DE3437304A1 - Verfahren zur bestimmung der temperatur, vorzugsweise der eisgrenzschichttemperatur, eines elektrischen widerstandsheizelementes einer enteisungsanlage fuer flugzeuge, hubschrauber oder dergleichen - Google Patents
Verfahren zur bestimmung der temperatur, vorzugsweise der eisgrenzschichttemperatur, eines elektrischen widerstandsheizelementes einer enteisungsanlage fuer flugzeuge, hubschrauber oder dergleichenInfo
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Description
Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-HH/Sl/bl
Theodor-Stern-Kai 1 HH 84/30
D-6000 Frankfurt 70
"Verfahren zur Bestimmung der Temperatur, vorzugsweise der Eisgrenzschichttemperatur,
eines elektrischen Widerstandsheizelementes einer Enteisungsanlage für Flugzeuge, Hubschrauber oderdergleichen"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1
und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, daß elektrothermische Verfahren zur beispielsweisen zyklischen
Enteisung von Triebwerks-, Flügel- und Leitwerksystemen an Flugkörpern zur optimalen Steuerung der Heizzeiten eine Aussage über die Grenztemperatur
zwischen der zu enteisenden Fläche und dem Eisanwuchs benötigen. Ein vorgegebener Temperaturbereich in der Grenzschicht darf weder unternoch
überschritten werden. Bei einer Überschreitung dieses Bereiches tritt
ein Wasserrücklauf auf, der zu unkontrolliertem Eisanwuchs an nicht enteisten Flächen führt. Außerdem besteht die Gefahr einer unverträglich
hohen Aufheizung der Flächenstruktur. Dadurch können die Festigkeiten der
verwendeten Kleber und Harze so stark reduziert \^erden, daß die Heizmatten
und oder die Flugprofilstruktur zerstört werden. 15
Eine Unterschreitung dieses Temperaturbereiches läßt das Grenzschichteis
nicht anschmelzen, so daß ein Eisabwurf nicht erfolgen kann.
- 2r - HH 84/30
In beiden Fällen treten Veränderungen des Flugprofils und Unbalanzen auf,
die die Flugleistung erheblich mindern. Unbalanzen im Rotorblattsystem eines Drehflüglers können außerdem zur Zerstörung des Fluggerätes führen.
In der DE-PS 24 43 224 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die elektrischen
Heizwiderstände nacheinander mit Heizenergie versorgt werden. Die Heizzeit an den Heizwiderständen wird in Abhängigkeit von der an den
Widerstanden vorhandenen und mittels Temperaturfühlern ermittelten Tem-r
peratur geregelt. Da eine zyklische Enteisung immer mehrere Heizelemente nacheinander beheizt und jedes einzelne Heizelement auf die Temperatur
im Grenzschichtbereich gesteuert werden muß, bedeuten die zusätzlichen Temperaturfühler einen hohen zusätzlichen Sensoreneinbau-, Verdrahtungsund
elektronischen Auswerteaufwand. Dieser Aufwand erhöht sich noch bei
Drehflüglern, bei denen die ausgewerteten Temperaturinformationen durch
verschlüsselte elektrische Signale mit Hilfe der Heizstromzuleitungen zu der Leistungssteuereinheit hin übertragen werden müssen. Ein weiterer
Nachteil ergibt sich aus der Tatsache, daß die Temperaturfühler mit ihren Anschlußleitungen nicht unendlich klein sind und so zu einer Verschlechterung
des Strömungsprofils und durch Abschattung der darunter angeordneten Heizleiter zu einem verschlechterten Anschmelzen des Eises in diesen
Bereichen führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Schaltungsanordnung vorzuschlagen, durch das bzw. die zusätzliche Temperaturfühler
vermieden und der schaltungstechnische Aufwand somit wesentlich verringert wird.
Die Aufgabe \\rird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Verfahrensschritte
des Anspruchs 1.
30
30
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen
bis 9 beschrieben.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch
10 beansprucht.
— ·3 "~
Λ-
HH 84/30
Die Ansprüche 11 bis 14 zeigen erfindungsgemäße Weiterbildungen der
Schaltungsanordnung.
