DE10139810B4

DE10139810B4 - Spannungssensor zur Überwachung elektronischer Zündkreise

Info

Publication number: DE10139810B4
Application number: DE10139810.7A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Hummel Dirk; Dipl.-Ing. Steiner Ulrich
Original assignee: Orica Explosives Technology Pty Ltd
Current assignee: Orica Explosives Technology Pty Ltd
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: DE10139810A1; ZA200303295B

Abstract

Ein Spannungssensor (10) zur Überwachung elektronischer Zündkreise (1), welche mehrere an eine Zündleitung (3) angeschlossene Zünder (4) sowie ein an die Zündleitung (3) angeschlossenes Zündgerät (2) zur Programmierung der elektronischen Zünder (4) enthalten. Der Spannungssensor (10) ist separat an die Zündleitung anschließbar und enthält eine Spannungsmessvorrichtung (15) zum Messen der Spannung (U2) auf der Zündleitung (3) an dem Spannungssensor (10). Der Spannungssensor (10) enthält weiterhin eine Kommunikationsvorrichtung (15, 17, 18, 19) zum Empfangen eines den Start der Spannungsmessung auslösenden Startsignals von dem Zündgerät (2) und zum Senden eines bei der Spannungsmessung ermittelten Messwertes an das Zündgerät (2).

