DE3035503C2 - Piezo-Zündeinrichtung für Thyristoren und Triacs - Google Patents

Description

zur Verwendung zur Filterung von Fernsehsignalen. Die genannte GB-PS betrifft eine Zündeinrichtung für eine Anzahl in Reihe geschalteter Thyristoren, die alle möglichst gleichzeitig zu zünden sind. Zur Erzeugung der Zündspannung wird ein piezoelektrischer Wandler verwendet, der mit einem Impulsgenerator 7 verbunden ist, der (erst) den für eine Zündung eines Thyristors notwendigen Zündimpuls liefert, und zwar an eine Verteilungs- und Steuerschaltung 8. Der oben erwähnte piezoelektrische Wandler ist mechanisch an das eine Ende eines Stabes 4 angekoppelt, an dessen anderem Ende sich ein weiterer piezoelektrischer Wandler befindet Ober den Stab wird eine im letztgenannten Wandler erzeugte mechanische Welle übertragen, wobei für den Stab eine Länge von mehreren Metern vorgesehen ist, um eine entsprechende Signalverzögerung zu erreichen, die zu gleichzeitigem Zünden der in Reihe geschalteten Thyristoren führen soll.

Die oben zuletzt genannte US-PS betrifft ebenfalls das zeitgerechte Zünden von Thyristoren, hier speziell von zwei antiparallelen Thyristoren, wofür eine Oberflächenwellen-Laufzeitleitung eingesetzt wird. Diese Laufzeitleitung besteht aus einer Anzahl Interdigitalanordnungen, die sich auf einem notwendigerweise isn Bereich dieser Interdigitalanordnungen piezoelektrischen gemeinsamen Substratkörper befinden. Anstelle einer beim Gegenstand der obengenannten GB-PS in einem Stab laufenden Volumenwelle wird hier die Signalverzögerung durch eine Oberflächenwelle erreicht, wobei wegen der besonders geringen Geschwindigkeit von Oberflächenwellen mit geringeren Abmessungen des Substratkörpers entsprechend lange Verzögerungszeiten erreichbar sind.

Entsprechende Aufbauten mit Oberflächenv/ellenanordnungen zum gleichzeitigen Zünden gehen auch aus der DE-AS 24 26 407 und der US-PS 36 26 309 hervor.

In der älteren nicht vorveröffentlichten DE-OS 30 15 301 ist eine Zündeinrichtung mit Piezokoppler vorgeschlagen, wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben und wie in den F i g. 1 und 2 der vorliegenden Beschreibung enthalten ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solche Zündeinrichtung mit galvanischer Entkopplung anzugeben, die mit einem minimalen technischen Aufwand auch bei möglichst niedriger Versorgungsspannung, z. B. < 5 Volt, betrieben werden kann, 15m an Mikroprozessor-Systeme angepaßt zu sein.

Diese Aufgabe wird mit einer Zündeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Für diese Zündeinrichtung bevorzugte und an derer. Betriebsweise angepaßte Ausgestaltungen der Piezo-Zündeinrichtung und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß eine solche Zündleistung auf der Ausgangsseite eines Plättcnens aus Piezokeramik entnommen werden kann, und zwar mit einer elektrischen Spannung von einigen Volt, wie dies für das Zünden eines Thyristors erforderlich ist. Bei der Erfindung wird die Eingangsseite des Plättehens durch Drucksignale angeregt, die piezoelektrisch durch ein angelegtes elektrisches Signal erzeugt werden. Für dieses elektrische Anregungssignal wird eine nur etwa um das 4fache größere Eingangsleistung benötigt, da eine wie erfindungsgemäße Zündeinrichtung mit Plättchen aus piezokeramischeT Material einen Wirkungsgrad von wenigstens 25% zwischen Eingang und Ausgang hat. Die auf der Eingangsseite angeschlossene Steuerelektronik, 2. B. ein Mikroprozessor, liefert diese elektrische Leistung bei einer Betriebsspannung von ebenfalls nur wenigen Volt Eingangs- und ausgangsseitig treten in der Größenordnung etwa gleich große Spannungswerte auf.

