DE2525668A1 - Piezoelektrische vorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE Ar»_rrrn

i ffer körner <L QPey

MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 49 1 B ERLI N-DAHLEM 33 · PODBIELSKtALLEE 68

BERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER MÜNCHEN: DIPL.-ING. HANS-H. WEY

26 884

NGK SPARK PLUG CO., LTD. Nagoya City / Japan

Piezoelektrische Vorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Vorrichtung mit Preßdruckauslösung, bei der eine Hochspannung sowohl beim Anlegen als auch beim fintfernen eines statischen Druckes auf ein piezoelektrisches Element erzeugt wird.

Piezielektrische Vorrichtungen mit Preßdruckauslösung sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Die bekannten Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie aus reitiv vielen Einzelteilen zusammengesetzt werden, die darüberhinaus recht komplizierte und aufwendige Gestaltung besitzen. Der Zusammenbau der bekannten Vorrichtungen erfordert daher einen hohen Arbeitsaufwand ,und die

BERLIN: TELEFON (O3O) 8312O88 MÜNCHEN: TELEFON (O89) 23B5BS

KABEL: PROPlNDUS -TELEX O184O57 KABEL: PROPINDUS -TELEX O5 24 244

509884/0776

2B25668.

zusammengesetzte Vorrichtung ist recht unhandlich, kompliziert im Aufbau und benötigt relativ viel Platz. All dies führt zu Schwierigkeiten beim Einbau und bei der Massenherstellung, so daß für die bekannten Vorrichtungen relativ hohe Herstellungskosten entstehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine piezoelektrische Vorrichtung mit Preßdruckauslösung zu schaffen, die sehr einfach aufgebaut ist, aus wenig Einzelteilen besteht, mit geringem Zeitaufwand zusammenzubauen ist und daher insbesondere bei Massenfertigung billig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Aufbau einer piezoelektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung führt gegenüber den bekannten Vorrichtungen zu wesentlich einfacheren Anordnungen. Die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist denkbar einfach. Hierzu muß lediglich der Haltebolzen an der einen Abschlußscheibe des Rahmens befestigt werden, nachdem die piezoelektrische Einheit zwischen die Druckplatte und den Bolzen eingesetzt wurde. Die erfindungsgemäße Bauweise der Vorrichtung ermöglicht eine sehr vorteilhafte Herstellung, die insbesondere für die Massenherstellung geeignet ist, wobei die Herstellungskosten wesentlich geringer sind. Darüberhinaus können praktisch alle Bauteile, beispielsweise die Seitenplatten, die Abschlußscheiben, die Druckplatte und der Betätigungshebel auf einfache Weise und sehr kostengünstig aus einer Metallplatte ausgestanzt werden. Auch dadurch werden die Herstellungskosten wesentlich reduziert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

509884/0776

2S25663

Fig. IA in Vorderansicht einen teilweisen Querschnitt der Erfindung im Ruhezustand,

Fig. IB im Querschnitt die Seitenansicht gemäß Fig. IA,

Fig. 2 eine Vorderansicht in teilweiser Querschnittsdarstellung, wenn auf das piezoelektrische Element Druck ausgeübt wird und

Fig. 3 die auseinandergenommene Vorrichtung mit den einzelnen Bauteilen.

Die Fig. IA, IB₁ 2 und 3 zeigen eine piezoelektrische Einheit P, bei der zwei piezoelektrische Elemente 1 und I¹ übereinander angeordnet sind, wobei zwischen ihnen eine Anschlußscheibe 2 angeordnet ist, so daß auf diese Weise ein paralleler elektrischer Schaltkreis gebildet wird. Auf der einen Seitenfläche der piezoelektrischen Elemente 1 und I¹ ist ein druckaufnehmendes Metallteil 3 und auf der anderen Seite ein druckausübendes Metallteil k angebracht. Die piezoelektrischen Elemente 1 und I¹ sind im zusammengesetzten Zustand in einem Isoliergehäuse 5» das beispielsweise aus Kunststoff bestehen kann, untergebracht. Zwei Seitenrahmen 6 und 6' sind an den Seiten der piezoelektrischen Einheit P angeordnet und erstrecken sich parallel zur Achse der Einheit P. Auf der einen innengelegenen Seite des Rahmen 6 bzw. 6' ist eine Ausnehmung 6a oder 6a¹ und an der anderen innenliegenden Seite eine Ausnehmung 6b bzw. 6b¹, sowie eine schräge Seitenfläche 6b bzw. 6b , ausgebildet, die einen keilförmigen Zwischenraum zwischen einer Druckplatte bildet, wie dies im weiteren noch im einzelnen erläutert werden wird. Auf der einen Seite der Einheit P ist eine Abschlußscheibe 7 mit einem Gewindeloch 7b angeordnet, das zur Mittelachse der piezoelektrischen Einheit P ausgerichtet ist. Die Abschlußscheibe 7 weist zwei Vorsprünge 7a und 7a¹ auf, die