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannungssensor zur Überwachung elektronischer Zündkreise, insbesondere einen separat an die Zündleitung anschließbaren und über diesen kommunizierenden Spannungssensor.
Elektronische Zündkreise bestehen aus mehreren elektronischen Zündern, welche an eine meist zweipolige Zündleitung angeschlossen sind, welche wiederum mit einem Zündgerät oder Programmiergerät verbunden ist. Die Zünder werden durch eine von dem Zündgerät in die Zündleitung gespeiste Spannungs- oder Impulsfolge initiiert. Dabei wird ein in dem Zünder befindlicher Kondensator aufgeladen und die Verzögerungszeit einprogrammiert. Nach Beendigung der Initiierung bezieht der Zünder seine Betriebsenergie aus dem Kondensator. Daher muss die Kondensatorspannung bei der Initiierung so eingestellt sein, dass bei Ablauf der programmierten Verzögerungszeit, also zum Zündzeitpunkt, ausreichend Energie vorhanden ist, um das Anzündmittel des Zünders sicher zu zünden.
In parallel verdrahteten elektronischen Zündsystemen führt die Stromaufnahme der Zünder, ebenso wie parasitäre Leckströme durch Isolationsschäden oder Verdrahtungsfehler jedoch zu Spannungsabfällen auf den Zündleitungen. Es ist daher nicht gewährleistet, dass weiter von dem Zündgerät entfernte Zünder ein Programmiersignal erhalten, dessen Spannung hoch genug ist, um den Kondensator komplett aufzuladen. Dies ist für den ordnungsgemäßen Betrieb jedoch zwingend.
Bekannt ist die Möglichkeit, den Zündkreis vor Beginn der Programmierung elektrisch zu vermessen. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig und zeitintensiv.
Des weiteren existieren Zünder mit integrierten Spannungssensoren zur Messung der Spannung auf der Zündleitung an jedem einzelnen Zünder. Dies hat jedoch den entscheidenden Nachteil, dass der Aufbau jedes einzelnen Zünders kompliziert ist, was die Kosten und die Störanfälligkeit erhöht. Zudem steigt der Stromverbrauch und damit der Spannungsabfall auf der Zündleitung.
Ein Spannungssensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit einem Zündgerät ist beschrieben in DE 199 12 688 A1 . An einen Zündkreis ist eine Prüfeinrichtung angeschlossen welche den kapazitiven Widerstand sowie den Spannungsabfall im Zündkreis ermittelt. Diese Werte werden über eine zusätzliche Leitung dem Zündgerät mitgeteilt. Damit wird die zur Aufladung der Kapazitäten des Zündkreises erforderliche Gleichspannung bestimmt. Ferner wird der durch den ohmschen Widerstand im Zündkreis verursachte Spannungsabfall ermittelt und die zu seinem Ausgleich erforderliche Spannung bestimmt. Der Spannungssensor ist in der Nähe des Zündgeräts angeordnet. Er benötigt eine zusätzliche Leitung, die mit dem Zündgerät verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Spannungssensor zur Überwachung elektronischer Zündkreise zu schaffen der ausschließlich mit der Zündleitung zu verbinden ist und keine zusätzliche Meldeleitung benötigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung schlägt zur Lösung dieser Aufgabe einen separat an die Zündleitung anschließbaren Spannungssensor vor, der eine Spannungsmessvorrichtung zum Messen der Spannung auf der Zündleitung an dem Spannungssensor aufweist und eine Kommunikationsvorrichtung enthält, zum Empfangen eines von dem Zündgerät gesendeten Startsignals, auf dessen Empfang hin der Spannungssensor die Spannungsmessung beginnt, und zum Senden eines bei der Spannungsmessung ermittelten Messwertes an das Zündgerät.
Mit dem erfindungsgemäßen Spannungssensor ist es demnach auf einfache Art und Weise möglich, die auf der Zündleitung anliegende Spannung zu messen und darüber sicherzustellen, dass die am Zünder anliegende Spannung ausreichend ist, den Zünder sicher zu programmieren und auszulösen.
Vorzugsweise kommunizieren der erfindungsgemäße Spannungssensor und das Zündgerät in der Signalform miteinander, mit dem auch das Zündgerät mit den Zündern kommuniziert. Dies kann beispielsweise durch Alternieren der Polarität auf der Zündleitung geschehen.
In vorteilhafter Ausführung der Erfindung wird die zum Betrieb des Spannungssensors benötigte Energie aus den von dem Zündgerät empfangenen Signalen gewonnen. Es kann auch ein Kondensator in dem Spannungssensor als Energiespeicher vorgesehen sein. Der erfindungsgemäße Spannungssensor ist also passiv, er verfügt über keine eigene Energiequelle. Dadurch ist er wartungsfrei und lange lagerfähig. Die Stromaufnahme ist zur Vermeidung von zusätzlichen Spannungsabfällen auf der Zündleitung gering und praktischerweise kleiner als ein Milliampère.
Der Spannungssensor kann generell an jeder Stelle der Zündleitung angeschlossen werden, wird aber praktischerweise am Ende der Zündleitung angeschlossen, um den maximalen Spannungsabfall über die komplette Länge der Zündleitung ermitteln zu kennen.
