DE3132055A1

DE3132055A1 - Elektrische schaltung zum erzeugen eines spannungsimpulses, insbesondere zum pruefen von zuendkerzen

Info

Publication number: DE3132055A1
Application number: DE19813132055
Authority: DE
Inventors: Michael James Grimsby South Humberside Lane
Original assignee: COMMUNICATIONS AND ELECTRONICS Ltd; Communic & Electronics Ltd; Communications And Electronics Ltd Poole Dorset; Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1980-08-23
Filing date: 1981-08-13
Publication date: 1982-04-22
Also published as: IT1171472B; IT8149128A0; FR2489056A1; US4434402A

Description

SMITHS INDUSTRIES LIMITED 765 Finchley Road
GB-London NWIl 8DS

Elektrische Schaltung zum Erzeugen eines Spannungsimpulses, insbesondere zum Prüfen von Zündkerzen

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zum Erzeugen eines Spannungsimpulses, insbesondere zum Prüfen von Zündkerzen.

Zur Prüfung der korrekten Funktion einer Zündkerze, insbesondere einer Zündkerze für eine Gasturbine wird an die Zündkerze eine Mindestspannung angelegt, bei welcher diese in Aufeinanderfolge eine vorbestimmte Anzahl von Zündungen ausführt. Dies erfolgt in Praxis dadurch, daß bei einer Spannungsquelle der Spannungs- \i/ert manuell eingestellt wird. Der Aufbau einer solchen Spannungsquelle kann sehr vielfältig■sein. Die Spannungsquelle erzeugt einen- Spannungsimpuls an der Zündkerze und falls diese Zündkerze nicht zündet, wird

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manuell die Spannung auf einen höheren Wert eingestellt. Dies wird solange wiederholt, bis die' gewünschte Zündfolge auftritt. Wenn die Zündkerze zündet, wird mit der gleichen Spannung 5 mal ein Zündvorgang wiederholt.Tritt hierbei jeweils die obige Zündfolge auf, dann liegt die Betriebsspannung der Zündkerze fest. Falls jedoch die Zündkerze die vorgenannte Zündfolge nicht 5 mal wiederholt, muß die Spannung abermals erhöht werden, bis die Zündkerze 5 Zündfolgen nacheinander ausführt.

Dieses Vorgehen ist sehr zeitaufwendig. Außerdem besteht die Schwierigkeit der Verwendung einer Spannungsquelle, welche einen Hochspannungsimpuls liefert, dessen Wert genau einstellbar ist. ·

Es besteht die Aufgabe, die elektrische Schaltung so auszubilden, daß diese einen Hochspannungsimpuls einstellbaren Werts liefert und daß mit dieser- Schaltung das Testverfahren vereinfacht werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei dieses Ausführungsbeispiel die Messung der Einsatzzündspannung einer Zündkerze für eine Flugzeuggasturbine betrifft. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau der Schaltung;

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Fig. 2 schematisch einen Teil der Schaltung nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen u/eiteren Teil der Schaltung nach Fig. 1.

Die Schaltung zur Bestimmung der Einsatzzündspannung ist in einem Gehäuse 1 angeordnet und verbunden mit einer Speisespannungsquelle, beispielsweise dem Bordnetz eines Flugzeugs oder mit einer unabhängigen Speisespannungsquelle 2. Die Schaltung vi/eist einen Hochspannungsausgangsanschluß 3 auf, an welchem die Gasturbinenzündkerze 4 anschließbar ist. Die Ausgangsspannung, welche an der Zündkerze 4 anliegt, wird stufenweise, beispielsweise jeweils um 25 Volt erhöht, bis die Zündkerze 5 mal aufeinanderfolgend bei der gleichen Spannung zündet. Dies bedeutet, daß die Einsatzspannung erreicht ist. Diese Einsatzspannung wird auf einem Anzeigeschirm 5 wiedergegeben. Der Wert der Spannungsschritte und die Anzahl von Zündungen, welche die Zündkerze auszuführen hat, kann für verschiedene Zündkerzen und für verschiedene Testerfordernisse eingestellt werden.

