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Dokumentenidentifikation DE10226627A1 19.12.2002
Titel Verwendung eines piezoaktiven Organs sowie eine Vorrichtung und ein System, die dieses aufweisen
Anmelder Legrand, Limoges, FR;
Legrand SNC, Limoges, FR
Erfinder Cousy, Jean-Pierre, Verneuil sur Vienne, FR;
Barillot, Francois, Grenoble, FR;
Claeyssen, Franck, Meylan, FR;
Debarnot, Miguel, Brignoud, FR
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner GbR, 80336 München
DE-Anmeldedatum 14.06.2002
DE-Aktenzeichen 10226627
Offenlegungstag 19.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.12.2002
IPC-Hauptklasse H02N 2/00
Zusammenfassung Das piezoaktive Organ (50) besteht aus einem piezoelektrischen Element (18) und einer elastisch verformbaren Schale (51), in der das piezoelektrische Element (18) angeordnet ist.
Die Verwendung dieses Organs umfaßt zur Versorgung einer mit dem piezoelektrischen Element (18) verbundenen elektrischen Schaltung den Schritt der Ausübung einer punktuellen mechanischen Einwirkung auf das Organ (50) und dann sein freies Schwingenlassen.
Die Vorrichtung umfaßt ein solches Organ (50), eine mit dem piezoelektrischen Element (18) verbundene elektrische Schaltung und Mittel zur Ausübung der punktuellen mechanischen Einwirkung.
Das System umfaßt eine solche Vorrichtung, deren elektrische Schaltung elektromagnetische Wellen senden kann, und eine zweite Vorrichtung, die für den Empfang der von der ersten Vorrichtung gesendeten Wellen ausgelegt ist.
Anwendung insbesondere auf die Steuerung eines Lichtpunkts.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft piezoaktive Organe.

Insbesondere aus der französischen Patentanmeldung 2 740 276 ist ein derartiges Organ bekannt, das dafür ausgelegt ist, als verstärktes Stellglied mit hoher Starrheit zu dienen, und zwar ein Organ, das dafür vorgesehen ist, in Mikromanipulatoren von verschiedenen Objekten oder in Steuermechanismen integriert zu werden, wobei dieses Organ ein piezoelektrisches Element und eine elastisch verformbare Metallschale mit im wesentlichen elliptischem Profil umfaßt, das sich in einer kleinen Achse und in einer großen Achse erstreckt, die quer zueinander angeordnet sind, wobei die Schale vier paarweise einander entgegengesetzt angeordnete Scheitel aufweist, und zwar jeweils zwei Scheitel kleiner Achse (Paar von einander entgegengesetzten Scheiteln, die einander am nächsten sind) und zwei Scheitel großer Achsen (Paar von am weitesten voneinander entfernten Scheiteln), wobei das piezoelektrische Element in der Schale zwischen den Scheiteln großer Achse angeordnet ist.

Ziel der Erfindung ist es, die Verwendungsmöglichkeiten eines solchen piezoaktiven Organs zu erhöhen.

Sie schlägt zu diesem Zweck die Verwendung eines piezoaktiven Organs vor, bestehend aus einem piezoelektrischen Element und einer elastisch verformbaren Schale mit im wesentlichen geschlossenem Profil, wobei das piezoelektrische Element in der Schale angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

  • - den Schritt der Verbindung der Anschlüsse des piezoelektrischen Elements mit den Eingangsanschlüssen einer elektrischen Schaltung, die dafür ausgelegt ist, mit Wechselstrom versorgt zu werden und
  • - zur Versorgung der elektrischen Schaltung den Schritt der Ausübung einer punktuellen mechanischen Einwirkung auf das Organ und dann sein freies Schwingenlassen, so daß das piezoelektrische Element nach der punktuellen mechanischen Einwirkung zwischen seinen Anschlüssen und damit zwischen den Eingangsanschlüssen der Schaltung eine Wechselspannung erzeugt.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung spielt das piezoaktive Organ die Rolle eines mechanischen Oszillators, der in der Folge der Ausübung der punktuellen mechanischen Einwirkung über eine relativ lange Zeit in Resonanz treten kann, was die Durchführung einer gewissen Form der Speicherung der durch diese Einwirkung zugeführten Energie gestattet und damit dem piezoelektrischen Element gestattet, die elektrische Wechselspannung während einer bestimmten Zeit nach der punktuellen mechanischen Einwirkung zu erzeugen.

Diese Möglichkeit, die Erzeugung von Wechselspannung andauern zu lassen, ist besonders interessant, wenn die elektrische Schaltung es für ihren Betrieb erfordert, während einer relativ langen Zeit von beispielsweise mehreren Millisekunden bei bestimmten Bedingungen versorgt zu werden, und zwar insbesondere mit einer Versorgungsspannung, die höher als eine gegebene Schwelle bleibt.

Gemäß bevorzugten Merkmalen besitzt die elastisch verformbare Schale ein elliptisches Profil mit vier paarweise einander gegenüberstehenden Scheiteln, und zwar jeweils zwei Scheiteln kleiner Achse und zwei Scheiteln großer Achse, wobei der Abstand zwischen den beiden Scheiteln großer Achse größer als der Abstand zwischen den beiden Scheiteln kleiner Achse ist, ist das piezoelektrische Element in der Schale zwischen den beiden Scheiteln großer Achse angeordnet und weist das piezoaktive Organ außerdem einen örtlichen Masseansatz auf, der mit der Schale an einem Scheitel kleiner Achse fest verbunden ist und dessen Masse größer als die der Schale ist.

Das Vorhandensein des örtlichen Masseansatzes bietet den Vorteil, daß das Phänomen des komplexen Verhaltens, d. h. das Phänomen, daß mehrere Resonanzfrequenzen auftreten, maximal begrenzt wird und daß allgemeiner eine gute Steuerung des Betriebs des Oszillators, den das piezoaktive Organ bildet, gestattet wird, der sich dank des örtlichen Masseansatzes dem klassischen Modell des elastischen Pendels annähert, das aus einer am Ende einer masselosen Feder angeordneten Masse besteht.

Um gute Ergebnisse zu erreichen, besitzt der Masseansatz vorzugsweise einen Masse, die größer als das 4-fache der Masse der Schale ist.

Das erfindungsgemäß verwendete Organ besitzt ferner vorzugsweise einen mit der Schale fest verbundenen Masseansatz an jedem der beiden Scheitel kleiner Achse.

Wenn der Oszillator, den das Organ bildet, in Resonanz tritt, ist die Bewegung der Scheitel kleiner Achse auf diese Weise gegenphasig, und man erhält auf diese Weise das Maximum an Verformung des piezoelektrischen Elements und damit die besten Merkmale der elektromechanischen Kopplung, wodurch die von dem piezoelektrischen Element vorgenommene Umwandlung zwischen der mechanischen Energie und der elektrischen Energie optimiert wird, und zwar insbesondere, wenn jeder Masseansatz im wesentlichen die gleiche Masse hat.

Gemäß anderen bevorzugten Merkmalen wird die punktuelle mechanische Einwirkung auf das Organ an einer anderen Stelle als auf das piezoelektrische Element ausgeübt.

Man vermeidet auf diese Weise die Gefahr der Beschädigung dieses Element, und zwar insbesondere seines Bruchs, wenn es aus einer Keramik mit hoher Steifigkeit hergestellt ist, deren Stoßfestigkeit nicht hoch ist.

Insbesondere, wenn das piezoelektrische Organ, wie oben dargelegt wurde, einen örtlichen Masseansatz aufweist, wird diese punktuelle mechanische Einwirkung auf das Organ auf Höhe eines Masseansatzes ausgeübt.

Die Energieübertragung zwischen der punktuellen mechanischen Einwirkung und dem piezoaktiven Organ ist dadurch besonders wirksam.

Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem zweiten Aspekt eine elektrische Vorrichtung, die ein Organ aufweist, das auf die oben beschriebene Weise verwendet wird.

Sie betrifft insbesondere eine elektrische Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie folgendes umfaßt:

  • - ein piezoaktives Organ, das ein piezoelektrisches Element und eine elastisch verformbare Schale mit geschlossenem Profil aufweist, wobei das piezoelektrische Element in der Schale angeordnet ist,
  • - eine elektrische Schaltung, die dafür ausgelegt ist, mit Wechselstrom versorgt zu werden, und Eingangsanschlüsse aufweist, die mit den Anschlüssen des piezoelektrischen Elements verbunden sind, und
  • - Mittel, um zum Zweck der Versorgung der elektrischen Schaltung auf das Organ eine punktuelle mechanische Einwirkung auszuüben.

Bei einer ersten Ausführungsform besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung in dem Fall, in dem das piezoaktive Organ mindestens einen örtlichen Masseansatz aufweist, einen Rahmen, an dem einer der Scheitel kleiner Achse der Schale befestigt ist, wobei der andere Scheitel kleiner Achse, an dem die Schale mit einem Masseansatz fest verbunden ist, bezüglich des Rahmens beweglich ist.

Bei einer alternativen Ausführungsform besitzt die Vorrichtung einen Rahmen, an dem das Organ so montiert ist, daß jeder Scheitel kleiner Achse der Schale bezüglich des Rahmens beweglich ist.

Gemäß bevorzugten Merkmalen dieser Ausführungsform ist zur Durchführung der Montage des Organs an dem Rahmen mindestens ein Masseansatz mit dem Rahmen durch ein elastisches Mittel verbunden.

Dies ist vorteilhaft, wenn man gewisse Resonanzmerkmale erhalten möchte, und hat ferner den Vorteil, daß die Übertragung von Schwingungen auf den Rahmen vermieden oder zumindestens begrenzt wird.

Aus denselben Gründen ist jeder Masseansatz mit dem Rahmen durch eine identische Blattfeder verbunden, die parallel zu der Blattfeder des anderen Masseansatzes angeordnet ist.

Gemäß bevorzugten Merkmalen der beiden Ausführungsformen der Vorrichtung besitzt diese einen bezüglich des Rahmens geführte Schlagmasse zum Anschlagen des Masseansatzes oder eines der Masseansätze, der bzw. die mit der Schale fest verbunden sind.

Eine solche Schlagmasse gestattet es, den von dem piezoaktiven Organ gebildeten Oszillator auf besonders einfach, bequeme und wirtschaftliche Weise in Resonanz treten zu lassen.