Zum Messen der Spannung enthält der Spannungssensor vorzugsweise einen Mikroprozessor mit integriertem AD-Wandler. Dies vereinfacht den Aufbau und verringert die Stromaufnahme des Spannungssensors erheblich. Der Mikroprozessor kann einen per Software aktivierbaren Sleepmodus aufweisen, in dem der Mikroprozessor beinahe komplett ausgeschaltet ist und beispielsweise lediglich einen Aktivierungseingang überwacht. Wird von dem Zündgerät ein Startsignal gesendet, wird der Sleepmodus beendet und der Mikroprozessor ist voll funktionsbereit. Nach einer gewissen Zeitspanne, in der der Mikroprozessor nicht aktiv war, kann er automatisch in den Sleepmodus zurückfallen. Dies kann auch durch ein entsprechendes Signal vom Zündgerät erfolgen.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung des weiteren vor, einen elektronischen Zündkreis zu schaffen mit mehreren an eine Zündleitung angeschlossenen elektronischen Zündern, einem zum Programmieren der Zünder an die Zündleitung angeschlossenen Zündgerät und einem an die Zündleitung angeschlossenen Spannungssensor, wie er zuvor beschrieben worden ist.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
1 einen schematischen Aufbau eines Zündkreises und
2 eine Prinzipdarstellung des Spannungssensors.
Der elektronische Zündkreis 1 enthält ein Zündgerät 2, an dessen Ausgänge eine zweidrahtige Zündleitung 3 angeschlossen ist. An die Zündleitung 3 sind parallel mehrere elektronische Zünder 4 angeschlossen. Mit dem Zündgerät 2 kann jeder einzelne Zünder 4 separat initiiert und auf eine bestimmte Verzögerungszeit programmiert werden. Dazu sendet das Zündgerät 2 kodierte Signale auf die Zündleitung 3, die üblicherweise einen Adressteil aufweisen, der die Adresse des zu programmierenden Zünders 4 enthält.
Am Ende der Zündleitung 3, d. h. an dem dem Zündgerät 2 abgewandten Ende der Zündleitung 3, ist ein Spannungssensor 10 an die Zündleitung 3 angeschlossen. Der Spannungssensor 10 misst die Spannung U₂ auf der Zündleitung 3. Mit dieser gemessenen Spannung U₂ und der am Zündgerät 2 anliegenden bekannten Spannung U₁ lässt sich der Spannungsabfall ΔU über der Zündleitung 3 bestimmen.
Im Folgenden wird die Funktionsweise und der Aufbau des Spannungssensors 10 anhand von 2 näher erläutert. Der Spannungssensor 10 wird mit zwei Anschlüssen 11 und 12 an die Zündleitung 3 angeschlossen. Eine Eingangsschutzbeschaltung 13, die einen Gleichrichter enthält, schützt die nachfolgende Schaltung vor Überspannungen und elektromagnetischen Einflüssen. Die Eingangsschutzbeschaltung 13 stellt an ihrem Ausgang die polaritätsunabhängige Spannung auf der Zündleitung 3 gleichgerichtet zur Verfügung. Diese Gleichspannung wird mit einem Spannungsregler 14 auf die Versorgungsspannung eines Mikroprozessors 15 geregelt. Ein Kondensator 16 puffert die Versorgungsspannung.
Der Kondensator 16 ist zwischen die Anschlüsse V_cc und GND des Mikroprozessors 15 geschaltet.
Der Mikroprozessor 15 enthält einen Analog-Digitalwandler, der über den Anschluss ADC des Mikroprozessors 15 angesprochen werden kann. Der Anschluss ADC ist mit dem Ausgang der Eingangsschutzbeschaltung 13 verbunden, so dass die gleichgerichtete Spannung auf der Zündleitung 3 gemessen werden kann. Über die Anschlüsse DE und DA kommuniziert der Mikroprozessor 15 und damit auch der Spannungssensor 10 mit dem Zündgerät 2. Der Anschluss DE ist der Dateneingang des Mikroprozessors 15 und ist mit dem Anschluss 11 verbunden. Der Anschluss DA ist der Datenausgang des Mikroprozessors 15 und dient zum Senden von Daten an das Zündgerät 2. An den Anschluss DA ist über einen Widerstand 17 die Basis eines Transistors 18 angeschlossen. Sendet der Mikroprozessor 15 Daten an das Zündgerät 2 wird der Transistor 18 in den leitenden Zustand versetzt, so dass ein Strom durch den Widerstand 19 fließt, was zu einer Veränderung der Stromaufnahme des Spannungssensors 10 führt. Diese Änderung der Stromaufnahme wird von dem Zündgerät 2 ausgewertet. So können Daten mittels Veränderung der Stromaufnahme kodiert und an das Zündgerät 2 übersendet werden.
In Betrieb arbeitet der Spannungssensor 10 wie folgt: Nachdem die Zündleitung 3 samt der Zünder 4 und dem Spannungssensor 10 verlegt worden ist, wird das Zündgerät 2 an die Zündleitung 3 angeschlossen. Nun wird ein Startsignal an den Spannungssensor 10 gesendet, der daraufhin die Spannung am Ende der Zündleitung 3 misst. Nach Beendigung der Messung wird ein Messwert von dem Mikroprozessor 15 kodiert und die einzelnen Signalanteile, beispielsweise Bits werden nacheinander über den Anschluss DA ausgegeben. Die durch die Widerstände 17 und 19 sowie den Transistor 18 hervorgerufene Änderung der Stromaufnahme des Spannungssensors 10 wird von dem Zündgerät 2 detektiert und die derart gesendete Bitfolge wird von dem Zündgerät 2 aufgenommen und zu einem Spannungsmesswert U₂ dekodiert. Die gemessene Spannung U₂ wird von der am Zündgerät 2 eingestellten Ausgangsspannung U₁ subtrahiert, woraus sich der Spannungsabfall ΔU über die gesamte Länge der Zündleitung 3 ergibt. Mit Kenntnis der Anzahl und der Stromaufnahme der Zünder 4 kann nun die maximal erzielbare Verzögerungszeit bestimmt werden. Außerdem gibt die Spannung U₂ die zum Zünden notwendige Mindestspannung an. Jetzt kann mit dem normalen Programmieren der Zünder 4 durch das Zündgerät 2 begonnen werden, wobei zu beachten ist, dass die Programmierspannung die notwendige Mindestspannung übersteigt und die Verzögerungszeit der einzelnen Zünder 4 nicht die maximale Verzögerungszeit überschreitet.
Mit dem erfindungsgemäßen Spannungssensor 10, der am Ende der Zündleitung angebracht ist, ist es möglich, per Kommando die Spannung U₂ am Ende der Zündleitung 3 unabhängig von der Leitungslänge zu überwachen. Mit der Kenntnis der zum Zünden notwendigen Mindestspannung kann so die Zündsicherheit überwacht werden.

