DE10141349A1 - Nicht-intrusives Fehlerlokalisierungssystem für ein Überhitzungs-Detektionssystem - Google Patents

Abstract

Es wird ein Ereignislokalisierungsmodul vorgeschlagen zur Verwendung mit einem schon existierenden Überhitzungsdetektionssystem in einem Luftfahrzeug. Das Modul ist auf nicht-intrusive Art und Weise mit dem Überhitzungsdetektionssystem verbunden, detektiert aber dennoch die in dem System fließenden Ströme. Das Modul ist, mit Hilfe der detektierten Ströme, in der Lage, wahre Überhitzungsereignisse von falschen Ergebnissen (normalerweise hervorgerufen in einem Prüfmodus) und normalen Nicht-Überhitzungszuständen zu unterscheiden. Das Modul ist in der Lage, auf das Eintreten eines Überhitzungsereignisses anzusprechen, indem es die Ströme in der Messkabelschleife misst, dann die gemessenen Ströme dazu verwendet, eine Schätzung von dem Ort in der Schleife zu erzeugen, an dem das Überhitzungsereignis aufgetreten ist. Günstig registriert das Modul sowohl den Fakt, dass das Ereignis eingetreten ist, wie auch seine Lokalisierung, so dass spätere Wartungsmaßnahmen erleichtert werden.

Description

Bereich der Erfindung

Die Erfindung betrifft Überhitzungsdetektionssysteme der Art, wie sie in Luftfahr­ zeugen zur Überwachung auf Leitungslecks verwendet werden, und betrifft im Besonderen ein Ereignislokalisierungssystem, mit dem sich der Ort eines Lecks identifizieren lässt.

Hintergrund der Erfindung

Viele der heute in Betrieb befindlichen Leitungsleck- und Überhitzungsdetektions­ systeme sind Zonensysteme. Wie bei Leitungsleck- und Überhitzungsdetektions­ systemen üblich, werden Sensorschleifen, welche längliche Messkabel umfassen, installiert, und zwar entlang der Anzapfluftleitung des Luftfahrzeugs und benach­ bart zu wärmeempfindlichen Komponenten. Die Sensoren sind als Schleifen kon­ figuriert, und für jede überwachte Zone ist bzw. sind eine oder zwei Schleifen vorhanden. Das Problem mit diesen Systemen ist, dass es bei der Wartung des Luftfahrzeugs schwierig ist, exakt den Ort zu bestimmen, an dem, entlang der Länge der Schleife, das Überhitzungsereignis eingetreten ist. In Situationen, wo eine schnellere Abwicklung der Wartungsaufgaben gerechtfertigt ist, löst man die Schleifen in kleinere, besser handhabbare Abschnitte auf, was jedoch mit mehr Drähten und einem entsprechenden Mehrgewicht erkauft werden muss. In Fällen, wo die Schleife eine sehr lange Leitungsstrecke überwacht, wie sie sich zum Bei­ spiel in manchen Luftfahrzeugen in Verbindung mit dem Hilfstriebwerk ergeben könnte, kann es Tage dauern, bis die Fehlersuche und -beseitigung eines Lei­ tungslecks abgeschlossen ist.

Es sind Systeme für neuere Luftfahrzeuge ausgeführt worden, die ein Wartungs­ merkmal enthalten, welches den Ort des Überhitzungsereignisses automatisch detektiert und anzeigt. Diese Systeme benutzen eine Kontrolleinrichtung, welche den Strom an den beiden Enden der Kabelschleife misst und eine Brückenrech­ nung durchführt, um den Ort in der Schleife zu bestimmen, an dem ein Fehler aufgetreten ist. Diese Systeme benutzen vielfach spezielle Sensorkabel mit ziem­ lich genau eingestelltem Widerstand je Längeneinheit, und die Kontrolleinrichtun­ gen sind so gestaltet, dass Ereignislokalisierung und Überhitzungsdetektion durch gemeinsame Hardware und Software realisiert werden.

Die neueren Kontrolleinrichtungen sind jedoch nicht geeignet, in schon existie­ rende Luftfahrzeuge mit schon existierenden Kabelsystemen installiert zu wer­ den. Die Installation eines neueren Systems in ein schon existierendes Luftfahr­ zeug würde typischerweise erfordern, das bereits vorhandene Leitungsleck- und Überhitzungsdetektionssystem, einschließlich Kabel und Kontrolleinrichtung, zu entfernen und durch ein völlig neues System zu ersetzen.

Komponenten, die mit dem Flugbetrieb eines Luftfahrzeugs verbunden sind, müssen umfangreiche Prüfungen nach strengen Vorschriften durchlaufen, bevor sie für den Gebrauch zugelassen ("zertifiziert") sind. Wollte man nun zum Beispiel eine schon existierenden Überhitzungsdetektionssystem-Kontrolleinrichtung mo­ difizieren, um sie mit der Fähigkeit zur Ereignislokalisierung auszustatten, dann müsste, wenn der Zusatz eine wirkliche Modifikation der Überhitzungsdetektions- Kontrolleinrichtung bedingte, die komplette Kontrolleinrichtung neu geprüft und neu zertifiziert werden. Dies ist besonders lästig für die Luftfahrzeugbetreiber, weil das Ereignislokalisierungssystem ausschließlich für das Wartungspersonal gedacht ist, wenn es auch mit dem Überhitzungsdetektionssystem verbunden ist, welches während des Fluges operativ ist. Das Überhitzungsdetektionssystem sieht Anzeiger im Cockpit vor, um dem Piloten etwaige Überhitzungszustände zu signalisieren, und weist außerdem Prüfknöpfe auf, welche dem Piloten erlauben, das System zu überprüfen, zum Beispiel während der Überprüfung vor dem Flug. Es wäre äußerst unerwünscht, eine Neuzertifizierung für das Überhitzungsdetek­ tionssystem zu benötigen, nur um eine Wartungsfunktion zur Unterstützung des Wartungspersonals bereitzustellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Im Hinblick auf die vorangegangenen Ausführungen besteht eine allgemeine Auf­ gabe der Erfindung darin, ein Ereignislokalisierungsmodul bereitzustellen, wel­ ches mit schon existierenden Überhitzungsdetektionssystemen zu arbeiten ver­ mag und mit diesen existierenden Systemen auf "nicht-intrusive" Weise verbind­ bar ist. Mit "nicht-intrusiv" ist gemeint, dass ein normaler elektronischer Fehler in dem Ereignislokalisierungsmodul die Betriebsfähigkeit des Überhitzungsdetekti­ onssystems nicht abträglich beeinflussen wird; in der bevorzugten praktischen Realisierung der Erfindung fügt: das Ereignislokalisierungsmodul keine elektroni­ schen Komponenten in das existierende Überhitzungsdetektionssystem ein.

Demnach ist es eine allgemeine Aufgabe der Erfindung, ein Ereignislokalisie­ rungsmodul bereitzustellen, welches in ein Luftfahrzeug mit schon existierendem Überhitzungsdetektionssystem nachrüstbar ist, und zwar ohne die Notwendigkeit, das Überhitzungsdetektionssystem neu zertifizieren zu müssen.

Eine besondere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Überwachungsmoduls zur Verwendung mit einem schon existierenden Überhitzungsdetektionssystem, welches so gestaltet ist, dass es in Abhängigkeit von in der Überhitzungsdetekti­ onsschleife fließenden Strömen, die eine Höhe aufweisen, welche auf ein Überhit­ zungsereignis hindeutet, durch Befehl in Betrieb gesetzt werden kann und Be­ rechnungen durchführen kann, welche den Ort des Ereignisses identifizieren, und dann Ereignisinformationen, welche mindestens den Ort oder die Lokalisierung, bevorzugt auch die Zeit des Ereignisses umfassen, speichern kann.

Prüfsysteme für schon existierende Überhitzungsdetektionssysteme erzeugen Ströme in der Schleife, um die Schleife auf Durchgang zu prüfen. Diese Ströme, die relativ hoch sind, können irrtümlich als Überhitzungsereignis interpretiert werden. Im normalen "Betriebsmodus" steuert das typische Überhitzungsdetekti­ onssystem beide Enden der Kabelschleife so an, dass sehr wenig Strom gezogen wird, überwacht dann daraufhin, dass ein Zustand höheren Stromes auftritt, der auf ein Überhitzungsereignis irgendwo in der Schleife hindeutet. Im "Prüfmodus" schaltet das System, so dass ein Ende der Schleife angesteuert und das andere an Masse gelegt wird; dies prüft die Schleife auf Durchgang, lässt aber auch Ströme fließen, deren Höhe dem eines Überhitzungsereignisses ähnelt.

Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung liegt eine Aufgabe darin, zu be­ stimmen, ob sich das Überhitzungsdetektionssystem im Betriebsmodus oder im Prüfmodus befindet, indem die Ströme in der Schleife gemessen werden, und ein Überhitzungsereignis nur dann zu registrieren, wenn ein solches Ereignis im Be­ triebsmodus detektiert wird, nicht aber, wenn es im Prüfmodus detektiert wird.

Allgemeiner ausgedrückt liegt eine Aufgabe darin, alle im normalen Betriebsmo­ dus detektierten Überhitzungsereignisse zu registrieren, im Sinne der Registrie­ rung aber all jene "Ereignisse" zu ignorieren, die im Prüfmodus erzeugt werden.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung in Verbindung mit der beigefügten zeichnerischen Darstel­ lung.

Kurzbeschreibung der Figuren

Die zeichnerische Darstellung, welche der Beschreibung beigefügt ist und Teil derselben bildet, zeigt mehrere Aspekte der Erfindung und dient zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern. In der Zeich­ nung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Überhit­ zungsdetektionssystems mit Prüfmodus-Funktionsmöglichkeit;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, welche ein erfindungsgemäßes Er­ eignislokalisierungsmodul und dessen Beziehung zu einem Kanal eines Überhitzungsdetektionssystems veranschaulicht;

Fig. 3 eine etwas detailliertere schematische Darstellung, welche die funktionelle Beziehung zwischen Schaltungskomponenten zeigt, die eine erste Ausführungsform des Ereignislokalisierungsmoduls bilden;

Fig. 4 eine schematische Darstellung, die eine der Signalformungsschal­ tungen von Fig. 3 zeigt;

Fig. 5 eine schematische Darstellung auf demselben allgemeinen Niveau wie Fig. 3, aber betreffend eine alternative und derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Gestal­ tung einer ersten Form von Leitungsschnittstellenmodul, welches Öffnungen bereitstellt, durch die die Enden der Messschleife hin­ durchgeführt werden können;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer zweiten Form von Schleifen­ schnittstellenmodul, welches nach Art einer Anschlussleiste für ein Luftfahrzeug ausgeführt ist; und

Fig. 8 eine zeichnerische Darstellung einer Isoliereinrichtung, welche in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung Anwendung finden kann.

Die Erfindung wird in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsfor­ men beschrieben, ohne jedoch die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele be­ schränken zu wollen. Vielmehr sollen alle Alternativen, Modifikationen und Äqui­ valente abgedeckt sein, die in den Bereich der Erfindung fallen, wie er in den bei­ gefügten Ansprüchen dargelegt ist.

Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Es wird nun auf die zeichnerische Darstellung Bezug genommen, gemäß welcher Fig. 1 ein Überhitzungsdetektionssystem 20 zeigt, welches einen Anzapfluft- Überwachungs-Computer 21 und eine Mehrzahl von Sensorschleifen 22 aufweist. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind nur zwei Schleifen 23, 24 darge­ stellt; die Kontrolleinrichtung kann aber auch mit noch mehr Schleifen arbeiten.

Es sei nun die Kontrollschleife 23 betrachtet, welche stellvertretend für die übri­ gen steht: sie liegt in Gestalt eines länglichen Kabels vor, welches einen mittleren Kern 25 und eine äußere Ummantelung 26 aufweist. Kern und Ummantelung sind in einer Koaxialkabel-artigen Anordnung durch ein Material voneinander getrennt, welches dazu vorgesehen ist, bei Erwärmung lokal zu schmelzen, um einen nie­ derohmigen Pfad zwischen dem Kern und der Ummantelung an der lokalisierten Stelle, an der das Kabel erwärmt wurde, zu erzeugen. Die Schleife 23 ist als ein langes Kabel ausgeführt und kann in gewissen Anwendungen, wie etwa für die Anzapfluftleitung für das Hilfstriebwerk eine Länge von 200 ft oder mehr haben.

Für den Fachmann wird offensichtlich sein, dass sie aus mehreren, individuellen Kabelabschnitten aufgebaut ist, welche durch Zwischenverbinder oder über An­ schlussblöcke miteinander verbunden sind. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Umman­ telung an Erde gelegt, und beide Enden des Kerns sind mit der Kontrolleinrich­ tung 21 verbunden. Im Falle der Schleife 23 ist der Kern mit Hilfe eines An­ schlussblocks 28 mit der Kontrolleinrichtung 21 verbunden. Das Kabel 24 ent­ spricht im Aufbau dem Kabel 23, wobei jedoch für den Anschluss an die Kontroll­ einrichtung kein Anschlussblock benutzt wird. Statt dessen wird der Mittellei­ ter 25 des Kabels 24 direkt zu der Kontrolleinrichtung 21 zurückgeführt und mit dieser verbunden, beispielsweise mit Hilfe von Verbindern 30.

Das Modul 21, welches gelegentlich auch als Anzapfluft-Überwachungs-Computer bezeichnet wird, hat mehrere Funktionen. Die im Zusammenhang mit der vorlie­ genden Anwendung interessierende Funktion ist die Befähigung, die Kabelschlei­ fen 22 anzusteuern und die Stromhöhen in den Schleifen zu messen. Zu diesem Zweck umfasst die Kontrolleinrichtung 21 eine Ansteuerschaltung 32, 33 für jede der Kabelschleifen. Beispielsweise sind in einer praktischen Ausführung die An­ steuerschaltungen 2 kHz-Rechteckwellen-Treiber- oder -Ansteuereinheiten, die eine 2 kHz-Ausgangspulsfolge mit circa 6,6 Volt Spitze-Spitze bereitstellen. In der vorliegenden Detailbeschreibung wird als Beispiel eine 2 kHz-Rechteckwellen- Ansteuereinheit verwendet; es versteht sich jedoch, dass das erfindungsgemäße System auch mit anderen Frequenzen und Wellenformen arbeiten kann. Der Wi­ derstand des Kabels, gemessen vom Mittelleiter 25 zum äußeren Mantel 26, ist üblicherweise sehr hoch; wenn kein Überhitzungszustand vorliegt, dann sind es lediglich Mikroamperes, die in dem Kabel aus dem Kern in die Ummantelung ab­ gezogen werden. Wenn aber ein Überhitzungszustand auftritt, dann verursacht der Kurzschluss zwischen dem Kern und der Ummantelung nach Masse (mit der die Ummantelung verbunden ist) eine deutliche Zunahme des Stromflusses in der Größenordnung von 10 Milliamperes oder mehr. Dieser erhöhte Stromfluss wird von einer Schaltungsanordnung (nicht gezeigt) gemessen, die innerhalb der Kontrolleinrichtung 21 angeordnet ist, die als Antwort darauf eine Warnung aus­ gibt, so etwa durch Aufleuchtenlassen einer Störlampe 34, 35, die mit dem Kanal verbunden ist, der die erhöhten Strommesswerte erzeugt hat.

Zum Verbinden der Ansteuerschaltungen 32, 33 mit den Schleifen 23, 24 sind Prüfkontakte 40, 41 vorgesehen. Im normalen Zustand, der in der Figur gezeich­ net ist, führen die Prüfkontakte die 2 kHz-Ansteuerung beiden Enden der Schleife zu. Weil im normalen Zustand die Schleife von der geerdeten Ummantelung iso­ liert ist, wie im Vorstehenden beschrieben, wird nur ein sehr kleiner Strom flie­ ßen. Wenn aber ein Überhitzungszustand einen Kern-Mantel-Kurzschluss verur­ sacht, dann wird der Strom an diesem überhitzten Ort von beiden Enden des Ka­ bels fließen und wird ansteigen, wie schon beschrieben.

Bedienelemente und Auslesemöglichkeiten für den Anzapfluft-Überwachungs- Computer stehen der Flugbesatzung im Cockpit zur Verfügung. Zu geeigneten Zeiten, zum Beispiel während der Überprüfung vor dem Fluge, kann es notwendig sein, das Überhitzungsdetektionssystem zu überprüfen. Zu diesem Zweck ist eine Prüfschalter-Betätigungseinrichtung 36 vorgesehen, um alle Prüfkontakte 40, 41 in ihre Alternativ- oder Prüfstellung zu schalten. Der Prüfschalter kann zum Bei­ spiel mit einem Relais verbunden sein, welches die Prüfkontakte 40, 41 betätigt. Eine Betätigung des Prüfschalters 36 führt dann dazu, dass die Kontakte 40, 41 in ihren Alternativzustand wechseln. In diesem Zustand bleiben die oberen Enden der Kerne 25 mit der 2 kHz-Ansteuerung verbunden, aber die unteren Enden werden an Masse geschaltet, so dass durch das gesamte Kabel ein höherer Strom fließt. Damit wird die Schleife auf Durchgang geprüft, wobei der Strom­ fluss wesentlich über den Grenzwert angehoben wird, was durch die interne Schaltungsanordnung der Kontrolleinrichtung 21 detektiert wird und zum Auf­ leuchten der Störlampe 34 führt. Jeder Kanal kann geprüft werden, um zu ge­ währleisten, dass alle Schaltungen funktionieren und alle Schleifen intakt sind.