Die Speisespannungsquelle 2 weist beispielsweise einen Ausgang von 28 Volt Gleichspannung auf. Diese Spannung liegt am Eingang eines Höchstspannungsgleichrichtergenerators 10, welcher als Konstantstromquelle funktioniert mit einer Spannungsobergrenze von 3 kV. Der Ausgang 11 des Generators 10 liefert Rechteckspannungsimpulse zur Leitung 12 und damit zur Primärwicklung 13 eines Stufen-

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transformators 14» Die Ausgangsspannung von der Sekundär-, wicklung 15 wird in einer Diode 16 gleichgerichtet und liegt über eine Leitung 17 an zwei parallelgeschalteten Kondensatoren 18 und 19 an.

Die Serienschaltung einer Induktivität 20 und eines Thyristors 21 sind parallel zu den beiden Kondensatoren 18,19 geschaltet. Der Thyristor 21 ist normalerweise abgeschaltet, d.h. er ist nicht leitend. Er wird eingeschaltet und somit leitend durch einen Thyristorzündschaltkreis 22, dessen Arbeitsweise und Aufbau später noch erläutert wird. Der Kondensator 19 ist über drei in Serie miteinander geschaltete Dioden 24.an !-lasseleitung 23 gelegt. Der Ausgangsanschluß 3 .der Schaltung liegt über diesen Dioden. Der durch die Induktivität 20 fließende Strom wird induktiv abgetastet durch eine induktive Wicklung 25 und der abgetastete Wert wird zugeführt dem Thyristorzündschaltkreis 22. Dieser abgetastete Wert gibt an, welche Spannung über den Kondensatoren 18 u η d 19 1 i e g t.

Die Kondensatoren 18 und 19 und der Stufentransformator 14 wirken wie ein Drosselschuingkreis, bei welchem die Spannung über den Kondensatoren mit jedem Stromimpuls in der Leitung 17 allmählich ansteigt. Wenn die gewünschte Spannung erreicht ist, was bestimmt wird durch den Strom in der Leitung 101, dann bewirkt der Schaltkreis 22, daß der Thyristor 21 zündet und hierdurch ein paralleler abgestimmter Schaltkreis gebildet wird. Die Spannung über dem ersten Kondensator 18 schwingt hierdurch ins Negative und bewirk t , clai3 die Ausejanijr.e 1 t?k trorie_ Her; 7üim ten

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Kondensators negativer wird, wodurch eine Spannungsverdoppelung über dem AusgangsanschluQ 3 erzeugt wird.

Der Thyristorzündschaltkreis 22 ist im einzelnen in Fig. 2 gezeigt. Er ist so ausgebildet, daß der Thyristor 21 gezündet wird zur Erzeugung einer Spannung über der Zündkerze 4, welche in Schritten von 25 Volt ansteigt. Der Schaltkreis 22 erhält Stromsignale von der Wicklung 25, welche anzeigen, was für eine Spannung an der Zündkerze 4 anlag. Diese Signale werden von einer Einheit 26 verarbeitet und einer Vergleicherschaltung 27 zugeführt. Die Vergleicherschaltung 27 empfängt weiterhin Signale von der Leitung 28, welche anzeigen, welcher Strom durch eine Einheit 29 fließt, wobei diese Einheit einen elektronisch veränderbaren Widerstand bildet. Die Widerstandseinheit 29 wird gesteuert durch eine Zählereinheit 30, welche den Stromwert schrittweise ansteigen läßt entsprechend 25 Volt, jeweils, wenn der Thyristor 21 zündet, in dem der Widerstand vermindert wird. Die Widerstandseinheit 29 umfaßt eine Reihe von parallel geschalteten festen Widerständen, welche durch eine Reihe seriengeschalteter Transistoren geschaltet werden, wobei die Transistoren ihrerseits geschaltet werden durch die Zählereinheit 30.

Eine zweite Abtastwicklung 31 erfaßt den Strom, der durch die Zündkerze 4 fließt, d.h. wenn die Zündkerze zündet. Diese Signale werden einem Abschaltkreis 32 innerhalb des Zündschaltkreises 22 zugeführt. Wenn eine Zündung bei der Zündkerze 4 auftritt, dann liefert dieser Abschaltkreis 32 ein Signal der Zählereinheit 30, wodurch verhindert

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wird, daß der Widerstandswert der Widerstandseinheit 29 weiter verändert uird. Die Ladung der Kondensatoren 18 und 19 steigt abermals an. Falls die Zündkerze 4 bei dem vorerwähnten Spannungswert oder darunter zündet, dann bleibt der Zähler 30 abgeschaltet und der Widerstandswert der Widerstandseinheit 29 ändert sich nicht. Dies wiederholt sich solange, bis die Zündkerze 4 beim gleichen Spannungswert oder darunter 5 mal in Aufeinanderfolge gezündet hat. Die Einsatzspannung der Zündkerze wird auf dem Anzeigefeld 5 wiedergegeben. Die Prüfung ist damit abgeschlossen. Falls die Zündkerze 4 nicht in Folge die Anzahl von Zündungen ausführt, wird die anliegende Spannung um weitere 25 Volt erhöht, worauf.sich dann der Testvorgang wiederholt.