509884/0776

in die innere Ausnehmung 6a und 6a¹ auf der einen Seite der Seitenplatten 6 und 6' eingreift. Die Abschlußscheibe und die beiden Seitenplatten 6 und 6· werden mittels eines Haltebolzens 8, der in das Gewindeloch 7b der Abschlußscheibe eingeschraubt wird, zusammengefügt und mittels einer Mutter 10 und einer Unterlegscheibe 9 auf der einen Seite der Seitenplatten festgezogen. Das andere Ende des Bolzens 8 ragt durch die Abschlußscheibe 7 hindurch und greift in das Loch 3a der piezoelektrischen Einheit P ein. Eine weitere Abschlußplatte 11 ist auf der anderen Seite der Seitenplatten 6 und 6' angebracht. Die Abschlußplatte 6 weist zwei Vorsprünge lla und 11a¹ auf, die in die Ausnehmungen 6b bzw. 6b¹ eingreifen. Eine Druckplatte 12 mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt befindet sich zwischen den einander zugewandten Flächen der Abschlußscheibe 11 und dem druckausübenden Metallteil 4 der piezoelektrischen Einheit P in einer Lage, die bezüglich der Achse der Einheit P senkrecht angeordnet ist, derart, daß die Innenfläche der Abschlußplatte 11 und die Außenfläche des Metallteils 4 an den nach innen versetzten Flächen 12a¹ und 12b' der oberen und unteren Flächen 12a und 12b der Druckplatte 12 anliegt. Die eine, durch die untere Fläche 12b¹ und die linke Seitenfläche 12c (vgl. Fig. IA) gebildete Kante 12b¹· der unteren, nach innen versetzten Fläche 12b¹ liegt auf der oberen Fläche des Metallteils 4 und ist zur Achse der piezoelektrischen Einheit P ausgerichtet. In der in Fig. IA dargestellten Ansicht ist auf der rechten Seite der Druckplatte 12, oder an der rechten Seite der rechten Fläche 12d der Platte 12 ein keilförmiger Raum S zwischen den schrägverlaufenden Flächen 6b. und 6b , der Seitenplatten 6 und 6· ausgebildet. Der keilförmige Raum S ermöglicht, daß sich die auf der Abschlußscheibe 11 liegende, und von der oberen Fläche 12a' und der rechten Seitenfläche 12d gebildete Kante 12a"an der oberen, nach innen versetzten Fläche 12a¹ im Gegenuhrzexgersinn drehen kann. Bei einer Drehung im Gegenuhrzexgersinn wird eine Seitwärts-

bewegung der Kante 12a'' durch die schräge Fläche 6b und 6b , begrenzt. Die Kante 12a'¹ liegt der zur Achse der Einheit P ausgerichteten Kante 12b^!l der unteren, nach innen versetzten Fläche 12b¹ diagonal gegenüber.

Die obere, nach innen versetzte Fläche 12a¹ greift an den VorSprüngen 11a und lib der Abschlußscheibe 11, und die untere, nach innen versetzte Fläche 12b¹ greift an dem druckausübenden Metallstück 4 an, so daß die Lage der Abschlußscheibe 11 und der Einheit P festgelegt ist. Bei der Druckplatte können jedoch auch die nach innen versetzten Flächen 12a" und 12b' nicht vorgesehen sein und statt dessen durchgehende Flächen der oberen und unteren Flächen 12a und 12b verwendet werden. Ein Betätigungshebel 13 ist an den beiden Seiten der Druckplatte 12 angebracht. Der Betätigungshebel 13 erstreckt sich zu beiden Seiten der Seitenplatten 6 und 6'.

Nachfolgend soll die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden.

Während des Betriebs wird der Betätigungshebel 13 aus der Ruhelage, wie sie in Fig. IA dargestellt ist, im Gegenuhrzeigersinn in die in Fig. 2 dargestellte Lage gebracht. Der in Fig. 1 dargestellte Pfeil gibt die Bewegungsrichtung des Betätigungshebels 13 an. Dabei dreht sich die Druckplatte 12 im Gegenuhrzeigersinn um die Drehkante 12a¹' der oberen, nach innen versetzten Fläche 12a¹, wodurch der Abstand S so verringert wird, daß die der Kante 12a¹' diagonal gegenüberliegende untere Kante 12b' der unteren, nach innen versetzten Fläche 12b¹ die piezoelektrische Einheit P im Uhrzeigersinn um den Punkt der piezoelektrischen Einheit P dreht, der am unteren Ende derselben auf dem Haltebolzen 8 liegt, und zwar aufgrund des Reibkontaktes zwischen der Kante 12b¹¹ und dem druckausübenden Metallteil k.