Ein System der in Fig. 1 dargestellten Art stellt keinen Mechanismus bereit, mit dem bestimmt werden könnte, an welcher Stelle in der Schleife ein Überhit­ zungsereignis eingetreten ist. In Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird ein Modul bereitgestellt zur Verwendung in Verbindung mit einem System, wie es beispielhaft in Fig. 1 dargestellt ist, um Überhitzungslokalisierungsinformationen für das Wartungspersonal bereitzustellen. Ferner ist das Modul so gestaltet, dass es mit dem System von Fig. 1 auf nicht-intrusive Art und Weise verbunden ist. Eine Folge davon ist, dass das System nach Fig. 1, nachdem es erst einmal im Flug erprobt und zertifiziert wurde, seine Zertifizierung behalten kann, weil es durch das Ereignislokalisierungsmodul, wie es nun beschrieben wird, nicht verän­ dert wird. Das Ereignislokalisierungsmodul misst zwar in der Tat Ströme, die in dem System von Fig. 1 fließen; dies geschieht aber über einen Mechanismus, der keine elektronischen Komponenten direkt in die Schaltungsanordnung oder in das System von Fig. 1 einfügt. Die Ströme werden auf nicht-intrusivem Wege gemes­ sen, und die Kontrolleinrichtung, welche die Ereignislokalisierungsinformationen ermittelt, arbeitet allein auf der Grundlage dieser Ströme und ohne dass irgend­ eine weitere elektrische Verbindung mit dem Kontrollsystem von Fig. 1 erforder­ lich wäre.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, welche in schematischer Weise das Computermodul 21 zeigt, und zwar verbunden mit einer einzelnen Schleife 23, stellvertretend für die Mehrzahl von Schleifen 22. Die Schleife 23 weist einen mittleren Kern 25 auf, der mit der Kontrolleinrichtung 21 verbunden ist. Die Um­ mantelung 26 ist mit Masse verbunden, wie gezeigt.

Für die Durchführung der Erfindung sind ein Paar Stromsensoren, im vorliegen­ den Fall ein Paar Stromwandler 50, 51 mit den jeweiligen Enden des Kerns 25 verbunden, um den Strom in dem Kern an dessen jeweiligen Enden zu messen. Die Stromwandler 50, 51 haben freie Öffnungen 52 in ihren Mitten, durch die die Enden des Kerns 25 hindurchgeführt werden. Mit dieser Ausführungsform ist es nicht notwendig, die Enden des Kerns zu schneiden oder auf andere Weise zu trennen; sie werden einfach von der Kontrolleinrichtung getrennt, durch den Kern des zugehörigen Wandlers 52 geführt, und dann wieder mit der Kontrollein­ richtung verbunden. Die in dem Kern 25 fließenden 2 kHz-Ströme werden dann von den Wandlern 50, 51 gemessen, um einem Ereignislokalisierungsmodul 55 Signale bereitzustellen. Weitere Verbindungen zu dem Anzapfluft-Überwachungs- Kontrollsystem von Fig. 1 müssen nicht hergestellt werden.

Die Kontrolleinrichtung 55 ist in sehr verallgemeinerter Form in Fig. 2 dargestellt. Wie ersichtlich, umfasst die Einrichtung einen Display- oder Anzeigebereich 56, bei dem es sich bevorzugt um eine alphanumerische Anzeigeeinrichtung handelt, welche von einem internen Prozessor angesteuert wird, um Ereignislokalisie­ rungsinformationen anzuzeigen. Die Ereignislokalisierungsinformationen könnten folgendes umfassen: die Zeit des Auftretens des Ereignisses, die Schleife, in der das Ereignis eingetreten ist, und den Ort in der Schleife, an dem das Ereignis aufgetreten ist. Der Ort kann zum Beispiel prozentual, beginnend im Anfangs­ punkt der Schleife, angegeben werden. Alternativ können Prozentwerte, die durch einen in dem internen Prozessor speicherresident vorhandenen Algorith­ mus bestimmt werden, mit Mitteln, wie zum Beispiel einer Tabelle, in Örtlichkei­ ten in dem Luftfahrzeug umgesetzt werden. Demnach kann dann die Anzeigeein­ richtung einfach eine Nachricht anzeigen, die für das Wartungspersonal verständ­ lich ist, zum Beispiel "Schott XY", um exakt den Ort zu identifizieren, an dem ein bestimmtes Überhitzungsereignis eingetreten ist.

Die Kontrolleinrichtung kann zusätzliche Display-Anzeiger aufweisen, zum Bei­ spiel eine blinkende LED 57, um anzuzeigen, dass seit dem letzten Wartungs­ dienst ein Fehler aufgetreten ist. Ein Paar Richtungstasten 58 oder andere Be­ dienelemente ermöglichen es, sich durch das Display zu bewegen. Es ist eine Löschtaste 59 vorhanden, die es ermöglicht, ein Ereignis zu löschen, nachdem das Wartungspersonal sich damit befasst hat.

Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, welche mit etwas mehr Detail eine Ausführungsform einer Schaltungskonfiguration zeigt, die so aufgebaut ist, dass sie in Einklang mit der vorliegenden Erfindung arbeiten kann. Das System be­ nutzt Stromsensorschaltungen, welche auf den Stromfluss an den jeweiligen En­ den der Schleife ansprechen und Signale erzeugen, die auf zwei Arten von Infor­ mationen hin verarbeitet werden: 1) die Bestimmung, dass ein wirklicher Über­ hitzungszustand (im Unterschied zu einem falschen Überhitzungszustand, der durch Drücken des Prüfknopfes hervorgerufen wird) eingetreten ist und 2) wenn ein Überhitzungsereignis eingetreten ist, die Bestimmung - basierend auf den gemessenen Strömen - des Ortes des Ereignisses entlang dem Kabel. Das Sy­ stem ist ferner dafür programmiert, auf die Detektion eines Überhitzungsereig­ nisses dadurch anzusprechen, dass es in einem Speicher Informationen für das Wartungspersonal zur späteren Anzeige speichert.

Demnach sind, wie auf der linken Seite in Fig. 3 gezeigt, die Enden des Kabel­ mittelleiters 25 mit nicht-intrusiven Stromsensoren verbunden. In der darge­ stellten beispielhaften Ausführungsform gehen die Enden des Mittelleiters 25 durch die mittigen Öffnungen in den Stromwandlern 50, 51 hindurch. Jeder Stromwandler weist ein Paar Ausgangssignalleitungen 60, 61 auf, und diese Lei­ tungen sind an Signalformungs-Schaltungsblöcke 62 bzw. 63 gekoppelt, welche auch als Strom-Spannungs-Wandler bezeichnet werden. Die Signalformungs- Schaltungsanordnung wird weiter unten noch ausführlicher beschrieben; im we­ sentlichen aber übt sie die Funktion aus, die von dem zugeordneten Stromwand­ ler gemessenen Ströme zu überwachen und eine Ausgangsspannung zu erzeu­ gen, die für den gemessenen Strom repräsentativ ist.

Ebenfalls mit den Stromsensoren 50, 51 verbunden und als Teil der strommes­ senden Schaltungsanordnung fungierend, sind Schaltungen vorhanden, welche Informationen bezüglich Betrag oder Größe und Phase aus den von den Strom­ wandlern gelieferten Signalen extrahieren. Zwei Beispiele solcher Schaltungen werden in der vorliegenden Offenbarung erläutert. Bezugnehmend auf die Aus­ führungsform nach Fig. 3 umfasst die Schaltungsanordnung Elemente, welche das System mit der einlaufenden Pulsfolge (im vorliegenden Beispiel sind dies 2 kHz-Rechteckpulse) synchronisieren, Timing-Informationen extrahieren und diese Timing-Informationen dazu verwenden, das eingehende Signal abzutasten. Im Besonderen werden Timing-Informationen von dem durch die Strom-Span­ nungs-Wandler 62, 63 hindurchgeführten Signal mit Hilfe einer Timing-Schal­ tungsanordnung 65 extrahiert. Diese Schaltungsanordnung umfasst ein Flan­ kenextraktionsmodul 66, welches Hochleistungsverstärker enthalten kann, die angeschlossen sind, um die ansteigenden und abfallenden Flanken der 2 kHz- Pulse zu erfassen. Die so detektierten Flanken werden an einen Timing-Genera­ tor 67 gekoppelt, der ein Paar monostabiler Multivibratoren umfassen kann, die Periodendauern haben, welche auf die 2 kHz-Welle bezogen sind. Solche Gene­ ratoren werden von der Flankenextraktions-Schaltungsanordnung getriggert, um ein Paar Ausgangssignale zu erzeugen, die als Abtast- und Klemm-(Sample-and- Clamp-)Signale bezeichnet werden. Die Sample-and-Clamp-Signale sind an einen Analog-Multiplexer 70 gekoppelt, dessen Eingänge mit den Signalformungsmo­ dulen 62, 63 gekoppelt sind.

