DE3202612C2

DE3202612C2 - Electric power generator

Info

Publication number: DE3202612C2
Application number: DE3202612A
Authority: DE
Inventors: Béchon René Annecy Pegaz
Original assignee: Brevetor Sa Vaduz Li
Current assignee: Brevetor Sa Vaduz Li
Priority date: 1981-02-20
Filing date: 1982-01-27
Publication date: 1985-11-14
Also published as: IT1154475B; JPS57184831A; GB2095053B; PT74461B; IT8267098A0; NO152889B; DE3202612A1; NL8200306A; NO820530L; FR2500692B1; AR230531A1; DK52482A; CH643413A5; ZA82848B; CA1185656A; ES8303823A1; NO152889C; SE8201005L; BR8200875A; GB2095053A

Abstract

Der Generator weist eine mechanische Energiequelle auf, einen elektro-mechanischen Wandler mit einem piezoelektrischen Kristall und einen mit den Elektroden des Wandlers verbundenen Ladekreis. Der Ladekreis weist in Serienschaltung einen Kondensator (3), einen Gleichrichter (4) und eine Spitzen-Funkenstrecke (5) auf, während eine Verbraucherschaltung (7) mit den Anschlüssen des Kondensators verbunden ist. Der Generator eignet sich zum Aufladen eines Kondensators mit relativ großer Kapazität auf ausreichende Spannungen, um z.B. einen relativ komplexen elektronischen Schaltkreis zu versorgen oder um zuverlässig einen Sprengsatz zu zünden.The generator has a mechanical energy source, an electro-mechanical converter with a piezoelectric crystal and a charging circuit connected to the electrodes of the converter. The charging circuit has a series connection of a capacitor (3), a rectifier (4) and a tip spark gap (5), while a load circuit (7) is connected to the terminals of the capacitor. The generator is suitable for charging a capacitor with a relatively large capacity to sufficient voltages, e.g. to supply a relatively complex electronic circuit or to reliably detonate an explosive device.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Stromgenerator geinä3 dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an electric power generator according to the preamble of the claim 1.

Ein derartiger Generator ist z. B. aus dem DE-GM 7135 862 bekannt. Dieser Generator wird in einem elektrischen Munitionszünder, insbesondere für Handgranaten, verwendet und weist einen piezoelektrischen Kristall auf, der durch einen hin- und herschwingenden Klöppel eines Schlagwerks mehrfach beaufschlagt wird. Die bei den Schlagen des Klöppels auf den piezoelektrischen Kristall erzeugten Ladungen werden nach Gleichrichtung ir einem Kondensator gespeichert Mit den Anschlüssen des Speicherkondensators ist ein Verbraucherkreis verbunden, der aus einer Zündpille und einem Schalter besteht Dieser Schalter ist entweder ein Aufschlagschalter oder ein als Funksnstrecke ausgebildeter Schwellwertschalter, der als Zeitschalter wirkt Im letzten Falle wird die Zündpille gezündet, sobald die Spannung am Kondensator die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke überschreitet. Sobald die Funkenstrecke durchbricht, wird der Speicherkondensator schlagartig über die Zündpille entladen und läßt diese detonieren.Such a generator is z. B. from DE-GM 7135 862 known. This generator comes in a electric ammunition fuse, used in particular for hand grenades, and has a piezoelectric Crystal, which is acted upon several times by a swinging clapper of a striking mechanism. The charges generated when the clapper strikes the piezoelectric crystal are replenished Rectification stored in a capacitor With the connections of the storage capacitor is a consumer circuit which consists of a squib and a switch This switch is either a Impact switch or a threshold switch designed as a radio link that acts as a time switch In the last case, the squib is ignited as soon as the voltage on the capacitor reaches the breakdown voltage the spark gap exceeds. As soon as the spark gap breaks through, the storage capacitor becomes suddenly discharged over the squib and detonate it.

