DE2522497C3 - Piezoelektrische Vorrichtung mit Druckknopfbetätigung - Google Patents

Description

lie Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische richtung mit Druckknopfbetätigung aus einer ^elektrischen Einheit, einem Halterahmen, an ien unterem Ende die piezoelektrische Einheit istigt 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

Eine derartige piezoelektrische Vorrichtung ist aus der DT-OS 22 15 176 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 11 60 051 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:

Am Hammerteil sol! kein seitlich vorstehender Stift od dgl. vorhanden sein, mittels dem die Auslösebewegung des Hammers zu steuern wäre. 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 Ει Πη- ίο dune sind in den Unteransprüchen beschrieben.

7ur näherui Erläuterung des von der Erfindung erzielten Erfolges sei besonders auf die später noch genauer zu erläuternde Fig.4 hingewiesen, die sämtliche Einzelteile der erfindungsgemäßen Vorrich-

zeigt. Wie hieraus ersichtlich, ist die piezoelektriche Vorrichtung an Simplizität ihrer Teile und der Art ihres 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, FiK- IB eine Seitenansicht der Vorrichtung nach

Fig.2 und 3 Seitenansichten zur Erläuterung des Funktionsablaufes und

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

Die in den Zeichnungen mit dem Bezugs/eichen P versehene piezoelektrische Einheit weist bei der vorliegenden Ausführungsform mehrere Ausgangsleitungen für die Hochspannung auf. Die piezoelektrische Einheit P besitzt ein zylinderförmiges Isoliergehäuse 7 mit zwefsich in axialer Richtung erstreckende Nuten Tb und 7b'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, Ιό, lc und lc/untergebracht, wie dies aus Fig. IA zu ersehen ist. Eine Erdungsscheibe 2 ist zwischen die beiden innenliegenden Elemente la und Ib 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 Elemmten la und Ic sowie zwischen den Elementen 16 und \d ist jeweils ein Porzellanisolator 4 bzw. 4' eingesetzt. Die Elemente laund lcund die Elemente lbund lic/sind ebenfalls im zueinander entgegengesetzter Lage angeordnet. Mit 5<> anderen Worten, wenn die Fläche mit dem positiven Pol des Elementes 1 a nach oben weist, dann weis, die Fläche mit dem positiven Pol des darüberliegenden, benachbarten Elementes Ic nach unten. Die Porzellanisolatoren 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 "5 Elementen befindet sich eine Befestigungsscheibe 6 aus Metall und über dem Stapel ist eine Scheibe angebracht, die Druck auf die Piezoelemente 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 vcsehen, die, wie im weiteren noch beschrieben werden wird, mit einem Haltcrungs- oder Montagerahmen mechanisch in Verbindung tritt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an der Außenfläche des zylinderförmigen Isolationsgehauses 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 lsolationsgchäuse 7 herausragen, und an den nach ί außen ragenden Teilen können zwei in axialer R chumg verlaufende Nuten vorgesehen sein.

Mit dem Bezugszeichen H wird insgesamt eine Schlageinheit bezeichnet, die auf die piezoelektrische Einheit P schlägt und eine elektrische Hochspannung erzeugt. Die Schlageinheit H besitzt eine Schlagplane 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 8b besteht, das vom flachen Aufschlagteil 8a nach hinten absteht. Das Fußteil 8b weist einen in sich verdrehten Mitnehmerteil 8c. der bezüglich der Achse des Fußteiles 8b entweder im Uhrzeiger- oder im Gegenuhrzeigersinn (in der Zeichnung ist eine Verdrehung im Gegenuhrzeigersinn dargestellt) leicht verdreht ist sowie ein verbreitertes Endteil 8c/auf. Wie aus F ι g. am besten zu entnehmen ist. ist eine nnglormige Führungsscheibc 9 am Fußteil 8b der Schlagplatte gleitend angebracht. Die Führungsscheibe 9 besitzt zwei kleine Vorsprünge 9a und 9a' am Außenumfang. Der Fußteil 8b wird in die in der Mitte der Führungsscheibe S 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 Auslunrungsbeispiel wird die Schlagplatte 8 im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Eine spiralförmige Antriebsfeder ist um den Fußteil 8b herum und zwischen dem flachen Aufschlagteil 8a der Schlagplatte 8 und der Fuhrungsscheibe 9. die das verbreiterte Endteil Sd 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. -owic eine Vorspanndrchkraft 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 Halierungsrahmcn 11 aus Metall vorgesehen. In einer inneren Aussparung des Rahmens U, der m FiK IA in der Zeichenebene liegt, ist die piezoelektrische Einheit P befestigt, derart, daß die seitlichen

Kanten der Ausnehmung in die beiden äußeren Nuten Tb und 7ö'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 Halterungsrahmcns 11 aus Metall in Berührung steht und eine elektrische Verbindung der Einheit Pmit 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 Ua und Ha'des Metallhalterungsrahmens 11 eingespannt ist. Die Platten lla und Ila' sind leicht in zueinander entgegengesct/.ler Richtung gebogen und stehen mit der unteren Kante 8a' des Aufschlagtciles der Kammerplatte 8 in Berührung, wenn diese nicht betätigt wird. Der obere Teil der Aussparung im Rahmen 11 nimmt die Schlagcinhcit 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 _Pim Mclallhaltcrungsrahmen 11 befestigt ist, stehen die Vorsprünge 7a, 7,·), 7a', 7a' bezüglich der Hauptflächc des flachen Rahmens 11 senkrecht nach außen. Die zwei benachbarten Anschlußstiflc 3.7.3a und 3a'.3a'sind so angeordnet, daß sie auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 11 nach außen vortreten. Diese Anordnung der Anschlußstiftc ist dafür vorgesehen, mehrere Hochspannungs-Leilungcn für die Aufteilung der erzeugten Hochspannungen zu erhallen.

