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Verfahren und Iießgerät zur Messung des Abstands
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zweier Elektroden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur IIessung
des Abstands zweier Elektroden, insbesondere bei Zündkerzen sowie ein Meßgerät zur
Durchführung dieses Verfahrens.
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Es ist bekannt, den Abstand der Elektroden von Zündkerzen mittels
einer Fühlerlehre zu ermitteln, wobei dieses klassische, gewissermaßen mecanische
Meßverfahren den Nachteil aufweist, daß die Zündkerzen zur Messung des Elektrodenabstandes
aus ihren Fassungen im Motorblock einer Brennkraaftmaschine herausgeschraubt werden
müssen.
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Es ist weiterhin bekannt, den Elektrodenabstand bei Zündkerzen auf
elektrischem Wege zu ermitteln, wobei:die Messungen auch bei eingebauten Zündkerzen
durchgeführt werden können. Bei diesem bekannten Meßverfahren, welches in der DU-OS
2 322 834 beschrieben ist, wird mit einem tragbaren Prüfgerät gearbeitet, das eine
kapazitive Abgriffklemme zum Anbringen am Zündkabel aufweist, die über einen Meßkopf
mit einem Gleichstrom-Meßinstrument verbunden ist. Das Gleichstrom-Meßinstrument
dient
dabei der visuellen Anzeige der Funkenspannung der Zündkerze
beim Zündvorgang während des Betriebes der Brennkraftmaschine.
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Nachteilig an dem bekannten tragbaren Prüfgerät ist, daß einerseits
ein sehr empfindliches Gleichstrom-tIeRinstrument vorhanden sein murj, dem die kapazitive
abgetastete Spannung an der zu orüfenden Zündkerze über ein spezielles Filter zugeführt
werden muß und daß außerdem statistische Schwankungen der Zündspannung, welche letztlich
ein Maß für den Elektrodenabstand darstellt, nacht berücksichtigt werden.
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Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur indirekten Messung
des Abstandes zweier Elektroden, insbesondere von eingebauten Zündkerzen, anzugeben,
mit welchem der Einfluß statistischer Schwankungen der Zündspannung auf das MeSergebnis
zumindest weitgehend unterdrückt wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß. der Erfindung durch ein Verfahren gelöst,
welches gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß an die Elektroden eine
Hochspannung angelegt wird, die nach einer vorgegebenen Zeitfunktion in Richtung
auf einen vorgegebenen Naximalwert ansteigt, der oberhalb der Zündspannung für die
Funkenstrecke zwischen den Elektroden liegt, die beim über springen eines Zündfunkens
zwischen den Elektroden auf die Ioschspannung der Funkenstrecke absinkt und die
nach Erlöschen des Zündfunkens von der Löschspannung wieder in Richtung auf ihren
Maximalwert ansteigt, daß die Anzahl der Zündvorgänge während eines mehrere Perioden
der Hochspannung umfassenden Zeitintervalls gezahlt werden und daß dann eine dem
Zählergebnis und der Zeitfunktion der Hochspannung entsprechende Anzeige erzeugt
wird.
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Das Verfahren gamäß der Erfindung bietet insofern besondere Vorteile,
als unvermeidbare statistische Schwankungen der Zündspannung bei vorgegebenem Elektrodenabstand
durch eine
mehrere Zündvorgänge, beispielsweise etwa fünfzig Zündvorgänge
bei der Prüfungt von Zündkerzen umfassende Ilessung gemittelt werden, so da!3 ein
außerordentlich genaues IIeßergebnis erhalten wird, dossen Genauigkeit nicht durch
zufällige Schwankungen der Zündspannung beeinträchtigt ist, Ein weiterer entscheidender
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß anstelle einer
analogen Messung unter Verwendung eines relativ empfindlichen und störanfälligen
Gleichstrom-Meßgerätes eine digitale Iiessung durchgeführt wird und zwar mit Ililfe
eines vergleichsweise einfachen und billigen Impulszählers, welcher nur eine geringe
Störanfälligkeit aufweist, Das ist insbesondere auf einem Prüfstand von Bedeutung,
an welchem gleichzeitig eine Vielzahl von Messungen durchgeführt wird, die Störungen
v¢rursachen, welche durchaus geeignet sind, die Meßgenauigkeit eines empfindlichen
Gleichstrom-0-Ie ßgerätes zu beeinträchtigen.