50988470776

2525663

Wenn die obere Kante 12a¹¹ als Punkt (a), die dieser oberen Kante 12a'' diagonal gegenüberliegende untere Kante 12b'' als Punkt (b) und der Halterungspunkt der Einheit P als Punkt (c) bezeichnet wird, bleibt die gesamte Länge zwischen den Punkten (a) und (b) und die Gesamtlänge zwischen den Punkten (a) und (c) vor und nach der Betätigung unverändert. Das bedeutet, daß der Abstand X zwischen den Punkten (b) und (c), der vor der Betätigung vorliegt, offensichtlich nach der Betätigung auf einen kürzeren Abstand Jc verringert wird, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die Differenz zwischen dem Abstand jL und £ entspricht der mechanischen Verformung, der die piezoelektrische Einheit P unterliegt. Aufgrund dieser mechanischen Verformung tritt an der piezoelektrischen Einheit P eine Hochspannung auf, die über die Anschlußscheibe 12 und die Seitenplatte 6 nach außen geführt wird, so daß zwischen einer in geeigneter Weise ausgebildeten, außerhalb der Vorrichtung liegenden Funkenstrecke g eine Funkenentladung ausgelöst wird. Die in Fig. 2 dargestellte Funkenstrecke g ist lediglich schematisch wiedergegeben.

Wenn die auf den Betätigungshebel 13 ausgeübte Kraft bei dem in Fig. 2 dargestellten Zustand der unter Druck stehenden piezoelektrischen Einheit P nicht mehr ausgeübt wird, nimmt die piezoelektrische Einheit P aufgrund der inneren Spannung bzw. der Eigenspannung wieder ihre ursprüngliche Länge ein und treibt die Druckplatte 12 und den Betätigungshebel 13 in die in Fig. IA dargestellte Ausgangslage zurück. Bei diesem Vorgang wird ebenfalls eine Hochspannung aufgrund der mechanischen Verformung in der piezoelektrischen Einheit P erzeugt und dementsprechend wird eine Funkenentladung an der Funkenstrecke g ausgelöst.

Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die eine, auf dem den Druck ausübenden Teil k liegende Kante 12b¹' der unteren, nach innen versetzten

509884/0776

Fläche der Druckplatte 12 zur Achse der Einheit P ausgerichtet, oder mit anderen Worten, die Kante 12b¹¹ liegt senkrecht zur Achse der Einheit P und schneidet diese. Aus diesem Grunde erhält man zwischen der genannten Kante 12b¹ ' der unteren, nach innen versetzten Fläche der Druckplatte 12 und dem Druck ausübenden Metallteil k einen stabilen Reibkontakt. Wenn die genannte Kante nämlich rechts von der Achse (vgl.
Fig. IA) liegt, so ist die Halterung der Einheit P mechanisch nicht stabil und wenn die genannte Kante links von der Achse oder nicht in der Mitte liegt, dann wird die ausübende Kraft oder die Drehkraft, die auf die Einheit P ausgeübt wird,zu groß,so daß eine gleichmäßige, stoßfreie und weiche Funktionsweise
nicht möglich ist.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Halterungsrahmen zur Halterung der piezoelektrischen Einheit P
des Haltebolzens 8 und der Druckplatte 12 aus zwei Seitenplatten 6, 6¹ und zwei Abschlußscheiben 7» Hj welche sich
an beiden Seiten der Seitenplattem 6, 6* befinden, zusammengesetzt. Der Halterungsrahmen kann jedoch auch einstückig
ausgebildet sein.

Selbstverständlich lassen sich auch weitere Abänderungen und Modifikationen durchführen, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen werden würde.

503884/0776

Claims (1)

1. - 8 Patentanspruch

   Piezoelektrische Vorrichtung mit Preßdruck-Auslösung, gekennzeichnet durch eine in einem Isoliergehäuse (5) untergebrachte piezoelektrische Einheit (P), an der auf der einen Seite ein druckausübendes Metallteil (k) und an der anderen Seite ein druckaufnehmendes Meta-llteil (3) angebracht ist, einen Rahmen (6, 6') mit Abschlußscheiben (7, H), zwischen denen sich die piezoelektrische Einheit (P) befindet, einen in eine der Abschlußscheiben (7) eingeschraubten Haltebolzen (8), der an dem druckaufnehmenden Metallteil (3) der piezoelektrischen Einheit (P) angreift, eine, einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt aufweisende Druckplatte (12), die zwischen den einander zugewandten Flächen der anderen Abschlußscheibe (11) und dem druckausübenden Metallteil (k) der Einheit (P) senkrecht zur Achse der piezoelektrischen Einheit (P) so angebracht ist, daß die obere und untere Fläche (12a¹, 12b¹) der Druckplatte (12) auf den einander zugewandten Flächen liegt, und durch einen mit der Druckplatte (12) in Verbindung stehenden Betätigungshebel (13), wobei eine Kante (12b¹¹) der unteren Fläche (12b¹) der Druckplatte (12), die auf dem druckausübenden Metallstück (k) aufliegt, im wesentlichen die Achse der piezoelektrischen Einheit (P) schneidet und die Druckplatte (12) derart angeordnet ist, daß sie sich bei Betätigung um eine der Kante (12b^!l) diagonal gegenüberliegende Kante (12a¹¹), die auf der anderen Abschlußscheibe (11) aufliegt, in eine Richtung dreht derart, daß die piezoelektrische Einheit (P) zusammengedrückt wird.

   609884/0776

   Leerseite