Das Fehlen zusätzlicher Temperaturfühler bringt vorteilhafterweise eine
Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften des Flugkörpers gegenüber
der vorbekannten Lösung mit sich. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß nicht nur ein Temperaturpunkt am Widerstandsheizelement erfaßt wird,
sondern praktisch die mittlere Temperatur des gesamten Widerstandsheizelementes ermittelt wird.
In der Zeichnung ist eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt, und zwar wird anhand der Figur die Funktion eines zyklischen Enteisungsvorganges und die Funktion des
Verfahrens zur Erfassung einer vorgegebenen Temperaturschwelle beschrieben.
Die Energieversorgungseinheit 4 liefert die für die elektrothermische Enteisung
benötigte elektrische Energie. Der Leistungsschalter 5 schaltet entsprechend den Kommandos von der Steuerlogik 6 jeweils bis zum Erreichen
der vorgegebenen Temperaturschwelle die Energie zum Leistungsverteiler 8 durch. Drehflügler benötigen zusätzlich das Schleifringsystem
7 z\ir Übertragung der elektrischen Energie von dem feststehenden
Flugkörperrumpf zu den sich drehenden Rotorblättern. Der Leistungsverteiler 8 verteilt die elektrische Energie nacheinander an die auf den
zu enteisenden Flächen aufgebrachten Widerstandsheizelemente 9, beispielsweise η Stück. Bei einer Starrflüglerenteisung ist der Leistungsverteiler
8 vorzugsweise in der Leistungssteuereinheit 10 enthalten.
Die Temperaturerfassung erfolgt mit Hilfe der Funktionseinheiten 1 , 2
und 3. Hierbei erzeugt der Spannungssensor 1 ein der augenblicklichen
Heizölementspannung U„ proportionales Spannungssignal U.T. Der dem Leistungsschalter
5 nachgeschaltete Stromsensor 2 erzeugt gleichzeitig ein
dem Stromfluß i in das V.'iderstandsheizelemcnt 9 proportionales Span-H
nungssignal U.. Beide Spannungssignale U.. und U. werden mit Hilfe des
Komparators 3 miteinander verglichen. Sobald beide Spannungssignale
gleich groß sind, wird von dem Komparator ein Ausgangsspannungssignal l]„
HH 84/30
erzeugt. Das Signal ü„ zeigt der Steuerlogik 6 an, daß die vorgegebene
Widerstandsschaltschwelle erreicht ist und somit der Heizvorgang abgebrochen werden muß. Die Steuerlogik 6 steuert die fur die vorgegebene
Temperaturabschaltschwelle erforderliche Spannungssensor- oder Stromsensorverstärkung
V , V. und betätigt durch ein von ihr erzeugtes Steuersignal U„ den Leistungsschalter 5. Die Verstärkungsfaktoren V und V.
bestimmen den Abschaltwiderstand und damit die Abschalttemperatur des Widerstandsheizelementes 9. Durch kontrolliertes Verändern eines oder
beider Verstärkungsfaktoren kann jeder Temperaturabschaltwert eingestellt werden.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die in der Figur dargestellte
Schaltungsanordnung die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht.
Es wird die von einer Temperaturänderung herrührende Wider-IS
Standsänderung des Widerstandsheizelementes 9 durch eine Strom-Spannungsmessung
erfaßt, und es wird aus der Widerstandsänderung unter Verwendung des Temperaturkoeffizienten des Widerstandsheizelementes 9 seine Temperatur
ermittelt. Die Strom-Spannungsmessung kann nach dem ohmschen Gesetz
mit anschließend analoger bzw. digitaler Signalverarbeitung durchgeführt werden. Ein Über- oder Unterschreiten der Eisgrenzschichttemperatur kann
durch eine Temperatursteuerung des Widerstandsheizelementes 9 mittels der ermittelten Temperaturwerte verhindert werden. Auch können die ermittelten
Temperaturwerte zur Verhinderung einer unzuläßig hohen, zu einer Festigkeitsverminderung der Kleb-Verbindungsschichten führenden Temperatür
des Widerstandsheizelementes 9 herangezogen werden, oder es können
die ermittelten Temperaturwerte für die Steuerung einer gezielten Temperaturerhöhung
des Widerstandsheizelementes 9 verwendet werden, vorzugsweise zur Durchführung einer Kleb-Verbindungslösung. Weiterhin ist die
Anwendung von , dem V.'iderstandsheizelcment 9 zugeführten kurzzeitigen
Meßpulsen (Pulsbetrieb) bzw. die Anwendung eines permanenten Meßstromes für das Widerstandsheizelement 9 zur Erfassung der Einschalttemperatur
der Heizelemente, wie z.B. bei der Anwendung als Zeipunktregler benötigt,
denkbar.