Ohne die Erfindung einschränken zu wollen, wird nun auf eine praktische Imple­ mentierung der Timing- und Multiplex-Schaltungsanordnung Bezug genommen. In bestehenden Systemen zeigte die 2 kHz-Rechteckwelle eine Überschwingcha­ rakteristik an der Vorderflanke jedes Pulses. Das Überschwingen zu den Schlei­ fenstrommessungen beitragen zu lassen, hätte unerwünschte Fehler zur Folge. Zum Messen der Größe der Strompulse unter Vernachlässigung des Beitrags des Überschwingens wurde ein 2-Phasen-Timing-Generator konfiguriert, wie in Fig. 3 dargestellt. Unmittelbar nach Detektion einer ansteigenden Flanke eines einlau­ fenden Pulses wird ein kurzdauernder Clamp-Puls erzeugt und an die Eingänge A2 und A3 des Multiplexers 70 gekoppelt. Weil die Eingänge In2 und In3 mit den Ausgängen 1 bzw. 4 gekoppelt sind und weil die Ausgänge 2 und 3 an Erde ge­ legt sind, ergibt es sich, dass für die Dauer des Klemm-Pulses die Ausgänge 1 und 4 (die zwei Signalausgänge) an Masse geklemmt sind. Die Dauer des Klemm-Pulses wurde experimentell bestimmt, so dass sie angenähert mit der Dauer des Überschwingens in der 2 kHz-Reckteckwelle übereinstimmt. Unmittel­ bar nach der abfallenden Flanke des Clamp-Pulses wird ein Sample-Puls erzeugt. Wie man sieht, ist der Sample-Puls mit den Eingänge A1 und A4 des Multiple­ xers 70 gekoppelt, so dass das von den Signalformungsschaltungen 62, 63 empfangene Signal für die Dauer des Sample-Pulses an die Multiplexer-Ausgänge 1 bzw. 4 gekoppelt ist. Die Multiplexer-Ausgangssignale werden durch Pufferver­ stärker 71, 72 geschickt, um analoge Signale zu erzeugen, die Spannungspegel aufweisen, die auf die gemessenen Ströme bezogen sind und zur Weiterverar­ beitung verwendet werden. Diese Signale sind in der zeichnerischen Darstellung mit Cur1 und Cur2 bezeichnet und werden für die Durchführung von zwei Funk­ tionen verwendet. Die erste Funktion besteht darin, dem Prozessor 75 Span­ nungspegel zuzuführen, welche digitalisiert werden können und welche in einem Brücken-Algorithmus verwendet können, um den Ort eines Fehlers abzuschätzen. Die zweite besteht daran, die Möglichkeit zu schaffen, die Signale zu vergleichen, um zwischen einem wirklichen Fehlerzustand und einem unechten Fehler zu un­ terscheiden, der durch einen Prüfvorgang hervorgerufen wird.

Zusammenfassend kann bezüglich der Ausführungsform nach Fig. 3 gesagt wer­ den, dass die von den Stromwandlern gemessenen Signale in den Signalfor­ mungsschaltungen 62, 63 in Spannungssignale umgesetzt werden. Die Timing- und Multiplex-Schaltungsanordnung extrahiert Timing-Informationen, reinigt die Signale und erzeugt Ausgangssignale, deren Größe und Dauer durch die ur­ sprünglich gemessenen Strompulse bestimmt wird. Diese Signale werden dann verarbeitet, um zu detektieren, ob ein Überhitzungszustand wirksam ist, und, wenn dem so ist, um abzuschätzen, an welcher Stelle längs des Kabels das Er­ eignis eingetreten ist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich wird, sind die Stromsignale an ein Prozessormodul 75 gekoppelt, bei dem es sich bevorzugt um einen Mikroprozessor oder Microcon­ troller handelt. Der Prozessor 75 ist so programmiert, dass er einen Algorithmus enthält, der auf Widerstandsmessungen auf der Grundlage von Brückenmess­ verfahren basiert, um aus Differenzen zwischen Cur1 und Cur2 den Ort in dem Kabel zu bestimmen, an dem ein Überhitzungszustand aufgetreten sein könnte. Der Prozessor 75 arbeitet mit einer Display- oder Anzeigeeinrichtung 76, um diese Informationen anzuzeigen, und mit einem Speicher 77, um diese Informa­ tionen für das Wartungspersonal zu registrieren. Eine Bedienerschnittstelle 78 steht ebenfalls zur Verfügung, um die Anzeigeeinrichtung anzusteuern und den Speicher 77 zu steuern.

In Einklang mit der Erfindung werden nur reale Ereignisinformationen in dem Speicher 77 abgelegt, und der Prozessor ist so ausgeführt, dass er den normalen Betriebszustand, in dem kein Überhitzungsereignis eingetreten ist, oder den Prüf­ zustand ignoriert. In Gegenwart eines wirklichen Überhitzungszustandes erteilt eine "Fehler vorhanden"-Schaltung dem Prozessor den Befehl, die Berechnungen durchzuführen, welche Ereignislokalisierungsinformationen erzeugen. In der Ausführungsform nach Fig. 3 wird das Signal zum Start der Berechnungen durch eine außerhalb des Prozessors (75) angeordnete Schaltungsanordnung erzeugt, und der Interrupt-Eingang 79 des Prozessors wird als Trigger-Befehl verwendet. Durch Anlegen eines Signals an den Interrupt-Eingang 79 wird der Prozessor veranlasst, die programmierten Routinen durchzuführen, um Ströme zu messen, Ereignislokalisierungen zu berechnen und diese Informationen für spätere An­ zeige und Verwendung zu speichern. Ohne die Erzeugung eines Interrupt-Signals werden keine solchen Informationen gespeichert und der Prozessor muss nicht einmal die Stromsignale messen.

Bei der praktischen Realisierung der Ausführungsform nach Fig. 3 wird der In­ terrupt-Eingang von der Schaltungsanordnung des Moduls angesteuert, welches die Ströme (in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform sind dies Span­ nungssignale, welche repräsentativ für die Ströme stehen) vergleicht, um zwei Bedingungen zu bestimmen: a) ob sie hoch genug sind, um einen Überhitzungs­ zustand zu repräsentieren und b) ob ihre Phase so ist, dass die Bedingung im normalen Betriebsmodus hervorgerufen wird, und nicht im Prüfmodus. Wie er­ sichtlich, ist ein Summierverstärker 80 angeschlossen, um die Signale Cur1 und Cur2 über Summierwiderstände 81, 82, die vom Wert her bevorzugt gleich groß sind, zu empfangen. Wenn das System im normalen Betriebsmodus ist, dann ha­ ben die Ströme durch beide Sensoren 50, 51 die gleiche Richtung und die Schal­ tungsanordnung ist phasenmäßig so, dass die beiden durch die Summierwider­ stände 81, 82 hindurchgeführten Signale sich zu einem größeren Signal am Ein­ gang des Summierverstärkers 80 summieren. Damit sind im Überhitzungszu­ stand die summierten Signale genügend groß, um die Schwelle einer Schwell­ werteinrichtung 84, bei der es sich zum Beispiel um eine Zener-Diode handeln kann, zu überwinden, um in einem Hystereseverstärker 85 ein Ausgangssignal zu erzeugen. Dieses Ausgangssignal ist mit einem NAND-Gatter 86 gekoppelt, an welches auch der Clamp-Ausgang des Timing-Generators 67 gekoppelt ist. Wenn also das Clamp-Signal inaktiv ist und wenn die durch die Summierwiderstän­ de 81, 82 hindurchgeführten Signale Cur1 und Cur2 in gleicher Phase sind und eine Summe erzeugen, die hinreichend groß ist, dann wird das NAND-Gatter 86 befriedigt und erzeugt ein Interrupt-Signal an seinem Ausgang. Dieses Interrupt- Signal wird den Prozessor dazu veranlassen, die Ströme zu messen, wie im fol­ genden beschrieben werden wird.

