist aus der DT-OS 22 15176 bekannt. Bei Betätigung des Druckknopfes wird zunächst Energie in einer Feder gespeichert, die bei weiterer Betätigung des Druckknopfes dann plötzlich entladen wird, und zwar treibt die Feder einen Hammer abwärts auf das piezoelektrische Element, das daraufhin einen elektrischen Funken erzeugt

Die bekannte Vorrichtung ist so kompliziert aufgebaut, daß ihre Herstellung umständlich und schwierig und daher relativ teuer ist So sind der Halter und das Betätigungselement kastenförmig gestaltet und außen ist an diesen beiden Elementen eine Mitnehmereinrichtung ausgebildet Der in diesen beiden Teilen untergebrachte Hammer weist Querstifte auf, die in den Mitnehmerkulissen an der Seite von Gehäuse und Auslöseteil geführt sind. Es liegt auf der Hand, daß solche Teile nicht besonders einfach herzustellen und zusammenzufügen sind, ganz abgesehen davon, daß ein kompakter Aufbau nicht möglich ist.

Aus der GB-PS 1160 051 ist eine piezoelektrische Vorrichtung bekannt, bei der am Hammer ein seitlicher Vorsprung ausgebildet ist, an dem eine Sperrklinge eingreifen kann. Hier sind gelenkig miteinander zu verbindende Bauteile vorgesehen. Außer der Sperrklinge kann keines dieser Bauteile als Flachteil in einem einfachen, billigen Stanzvorgang hergestellt werden. Auch einem kompakten Aufbau sind bei dieser Vorrichtung Grenzen gesetzt, die Zusammenfügung der Teile gestaltet sich schwierig.

Die US-PS 35 88 553 zeigt eine piezoelektrische Vorrichtung mit einem Hammer mit sich quer erstreckendem Stift. Der Stift dreht eine drehbare Steuerhülse, an der Zahnflanken ausgebildet sind. Diese Vorrichtung ist in gewisser Weise derjenigen nach der DT-OS 22 15 176 vergleichbar. Auch hier sind die Teile nicht als einfache Stanzteile herzustellen, die Konstruktion ist nicht besonders kompakt und auch nicht einfach herzustellen.

Aus der DT-AS 16 13 866 ist eine piezoelektrische Vorrichtung von ganz anderer Art bekannt. Bei ihr wird das Piezoelement nicht geschlagen, sondern gequetscht und erzeugt hierdurch einen Funken. Aufbau und Betätigungsart dieses Piezoelements sind mit dem des gattungsgemäßen nicht vergleichbar.

Der Piezoeffekt kann auch zur Aufladung von Strahlendosimetern verwendet werden. So zeigt die GB-PS 1159 447 ein in Form eines Federhalters aufgebautes Dosimeter, in dem koaxial zum Anzeigeelement eine piezoelektrische Vorrichtung angeordnet ist, die mit dem Anzeigeelement elektrisch verbunden ist. Betätigungsmittel für die piezoelektrische Vorrichtung sind in dieser Druckschrift aber nicht näher beschrieben.

Die bekannten Konstruktionen, bei denen die Steuerung der Hammerbewegung von der Seite her erfolgt, sind, wie erwähnt, hinsichtlich eines kompakten und auch einfachen Aufbaus gewissen Grenzen unterworfen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie sehr einfach und billig hergestellt werden kann. Im einzelnen fallen hierunter die folgenden Forderungen:

1. Am Hammerteil soll kein seitlich vorstehender Stift od. dgl. vorhanden sein, mittels dem die Auslösebewegung des Hammers zu steuern wäre.

2. Die Einzelteile, mit Ausnahme des Druckknopfes, der Federn und der piezoelektrischen Einheit, sollen aus Blechen durch einfaches Stanzen herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebene Kombination von Merkmalen gelöst Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Zur näheren Erläuterung des von der Erfindung erzielten Erfolges sei besonders auf die später noch genauer zu erläuternde Fig.4 hingewiesen, die sämtliche Einzelteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt Wie hieraus ersichtlich, ist die piezoelektrische Vorrichtung an Simplizität ihrer Teile und der Art ihies Zusammenbaus kaum mehr zu überbieten.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher beschrieben werden. Es zeigt

Fig. IA eine Vorderansicht im Schnitt einer erfindungsgemäßen piezoelektrischen Vorrichtung,

Fig. IB eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. IA,

Fig. 2 und 3 Seitenansichten zur Erläuterung des Funkt'onsablaufes und

Fig.4 die Einzelteile der Vorrichtung nach Fig. IA in zerlegtem Zustand.

