DE6603062U - Piezoelektrische zuendvorrichtung zur entflammung brennbarer gase. - Google Patents

Description

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EoTdert Bosch. GmbH, Stuttgart 13.3.69

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Piezoelektrische Zündvorrichtung zur Entflatmnunp; "brennbarer Gase

Die Neuerung betrifft eine piezoelektrische Zündvorrichtung zur Entflammung brennbarer Gase mittels einer an mindestens einem ζ Piezoelement angeschlossenen Funkenstrecke, zu deren Zündung eine durch Federkraft beschleunigte Schlagmasse auf den Kopf des Piezoelementes aufschlägt.

Bei bekannten piezoelektrischen Zündvorrichtungen dieser Art reidrfe der beim Auf sc-hlag eines Schlagbolzens auf den. Kopf der Piezoelemente erzeugte !Druckimpuls oft nicht aus, um einen _ kräftigen und zur Entflammung eines schwer entflammbaren Gases (Butan, Erdgas) ausreichend anhaltenden elektrischen ϊunken zu erzeugen. Die Anwendung solcher Zünder beschränkt sich daher vorwiegend auf Gasfeuerzeuge, die mit leicht entflammbaren Gasen \ betrieben werden.

Bei größeren Zündvorrichtungen, wie sie insbesondere für Gasgeräte erforderlich sind, ist es bekannt, die Piezoelemente über eine Isolierstoffhülse am Zündergehäuse abzustützen. Bei Betätigung des Zünders wirkt dann das Gehäuse sowie die Gasarmatur, an der der Zünder befestigt ist als Abstützmasse, die jedoch nach Größe des Gasgerätes und weiteren an der Gasarmatur befestigten Bauteilen jeweils unterschiedlich groß ist. Wegen dieser unbe-

die ~.rzeugung stimmten Größe der Abstützmasse ist in den Piezoelementen/eines definierten Druckimpulses ^-rTg-sTj?!rx^wgwrrg; und damit eine sichere Enb flammung von Gasen nicht möglich. Bei zu großen Abstützmassen verläuft der Druckanstieg in den Piezoelementen so steil, daß diese dabei mechanisch zerstört werden. Ein weiterer Nachteil dieser Zündvorrichtung besteht darin, daß die Isolierstoffhülse einen stark temperaturabhängigen Elastizitätsmodul hat, der

eich unmittelbar auf den Druckverlauf im Pie2οelement beim Aufschlag des Schlagorgans auswirkt und die Funktionsunsicherheit des Zünders weiter erhöht.

Bei einer ebenfalls bekannten Ausführung wird die auf die Piezoelemente einwirkendej zur Erzeugung eines Zündfunkens erforderliche Kraft durch Druckhebel erzeugt. Derartige statisch wirkende Kräfte von 500 - 5OO kp bedingen eine schwere und kräftige Konstruktion. Außc rdem ist der bei Betätigung solcher Zünder von Hand auf die Piezoelemente ausgeübte Druck individuell verschieden. Ist dieser Druck bzw. Druckanstieg zu gering, so wird die elektrische Energie über die Isolations- und Innenwiderstände des Stromkreises abgeleitet, ohne einen Zündfunken zu erzeugen. Bei zu hohem Druck werden dagegen die Piezoelemente zerstört.

Der !feuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine piezoelektrische Zündvorrichtung zu ent v/i ekeln, deren Zündung von einer unterschiedlichen Betätigung und Anbringung der Zündvorrichtung an Armaturen unabhängig ist und die auch schwere Gase sait Sicherheit entflammt.

Die Neuerung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß der Bruckimpuls in den Piezoelementen, der zur Erzeugung des Lichtbogens an der Funkenstrecke erforderlich ist, einen definierten Verlauf haben muß, so daß schwer entflammbare Gase für eine längere Zeit einem ausreichend heißen lichtbogen ausgesetzt werden können. Der Druckverlauf darf dabei weder durch Temperaturschwankungen noch durch den Anbau des Zünders an verschiedene Gasgeräte beeinträchtigt werden.