Nun sei jedoch angenommen, die in der Schleife fließenden Ströme seien gestie­ gen, ihr Anstieg sei aber durch einen falschen Überhitzungszustand hervorgeru­ fen, verursacht durch eine Betätigung des Prüfschalters. In diesem Fall wird der Strom, der den Stromsensor 50 oder 51 durchfließt, eine gegenüber dem nor­ malerweise anzutreffenden entgegengesetzte Richtung haben, weil das entspre­ chende Kabelende nicht angesteuert wird, sondern mit Masse verbunden ist. Eine Folge davon ist, dass der Strom durch die Signalformungsschaltungen 62 und der Strom durch die Signalformungsschaltung 63 gegenphasig sind, so dass Signale Cur1 und Cur2 durch die Summierwiderstände 81, 82 erzeugt werden, die der Größe nach ähnlich, aber gegenphasig sind. Wenn die außerphasigen Signale in dem Verstärker 80 addiert werden, entsteht an dessen Ausgang ein Signal, wel­ ches nicht ausreicht, um die Schwellwerteinrichtung 84 zu überwinden oder ein Interrupt-Signal zu erzeugen.

In ähnlicher Weise ergibt es sich in dem Fall, dass kein Fehlerzustand, wirklich oder simuliert, in der Schleife vorliegt, dass die Ströme in der Schleife hinrei­ chend gering sind, so dass selbst dann, wenn sie am Eingang des Verstärkers 80 summiert werden, das am Ausgang erscheinende Signal nicht geeignet sein wird, die Schwellwerteinrichtung 84 zu überwinden; das Ergebnis ist, dass kein Inter­ rupt-Signal generiert wird.

Unter der Annahme, das als Beispiel angegebene System arbeite auf der Basis einer 2 kHz-Ansteuerung, und angenommen, der Timing-Generator 65 sei invol­ viert, um die Interrupt-Signale zu erzeugen, dann ergibt es sich in dem Fall, dass ein wirklicher Überhitzungszustand detektiert wird, dass die Interrupt-Signale mit einer Rate von ca. 4000 Interrupts pro Sekunde erzeugt werden. Bei Erhalt von Interrupts wird der Prozessor 75 beide analogen Eingangssignale Cur1 und Cur2 kontinuierlich erfassen.

Die Signale Cur1 und Cur2 - nach Digitalisierung durch den Prozessor - können auf vielen verschiedenen Wegen behandelt werden, um zu den erfindungsgemä­ ßen Ergebnissen zu gelangen. Bei einem Beispiel, bei dem die gemessenen Si­ gnale verarbeitet werden, um den Ort des Überhitzungsereignisses abzuschätzen, summiert der Prozessor die gemessenen Stromsignale, und wenn die Summe größer ist als eine gegebene Schwelle, z. B. 3 Volt rms in einem Beispiel, dann wird er die Überwachung der analogen Eingänge für etwa 500 Millisekunden fort­ setzen. Bleibt die Summe größer als die Schwelle für die Dauer dieser Zeit, wird der Prozessor den Mittelwert der beiden analogen Eingangssignale über 64 oder mehr der über einen Zeitraum von 100 Millisekunden bis 250 Millisekunden par­ allel erfassten Werte berechnen. Der Prozessor mittelt dann die Messwerte und berechnet mit Hilfe von Brückengleichungen die Lokalisierung des Ereignisses. Der Prozessor ist so programmiert, dass er das Ereignis weiter überwacht, um Zeit und Dauer des Ereignisses zu registrieren. Er ist ferner so programmiert, dass er mit dem Schwellwertmodul 84 zusammenarbeitet, um ein Überhitzungs­ ereignis zu beenden, wenn die Summe der verarbeiteten analogen Signale unter einen vorbestimmten Wert fällt, zum Beispiel zwei Volt rms über einen Zeitraum von ca. 250 Millisekunden.

Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, welche einige zusätzliche Details der Signalformungsschaltungs-Anordnung 62 zeigt. Links in der zeichnerischen Dar­ stellung ist das 2 kHz-Rechteckwellen-Eingangssignal gezeigt, welches von dem Stromwandler erzeugt wird. Dieses Signal wird an einen Operationsverstär­ ker 100 weitergegeben, der angeschlossen ist, um ein verstärktes Ausgangs­ signal an einem Anschluss 101 zu erzeugen, welches ein bekanntes Vielfaches des von dem Stromwandler gelieferten Eingangssignals darstellt. Ein Kondensator im Rückführpfad des Verstärkers 100 vermindert die Rauschneigung. Eine insge­ samt mit 102 bezeichnete Auto-Null-Schaltung umfasst einen weiteren Operati­ onsverstärker 103, dessen Eingang mit dem Anschluss 101 verbunden ist und dessen Ausgang auf den nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 100 zu­ rückgeführt wird. Somit werden DC-Verschiebungen im Gesamtpegel des Aus­ gangssignals durch die Auto-Null-Schaltung 102 neutralisiert. Eine Antisätti­ gungsschaltung, insgesamt mit 105 bezeichnet, umfasst ein Paar Transistoren, welche wie gezeigt geschaltet sind und welche die Tendenz zeigen, zu verhin­ dern, dass das Signal an dem Anschluss 101 oszilliert, wenn die Schaltung stark übersteuert wird. Das Ergebnis ist ein Ausgangssignal an dem Anschluss 101, welches eine genaue Repräsentation des von dem Stromwandler gemessenen Eingangssignales ist und einen Spannungspegel aufweist, der für dieses Ein­ gangssignal repräsentativ ist. Diese Spannung wird dann von der restlichen Schaltungsanordnung verarbeitet, wie im Vorstehenden beschrieben.

Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, welche eine alternative und derzeit be­ vorzugte Ausführungsform eines in Einklang mit der vorliegenden Erfindung aus­ geführten Ereignislokalisierungsmoduls zeigt. Die Prozessor-Komponenten, auf der rechten Seite in Fig. 5 abgebildet, sind im wesentlichen identisch mit denje­ nigen, die in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben worden sind. Die in Fig. 5 darge­ stellte strommessende Schaltungsanordnung weist eine etwas unterschiedliche Form der Ausgestaltung auf.

Allgemein benutzen beide offenbarten Ausführungsformen einen Strom-Span­ nungs-Wandler zum Umsetzen der Stromsignale, welche von den Stromsen­ soreinrichtungen aufgenommen werden, in ein Spannungssignal zur Weiterverar­ beitung. In beiden Fällen wird das Spannungssignal dann verarbeitet, um Signale zu erzeugen, die auf die Größe und die Phase der Ströme in den Stromsensoren bezogen sind. Dies wird in der Ausführungsform nach Fig. 3 dadurch vorgenom­ men, dass eine Timing-Extraktions-Schaltungsanordnung verwendet wird, welche das Signal zu geeigneten Zeiten abtastet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist keine Timing-Schaltungsanordnung erforderlich. An deren Stelle verarbeiten Bandpassfilter die Signale, um die Signale in der interessierenden Bandbreite zu begünstigen und Signale außerhalb dieser Bandbreite zu unterdrücken. Wie in der Ausführungsform nach Fig. 3, erzeugt auch in der Ausführungsform von Fig. 5 die strommessende Schaltungsanordnung Signale Cur1 und Cur2, deren Größe und Phase bezeichnend sind für die Stromsignale in den Stromwandlern. Die Signale Cur1 und Cur2 werden auf ähnliche Art und Weise verarbeitet, wie in Verbindung mit Fig. 3 bereits beschrieben.

Im Einzelnen zeigt Fig. 5 eine Messschleife 23 mit einer äußeren Ummante­ lung 26 und einem inneren Kern 25, die von einer Kontrolleinrichtung 21 ange­ steuert wird. Wie in der zeichnerischen Darstellung gezeigt, wird der Kern 25 durch das Zentrum der Stromwandler 250, 251 hindurchgeführt. Die Ausgänge der Wandler 250, 251 sind durch Dioden 210, 211 geklemmt, so dass das Strom­ signal die Energieversorgung nicht überschreiten wird, und sind mit Strom-Span­ nungs-Wandlern 262, 263 verbunden. Die Strom-Spannungs-Wandler 262, 263 können basierend auf der Darstellung von Fig. 4 ausgeführt sein, wobei jedoch auf die Auto-Null-Schaltung und die Antisättigungsschaltung jener Ausführungs­ form verzichtet werden kann.

Bei der praktischen Realisierung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels von Fig. 5 werden die Ausgangssignale von den Strom-Spannungswand­ lern 262, 263 an ihnen zugeordnete Bandpassfilter 200, 201 weitergeleitet. Bei der beispielhaft dargestellten Ausführungsform wird es bevorzugt, die Kopplung zwischen dem Strom-Spannungs-Wandler und dem Bandpassfilter als AC-Kopp­ lung zu realisieren, und zur Realisierung dieses AC-Kopplungsaspektes sind Kon­ densatoren 202, 203 zwischengeschaltet.