Die in den Zeichnungen mit dem Bezugszeichen P versehene piezoelektrische Einheit weist bei deT vorliegenden Ausführungsform mehrere Ausgangsleitungen für die Hochspannung auf. Die piezoelektrische Einheit P besitzt ein zylinderförmiges Isoliergehäuse 7 mit zwei sich in axialer Richtung erstreckende Nuten 76 und 76'an der Außenfläche des Gehäuses, wie dies aus F i g. 4 klar zu ersehen ist. Innerhalb des Isoliergehäuses 7 sind mehrere piezoelektrische Elemente la, 16, lcund \duntergebracht, wie dies aus Fig. IA zu ersehen ist. Eine Erdungsscheibe 2 ist zwischen die beiden innenliegenden Elemente la und 16 eingesetzt, die einander entgegengesetzt angeordnet sind, so daß sich die Endflächen mit der gleichen Polarität gegenüberliegen, d. h., daß bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Endflächen mit dem negativen Pol zur Erdungsscheibe 2 hin liegen. Zwischen den beiden Elementen la und Ic sowie zwischen den Elementen 16 und id ist jeweils ein Porzellanisolator 4 bzw. 4' eingesetzt. Die Elemente la und lcund die Elemente 16und Ic/sind ebenfalls im zueinander entgegengesetzter Lage angeordnet. Mit anderen Worten, wenn die Fläche mit dem positiven Pol des Elementes la nach oben weist, dann weist die Fläche mit dem positiven Pol des darüberliegenden, benachbarten Elementes Ic nach unten. Die Porzellanisolatoren 4 und 4' isolieren jeweils die entsprechenden innen- und außenliegenden piezoelektrischen Elemente voneinander. An beiden Seiten der Isolatoren 4 oder 4' befinden sich Anschlußscheiben 3, 3 bzw. 3', 3', an denen die erzeugte Hochspannung abgenommen wird. Die Anschlußscheiben 3, 3, 3' und 3' sind mit jeweils einem Anschlußstift 3a, 3a, 3a'oder 3a'versehen, wie dies in Fig. IB dargestellt ist. Die Anschlußstifte ragen in die zylinderförmigen Vorsprünge 7a, 7a, 7a' und 7a' des zylinderförmigen Isoliergehäuses 7 hinein. An der Unterseite des Stapels aus den piezoelektrischen Elementen befindet sich eine Befestigungsscheibe 6 aus Metall und über dem Stapel ist eine Scheibe 5 angebracht, die Druck auf die Piczoelemente ausübt.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine piezoelektrische Einheit P mit mehreren piezoelektrischen Elementen, die insbesondere als Funkenentlade-Zündvorrichtung für eine Heizungseinrichtung mit mehreren Brennern geeignet ist Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt, bei dem mehrere piezoelektrische Elemente verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann genauso auch dann angewendet werden, wenn die piezoelektrische Einheit ein oder zwei Elemente und nur einen Hochspannungsanschluß aufweist

Bei der Erfindung ist es jedoch wichtig, die piezoelektrische Einheit P zylinderförmig auszubilden und mit in axialer Richtung verlaufenden Nuten an der Außenfläche zu versehen, die, wie im weiteren noch beschrieben werden wird, mit einem Halterungs- oder Montagerahmen mechanisch in Verbindung tritt Bei dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel sind an der Außenfläche des zylinderförmigen Isolationsgehäuses 7 zwei in axialer Richtung verlaufende Nuten vorgesehen. Die Befestigungsscheibe 6 und die den Druck ausübende Scheibe 5 kann dabei so ausgebildet werden, daß sie aus dem Isolationsgehäuse 7 herausragen, und an den nach außen ragenden Teilen können zwei in axialer Richtung verlaufende Nuten vorgesehen sein.

