DE2058968A1 - Piezoelektrische Energiequelle - Google Patents

Description

"Piezoelektrische Energiequelle"

Vorliegende Erfindung hat eine piezoelektrische Energiequelle zum Gegenstand, bei der die Zündeinrichtung durch einen sich langsam aufbauenden Druck aktiviert wird, wobei der Enddruck aufrechterhalten bleibt.

Es sind bereits piezoelektrische Energiequellen bekannt, bei denen durch einen mechanischen Schlag oder Stoß der piezoelektrische Effekt erzeugt wird. Bei manchen Anwendungsgebieten wirkt sich bei Zündeinrichtungen auf dieser Grundlage der Umstand nachteilig aus, daß der erfolgte Druck plötzlich entsteht und sofort wieder abfällt. Eine Speicherung der erzeugten Ladung ist deshalb nur mit Hilfe elektronischer Elemente möglich.

Es wurde nun eine piezoelektrische Energiequelle gefunden, bei der über einen Kolben Druck auf einen piezoelektrischen Wandler ausgeübt wird, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kolben nach Aufbau eines Druckes verriegelbar ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform einer solchen Energiequelle besteht darin, daß der Druck mittels eines an sich bekannten

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pyrotechnisehen Drucksatzes ausgeübt wird. Es ist jedoch auch möglich, den Druck z.B. mit Hilfe bekannter mechanischer Vorrichtungen zu erzeugen und auf den Kolben einwirken zu lassen.

Die Verriegelung des Kolbens erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe eines oder mehrerer Federringe am Kolbenmantel und entsprechenden Nuten in der Innenwand des.Kolbengehäuses, die zwischen der Piezotablette und den Federringen angeordnet sind. Bewegt sich nun der Kolben aufgrund des auf ihn ausgeübten Druckes in Richtung auf die Piezotablette, dann rastet die Feder nach Zurücklegung eines vorher bestimmbaren Weges in diese Nut ein und der Kolben übt den dann erzielten Durck konstant auf die Piezotablette aus. Je langer der Abstand zwischen der Nut im Kolbengehäuse und dem Federring an dem Kolben vor Ausübung eines Druckes auf den Kolben ist, um so größer wird der konstant auf den Piezowandler ausgeübte Druck werden. Da die von der Piezotablette erzeugte Ladung proportional dem auf sie ausgeübten Druck ist, ist es durch Variierung des genannten Abstandes zwischen Federring am Kolben und Nut im Kolbengehäuse möglich, eine gewünschte vorherbestimmbare Ladung zu erzeugen und auch zu speichern.

Die Piezotablette befindet sich in bekannter Weise zwischen einem Gegenlager, auf das der Kolben wirkt, und einer Elektrode. Für die Speicherung der entstandenen Ladung ist es selbstverständlich notwendig, daß die Elektrode gegenüber dem Gegenlager und dem metallischen Gehäuse ausreichend isoliert ist. Auf diese Weise bildet das System Elektrode, Isolation und Gegenlager

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bzw. Gehäuse einen Kondensator, dessen Kapazität bekannterweise weitgehend von der Art und Dicke des Isolationsmaterials abhängt. Auch bei einer gewollten Zerstörung der Tablette ergibt sich somit durch die Kapazität des gesamten Elektrodensystems eine Speichermöglichkeit der Ladung.

Der Kolben wird weiterhin durch Federn, vorzugsweise Tellerfedern, innerhalb des Systems so fixiert, daß er in Ruhestellung nicht ungewollt einen Druck auf die Piezotablette durch Schlag oder Stoß z.B. während des Transportes ausüben kann. Diese Federn müssen selbstverständlich so ausgelegt sein, daß sie dem auf den Kolben wirkenden Druck, der zur Aktivierung der Piezotablette dient, nachgeben können. Sie sollten nach Möglichkeit eine Kraft größer als 500 kp speichern können.

Bei Verwendung eines pyrotechnischen Treibsatzes als Druckquelle ist es für manche Einsatzgebiete vorteilhaft, dem Treibsatz noch einen an sich bekannten Verzögerungssatz vorzuschalten. Dadurch kann man erreichen, daß der Druck sich erst nach einem gewissen, vorherbestimmbaren Zeitpunkt, aufbaut und die Funktion des Zündgenerators erst nach Ablauf einer bestimmbaren Zeit nach Zündung in Kraft tritt.