Die über der Zündkerze 4 anliegende Spannung wird einer Spannungsanzeigeeinheit 50 zugeführt, deren Aufbau- in Fig. 3 gezeigt ist. Auf einem Anzeigeschirm 5 wird die Spannung angezeigt. Die über der Zündkerze 4 anliegende Spannung, welche beispielsweise mehr als etwa 3 kV beträgt, liegt an einem kapazitiven Spannungsteiler an, gebildet von den beiden in Serie geschalteten Kondensatoren 51 und 52. Der eine Kondensator 51 hat beispielsweise eine Kapazität von 0,001 μ F, während die Kapazität des anderen Kondensators 52 1000 mal größer ist, also 1 υ F beträgt. Die über dem größeren Kondensator anliegende Spannung .ist demgemäß geringer. Durch Messen dieser Spannung wird eine Anzeige derjenigen Spannung erhalten, welche an der Zündkerze 4 anliegt. Ein ÜbertragungsgaLter oder ein analoger Schalter 53 liegt über dem größeren Kondensator 52 an. Das Gatter uird gesteuert durch eine

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Takteinheit 54. Eine Elektrode des größeren Kondensators 52 ist weiterhin verbunden mit einem Eingang eines Komparators 55, dessen anderer Eingang verbunden ist mit einem Bezugspunkt 56 einer niederen Konstantspannungsquelle. Der Bezugsspannungspunkt 56 ist Teil eines Spannungsteilers, bestehend aus den beiden Festwiderständen •57 und 58. Diese sind miteinander in Serie geschaltet zwischen der Masseleitung 24 und einer positiven Spannungsleitung 59.

Die·Takteinheit 54 schließt und öffnet in sich wiederholender Folge für kurze und feststehende Zeitdauern das Übertragungsgatter 53, so daß der Kondensator 52 von seiner ursprünglich vollen Spannung auf 0 oder niedere Spannung entladen u/ird. Zu jedem Zeitpunkt, wo das Gatter öffnet, wird ein Impuls vom Taktgenerator 54 einer Zählereinheit 60 zugeführt. Die Spannung über dem Kondensator 52 wird durch den Komparator 55 kontinuierlich verglichen mit der niederen Bezugsspannung am Punkt 56. Wenn di.e Ladung des Kondensators 52 gleich oder geringer ist als die Bezugsspannung, liefert der Komparator 55 Signale an die Takteinheit 54, wodurch eine weitere Entladung des Kondensators'gestoppt wird. Die Anzahl der Öffnungen des Gatters 53 zur Entladung des Kondensators 52 von der Ursprungsspannung bis zur Bezugsspannung zeigt an, welche Ursprungsladung der Kondensator aufwies, was wiederum ein ΓIaG für die an der Zündkerze 4 anliegende Spannung ist. Der Zähler 60 führt dem Anzeigefeld 5 ein Signal zu entsprechend der Anzahl von Öffnungsvorgängen des Gatters 53. Das Anzeigefeid 5 kann beispielsweise die Spannung vierstellig anzeigen.

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Die Prüfschaltung kann in einem tragbaren Gehäuse untergebracht sein. Es ist damit möglich, Zündkerzen in der Fabrik oder im eingebauten Zustand zu prüfen, wobei im letzteren Fall beispielsweise das Bordnetz des FLug/.eugs als Speisespannungsquelle herangezogen wird. Die·Prüfschaltung kann hierbei auch dazu veruendet werden, die Höhe der Spannung zu prüfen, welche vom.Zündsystem der Turbine erzeugt wird. Das Gehäuse 1 ist robust aufgebaut und wasserdicht ausgebildet. Es kann mit einer Signalfarbe lackiert sein. Die Schaltung kann mit verschiedenen Sicherheitssystemen·ausgerüstet sein. Beispielsweise können zwei Einschalttasten am Gehäuse vorgesehen sein, die einen solchen Abstand zueinander aufueisen, daß sie von einer Hand nicht gleichzeitig betätigt werden können. Die Bedienungsperson kann daher die Schaltung nur in Betrieb setzen, wenn die Tasten durch beide Hände betätigt werden, wodurch sichergestellt ist, daß keine Hand einen stromführenden Teil berührt.