Aus Gründen der praktischen Durchführung bildet die Schlagmasse einen Teil von Aktivierungsmitteln, die außerdem zum Anstoßen des Masseansatzes folgendes aufweisen:

  • - elastische Mittel zur Beaufschlagung der Schlagmasse in Richtung einer Stellung des Anschlags des Schalen- Masseansatzes, den sie anschlagen soll,
  • - Mittel zum Antrieb der Schlagmasse entgegen der Wirkung der elastischen Mittel, um sie aus einer Ruhestellung in eine gespannte Stellung zu bringen, und
  • - auskuppelbare Verbindungsmittel zwischen den Antriebsmitteln und der Schlagmasse, die dafür ausgelegt sind, bei Erreichen der gespannten Stellung die Schlagmasse freizugeben, die nun unter der Einwirkung der elastischen Mittel, die die Schlagmasse bis in die Anschlagstellung mitnehmen, in Geschwindigkeit gebracht wird.

Aus denselben Gründen:

  • - fallen die Ruhestellung und die Anschlagstellung vorzugsweise zusammen und/oder
  • - besitzt die Schlagmasse im wesentlichen die gleiche Masse wie der Schalenmasseansatz, den sie anschlagen soll.

Gemäß bevorzugten Merkmalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die elektrische Schaltung folgendes auf:

  • - eine Gleichrichtereinheit, die von vier als Grätz- Brücke geschalteten Dioden gebildet ist, um eine Vollweggleichrichtung vorzunehmen, wobei die Eingangsanschlüsse dieser Gleichrichtereinheit die Eingangsanschlüsse der elektrischen Schaltung bilden und somit mit den Anschlüssen des piezoelektrischen Elements verbunden sind,
  • - einen mit den Ausgangsanschlüssen der Gleichrichtereinheit verbundenen Kondensator und
  • - eine Schaltung zur Gleichstromversorgung, deren Versorgungsanschlüsse mit den Ausgangsanschlüssen der Gleichrichtereinheit verbunden sind, wobei also die Schaltung, die dazu bestimmt ist, mit Gleichstrom versorgt zu werden, zu dem Kondensator parallel geschaltet ist.

Die durch die Gleichrichtereinheit und den Kondensator gebildete Gleichrichtungs- und Formungsschaltung bietet nicht nur den Vorteil, die Verwendung einer Schaltung zu gestatten, die dazu bestimmt ist, durch Gleichstrom versorgt zu werden, sondern auch den Vorteil, daß sie dank des Kondensators eine gewisse Form der Speicherung und dann der Wiedergabe der elektrischen Energie gestattet, wodurch eine besonders lange Zeit der tatsächlichen Versorgung der Schaltung, die dazu bestimmt ist mit Wechselstrom versorgt zu werden, erreicht werden kann, und zwar beispielsweise mehrere zehn Millisekunden.

Um die Speicherung und dann die Wiedergabe der elektrischen Energie durch den Kondensator zu optimieren, besitzt die Schaltung, die dazu bestimmt ist, mit Gleichstrom versorgt zu werden, einen im wesentlichen konstanten Eingangswiderstand R und besitzt der Kondensator eine Kapazität C, und ist der Term RC, in dem R in Ω und C in F ausgedrückt ist, im wesentlichen gleich einer vorbestimmten Zeit, um den Betrieb der Schaltung zu gestatten, die dazu bestimmt ist, mit Gleichstrom versorgt zu werden.

Gemäß anderen bevorzugten Merkmalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die elektrische Schaltung eine elektromagnetische Wellen sendende Schaltung auf, die durch das piezoelektrische Element mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei diese elektromagnetische Wellen sendende Schaltung eine Funkwellen sendende Schaltung ist.

Die Erfindung betrifft ferner gemäß einem dritten Aspekt ein System, bestehend aus einer ersten Vorrichtung der oben beschriebenen Art und einer zweiten Vorrichtung, die eine Empfangsschaltung aufweist, die für den Empfang der von der Sendeschaltung der ersten Vorrichtung gesendeten Wellen ausgelegt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die zweite Vorrichtung ferner Steuermittel, die eine Empfangsschaltung besitzen, die dafür ausgelegt ist, die von der Sendeschaltung der ersten Vorrichtung gesendeten Wellen zu empfangen, wobei diese elektrischen Steuermittel insbesondere Schaltmittel aufweisen, die beispielsweise zur Steuerung eines Lichtpunkts verwendet werden.

Im Nachstehenden werden nicht begrenzende und der Veranschaulichung dienende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. In dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems, das einerseits eine mit einer Sendeschaltung versehene, drahtlose elektrische Vorrichtung und andererseits eine elektrische Vorrichtung aufweist, die sowohl an das Netz als auch an einen Lichtpunkt angeschlossen ist, und die mit einer Empfangsschaltung versehen ist, um den Lichtpunkt in Abhängigkeit von dem von der drahtlosen Vorrichtung gesendeten Signalen zu steuern,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines an sich bekannten piezoaktiven Organs, das ein piezoelektrisches Element und eine Schale mit im wesentlichen elliptischem Profil aufweist, in der das piezoelektrische Element angeordnet ist,

Fig. 3 ein Diagramm, das man aus einem auf verschiedenen Hypothesen beruhenden Modell der in Fig. 1 dargestellten elektrischen Schaltung der drahtlosen Vorrichtung erhält und das zeigt, wie die auf der Ordinate angetragene Spannung an den Anschlüssen des piezoelektrischen Elements bzw. an den Versorgungsanschlüssen der Sendeschaltung sich in Abhängigkeit von der auf der Abszisse angetragenen Zeit ändert, wenn das piezoelektrische Element einer mechanischen Schwingerregung von dem Typ ausgesetzt ist, dem das piezoelektrische Element des in Fig. 2 dargestellten piezoaktiven Organs von dem Zeitpunkt an ausgesetzt ist, zu dem dieses Organ durch eine punktuelle mechanische Einwirkung in Resonanz versetzt wird,

Fig. 4 eine Darstellung der Änderung an den Anschlüssen der Sendeschaltung unter Vergrößerung auf der Ordinatenachse,

Fig. 5 ein ähnliches, jedoch durch direkte Messung am Oszilloskop erhaltenes Diagramm, das die Hüllkurve der Kurve der Änderung der Spannung an den Anschlüssen des piezoelektrischen Elements der in Fig. 1 dargestellten drahtlosen Vorrichtung von dem Moment an zeigt, zu dem das piezoaktive Organ dieser Vorrichtung durch eine punktuelle mechanische Einwirkung in Resonanz versetzt wurde,

Fig. 6 eine der Fig. 2 ähnliche perspektivische Ansicht, die das piezoaktiv Organ zeigt, mit dem die in Fig. 1 dargestellte drahtlose Vorrichtung ausgerüstet ist,

Fig. 7 eine schematische Darstellung des mechanischen Systems, das von dem in Fig. 6 gezeigten piezoaktiven Organ, von dem Rahmen, an dem dieses Organ befestigt ist, und von einer Schlagmasse gebildet wird, die vorgesehen ist, um einen der Masseansätze dieses Organs anzuschlagen, wenn auf die Taste der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung eingewirkt wird,

Fig. 8 bis 11 schematische Darstellungen dieses Systems, die die Bewegungen der Schlagmasse und der Anlaßmittel zeigen mit denen sie zusammenwirken, sowie die Art der Verformung des in Fig. 6 dargestellten Organs nach Anschlagen durch die Schlagmasse, wobei die Fig. 8 bis 11 insbesondere die Ruhestellung, die gespannte Stellung der Schlagmasse, die Schlagstellung und eine Stellung zeigen, in der das piezoaktive Organ infolge eines auf es durch die Schlagmasse ausgeübten Stoßes in Resonanz ist und gleichzeitig bezüglich des Rahmens schwingt,

Fig. 12 ein Diagramm, das die Strom-Spannungs- Kennlinie der Sendeschaltung der in Fig. 1 dargestellten drahtlosen Vorrichtung zeigt,

Fig. 13 ein Diagramm, das dem von Fig. 4 ähnlich ist, jedoch durch direkte Messung im Oszilloskop an den Versorgungsanschlüssen der Sendeschaltung der in Fig. 1 dargestellten drahtlosen Vorrichtung erhalten wird,

Fig. 14 eine perspektivische Darstellung der in Fig. 1 schematisch dargestellten drahtlosen Vorrichtung,

Fig. 15 eine auseinandergezogene Darstellung dieser Vorrichtung,

Fig. 16 eine vergrößerte perspektivische Darstellung des Mechanismus dieser Vorrichtung allein,

Fig. 17 eine Vorderansicht diese Mechanismus,

Fig. 18 einen Schnitt nach der Linie XVIII-XVIII von Fig. 17,

Fig. 19 eine perspektivische Ansicht des Hebels der Anlaßmittel, die der Mechanismus zwischen der Taste und der Schlagmasse aufweist,

Fig. 20 einen senkrechten Schnitt durch die Taste nach der Linie XX-XX von Fig. 15,

Fig. 21 eine schematische Darstellung des von der Taste und dem Hebel gebildeten mechanischen Systems,

Fig. 22 eine Fig. 17 ähnliche Ansicht einer Abwandlung des Mechanismus der drahtlosen Vorrichtung und

Fig. 23 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 7, jedoch für den Mechanismus von Fig. 22.

Das in Fig. 1 dargestellte System 1 umfaßt eine drahtlose elektrische Fernsteuervorrichtung 2 und eine elektrische Schalt- und Empfangsvorrichtung 3, die an einen Lichtpunkt 4 sowie an das Stromversorgungsnetz 5 des Raums, in dem der Lichtpunkt 4 installiert ist, angeschlossen ist, wobei das von den Vorrichtungen 2 und 3 gebildete System zur Steuerung des Lichtpunkts 4 vorgesehen ist.

In Fig. 1 ist der mechanische Aspekt der Vorrichtung 2 in unterbrochenen Linien dargestellt, während der elektrische Aspekt in durchgehend gezeichneten Linien dargestellt ist, wobei anzugeben ist, daß das piezoelektrische Element dieser Vorrichtung der Einfachheit halber in durchgehenden Linien gezeichnet ist, während es auch aufgrund seiner Elastizität eine mechanische Rolle spielt.

Die Vorrichtung 3 besitzt drei Anschlüsse 6, 7 und 8, die mit dem Nullpol N des Netzes 5, mit dem Phasenpol L bzw. mit dem Anschluß 9 des Lichtpunkts 4 verbunden sind, wobei der andere Anschluß 10 des Lichtpunkts mit dem Nullpol N verbunden ist.

