DE1901226A1 - Geraet zur Lebensdaueranzeige fuer ein Triebwerk - Google Patents

Description

Smiths Industries Limited, Cricklewood Works, London, N.W.2, Engla-nd

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus den britischen Patentanmeldungen Nr. 2234/68 vom 15. Jan. 1968 und iir. 23469/68 vom 17. Mai 1968 in Anspruch genommen.

Gerät zur Lebensdaueranzeige für ein Triebwerk

Die Erfindung bezieht sich auf Geräte zur Lieferung einer Darstellung, Angabe oder Anzeige der Lebensdauer eines Triebwerks, wobei ein erstes Signal, das von einem vorbestimmten Betriebsparameter des Triebwerks abhängig ist-, an einen Punktionsgenerator zur Ableitung eines zweiten Signals übermittelt wird, welches von der Rate des Verbrauchs bzw. Ablaufs der Triebwerk-Lebensdauer abhängig ist, und wo-bei diese Darstellung der Triebwerk-Lebensdauer in Übereinstimmung mit diesem zweiten Signal geliefert wird.

909836/022

Ein Gerät der vorgenannten Gattung Ist bereits bekannt (britische Patentschriften 1 104 141 und 1 104 146), und die gelieferte Darstellung der Triebwerk-Lebensdauer ist von besonderem Wert bei der Bestimmung, wann Wartungsarbeiten, die notwendig sind, damit das Triebwerk weiterhin einen wirkungsvollen und störungsfreien Beti'ieb ausfünrt, erforderlich werden. Wenn in jedem Fall die an das Triebwerk gestellten Anforderungen als im wesentlichen konstant vorausgesagt werden können oder sich nicht über einen nominell-normalen Pegel hinaus verändern, dann können die Intervalle zwischen Wartungsarbeiten als schlichte Ausdrücke der Laufzeit spezifiziert werden, wobei der verbrauchte bzw. abgelaufene Teil jedes Intervalls durch die Summe der Perioden gegeben ist, über welche hinweg das Triebwerk seit Beginn des Intervalls gearbeitet hat; diese Summe ergibt in diesem Falle eine zufriedenstellende Darstellung davon, was im Nachfolgenden als Triebwerk-Lebensdauer bezeichnet wird» Wo jeaoch eine wesentliche und nicht voraussagbare Veränderung in der auferlegten bzw. gestellten Anforderung vorhanden ist (wie beispielsweise bei einem Gasturbinentriebwerk eines Luftfahrzeugs), kann die Auswirkung auf das Triebwerk nicht einfach zur Laufzeit in Beziehung gesetzt werden, und es müssen das Ausmaß und die Dauer der Veränderung bei der Bestimmung der Triebweric-Leuensdauer in Rechnung gezogen werden. Ein gewisses Maß für das Ausmaß, um welches die gestellte Anforderung sich über einen normalen Betriebspegel hinaus verändert, kann unter diesen Umständen durch Bezugnahme auf'die sich ergebende Veränderung in einem oder mehreren Betriebsparametern des Triebwerks erhalten werden (wie beispielsweise die Strahlrohrtemperatur im Falle eines Gasturbinentriebwerks).

Das Gerät der vorgenannten Bauart ist für die Verwendung unter diesen letzteren Umständen bestimmt, wobei der Funktionsgenerator eines solchen Gerätes die entsprechende Beziehung zwischen dem Wert des abgetasteten bzw. abgegriffenen Parameters und der Verbrauchs- bzw. Verlaufsrate der Triebwerk- .

909836/0228

Lebensdauer liefert, wie diese jeweils durch das erste und zweite Signal dargestellt werden. In dieser Hinsicht macht ,iedoch die Notwendigkeit, einen !funktionsgenerator vorzusehen, der in der Lage ist, die entsprechende Beziehung über einen weitgehenden Bereich von Änderung des abgetasteten Parameters und dementsprechend des ersten Signals zu liefern, praktische Schwierigkeiten. Eü ist Aufgabe der Erfindung, diese Schwierigkeiten zu überwinden.

Erfindungsgemäß ist ein Gerät der vorgenannten Gattung dadurch gekennzeichnet, daß eine Einjustierung für das erste Signal in Ansprecherwiderung auf die Umstände bzw. Kriterien bewirkt wird, bei welchen der abgetastete Wert des Parameters außerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereiches liegt, αaß diese Einjustierung in der Weise wirksam ist, daß sie dieses erste Signal darauf beschränkt oder einengt, auf einen Wert des Parameters anzusprechen, der innerhalb dieses Bereiches liegt und von dem abgetasteten Wert abhängig ist, und daß eine Kompensation in der Darstellung der i'riebwerk-Lebensdauer für die auf das erste Signal zur Einwirkung gebrachte Justierung erfolgt.

Dadurch, daß das erfindungsgemäße Gerät in der Weise wirkt, daß es das erste Signal zwingt, bzw. darauf beschränkt, auf Werte des Parameters anzusprechen, die innerhalb eines begrenzten Betriebsbereiches liegen, wird die obengenannte praktische Schwierigkeit, die bei bekannten Geräten auftritt, überwunden. Nach der Erfindung ist es not- _: wendig, daß der Punktionsgenerator in der Lage ist, die entsprechende Beziehung zwischen Parameter-Wert und Ablaufrate der Triebwerk-Lebensdauer nur über den beschränkten Betriebsbereich hinweg zu liefern, während das Gerät als Ganzes in der Lage ist, die erforderliche Darstellung der Triebwerk-Lebensdauer über einen weiteren Betriebsbereich des Parameters hinweg zu liefern.

909836/0228

Zwei erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele des Gerätes zur Lieferung von Darstellungen der Triebwerk-Lebensdauer eines Luftfahrzeug-Gasturbinentriebwerks werden nunmehr anhand der Zeichnung ausführlicher beschrieben, und zwar zeigt bzw. zeigen .