Dies läßt sich bei einer piezoelektrischen Zündvorrichtung neuerungsgemäß dadurch erreichen, daß die Piezoelemente mit der Schlagmasse und einer Abstützmasse ein in sich abgeschlossenes elastisches Massensystem bilden, das durch elastische Glieder vom Zündergehäuse entkoppelt ist. Bei schwer entflammbaren Gasen ist eine sichere Zündung dadurch möglich, daß beim Aufschlag des Schlagorgans im

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--e Piezoelement zunächst ein steiler Druckanstieg auftritt, der infolge der dabei im Piezoelemont frei werdenden elektrischen ünergie mindestens einen Zündfunken an der Funkenstrecke zur B'olge hat und daß ein nach dem Aufschlag des Schlagorgans eintretender Druckabfall im Piezoelement zusätzliche elektrische Energie entgegengesetzter Polarität freigibt, die an der durch den Zündfunken ionisierten Funkenstrecke eine Nachentladung bewirkt. Zündfunken und Lichtbogennaohentladung erstrecken sich dabei über eine Dauer von mindestens IO /us.

Line zusätzliche Verlängerung der Nachentladung läßt sich durch -inen mit der Funkenstrecke in Reihe geschalteten, induktiven und/oder ohmschen Vorwiaerstand erreichen. Diese Wirkung tritt insbesondere dann ein, wenn die an der Funkenstrecke zur Verfugung stehende elektrische Energie durch Verwendung von zwei in an sich bekannter Weise übereinander angeordnete, elektrisch paxalielgeschaltete Pieaoelemente verdoppelt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen-Standes dargestellt, äs zeigen:

Fig. 1 eine piezoelektrische Zündvorrichtung für ein Gasgerät j im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Abschnitt der gleichen Zündvorrichtung nach Betätigung der Drucktaste,

Fig. 3 den Druckverlauf im Piezoelement beim Aufschlag eines Schlagbolzens,

Fig. 4 den Spannungsverlauf an den Elektroden einer an die Zündvorrichtung angeschlossenen Funkenstrecke.

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Ein an Masse liegendes Gehäuse 10 einer piezoelektrischen Zündvorrichtung enthält einen zylindrischen Amboß 11 aus Metall., der durch eine Gummiseheibe 12 am Gehäuseboden 10a elastisch abgestützt ist und der vorn mit einer Ausnehmung lia versehen ist, die zur H. lterung und Führung von zwei in eine Isolierstoffhülse I^ eingesetzten Piezoelementen 14 dient. Die übereinanderliegenden Fiezoelemente lh sind durch entgegengesetzte Polung elektrisch paraLlel geschaltet.

i)or t;oehspannun/;f>anschlu:· 15 Liegt zwischen den Piezoelementen und ist durch die 1solierstoffhü 1 r.e ljj isoliert aus dem Gehäuse herausgeführt. Die Isolier.stof fhülse \⁷j ist durch einen flanschartigen Bund 1^a im Gehäuse 10 geführt und zur Vermeidung von PrelLungen mittels einer Niederhaltefeder l6, die an Vorsprüngen 10b des Gehäuses 10 abgestützt ist, fest gegen den Amboß 11 gedrückt. Über dem oberen Teil der Isolierstoffhülse 1J5 ist eine Rückholfeder 17 angeordnet, die einerseits auf dem Bund IJa der Isolierstoffhülse IJ aufsitzt und andererseits einen Schlagbolzen trägt. Der Schlagbolzen l8 ist an dem den Piezoelementen 14 zugewandten Ende zur Führung der Rückholfeder I7 napfförmig ausgebildet und hat am anderen Ende einen Bund I9 zur Einrastung von Rastzungen 20 und zur Abstützung einer Sehlagfeder 21, sowie einen bis in eine Drucktaste 22 reichenden Stift 2J zur Halterung der Drucktaste. Die Rastzungen 20 sind am Umfang eines Halteringes gleichmäßig verteilt und bilden mit ihm ein aus thermoplastischem Kunststoff bestehendes Teil, das oben in das Gehäuse 10 eingesetzt und zur Führung der Drucktaste 22 durch eine Überwurfmutter 23 fixiert ist. Die freien Enden der Rastzungen 20 sind jeweils mit einer nach innen gerichteten Nase 2b versehen, die den Bund 19 dos Schlap-bolzens Ib¹ in seiner Ruhelage (Fig. l) tulpenförmig umfassen. Oberhalb der Nasen 26 haben die Rastzungen 20 einen nach innen gerichteten, schräg nach unten verlaufenden Spreizsteg 27*