Bei der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, in der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung den Piezo-Zündkoppler mit entsprechend der vorgesehenen Steuerung getaktetem Gleichspannungsimpuls anzuregen, und zwar in Resonanz mit einer Eigenschwingung des Plättehens des Kopplers.

Die Merkmale (der Ausführungsformen) des Piezo-Zündkopplers der vorliegenden Erfindung sind insgesamt derart aufeinander abgestimmt daß bei im wesentlichen minimaler Größe des Plättehens des Kopplers dennoch eine derart große piezoelektrische Kopplung vom Eingang zum Ausgang vorliegt daß das vom piezoelektrischen Plättchen des Kopplers an dessen Ausgang auftretende elektrische Zündsignal stets ausreichend ist, den Thyristor oder den Triac der jewe'v vorgesehenen Type sicher, zuverlässig und rasch zu züiden. Dazu trägt die vorgesehene Mindestgröße der Dielektrizitätskonstante ε bei. Infolge der wie vorgesehenen geringen Plättchendicke d liegt eine solche Kapazität C der Eingangs-Elel-.irodenpaare vor, daß ein genügend großer Zündstrom /auftritt

Die gemäß der Erfindung in der Piezo-Zündeinrichtung im Betrieb auftretende, durch Wechselspannungsanregung U erzeugte mechanische Resonanzschwingung der Frequenz / führt entsprechend der mechanischen Güte Q des piezokeramischen Materials des Körpers zu hohem Zündstrom /. Die Wahl der Form eines Plättehens mit einer solchen, eine mehr als zweizählige (insbesondere vier- und mehrzählige) Drehachse aufweisende symmetrischen Form, die durch nur eine Längenabmessung bereits vollständig bestimm! ist (z. B. quadratische Form, Form eines regelmäßigen Fünfecks. Sechsecks oder Vielecks bis zur Kreisplatte) führi zu besonders starker Resonanzschwingung mit mehr als zweiz?hliger Drehsymmetrie der Schwingungsform (vor allem bei einer Kreisscheibe als Radialschwingung bezeichnet), auf einer von dieser Abmessung bestimmten Resonanzfrequenz. Der frequenzmäßig nöchstbenachbarte unerwünschte Schwingungsmod«; liegt bei einem solchen Plättchen so weit von der Resonanzfrequenz des gewünschten (Radial-JSchwingungsmode entfernt, daß mit der Eingangs-Wechselspannung Uder Steuerelektronik nur dieser eine gewünschte Schwingungsmode — dafür aber mit voller Intensität — angeregt wird. Eine Anregnngsfrequenz bzw. Resonanzfrequenz / zwischen 20 kHz :jnd 500 kHz ist so hoch bemessen, daß die Anzahl der mechanischen Schwingungen pro Zeiteinheit so groß ist, daß es für die Präzision des Zündzeitpunkts des Thyristors oder Triacs unwesentlich ist, bei der wievielten Schwingung die Zündung desselben tatsächlich eintritt.

Der Zündstrom /entspricht der Gleichung

/ = U -2ttf· C- Q- k\

Die in der Gleichung enthaltenen Symho'.e entsprechen den obigen Erläuterungen und k ist der Kopplungsfaktor des piezokeramischen Materials des Zündkopplers.

Eine besonders kräftige Kopplung wird im allgemeinen bei Resonanzanregung der Grundschwingung erreicht. Für eine ausreichend große Kapazität C ist je-

doch bei vorgegebener — möglichst geringer — Dicke d des Plättchens eine Mindestfläche des Plättchens erforderlich. Sollte diese errechnete Mindestfläche im Einzelfall so groß sein, daß die entsprechende, die Plattengröße bestimmende Längenabmessung wiederum so groß wird, daß die Grundresonanzfrequenz unter die untere Grenze von 20 kHz fallen sollte, wird die Anregung in einer zu diesem Schwingungstyp gehörenden n-ten, beispielsweise ersten, Oberschwingung vorgesehen, die eine höhere Frequenz als die zugehörige Grundschwingung hat Entsprechend dem Schwingungsmode — Grundschwingung oder Oberschwingung — sind die Elektroden der Elektrodenpaare so anzuordnen, daß sie im wesentlichen diejenigen Flächenanteile der Plattenoberfläche bedecken, in denen für den gewählten Schwingungsmode große bis maximale Schwingungsamplitude, d. h. sogenannter Schwingungsbauch, auftritt.