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Leerseite

Claims

• Dipl.-tng.

Rolf Charrier

Patentanwalt

Reiilingenstraße8-Postfach 260 _Apm#. COMMUNICATIONS AiND ELECTRONICS

D-SWO Augsburg 31 LIMITED und '

Telefon0821/36015+36016 SMITHS INDUSTRIES LIMITED

Telex 53 3 275

PoiiM.-hci.'kknMü .Vfünthen Nr IJ4⁷89-S01 '

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ch-ws

Ansprüche

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Elektrische Schaltung zum Erzeugen eines Spannungsimpulses, insbesondere zum Prüfen von Zündkerzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Kondensator (18) parallel geschaltet ist zu einer Serienschaltung eines zweiten Kondensators (19) und eines Gleichrichters (24), parallel zum ersten Kondensator (18) eine Serienschaltung einer Induktivität (20) und eines Thyristors (21) geschaltet ist und beim Leitendwerden des Thyristors (21) die Ausgangsspannung über dem Gleichrichter (24) abgegriffen wird, welche im wesentlichen gleich der Summe der über den ersten und zweiten Kondensator (18,19) anliegenden Spannungen ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Kondensator (18,19) fortschreitend geladen werden durch ein pulsierendes Spannungssignal.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch .gekennzeichnet , daß die Ausgangsspannung an einer Zündkerze (4) anliegt, diese Spannung automatisch schrittweise erhöht wird, bis eine Zündung der Zündkerze (4) bei. konstanter Spannung über eine bestimmte Anzahl von Zündungen auftritt und eine Anzeige-

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vorrichtung (50) vorgesehen ist, welche die Spannung anzeigt, bei der die sich wiederholende Zündung auftritt.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Kondensator (18) bzw. (19) mit einer Zündkerze (4) verbunden ist, eine Spannungsquelle (10, 14, 16) fortschreitend· die Spannung über dem Kondensator (18 bzw. 19) erhöht, die Spannung des Kondensators (18 bzw. 19) in be-

·' stimmten Intervallen automatisch der Zündkerze (4) zugeführt wird, die bei einer Zündung der Zündkerze (4) vorhandene Spannung mehrmals in Aufeinanderfolge an die Zündkerze (4) angelegt wird und eine Anzeige-■ einheit (50) vorhanden ist, welche die Spannung anzeigt, die bei der sich wiederholenden Zündung herrscht.
5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e ke. nnzeichnet, daß ein Komparator (27) vorgesehen ist, der das Anlegen der über dem Kondensator (18 bzw. 19) anliegenden Spannung an die Zündkerze· (4) steuert, wobei der Komparator (27) Signale, welche repräsentativ sind für die an der Zündkerze (4) anliegenden Spannung, mit Signalen einer Bezugsspamungsquelle (29) vergleicht.
6. Schaltung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor (21) durch den Komparator (27) gesteuert wird.
7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e -

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kennzeichnet , daß ein Zähler (30) vorgesehen ist, welcher die Signalhöhe der Signale von der Bezugsspannungsquelle (29) v/erändert, bis eine Zündung der Zündkerze (4) auftritt.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et , daß die für die Spannung repräsentativen Signale von einem induktiven Abnehmer (25) erzeugt werden.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit ' (50) einen weiteren Kondensator (52) aufweist, über welchem mindestens ein Teil der Ausgangsspannung anliegt, ein Schalter (53) vorgesehen ist, welcher intermittierend diesen weiteren Kondensator (52) entlädt von der Ursprungsspannung auf eine bestimmte niedrigere Spannung, ein Zähler (6Ü) vorgesehen ist, u/elcher die Anzahl der Entladungen dieses weiteren Kondensators (52) zählt und dessen Zählung dazu dient, die Ursprungsspannung über diesen weiteren Kondensator (52) anzuzeigen. ■
10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der weitere Kondensator (52) Teil eines kapazitiven Spannungsteiler (51, 52) ist.