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der zur Freigabe des .'jchlagbolzens Ib durch die Drucktaste 22 dient. Zur sicheren Führung der Drucktaste 22 ist diese an ihrem unteren rinde mit drei über den Umfang gleichmäßig verteilten, nach außen gerichteten Kührungsnasen 22a versehen, die sich jeweils zwischen zwei Rastzungen 20 hindurch bis an die Innenwand des Gehäuses 10 erstrecken.

Die Zündvorrichtung wird durch Herunterdrücken der Drucktaste 22 betätigt. Dabei wird zunächst die Schlagfeder 21 gespannt. Dabei setzt sich die untere Kante 22b der Drucktaste 22 auf <äen Spreizsteg 27 der Rastzüngen 20 auf. Wenn die Drucktaste 22 weiter heruntergedrückt wird, rutscht die Kante 22b über den Spreizsteg 27 hinweg und drückt dabei die Rastzungen 20 nach außen. Dadurch geben ihre Nasen 26 den Bund I9 des Schlagbolzens l8 frei. Der Schlagbolzen schießt, beschleunigt durch die in der gespannten Schlagfeder 21 gespeicherte Kraft, nach unten. Er schlägt auf den Schlagkopf 14a der Piezoelemente 14 auf (Fig, 2) und drückt gleichzeitig die Rückholfeder 17, die wesentlich schwächer ist als die Schlagfeder 21, zusammen. Nach dem Abschießen des Schlagbolzens 18 wird die Drucktaste 22 losgelassen und die Rückholfeder I7 drückt den .Schlagbolzen Ib und die Drucktaste 22 wieder in ihre Ausgangsstellung, wobei die Nasen 26 der Rastzungen 20 erneut hinter dem Bund ]<) des Schlagbolzens 18 einrasten.

Die Masse des Schlagbolzens beträft etwa h^lj g, während die Masse des Ambosses 11 als sdide Unterlage der Piezoelemente 14 etwa doppelt so groß ist. Schlagfeder 21 und Schlagbolzenmasse sind so aufeinander abgestimmt, daß sich beim Aufschlag des Schlagbolzens Ib auf den Schlagkopf 14a ein in Fig. 3 dargestellter Druckverlauf in den Piezoelementen 14 ergibt, dessen Maximum bei ca. j>00 kp liegt« Der Druekverlauf ist etwa proportional der am Hochspannungsanschluß 15 zu messenden Leerlaufspannung der

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lMezoelemente J** bei einem Spannungsmaxiraum von etwa 17 kV. Bei einer angeschlossenen Funkenstrecke 2i> e.-gibt sieh der aus Fig. ersichtliche Spannungsverlauf« Die beim Aufsehlag des Schlagbolzens 18 in den Piezoelementen 14 freiwerdende elektrische Energi erzeugt eine steile Spannungsflanke, die nach etwa 3/US die Überseh !abspannung der axi der Zündvorrichtung angeschlossenen funkenstrecke 28 erreicht und einen Zündfunken zur Folge hat. Die Spannung bricht dabei schlagartig zusammen. Die nach dem Aufschlag dos Schlagbolzens Io durch den Druckabfall in den Piezoelementen IA frei werdende elektrische Energie entgegengesetzter Polarität erzeugt nunmehr an dt;r durch den vorausgegangenen Zündfunken ionisierten Funkenstrecke 28 eine Lichtbogennachentladung. Der ganze /'.ündvorgang an der Funk ens trecke erstreckt sich über eine Zeit von etwa lü/Us. Dabei werden leicht entflammbare Gase in den meisten Fällen schon durch den zuerst überspringenden Zündfunken entflammt, schwer entflammbare Gase, wie Erdgas, Stadtgas oder Butan entflammen in der Regel erst bei der Nachentladung, die durch einen induktivitätsbehafteten, vorwiegend ohmschen Widerstand 29, der mit der Funkenstrecke 28 in Reihe geschaltet ist, noch um mehrere /us verlängert werden kann. Als Vorwiderstand kann ein an sich bekanntes Entstörkabel für Brennkraftmaschinen verwendet werden, dessen Induktivität 5 - 50/uH und dessen ohmschen Widerstand von 5-30 kJL beträgt.

