DE2337347A1 - Vorrichtung fuer die erzeugung elektrischer funken zum zuenden von gas-luftgemischen - Google Patents

Description

F-30.664-03 - 27/73 16. Juli 1973

KDB/URE

Batteile - Institut e.V., Frankfurt/Main

Vorrichtung für die Erzeugung elektrischer Funken zum Zünden von Gas-Luftgemischen

In bekannten Geräten werden Funken zum Zünden von Gas-Luftgemischen mit mechanisch bewegten Feuersteinen, mit Hilfe von piezoelektrischen oder induktiven Anordnungen oder durch batteriegespeiste Transformatorschaltungen erzeugt.

Die Nachteile dieser bekannten Vorrichtungen bestehen darin, daß sie entweder häufig gewartet werden müssen, eine Energie-

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quelle, wie, Batterie, benötigen und/oder in ihrem Aufbau und damit in den Herstellungskosten recht aufwendig sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung zu entwickeln, die keine Energiequelle benötigt, praktisch wartungsfrei arbeitet und außerdem mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellbar ist. Außerdem wurde ein kleines Bauvolumen angestrebt, um diese Zündschaltung auch für Feuerzeuge, insbesondere Taschenfeuerzeuge verwenden zu können.

Es hat sich nun gezeigt, daß diese Aufgabe mit der in Anspruch 1 beschriebenen Vorrichtung auf überraschend einfache Weise gelöst werden kann. Eine für viele Anwendungszwecke vorteilhafte Ausführungsform beinhaltet Anspruch 2, während Anspruch 3 eine gerade für Taschenfeuerzeuge geeignete, sehr kompakte Zündvorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Prinzip zum Gegenstand hat.

Die Lebensdauer der erfindungsgemäß verwendeten Elektrete beträgt über 20 Jahre und übertrifft daher das mögliche Alter der meisten Geräte, für die eine solche Zündvorrichtung in Frage kommt.

Gegenüber den - ebenfalls keine Energiequelle, wie Batterie benötigenden - piezoelektrischen Zündung und Permanentmagnet-Zündung

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ist der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung wesentlich höher, da hier praktisch keine Energie zur Beschleunigung einer Masse erforderlich ist. Die Reibungsverluste sind ebenfalls außerordentlich gering, so daß ein Wirkungsgrad für die Umsetzung von mechanischer in elektrische Energie von über 50 % durchaus möglich ist.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten gehen aus der folgenden Erläuterung des Prinzips, aus den beigefügten Abbildungen sowie aus der nachstehenden Beschreibung eines praktischen Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor.

Es zeigt Fig. la, b in schematischer Vereinfachung die Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und zwar in den'beiden Extremstellungen des Elektreten, und

Fig. 2 in perspektivischer, auseinandergezogener Darstellung eine Taschenfeuerzeug-Zündvorrichtung gemäß einer Ausführungsart der Erfindung.

Das Prinzip der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung wird nun anhand von Fig. 1 näher erläutert:

Ein Elektret 1 wird in den Zwischenraum zwischen zwei elektrisch leitfähigen Flächenelementen, hier zwei Metallplatten 2a und 2b hineingeschoben, die ihrerseits über leitende Verbindungen 3 mit einem Kondensator C und einer Funkenstrecke 4 verbunden sind (Fig. la). Diese Funkenstrecke 4 besteht hier aus zwei Kugeln 5a

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und 5b. In der zweiten Extremstellung des Elektreten, den Fig. Ib zeigt, influenzieren die positiven bzw. negativen Ladungen des Elektreten auf den Metallplatten 2a bzw. 2b negative bzw. positive Influenzladungen. Da das Leitungssystem, bestehend aus 2, 3, C und 5 ursprünglich ungeladen war, haben die Influenzladungen auf den Metallplatten 2a und 2b gleich große Gegenladungen auf der Parallelschaltung bestehend aus C und der Funkenstrecke 4 zur Folge. Übersteigt das dadurch zwischen 5a und 5b hervorgerufene elektrische Feld in der Funkenstrecke 4 die Durchschlagsfeldstärke der Luft, so können sich diese Gegenladungen über einen Funken ausgleichen, während die Influenzladungen auf 2a und 2b durch die Ladungen des Elektrets gebunden bleiben.

Bei ausreichender Ladung und elektrischer Energie kann der Funke ein brennbares Gas-Luftgemisch entzünden.

Wird der Elektret wieder herausgezogen, so können die Influenzladungen von den Metallplatten 2 abfließen und erneut einen Funken an 4 hervorrufen. Dadurch ist die Ausgangssituation wieder hergestellt.

Die Energie des Zündfunkens wird durch die mechanische Arbeit aufgebracht, die nötig ist, um die Ladungstrennung herbeizuführen.

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Es ist bekannt, daß für die Zündung eines brennbaren Gas-Luftgemisches nicht allein die elektrische Energie des Funkens, sondern die im Funken· transportierte Ladung die entscheidende Größe ist. Zur sicheren Zündung eines strömenden Butan-Luftgemisches ist eine Ladung von ca. 3,2 /uAs nötig. Die Zündspannung liegt zweckmäßigerweise bei ca. 8 kV. Daraus errechnet sich eine elektrische Energie von N = Q-U = 3,2·10~⁶·8·10³ Ws «25-«Γ³ Ws, während die Mindestzundenergien der üblichen brennbaren Gas-Luftgemische bei (0,2-0,3)*10~³ Ws liegen.