Die Bandpassfilter sind nicht im Detail dargestellt, sondern sind nur als ein Block gezeichnet, der einen Verstärker enthält. Es steht umfangreiche Fachliteratur zur Verfügung, um Bandpassfilter entsprechend den gewünschten Charakteristika zu realisieren. Im vorliegenden Fall ist die grundlegende, von den Bandpassfiltern zu erzielende Charakteristik (unter der Annahme einer Betriebsfrequenz von 2100 Hz für die Sensorschleife in diesem Beispiel) eine Betriebsmittenfrequenz von 2100 Hz. Die obere und untere Grenzfrequenz wird so gesetzt, dass typi­ sches, luftfahrzeuginduziertes Geräusch oder Rauschen (400 Hz) gedämpft wird, ebenso wie eventuell existierende Harmonische, zum Beispiel Verzerrungen der Mittenfrequenz der Schleife.

Die gefilterte 2100 Hz-Rechteckwelle, welche die Bandpassfilter 200, 201 ver­ lässt, wird dann auf Pufferverstärker 206, 207 gegeben, wo sie verstärkt wird, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu maximieren. Die Ausgangssignale der Puf­ ferverstärker 206, 207 sind mit: Cur1 und Cur2 bezeichnet, um darauf hinzuwei­ sen, dass, wie im vorhergehenden Beispiel, diese Signale die Größe und Phase der von den Stromwandlern gemessenen Ströme repräsentieren.

Der Prozessor 275 der Ausführungsform nach Fig. 5 ist auf ähnliche Weise pro­ grammiert wie der Prozessor 75 der Ausführungsform von Fig. 3, soweit es die Algorithmen betrifft, welche Brückenrechnungen implementieren, um Orts- oder Lokalisierungsinformationen zu bestimmen. Der Prozessor der Ausführungsform nach Fig. 5 verwendet jedoch gewisse interne Verarbeitungskomponenten, um das "Fehler vorhanden"-Signal zu erzeugen, welches in der Ausführungsform nach Fig. 3 durch Prozessor-externe Elemente erzeugt wurde.

Es wird nun erneut auf Fig. 5 Bezug genommen, gemäß welcher ein Summierver­ stärker 280 vorgesehen ist, der einen Eingangswiderstand 281 aufweist, welcher mit dem Signal Cur1 gekoppelt ist, und einen Eingangswiderstand 282, der mit dem Signal Cur2 gekoppelt ist. Wie der Summierverstärker 80 der Ausführungs­ form nach Fig. 3, so summiert auch der Summierverstärker 280 dadurch Betrag und Phase der Signale Cur1 und Cur2 als Teil der Erzeugung des "Fehler vorhan­ den"-Signals. Das von dem Summierverstärker 280 in der Ausführungsform von Fig. 5 erzeugte Summensignal wird direkt mit dem Prozessor 275 gekoppelt, wo es - wie die Signale Cur1 und Cur2 - digitalisiert wird. Das digitalisierte Summen­ signal wird von dem Prozessor überwacht, um zu bestimmen, wann es eine vorab festgelegte, programmierte Schwelle überschreitet. Wenn die Amplitude von dem Summierverstärker 280, die eine rms-Amplitude sein kann, eine vorgegebene Alarmschwelle überschreitet, erzeugt der Prozessor ein internes "Fehler vorhan­ den"-Signal, welches dem Prozessor den Befehl erteilt, die Algorithmen aufzuru­ fen, welche die im Vorstehenden erwähnten Brückenrechnungen durchführen, um die Ereignislokalisierungsinformationen zu ermitteln.

Als eine weitere Alternative besteht auch die Möglichkeit, weitere Elemente der Strommessungsfunktionalität in den Prozessor zu verlagern. So besteht zum Bei­ spiel dadurch, dass der Prozessor bereits die Signale Cur1 und Cur2 digitalisiert, auch die Möglichkeit, einen Algorithmus in dem Prozessor zu benutzen, mit dem Betrag und Phase dieser Signale algebraisch summiert werden können, um ein Äquivalent des Ausgangssignals des Summierverstärkers 280 innerhalb des Pro­ zessors selbst zu erzeugen.

Das System nach Fig. 5 enthält auch ein Prüfmodul 290 mit einem Paar von Drähten 291, welche durch beide Stromwandler 50, 51 hindurchgeführt werden, um eine komplette Schleife, beginnend am Prüfmodul 290, zu bilden. Das Prüf­ modul 290 wird über eine Ausgangsleitung 292 von dem Prozessor angesteuert. Wenn der Prozessor seine Ereignislokalisierungs-Schaltungsanordung prüfen will, schickt er ein Signal auf die Leitung 292, wodurch das Prüfmodul 290 veranlasst wird, seinen Ausgangsleitungen 291 einen kleinen Strom einzuprägen. Der kleine Strom durchfließt die Stromwandler 250, 251. Der Strom ist so klein, dass er den Gesamtbetrieb der Schleife 23 nicht abträglich beeinflusst. Der Prüfstrom ist aber groß genug, um von den Sekundärwicklungen 200, 261 erfasst zu werden, um Signale zu erzeugen, die durch die Strom-Spannungs-Wandler, die Bandpassfilter und die Pufferverstärker geleitet werden, um Signale Cur1 und Cur2 zu erzeugen, welche von dem Prozessor summiert und gemessen werden.

Es wird auch erkennbar sein, dass gewisse Aspekte von Fig. 3 und Fig. 5, falls gewünscht, kombiniert werden können, um die Vorteile der Erfindung zu erhal­ ten. Beispielsweise kann die teilweise interne Verarbeitung des "Fehler vorhan­ den"-Signals nach Fig. 5 auch in der Implementierung von Fig. 3 verwendet wer­ den. Zahlreiche weitere Varianten und Kombinationen sind möglich.

Wie im Vorstehenden erwähnt, kann das Leitungsschnittstellenmodul, welches die eigentliche Schnittstelle zu dem Überhitzungsdetektionssystem bildet, auf verschiedene Art und Weise ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 6 abgebildet. Die Figur zeigt ein Modul, welches in der Lage ist, zwei Sensor­ schleifen zu handhaben. Das Modul ist einfach ein Block, bevorzugt aus einem nichtleitenden, nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus einem Kunststoff. Innerhalb des Blocks sind die strommessenden Elemente angeordnet. So sind zum Beispiel in dem Block 110 Toroide 111 bis 114 angeordnet und mit Bohrun­ gen 115 bis 118 verbunden. Jeder Toroid ist, nach herkömmlicher Art, mit einer Messspule bewickelt. Die Drähte von den Messspulen sind in den Fig. 6 bzw. 7 sind gezeigt, aber dies sind die Drähte, die mit der im Vorstehenden be­ schriebenen Messschaltungsanordnung verbunden werden. Die jeweiligen Enden des Kerns einer Schleife werden zum Beispiel durch die Bohrungen 115 und 116 hindurchgeführt, und zwar so, dass die Enden durch die entsprechenden Strom­ wandler 111, 112 hindurchgeführt werden. Die dann aus dem Modul 110 austre­ tenden Enden des Kerns werden mit der Überhitzungsdetektionssystem-Kontroll­ einrichtung verbunden. Die Drähte der Schleife müssen in keinerlei Weise unter­ brochen werden, sondern es wird einfach die Verbindung mit dem Modul 110 an Ort und Stelle gelöst bzw. wiederhergestellt.

Fig. 7 zeigt eine weitere Form von Leitungsschnittstellenmodul, in diesem Fall ein Modul, welches nur eine einzelne Schleife zu handhaben vermag. Das Modul äh­ nelt in seiner Ausführung sehr stark einem standardmäßigen Anschlussblock für ein Luftfahrzeug, und ist an einer geeigneten Stelle in dem Luftfahrzeug mit Hilfe einer Montageschraube 120 montierbar. Auf der rechten Seite des Moduls 121 ist ein Paar von Klemmen 122 angeordnet zur Verbindung mit den inneren Leitern der Kabelschleife. Am anderen Ende des Anschlussblocks befindet sich ein wei­ teres Paar von Klemmen 123 zur Verbindung mit dem Anzapfluft-Überwa­ chungscomputer. Einfache Drahtleiter 125, 126, bevorzugt in den Block 121 eingeformt, verbinden die entsprechenden Anschlüsse, um einen einfachen und konventionellen Shunt durch den Anschlussblock herzustellen. Der Anschluss­ block 121 ist in diesem Fall dahingehend modifiziert, dass er vorgegossene Öff­ nungen zur Aufnahme von Strommesswandlern 127, 128 aufweist, durch die hindurch die Drahtbrücken (Jumper) geführt werden.