Weitere Erläuterungen gehen aus den nachfolgenden Beschreibungen von ÄusfÜhrungsbeispielen der Erfindung hervor, die in den Figuren dargestellt sind.

F i g. 1 zeigt eine Zündeinrichtung mit Piezo-Zündkoppler.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Piezo-Zündkopplers in verschiedenen Formenvarianten.

F i g. 3 zeigt eine Erläuterung zum Oberwellen-Schwingungsmode.

F i g. 4, F i g. 5, F i g. 6 zeigen weitere Ausführungsformen eines Piezo-Zündkopplers.

Fig.7, Fig.8 zeieen Ausgestaltungen bezüglich der halternden Anschluß-Zuleitungen.

F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Piezo-Zündeinrichtung mit einem Piezo-Zündkoppler. Mit 1 ist das Plättchen des Piezo-Zündkopplers bezeichnet Auf der in der Figur oberen (senkrecht zur Darstellungsebene der Figur liegenden) Oberflächenseite des Plättchens 1 befinden sich die streifenförmigen Elektroden 13 und 14. Diese Elektroden 13 und 14 haben einen so großen Abstand voneinander, daß den VDE-Bestimmungen (und den nationalen bzw. internationalen Bestimmungen anderer Länder) genügender Isolationswiderstand, d. h. genügende galvanische Entkopplung, vorliegt Auf der Unterseite des Plättchens befinden sich die ebenfalls streifenförmigen Elektroden 13' und 14'. Auch sie haben den vorgeschriebenen Isolationsabstand voneinander, sofern zweipolige galvanische Trennung von Eingang und Ausgang voneinander gefordert ist Die Elektroden 13 und 13' bilden das Eingangselektrodenpaar und die Elektroden 14 und 14' das Ausgangs-Elektrodenpaar des Piezo-Zündkopplers. Die einander gegenüberliegenden Elektroden 13, 13' bzw. 14, 14' der einzelnen Elektrodenpaare sind einander deckend angeordnet Die Elektrodenpaare 13, 13' und 14, 14' bilden zwei Kondensatoren, zwischen deren Elektroden bei einer auf der Eingangsseite anliegenden elektrischen Wechselspannung im Plättchen 1 eine mechanische Schwingung bzw. akustische Welle erzeugt werden kann und zwischen denen auf der Ausgangsseite bei angeregter mechanischer Schwingung des Plättchens 1 eine elektrische Spannung abgenommen werden kann. Die örtliche Verteilung der Größe des piezoelektrischen Effekts bzw. des umgekehrten piezoelektrischen Effekts hängt bei Resonanzschwingurtg des Plättchens 1 von der schwingungsgemäßen mechanischen Spannungsverteilung ab, die bei der für die Erfindung vorgesehenen Radialschwingung für die Grundschwingung ein Maximum in der Plattenmitte (Schwingungsbauch) und z. B. für die ebenfalls in Frage kommende erste Oberwelle wiederum ein Maximum in der Plattenmitte und dazu ein symmetrisches (bei Kreisplatte ringförmig konzentrisch verteiltes weiteres Maximum mit zwischen beiden Maxima vorhandenen Knotenlinie hat. Dies gilt für die freischwingende Platte, wie sie bei der Erfindung vorgesehen ist, denn die noch zu erläuternden Halterungen sind so angebracht und ausgebildet, daß sie freie Resonanzschwingung des Plättchens 1 zulassen. Mit 9 ist eine Steuerelektronik bezeichnet, die bei

to Anliegen von //-Potential am Steuereingang 91 der vorgesehenen Steuerung des Thyristors entsprechend getaktetes Signal an das Elektrodenpaar 13, 13' liefert. Dieses Signal ist ein Wechselspannungssignal mit vorgegebener, durch die Abmessung des Plättchens 1 be- stimmter Frequenz zwischen 2OkHz und 50OkHz. Die

Frequenz /'der Wechselspannung und die zur Anregung

vorgesehene Schwingungsresonanz des Plättchens 1 sind somit übereinstimmend.