In der Vorrichtung 3 ist eine Empfangsschaltung 11 vorgesehen, die mit einem zwischen den Anschlüssen 7 und 8 angeordneten Schaltmittel 12 verbunden ist. Die Empfangsschaltung 11 ist gegenüber dem Empfang eines Signals 13 empfindlich, das von der Sendeschaltung 14 der Vorrichtung 2 als Reaktion auf eine Einwirkung 15 auf die Taste 16 dieser Vorrichtung durch einen Benutzer gesendet wird, wobei das Schaltmittel 12 bei jedem Empfang eines Signals 13 die Verbindung zwischen den Anschlüssen 7 und 8 abwechselnd herstellt oder unterbricht.

So findet jedesmal, wenn auf die Taste 16 eine Einwirkung 15 ausgeübt wird, abwechselnd eine Einschaltung und eine Löschung des Lichtpunkts 4 statt.

In der Vorrichtung 2 wird die Einwirkung 15 in eine mechanische Schwingregung 17 umgewandelt, die über Bewegungsumwandlungsmittel, die eine mechanische Schnittstelle 19 und Aktivierungsmittel 20, zu denen die Taste 16 gehört, umfaßt, auf ein piezoelektrisches Element 18 ausgeübt wird, wobei die von dem Benutzer auf die Taste 16 ausgeübte Wirkung 15 durch die Aktivierungsmittel 20 in eine auf die Schnittstelle 19 ausgeübte punktuelle mechanische Einwirkung 21 umgewandelt wird, was den mechanischen Oszillator, der von der Schnittstelle 19 und von dem mechanisch mit diesem verbundenen Element 18 gebildet wird, in Resonanz treten läßt, wobei dieser Oszillator anschließend in freier Resonanz ist, indem er der Sitz der mechanischen Schwingerregung 17 ist, die bewirkt, daß das Element 18 eine Wechselspannung erzeugt.

Die beiden Anschlüsse 22 und 23 des piezoelektrischen Elements 18 sind mit dem Eingangsanschluß 24 bzw. mit dem Eingangsanschluß 25 einer Gleichrichtereinheit 26 verbunden, die von vier als Grätzbrücke angeordneten Dioden gebildet wird, um eine Vollweggleichrichtung durchzuführen. Die Ausgangsanschlüsse 24 und 28 der Einheit 26 sind mit dem Anschluß 29 bzw. mit dem Anschluß 30 eines Kondensators 31 verbunden. Die Anschlüsse 29 und 30 sind ferner mit dem Anschluß 32 bzw. mit dem Anschluß 33 verbunden, die die Versorgungsanschlüsse der Sendeschaltung 14 sind. Die Gleichrichtereinheit 26 und der Kondensator 31, der an deren Ausgangsanschlüssen 27 und 28 parallel angeordnet ist, bilden eine Gleichrichtungs- und Formungsschaltung, die zwischen den Anschlüssen 22 und 23 des piezoelektrischen Elements 18 und den Versorgungsanschlüssen 32 und 33 der Sendeschaltung 14 angeordnet ist.

Wie bereits gesagt wurde, läßt die mechanische Schwingerregung 17, die auf das piezoelektrische Element 18 ausgeübt wird, zwischen den Anschlüssen 22 und 23 eine Wechselspannung auftreten. Diese Spannung wird durch die Einheit 26 gleichgerichtet und durch den Kondensator 31 geglättet, so daß zwischen den Anschlüssen 32 und 33 der Sendeschaltung 14 eine gleichgerichtete und geglättet Spannung auftritt, so daß diese das Signal 13 senden kann, wobei dieses komplett gesendet wird, sofern die Spannung zwischen den Anschlüssen 32 und 33 während einer Zeit von mehr als 20 Millisekunden (ms) höher als 1 Volt (V) bleibt.

Das in Fig. 2 dargestellte piezoaktive Organ 34 ist insbesondere aus der französischen Patentanmeldung 2 740 276 als verstärkter piezoaktiver Aktuator mit hoher Steifigkeit an sich bekannt, der dafür vorgesehen ist, in Mikromanipulatoren für verschiedene Objekte oder in Steuermechanismen integriert zu werden.

Das Organ 34 besitzt ein piezoelektrisches Element 35 und eine elastisch verformbare Metallschale 36 mit einem im wesentlichen elliptischen Profil, das sich in einer kleinen Achse 37 und in einer großen Achse 38 erstreckt, die zueinander quer angeordnet sind. Die Schale 36 besitzt vier paarweise einander entgegengesetzte Scheitel, und zwar zwei Scheitel 39 kleiner Achse (Paar von Scheiteln, die am nächsten beieinanderliegen) und zwei Scheitel 40 großer Achse (Paar von am weitesten voneinander entfernten Scheiteln), wobei das piezoelektrische Element 35 in der Schalte 36 zwischen den Scheiteln 40 angeordnet ist.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ruhezustand ist die Schale 36 bezüglich des Gleichgewichtszustands deformiert, in dem sie sich befände, wenn sie allein wäre, und zwar um auf das Element 35 eine in der Achse 38 gerichtete Kompressionskraft auszuüben, wobei die Scheitel 40 durch das Element 35 und durch Zwischenstücke 41A und 41B, die zwischen einen der Scheitel 40 und eines der Enden des Elements 35 eingesetzt sind, weiter voneinander entfernt als im Gleichgewichtszustand gehalten werden.

Hierbei ist der Abstand zwischen den Scheiteln 39 etwa gleich der Hälfte des Abstands zwischen den Scheiteln 40, so daß, wenn das Element 35 sich unter der Einwirkung einer an seine Anschlüsse angelegten elektrischen Spannung ausdehnt, die Scheitel 40 sich voneinander um eine Strecke entfernen, die gleich der Amplitude der Ausdehnung des Elements 35 ist, während die Scheitel 39 sich einander um eine Strecke nähern, die im wesentlichen gleich dem Zweifachen der Ausdehnung des Stabs 35 ist. Die Bewegungen der Scheitel 39 werden auf diese Weise bezüglich der Ausdehnungsbewegungen und auch der Kontraktionsbewegungen des Elements 35 verstärkt.

Für das Organ 34 sind natürlich solche Betriebsbedingungen vorgesehen, daß das Element 35, wenn es maximal zusammengezogen ist, durch die Schale 36 komprimiert bleibt, wobei für die Befestigung zwischen dem Element 35 und der Schale 36 eine Kompressionskraft erforderlich ist.

Die im Ruhezustand bestehende Kompressionskraft ist außerdem so bemessen, daß das Element 35 dieselbe Neigung hat, sich auszudehnen, wie sich zusammenzuziehen, damit die Reaktion des Organs 34 symmetrisch ist.

Zur Befestigung des Organs 34 an den Elementen, mit denen es zusammenwirken soll, besitzt die Schale 36 an jedem Scheitel 39 an der Innenseite eine ebene Fläche 42, in deren Mitte eine Gewindebohrung 43 vorgesehen ist.

Obwohl die Schale 36, wie oben beschrieben wurde, so ausgelegt ist, daß sie die Ausdehnungs- und Kompressionsbewegungen des Elements 35 als Reaktion auf Spannungsänderungen an dessen Anschlüssen verstärkt, kann das Organ 34 infolge der Elastizität der Schale 36 und des piezoelektrischen Elements 35 in Resonanz treten, wenn es einer punktförmigen mechanischen Einwirkung ausgesetzt ist, die aus einem Stoß oder aus einer schnellen Relaxation aus einem verformten Zustand oder aus einer Folge solcher Einwirkungen besteht.

Wenn einer der Scheitel 39 blockiert ist, und zwar insbesondere wenn er an einem Rahmen starr befestigt ist, während der andere Scheitel 39 frei ist, hat das Organ 34 angesichts der hohen Steifigkeit, die ihm durch das Element 35 und gleichzeitig durch die Schale 36 verliehen wird, eine Resonanzfrequenz, die etwa 2,9 Kilohertz (kHz) beträgt.

Die mechanische Schwingerregung, die nun in dem Organ 34 auftritt, läßt an den Anschlüssen des Elements 35 eine Wechselspannung auftreten, deren Merkmale, insbesondere hinsichtlich Spannung und Amplitude, die der mechanischen Erregung wiedergeben.

Angesichts der oben erläuterten Wahl der Kompressionskraft im Ruhezustand ist diese Wechselspannung auf einen Mittelwert zentriert, der im Nachstehenden als gleich 0 betrachtet wird.

Zum Verständnis der Arbeitsweise der Vorrichtung 2, insbesondere in der elektrischen Hinsicht, sind in Fig. 3 zwei Zeit-Spannungs-Diagramme dargestellt, die man an einem Modell der elektrischen Schaltung der Vorrichtung 2 erhält. Dieses Modell beruht auf folgenden Hypothesen:

  • - das piezoelektrische Element 18 ist derselben mechanischen Schwingerregung ausgesetzt wie diejenige, die auf das Element 35 von dem Zeitpunkt an ausgeübt wird, an dem man das Organ 34 bei den oben genannten Bedingungen in Resonanz treten läßt;
  • - das piezoelektrische Element 18 besitzt, abgesehen von der elektrischen Energiequelle, die durch die auf es ausgeübte mechanische Erregung erzeugt wurde, einen Widerstand von 10 Kilo-Ohm (kΩ) und eine Kapazität von 0,64 Mikrofarad (µF), die an den Anschlüssen der Energiequelle jeweils parallel geschaltet sind;
  • - die Gleichrichtereinheit 26 ist von idealen Dioden gebildet;
  • - der Glättungskondensator 32 hat eine Kapazität von 20 µF und
  • - die Sendeschaltung 14 hat unabhängig von der Spannung zwischen ihren Anschlüssen 32 und 33 einen konstanten Widerstand mit einem Wert von 1 kΩ.

Auf der Grundlage dieses Modells und unter der Annahme, daß das Organ 34 zum Zeitpunkt T = 0 in Resonanz tritt, ist das Zeitdiagramm der zwischen den Anschlüssen 22 und 23 auftretenden Spannung mit der Kurve 44 von Fig. 3 dargestellt.

Wie man sieht, handelt es sich um eine Wechselspannung von etwa 2,9 kHz (29 Perioden in 10 ms) mit einer Amplitude, die schnell exponentiell bis zu einem Scheitel ansteigt, der sich etwa bei dem Zeitpunkt T = 2,4 ms befindet, und dann mit einer Amplitude, die langsam exponentiell abnimmt, mit einer Zeitkonstante (Zeit, in der die Spannungsamplitude von ihrem Höchstwert Umax zum Wert Umax/e übergeht, wobei e die Neper- Zahl, d. h. 2,718, ist) von im wesentlichen gleich 10 ms, was, wie oben erwähnt wurde, die Merkmale der mechanischen Schwingregung wiedergibt.