Fig. 1 eine Charakteristik bzw. Kennlinie auf der Grundlage von Betriebsdaten des Gasturbinentriebwerks, wobei diese Kennlinie dazu dient, die zulässige Laufzeit zu einem überwachten Betriebsparameter des Triebwerks in Beziehung zu setzen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild, teilweise in schematischer * ' Form, eines ersten der beiden Ausführungsbeispiele

von Triebwerk-Lebensdauer-Gerät, die

Fign. 3 und 4 Schaltungsanordnungen jeweils eines nichtlinearen Funktionsgenerators und eines Strom/Fre— quenz-Konverters, die sich für die Verwendung im Gerät der Fig. 2 eignen,

Fig. 5 ein Blockschaltbild, teilweise in schematischer

Form, des zweiten Ausführungsbeispiels von Triebwerk-Lebensdauer-Gerät, während

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung einer Brücken- und Verstärkereinheit wiedergibt, die sich für die Verwendung im Gerät der Fig. 5 eignet.

Jedes der beiden Ausfuhrungsformen des zu beschreibenden Gerätes überwacht die Strahlrohtemperatur des Gasturbinentriebwerks und liefert eine digitale Darstellung der abgelaufenen Lebensdauer in Übereinstimmung mit sowohl der überwachten Temperatur als auch der Laufzeit. Es gibt eine im wesentlichen logarithmische Beziehung zwischen der zulässigen Laufzat des Triebwerks und der Strahlrohrtemperatur, wobei diese durch die Linearität der Kennlinie der Fig. 1 dargestellt ist, in welcher die Ordinaten der zulässigen Laufzeit in

90 9 836/0228

Stunden für eine logarithmische Skala gegen die Strahlrohrteinperatur in Grad Kelvin aufgetragen sind. Diese Beziehung bleibt im wesentlichen die gleiche, und zwar ungeachtet der Veränderungen in anderen Triebwerk-Parametern (z.B. der Drehzahl), und es ist demzufolge möglich, die Triebwerk-Lebensdauer allein zur Strahlrohrtemperatur in Beziehung zu setzen. Dies geschieht im vorligenden Falle durch Spezifizierung einer festgelegten Anzahl von Einheiten der zulässigen Triebwerklebensdauer und dadurch, daß die Rate bzw. Geschwindigkeit, mit welcher diese Einheiten aufgebraucht werden, in Abhängigkeit von der Strahlrohrtemperatur verändert wird, -^ine grundlegende Minimalrate des Verbrauchs der Einheiten wird festgesetzt, um die ganze Zeit, in welcher das Triebwerk in Betrieb ist, zu applizieren, und in der Tat gibt es eine Abweichung davon nur dann, wenn die Strahlrohrtemperatur einen Grenzwert T von etwa 758 Grad Kelvin überschreitet. Wenn die Strahlrohrtemperatur den Grenzwert T überschreitet, dann wird die Verbrauchsrate der Triebwerk-Lebensdauereinheiten über die Grundrate um einen Betrag erhöht, der zur Übertemperatur entsprechend in Beziehung' gesetzt wird. Bei der Sicherstellung eines angemessenen Betriebs des Gerätes in dieser Hinsicht wird der Betriebsbereich der Strahlrohrtemperatur über dem Grenzwert T in vier nominell gleiche Temperaturbereiche· I bis IV unterteilt, die sich jeweils von T nach (T + 25), von (T + 25) nach (T + 5C^ von (T+ 50) nach (T + 75) und aufwärts von (T + 75) erstrecken. Die Charakteristik bzw. Kennlinie der Fig. 1 zeigt für praktische Zwecke eine lineare Beziehung zwischen dem Logarithmus der zulässigen Laufzeit und der Strahlrohrtemperatur von der Grenztemperatur T bis zur Temperatur (T + 100), und die vier Temperaturbereiche I bis IV sind vorgesehen auf der Basis der Unterteilung dieses Intervalls von einhundert Grad Kelvin in vier gleiche Teile, die aufeinanderfolgende Abschnitte der Liniendarstellung in der Kennlinie umfassen. Das Gerät nach Fig. 2 sowie dessen Betrieb in Bezug auf diese Unterteilung sollen nunmehr beschrieben werden.

Nach Jig. 2 ist ein Thermoelement 1 im Triebwerk angebracht, um die Strahlrohrtemperatur abzuführen und ein Signal in Übereinstimmung damit an eine Brücken- und Verstärkereinheit 2 zu liefern. Die Einheit 2 weist eine Ausgangsader 3 auf und liefert, an dieser Ader ein Stromsignal, das von der abgetasteten Tempa:atur abhängig ist. Das der Ader 3 zugeführte Signal entspricht dem Ausmaß, um welches die abgetastete Temperatur den Grenzwert T überschreitet, und wird nach einem Verstärker 4 weitergeleitet. Das Ausgangssignal des Verstärkers 4 wird über eine Ader 5 einem Punktionsgenerator 6 zugeführte

Der Generator 6 liefert an einen Strom/Frequenz— Konverter 7 über eine Skalierungseinheit 8 einen Strom, der W in logarithmischer Beziehung zum Strompegel an der Ader 5 steht. Der Konverter 7 leitet ein Signal von Sägezahn-Wellenform ab, welches eine Sägezahn-Wiederkehrfrequenz hat, die abhängig ist vom Zeit-Integral des von der Einheit 8 empfangenen Stromes, und liefert dieses Signal an eine Motor-Steuereinheit 9. Ein Vorspannungsstrom wird im Konverter 7 dem von der Einheit 8 herkommenden Strom hinzugefügt, um eine grundlegende Mindestwiederkehrfrequenz (entsprechend der Grundrate des Verbrauchs bzw. Ablaufs der Triebwerk-Lebensdauer) des der Einheit 9 zugeführten Signals vorzusehen. Die Einheit 9 steuert die Erregung der Ständerwicklungen eines Dreiphasen-Elektromotors 10, so daß .sich eine Umdrehung der Motorwelle 11 für jeden Zyklus der Sägezahn-Wellenform ergibt. Die Welle 11 ist über ein Getriebe 12 gekuppelt, um einen Zyklometerzähler 13 anzutreiben. Der Zähler 13 liefert eine Dezimal-Ablesung der Anzahl von Umdrehungen der Welle 11, und diese Ablesung bildet die erforderliche Darstellung der Triebwerk-Lebensdauer.

