DE1629890A1 - Piezoelektrische Zuendvorrichtung zur Entflammung brennbarer Gase - Google Patents
Piezoelektrische Zuendvorrichtung zur Entflammung brennbarer GaseInfo
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Description
R.-Nr. 3H2li
7.2.1967 Ws/Kp
7.2.1967 Ws/Kp
Anlage zur
Patent-
Gfbrauohnniuf
Patent-
Gfbrauohnniuf
Anmeldung
Piezoelektrische Zündvorrichtung zur Entflammung brennbarer Gase
Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Zündvorrichtung
zur Entflammung brennbarer Gase mittels einer, an mindestens
ein Piezoelement angeschlossenen Funkenstrecke, die gezündet wird,
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Robert Bosch GmbH ' R.-Nr.
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wenn ein durch Federkraft beschleunigtes Schlagorgan auf den Kopf des Piezoelementes aufschlägt.
Bei bekannten piezoelektrischen Zündvorrichtungen dieser Art reicht
der beim Aufschlag eines Schlagbolzens auf-den Kopf der Piezoelernente
erzeugte Druckimpuls oft nicht aus, um einen kräftigen und zur. Entflammung eines schwer entflammbaren Gases (Butan,
Erdgas) ausreichend anhaltenden elektrischen Funken zu erzeugen. Die Anwendung solcher Zünder beschränkt sich daher vorwiegend
auf Gasfeuerzeuge, die mit leicht entflammbaren Gasen betrieben werden (UJ-Patentschrift 3 200 295).
Bei einer ebenfalls bekannten Ausführung wird die auf die Piezoelemente
einwirkende, zur Urzeugung eines Zündfunkens erforderliche Kraft durch Druckhebel erzeugt (DAS 1 218 216). Derartige statisch
wirkende Kräfte, von J500 - 500 kp bedingen eine schwere und kräftige
Konstruktion. Außerdem 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 Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine piezoelektrische
Zündvorrichtung zu entwickeln, deren Zündung von einer unterschiedlichen Betätigung unabhängig ist und die auch schwere Gase mit
Sicherheit entflammt.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß schwer entflammbare
Gase für eine längere Zeit einem ausreichend heißen Lichtbogen ausgesetzt sein müssen als leicht entflammbare Gase.
Dies läßt sich bei einer piezoelektrischen Zündvorrichtung erfindungsgemäß
dadurch erreichen, daß bei genauer Abstimmung von
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Federkraft und Schlagmasse beim Aufschlag des Schlagorgans im
Piezoelement zunächst ein steiler Druckanstieg auftritt, der infolge
der dabei im Piezoelemenfc frei werdenden elektrischen Energie
mindestens einen Zündfunken an der Funkenstrecke zur Folge 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 Lichtbogennachentladung erstrecken sich dabei über eine Dauer
von mindestens 10/us.
Eine zusätzliche Verlängerung der Nachentladung läßt sich durch einen mit der Funkenstrecke in Reihe geschalteten, induktiven
und/oder ohmschen Vorwiderstand erreichen. Diese Wirkung tritt insbesondere dann ein, wenn die an der .Funkenstrecke zur Verfügung
stehende elektrische Energie durch' Verwendung von zwei in an sich
bekannter Weise übereinander angeordnete, elektrisch paralle"5 geschaltete
Piezoelemente verdoppelt wird.-
In der Zeichnung ist ein Ausfülirungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine piezoelektrische Zündvorrichtung für ein Gasgerät 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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Kin an Masse liegendes Gehäuse 10 einer piezoelektrischen Zündvorrichtung
enthält einen zylindrischen Amboß 11 aus Metall, der durch eine Gummischeibe 12 am Gehäuseboden 10a elastisch abgestützt
ist und der vorn mit einer Ausnehmung lla versehen ist, die zur Halterung und Führung von zwei in eine Isolierstoffhülse
15 eingesetzten Piezoelementen 14 dient. Die übereinanderliegenden
Piezoelemente 14 sind durch entgegengesetzte Polung elektrisch parallel geschaltet.
Der Hochspannungsanschluß 15 liegt zwischen den Piezoelementen und ist durch die Isolierstoffhülse 15 isoliert aus dem Gehäuse
herausgeführt. Die Isolierstoffhülse !J ist durch einen flanschartigen Bund 13a im Gehäuse 10 geführt und zur Vermeidung von
Prellungen mittels einer Niederhaltefeder 16, die an Vorsprüngen 10b des Gehäuses 10 abgestützt ist, fest gegen den Amboß 11 gedrückt.
Über dem oberen Teil der Isolierstoffhülse I3 ist eine
Rückholfeder I7 angeordnet, die einerseits auf dem Bund IJa der
Isolierstoffhülse 1J>
aufsitzt und andererseits einen Schlagbolzen trägt. Der Schlagbolzen l8 ist an dem den Piezoelementen Ik 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 Schlagfeder 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 25
fixiert ist. Die freien Enden der Rastzungen 20 sind jeweils mit einer nach innen gerichteten Nase 26 versehen, die den Bund I9
des Schlagbolzens 18 in seiner Ruhelage (Fig. 1) 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 Schlagbolzens l8 durch die Drucktaste 22
dient. Zur sicheren Führung der Drucktaste 22 ist diese an ihrem unteren Ende mit drei über den Umfang gleichmäßig verteilten, nach
außen gerichteten Führungsnasen 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 den Spreizsteg
27 der Rastzungen 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 19 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 l8 wird
die Drucktaste 22 losgelassen und die Rückholfeder I7 drückt den
Schlagbolzen l8 und die Drucktaste 22 wieder in ihre Ausgangsstellung, wobei die Nasen 26 der Rastzungen 20 erneut hinter dem
Bund 19 des Schlagbolzens l8 einrasten.