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Die angegebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens erweisen
sich bei der Messung des Abstandes der Elektroden einer Zündkerze als besonders
günstig. Andererseits läßt sich das Verfahren gemäß der Erfindung überall dort mit
Vorteil anwenden, wo der Abstand der Zündelektroden einer Funkenstrecke ermittelt
werden soll, beispielsweise in den Zündschaltungen von Leuchtstoffröhren, bei Funkenstrecken
zur Ozonerzeugung usw.
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Zur Durchführung des Verfahrens hat sich ein Meßgerät zum Messen des
Elektrodenabstandes einer Zündkerze besonders bewährt, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß ein Hochspannungssägezahngenerator vorgesehen ist, mit dessen Ausgang die
Elektroden der Zündkerze verbunden sind und daß mit dem Ausgang des Hochspannungssägezahngenerators
ein Zahler zur Zahlung der innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls auftretenden
Zündvorgänge verbunden ist. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn zwischen
dem Ausgang des Hochspannungssägezahngenerators und dem Zahler ein Impulsformer
vorgesehen ist, mit dessen
IIilfe die bei den einzelnen Zündvorgängen
auftretenden Impulse in eine für die Ansteuerung des Zählers geeignete Form gebracht
werden wobei es besonders zweckmäßig ist, wenn zwischen dem Ausgang des Hochspannungssägezahngenerators
und dem Impulsformer noch ein Spannungsteiler vorgesehen ist, da die aus den üblichen
digitalen Bausteinen aufgebauten Zähler im allgemeinen mit wesentlich geringeren
Spannungen arbeiten als diejenigen, die für die Erzeugung von Zündfunken zwischen
den Elektroden einer Zündkerze erforderlich sind.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand einer Zeichnung erläutert und ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform
eines Meßgerätes gemäQ der Erfindung, Fig. 2a und 2b Diagramme des zeitlichen Verlaufs
der sägezahnförneigen IIochspannuiig und des Zündstroms und Fig. 3 ein Diagramm
zur Verwirklichung der Abhängigkeit der Zundspannung und der Folgefrequenz der Zündimpulse
vom Luftdruck.
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Im einzelnen besitzt die Schaltung gemaß Fig. 1 einen Eingang 10,
an dem eine Spannung +V anliegt, beispielsweise die übliche Netzspannung von 220
Volt. Der Eingang 10 der Schaltung ist über einen Schalter 12 mit dem Eingang 14
eines Hochspannungssägezahngenerators 16 verbunden, der nachstehend der Einfachheit
halber nur noch als Sägezahilgenerator 16 bezeichnet werden soll. Der Ausgang 18
des Sägezahngenerators ist mit der einen Elektrode einer schematisch angedeuteten
Zündkerze ao verbunden, deren andere Elektrode am Bezugspotential liegt.
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Außerdem ist der Ausgang 18 des sagezahngenerators 16 über einen Impulsformer
22, der vorzugsweise einen Spannungsteiler enthält, mit dem Eingang 24 eines Zählers
26 verbunden. Der
Zällier 26 besitzt einen Ausgang 23, der mit dem
einen Eingang einer Vergleichsschaltung 30 verbunden ist. Zwei weiteren Eingangen
32, 34 der Vergleichsschaltung 30 werden die Ausgangssignale eines Toleranzwertgebers
36 zugeführt, die einem oberen bzw. einem unteren Grenzwert des Eleltrodenabstands
der zu prüfenden Zündkerze 20 entsprochen. Die Vergleichsschaltung 30 besitzt zwei
Ausgänge 38, 40, an denen beispielsweise mittels @ einer Glühlampe angezeigt wird,
ob der Elektrodenabstand der geprüften Zündkerze 20 innerhalb oder außerhalb des
zulässigen Toleranzbereiches liegt.
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Die Schaltung gemäß Fig. 1 umfaßt ferner einen Zeitgeber 42 mit zwei
Ausgängen, über die der Schalter 12 einerseits und der Zähler 26 andererseits steuerbar
sind.
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Die Schaltung gemäß Fig. 1 arbeitet wie folgt: Naciidem die zu prüfende
Zündkerze 20 mit dem Ausgang 18 des Sägezahngenerators 16 einerseits und mit Bezugspotential
andererseits verbunden ist, wird über den Zeitgeber 42 der Schalter 12 geschlossen,
so daß nunmehr am Eingang 14 des Sagezahngenerators 16 die Spannung +V anliegt.