Die Kurve 45, die die Spannung zwischen den Anschlüssen 32 und 33 bei dem oben beschriebenen Modell darstellt, steigt vom Zeitpunkt T = 0 an etwa auf dieselbe Weise wie die Amplitude der Kurve an, indem sie etwas unter den Scheiteln dieser Kurve bleibt, bis sie, ebenso wie die Kurve 44, etwa zum Zeitpunkt T = 2,4 ms ein Maximum erreicht, wobei die Kurve 45 dann langsamer als die Amplitude der Kurve 44 abfällt.

Der Wert von 1 V wird von der Kurve 45 im wesentlichen zum Zeitpunkt T = 0,15 ms (Punkt 46) erreicht. Der Scheitel der Kurve 45, der wie oben erwähnt wurde, im wesentlichen bei T = 2,4 ms erreicht wird, befindet sich bei einem Spannungswert von 7,5 V. Im wesentlichen zum Zeitpunkt T = 6 ms geht die Kurve 45 von einem Bereich, in dem sie kleiner ist, in einen Bereich über, in dem sie größer als die Amplitude der Kurve 44 ist, wobei die Spannung zu diesem Zeitpunkt etwa 6,5 V beträgt (Punkt 47).

Zwischen dem Zeitpunkt T = 0 und dem Punkt 47 dient die von dem Element 18 gelieferte elektrische Energie zum Laden des Kondensators 31 und gleichzeitig zur Versorgung der Sendeschaltung 14.

Die Gleichzeitigkeit, die in diesem Zeitintervall zwischen der elektrischen Energieerzeugung durch das piezoelektrische Element 18 und dem elektrischen Energieverbrauch durch die Sendeschaltung 14 besteht, bietet den Vorteil, eine bessere Energieübertragung zu gestatten, als wenn es zunächst ausschließlich eine Speicherung von elektrischer Energie im Kondensator 31 gäbe und dann ausschließlich den Verbrauch der gespeicherten Energie, und zwar beispielsweise mit Hilfe eines Schaltmittels, das den Anschluß 29 des Kondensators 31 entweder mit dem Anschluß 27 der Einheit 26 oder mit dem Anschluß 32 der Sendeschaltung 14 verbinden würde, je nach dem, ob die Spannung zwischen den Anschlüssen 29 und 30kleiner bzw. größer als die Amplitude der Spannung zwischen den Anschlüssen 24 und 25 ist.

Nach dem Punkt 47 bleibt die Spannung zwischen den Anschlüssen 27 und 28 der Gleichrichtereinheit 26 immer höher als die Spannung zwischen den Anschlüssen 24 und 25 dieser Einheit, in der also kein Strom fließen kann. Die elektrische Energie, die von dem Widerstand verbraucht wird, der das Modell der Sendeschaltung 14 bildet, wird also ausschließlich von dem Kondensator 31 geliefert.

Die Kurve 35 folgt also nach dem Punkt 47 der bekannten Kurve der Entladung eines Kondensators in einen Widerstand, dessen Zeitkonstante RC, wobei R der Wert des Widerstands und C die Kapazität des Kondensators ist, und zwar im vorliegenden Fall 1 kΩ und 20 µF, so daß die Zeitkonstante 20 ms beträgt.

Die Spannung zwischen den Anschlüssen 32 und 33 fällt angesichts der Koordinaten des Punkt 47 (6 ms und 6,5 V) wieder auf den Wert von 1 V zu einem solchen Zeitpunkt T, daß





d. h. zum Zeitpunkt T = 43,4 ms.

Bei dem oben beschriebenen Modell erhält man also an den Anschlüssen der Sendeschaltung 14 eine Spannung, die höher als die Schwelle von 1 V ist, während etwa 43,2 ms, was viel mehr als die erwähnte Zeit von 20 ms ist, die die Schaltung 14 benötigt, um das komplette Signal 13 zu senden.

Man bemerkt, daß die Kapazität von 20 µF für den Kondensator 31 die Optimierung der Zeit gestattet hat, während der die Spannung zwischen den Anschlüssen 32 und 33 größer als 1 V bleibt.

Wenn nämlich die Kapazität größer wäre und beispielsweise 100 µF betrüge, während alle anderen Bedingungen, insbesondere die durch die Kurve 44 dargestellte Spannungsänderung, gleichbleiben, wäre die Erhöhung der Spannung an den Anschlüssen des Kondensators langsamer, und infolgedessen wäre auch der Höchstwert der Spannung, der zum Zeitpunkt T = 2,4 ms erreicht wird, an dem die Amplitude der Kurve 44 maximal ist, ebenfalls niedriger, so daß die Schwelle von 1 V nicht erreicht würde.

Wenn dagegen der Kondensator 31 durch einen Kondensator mit einer kleineren Kapazität von beispielsweise 10 µF ersetzt wäre, wäre die erreichte Höchstspannung an seinen Anschlüssen höher, aber anschließend wäre die Spannungsabnahme schneller, so daß die Gesamtzeit, während der die Spannung höher als die Schwelle bleibt, kürzer wäre.

Was für die Kapazität des Kondensators 31 gesagt wurde, gilt allgemeiner für die Zeitkonstante RC.

In Fig. 4 wurde die Kurve 45 vollkommen glatt dargestellt, in der Praxis besitzt sie jedoch Schwingungen, da der Kondensator 31 vor dem Punkt 47 einer Folge von Perioden unterliegt, in der seine Spannung im Rhythmus der Halbperioden der Kurve 44 zu- und abnimmt.

Bekanntlich hängt bei einer insbesondere durch Vollweggleichrichtung gleichgerichteten Spannung die Leistung der Glättung, die von einem Kondensator durchgeführt wird, der parallel zu den Anschlüssen der Gleichrichterbrücke und zu den Anschlüssen einer resistiven Last geschaltet ist, von dem Term RCf ab, indem f die Frequenz der Wechselspannung ist. Im vorliegenden Fall, in dem der Term RC einen Wert von 20 ms hat und die Frequenz f2,9 kHz beträgt, ist der Term RCf gleich 58, was einer Glättung von guter Qualität entspricht.

Fig. 5 zeigt die Hüllkurve 48 der Wechselspannung, wie sie im Oszilloskop gemessen wurde und die in der Praxis zwischen den Anschlüssen 22 und 23 des piezoelektrischen Elements 18 aufgetreten ist, nachdem die mechanische Schnittstelle 19 einer punktuellen mechanischen Aktivierung ausgesetzt wurde, die aus dem Stoß einer Schlagmasse bestand, wobei das Element 18 und die Schnittstelle 19, wie im nachstehenden beschrieben wird, Teil eines piezoaktiven Organs von derselben Art wie das oben beschriebene Organ 34 sind.

Man sieht, daß die Amplitude dieser Wechselspannung fast augenblicklich bis zu ihrem Höchstwert ansteigt, der etwa 6 V beträgt, wobei die Amplitude dieser Spannung dann nach einem im allgemeinen exponentiellen Profil, gegenüber welchem Wellungen bestehen, bis ungefähr zum Zeitpunkt T = 13,5 ms abnimmt. Aufgrund von nicht dargestellten Details der am Oszilloskop durchgeführten Aufzeichnung kommen diese Wellungen daher, daß die gemessene Spannung die Überlagerung von zwei Schwingbewegungen jeweils mit exponentiell gedämpfter Amplitude mit einer Frequenz von 4,6 kHz bzw. 400 Hz ist.

Es ist zu bemerken, daß die Hauptfrequenz der Gesamtschwingbewegung 4,6 kHz ist, wobei die Bewegung mit der Frequenz von 400 Hz relativ wenig Einfluß hat. Insbesondere hat die nicht dargestellte Kurve der gleichgerichteten und geglätteten Spannung, die gleichzeitig zwischen den Anschlüssen 32 und 33 der Sendeschaltung 14 aufgetreten ist, dieselbe allgemeine Form wie die Kurve 45 von Fig. 4, und zwar insbesondere in ihrem absteigenden Teil.

Wie man in Fig. 6 sieht, ist das piezoaktive Organ 50 der Vorrichtung 2 dem Organ 34 ähnlich, wobei das piezoaktive Element 18 dem piezoaktiven Element 35 ähnlich ist und in einer der Schale 36 ähnlichen Metallschale 51 angeordnet ist, die sich wie diese in einer kleinen Achse 52 und in einer großen Achse 53 erstreckt. Das Element 18 ist in der Schale 51 zwischen den Scheiteln großer Achse 54 angeordnet, und die Schale 51 ist an jedem der Scheitel kleiner Achse 55 mit einem Masseansatz 56 fest verbunden, wobei die beiden Masseansätze identisch sind und damit dieselbe Masse haben, die etwas größer als das 4-fache der der Schale 51 ist.

Jeder Masseansatz 56 besitzt für seine Anbringung an der Schale 51 eine Schraube (in Fig. 6 nicht dargestellt), deren Körper und Kopf in einer Bohrung 57 bzw. in einer Einsenkung 58 sitzen, wobei das Ende der Schraube mit der Gewindebohrung 59 der Schale 51 zusammenwirkt, die der Bohrung 43 der Schale 39 ähnlich ist. Hierbei ist jeder Masseansatz 56 auf der Außenseite an der ebenen Fläche angeordnet, die jeweils auf Höhe eines Scheitels 55 vorgesehen ist, wobei jeder Masseansatz 56 auf die kleine Achse 52 zentriert ist.

Auf diese Weise wird die mechanische Schnittstelle 19 von der Schale 51 und zwei Masseansätzen 56 gebildet.

Für die Montage des Organs 50 an dem Rahmen der Vorrichtung 2 sind zwei Befestigungsblöcke vorgesehen, die jeweils eine Bohrung 61 zur Aufnahme des Körpers einer Schraube aufweisen, deren Kopf auf dem Block 60 um die Bohrung 61 herum zur Auflage kommt und deren Schaftende in eine Gewindebohrung des Rahmens eingeführt ist. Jeder Block 60 ist mit einem Masseansatz 56 jeweils durch eine Blattfeder 62 verbunden, von der jedes Ende mit dem Block 60 und mit dem Masseansatz 56 jeweils unter Einspannung zusammenwirken.