Claims (11)

1. •B 69 779Ad Gbm H. 8825 Ws/Hf

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   Ansprüche

   Piezoelektrische Zündvorrichtung zur Entflammung brennbarer Gase mittels einer an mindestens einem Piezoeiement angeschlossenen Funkenstrecke, zu deren Zündung eine durch Federkraft beschleunigte Schlagmasse auf den Kopf des Piezoelementes aufschlägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezoelemente (IA-) mit der Schlagmasse und einer Abstützmasse ein in sich abgeschlossenes elastisches Massensystem bilden, das durch elastische Glieder vom Zündergehäuse (10) entkoppelt ist»
2. 2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (28) mit einem induktiven und/oder ohmschen Widerstand (29) in Reihe geschaltet ist.
3. 3. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (29) aus einem an sich bekannten Entstörkabel besteht.
4. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützmasse etwa doppelt so groß als die Schlagmasse ist.
5. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützmasse in Form eines zylindrischen, im Gehäuse (10) geführten Ambosses (11) über eine Gummiplatte (^Ί2) am Gehäuseboden (10a) der Zündvorrichtung elastisch abgestützt ist.
6. 6. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5? dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß (11) an seiner dem Gehäuseboden (10a) angewandten Stirnseite eine Ausnehmung (lla) zur Halterung und Führung der Piezoelemente (14) aufweist.
7. 7. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Isolierstoffhülse (13) eingesetzten Piezoelemente (14) von dieser mittels einer am Gehäuse (10) abgestützten Niederhaltefeder (16) fest gegen den Amboß (11) gedrückt sind.
8. 8. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7j dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagbolzen (18) an der den Piezoelementen (14) zugewandten Stirnseite zur Führung der Rückholfeder (17) napfförmig ausgebildet ist und an seiner Rückseite einen Bund (19) zur Einrastung von Rastzungen (20) und zur Abstützung der Schlagfeder (21) aufweist.
9. 9. Zündvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mindestens zwei am Gehäuse (10) abgestützte, sich gegenüberliegende Rastzungen (20), deren freies Ende zur Einrastung des Schlagbolzens (18) in seine Ruhelage mit einer nach innen gerichteten Käse (26) versehen ist.
10. 10. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9> dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, den Buni (19) des Schlagbolzens (18) tulpenförmig umfassende Rast Zungen (20) am Umfang eines im Gehäuse (10) eingesetzten Kalterings (24) verteilt angeordnet sind, der gleichzeitig zur Führung der Drucktaste (22) C ent.
11. 11. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastzungen (20) oberhalb der Käse (26) mit einem nach innen gerichteten, schräg nach unten verlaufenden Spreissfceg (27) zur Freigabe des Schlagbolzens (18) durch die Drucktaste (2g) versehen sind.

    12, Zündvorrichtung nach, einem der Ansprüche 1-11, dadurch. gekennzeichnet, daß die Drucktaste (22) am unteren Ende mit drei über den Umfang gleichmäßig verteilt sngeo ordnet en, naen außen gerichteten Führungsnasen (22a) versehen ist, die "bis an die Innenwand des Gehäuses (10) ragen.