Diese Spannung wird in dei Sägezahngenerator 16, falls dies erforderlich ist, zunächst
hoch transformiert, um die für die Prüfung von Zündkerzen erforderliche Spannung
von einigen kV zu erhalten. Diese Hochspannung wird dann gleichgerichtet und einem
RC-Glied zugeführt, über dessen Kondensator die Spannung daraufhin entsprechend
einer e-Funktion in Richtung auf einen Maximalwert ansteigt. Der Kondensator bzw.
die eine Platte desselben bildet den Ausgang 18 des Sägezahngenerators 16. Dieser
ist so ausgebildet, daß die Spannung über den Kondensator einem taximalwert zustrebt,
der über der Zündspannung der zu prüfenden Zündkerze 20 liegt. Sobald an dem Kondensator
die Zündspannung der Zündkerze 20 erreicht ist, zündet diese, wobei durch die Ionisation
der Zündstrecke zwischen den Elektroden ein Kurzschluß herbeigeführt wird, der zur
Folge hat, daß die Spannung am Ausgang 18 des Sägezahngenerators 16 auf die Löschspannung
der Zündkerze 20 absinkt. Nachdem der Zündfunke an der Zündkerze 20 erloschen ist,
steigt die Spannung über dem Kondensator, d.h.
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am Ausgang des Sägezahngenerators 16 wieder an und die beschriebenen
Vorgang wiederholen sich, wobei die Zundspannung und damit die Periodendauer der
einzelnen Arbeitszyklen vom Abstand der Elektroden der Zündkerze 20 abhängig ist.
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Gemäß der Erfindung ist nunmehr mit dem Ausgang 18 den Sägezahngenerators
16 ein Impulsformer 22 verbunden, der vorzugsweise einen Spannungsteiler umfaßt
und der aus der sägezahnförmigen Hochspannung am Ausgang des Sägezahngenerators
16 eine ImpulsfolGe, vorzugsweise eine Rechteckimpulsfolge, niedriger Spannung erzeugt,
deren einzelne Impulse Zählimpulse für den Zahler 26 bilden. Der Zähler 26 wird,
wie der Schalter 12, durch den Zeitgeber 42 gesteuert, wobei der Zähler im wesentlichen
für das gleiche Zeitintervall aktiviert sein kann, in dem der Schalter 12 geschlossen
ist. Günstiger ist es aber, wenn der Zählvorgang erst ncli Beendigung einer Startphase
eingeleitet wird, in deren Verlauf sich die Verhältnisse im Bereich der Funkenstrecke
der Zündkerze 20 stabilisieren. nierdurch wird die Meßgenauigkeit verbessert, insbesondere,
wenn neue Zündkerzen geprüft werden, bei denen es wünschenswert ist, beispielsweise
die ersten 20 bis 50 Zündvorgänge nicht zur Ermittlung des Elektrodenabstands auszuwerten,
da bei diesen Zündvorgängen noch starke Streuungen der Zündspannung auftreten. Der
Zähler 26 zielt nach Freigabe durch den Zeitgeber 42 die seinem Eingang 24 zugeführten
Zählimpulse für ein vorgegebenes Zeitintervall, welches ausreichend lang ist, um
eine gute Mittelwertbildung zu erreichen und welche sich beispielsweise über eine
Dauer von 50 Perioden der Ausgangsspannung des Sägezahngenerators 16 erstreckt.
Nach Ablauf dieses Zeitintervalls wird der Zahler 26 über den Zeitgeber 42 stillgesetzt,
woraufhin dann ebenfalls unter Steuerung durch den Zeitgeber 42 auch der Schalter
12 wieder geöffnet werden kann. Das Zihlergebnis kann vom Zähler direkt angezeigt
und mit Vergleichswerten verglichen werden, die beispielsweise einem oberen und
einem unteren Grenzwert des Elektrodenabstandes der zu prüfenden Zündkerze zugeordnet
sind. Es besteht aber auch die Möglichkett, am Ausgang 28 des Zählers 26 eine dem
Zählergebnis proportionale Spannung zu erzeugen und diesen in der Vergleicherschaltung
30 mit dem Schwell- bzw. oleranswerten proportionalen
Spannungen
eines Toleranzwertgebors 36 zu vergleichen.
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Von der Vergleicherschaltung 30 kann nunmehr beispielsweise mittels
Glühlampen angezeigt tjerden, ob der Elektrodenabstand der geprüften Zündkerze innerhalb
oder außerhalb eines Tolernazbereiches liegt. Andererseits bestünde auch die Möglichkeit,
die Spannung vom Ausgang 23 des Zählern 2G einer Anzeigeeinheit zuzuführen, die
den ermittelten Elektrodenabstand direkt anzeigt.