Die eine Elektrode 14 des ausgangsseitigen Elektro-

denpaares ist mit der einen Elektrode des zu zündenden Thyristors oder Triacs 10 verbunden. Die andere Elektrode 14' ist mit der Zündelektrode dieses Thyristors oder Triacs in Verbindung. Zwischen Kathode und Anode liegt die Betriebsspannung an.

In Fig.2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt Mit 11 ist ein Plättchen mit z. B. 20 mm Durchmesser und z. B. 0,1 bis 0,2 mm Dicke aus piezoelektrischer Keramik bezeichnet Bei der piezoelektrischen Keramik handelt es sich z. B. um ein als Bleizirkonat-Titanat be kanntes Material, das wie das noch bekanntere, eben falls in Frage kommende Bariumtitanat durch Sinterung zu einem Keramikkörper hergestellt wird. Dieses Plättchen 11 bzw. diese Folie hat auf beiden Oberflächen, von denen in der Darstellung der F i g. 2 nur die eine Oberfläche zu sehen ist, je zwei Elektroden. Diese Elektroden sind eine kreisrunde Elektrode 3 und eine ringförmige Elektrode 4, die konzentrisch zueinander sind Zu der Elektrode 3 gehört eine praktisch gleich große auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Plättchens 11 befindliche Gegenelektrode, die beide zusammen ein Elektrodenpaar, z. B. das Eingangselektrodenpaar, bilden. Der Elektrode 4 liegt eine entsprechende ringförmige Gegenelektrode auf der anderen Oberflächenseitc des Plättchens 1 gegenüber.

Diese Elektroden sind auf der Keramikoberfläche angebrachte Metallisierungsschichten. Sie bestehen ζ. Β aus Einbrennsilber, wie dies für Elektroden auf Keramik üblich ist Mit 5 ist eine auf der Oberfläche des Plättchens 11

se angebrachte Anschluß-Zuleitung als Anschluß für die Elektrode 3 bezeichnet Mit 6 ist die Anschluß-Zule^: ing der zur Elektrode 3 gehörenden Gegenelektrode dei Rückseite bezeichnet; soweit die Anschluß-Zuleitung t auf der Rückseite des Plättchens 1 verläuft, ist sie gestri chelt dargestellt Mit 7 ist eine an dem Plättchen 1 ange brachte Anschluß-Zuleitung der Elektrode 4 und mit ί die entsprechende weitere Anschluß-Zuleitung dei rückwärtigen, zur Elektrode 4 gehörenden ringförmiger Gegenelektrode bezeichnet Die Anschluß-Zuleitunger 5 bis 8 bilden Anschlußkontakte, mit denen das mit Elek troden versehene Plättchen 1 als fertiges Bauelement eines erfindungsgemäßen Zündkopplers in die Schaltung mechanisch und elektrisch eingesteckt werder kann. Gestrichelt ist mit 9 wieder die eingangsseitige Steuerelektronik bezeichnet und das mit 10 bezeichnete gestrichelte Kästchen zeigt die Ausgangsseite mit derr darin enthaltenen Thyristor oder Triac.

Die Aufteilung der insgesamt für die Elektroden 3 unc

33 3UO

4 zur Verfügung stehenden Scheibenoberfläche auf diese Elektroden 3 und 4 (das gleiche gilt für die auf der Rückseite des Plättchens 11 befindlichen Gegenelektroden) ist so gewählt, d?ß für die Gesamtfläche der Elektrode 3 und für die Gesamtfläche der Elektrode 4 jeweils integral gleich großer piezoelektrischer Effekt vorliegt, wobei zu berücksichtigen ist, daß im zentralen Bereich der Plättchens 11, d. h. im Bereich der Elektrode 3, große mechanische Wechselspannungen der Schwingungsbewegung vorliegen, wohingegen im Randbereich der Scheibe 11, d.h. im wesentlichen im Bereich der Elektrode 4, bekanntermaßen weniger große — bis zum Rand der Scheibe auf Null heruntergehende — mechanische Wechselspannung vorliegt Dies entspricht für die, wie oben bereits erörtert, freischwingenden Scheibe den physikalischen Gesetzen.