Mit dem Eiezugszeichen H wird insgesamt eine Schlageinheit bezeichnet, die~äuf die piezoelektrische Einheit P schlägt und eine elektrische Hochspannung erzeugt. Die Schlageinheit //besitzt eine Schlagplatte 8 aus Metall, die aus einem flachen Aufschlagteil 8a, welches der dem Druck ausübenden Scheibe 5 der piezoelektrischen Einheit P zugerichtet ist und einem Fußteil 86 besteht, das vom flachen Aufschlagteil 8a nach hinten absteht. Das Fußteil 86 weist einen in sich verdrehten Mitnehmerteil 8c, der bezüglich der Achse des Fußteiles 86 entweder im Uhrzeiger- oder im Gegenuhrzeigersinn (in der Zeichnung ist eine Verdrehung im Gegenuhrzeigersinn dargestellt) leicht verdreht ist, sowie ein verbreitertes Endteil 8</auf. Wie aus F i g. 4 am besten zu entnehmen ist, ist eine ringförmige Führungsscheibe 9 am Fußteil 86 der Schlagplatte 8 gleitend angebracht. Die Führungsscheibe 9 besitzt zwei kleine Vorsprünge 9a und 9a' am Außenumfang. Der Fußteil 86 wird in die in der Mitte der Führungsscheibe 9 vorgesehenen öffnung eingesetzt. Wenn die Führungsscheibe 9 sich nach unten bewegt, wobei die Mittelöffnung der Führungsscheibe 9 mit dem in sich verdrehten Mitnehmerteil 8c der Schlagplatte 8 in Berührung kommt, wird diese in der von der Verdrehung des Mitnehmerteils 8c vorgegebenen Drehrichtung gedreht. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Schlagplatte 8 im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Eine spiralförmige Antriebsfeder 10 ist um den Fußteil 86 herum und zwischen dem flachen Aufschlagteil 8a der Schlagplatte 8 und der Führungsscheibe 9, die das verbreiterte Endteil 8d der Schlagplatte 8 ergreift, angeordnet. Die Antriebsfeder 10 übt auf die Schlagplatte 8 eine Vorspannkraft, die in Richtung auf die piezoelektrische Einheit P gerichtet ist, sowie eine Vorspanndrehkraft aus, die entgegengesetzt zur Drehrichtung, wenn die Führungsplatte 8 nach unten bewegt wird, gerichtet ist.

Wie aus F i g. 4 am übersichtlichsten zu entnehmen ist, ist ein Halterungsrahmen 11 aus Metall vorgesehen. In einer inneren Aussparung des Rahmens 11, der in Fig. IA in der Zeichenebene liegt, ist die piezoelektrische Einheit P befestigt, derart, daß die seitlichen

Kanten der Ausnehmung in die beiden äußeren Nuten 7b und 76'am Isoliergehäuse 7 eingesetzt werden. Die in der Mitte der piezoelektrischen Einheit P befindliche Erdungsscheibe 2 besitzt einen nach außen ragenden Anschluß 2a, der mit der Innenseite der Ausnehmung des Halterungsrahmens 11 aus Metall in Berührung steht und eine elektrische Verbindung der Einheit P mit Masse bzw. eine Erdung bildet. Die Einheit P wird in ihrer Lage mittels einer Halterungsplatte 12 gehalten, die zwischen dem oberen, runden Teil der den Druck ausübenden Scheibe 5 der Einheit P und den unteren Kanten zweier nach innen vorstehender Platten 11a und 11a'des Metallhalterungsrahmens 11 eingespannt ist. Die Platten lla und 11a' sind leicht in zueinander entgegengesetzter Richtung gebogen und stehen mit der unteren Kante 8a' des Aufschlagteiles der Hammerplatte 8 in Berührung, wenn diese nicht betätigt wird. Der obere Teil der Aussparung im Rahmen il nimmt die Schlageinheit H auf, die in axialer Richtung frei beweglich ist, wenn die untere Kante 8a' des Aufschlagteils 8a durch die nach innen vorstehenden Platten lla und lla' in ihrer Bewegung nicht unterbunden wird.