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In Sig. 2a ist der Verlauf der Spannung U an Ausgang 18 des Sägezahngenerators
16 dargestellt. ilan erkennt, daß die Spannung U, (abgesehen von der ersten Periode),
die in Fig. 2a nicht dargestellt ist, ausgehend von der Löschspannung UL jeweils
bis zur Zündspannung Uz ansteigt und dann wieder auf die Iiöschspannung UL abfällt.
Aus Fig. 2b wird deutlich, daß wShrend des Abfallens der Spannung U von der Zündspannung
UZ auf die Löschspannung UL jeweils ein Zündstromimpuls erzeugt wird. Die Periodendauer
der Sägezahnspannung bzw. die Impulsfolgefrequenz der Zündstrominpulse ist dabei
- wie eingang erläutert - von der Zündspannung Uz abhängig und somit ein iß für
den Elektrodenabstand der geprüften Zündkerze 20. Da die Zündstromimpulse im allgemeinen
für eine unmittelbare Ansteuerung eines Zählers ungeeignet sind, erfolgt ferner
in der Schaltung gemaß Fig. 1 eine Umformung derselben in Rechteckimpulse, die bezüglich
ihrer Form und ihres Spannungsweges für die Ansteuerung des Zählers 26 geeignet
sind.
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Es hat sich gezeigt, daß bei der Pressung des Elektrodenabstandes
und Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung die Duftfeuchtigkeit, die Temperatur
usw. nur einen vernachlässigbaren Einfluß auf das Meßergebnis haben, da die Atmosphäre
um die Elektrode durch die Funkenbildung bereits nahc den ernten Zündungen entsprechend
verändert wird und dann gleichbleibt, so daß eine Beeinflussung des Meßergebnisses
durch eine entsprechende Vorlaufzeit, in der zwar der Schalter 12 geschlossen, der
Zähler 26 jedoch noch nicht aktiviert ist, ausgeschlossen werden kann. Andererseits
hat es sich gezeigt, daß der Luftdruck einen merklichen Einfluß auf das Meßergebnis
besitzt. Diesbezüglich wird auf Fig. 3 verwiesen, wo die Abhängigkeit der Zündspannung
und die Abhängigkeit der Frequenz der Sägezahnspannung vom Luftdruck für
eine
Zündkerze mit einem vorgegebenen Elektrodenabstand von 0,6mm aufgezeichnet sind.
Man erkennt, daß der Einfluß des Luftdrucks bei den natürlichen Luftdruckschwankungen
von etwa 100 mbar zu einem Meßfehler von etwa 0,1mm führen kann, was je nach dem
zulässigen Toleranzbereich möglicherweise nicht mehr in Kauf genommen werden kann.
Aus diesem Grund ist in der Schaltung g;emäJ Fig. 1 der Zeitgeber 42 mit einer mit
gestrichelten Linien eingezeichneten Anordnung- 44 zur Luftdruckkompensation verbunden.
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Über diese Anordnung 44 kann das Zeitintervall, in trelchem der Zähler
26 durch den Zeitgeber 42 für die Zäiiiung beigegeben wird, in Abhängigkeit vom
Luftdruck derart verändert werden, daß Heßfehler kompensiert werden. Die Anordnung.
44 könnte beispielsweise eine Druckmeßdose enthalten, welche über ein Stellelenent
einen Widerstand des Zeitgebers 42 im Sinne der gewünschten Verkürzung bzw. Verlängerung
des für die Messung vorgesehenen Zeitintervalls verändert.
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Die vorstehende Beschreibung macht deutlich, daß Verfahren und Meßgerät
gemäß der Erfindung einfach und relativ unempfindlich sind und insbesondere auch
die Möglichkeit bieten, den Einfluß eines schwankenden Luftdrucks auf das Neßergebnis
auszuschalten.
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Ferner erkennt man, daß sich durch geeignete Ausgestaltung des Sägezahngenerators
an den Elektroden der Zündkerze bzw. ganz allgemein an den Elektroden eines Meßobjektes
ein den jelreiligen Verhältnissen in optimaler Weise angepaßter Spannungsverlauf
erreichen läßt, wobei es insbesondere auch möglich ist, an die Elektroden eine linear
ansteigende Spannung anstelle einer exoonentiell ansteigenden Spannung anzulegen,
wodurch sich ggf. Aufbau und Einstellung; der Anzeigeeinrichtungen vereinfachen
und erleichtern lassen.
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L e e r s e i t e