In der Fig.2 ist gestrichelt auch eine quadratische Umrandung des Plättchens 1 angedeutet, womit darauf hingewiesen sein soll, daß eine der F i g. 1 entsprechende Ausführungsform auch mit einem quadratischen Plättchen statt einem kreisrunden Plättchen, und zwar mit kreisrunder Mittelelektrode, zu realisieren ist. Zweckmäßigerweise füllt dann die Elektrode 4 auch die für das Quadrat hinzukommenden vier Ecken mit aus. Zur Wahrung des piezoelektrischen Gleichgewichts innerhalb der Bereiche der Elektroden 3 und 4 kann der Außendurchmesser der Elektrode 3 und der Innendurchmesser der Elektrode 4 dann entsprechend (geringfügig) größer gewählt werden.

Mit strichpunktierter Linie ist außerdem in F i g. 2 noch ein' Umrandung des Plättchens 11 in regelmäßiger hexagonaler Form eingezeichnet Für diese Form gilt insbesondere bezüglich der Elektrodenaufteilung dasjenige, was bereits zu der quadratischen Form gesagt worden ist

Alle diese im Zusammenhang mit der F i g. 2 erörterten Formen des Plättchens U sind durch eine einzige Längenabmessung bereits vollständig beschrieben, so z. B. mit dem Durchmesser für die Kreisscheibe, mit der Kantenlänge a für das quadratische Plättchen und mit der Kantenlänge a' für das hexagonale Plättchen. Die Schwingungsbewegung des Grundmode ist in der F i g. 2 durch die eingetragenen Pfeile angedeutet Diese Schwingungsform gilt prinzipiell unabhängig davon, ob die äußere Umrandung dieses Plättchens 11 ein Kreis, ein Quadrat, ein Sechseck oder ein sonstiges regelmäßiges Vieleck ist

In der F i g. 3 ist für die Plättchenformen der F i g. 2 mit den in dieser F i g. 3 angegebenen Doppelpfeilen die Schwingungsverteilung des nur in F i g. 2 dargestellten ersten Oberwellenmode angedeutet mit der Knotenlinie c Diese Knotenlinie ist im Falle der Kreisscheibe und im Falle eines vieleckigen Plättchens eine Kreislinie, die im Extremfall des Quadrats dem Quadrat entsprechende geringe Ausbauchungen zu den vier Ecken hin hat

F i g. 4 zeigt ein Plättchen 1 mit quadratischer Fläche (wie als alternative Ausführungsform in Fig.2 gestrichelt eingetragen). Die Ausführungsform der F i g. 4 läßt aber die abweichende Elektrodenform erkennen, die z. B. derjenigen entspricht, wie sie bei der prinzipiellen Darstellung nach F i g. 1 gezeigt ist Mit 13 und 14 sind die beiden streifenförmigen im Abstand voneinander liegenden (den Elektroden 3 und 4 der F i g. 2 entsprechenden) Elektroden der einen Oberfläche bezeichnet Auf der Rückseite befinden sich die — wie in F i g. 1 ersichtlichen — Gegenelektroden 13' und 14'. Für fiächengleiche Elektroden 13 und 14 ergeben sich ohne weiteres gleich große piezoelektrische Wirkungen zwischen dem Eingangselektrodenpaar 13, 13' und dem Ausgangselektrodenpaar 14,14'.

Die mit 5' bis 8' bezeichneten Anschluß-Zuleitungen wie in Fig. 1 entsprechen den Anschluß-Zuleitungen 5 ο bis 8 der F i g. 2. Vorzugsweise sind diese Anschluß-Zuleitungen im Bereich eines der Ränder des Plättchens auf dessen Plattenoberfläche befestigt.

In Fig.5 ist eine Ausführungsform mit kreisrunder Form des Plättchens 11 gezeigt, auf dem sich halbkreisförmige Elektroden 3' und 4' befinden.

Eine weitere Ausführungsform zeigt F i g. 6 mit einer weiteren Art der Aufteilung der Elektroden 13" und 14", denen jeweils gleich große Gegenelektroden auf der Rückseite des Plättchens direkt gegenüberliegen. Es ist dies ein Beispiel einer Ausführungsform mit unsymmetrisch ineinandergreifenden Elektroden des Eingangs- und des Ausgangselektrodenpaares.