- Leerseite -
Claims (14)
1. Verfahren zur Bestimmung der Temperatur, vorzugsweise der Eisgrenz,-schichttemperatur,
eines elektrischen Widerstandsheizelementes einer Enteisungsanlage für Flugzeuge, Hubschrauber oderdergleichen, vorzugsweise
zwecks vollautomatischer Steuerung der Heizzeiten des Widerstandsheizelementes,
dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsheizelement (9) selbst zur Temperaturbestimmung derart herangezogen wird, daß die von einer Temperaturänderung
herrührende Widerstandsänderung des Widerstandsheizelementes (9) durch eine Strom-Spannungsmessung erfaßt wird, und daß aus
der Widerstandsänderung unter Verwendung des Temperaturkoeffizienten des Widerstandsheizelementes (9) seine Temperatur ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch "·, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom-Spannungsmessung
na.ch dem ohmschen Gesetz mit anschließend analoger Signalverarbeitung
durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom-Spannungsmessung nach dem ohmschen Gesetz mit anschließender digitaler Signalverarbeitung
erfölgt.
- 2 - HH 84/30
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Über- oder Unterschreiten der Eisgrenzschichttemperatur durch eine Temperatursteuerung
des Widerstandsheizelementes (9) mittels der ermittelten Temperaturwerte verhindert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
ermittelten Temperaturwerte zur Verhinderung einer unzuläßig hohen, zu
einer Festigkeitsverminderung der Kleb-Verbindungsschichten führenden
Temperatur des Widerstandsheizelementes (9) herangezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwendung
der ermittelten Temperaturwerte für die Steuerung einer gezielten Temperaturerhöhung des Widerstandsheizelementes (9).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kleb-Verbindungslösung
durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die
Verwendung von, dem Widerstandsheizelement (9) zugeführten kurzzeitigen Meßpulsen (Pulsbetrieb).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die
Verwendung eines permanenten Meßstromes für das Widerstandsheizelement (9).
10. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 9, vorzugsweise für eine Enteisungsanlage, bei der eine von einer Steuerlogik gesteuerte Energieversorgungseinheit die für die
elektrothermische Enteisung benötigte elektrische Energie über einen
Leistungsschalter und Leistungsvertpiler an mehrere Widerstandsheizelemente
liefert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungssensor O) und
ein Stromsensor (2) vorgesehen sind, die ein der augenblicklichen Heizspannung
(U,,) des Viderstandselementes (9) proportioneles Sppnnungssig-
nal (Un) bzw. ein dem Strorcfluß (i„) in das Viderstandsheizelement (9)
U Ii
- 3 - HH 84/30
proportionales Spannungssignal (U.) erzeugen, daß beide Spannungssignale
(Un und U.) gleichzeitig einem Komparator (3) zugeführt und miteinander
verglichen werden, daß der Komparator (3) bei gleicher Größe der Spannungssignale
(U17 und U.) ein Ausgangsspannungssignal (U1,) erzeugt, welches
Ui κ.
der Steuerlogik (6) zugeführt wird und dieser anzeigt, daß die vorgegebene
Schaltschwelle des Widerstandsheizelementes (9) erreicht ist und der Heizvorgang
abgeschaltet werden muß.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuerlogik (β) ein Steuersignal (Uc) zur Betätigung des Leistungsschalters
(5) erzeugt.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 1^, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerlogik (6) die für die vorgegebene TemperaturabschaItschwelle
des Heizelementes (9) erforderlichen Verstärkungsfaktoren (V bzw. V.) für den Spannungssensor (1) und den Stromsensor (2) steuert.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einstellung jedes vorgegebenen Temperaturabschaltwert.es des Widerstandsheizelementes
(9) durch kontrolliertes Verändern eines oder beider Verstärkungsfaktoren (V bzw. V.) erfolgt.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 12, gekennzeichnet durch
einen Stromsensor (2), der zwischen dem Leistungsschalter (5) und dem Leistungsverstärker (8) angeordnet ist.
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