Der Verbrauch der Triebwerk-Lebensdauereinheiten, die durch dtn Zähler 13 repräsentiert werden, wird zur abgetasteten Strahlrohrtemperatur entsprechend derlogarithmischen Charakteristik der Fig. 1 in Beziehung gesetzt, und zwar über die definierten Temperaturbereiche I bis IV

909836/0228

hinweg. Der Funktionsgenerator 6 ist der grundlegende Vermittler beim Vorsehen der entsprechenden Beziehung, erfordert dabei aber nicht einen übermäßig weiten Betriebsbereich; die vier Temperaturbereiche I bis IV umfassen mehr als einhundert Grad Kelvin, und es gibt potentiell einen sehr weiten Bereich von Strompegeln an der Ader 5> aber der Generator 6 im vorliegenden Gerät muß nicht logarithmisch über den vergleichsweise schmalen Bereich hinaus arbeiten, der bei abgetasteten Strahlrohrtemperaturen über fünfundzwanzig Grad Kelvin in Erfahrung gebracht wird. Insbesondere ist der Bereich von Eingangsstrompegeln, über welchen ein logarithmischer Betrieb erforderlich ist, beschränkt auf denjenigen, der bei abgetasteten Strahlrohrtemperaturen Über den Bereich I hinweg in Erfahren gebracht wird. Jegliche Abweichung von diesem schmalen Stromp^lbereich an der Ader 5 (im Nachfolgenden als der "beschränkte Betriebsbereich" bezeichnet) wird durch einen"Detektor 14 ermittelt.

Der Detektor 14 steuert einen Zweistufen-Binärzähler 15. Solange die abgetastete Strahlrohrtemperatur den Wert (T + 25) nicht überschreitet, bleibt der Strompegel an der Ader 5 innerhalb des beschränkten Betriebsbereiches, und die Zählung des Zählers 15 bleibt Null, d.h. "00". Wenn jedoch die abgetastete Temperatur den Wert (T + 25) überschreitet, um somit vom Temperaturbereich I abzuweichen, dann wird durch den darauffolgenden Stromanstieg an der Ader 5 der Detektor H veranlaßt, einen Impuls an den Zähler 15 über eine Ader 16 zu liefern. Dieser Impuls erhöht die Zählung des Zählers 15 um eins, d.h. auf "01". Ein Binär-Analog-Konverter 17 spricht auf eine Änderung von "00" nach "01" in der Zählung des Zählers 15 an, um Strom nach dem Verstärker 4 über eine Ader 18 zu liefern. Dieser Strom hat eine Stärke C, die gleich derjenigen ist, welche an der Ader 3 in Ansprecherwiderung auf eine abgetastete Strahlrohrtemperatur vom Wert (T + 25) erscheint, und wird dem Verstärker 4 entgegen

909836/0228

dem an der Ader 3 gelieferten Strom zugeführt. Die darauf . folgende Abnahme im Ausgangsstrom vom Verstärker 4 her reicht aus, um den Strompegel an der Ader 5 so zu reduzieren, daß er innerhalb des beschränkten Betriebsbereiches im Falle von abgetasteten Temperaturen innerhalb des Temperaturbereiches II liegt, aber nicht im Falle, von abgetasteten Temperaturen innerhalb entweder des Bereiches III oder IV.

Im Falle von abgetasteten Temperaturen innerhalb des Bereiches entweder III oder IV veranlaßt der Umstand, daß der Strompegel an der Ader 5 nicht auf den beschränkten Betriebsbereich reduziert worden ist, den Detektor 14

" dazu, einen zweiten Impuls an der Ader 16 auszusenden, um die Zählung des Zählers 15 auf "10" zu erhöhen. Dadurch wird der durch den Konverter 17 über die Ader 18 gelieferte Strom in der Stärke auf 20 verdoppelt. Im Falle von abgetasteten Temperaturen innerhalb des Bereiches III reicht dies aus, um den Strompegel an der Ader 5 in den beschränkten Betriebsbereich zurückzubringen, was aber im Falle von abgetasteten Temperaturen innerhalb des Bereiches IV nicht geschieht. Der Detektor 14 sendet dementsprechend einen dritten Impuls an der Ader 16 im letzteren Falle aus, und dieser erhöht die Zählung des Zählers 15 auf "11", mit der Folge, daß die Stärke des durch den Konverter 17 über die Ader 18 gelieferten Stromes auf 30 erhöht wird. Nur unter den speziellen Umständen, bei welchen die abgetastete Strahlrohrtemperatur den Wert (T + 100) überschreitet, kann nunmehr der Strompegel an der Ader 5 die obere Grenze des beschränkten Betriebsbereiches überschreiten; keine Erhöhung in der Zählung des Zählers 15 von "11" findet unter diesen Umständen statt.

Der Strompegel an der Ader 5 fällt unter die untere Grenze (nominell Null) des beschränkten Betriebsbereiches dann ab, wenn die abgetastete Temperatur, wenn sie einmal in irgendeinen, der Bereiche II - IV eingetreten ist, aus diesem Bereich in irgendeinen der niederen Bereiche I bis Hi

909836/0228

abfällt. Der Detektor Η ermittelt solche Umstände und liefert einen Ini[)Uls an den Zähler 15 über eine Ader 19, um die Zählung um eins zu reduzieren, und dies bewirkt dementsprechend eine Reduzierung der Stärke G des Stromes, der über die Ader 18 durch den Konverter 17 geliefert wird. Wenn diese Reduzierung nicht ausreicht, um den Strompegel an der Ader 5 auf den beschränkten Betriebsbereich zurückzubringen, dann wird ein weiterer Impuls an der Ader 19 durch den Detektor Η ausgesendet und dann notfalls wiederholt, um die notwendige Reduzierung der Stärke C des über die■ Ader 18 gelieferten Stromes durch aufeinanderfolgende Schritte zu bewirken. Der Detektor 14 ist entsprechend so eingerichtet, daß er bei fallenden abgetasteten Temperaturen wie bei ansteigenden abgetasteten Temperaturen wirksam ist, um die Zählung des Zählers 15 als eine Darstellung für den Bereich I, II, III oder IV der Strahlrohrtemperatur aufrechtzuerhalten, auf diese Weise den natürlichen Strompegel an der Ader 5 zu unterdrücken und das 'Bestreben zu haben, diesen innerhalb des beschränkten Betriebsbereiches zu halten.