Es wurde bereits oben erwähnt, daß die Anschluß-Zuleitungen 5 bis 8 am Rande des Plättchens 1, 11 angebracht werden. Dies steht in scheinbarem Gegensatz zu der Angabe, daß das Plättchen des erfindungsgemäßen Zündkopplers freischwingend gehalten sein soll. Dies läßt sich aber vor allem durch Verwendung von mit Sicken oder dergl. versehenen oder (mit genügend langen Enden) umgebogenen Anschluß-Zuleitungen 5 bis 8 erreichen. Die Fig.7 und 8 zeigen derart ausgestaltete Anschluß-Zuleitungen, und zwar in Seitenansichten bezogen auf die F i g. 2 bis 6. Diese F i g. 7 und 8 zeigen das Plättchen 1, 11 des Piezo-Zündkopplers, wie er durch die in die Fassung 50 eingesteckten Anschluß-Zuleitungen 5 bis 8 bzw. 5' bis 8' gehaltert wird. Zur Halterung sind nur diese Anschluß-Zuleitungen verwendet.

In den F i g. 7 und 8 ist außerdem die beim erfindungsgemäßen Piezo-Zündkoppler vorgesehene Umhüllung 51 aus vorzugsweise Kunstharzlack gezeigt. Diese Umhüllung umschließt das gesamte Plättchen 1, It, unabhängig von seiner gemäß einem Merkmal der Erfindung vorgesehenen speziellen Formgebung. In diese Umhü! lung 15 sind auch die Anschluß-Zuleitungen 5 bis 8 mit eingeschlossen. Insbesondere kann durch diese Umhüllung bereits eine ausreichende mechanische Verbindung der einzelnen Anschluß-Zuleitungen 5 bis 8 mit der jeweiligen Elektrode 3, 3' bzw. 4, 4' erreicht werden, so daß beispielsweise ein Anlöten der Anschluß-Zuleitungen am Material der Elektrode entbehrlich ist.

Von besonderem Vorzug ist es, für die Umhüllung 51 ein Epoxyd-Glasfaservlies zu verwenden, das nach Auflegen und Anpassen am Plättchen 1,11 thermisch ausgehärtet wird. Durch das Anpressen der beiden über den Plättchenrand hinausragenden Epoxyd-Glasfaser-Vliese ergibt sich eine dichte randseitige Verbindung der auf die beiden Seiten aufgelegten Epoxiyd-Glasfaser-Vliese miteinander, die auch die durch diese Verbindung herausgeführten Anschluß-Zuleitungen 5 bis 8 besonders gut festhält

Für das Material der Umhüllung 51 wird ein Material eines solchen Elastizitätsmoduls Eu verwendet der um ein /7-faches (mit η zwischen 5 und 30) kleiner ist als der Elastizitätsmodul E_K des Plättchens 1,11. Damit ist gewährleistet daß die Schwingfähigkeit des Plättchens durch die notwendige Umhüllung 51 nicht beeinträchtigt wird. Hinzu kommt daß die Umhüllung auch als mechanisches Stabilisierungsmittel für das notwendigerweise dünne, nur maximal 03 mm dicke Plättchen wirksam ist Es empfiehlt sich, die Dicke der Umhüllung 51 auf den Oberflächenseiten des Piättchens 1,11 z. B. für Kunstharzlack 30 bis 100 μπι dick zu machen. Für die Verwendung des oben erwähnten Epoxyd-Glasfa-

servlieses empfiehlt es sich, eine Dicke des Vlieses von 50 bis 150 μπι zu wählen.

