DE2525668A1 - Piezoelektrische vorrichtung - Google Patents
Piezoelektrische vorrichtungInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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
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
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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:
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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
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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.
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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
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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.
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.
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.
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Claims (1)
- - 8 PatentanspruchPiezoelektrische 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.609884/0776Leerseite
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