Die Masse des Schlagbolzens beträgt etwa 45 g, während die Masse
des Ambosses 11 als sdide Unterlage der Piezoelemente 14 etwa
doppelt so groß 1st. Schlagfeder 21 und Schlagbolzenmasse sind so aufeinander abgestimmt, daß sich beim Aufschlag des Schlagbolzens
18 auf den Schlagkopf 14a ein in Fig. 3 dargestellter Druckverlauf in den Piezoelementen Ik ergibt, dessen Maximum bei
ca. 300 kp liegt. Der Druckverlauf ist etwa proportional der am
Hochspannungsanschluß 15 zu messenden Leerlaufspannung der
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Piezoelemente 14 bei einem Spannungsmaximum von etwa 17 kV. Bei einer angeschlossenen Funkenstrecke 28 ergibt sich der aus Fig.
ersichtliche Spannungsverlauf. Die beim Aufschlag des Schlagbolzens
18 in den Piezoelementen 14 freiwerdende elektrische Energie erzeugt eine steile Spannungsflanke, die nach etwa 3/Us die Überschlags
spannung der an der Zündvorrichtung angeschlossenen Funkenstrecke 28 erreicht und einen Zündfunken zur Folge hat. Die Spannung
bricht dabei schlagartig zusammen. Die nach dem Aufschlag des Schlagbolzens l8 durch den Druckabfall in den Piezoelementen
14 frei werdende elektrische Energie entgegengesetzter Polarität erzeugt nunmehr an der durch den vorausgegangenen Zündfunken
ionisierten Funkenstrecke 28 eine Lichtbogennachentladung. Der ganze Zündvorgang an der Funkenstrecke erstreckt *sich über eine
Zeit von etwa 10/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 kil- beträgt.
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Claims (11)
1. Piezoelektrische Zündvorrichtung zur Entflammung brennbarer Gase mittels einer an mindestens einem Piezoelement angeschlossenen
Funkenstrecke, zu deren Zündung ein durch Federkraft beschleunigtes Schlagorgan auf den Kopf des Piezoelementes aufschlägt,
dadurch gekennzeichnet, daß bei genauer Abstimmung von Schlagfeder (21) und Schlagmasse beim Aufschlag des Schlagorgans
(Ld) im Piezoelement (14) zunächst ein steiler Druckanstieg
auftritt, der infolge der dabei im Piezoelement (14) frei werdenden elektrischen Energie mindestens einen Zündfunken
an der Funkenstrecke zur Folge hat, und daß ein nach dem Aufschlag
des Schlagorgans (l8) eintretender Druckabfall im Piezoelernent (14) zusätzliche elektrische Energie entgege: ssetzter
Polarität freigibt, die an der durch den Zündfunken ionisierten Funkenstrecke (28) eine Nachentladung bewirkt.
2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (28) mit einem induktiven und/oder ohmschen
Widerstand (29) in Reihe geschaltet ist.
3. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Vorwiderstand (29) aus einem an sich bekannten Entstörkabel bestehti
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4. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet,
daß die Piezoelemente (14) auf einen zylindrischen Amboß (11) abgestützt sind, dessen Masse etwa doppelt so groß
als die Schlagmasse ist.
[5. Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Amboß (11) durch eine Gummiplatte (12) am Gehäuseboden (10a) der Zündvorrichtung elastisch abgestützt ist und an dem dem
Gehäuseboden (10a) abgewandten Ende zur Halterung und Führung der Piezoelemente (14) eine Ausnehmung (lla) hat.
6. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5>
dadurch gekennzeichnet, daß die Piezoelemente (14) in eine Isolierstoffhülse
(15) eingesetzt sind, die durch einen flanschartigen
Bund (13a) im Gehäuse (10) geführt und durch eine an Vorsprüngen
(lOb) am Gehäuse (10) abgestützten Niederhaltefeder (Ib) fest gegen den Amboß (11) gedrückt ist.
7. Zündvorrichtung nach-einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schlagbolzen (-18) an dem den Piezoelementen (14) zugewandten Ende zur Führung der Rückholfeder (17) napfförmig
ausgebildet ist und am anderen Ende einen Bund (19) zur Einrastung von Rastzungen (20) und zur Abstützung der Schlagfeder
(21) hat, sowie einen bis in eine Drucktaste (22) reichenden Stift (23) zu deren Halterung.
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Robert Bosch GmbH 3 R.-Nr, 8825
Stuttgart 7.2,1967 Ws/Ep
8. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7* gekennzeichnet
durch mindestens zwei sich gegenüberliegende Rastzungen (20), deren freies Ende zur Einrastung des Schlagbolzens (l8) in
seine Ruhelage mit einer nach innen gerichteten Nase (26) versehen ist.
9. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere, einen Bund des Schlagbolzens (18) tulpenförmig
umfassende Rastzungen (20) am Umfang eines Halterings (24) verteilt angeordnet sind, der gleichzeitig zur Führung der
Drucktaste (22) dient.
10. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rastzungen (20) oberhalb der Nase (26) mit einem nach innen gerichteten, schräg nach unten verlaufenden
Spreizsteg (27) zur Freigabe des Schlagbolzens (l8) durch die
Drucktaste (22) versehen sind.
11. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drucktaste (22) am unteren Ende mit drei über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten, nach außen gerichteten
Führungsnasen (22a) versehen ist, die bis an die
Innenwand des Gehäuses (10) ragen.
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JiO .
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