Die Fig. 1 zeigt noch ein Schaltungsbeispiel für eine Steuerelektronik 9. Der Steuereingang ist mit 91 bezeichnet. Das aus Kondensator und Widerstand bestehende /?C-G!ied 92 dient der Bestimmung der Oszillatorfrequenz, die ^uf die gewünschte Betriebs-Resonanzfrequenz des vorgesehenen erfindungsgemäßen Piezo-ZUndkopplers eingestellt wird. Mit 93 ist ein Schmitt-Trigger-NANü-Glied bezeichnet. Die Treiberstufen sind mit 94 bezeichnet und 95 ist der Ausgang der Steuerelektronik 9 mit einem getakteten Gleichstromimpuls, der unter Einhaltung vorgeschriebener galvanischer Trennung mit Hilfe des Plättchens 1, 11 (Fig. 1) an die Zündelektrode des Thyristors oder Triacs 10 derart übertragen wird, daß sicheres und rasches Zünden des Thyristors bzw. Triacs stets gewährleistet ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

1 2 ehe 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Flächen Patentansprüche: der Elektroden (13", 14") auf den beiden Plattenoberflächen unsymmetrisch ineinandergreifend an-

1. Piezo-Zündeinrichtung für Thyristoren und Tri- geordnet sind.

acs mit galvanischer Entkopplung der Anregelungs- 5 9. Piezo-Zündeinrichtung nach einem der Ansprü-

impulse in Form eines Wechselstromsignales üef ern- ehe 6,7 oder 8, gekennzeichnet dadurch, daß die als

den Steuerelektronik und des Thyristors bzw. der mechanische Halterungen ausgebildeten Anschluß-

Triacs mit einem Piezo-Zündkoppler in Form eines Zuleitungen (5 bis 8) im Bereich eines der Ränder

weniger als 03 mm dicken und eine mehr als zwei- des Plättchens (1,11) auf dessen Plattenoberflächen

zählige Drehsymmetrieachse aufweisenden Platt- io befestigt sind.

chens aus piezokeramischem Material, auf dessen 10. Piezo-Zündeinrichtung nach einem der An-

einer Oberfläche wenigstens zwei Elektroden und Sprüche 6 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die An-

auf dessen anderer, gegenüberliegender Oberfläche schluß-Zuleitungen mit wenigstens einer Biegung

wenigstens zwei weitere, deckungsgleich mit den versehen sind. Elektroden gegenüberliegende Gegenelektroden 15

vorgesehen sind, die jeweils ein Elektrodenpaar bil-

den, wobei ein Elektrodenpaar als Eingangselektrodenpaar mit der Steuerelektronik verbunden ist und

eine Elektrode eines Ausgangselektrodenpaars mit Die Erfindung bezieht sich auf eine Piezo-Zündem-

der Zündelektrode des Thyristors oder des Triacs 20 richtung für Thyristoren und Triacs, wie sie im Oberbe-

verbunden ist, wobei die Elektroden des Eingangs- griff des Patentanspruchs 1 angegeben ist

elektrodenpaars einen für die galvanische Entkopp- Für das Zünden von l nyristoren mit Hiife einer vom

lung vorgegebenen elektrischen Isolationswider- Thyristor galvanisch entkoppelten Steuerelektronik ist

stand von den Elektroden des Ausgangselektroden- es bekannt, zwischen dem jeweiligen Thyristor und der

paars haben und wobei mit der jeweiligen Elektrode 25 Steuerelektronik einen Übertrager mit zwei galvanisch

verbundene Anschluß-Zuleitungen an dem Platt- nicht miteinander verbundenen Wicklungen zu verwen-

chen angebracht sind, gekennzeichnet da- den. Für denselben Zweck kann auch ein optoelektroni-

durch. daß die Frequenz / des Wechselstromsi- sches Kuppelelement verwendet werden,

gnals und eine die Resonanzfrequenz bestimmende Bei der Verwendung eines wie angegebenen Ubertra-

Längenabmessung (a, a') des Plättchens (I₁ 11) auf 30 gers ist es notwendig, derjenigen (Sekundär-)-Wicklung

einen Wert zwischen 20 kHz und 500 kHz für einen des Übertragers, die mit der Zündelektrode des Thyn-

Schwingungsmode nach dem Prinzip der Radial- stors verbunden ist, einen Kondensator parallel zu

schwingung aufeinandervibgestk.mt sind. schalten, damit von der Ausgangsseite bzw. der Lastsei-

2. Piezo-ZündeinriehtuEg nach Anspruch 1, da- te des Thyristors her eingespeiste Störsignale den Thyndurch gekennzeichnet dadurch, ^ß eine an der 35 stör über die Gitter-Anoden-Kapazität desselben nicht Oberfläche des Plättchens (1, 11) bzw. an dessen zur Zündung kommen lassen.