Bei dem dargestellten Beispiel ist jede der Einheiten, die von einer Feder 62 sowie von dem Block 60 und dem Masseansatz 56, zwischen denen sich diese Blattfeder befindet, gebildet wird, einstückig und wird durch Bearbeitung einer elastisch verformbaren Metallstange erhalten.

Wenn jeder der Blöcke 60 an dem oben erwähnten Rahmen befestigt ist, sind die beiden Blätter 62 zueinander parallel angeordnet. Wenn nun das piezoaktive Organ 50 sich bezüglich des Rahmens in der Achse 52 bewegt, verformen sich die beiden Blattfedern 62 auf dieselbe Weise und üben auf die Schale 51 eine gleichgroße, sich dieser Bewegung widersetzenden Kraft aus, so daß die Blattfedern 62 nicht bestrebt sind, die Schale 51 zu verformen (alles findet so statt als wären die Blattfedern 62 mit dem Mittelpunkt des piezoelektrischen Elements 18 verbunden).

Wenn diese in der kleinen Achse 52 gerichtete Bewegung stattfindet, während das Organ 50 in Resonanz ist, wobei sich die Scheitel kleiner Achse 55 beispielsweise gegenphasig bewegen, sind die von den beiden Blattfedern 62 ausgeübten Kräfte nicht absolut identisch, aber da die Amplitude der Schwingungen der Scheitel 55 sehr klein ist, ist die Verformungsdifferenz der Blätter 62 fast ohne Wirkung.

Wie anhand von Fig. 5 erläutert wurde, die auf elektrischer Ebene die Merkmale der mechanischen Erregung 17, die auf das piezoelektrische Element 18 ausgeübt wird, wiedergibt, schwingt das in Resonanz befindliche Organ 50 in einer Bewegung, die die Überlagerung von zwei Schwingbewegungen mit jeweils exponentiell gedämpfter Amplitude ist, wobei die Hauptbewegung eine Frequenz von 4,6 kHz und die Nebenbewegung eine Frequenz von 400 Hz hat.

Die Hinzufügung der Masseansätze 56, die gegenüber dem an sich bekannten piezoaktiven Organ 34 hinzukommt, hat eine gewisse Anzahl von Vorteilen, und zwar insbesondere:

  • - maximale Begrenzung der Erscheinung des komplexen Verhaltens des Oszillators (mehrere Resonanzfrequenzen);
  • - Schaffung einer gegenphasigen Bewegung der Scheitel kleiner Achse 55, was das Maximum an Verformungen des piezoelektrischen Elements 18 und damit die besten elektromechanischen Kopplungsmerkmale ergibt, wodurch die Energiegewinnungsmöglichkeiten optimiert werden, und
  • - Verringerung der Hauptresonanzfrequenz gegenüber der Situation, in der die beiden Scheitel kleiner Achse bezüglich des Rahmens, an dem die Schale 51 ohne die Masseansätze 56 montiert wäre, beweglich wären.

Diesbezüglich ist zu bemerken, daß die Schale 51 ohne die Masseansätze 56, wenn ihre beiden Scheitel großer Achse 55 frei beweglich wären, eine Hauptresonanzfrequenz von etwa 11 kHz hätte. Die durch das piezoelektrische Element 18 bewirkte mechanische Dämpfung wäre dadurch stärker, was sich einerseits nachteilig für die elektromechanische Kopplung auswirken würde und andererseits, da das piezoelektrische Element 18 sich wie ein Generator von elektrischen Ladungen verhält (der erzeugte mittlere Strom ist direkt proportional zur Frequenz der mechanischen Erregung), zur Folge hätte, zu einer zu schnellen Ladung des Kondensators 31 und damit zu einer hohen Versorgungsspannung der Sendeschaltung 14 zu führen, die nun mehr Strom verbrauchen würde (wie oben erwähnt wurde ist ihr Eingangswiderstand R in etwa konstant), so daß die Zeit, in der die Spannung über der Schwelle liegt, kleiner werden würde und die Gefahr bestünde, daß sie kleiner als die für die Sendung des kompletten Signals erforderliche Zeit ist.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung des mechanischen Systems, das von dem piezoaktiven Organ 50, von dem Rahmen 63, an dem dieses Organ über die Blattfedern 62 befestigt ist, und von einer Schlagmasse 64 gebildet ist, die zum Anschlagen einer der Masseansätze 56 vorgesehen ist, um das Organ 50 in Resonanz treten zu lassen, wobei zu erwähnen ist, daß man zur Vereinfachung der Zeichnung davon ausgeht, daß die Blattfedern 62 zwischen einem der Masseansätze 56 und dem Rahmen 63 angeordnet sind (wie oben erwähnt wurde, geht man davon aus, daß das Organ 50 mit den Blattfedern 62interagiert, als wären sie in der Mitte des Elements 18 befestigt, d. h. als wäre das Organ 50 starr).

Die von der Schale 51 und dem Element 18 gebildete Einheit wird mit einer einfachen Feder gleichgesetzt, deren Masse vernachlässigbar ist, wobei dasselbe für die Blattfedern 62 gilt.

Die Schlagmasse 64 hat hierbei eine Masse von etwa 6 g, die im wesentlichen gleich der des Masseansatzes 56 ist, dem sie gegenübersteht und den sie auf die im nachstehenden beschriebene Weise mit einer relativ hohen Geschwindigkeit, beispielsweise mit 0,6 m/s anschlägt, indem sie sich im wesentlichen in der kleinen Achse 52 bewegt. Die Gleichheit der Massen der Schlagmasse 64 und des Masseansatzes 56 hat zu Wirkung, daß die gesamte oder fast die gesamte kinetische Energie der Schlagmasse 64 bei dem Stoß auf den Masseansatz 56, den sie anstößt, übertragen wird. Der Stoß hat hierbei die Wirkung, daß die Schlagmasse 64 fast augenblicklich an der Stelle des Stoßes blockiert wird, und das Organ 50 in Resonanz versetzt wird, dessen beide Masseansätze 56, die jeweils bezüglich des Rahmens 63 beweglich sind, gegenphasig schwingen.

Die Tatsache, daß die Bewegungsbahn der Schlagmassen 64 mit der Achse 52 in einer Linie ist oder im wesentlichen in einer Linie ist, begünstigt die Übertragung der Stoßwelle und ist damit für den Wirkungsgrad der Energieübertragung zwischen der Schlagmasse 64 und dem Organ günstig.

Die Tatsache, daß die Verbindung zwischen dem Organ 50 und dem Rahmen 63 über die Blattfedern 62 vor sich geht, bietet den Vorteil, daß vermieden wird, daß das Organ 50 Schwingungen auf den Rahmen 63 überträgt.

Der Stoß zwischen der Schlagmasse 64 und dem Masseansatz 56 hat auch die Wirkung, daß das Organ 50, das mit den Blattfedern 62 zusammenwirkt, wie wenn es starr wäre, bezüglich des Rahmens 63 in eine gewisse Schwingbewegung versetzt wird, deren Frequenz auf bekannte Weise von der Steifigkeit der Blattfedern 62 und von der Masse des Organs 50 abhängt.

Infolge der Schwingungen des Organs 50 gegenüber dem Rahmen 63 und infolge der Tatsache, daß die Schlagmasse 64 blockiert ist, sobald sie den ihr gegenüberstehenden Masseansatz 56 angestoßen hat, stößt das Organ 50 regelmäßig an die Schlagmasse 64 an. Dies hat den Vorteil, daß, sofern die Steifigkeit der Blattfedern 62 genau gewählt wird, das Organ 50 wieder aktiviert werden kann und damit die Spannung an den Anschlüssen der Sendeschaltung 14 wieder ansteigen kann, was im selben Maße die Zeit erhöht, während diese Spannung über der Betriebsschwelle der Sendeschaltung 14 bleibt (vgl. die nachstehenden Ausführungen anhand von Fig. 13).

Nun wird anhand der Fig. 8 bis 11 beschrieben, wie man die Bewegungen der Schlagmasse 64 steuert.

Diese ist Teil der Aktivierungsmittel 20 (Fig. 1), deren Trägheitsmittel sie bildet, das dafür ausgelegt ist, nachdem es in Geschwindigkeit gebracht wurde, auf die Schnittstelle 19 die punktuelle mechanische Einwirkung 21 auszuüben. Die Aktivierungsmittel 20 umfassen, abgesehen von der Schlagmasse 64 Anlaßmittel, zu denen die Taste 16 gehört, um die Einwirkung 15 in eine Beschleunigung der Schlagmasse 64 umzuwandeln.

Die Fig. 8 bis 11 zeigen schematisch das piezoaktive Organ 50, den Rahmen 63, die Blattfedern 62, die zur Montage des Organs 50 am Rahmen dienen, die Schlagmasse 64 und ihre Anlaßmittel.

Diese umfassen, abgesehen von der Taste 16 (in den Fig. 8 bis 11 nicht dargestellt) elastische Mittel 65 zur Beaufschlagung der Schlagmasse 64 in Richtung einer Stellung des Anschlags des gegenüberstehenden Masseansatzes 56, Mittel 66 zum Antrieb der Schlagmasse 64 entgegen der Einwirkung der elastischen Mittel 65, um sie, wenn die Einwirkung auf die Taste 16 ausgeübt wird, aus der in Fig. 8 dargestellten Ruhestellung in die in Fig. 19 dargestellte gespannte Stellung zu bringen, und schließlich auskuppelbare Verbindungsmittel 67 zwischen den Antriebsmitteln 66 und der Schlagmasse 64, die dafür ausgelegt sind, bei Erreichen der gespannten Stellung (Fig. 9), die Schlagmasse 64 freizugeben, die nun unter der Einwirkung der elastischen Mittel 65 in Geschwindigkeit gebracht wird, wobei diese Mittel sie bis in die in Fig. 10 dargestellte Schlagstellung mitnehmen, wobei die Schlagmasse 64 im vorliegenden Fall eine Anschlagstellung hat, die mit ihrer Ruhestellung zusammenfällt (Fig. 8).

Wie oben erwähnt wurde, tritt das Organ nach Anstoßen durch die Schlagmasse 64 mit ihren beiden Masseansätzen 56 in Resonanz, die nun gegenphasig schwingen, während das Organ 50 durch Verformung der Blattfedern 62 gegenüber dem Rahmen 63 so schwingt, daß es regelmäßig an der Schlagmasse 64 anstößt.