Sowohl im Falle von Fig. 6 wie auch im Falle von Fig. 7 weisen die Stromwand­ lermodule geeignete Ausgangsleitungen auf, wie in Verbindung mit Fig. 3 erörtert worden ist, um der strommessenden Schaltungsanordnung Messsignale zuzu­ führen. In einigen Fällen mag es wünschenswert sein, effektiv eine gedruckte Schaltung in das Modul 110 oder 121 einzufügen, die einen gewissen Teil der analogen Schaltungsanordnungen, wie sie in Verbindung mit Fig. 3 und Fig. 5 beschrieben worden sind, trägt. In anderen Fällen sind die Module möglicher­ weise so nahe an dem Ereignislokalisierungsprozessor angeordnet, dass es ge­ nügt, die Anschlussleitungen von den Stromwandlern zu dem dicht benachbart angeordneten Ereignislokalisierungsprozessor zu führen.

In der vorstehenden Beschreibung ist der nicht-intrusive Mechanismus zum Mes­ sen von Strömen an den jeweiligen Enden einer Schleife von Stromwandlern ge­ bildet. Stromwandler stellen die derzeit bevorzugte Ausführungsform dar; sie sind jedoch keineswegs die einzige Art von nicht-intrusiven Stromsensoren, die Verwendung finden können. So können zum Beispiel Bauelemente, die auf dem Hall-Effekt beruhen, in den jeweiligen Modulen, die in den Fig. 6 und 7 ge­ zeigt sind, angrenzend an die Drahtbrücken bzw. den eigentlichen Schleifenkern angeordnet sein, um den in der Schleife fließenden Strom zu messen und der Kontrolleinrichtung Signale bereitzustellen, die sowohl für die Größe als auch für die Phase des Stroms bezeichnend sind.

Die mit dem erfindungsgemäßen Überhitzungsdetektionssystem erzielbare Ge­ nauigkeit ist, weil das System auf schon existierenden, bereits installierten Sen­ sorschleifen basiert, begrenzt, aber dennoch für viele Bedingungen ausreichend.

Es gibt jedoch Situationen, beispielsweise dann, wenn die Überhitzung auf der einen oder der anderen Seite eines Schotts liegt, in denen es wichtig ist, mit Ge­ nauigkeit einzukreisen, auf welcher Seite des Schotts der Überhitzungszustand aufgetreten ist. Für die praktische Ausführung der Erfindung werden zusätzliche Mittel zum Isolieren zwischen Kabelabschnitten bereitgestellt.

Es wird nun auf Fig. 8 Bezug genommen, welche eine Isoliereinrichtung 150 zeigt. Die. Isoliereinrichtung ist mechanisch so aufgebaut, dass sie zu der mecha­ nischen Ausführung des Kabels und der zugehörigen Verbinder passt. Typisch werden Verbindungen vom BNC-Typ zum Verbinden von Kabelenden verwendet. Die Isoliereinrichtung 150 hat ein männliches und ein weibliches BNC-Ende, mit 151 bzw. 152 bezeichnet, so dass sie unter Anwendung standardmäßiger Verbin­ dungstechniken leicht zwischen zwei Kabeln eingefügt werden kann. Die Um­ mantelung des Kabels ist über die Isoliereinrichtung 150 hinweg mittels des me­ tallischen Gehäuseelementes des Verbinders elektrisch verbunden. Der Kern aber weist einen zwischengeschalteten konzentrierten Widerstand auf, der schema­ tisch bei 155 dargestellt ist. Der Widerstand kann in der Größenordnung von 2 bis 4 Ohm liegen, was mehr als eine Größenordnung über dem Widerstand eines Kabelabschnitts liegt. Die Zonen-Isoliereinrichtungen können als Einrichtungen betrachtet werden, welche das Kabel elektrisch in Zonen teilen, welche zwischen den Isoliereinrichtungen definiert sind. Demnach wird bei einem System, in dem Isoliereinrichtungen zwischen jedem Kabelabschnitt verwendet werden, die Er­ eignislokalisierungstafel dann die Wirkung haben, den Fehler auf einen individu­ ellen Kabelabschnitt einzukreisen. Der konzentrierte Widerstand 155 in jeder der Isoliereinrichtungen macht den Widerstand der Sensorschleife sowie Fehler oder Ungenauigkeiten in der Schleife vernachlässigbar. Wenn zum Beispiel fünf Iso­ liereinrichtungen gleichmäßig entlang einer Sensorschleife mit einer Länge von 150 ft verteilt sind, dann wird es das Ereignislokalisierungssystem ermöglichen, den Ort einer leckenden Leitung auf einen Bereich einzugrenzen, der eine Länge von 20 ft hat. Das Wartungspersonal kann dann gezielt zu diesem Bereich ge­ schickt werden, um die Störung zu beheben, anstatt Stunden damit zu verbrin­ gen, nach der Versuch-und-Irrtum-Methode als dem einzigen Hilfsmittel in dem System eine 100 ft lange Leitung auf Fehler absuchen zu müssen.

Es wird erwartet, dass im Falle von Nachrüstungen in Verbindung mit Kabeln von angemessen guter Charakteristik das System ohne die Verwendung von Iso­ liereinrichtungen realisiert werden kann. Die Isoliereinrichtungen sind aber ein nützliches Mittel in dem Fall, dass das Kabelsystem so ungenau ist, dass andere. Mittel, ohne einen kompletten Umbau, gerechtfertigt sind, um Ereignislokalisie­ rungsinformationen bereitzustellen.

Es wird nun erkennbar sein, dass die Erfindung folgendes bereitstellt: ein Modul, welches mit einem schon existierenden Überhitzungsdetektionssystem verbindbar und nachrüstbar ist. Das Modul macht seine Verbindung mit diesem existierenden System auf nicht-intrusive Art und Weise, so dass es nicht notwendig werden sollte, das grundlegende Überhitzungsdetektionssystem neu zertifizieren zu müs­ sen. Das Überwachungssystem aber kann, indem es nur die in der Schleife flie­ ßenden Ströme misst, verschiedene Zustände unterscheiden, welche einen Nicht- Überhitzungszustand, einen wahren Überhitzungszustand und einen falschen Überhitzungszustand, hervorgerufen durch die Betätigung des Prüfschalters, umfassen. Das System ist in der Lage, zwischen diesen drei Zuständen zu unter­ scheiden, so dass es Lokalisierungsinformationen bezüglich eines Überhitzungs­ ereignisses nur im Falle eines wahren Überhitzungszustandes misst und spei­ chert. Das System ist deshalb außerordentlich wirtschaftlich, weil es die Möglich­ keit eröffnet, existierende Luftfahrzeuge nachzurüsten, ohne dass umfangreiche Veränderungen, so etwa die Entfernung des gesamten Systems, notwendig wä­ ren. Ferner eröffnet es dem Wartungspersonal die Möglichkeit einer erheblichen Zeiteinsparung bei der Suche und Beseitigung von Überhitzungszuständen, in­ dem es das Personal zu dem Ort der Überhitzungsstörung führt, so dass sich die Notwendigkeit erübrigt, wesentliche Teile des Luftfahrzeugs demontieren zu müs­ sen, um die Überhitzungsstörung zu finden, wie dies bisher der Fall war.

Die vorstehende Beschreibung verschiedener bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist weder als eine erschöpfende Beschreibung zu verstehen, noch soll sie die Erfindung auf die speziell offenbarten Ausführungsformen beschränken. Vor dem Hintergrund der vorstehenden Lehren sind verschiedene Modifikationen oder Varianten möglich. Die hierin diskutierten Ausführungsformen wurden zu dem Zweck ausgewählt und beschrieben, die Grundlagen der Erfindung und ihre praktische Anwendung bestmöglich zu veranschaulichen, um so den Fachmann zu befähigen, die Erfin­ dung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen zu verwenden, wie sie dem beabsichtigten Verwendungszweck am besten ent­ sprechen. Alle derartigen Modifikationen und Varianten liegen im Bereich der Er­ findung, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, wenn diese mit der Breite interpretiert werden, die ihnen gerechterweise, rechtmäßig und billiger­ weise zukommt.