Ein zylindcrförmigcr Druckknopf 13, der beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein kann, ist so angeordnet, daß er auf Grund der beiden in axialer Richtung verlaufenden Schlitze 13.7 und 13a' auf dem oberen Teil des Rahmens 11 auf- und nicdcrgleilcn kann. Im Mittelteil dieser Schlitze 13a und 13a'sind/.wci radial angeordnete Ausnehmungen 136 und 13Zi' vorgesehen, in die die kleinen Vorsprünge 9a und 9a'der Fimningsschcibe 9 eingreifen, so daß die Führungsseilbe 9 in der Aussparung des Rahmens H gehalten wird. Um die Schlugeinheit /7herum ist eine Rückstellfeder 14 ungeordnet, die auf den Druckknopf 13 eine Rückstellkraft ausübt. Die Feder 14 liegt zwischen zwei Nasen H Zi und HZ)', die oberhalb der vorstehenden Platten 11.7 und Wa' des Rahmens H vorgesehen sind, und der Führungsscheibc 9 und übl eine nach oben gerichtete Krnfl auf die Führungsscheibc 9 und damit auf den Druckknopf 13 aus.

Nuchfolgcnd soll die Arbeitsweise der piezoelektrischen Einrichtung gcmttß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Wenn der Druckknopf 13 heruntergedrückt wird, wie dies durch einen Pfeil in Fig. IA angegeben ist, in der sich die Einrichtung im Ruhezustand befindet, wird die Schlageinheit /V durch die Bewegung der Führungsscheibe 9 ebenfalls nach unten gedrückt. In diesem Falle treffen die beiden seitlichen Ecken der Oberkante 8a'der Schlagplatte 8,

5 oder des flachen Aufschlagteiles 8a, auf die oberen Kanten der nach innen vorstehenden Platten lla und 1 la'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 8b der Schlagplatte 8 nach unten, wodurch die spiralförmige Antriebsfeder 10 nach unten und entgegengesetzt zur Vorspannkraft der Rückstellfeder 14 gedrückt wird. Während die Führungsscheibe 9 entlang des Fußteils Sb der Schlagplatte 8 nach unten 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 oberen Kante der nach innen gerichteten Platten 11a und Wa' kommen, wird die Schlagplattc 8 auf Grund der Federkraft der Antriebsfcder 10 plötzlich nach unten gedrückt und schlägt auf die den Druck ausübende Scheibe 5 der piezoelektrischen Einheit P auf. Auf Grund des Aufschlages der Schlagplattc 8 erzeugt die piezoelektrische Einheit P Hochspannungen zwischen den Hochspannungsan-Schlüssen 3,3,3', 3', die mit den positiven Polflächen der piezoelektrischen Elemente la, \b, lc, Id verbunden sind, wobei der Mctallhaltcrungsrahmen 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-Brenncr m zünden, indem mehrere Funkcnentladungcn an mehreren, in der Zeichnung nicht dargestellten Funkcnstrcckcn ausgelöst werden.

Nach der Zündung wird bei Loslassen des Druekknopfcs 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 Antricbsfcdcr 10 zusammengepreßt wurde. Die mit dem Druckknopf 13 in Verbindung stehende Führungsscheibc 9 wird ebenfalls nach oben gedrückt und drängt dadurch, daß sie an dem verbreiterten Endteil 8c/ angreift, die Schlngplnttc 8 noch oben in die Ausgangsstellung

zurück, Wenn die Schlagplattc 8 weit genug nach oben zurückgeführt ist, kommt die Schlagknntc 8a' an die obere Kante der nach innen vorstehenden Platten Wt und H,!)'des Metallrahmen 11. Die Schlagplattc 8 wird dann durch die Dreh-Rückstellkraft der Antricbsfedei

SS 10 in die In den Fig.IA und IB dargestellte Ausgangstage zurückgeführt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   I. Piezoelektrische Vorrichtung mit Druckknopfbetätigung aus einer piezoelektrischen Einheit, einem Halterahmen, an dessen unterem Ende die piezoelektrische Einheit befestigt ist, einer am oberen Ende am Halteranmen 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 Gesamt- 'S kombination 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 *> offenen hohlzylindrischen Druckknopf (13) mit axialen Schlitzen (13a, 13«-/') am offenen Ende, in denen die Metallplatte (U) axial verschieblich geführt ist, und einer Führungsscheibe (9) mit zentrischem länglichen Schlitz, die am Druckknopf (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 erstrek- 3» kenden, in sich verdrehten, den Schlitz in der Führungsplatte (9) durchdringenden Schaftteil (8b, 8c·) mit verbreitertem Kopf (Sd);

   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 (lla. 11a') 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 (13b, 136·) zur Aufnahme von Vorsprüngen (9a, 9a')

   an der Führungsplatte (9) aufweist und daß 5<> 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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