Claims

Spannungssensor zur Überwachung elektronischer Zündkreise (1), wobei der Zündkreis (1) ein Zündgerät (2), eine Zündleitung (3) und mehrere Zünder (4) enthält, wobei der Spannungssensor (10) separat an die Zündleitung (3) anschließbar ist und eine Spannungsmessvorrichtung zum Messen der Spannung (U₂) auf der Zündleitung (3) an dem Spannungssensor (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungssensor (10) eine Kommunikationsvorrichtung zum Empfangen eines den Start der Spannungsmessung auslösenden Startsignals über die Zündleitung (3) von dem Zündgerät (2) und zum Senden eines bei der Spannungsmessung ermittelten Messwerts ebenfalls über die Zündleitung (3) an das Zündgerät (2) enthält.
Spannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsvorrichtung diejenigen Typen von Signalen verarbeitet und erzeugt, die von dem Zündgerät (2) zur Programmierung der Zünder (4) verwendet werden.
Spannungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Betrieb des Spannungssensors (10) benötigte Energie aus den von dem Zündgerät (2) empfangenen Signalen gewonnen wird.
Spannungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (16) als Energiespeicher vorgesehen ist.
Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1–4, gekennzeichnet durch eine Aktivierungsvorrichtung, welche den Spannungssensor (10) als Reaktion auf das Startsignal aktiviert.
Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungssensor (10) am Ende der Zündleitung (3) anschließbar ist.
Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsvorrichtung Mittel zum Ändern der Stromaufnahme des Spannungssensors (10) enthält, wobei die Messwerte zum Senden an das Zündgerät (2) mittels der veränderten Stromaufnahme kodiert werden.
Spannungssensor nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsmessvorrichtung einen Mikroprozessor (15) mit integriertem AD-Wandler zur Spannungsmessung aufweist.
Spannungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (15) einen per Software aktivierbaren Sleepmodus aufweist, der durch das Startsignal beendbar ist.
Elektronischer Zündkreis (1) mit mehreren an eine Zündleitung (3) angeschlossenen elektronischen Zündern (4), einem zum Programmieren der Zünder (4) an die Zündleitung (3) angeschlossenen Zündgerät (2) und einem an das dem Zündgerät (2) abgewandte Ende der Zündleitung (3) angeschlossenen Spannungssensor (10) nach einem der Ansprüche 1–9.