Claims (16)

1. Nicht-intrusives Ereignislokalisierungssystem, welches in ein Überhitzungs­ detektionssystem (20) nachrüstbar ist, das eine Kontrolleinrichtung (21) und ein längliches Kabel (23) umfasst, welches einen Mittelleiter (25) und eine Ummantelung (26) aufweist, die durch eine Isolierung voneinander getrennt sind, welche in Gegenwart eines Überhitzungszustandes zur lokalen Bildung eines leitfähigen Pfades zwischen dem Leiter (25) und der Ummantelung (26) befähigt ist, wobei die Kontrolleinrichtung einen Be­ triebsmodus aufweist, in dem eine Wechselstromansteuereinrichtung (32) mit beiden Enden des Kabels (23) gekoppelt ist, um einen Überhitzungszu­ stand zu detektieren, und einen Prüfmodus, bei dem ein Ende des Kabels an Masse gelegt wird und das andere angesteuert wird, wobei das Ereig­ nislokalisierungssystem in Kombination umfasst:
ein Paar nicht-intrusiver Stromsensorschaltungen (50, 51; 250, 251), und zwar eine für jedes Kabelende und so angeordnet, dass die Größe und Phase des Stroms in dem Kabel (23) detektiert und entsprechende Aus­ gangssignale (CUR1, CUR2) erzeugt werden,
einen Prozessor (75, 275) zum Überwachen der Ausgangssignale und dazu programmiert, auf Befehl eine Berechnung durchzuführen, welche den Ort eines Überhitzungsereignisses entlang dem Kabel (23) auf der Basis der Ausgangssignale (CUR1, CUR2) identifiziert, und Ereignislokalisierungsin­ formationen zu speichern, und
eine "Fehler vorhanden"-Schaltung (80, 75; 280, 275), welche zum Emp­ fangen der Ausgangssignale (CUR1, CUR2) angeschlossen ist und dazu ausgebildet ist, auf die Größe und jeweilige Phase derselben anzusprechen, um dem Prozessor (75, 275) den Befehl zu erteilen, die Berechnung durchzuführen, wenn die Größe der Ausgangssignale (CUR1, CUR2) ein mögliches Überhitzungsereignis anzeigt und die Phase der Ausgangssignale einen Betrieb im Betriebsmodus anzeigt.

2. Die Kombination nach Anspruch 1, wobei die Stromsensorschaltungen (50, 51; 250, 251) mit dem Kabel (23) so verbunden sind, dass phasengleiche Stromsignale erzeugt werden, wenn das Überhitzungsdetektionssystem im Betriebsmodus ist, und, infolge der Umkehr des Stromes durch eine der Sensorschaltungen (51, 251), außerphasige Stromsignale, wenn das Über­ hitzungsdetektionssystem im Prüfmodus ist.

3. Die Kombination nach Anspruch 1, wobei die Stromsensorschaltun­ gen (250, 251) Bandpassfilter (200, 201) umfassen, die auf die Frequenz der Wechselstromansteuereinrichtung (32) abgestimmt sind und dazu ausgebildet sind, Störsignale bei Frequenzen außerhalb ihres Durchlass­ bandes zu unterdrücken.

4. Die Kombination nach Anspruch 1, wobei die Stromsensorschaltun­ gen (50, 51) eine Timing-Schaltungsanordnung (65) umfassen, welche auf die Frequenz der Wechselstromansteuerung anspricht, um Ausgangs­ signale (CUR1, CUR2) zu extrahieren, deren Größe auf den Strom in dem Kabel (23) bezogen ist.

5. Die Kombination nach Anspruch 1, wobei die "Fehler vorhanden"-Schal­ tung (80, 75; 280, 275) einen Summierverstärker (80, 280) und ein Schwellwertelement (85, 275) umfasst, welches mit einem Interrupt-Ein­ gang des Prozessors (75, 275) verbunden ist.

6. Die Kombination nach Anspruch 1, wobei die "Fehler vorhanden"-Schal­ tung (80, 75; 280, 275) Programm-Module in dem Prozessor (75, 275) umfasst, um zu bestimmen, wann die Ausgangssignale (CUR1, CUR2) einen Betrieb im Betriebsmodus anzeigen.

7. Die Kombination nach Anspruch 1, wobei die "Fehler vorhanden"-Schal­ tung (80, 75; 280, 275) einen Summierverstärker (80, 280) umfasst, der angeschlossen ist, um die jeweiligen Ausgangssignale (CUR1, CUR2) zu empfangen und um deren Größe und Phase zu vergleichen.

8. Die Kombination nach Anspruch 7, wobei die "Fehler vorhanden"-Schal­ tung (80, 75; 280, 275) dem Prozessor (75, 275) den Befehl erteilt, die jeweiligen Ausgangssignale (CUR1, CUR2) abzutasten, die programmierte Berechnung auf den abgetasteten Signalen (CUR1, CUR2) durchzuführen, die Abtastung und Berechnung auf einer Mehrzahl von nachfolgend abge­ tasteten Signalen (CUR1, CUR2) zu wiederholen, Mittelwerte aus den vor­ erwähnten Berechnungen zu berechnen und auf die Mittelwerte bezogene Ereignislokalisierungsinformationen zu speichern.

9. Die Kombination nach Anspruch 8, wobei die Ereignislokalisierungsinfor­ mationen (55, 56) zeitbezogene Informationen umfassen, welche die Zeit des Auftretens des Überhitzungsereignisses identifizieren, und Ortsinfor­ mationen, welche angeben, an welchem Ort entlang dem Kabel das Über­ hitzungsereignis eingetreten ist.

10. Die Kombination nach Anspruch 1, wobei jeder Stromsensor einen Strom­ wandler (50, 51; 250, 251) mit einem offenen Kern umfasst, durch den hindurch ein entsprechendes Ende des Mittelleiters (25) des Kabels geführt ist.

11. Die Kombination nach Anspruch 1, wobei die Stromwandler (122, 127) in einem Anschlussblock (121) angeordnet sind, mit dem die Kontrolleinrich­ tung und das Kabel verbunden sind, wobei der Anschlussblock einen An­ schlussblockleiter (125, 126) aufweist, der den Kern des Stromwand­ lers (122, 127) passiert.

12. Die Kombination nach Anspruch 1, wobei die Stromsensoren (50, 51; 250, 251) jeweils einen auf dem Hall-Effekt beruhenden Detektor umfassen, der so angeordnet ist, dass er den Stromfluss in den jeweiligen Enden des Kabels (23) detektiert.

13. Die Kombination nach Anspruch 1, welche ferner Zonenisoliereinrichtun­ gen (150) umfasst, welche konzentrierte Widerstände (155) enthalten, wobei die Zonenisoliereinrichtungen (150) in dem Kabel (23) so geschaltet sind, dass sie das Kabel elektrisch teilen, um die Fehlerlokalisierung zu unterstützen.

14. Die Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die nicht-in­ trusiven Stromsensoren (50, 51; 250, 251) so angeordnet sind, dass sie den Strom in dem Kabel (23) detektieren, ohne elektronische Komponen­ ten in den Pfad des Stromes von der Kontrolleinrichtung (21) zu dem Kabel (23) einzufügen.

15. Die Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Strom­ sensorschaltungen (50, 51; 250, 251) ein Paar Stromwandler (50, 51; 250, 251) umfassen, welche mit einer strommessenden Schaltungsanord­ nung (80, 75; 280, 275) gekoppelt sind, um Ausgangssignale zu erzeugen, die der Größe und Frequenz nach auf die wechselnden Ansteuerströme be­ zogen sind, welche von den Stromwandlern (50, 50; 250, 251) aufge­ nommen werden.

16. Verfahren, durchgeführt mit einem Überhitzungsdetektionssystem (20), zur Bereitstellung von Ereignislokalisierungsinformationen aus Strömen, welche in dem Überhitzungsdetektionssystem (20) fließen, wobei das Überhitzungsdetektionssystem (20) von der Art ist, die eine Kontrollein­ richtung (21) und ein längliches Kabel (23) umfasst, welches einen Mittel­ leiter (25) und eine Ummantelung (26) aufweist, die durch eine Isolierung voneinander getrennt sind, welche in Gegenwart eines Überhitzungszu­ standes zur lokalen Bildung eines leitfähigen Pfades zwischen dem Lei­ ter (25) und der Ummantelung (26) befähigt ist, wobei die Kontrollein­ richtung einen Betriebsmodus aufweist, in dem eine Wechselstromansteu­ ereinrichtung (32) mit beiden Enden des Kabels (23) gekoppelt ist, um einen Überhitzungszustand zu detektieren, und einen Prüfmodus, bei dem ein Ende des Kabels an Masse gelegt wird und das andere angesteuert wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Verwenden von nicht-intrusiven Stromsensoren (50, 51; 250, 251) zum Aufnehmen von in dem Kabel (23) fließenden Strömen, wie von der Kon­ trolleinrichtung (21) angesteuert;
Verarbeiten der aufgenommenen Stromsignale, um Ausgangssignale (CUR1, CUR2) zu erzeugen, deren Größe und Phase auf den in dem Kabel (23) fließenden Strom bezogen ist;
Ansprechen auf die Größe und Phase der Ausgangssignale (CUR1, CUR2), um einen wahren Überhitzungszustand von einem normalen Zustand oder von einem falschen, im Prüfmodus hervorgerufenen Überhitzungszustand zu unterscheiden; und
in Gegenwart eines wahren Überhitzungszustandes: den Befehl an einen Prozessor (75, 275) zu geben, eine Berechnung auf den Ausgangssignalen (CUR1, CUR2) durchzuführen, welche den Ort eines Überhitzungsereignis­ ses entlang dem Kabel (23) auf der Basis der Ausgangssignale (CUR1, CUR2) identifiziert, und Ereignislokalisierungsinformationen zu speichern.