Die in Fig. 1 dargestellten Verformungen der Blattfeder 62 und der Schale 51 sind natürlich aus Gründen der Deutlichkeit übertrieben dargestellt. Es ist zu bemerken, daß diese Verformungen in der Praxis sehr gering sind, wobei die maximale Amplitude der Bewegung der Masseansätze bezüglich des Ruhezustandes beispielsweise einige 10 µm beträgt.

Bei dem dargestellten Beispiel geben die auskuppelbaren Verbindungsmittel die Schlagmasse frei, wenn die elastischen Mittel 65 auf diese eine vorbestimmte Kraft ausüben.

Diese auskuppelbaren Verbindungsmittel umfassen eine Vertiefung 68, die im vorliegenden Fall in den Antriebsmitteln 66 vorgesehen ist, und eine unter elastischer Vorspannung stehende Kugel 69, die im vorliegenden Fall über einen sie führenden Kolben an der Schlagmasse 64 montiert ist, wobei die Kugel 69 sich in der Vertiefung 68 positioniert und darin bleibt, solange die von den elastischen Mitteln 65 ausgeübte Kraft unterhalb der oben erwähnten vorbestimmten Kraft bleibt.

Gemäß einer Abwandlung kann die Vertiefung auch auf der Schlagmasse vorgesehen sein, wobei die Kugel auf den Antriebsmitteln montiert ist.

In den Fig. 8 bis 11 sind die Antriebsmittel 66 schematisch mit einem Hebel mit zwei Schenkeln dargestellt, der auf einer Achse 70 schwenkbar gelagert ist, die an der Verbindung zwischen den beiden Schenkeln angeordnet ist. Zur Vereinfachung der schematischen Darstellung der Fig. 8 bis 11 ist die Achse 70 mit einer Ausrichtung quer zu der der Schale 51 dargestellt, wobei die Achse 70 bei dem beschriebenen Beispiel jedoch praktisch, wie im Nachstehenden erläutert wird, parallel zur Schale 51 angeordnet ist.

Es sind Rückstelleinrichtungen, die in den Fig. 8 bis 11 nicht dargestellt sind, vorgesehen, um den Hebel 66 und damit die mit diesem Hebel zusammenwirkende Taste 16 in ihre Anfangsstellung zurückzubringen, wobei diese Rückstellung des Hebels 66 in seine Anfangsstellung die Wirkung hat, daß die auskuppelbaren Verbindungsmittel 67 ausgelöst werden.

Es findet auf diese Weise eine automatische Rückkehr in die in Fig. 8 dargestellte Ruhestellung statt.

Die in Fig. 12 dargestellte Kurve 71 zeigt die Strom- Spannungs-Kennlinien der Sendeschaltung 14.

Man sieht, wie oben angegeben wurde, daß die Versorgungsspannungsschwelle, ab welcher die Schaltung 14 in Betrieb tritt, 1 V beträgt und daß die Schaltung 14 dabei eine Stromstärke von 2 mA absorbiert, was einem Eingangswiderstand R von 500 Ω entspricht.

Wenn die Eingangsspannung etwa 3,3 V beträgt, ist die von der Schaltung 14 aufgenommene Stromstärke im wesentlichen gleich 8 mA, so daß bei diesem Betriebspunkt der Eingangswiderstand im wesentlichen gleich 400 Ω ist.

Man sieht also, daß der Eingangswiderstand der Sendeschaltung 14 im wesentlich konstant bleibt und daß infolge dessen die von dieser Schaltung aufgenommene Leistung um so höher ist je höher die Spannung zwischen den Anschlüssen 32 und 33 ist.

Wie bereits erwähnt wurde, ist die in Fig. 13 dargestellte Kurve 72 der in Fig. 4 dargestellten Kurve 45 ähnlich, zeigt jedoch statt der Spannungsänderung an den Eingangsanschlüssen der Sendeschaltung 14 gemäß dem Modell die durch Aufzeichnung am Oszilloskop gemessene Spannungsänderung.

Die Kurve 72 hat denselben allgemeinen Verlauf wie die Kurve 45, der erreichte Höchstwert beträgt jedoch nur 2 V, und zwar im wesentlichen aus dem Grund, daß die punktuelle mechanische Einwirkung 21 in der Praxis weniger stark ist, als sie bei dem Modell angenommen wurde, auf dem die Fig. 3 und 4 beruhen.

Bei dieser Höchstspannung von 2 V absorbiert die Sendeschaltung 14, wie die Kurve 71 zeigt, eine Stromstärke, die etwa 4 mA beträgt.

Wenn nun die Eingangsanschlüsse der Schaltung 14 der durch die Kurve 73 dargestellten Spannungsänderung ausgesetzt sind, bleibt der Eingangswiderstand R dieser Schaltung im wesentlichen gleich 500 Ω.

Da der Kondensator 31 bei dieser experimentellen Messung tatsächlich eine Kapazität C von 30 µF hat, beträgt die Zeitkonstante RC 15 ms.

Wie im Vorstehenden anhand von Fig. 5 erwähnt wurde, beträgt die Hauptfrequenz der entsprechenden Spannung, die gleichzeitig an den Anschlüssen 22 und 23 des piezoelektrischen Elements 18 auftrat, 4,6 kHz.

Der Term RCf ist somit gleich 69.

Die Glättung, die durch den Kondensator 31 mit dem genannten Kapazitätswert vorgenommen wird, ist somit von guter Qualität.

Wie oben erwähnt wurde, schwingt das Organ 50 infolge seiner Montage an dem Rahmen 63 über das von den Blattfedern 62 gebildete elastische Mittel bezüglich des Rahmens und stößt regelmäßig an die Schlagmasse 64 an, was wieder die Aktivierung des Oszillators 19 gestattet.

Der Versuch, bei dem man die Wechselspannung aufgezeichnet hat, deren Hüllkurve in Fig. 5 dargestellt ist, wurde einerseits unter solchen Bedingungen durchgeführt, daß die punktförmige mechanische Einwirkung 21 stärker als bei dem Test war, der zur Aufzeichnung der in Fig. 13 dargestellten Kurve geführt hat, weswegen der Höchstwert der Kurve 72 nur 2 V beträgt, und andererseits wurde der Fig. 5 entsprechende Test mit einer solchen Steifigkeit der Blattfedern 62 durchgeführt, daß die Abpralle auf der Schlagmasse 69 angesichts der Masse des Organs 50 fast keine Wirkung auf die aufgezeichnete Kurve haben.

Dagegen wurde der Test, der zu der Aufzeichnung der Kurve 72 geführt hat, unter Bedingungen durchgeführt, bei denen die Steifigkeit der Blattfedern 72 und die Masse des Organs 50 ein Abprallen des Organs 50 an der Schlagmasse 64 mit einer Periode von etwa 7,4 ms bewirkte.

Der erste Abprall, der stattfand, hatte relativ wenig Einfluß auf die Spannung an den Einschlüssen der Schaltung 14, wobei nur ein örtlicher Peak 73 aufgetreten ist.

Ein zweiter Abprall fand unter solchen Bedingungen statt, daß er keinen Einfluß auf die Kurve 72 hatte.

Dagegen trat der dritte und der vierte Abprall auf, während die Spannung an den Anschlüssen der Sendeschaltung 14 soweit abgefallen war, daß ein Wiederansteigen der Spannung möglich ist, wie die ansteigenden Teile 74 und 75 der Kurve 72 zeigen.

Der fünfte Abprall und die darauffolgenden Abpralle haben zwar ein Wiederansteigen der Spannung an den Anschlüssen 22 und 23 des piezoelektrischen Elements 18 bewirkt, hatten jedoch keine ausreichend hohe Stromstärke, um ein Ansteigen der Kurve 72 zu bewirken.

Nun wird beschrieben, wie die drahtlose elektrische Vorrichtung 2 praktisch ausgeführt ist.

Wie die Fig. 14 und 15 zeigen, hat diese Vorrichtung die herkömmliche Form eines elektrischen Installationsschalters, der dazu bestimmt ist, vorstehend befestigt zu werden, wobei die Vorrichtung 2 einen Sockel 80, der zur Befestigung an einer Wand vorgesehen ist, einen an den Sockel 80 eingeklinkten Mechanismus 81, einen Rahmen 82, der an dem Sockel 80 eingeklinkt ist und den Mechanismus 81 umgibt, und die Taste 16 umfaßt, die auf der Vorderseite des Rahmen 82 zugänglich ist und mit dem Mechanismus 81 zusammenwirkt.

In herkömmlicherweise ist vorgesehen, daß die Einwirkung einer Kraft von höchstens 3 Newton (N) auf einem Hub von höchstens 3 Millimetern (mm), d. h. eine Energiezufuhr von höchstens 9 Millijoules (mJ), zur Betätigung der Taste 16 ausreicht. Die Einwirkung 15 entspricht also dem Anlegen einer solchen Kraft.

Für seine Befestigung an einer Mauer besitzt der Sockel 18 in jedem Eck eine langgestreckte Befestigungsöffnung.

Die Einklinkung zwischen dem Sockel 80 und dem Mechanismus 81 geht mit Hilfe von zwei elastisch biegsamen Riegeln 84, die auf zwei entgegengesetzten Seiten des Sockels 80 vorgesehen sind, und mit Hilfe von zwei zugeordneten Lappen 85 des Mechanismus 81 vor sich.

Die Einklinkung zwischen dem Sockel 80 und dem Rahmen 82 geht mit Hilfe von vier flexiblen Lappen 86 des Sockels 80 vor sich, die jeweils vorgesehen sind, um mit einer Raste (nicht dargestellt) des Rahmen 82 zusammenzuwirken.

Die Taste 16 besitzt für ihre schwenkbare Montage am Mechanismus 81 zwei einander entgegengesetzte Haken 87, die jeweils etwa in der Mitte einer ihrer Seiten angeordnet sind, wobei jeder Haken 87 so ausgelegt ist, daß er jeweils an einer zylindrischen Tragfläche 88 des Mechanismus 81 einklinken kann.

Auf diese Weise besitzt die Vorrichtung 2 eine klassische Ausbildung mit einem Standardsockel 18 und einem Standardrahmen 82 für eine Serie von Vorrichtungen, wobei die eigentlichen Elemente der Vorrichtung 2 der Mechanismus 81 und die Taste 16 sind, Elemente, die zusammen das bilden, was im allgemeinen ein "zusammenstellbarer Mechanismus" genannt wird.