Eine Kompensierung'der Unterdrückung des natürlichen Strompegels an der Ader 5, was innerhalb der Temperaturbereiche II bis IV bewirkt wird, erfolgt durch die Skalierungseinheit 8 in Übereinstimmung mit der Zählung des Zählers Die Skalierungseinheit 8 enthält vier Schalter 20 bis 23, die mit individuellen Widerständen 24 bis 27■in Reihe geschaltet sind, um vier parallele Wege für den Str'omfluß vom Funktionsgenerator 6 nach dem Konverter 7 vorzusehen. Bin Entschlüsseler bzw. Decoder 28, der auf die Zählung des Zählers 15 anspricht, steuert das Schließen der Schalter bis 23, um zu einer Zeit immer nur einen der vier Wege betriebsbereit zu machen, wobei dieser jeweils von der Zählung abhängig ist. Der Schalter 20 wird geschlossen, um den Weg über den Widerstand 24 nur zu vervollständigen, während die Zählung auf "00" bleibt, und die individuellen Schalter 21 bis 23 werden in ähnlicher Weise geschlossen,

909836/0228

um die Wege über ihre Widerstände 25 bis 27 für entsprechende Zählungen von "01", "10" und "11" zu vervollständigen. Der Weg über den Schalter 23 sieht die geringste Dämpfung vor, wobei der diesem Schalter zugeordnete Widerstand 27 einen Widerstandswert R hat, um einen nominellen Verkleinerungsfaktor von eins zwischen dem Generator 6 und dem konverter 7 für abgetastete Temperaturen innerhalb des Bereiches IV vox'zusehen. Die anderen Widerstände 24 bis 26 haben Widerstandswertevon jeweils (3,9) R (3,9) R und (3f9)R, um Verkleinerungsfaktoren vorzusehen, die dem Ausgangsstrom vom Generator 6 her für abgetastete Temperaturen innerhalb der Bereiche I bis III angemessen sind. Die Viel-™ fachen von 3,9, die hier verwendet werden, ergeben sich au3 den Vielfachen von fünfundzwanzig Grad Kelvin, die zwischen den Bereichen II bis IV, einerseits, und dem Bereich I, andererseits, bestehen.

Der Ausgangsstrom vom Generator 6 her für jede abgetastete Temperatur innerhalb des Bereiches II, III oder IV ist der Strom, der dieser gleichen Temperatur entspricht, wenn sie jeweils um fünfundzwanzig, fünfzig oder fünfundsiebzig Grad Kelvin reduziert ist, wie es erforderlich ist, um sie in den Bereich I zu bringen. Infolge der Linearität der Beziehung zwischen dem Logarithmus der zulässigen Laufzeit und Strahlrohrtemperatur ist die Rate de3 Verbrauchs der Triebwerk-Lebensdauer, die für jede abgetastete Temperatur über die Bereiche II und III hinweg und bis hinauf zur Temperatur (T + 100) im Boreich IV zutrifft, ein schlichtes Vielfaches der Rate, welche für die Temperatur des Bereiches I zutrifft. Der jeweilige Multiplizierungsfaktor ist darin (3,9)f (3,9) oder (3,9) , und zwar abhängig davon, ob die abgetastete Temperatur jeweils innerhalb des Bereiches II, III oder IV liegt, und wird verwirklicht in .der Slealierungseinheit 8 durch die proportionierten Reduzierungen des Wertes der einzelnen Widerstände 25, 26 und 27 mit Bezug auf den Widerstand 24* Der Strom, der über die

909836/0228

Skalierungseinheit 8 dem Konverter 7 zugeführt wird, wird als eine Folge davon entsprechend der logarithmischen Charakteristik der Fig. 1 zur Rate des Verbrauchs der Triebwerk-Lebensdauereinheiten entsprechend der abgetasteten Strahlrohrtemperatur über die Bereiche II und III und bis hinauf zur Temperatur (T + 100) im Bereich IV, wie auch über den Bereich I, in Beziehung gesetzt.

Oberhalb der Temperatur (T + 100) ist die Beziehung zwischen dem Logarithmus der zulässigen Laufzeit und der Strahlrohrtemperatur auffallend nicht-linear. Die entsprechende Beziehung in dieser Hinsicht zwischen dem Strom, der nach dem Konverter 7 über die Skalierungseinheit 8 geliefert wird, und der abgetasteten Temperatur wird im Funktionsgenerator 6 allein erzielt. Wie bereits oben erwähnt, bleibt der Strompegel an der Ader 5 über der oberen Grenze des beschränkten Betriebsbereiches nur unter jenen besonderen Umständen, bei welchen die abgetastete Strahlrohrtemperatur den Wert (T + 100) überschreitet. Der Generator 6 triftet von seinem eigentlichen logarithmischen Betrieb in Ansprecherwiderung auf einen aufrechterhaltenen Strompegel, der diese obere Grenze überschreitet, um einen Ausgangsstrom zu liefern, der in angemessener Beziehung zur abgetasteten Temperatur steht, damit dieser nach dem Strom/Frequenz-Konverter 7 über den Schalter 23 und den Widerstand 27, anwendbar für den Bereich IV, übermittelt wird.