Die Zündung des Treibsatzes bzw. des davor geschalteten Verzögerungssatzes kann sowohl über ein elektrisches als auch ein mechanisches Zündmittel erfolgen. Auch eine Initiierung durch die Einwirkung einer Flamme ist möglich.

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Im folgenden wird anhand der Figur 1 eine mögliche Ausführungsform eines piezoelektrischen Zündgenerators gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert:

In einem Gehäuse (1), Figur 1, das aus Metall einer bestimmten Festigkeit hergestellt ist, befindet sich ein Isolationsnäpfchen (2), eine Elektrode (3), darunter ein stärker gehaltener Isolationsring (A), der in der Mitte eine Bohrung zur Aufnahme der Tablette (5) enthält. Darunter befindet sich ein aus Metall bestehendes Gegenlager (6). Zur Fixierung des Systems und Erhöhung der Transportsicherheit ist eine Tellerfeder (7) vorgesehen, die an dem Ansatz des Kolbens (8) befestigt ist. Der Kolben (8), der im Preßsitz eingedrückt ist, besitzt eine Federringnut, in der sich ein Federring (9)» der zur späteren Fixierung dient, befindet. Darunter ist ein Druckraum (10), dessen Volumen von der Auslegung des ganzen Systems abhängig und auf ein Zündsystem (11) abgestimmt ist, angeordnet. Unter dem Zündsystem (11) kann ein pyrotechnischer Verzögerungssatz (12) angeordnet sein. Zündsystem (11) und Verzögerungssatz (12) befinden sich in einer Halterung (13), die als Abschluß des gesamten Systems in die Außenhülse (1) eingebördelt wird. Die Zündung erfolgt durch Abschuß oder Schlag. Eine entsprechende Eingangszündung (14) bildet den Abschluß des piezoelektrischen Zündgenerators.

Der so beschriebene Zündgenerator übt seine Funktion folgendermaßen aus. Nach Initiierung der Eingangszündung (14) durch Schlag oder elektrische Energie wird der Verzögerungssatz (12)

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gezündet, der nach einer vorbestimmten, eingestellten Zeit den Zünd- und Drucksatz (11) zündet. Der Drucksatz (11) schiebt den Kolben (8) in axialer Richtung unter Spannen der Tellerfeder (7) gegen das Drucklager (6), das die Piezotablette (5) komprimiert. Die Begrenzung des Weges des Kolbens (8) erfolgt durch die vorgesehenen Anschläge in der Gehäusehülse (1). Der Kolben wird durch die Nute (15), in die der Federring (9) einschnappt, fixiert. Durch die gezielte Auslegung der Piezotablette (5) sowie der Systemkapazität, die gebildet wird durch Isolation (2,4) sowie Elektrode (3) und (6) sowie Gehäuse (1), kann eine sich entsprechend aufbauende Spannung über el. Anschluß (16) und Gehäuse (1) im Bedarfsfall entnommen werden.

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Claims (8)

Patentansprüche

1. Piezoelektrische Energiequelle, bei der über einen Kolben Druck auf einen piezoelektrischen Wandler ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben nach Aufbau eines Druckes verriegelbar ist.

2. Piezoelektrische Energiequelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckquelle ein pyrotechnischer Treibsatz vorhanden ist.

3. Piezoelektrische Energiequelle gemäß Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Mantelfläche des Kolbens ein Federring in einer Nut angeordnet ist.

4. Piezoelektrische Energiequelle gemäß Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Kolbengehäuses eine dem Federring des Kolbens entsprechende Nut

w angeordnet ist.

5. Piezoelektrische Energiequelle gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben und dem pyrotechnischen Treibsatz ein Druckraum angeordnet ist.

6. Piezoelektrische Energiequelle gemäß Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mittels einer Tellerfeder fixiert ist.

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7. Piezoelektrische Energiequelle gemäß Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der pyrotechnische Treibsatz mechanisch zündbar ist.

8. Piezoelektrische Energiequelle gemäß Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der pyrotechnische Treibsatz elektrisch zündbar ist.

Dr. Sk/Ko 209825/029S

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