Bei dem bekannten Generator können Speicherkondensatoren eingesetzt werden, deren Kapazität in der Größenordnung derjenigen des verwendeten Piezokristalles entspricht. Dies schränkt jedoch den Anwendungsbereich auf solche Fälle ein, bei denen die relativ niedrige Ladung des Speicherkondensators bei relativ hoher Spannung im wesentlichen schlagartig über den Verbraucher ausgeglichen wird. Eine Aufladung eines Speicherkondensators mit einer Kapazität, die wesentlich höher als diejenige des Piezokristall ist, ist nicht möglich. Verbraucher mit relativ großen Strombedarf, die auch über längere Zeit versorgt werden sollen, so z. B. logische Schaltkreise, können mit einem solchen Generator nicht betrieben werden.In the known generator, storage capacitors can be used whose capacitance is in the Corresponds to the order of magnitude of the piezo crystal used. However, this limits the scope on those cases in which the relatively low charge of the storage capacitor at relatively high voltage is compensated essentially suddenly via the consumer. A charge of one Storage capacitor with a capacity that is significantly higher than that of the piezo crystal is not possible. Consumers with a relatively large power requirement, which should also be supplied over a longer period of time, like this z. B. logic circuits cannot be operated with such a generator.

Aus der DE-OS 29 31 765 ist ein Detonator zum elektrischen Zünden von Explosivstoffen bekannt, bei dem der Explosivstoff mit Hilfe eines Piezokristalls gezündet wird, dem ein steil ansteigender Spannungsimpuls zugeführt wird. Das Piezoelement expandiert durch den zugeführten Spannungsimpuls außerordentlich schnell und zündet durch die dabei entstehende Stoßwelle den Kxplosivstoff. Dieser steil ansteigende Spannungsimpuls für ilen Piezokristall wird mit Hilfe eines weiteren Piezokristall erzeugt, dessen Ladung über eine Funkenstrecke schlagartig auf den für die Zündung vorgesehenen Piezokristall umgeladen wird. Die Funkenstrecke wirkt ähnlich wie bei dem obigen bekannten Generator als Schwellwertschalter. Dieser bekannte Generator kann jedoch nicht als Stromgenerator bezeichnet werden, da hierzu ein wesentliches Merkmal fehlt, nämlich ein Speicherkondensator, der mit dem eigentlichen Verbraucherkreis verbunden ist Bei der bekannten Dctonatorschaltung bleibt die von dem ersten Piezokristall erzeugte hohe Spannung erhalten und wird auf den zur Zündung des Explosivstoffes vorgesehenen PL-zokristall schlagartig übertragen.From DE-OS 29 31 765 a detonator for the electrical ignition of explosives is known in which the explosive is ignited with the help of a piezo crystal, which is supplied with a steeply rising voltage pulse will. The piezo element expands extremely quickly due to the applied voltage pulse and ignites the resulting shock wave Explosive substance. This steeply rising voltage pulse for ilen piezocrystal is made with the help of another piezocrystal generated, whose charge is suddenly transferred via a spark gap to the one intended for ignition Piezo crystal is reloaded. The spark gap acts similarly to the above known generator as a threshold switch. However, this well-known generator cannot be called a power generator, because an essential feature is missing for this, namely a storage capacitor, which is connected to the actual consumer circuit In the case of the known Dctonator circuit, that of the first piezo crystal remains The high voltage generated is obtained and is applied to the PL-zocrystal provided for igniting the explosive suddenly transferred.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Generator der in Rede stehenden Art anzugeben, mit dem ein Speicherkondensator aufgeladen werden kann, dessen Kapazität wesentlich höher als diejenige des Piei-okristalls ist, um auf diese Weise auch Verbraucherkreise mit relativ großem Strombedarf bei niedrigen Spannungen versorgen zu können.The invention is based on the object of specifying a generator of the type in question with which a storage capacitor can be charged, the capacity of which is significantly higher than that of the Piei-okristall is to in this way also consumer groups with relatively high power requirements at low To be able to supply voltages.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöstAccording to the invention, this object is given by those specified in the characterizing part of claim 1 Features solved