Wenn die piezoelektrische Einheit P im Metallhalterungsrahmen 11 befestigt ist, stehen die Vorsprünge 7a. 7a. 7a'. 7a' bezüglich der Hauptfläche des flachen Rahmens 11 senkrecht nach außen. Die zwei benachbarten Anschlußstifte 3a. 3a und 3a', 3a'sind so angeordnet, daß sie auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 11 nach außen vortreten. Diese Anordnung der Anschlußstifte ist dafür vorgesehen, mehrere Hochspannungs-Leitungen für die Aufteilung der erzeugten Hochspannungen zu erhalten.

Ein zylinderförmiger Druckknopf 13, der beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein kann, ist so angeordnet, daß er auf Grund der beiden in axialer Richtung verlaufenden Schlitze 13a und 13a' auf dem oberen Teil des Rahmens II auf- und niedergleiten kann. Im Mittelteil dieser Schlitze 13a und 13a 'sind zwei radial angeordnete Ausnehmungen 136 und 136' vorgesehen, in die die kleinen Vorsprünge 9a und 9a der Führungsscheibe 9 eingreifen, so daß die Führungsscheibe 9 in der Aussparung des Rahmens 11 gehalten wird. Um die Schlageinheit Hherum ist eine Rückstellfeder 14 angeordnet, die auf den Druckknopf 13 eine Rückstellkraft ausübt Die Feder 14 liegt zwischen zwei Nasen 11 b und 11 b'. die oberhalb der vorstehenden Platten 11 a und lla' des Rahmens 11 vorgesehen sind, und der Führungsscheibe 9 und übt eine nach oben gerichtete Kraft auf die Räirnngsscheibe 9 und damit auf den DroddoK>pfi3aas.

Nachfolgend soD «Se Aifcehsweise der piezoelektrischen d gemäß der vrlgenden Erfindung beschrieben werden. Wenn der Druckknopf O benmtergedräckt «ad, wie «fies dnrch einen Met in F i g. 1A angegeben ist, in der sich die g im Ruhezustand befindet, wird die Schlageinheit H durch die Bewegung der Führungsscheibe 9 ebenfalls nach unten gedrückt. In diesem Falle treffen die beiden seitlichen Ecken der Oberkante 8a'der Schlagplatte 8,

S oder des flachen Aufschlagteiles 8a, auf die oberen Kanten der nach innen vorstehenden Platten lla und Ha'auf, so daß sich die Schlagplatte 8 nicht weiter nach unten bewegen kann. Durch weiteres Niederdrücken des Druckknopfes 13 gleitet die Führungsscheibe 9

ίο entlang dem Fußteil &b der Schlagplatte 8 nach unten, wodurch die spiralförmige Antriebsfeder 10 nach unten und entgegengesetzt zur Vorspannkraft der Rückstellfeder 14 gedruckt wird. Während die Führungsscheibe 9 entlang des Fußteils 86 der Schlagplatte 8 nach unten

IS gleitet, bewirkt sie eine Drehung der Schlagplatte 8 im Gegenuhrzeigersinn, indem sie das in sich verdrehte Mitnehmerteil 8c entgegen der im Uhrzeigersinn wirkenden Vorspannung der Antriebsfeder 10 mitnimmt In dem Moment, wenn infolge der Drehung der

jo Schlagplatte 8 im Gegenuhrzeigersinn die seitlichen Teile der Unterkante des flachen Aufschlagteiles 8a außer Berührung mit der obereYi Kante der nach innen gerichteten Platten lla und lla' kommen, wird die Schlagplatte 8 auf Grund der Federkraft der Antriebsfeder 10 plötzlich nach unten gedrückt und schlägt auf die den Druck ausübende Scheibe 5 der piezoelektrischen Einheit P auf. Auf Grund des Aufschlages der Schlagplatte 8 erzeugt die piezoelektrische Einheit P Hochspannungen zwischen den Hochspannungsan-Schlüssen 3,3,3', 3', die mit den positiven Polflächen der piezoelektrischen Elemente la, ib. lc, id verbunden sind, wobei der Metallhalterungsrahmen 11 die negativen Pole dieser Elemente an Masse legt. Die dabei auftretenden Hochspannungen können aus der Vorrichtung durch geeignete Leitungen herausgeführt werden und beispielsweise dafür verwendet werden, einen Mehrfach-Brenner zu zünden, indem mehrere Funkenentladungen an mehreren, in der Zeichnung nicht dargestellten Funkenstrecken ausgelöst werden.