—8 2 Nun läßt sich ein guter Elektret an der Luft bis auf 10" As/cm , in Schutzgas (z.B. SFg) bis auf 5·10 As/cm aufladen. Nimmt

8 2
man eine Ladung von 2·10~ As/cm an, so ist zur Speicherung der

—6 2

notwendigen Ladungsmenge von 3,2*10 As eine Fläche von 160 cm

erforderlich. Die Kapazität des Ladekondensators muß C = Q/U = 3,2·10"⁶/8·10³ = 4·10~¹⁰ F = 400 pF betragen.

Die genannten Forderungen lassen sich nun bei der erfindungsgemäs· sen Zündvorrichtung in einer besonders kompakten Anordnung Verwirklichen, die in Fig 2 wiedergegeben ist. Der Elektret 1 ist als Scheibe ausgebildet, deren elektrische Polarisierung auf der einen Hälfte umgekehrt ist wie auf der anderen Hälfte. Oberhalb und unterhalb des Elektrets befindet sich je eine geteilte Metallscheibe 2, deren beide Hälften elektrisch voneinander isoliert sind. Diese sind in geeigneter Weise über leitende Verbindungen 3

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mit einem Kondensator C und einer Funkenstrecke 4 verbunden. Der Elektret ist um eine Achse 6 drehbar während die Metallscheiben über Halterungen 7 fixiert sind.

In der Ausgangsstellung wird auf den Metallscheiben keine resultierende Influenzladung erzeugt, weil sich unter bzw. über jeder Scheibenhälfte 2 zwei entgegengesetzt gepolte Quadranten des Elektrets befinden. Wird der Elektret um 90 gedreht, so befindet sich unter jeder Scheibenhälfte 2 ein gleichnamig polarisierter Bereich des Elektrets. Dadurch wird in jeder Scheibenhälfte 2 die der jeweiligen Elektretladung entgegengesetzte Influenzladung erzeugt. Über die leitende Verbindung 3 der jeweils gleichnamig geladenen Scheibenhälften 2 wird auf dem Kondensator C und der parallel geschalteten Funkenstrecke eine der gesamten Influenzladung entgegengesetzte aber gleich große Gegenladung hervorgerufen. Aus Fig ist zu ersehen, daß sich bei jeder Drehung der Elektrete um 90° ein Zündfunke erzeugen läßt. Damit die Funkenenergie genügend groß ist, um das aus einem Tank einströmende Gas zur Entzündung zu bringen, besteht die Gesamtanordnung aus acht Elektreten 1 und aus neun Metallscheiben 2, deren Durchmesser fünf Zentimeter beträgt. Bei Parallelschaltung ergibt sich also insgesamt eine Fläche von 160 cm . Die Dicke der Elektrete beträgt 0,2 mm, die Dicke der Metallscheiben beträgt 0,04 mm. An ihrem Umfang besitzen diese Scheiben einen Wulst mit einer Dicke von 0,08 mm. Auf diesem Wulst liegen die Elektrete auf, so daß zwischen dem Scheiben-

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innern der Metallscheiben und den Elektreten ein Luftspalt von 0,02 mm besteht. Dadurch werden mechanische Reibungsverluste und die Aufladung infolge von Reibungselektrizität klein gehalten.

Die gesamte Dicke der Anordnung ist damit

8x0,2 mm +9x 0,09 mm = 2,4 mm.

Der Kondensator C besteht aus einer 0,15 mm dicken metallisierten Kunststoffscheibe von 5 cm Durchmesser. Besitzt der Kunststoff die Dielektrizitätskonstante £ = 3, so ist die Kapazität dieses Kondensators C = 400 pF.

Dieser Kondensator wird mit Hilfe einer Zwischenisolation von 0,15 mm Dicke nach Fig. 2 auf der Zündanordnung montiert, so daß sich eine Gesamtdicke von 2,7 mm ergibt. Bei einem Durchmesser von 5 cm wird damit ein Volumen von 5,4 cm benötigt. Für die Befestigung der Scheiben 7 in Fig. 2 und für die Funkenstrecke wird nochmals etwa 1 cm benötigt, so daß das Gesamtvolumen der Zündanordnung etwa 6,5 cm beträgt. Damit ist die Anordnung kompakt genug um z.B. in einem Taschenfeuerzeug verwendet zu werden.

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Claims (3)

* + /** .. h9337347 Patentansprüche

1. Vorrichtung für die Erzeugung elektrischer Funken zum Zünden von Gas-Luftgemischen, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen zwischen elektrisch leitfähigen Flächenelementen (2, 2a, 2b) bewegbaren Elektreten (l) aufweist, der elektrisch mit einer Funkenstrecke (4) und einem dieser Funkenstrecke parallel geschalteten Kondensator (C) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektrete (l) mechanisch bewegbar miteinander verkoppelt und die zugehörigen Flächenelemente (2) parallel geschaltet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elektrete (l) in Form von dünnen, runden Scheiben ausgebildet sind, deren eine Halbkreisfläche gegenüber der anderen elektrisch entgegengesetzt polarisiert ist und die gemeinsam auf einer drehbaren Mittelachse befestigt sind, daß ferner in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Elektretscheiben als leitfähige Flächenelemente (2) je zwei konzen- , trisch und komplanar angeordnete, feststehende, halbkreisförmige Metallscheiben vorhanden sind und daß in zwei Stellungen der Elektrete (l) relativ zu den Metallscheiben (2) die resultierende Influenzladung auf jeder Metallscheibe Null und in zwei anderen Stellungen die Influenzladung einen maximalen Wert einnimmt, wobei durch Drehung um 90° von einer Stellung in die nächste eine ausreichende Influenzladung zur Erzeugung eines Zündfunkens entsteht.

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