Durch die Einfügung einer Spitzen-Funkenstrecke in Serie zum Gleichrichter und Speicherkondensator im Ladekreis dieses Stromgenerators wird der überraschende Vorteil erreicht, daß die Spannungsimpulse des mechanisch beaufschlagten Piezokristalls auch auf Speicherkondensatoren übertragen werden können, deren Kapazität wesentlich höher als diejenige des verwendeten Piezokristalls ist
Die Spitzen-Funkenstrecke wirkt in diesem Falle sozusagen als Trennschalter zwischen Piezokristall und Speicherkondensator, so daß die bei der mechanischen Beaufschlagung des Piezokristalls erzeugten Ladungen sozusagen portionsweise auf den Speicherkondensator übertragen werden, ohne daß hierzu die wie bei den bekannten Schaltungen notwendige Relation zwischen den Kapazitätswerten von Piezokristall und Speichprkondensator eingehalten werden muß.By inserting a tip spark gap in series with the rectifier and storage capacitor in the charging circuit of this current generator, the surprising advantage is achieved that the voltage pulses of the mechanically loaded piezo crystal can also be transferred to storage capacitors whose capacitance is significantly higher than that of the piezo crystal used
In this case, the tip spark gap acts, so to speak, as an isolating switch between the piezo crystal and the storage capacitor, so that the charges generated when the piezo crystal is mechanically applied are transferred to the storage capacitor in portions, without the relationship between the capacitance values of Piezo crystal and storage capacitor must be observed.

Der Anwendungsbereich eines derartigen Generators wird im Gegensatz zu bekannte:·· Generatoren wesentlich erweitert. Werden Speicherkondensatoren mit Kapazitäten im Bereich des Piezokristalls verwendet, d.h. Kondensatoren mit Kapazitäten im Bereich von 100 pF, so kann der Stromgenerator gemäß der Erfindung in herkömmlicher Weise z. B. zur Zündung eines Detonators dienen. Bei dem Stromgenerator können jedoch auch Speicherkondensatoren im Bereich von 10 und mehr μΡ eingesetzt werden, mit denen dann bei niedriger Spannung von einigen Volt z. B. elektronische Schaltkreise oder tragbare elektronische Apparate versorgt werden können. Der Speicherkondensator kann über die Funkenstrecke entweder durch einmalige Beai'fschlagung des Piezokristalls oder durch vereinzelt bzw. wiederholt auftretende Stöße, Beschleunigungen oder Verzögerungen des Piezokristalls aufgeladen werden. In contrast to known: ·· generators, the area of application of such a generator becomes essential expanded. If storage capacitors with capacities in the area of the piezo crystal are used, i.e. capacitors with capacitances in the range of 100 pF, the current generator according to the invention in a conventional manner z. B. serve to ignite a detonator. In the case of the power generator, however, storage capacitors in the range of 10 and more μΡ can also be used, with which then at low voltage of a few volts e.g. B. electronic circuits or portable electronic apparatus supplied can be. The storage capacitor can either be activated once via the spark gap of the piezocrystal or through occasional or repeated impacts, accelerations or delays of the piezo crystal are charged.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
In der Figur ist mit 2 schematisch ein piezoelektrischer Kristall bezeichnet, der in einer Kapsel 1 untergebracht ist, auf die die Kraft Feiner mechanischen Energiequelle einwirken kann. In Serie mit dem piezoelektrischen Kristall sind ein Kondensator 3. eine Diode 4 und eine Spitzen-Funkenstrecke 5 geschaltet. Eine zweiteIn the following the invention is explained in more detail with reference to the drawing, in which an advantageous embodiment of the invention is shown.
In the figure, 2 schematically denotes a piezoelectric crystal which is accommodated in a capsule 1 on which the force of a fine mechanical energy source can act. A capacitor 3, a diode 4 and a tip spark gap 5 are connected in series with the piezoelectric crystal. A second

b5 Diode 6 ist parallel zum piezoelektrischen Kristall 2 und zur Funkenstrecke 5 geschaltet. Mit 7 ist eine Verbraucherschaltung bezeichnet,die parallel zum Kondensator 3 geschultet ist.b5 diode 6 is parallel to the piezoelectric crystal 2 and switched to spark gap 5. With 7 is a consumer circuit referred to, which is trained in parallel to the capacitor 3.