Der Funktionsgenerator 6 kann die in Fig. 3 dargestellte Form haben, bei welcher das Signal an der Ader 5 einem Verstärker 30 zugeführt wird. Dem Signal an der Ader 5 wird im Verstärker 30 durch eine degenerative Rückkopplung entgegengewirkt, welche durch ein nicht-lineares Netzwerk 31 aus dem

Signal abgeleitet wird, das an einer Ausgangsader 32 des Verstärkers 30 erscheint. Das Signal an der Ader 32 wird innerhalb des Netzwerks 31 über einen Widerstand 33 angelegt, um eine Spannung, abhängig vom Ausgangsstrom des Verstärkers 30,

909836/0228

an vier Nebenschlußwegen zu entwicleln, die jeweils Widerstände 34 bis 37.einschließen. Die drei Nebenschlußwege mit den Widerständen 35 bis 37 enthalten jeweils eine, zwei oder drei Zenerdioden 38, die mit den Widerständen in Reihe geschaltet sind, während der Weg mit dem Widerstand 34 keine enthält.

Für niedrige Pegel von Ausgangsstrom an der Ader 32 bleiben die Zenerdioden 38 alle nioht-leitend, so daß die am Verstärker 30 zur Anwendung kommende degenerative Rückkopplung im wesentlichen allein diejenige ist, die auf den Stromfluß über den Widerstand 34 zurückzuführen ist. Die Dioden 38 werden bei höheren Strompegeln an der Ader 32. leitend, wobei die mit dem Widerstand 35 in Reihe geschaltete einzelne Diode 38, dann das mit dem Widerstand 36 in Reihe geschaltete Paar von Dioden 38 und schließlich die in Reihe mit dem Widerstand 37 geschalteten, drei Dioden 38 der Reihe nach bei aufeinanderfolgend höheren Pegeln dieses Ausgangsstromes leitend werden und jeweils den abgetasteten Temperaturwerten von (T + 6), (T + 12) und (T + 18) entsprechen. Als Folge davon ergibt eich eine schrittweise Modifizierung des Grades von Rückkopplung in Abhängigkeit von der Höhe des AusgangsStroms an der Ader 32, und diese ist so, daß für praktische Zwecke der Logarithmus des Strompegels an der Ausgangader 32 proportional dem Strompegel an der Eingangsader 5 über den beschränkten Betriebsbereich hinweg ist. Es gibt eine Abweichung von der logarithmischen Beziehung für Eingangsstrompegel über der oberen Grenze des Bereiches, wie es im Bereich IV für Temperaturen oberhalb von (T + 100) erforderlich ist. Das Signal an der Ausgangsadar 32, wie es über die Skalierungseinheit 8 dem Konverter 7 zv-*?s- · führt wird, ist in dieser Weise entsprechend repräsentativ für die Rate des Verbrauchs bzw. Ablaufs der Triebwerk-Lebens auer entsprechend der logarithmischen Charakteristik der Flg. l.

Der Strom-Frequenz-Konverter 7 kann die in Fig. 4 dargestellte Form haben, bei welcher das von der Skalierungseinheit 8 gelieferte Signal über eine Ader 40 einer Transistorstufe 41 zugeführt wird. Die 'üransistorstufe 41 dient dazu, dem über die Ader 40 gelieferten Strom einen Vorspannungsstrom hinzuzufügen, welcher der Grundrate des Ablaufs der Triebwerk-Lebensdauer entspricht, so daß der Ausgangsstrom der Stufe 41, der einem Verstärker 42 übermittelt wird, für die volle Rate des Ablaufs der Triebwerk-Lebensdauer entsprechend der abgetasteten Strahlrohrtemperatur repräsentativ ist.

Ein Kondensator 43 ist zwischen den Ausgang und den Eingang des Verstärkers 42 geschaltet, so daß der Verstärker 42 und der Kondensator 43 zusammen wirksam sind, um das von der Transistorstufe 41 empfangene Stromsignal mit Bezug auf die Zeit zu integrieren. Der Emitter-Kollektor-Stromweg eines Transistors 44 ist quer zum Kondensator 43 geschaltet, um eine periodische Entladung des Kondensators 43 zu bewirken, wobei das Leiten des Transistors 44 zum Entladen des Kondensators 43 durch eine Entlade-Steuerschaltung 45 gesteuert wird. Die Schaltung 45 empfängt das Auagangssignal des Verstärkers 42, welches an einer Ader 46 erscheint, und sendet jedesmal dann einen Impuls aus, wenn während des Integrierungsvorganges das Signal an der Ader 46 einen vorbestimmten negativen Pegel erreicht. Dieser Impuls wird nach der Basiselektrode des normalerweise nicht-leitenden Transistors 44 übermittelt, um den Transistor 44 in den Leitzustand zu versetzen und 'den Kondensator 43 für die Dauer des Impulses zu entladen.

Bis der vorbestimmte negative Pegel erreicht ist, nimmt das Ausgangssignal an der Ader 46 linear mit der Zeit im negativen Sinne zu. Die Zunahmerate ist abhängig von der Stärke des dem Verstärker 42 durch die Transistorstufe 4I übermittelten Signals, d.h. mit einer Rate in Übereinstimmung mit der Ablaufrate der Triebwerk-Lebensdauer. Wenn der vorbestimmte

909836/0228

negative Pegel an der Ader 46 erreicht wird, dann wird durch den dann von der Schaltung 45 ausgesendeten Impuls der Kondensator 43 über den Emitter-Kollektor-Stromweg des Transistors 44 entladen: Das Ausgangssignal des Verstärkers 42 kehrt daraufhin nach Null zurück, und der Integrierungsvorgang beginnt von neuem, wobei die Folge von Vorgängen wiederkehrt, um dadurch eine negative Sägezahn-Wellenform an der Ader 46 mit einer Frequenz vorzusehen, die der Ablaufrate der Triebwerk-Lebensdauer entspricht. Die Sägezahn-Wellenform wird von der Ader 46 nach der Motor-Steuereinheit 9 geliefert, um den Motr 10 anzutreiben und die entsprechende Änderung in der Ablesung des Zählers 15 zu bewirken.

Die Motor-Steuereinheit 9 kann die jeweils mit Bezug auf Fig. 3 der britischen Patentschriften 1 104 141 und 1 104 146 beschriebene Form haben. Diese Patentschriften enthalten mit Bezug auf Fig. 5 außerdem eine Beschreibung einer Ausführungsform von Entlade-Steuersehaltung, die sich für die Verwendung als Schaltung 45 des Strom/Frequenz-Konverters eignet, der oben mit Bezug auf die vorliegende Figur 4 beschrieben wurde.