Wie insbesondere die Fig. 16 und 17 zeigen, ist der in den Fig. 7 bis 11 schematisch dargestellte Rahmen 63 am Mechanismus 81 vorgesehen und hat eine allgemeine rechteckige Form und besitzt einen Boden 90, von dem sich zwei Säulen 91 erheben, deren jede in der Mitte jeweils einer von zwei entgegengesetzten Seiten angeordnet ist. Die Säulen 91 tragen an ihrem oberen Ende eine Stange 92, die gemäß einer Achse 93 (Fig. 17) gerichtet ist und mit Auflageflächen 88 versehen ist, die zum Einklingen der Haken 87 der Taste 16 dienen, so daß diese nach Einklingung um die Achse 93 kippbeweglich ist.

Im Boden 90 ist eine Vertiefung 89 vorgesehen, in der eine elektrische Schaltung 94 angeordnet ist, die die Gleichrichtereinheit 26, den Kondensator 31 und die Sendeschaltung 14 umfaßt.

Die aus dem Organ 50, aus den Blattfedern 62 und aus den Blöcken bestehende Einheit ist am Boden 90 des Rahmens 63 über Zwischenstücke 65 befestigt, die gestatten, daß das Organ 50 weit genug vom Boden 90 entfernt ist, um die für seinen Betrieb erforderlichen Bewegungen durchführen zu können.

Ferner ist das Organ 50 über zwei Blattfedern 62 bezüglich des Rahmens elastisch montiert und die Schlagmasse 64 ist an dem Rahmen 63 über zwei Blattfedern 65 (Fig. 17) montiert, die jeweils an ihren beiden Enden mit der Schlagmasse 64 bzw. mit einem Befestigungsblock 97 unter Einspannung zusammenwirken, wobei jede der vier Montagen unter Einspannung mit Hilfe einer Schraube 98 vorgenommen wird.

Der Antriebshebel 66 ist auf Säulen 99 angeordnet, an deren Spitze er drehbar um die Achse 70 montiert ist, die, wie oben erwähnt wurde, nicht quer zum Organ 50 angeordnet ist (eine solche Darstellung wurde in den Fig. 8 bis 11 aus Gründen der Einfachheit gewählt), sonder tatsächlich zum Organ 50 parallel ist, d. h. zu der Ebene, die die kleine Achse 52 und die große Achse 53 enthält und die ihrerseits zur allgemeinen Ausrichtung des Bodens 90 des Rahmens 63 parallel ist.

Wie insbesondere in den Fig. 18 und 19 zu sehen ist, besitzt der Hebel 66, abgesehen von seinem rohrförmigen Teil 100, dessen Enden auf den Säulen 99 drehbar montiert sind, einen quer zum rohrförmigen Teil 100 gerichteten Winkel, der an der Verbindung zwischen den beiden Schenkeln 101 und 102 mit diesem verbunden ist.

In dem in den Fig. 15 und 18 gezeigten Ruhezustand ist der Schenkel 102 in einer Richtung quer zum Boden 90 des Rahmen 63 ausgerichtet und zwischen den Blattfedern 65 gegenüber der Schlagmasse 64 angeordnet, wobei die unter Vorspannung stehende Kugel 69, die an der Schlagmasse 64 montiert ist, in die Vertiefung 68 eintritt.

In dieser Ruhestellung ist der Schenkel 101 im wesentlichen parallel zum Boden 90 des Rahmens 63 gerichtet, wobei der Druckfinger 103, der auf der Innenseite der Taste 16 vorsteht (Fig. 20), an dem Schenkel 101 anliegt.

Wenn man auf die Taste 16 auf der vorstehenden Seite dieser Taste, d. h. auf der Seite bezüglich der Achse 30, auf der sich der Finger 103 befindet, einen Druck ausübt, hat dies zur Wirkung, daß der Hebel 66 um die Achse 70 in der mit dem Pfeil 104 angegebenen Richtung verschwenkt wird, d. h. in der Richtung, in der die Schlagmasse 64 entgegen der Wirkung der Blattfedern 65 von dem ihr gegenüberstehenden Masseansatz 56 entfernt wir (vgl. schematische Darstellung von Fig. 21).

Wenn die von den Blattfedern 65 auf die Schlagmasse 64 ausgeübte Kraft, wie oben erläutert wurde, eine Schwelle erreicht, die durch die auf die Kugel 69 ausgeübte elastische Vorspannungskraft und durch die Neigung einer Schrägfläche der Vertiefung 68 vorbestimmt ist, bewegt sich die Kugel 69 elastisch auf das Innere der Schlagmasse 64 zu, indem sie die Vorspannungsfeder komprimiert, so daß die Schlagmasse 64 freigegeben wird und das Organ 50 anschlägt.

Die Mittel zur Montage der Enden des rohrförmigen Teils 100 auf den Säulen 99 umfassen eine Torsionsfeder (nicht dargestellt), die den Hebel 66 in der Richtung beaufschlagt, die in Fig. 21 mit dem Pfeil 105 dargestellt ist, d. h. in der Richtung, die zu der durch den Pfeil 104 dargestellten Richtung entgegengesetzt ist. Diese elastischen Rückholmittel bringen den Hebel 66 in seine Ausgangsstellung zurück, in der der Schenkel 101 an dem Finger 103 anliegt, wobei die Taste 16 auf der bezüglich der Achse 93 dem Finger 103 entgegengesetzten Seite am Rahmen 108 in Anschlag ist. Die Rückholung in die Anfangsstellung des Hebels 66 hat ferner zur Wirkung, daß die auskuppelbaren Verbindungsmittel 67 eingerückt werden, d. h. daß die Kugel 69 wieder in die Vertiefung 68 eintritt.

Allgemein ist zu bemerken, daß in der Vorrichtung 2 die Schlagmasse 64, die Blattfedern 65 und der Antriebshebel 66 zwischen der Taste 16 und dem Boden 90 angeordnet sind, wobei dieser Boden in der Dicke des Mechanismus 81 und, allgemeiner, in der Dicke der Vorrichtung 2 von der Taste entfernt ist.

Der Weg, auf dem sich die Schlagmasse 64 dank ihrer Führung durch die Blattfedern 65 bewegt, ist im wesentlichen geradlinig und, ebenso wie die kleine Achse 52, parallel zum Boden 90 des Rahmen 63 gerichtet.

Nun wird die in Fig. 22 gezeigte Abwandlung 181 des Mechanismus 81 beschrieben.

Für gleiche Elemente sind dieselben Bezugszahlen verwendet, jedoch um 100 erhöht.

Das piezoaktive Organ 150 ist allgemein dem Organ 34 ähnlich, besitzt jedoch einen dem Masseansatz 56 ähnlichen örtlichen Masseansatz 156, der mit einem der Scheitel kleiner Achse 155 der Schale 151, und zwar im vorliegenden Fall mit dem in Fig. 22 unten gelegenen Scheitel fest verbunden ist.

Der Rahmen 163 des Mechanismus 81 ist seinerseits dem Rahmen 63 ähnlich, besitzt jedoch einen starren Träger 300, der sich an dem Rest des Rahmens 163 an der Stelle anschließt, an dem sich im Rahmen 63 die Zwischenstücke 95 befinden, und der außerhalb dieses Anschlußbereichs über der elektrischen Schaltung 194 auskragend erstreckt.

Die Montage des Organs 150 am Rahmen 163 geschieht durch Verschraubung des Scheitels kleiner Achse 155, den man in Fig. 22 oben sieht, am starren Träger 300.

Während also das Organ 50 am Rahmen 63 so montiert ist, daß jeder Scheitel kleiner Achse bezüglich des Rahmens beweglich ist, ist einer der Scheitel kleiner Achse 155 des Organs 150 am Rahmen befestigt, während der andere Scheitel kleiner Achse, an dem die Schale 151 mit dem Masseansatz 156 fest verbunden ist, bezüglich des Rahmens 163 beweglich ist.

Die Schlagmasse 164 wird genau auf dieselbe Weise wie die Schlagmasse 64 gesteuert, um den Masseansatz 156 anzustoßen.

Die mechanische Schnittstelle des Organs 150, die von der Schale 151 und den Masseansatz 156 gebildet wird, ist so beschaffen, daß das piezoelektrische Element 118 nach dem Anstoß eine Wechselspannung erzeugt, die die Resonanzbewegung des Organs 150 wiedergibt und die, wie oben erwähnt wurde, insbesondere eine weniger hohe Frequenz als das Organ 50 besitzt, wobei die elektrische Schaltung 194 an die Kennlinien dieser Wechselspannung angepaßt ist.

Wenn das von der Schaltung 14 gesendete Signal 13 im vorliegenden Fall ein Funksignal ist, ist es gemäß einer Abwandlung durch einen anderen Signaltyp ersetzt, der durch elektromagnetische Wellen übertragen wird.

Bei einer nicht dargestellten Abwandlung sind die Schale 51 und der Masseansatz 56 und auch die Blattfedern 62 und die Befestigungsblöcke 60 anders als durch Verschraubung angebracht, und zwar insbesondere durch Verkleben oder Verschweißen, oder sind einstückig ausgeführt. Dasselbe gilt für die Schale 151 und den Masseansatz 156.

Bei einer anderen nicht dargestellten Abwandlung ist die elektrische Schaltung anders ausgebildet, wobei insbesondere die Gleichrichtereinheit 26 durch eine andere Art von Gleichrichterschaltung, beispielsweise einen Einweggleichrichter oder Spannungsverdoppler, ersetzt ist.

Bei anderen nicht dargestellten Abwandlungen ist die drahtlose Vorrichtung 2 durch eine andere drahtlose Vorrichtung ersetzt, die ebenfalls zur Fernsteuerung beispielsweise der Öffnung einer Fahrzeugtür, eines Tors oder einer Garagentür dient. Sie kann auch eine Vorrichtung bilden, die nicht zur Fernsteuerung dient, und zwar beispielsweise einen Fühler oder eine Vorrichtung zum Senden von kurzen Signalen im Rhythmus der aufeinanderfolgenden Einwirkungen wie der Einwirkung 15, die auf die Taste 16 oder auf ein anderes bewegliches Auslösungsglied, beispielsweise ein Zugglied, ausgeübt wird.

Bei anderen nicht dargestellten Abwandlungen ist anstelle der Schaltung 14 ein anderer Typ von Gleichstrom verbrauchendem Element vorgesehen, das kein durch elektromagnetische Wellen übertragenes Signal sendet, und zwar insbesondere ein Uhrmotor, wobei die Einwirkung 15 in regelmäßigen Intervallen durch einen Pendelmechanismus ausgeübt wird, oder eine Schaltung mit einem nicht-flüchtigen Speicher, die als Zähler dient, wobei anstelle der Einwirkung 15 eine Einwirkung stattfindet, die ein zu zählendes Ereignis darstellt, beispielsweise den Durchgang eines Fahrzeugs auf einer Straße, wobei Mittel zum Abfragen des Inhalts des nicht-flüchtigen Speichers vorgesehen sind.