Der piezoelektrische Kristall kann von herkömmlicher Art sein, wie er z. B. in dem Buch »Piezoelectric ceramics« beschrieben ist, herausgegeben von J. Van Randeraat und andere, N. V. Philips Gloeilampenfabrieken, Eindhoven, 2. Auflage 1974, Kapitel 3, Seite 23 bis 39, für eine Zündvorrichtung.The piezoelectric crystal can be of conventional Be the way he z. B. in the book "Piezoelectric ceramics" is described, edited by J. Van Randeraat and others, N. V. Philips Gloeilampenfabrieken, Eindhoven, 2nd edition 1974, chapter 3, pages 23 bis 39, for an ignition device.

Erfindungsgemäß ermöglicht die Serienschaltung einer Spitzen-Funkenstrecke 5 und des Kondensators 3 zusammen tr'n den Dioden 4 und 6 den Aufbau einer Spannung von einigen Volt bis einigen zehn Volt am Kondensator 3, dessen Kapazität z. B. in der Größenordnung von μΡ liegt Bei einigen Ausführungsbeispielen können Kapazitäten von 20 μΡ verwendet werden um so eine Spannung von 10 Volt zu erhalten oder Kapazitäten von 0,1 μΡ verwendet werden, zum Erhalten einer Spannung von 140 Volt, so daß man eine gespeicherte Energiemenge von ungefähr 1 mj erhält According to the invention, the series connection of a tip spark gap 5 and the capacitor 3 together allows the diodes 4 and 6 to build up a voltage of a few volts to a few tens of volts on the capacitor 3, whose capacity z. B. is on the order of μΡ In some embodiments, capacitances of 20 μΡ can be used to obtain a voltage of 10 volts or capacities of 0.1 μΡ are used to obtain a voltage of 140 volts, so that one stored Receives an amount of energy of approximately 1 mj

Die Funkenstrecke 5 hat eine wichtige Funktion im Generator, da es nicht möglich ist, mit einem piezoelektrischen Kristall direkt einen Kondensator relativ großer Kapazität zu laden, auf ausreichende Spannungen um z. B. einen relativ umfangreichen elektronischen Schaltkreis zu versorgen.The spark gap 5 has an important function in the generator, since it is not possible with a piezoelectric Crystal directly to charge a capacitor of relatively large capacity, at sufficient voltages to z. B. to supply a relatively large electronic circuit.

Die Dioden 4 und 6 ermöglichen ein Autladen des Kondensators 3 mit positiven und negativen Stromimpulsen. The diodes 4 and 6 enable the capacitor 3 to be charged with positive and negative current pulses.

Die Verbraucherschaltung 7 kann z. B. ein elektronischer Schaltkreis hoher Impedanz sein oder in einem besonderen Fall der Zünder einer Sprengvorrichtung oder auch jeder andere geeignete Schaltkreis.The consumer circuit 7 can, for. B. an electronic High impedance circuit or, in a special case, the detonator of an explosive device or any other suitable circuit.

Die Anregung des piezoelektrischen Kristalls 2 kann z. B. durch einen einzigen Stoß erfolgen um einen Sprengzünder auszulösen oder durch eine Beschleunigungs- oder Verzögerungsbewegung eines beweglichen Trägers der Vorrichtung. So kann die Vorrichtung z. B. auf einem Geschoß angeordnet sein und eine Sicherheitsanordnung steuern oder von einer Person getragen werden oder an einem Fahrzeug angeordnet sein.The excitation of the piezoelectric crystal 2 can, for. B. be done by a single push to one Detonating detonators or by accelerating or decelerating a moving one Carrier of the device. Thus, the device can, for. B. be arranged on a floor and a safety arrangement control or be carried by a person or be arranged on a vehicle.

In allen Anwendungsfällen weist die elektrische Energiequelle el.ie unbegrenzte Lebensdauer auf, verbunden mit einer sehr hohen FunktionssicherheitIn all cases of application, the electrical energy source el.ie has an unlimited service life, combined with a very high level of functional reliability

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

32 02 6-2

Claim:

Electric power generator with a mechanical energy source, an electromechanical one A transducer comprising a piezoelectric crystal and one with the electrodes of the transducer connected electrical charging circuit, which is the series connection of a rectifier and a storage capacitor having, wherein a consumer circuit to the connections of the storage capacitor can be connected, characterized in that a peak spark gap in the charging circuit (5,4,3) (5) is in series with the rectifier (4) and storage capacitor (3)