Bei dem oben mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Gerät erfolgt die mit dem Funktionsgenerator 6 bewirkte Kompensierung des beschränkten Betriebsbereiches vor dem Strom/Frequenz-Konverter 7, doch dies muß nicht unbedingt so sein. Die Kompensierung kann alternativ auch im Konverter selbst oder in der diesem folgenden Motor-Antriebsanordnung erfolgen. Ein Gerät, bei welchem die Kompensierung in der Antriebsanordnung erfolgt, wird nunmehr mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben.

Nach Fig. 5 entwickelt eine Brücken-.und Verstärkereinheit 50 aus dem durch ein Thermoelement 51 abgeleiteten Signal ein Stromsignal, welches dem Ausmaß entspricht, bis zu welchem die abgetastete Strahlrohitemperatur den Grenzwert T überschreitet. Dieses Signal wird über eine Ader 52 an einen Ver-

909836/0228

stärker 53 weitergeleitet, der zusammen mit einem nicht-linearen Netzwerk 54- in der Weise wirksam ist, daß er einen niohtlinearen Funktionsgenerator zur Lieferung von Strom in Übereinstimmung mit der entspreohenden Ablaufrate der Triebwerklebensdauer bildet. Das nioht-lineare Netzwerk 54-, welches die gleiche Form wie die des oben mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Netzwerks 31 haben kann, dieht eine nioht-lineare degenerative Rückkopplung für den Verstärker 53 vor und wird in dieser Hinsicht mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 53 über eine Diode 55 geliefert. Das über die Diode 55 gelieferte Signal wird außerdem über einen Widerstand 56 einem Strom/Frequenz-Konverter 57 zugeführt. Ein Vorspannungsstrom entsprechend der grundlegenden Mindestrate des Ablaufs der Triebwerk-Lebensdauer, zutreffend für die Grenztemperatür T, wird dem Konverter 57 über einen Widerstand 58 zugeführt, um dem über den Widerstand 56 gelieferten Strom hinzugefügt zu werden. Der Konverter 57 liefert dementsprechend eine Ausgangswellenform, die eine Frequenz hat, welche von der Ablaufrate der Triebwerk-Lebensdauer entsprechend dem Strompegel an der Ader 52 abhängig ist.

Der Strompegel an der Ader 52 wird auf einen Betriebsbereich beschränkt, der den Strahlrohrtemperaturen innerhalb des Bereiches I entspricht. Jede Abweichung von diesem Betriebsbereich führt zu einer Zunahme oder Abnahme über die vorbestimmte obere und untere Grenze des Ausgangestroms des Verstärkers 53 und wird ermittelt, um einen Zweistufen-Binärzähler 59 zu steuern. Eine Zenerdiode 60, die mit der Verbindungsstelle der Diode 55 und des Widerstandes 56 verbunden ist, leitet in Anspreoherwiderung auf jede Tendenz des Ausgangestrompegele, über die obere Grenze hinaus anzuwachsen, während eine Diode 61, die mit der Verbindungsstelle des Verstärkers 53 und der Diode 55 verbunden ist bei jeder Tendenz des Ausgangsetromptjgel·, von der unteren Grente aus abzunehmen) leitet.

909136/0228

Die Zählung des Zählers 59 nimmt zu ("bis zu einem Maximum von "11") in Ansprecherwiderung auf das Leiten der Zenerdiode 60 und nimmt ab (bis hinunter zu einem Minimum von "00") in Ansprecherwiderung auf das Leiten der Diode 61. Je nach dem, ob die Zählung "01", "10" oder "11" ist, werden somit ein UND-Tor 62, ein UND-Tor 63 oder beide geöffnet, um Strom nach der Ader^uber Widerstände 64 und 65 zu liefern und dadurch den Strompegel an der Ader 52 zu reduzieren. Die Zählung des Zählers 59 wird entsprechend erhöht oder vermindert, um jeder Änderung der abgetasteten Temperatur von einen Temperaturbereich I bis IV zum anderen zu folgen, und mit dieser Änderung in der Zählung ergibt sich eine Änderung in der Gesamtstromstärke, die über die Tore 62 und 63 entsprechend geliefert wird, um den Strompegel an der Ader 52 innerhalb des beschränkten Betriebsbereiches für alle abgetasteten Temperaturen bis hinauf zum Wert (T + 100) zu halten.

Ein Entschlüsseier bzw. Decoder 66 spricht auf die Zählung des Zählers 59 an und öffnet entsprechend der Zählung las ine oder andere von vier UND-Toren 67 bis 70. Die Tore fi'i ,j.„i3 70 steuern die Lieferung des Aus gangs signals des Strom/ Frequenz-Konverters 57 über einen Frequenzteiler 71 nach einem Pingrähler 72. ?io_ Frequenzteiler 71 teilt die Frequenz des wignsTe vom KcDx^rter 57 her durch einen Faktor 128, 32, 8 oder 2, und zwar je nach dem, ob das Signal nach ihm Jeweils '-.bei ö»s Tor 67, 68, 69 oder 70 weitergeleitet wird. Der Decoder S6 öffnet das Tor 70, wenn die Zählung des Zählers 59 "1'. ■■ „Β·., so daß das Signal vom Konverter 57 her naoh einem uDEil-^nr 73 innerhalb des Frequenzteilers 71 übermittelt wird, um dann naoh dem Ringzähler 72 über eine einzelne, durch zwei teil^r-de Schal tun? /divide-by- two-circuit/ 74 weitergeleitet Zd %'>»r^cri. Wenn die Zählung des Zählers 59 "10" ißt, öffnet der ^t" . .'.ur 66 das i^r 69, und unter diesen Umständen wird ctae D.ienäl von !Converter ^ 7 her nach dem ODER-Tor 73 nur

909836/0228

nach aufeinanderfolgendem Durchgang durch ein ODER-Tor 75 und zwei durch zwei teilende Schaltungen 76 und 77 weitergeleitet. Die Tore 68 und 67 werden jeweils für Zählungen von "01" bzw. "00" geöffnet, und in beiden Fällen geht dem Durchgang des Signals durch die Schaltungen 76, 77 und 74 in Nachfolge auf den Ringzähler 72 der Durchgang durch ein ODER-Tor 78 und zwei weitere durch zwei teilende Schaltungen 79 und 80 nach dem ODER-Tor 75 voran. Im Falle der Zählung "00" geht jedoch diesem Durchgang durch die Schaltungen 79 und 80 der Durchgang durch zwei durch zwei teilende Schaltungen 81 und 82 nach dem ODER-Tor 78 voran.