Nach der Zündung wird bei Loslassen des Druck knopfes 13 dieser auf Grund der Rückstellkraft der Rückstellfeder 14 nach oben in seine Ausgangsstellung zurückgeführt, wobei die Rückstellfeder 14 zuvor durch die Führungsscheibe 9 und durch die Antriebsfeder 10 zusammengepreßt wurde. Die mit dem Druckknopf 13 in Verbindung stehende Führungsscheibe 9 wird ebenfalls nach oben gedrückt und drängt dadurch, daC sie an dem verbreiterten Endteil Sd angreift, die Schlagplatte 8 nach oben in die Ausgangsstellung zurück. Wenn die Schlagplatte & weit genug nach ober zurückgeführt ist, kommt die Schtagkante Äa' an du obere Kante der nach innen vorstehenden Blatten 11« und lla'des MetaHrahmens 11. Die Schiagplatte 8 wire dann durch die Dreh-Rücksteflkraft der Antriebsfedei TO in die in den Fig. IA und 18 dargestellt« Atisgangslage zorflckgefShrt.

Βίαζα 3 Bta Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

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   L Piezoelektrische Vorrichtung mit Druckknopfaetätigung aus einer piezoelektrischen Einheit, S einem Halterahmen, an dessen unterem Ende die piezoelektrische Einheit befestigt ist, einer am oberen Ende am Halterahmen axial beweglich gelagerten Druckknopfeinheit, einer gegenüber der piezoelektrischen Einheit in der Druckknopfeinheit >° angeordneten Schlageinheit, einer Schraubendruckfeder zwischen der Druckknopfeinheit und der Schlageinheit und einer sich am Halterahmen abstützenden Rückstellfeder für die Druckknopfeinheit, gekennzeichnet durch die Gesamtkombination folgender Merkmale:
   a> der Halterahmen besteht aus einer im wesentlichen flachen Metallplatte (11) mit einem sich mittig längserstreckenden Durchbruch,·

   b) die Druckknopfeinheit besteht aus einem unten *o offenen hohlzylindrischen Druckknopf (13) mit axialen Schlitzen (13a, 13a') am offenen Ende, in denen die Metallplatte (11) axial verschieblich geführt ist, und einer Führungsscheibe (9) mit zentrischem länglichen Schlitz, die am Druck- *5 knopf (13) befestigt ist und den Durchbruch in der Metallplatte (11) senkrecht schneidet;

   c) die Schlageinheit (H) besteht aus einer Schlagplatte (8) mit einem quererstreckten Aufschlagteil (8a), einem sich davon nach oben erstrekkenden, in sich verdrehten, den Schlitz in der Führungsplatte (9) durchdringenden Schaftteil (86,8c) mit verbreitertem Kopf (id);

   d) die Schraubendruckfeder (10) ist zwischen die Führungsscheibe (9) und das Aufschlagteil (8a) der Schlagplatte (8) unter Vorspannung in Richtung auf die piezoelektrische Einheit (P) und unter Torsionsvorspannung zwischen Führungsscheibe (9) und Schlagplatte (8) eingespannt;

   e) an der Metallplatte (11) sind beidseitig nach innen in den Durchbruch vorstehende Fahnen (11 a, 11 a') ausgebildet, auf deren Oberkanten im Ruhezustand die Unterkante (8a') des Aufschlagteils (8a) aufliegt.
2. 2. Piezoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckknopf (13) an den Schlitzen (13a, 13a') je eine Ausnehmung (136, üb) zur Aufnahme von Vorsprüngen (9a, 9a') an der Führungsplatte (9) aufweist und daß Druckknopf (13) und Führungsplatte (9) vermittels der Vorspannung der Schraubendruckfeder (14) gegenseitig verriegelt sind.
3. 3. Piezoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Einheit (P) mit axialen Nuten (7b, 7b) am Isoliergehäuse (7) versehen ist, vermittels denen sie an den Kanten des Durchbruchs der Metallplatte (11) befestigt ist.

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