Elektroden (3,4; 13,13', 13", 14,14', 14") dicht anlie- Ein solcher Kondensator ist ein zusätzlicher AuI-

gende Umhüllung (51) vorgesehen ist, die auch die wand Für den Fall der Verwendung eines optoelektro-

Anschlüsse der Anschluß-Zuleitungen (5,5', 6,6', 7, nischen Koppelelementes ist auf der Sekundärseite

T, 8,8') an den Elektroden (3,4,13,13', 13", 14,14', 40 noch eine Hilfs-Spannungsversorgung vorzusehen, die

14") mit abdeckt, wobei diese Umhüllung (51) eine noch größeren zusätzlichen Aufwand bedeutet

Dicke hat, die gleich groß oder größer als die Dicke Aus der US-PS 19 31 028 ist es für ein Resonanzrelais,

des Plättchens (1,11) ist, und die Umhüllung (51) aus das auf eine speisende Wechselspannung mit nur ganz

einem Material mit einen Elastizitätsmodul E_M be- bestimmter Frequenz ansprechen soll, bekannt, diesem

steht und Em ^ 0,2 · εκ ist, worin Ek der Elastizitäts- 45 Relais ein elektrisches Frequenzseleklives Filter vorzu-

modul des piezokeramischen Materials des Platt- schalten. Das Relais wird an sich mit Hilfe einer zu

chens (1,11) ist, wobei dieses piezokeramische Ma- zündenden Gasentladungsröhre angesteuert, in dessen

terial eine Schwinggüte Q (reziproke mechanische Kathoden-Anodenstromkreis dieses Relais zusammen

Dämpfung) von mehr als Q= 10 besitzt mit einer zusätzlichen notwendigen Spannungsquelle

3. Piezo-Zündeinrichtung nach Anspruch 2, ge- 50 eingefügt ist. Das vorgesehene elektrische Filter ist ein kennzeichnet dadurch, daß die Umhüllung (51) aus piezoelektrischer Resonator, dessen Resonatorfrequenz einem Kunstharzlack besteht auf das Relais abgestimmt ist Dieses Filter läßt aus den

4. Piezo-Zündeinrichtung nach Anspruch 2, ge- am Eingang auftretenden Signalen beliebiger Frequenkennzeichnet dadurch, daß die Umhüllung (51) aus zen nur die Frequenz hindurch, auf die das Filter abgedurch Wirbelsintern aufgebrachtes Kunststoffmate- 55 stimmt ist. Als notwendigerweise mit der GasentlaricJ besteht. dungsröhre und dem Filter zusammenwirkend ist noch

5. Piezo-Zündeinrichtung nach Anspruch 2, ge- ein Kondensator vorgesehen und bei Durchbruch der kennzeichnet dadurch, daß die Umhüllung (51) aus Gasentladungsröhre tritt in dieser Schaltung eine Stoßeinem Epoxyd-Glasfaservlies besteht. welle auf. Dieser Durchbruch triu aber nur dann auf,

6. Piezo-Zündeinrichtung nach einem der Ansprü- 60 wenn die ständig über das Filter an der Gasentladungsche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß das PSätt- röhre anliegende elektrische Spannung, nämlich bei der chen(l) quadratische Form hat. Resonanzfrequenz, den Schwellenwert der Zündung

7. Piezo-Zündeinrichtung nach einem der Ansprü- übersteigt. i

ehe 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Flächen Technologischer Hintergrund der Erfindung bilden der Elektroden (3', 4', 13,14) auf den beiden Platten- 65 eine Anzahl Druckschriften, so z.B. die DE-OS

oberflächen parallel oder spiegelsymmetrisch zuein· 25 32 227, die DE-AS 16 16 505, die GB-PS 12 62 288

ander angeordnet sind. und die US-PS 38 72 326. Die beiden erstgenannten

8. Piezo-Zündeinrichtung nach einem der Ansprü- Druckschriften beschreiben piezoelektrische Filter, z. B.