Der Ringzähler 72 spricht auf das Signal an, welches er vom Frequenzteiler 71 her empfängt, um einen Dreiphasen-Elektromotor 83 zu erregen, der einen Zyklometerzähler 84 über ein Getriebe 85 antreibt, um eine Dezimalablesung der Triebwerk-Lebensdauer zu liefern. Der Motor 83 wird durch den Ringzähler 72 erregt, um den Zähler 84 mit einer Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Frequenz des Signals anzutreiben, welches vom Frequenzteiler 71 her 'empfangen wird. Die durch den Frequenzteiler 71 in Übereinstimmung mit der Zählung des Zählers 59 (und dadurch in Übereinstimmung mit dem Bereich I - IV der abgetasteten Strahlrohrtemperatur) bewirkte Teilung wirkt in "der Weise, daß sie in dieser Frequenz eine Kompensierung der an der Ader 52 auferlegten Beschränkung des Strompegels für abgetastete Temperaturen innerhalb der Bereiche II. bis IV vorsieht. Die Teilungsfaktoren, die im Frequenzteiler 71 bei Erzielung der erforderlichen Kompensierung verwendet werden, schließen eher Potenzen von 4»0 als Potenzen von 3*9 ein, und zwar entsprechend den Temperaturbereichen auf der Grundlage von fünfundzwanzig Grad Kelvin, wie in Fig. 1 angedeutet. Wenn es auch ohne weiteres möglich wäre, den Frequenzteiler 71 so abzuändern, daß er Teilungsfaktoren auf der Grundlage von 3,9 vorsieht, so wird die darin inbegriffene Komplizierung im vorliegenden Falle einfach dadurch vermieden, daß die Anordnung

909836/0228

so getroffen wird, daß das Gerät für vier Bereiche arbeitet, die sich von jenen angedeuteten nur geringfügig unterscheiden, für welche Teilungsfaktoren auf der Basis von 4,0 angemessener sind.

Eine Schaltungsanordnung, die sich für die Verwendung als Brücken- und Verstärkereinheit 50 des Gerätes der Fig. 5 eignet, wird nunmehr mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Diese Ausführungsform .von Schaltungsanordnung kann in ähnlicher Weise dazu verwendet werden, die komparable Einheit 2 im Gerät der Fig. 2 zu bilden.

Nach Fig. 6 wird das durch das Thermoelement 51 abgeleitete Signal innerhalb der Einheit 50 einer Br'ikenschaltung 90 zugeführt. Die Brückenschaltung 90 enthält einen temperaturempfindlichen Widerstand 91 zum Korrigieren von Veränderungen in der Kaltverbindungstemperatur des Thermoelementes 51 sowie einen Widerstand 92, der auf einen solchen Wert eingestellt wird, daß die Schaltung 90 ausgeglichen wird, wenn die abgetastete Strahlrohrtemperatur den Grenzwert T hat. Ein Zerhackerverstärker 93, der mit der Brückenschaltung, über einen Widerstand 94 verbunden ist, leitet ein Rechtecksignal ab, welches in Übereinstimmung mit dem Ausmaß moduliert wird, bis zu welchem die abgetastete Temperatur diesen eingestellten Grenzwert überschreitet.

Der Verstärker 93 enthält einen Doppelemitter-Transistor 95, dessen erste seiner beiden Emitterelektroden an die Verbindungsstelle des Widerstandes 94 mit einem Kondensator 96 angeschlossen ist. Ein Wechsels tr om-Schalts:gnal wird beim Be- * trieb an die Basis- und Kollektorelektroden des Transistors 95 von einem Paar von Anschlüssen 97 her angelegt, und dies führt dazu, daß eine Rechtecksignalkomponente an der Verbindungsstelle des Widerstandes 94 und Kondensators 96 erscheint.

909836/0228

Diese Signalkomponente hat eine Amplitude, die abhängig ist von dem Grad, bis zu welchem die Brückensohaltung 90 in dem Richtungssinne unausgeglichen ist, der sich aus den Strahlrohrtemperaturen, welche den eingestellten Grenzwert T überschreiten, ergibt, und wird über den Kondensator 96 einem Wechselstromverstärker 98 zugeführt.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 98 wird über einen Kondensator 99 an die erste Emitterelektrode von je zwei Doppelemitter-Transistoren 100 und 101 geliefert. Die zweiten Emitterelektroden der Transistoren 100 und 101 sind über separate Eingangsadern 102 und 103 eines Gleichstromverstärkers 104 angeschlossen, und das an die Anschlüsse 97 angelegte Schaltsignal wird außerdem an die Basis- und Kollektorelektroden der Transistoren 100 und 101 von Paaren von Anschlüssen 105 und 106 her angelegt. Das Sohaltsignal wird mit entgegengesetzter Phasenlage den beiden Transistoren 100 und 101 zugeführt, so daß sie abwechselnd leiten. Die Transistoren 100 und 101 liefern dementsprechend abwechselnd Impulse von Gleichstrom an die Adern 102 und 103, wobei jeder derartige Impuls eine Stärke hat, die von dem Ausmaß abhängig ist, bis zu welchem die abgetastete Strahlrohrtemperatur den Grenzwert T überschreitet. Die an die Ader 102 angelegten Im pulse sind von entgegengesetzter Polarität zu denen an die ^: Ader 103 angelegten und wirken auf diese Weise mit einer durch Kondensatoren 107 und 108 vorgesehenen Glättung zusammen, um ein Gleichstrom-Eingangssignal für den Verstärker 104 in Abhängigkeit von der Übertemperatur aifzubauen.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 104 bildet das" Ausgangssignal der Brücken- und Verstärkereinheit 50 und wird demzufolge an die Ader 52 angelegt. Dieses Signal wird außerdem üTor ein Integrierungsnetzwerk 109 innerhalb der Einheit 50 geliefert, um eine degenerative Rückkopplung für die zweite Emitterelektrode des Translators 95 vorzusehen. Diese Rückkopplung bildet eine PhaMnvorellungelcomponente b§l Be ta ti-

909836/0228

gung der Einheit 50, um insbesondere die Temperatur-Zeit- - Trägheit des Thermoelementes 51 auszugleichen.