Je nach den Umständen sind zahlreiche andere Varianten möglich, und in diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele beschränkt ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Verwendung eines piezoaktiven Organs, bestehend aus einem piezoelektrischen Element (18; 118) und einer elastisch verformbaren Schale (51; 151) mit im wesentlichen geschlossenem Profil, wobei das piezoelektrische Element (18; 118) in der Schale (51; 151) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

    den Schritt der Verbindung der Anschlüsse (22, 23) des piezoelektrischen Elements (18; 118) mit den Eingangsanschlüssen (24; 25) einer elektrischen Schaltung (94; 194), die dafür ausgelegt ist, mit Wechselstrom versorgt zu werden, und

    zur Versorgung der elektrischen Schaltung (94; 194) den Schritt der Ausübung einer punktuellen mechanischen Einwirkung (21) auf das Organ (50; 150) und dann sein freies Schwingenlassen, so daß das piezoelektrische Element (18; 118) nach der punktuellen mechanischen Einwirkung (21) zwischen seinen Anschlüssen (22, 23) und damit zwischen den Eingangsanschlüssen (24, 25) der Schaltung (94, 194) eine Wechselspannung erzeugt.
  2. 2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch verformbare Schale (51; 151) ein elliptisches Profil mit vier paarweise einander gegenüberstehenden Scheiteln (54, 55; 154, 155) besitzt, und zwar jeweils zwei Scheiteln kleiner Achse (55; 155) und zwei Scheiteln großer Achse (54; 154), wobei der Abstand zwischen den beiden Scheiteln großer Achse (54; 154) größer als der Abstand zwischen den beiden Scheiteln kleiner Achse (55; 155) ist, daß das piezoelektrische Element (18; 118) in der Schale (51; 151) zwischen den beiden Scheiteln großer Achse (54; 154) angeordnet ist und daß das piezoaktive Organ (50; 150) außerdem einen örtlichen Masseansatz (56; 156) aufweist, der mit der Schale (51; 151) an einem Scheitel kleiner Achse (55; 155) fest verbunden ist und dessen Masse größer als die der Schale (51; 151) ist.
  3. 3. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Masseansatz (56; 156) eine Masse besitzt, die größer als das Vierfache der Masse der Schale (51; 151) ist.
  4. 4. Verwendung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ (50; 150) einen mit der Schale (51) fest verbundenen Masseansatz (56) an jedem der beiden Scheitel kleiner Achse (55) besitzt.
  5. 5. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Masseansatz (56) im wesentlichen die gleiche Masse besitzt.
  6. 6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die punktuelle mechanische Einwirkung (21) auf das Organ (50; 150) an einer anderen Stelle als auf das piezoelektrische Element (18; 118) ausgeübt wird.
  7. 7. Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die punktuelle mechanische Einwirkung (21) auf das Organ (50; 150) auf Höhe eines Masseansatzes (56; 156) ausgeübt wird.
  8. 8. Elektrische Vorrichtung zur Durchführung der Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes umfaßt:

    ein piezoaktives Organ (50; 150), das ein piezoelektrisches Element (18; 118) und eine elastisch verformbare Schale (51; 151) mit geschlossenem Profil aufweist, wobei das piezoelektrische Element (18; 118) in der Schale (51; 151) angeordnet ist,

    eine elektrische Schaltung (94; 194), die dafür ausgelegt ist, mit Wechselstrom versorgt zu werden, und Eingangsanschlüsse (24, 25) aufweist, die mit den Anschlüssen (22, 23) des piezoelektrischen Elements (18; 118) verbunden sind, und

    Mittel, um zum Zweck der Versorgung der elektrischen Schaltung (94; 194) auf das Organ (50; 150) eine punktuelle mechanische Einwirkung (21) auszuüben.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

    die elastisch verformbare Schale (51; 151) des Organs (50; 150) ein elliptisches Profil mit vier paarweise einander gegenüberstehenden Scheiteln (54, 55; 154, 155) besitzt, und zwar jeweils zwei Scheiteln kleiner Achse (55; 155) und zwei Scheiteln großer Achse (54; 154), wobei der Abstand zwischen den beiden Scheiteln großer Achse (54; 154) größer als der Abstand zwischen den beiden Scheiteln kleiner Achse (55; 155) ist,

    das piezoelektrische Element (18; 118) des Organs (50; 150) in der Schale (51; 151) zwischen den beiden Scheiteln großer Achse (54; 154) angeordnet ist und

    das Organ (50; 150) außerdem einen örtlichen Masseansatz (56; 156) aufweist, der mit der Schale (51; 151) an einem Scheitel kleiner Achse (55; 155) fest verbunden ist und dessen Masse größer als die der Schale (51; 151) ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Masseansatz (56; 156) eine Masse besitzt, die größer als das Vierfache der Masse der Schale (51; 151) ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rahmen (163) aufweist, an dem einer der Scheitel kleiner Achse (155) der Schale (151) befestigt ist, wobei der andere Scheitel kleiner Achse, an dem die Schale (151) mit einem Masseansatz (156) fest verbunden ist, bezüglich des Rahmens (163) beweglich ist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Schale (151) und aus dem Masseansatz (156) gebildete Einheit aus einem einzigen Stück hergestellt ist.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen mit der Schale (51) fest verbundenen Masseansatz (56) an jedem der beiden Scheitel kleiner Achse (55) aufweist.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Masseansatz (56) im wesentlichen dieselbe Masse hat.
  15. 15. Elektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rahmen (63) aufweist, an dem das Organ (50) so montiert ist, daß jeder Scheitel kleiner Achse (55) der Schale (51) bezüglich des Rahmens (63) beweglich ist.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Montage des Organs (50) an dem Rahmen (63) mindestens ein Masseansatz (56) mit dem Rahmen (63) durch ein elastisches Mittel (62) verbunden ist.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Masseansatz (56) mit dem Rahmen (63) durch eine identische Blattfeder (62) verbunden ist, die zur Blattfeder (62) des anderen Masseansatzes (56) parallel angeordnet ist.
  18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Schale (51; 151), von den beiden Masseansätzen (56) und von jeder Blattfeder (62) gebildete Einheit aus einem einzigen Stück hergestellt ist.
  19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine bezüglich des Rahmens (63; 163) geführte Schlagmasse (64; 164) zum Anschlagen des Masseansatzes (156) oder eines der Masseansätze (56), der bzw. die mit der Schale (51; 151) fest verbunden sind, aufweist.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagmasse (64; 164) Teil von Aktivierungsmitteln (20) ist, die außerdem zum Anstoßen des Masseansatzes folgendes aufweisen:

    elastische Mittel (65; 165) zur Beaufschlagung der Schlagmasse (64; 164) in Richtung einer Stellung des Anschlags des Masseansatzes (56; 156) der Schale, den sie anschlagen soll,

    Mittel (16, 66; 16, 166) zum Antrieb der Schlagmasse (64; 164) entgegen der Wirkung der elastischen Mittel (65; 165), um sie aus einer Ruhestellung in eine gespannte Stellung zu bringen, und

    auskuppelbare Verbindungsmittel (68, 69) zwischen den Antriebsmitteln und der Schlagmasse (64; 164), die dafür ausgelegt sind, bei Erreichen der gespannten Stellung die Schlagmasse (64; 164) freizugeben, die nun unter der Einwirkung der elastischen Mittel (65; 165), die die Schlagmasse bis in die Anschlagstellung mitnehmen, in Geschwindigkeit gebracht wird.
  21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhestellung und die Anschlagstellung zusammenfallen.
  22. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagmasse (64; 164) im wesentlichen dieselbe Masse wie der Masseansatz (56; 156) der Schale, den sie anschlagen soll, besitzt.
  23. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung (94; 194) folgenden aufweist:

    eine Gleichrichtereinheit (26), die von vier als Grätzbrücke geschalteten Dioden gebildet ist, um eine Vollweggleichrichtung vorzunehmen, wobei die Eingangsanschlüsse (24, 25) dieser Gleichrichtereinheit (26) die Eingangsanschlüsse der elektrischen Schaltung (94; 194) bilden und somit mit den Anschlüssen (22, 23) des piezoelektrischen Elements (18; 118) verbunden sind,

    einen mit den Ausgangsanschlüssen (27, 28) der Gleichrichtereinheit (26) verbundenen Kondensator (31) und

    eine Schaltung (14) zur Gleichstromversorgung, deren Versorgungsanschlüsse (32, 33) mit den Ausgangsanschlüssen (24, 25) der Gleichrichtereinheit (26) verbunden sind, wobei die Schaltung (14), die dazu bestimmt ist, mit Gleichstrom versorgt zu werden, also zu dem Kondensator (31) parallelgeschaltet ist.
  24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (14), die dazu bestimmt ist, mit Gleichstrom versorgt zu werden, einen im wesentlichen konstanten Eingangswiderstand R besitzt und der Kondensator (31) eine Kapazität C besitzt, und daß der Term RC, in dem R in Ω und C in F ausgedrückt ist, im wesentlichen gleich einer vorbestimmten Zeit ist, um den Betrieb der Schaltung (14) zu gestatten, die dazu bestimmt ist, mit Gleichstrom versorgt zu werden.
  25. 25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung eine elektromagnetische Wellen sendende Schaltung (14) aufweist, die durch das piezoelektrische Element (18; 118) mit elektrischer Energie versorgt wird.
  26. 26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Wellen sendende Schaltung eine Funkwellen sendende Schaltung (14) ist.
  27. 27. System, bestehend aus einer ersten Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 oder 26 und einer zweiten Vorrichtung (3), die eine Empfangsschaltung (11) aufweist, die für den Empfang der von der Sendeschaltung (14) der ersten Vorrichtung gesendeten Wellen ausgelegt ist.
  28. 28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorrichtung (3) elektrische Steuermittel (12) aufweist, die dafür ausgelegt sind, als Reaktion auf den Empfang der elektromagnetischen Wellen betätigt zu werden.
  29. 29. System nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Steuermittel Schaltmittel (12) aufweisen.
  30. 30. Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 27 bis 29 für die Steuerung eines Lichtpunkts (4).






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