Es wurde bereits erläutert, und zwar insbesondere mit Bezug auf das Gerät der Fig. 2, wie ein Betrieb in Übereinstimmung mit dem nicht-linearen Teil der Kennlinie der-Pig. 1 unter "Verwendung einer "Abtrift" det Funktion·generators von seiner normalen Tätigkeit erzielt wird« Eine "Abtrift" dieser Art kann natürlich für jeden Temperaturbereich verwendet werden, und nioht nur für den oberen Bereich, wo eine kompliziertere Charakteristik als diejenige der Pig« 1 in Rechnung zu ziehen 1st. Alternativ oder zusätzlich ist es w möglioh, sich mit einer komplizierteren Charakteristik dadurch zu befassen, daß der verwendete Strom/Frequenz-Konverter einen nicht-linearen Umwandlungsfaktor hat.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungaform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliohe Erfindungsmerkmale, die im einzelnen -— oder in Kombination — in der gesamten Besohreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

909836/0228

Claims (8)

PATENTANWALT 1 Q Π 1 O O C Postscheckkonten: Köln 106931, Essen 20362 Bankkonten: Deutsche Bank AG., Abs.: Patentanwalt Dipl.-lno. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.) Ji \ 69 011 Ktt/A 1ß. 1. 1969 Patentansprüche

1. ü-erät zur Darstellung, Angabe oder Anzeige der Lebensdauer eines Triebwerks, wobei ein erstes Signal, welches von einem vorbestimmten Betriebsparameter des Triebwerkes abhängig ist, einem Funktionsgenerator zur Ableitung eines zweiten Signals zugeführt wird, welches von der Ablaufrate der Triebwerk-Lebensdauer abhängig ist, und wobei diese Darstellung der Triebwerk-Lebensdauer in Übereinstimmung mit diesem zweiten Signal vorgesehen ist, dadurch, gekennzeichnet, daß eine Einjustierung für dieses erste Signal in Ansprecherwiderung auf die Umstände bewirkt wird, bei welchen der abgetastete Wert des Parameters außerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereiches liegt, daß diese Einjustierung das erste Signal darauf beschränkt, auf einen Wert des genannten Parameters anzusprechen, der innerhalb dieses Bereiches liegt und von dem abgetasteten Wert abhängig ist, und daß in der Darstellung der Triebwerk-Lebensdauer eine Kompensierung der für das erste Signal bewirkten Einjustierung erfolgt.

2. Gerät naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einjustierung für das erste Signal in Stufen erfolgt, daß die in Frage kommende Anzahl von Stufen in jedem Falle von dem abgetasteten Wert des Parameters abhängig ist, und daß die Kompensierung in der Darstellung der Triebwerk-Lebensdauer in Übereinstimmung mit der Anzahl von Schritten erfolgt.

909836/0228

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einjustierung durch Subtraktion vom ersten Signal erfolgt, bevor dieses dem Funktionsgenerator übermittelt wird,

4. Gerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Digitalvorrichtung eine Digitaldarstellung ableitet, die eine Anzeige dafür ist, zu welchen der verschiedenen möglichen Bereiche der abgetastete Wert des Parameters gehört, und daß die Stärke der für das erste Signal vorgesehenen Einjustierung von der durch die Digitalvorrichtung abgeleiteten Digitaldarstellung abhängig ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Kompensierung, welche in der Darst' lung der Triebwerk-Lebensdauer bewirkt wird, in Übereinstimaung mit der durch die Digitalvorrichtung vorgesehenen Digitaldarstellung reguliert wird.

6. Gerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal vom Funktionsgenerator nach einer Ausgangseinrichtung über eine Skalierungseinheit geliefert wird, daß die Ausgangseinrichtung die Darstellung der Triebwerk-Lebensdauer in Übereinstimmung mit der Stärke des von ihr von der Skalierungseinheit her empfangenen Signals liefert, und

) daß die Stärke des zweiten Signals beim Durchgang durch die Skalierungseinheit um einen Faktor multipliziert wird, der von der in der Ausgangsdarstellung erforderlichen Kompensierung abhängig ist.

7. Gerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektor das zweite Signal überwacht, um den Zustand zu ermitteln, in welchem dieses Signal von einem vorbestimmten Bereich von Signalpegeln abweicht, und daß die genannte Einjustierung für das erste Signal in Abhängigkeit von der Ermittlung dieses Zustandes durch den Detektor bewirkt wird.

909836/0228

8. Gerät nach Anspruch 1 "bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung der Triebwerk-Lebensdauer in Übereinstimmung mit der Anzahl von Umdrehungen der Welle eines Motors vorgesehen ist, daß ein Signal mit einer vom Ausgang des Punktionsgenerators abhängigen Frequenz einer Drehzahl-Steuereinheit des Motors zugeführt wird, daß dieses Signal der Dr eh- «ahl-Steuereinheit über einen Frequenzteiler übermittelt wird, der die Frequenz des Signals bis zu einem Ausmaß teilt, welches von der für das erste Signal vorgesehenen Einjustierung abhängig ist, und daß die Drehzahl-Steuereinheit den Motor so erregt, daß er mit einer Drehzahl entsprechend der Frequenz des vom Frequenzteiler her empfangenen Signals läuft.

909836/0228

2, Ψ Leerseite