DE3641144A1 - Spitzenspannungsmessgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spitzenspannungsmeßgerät zur Messung von Zündspannungen an fremdgezündeten Brennkraft­ maschinen, mit einem Tastkopf, der an einem Isolierhalter eine Tastspitze trägt, einem Eingangsspannungsteiler, einem mit dem Eingangsspannungsteiler verbundenen Spit­ zenspannungsspeicher und einer an den Spitzenspannungs­ speicher angeschlossenen Anzeigeeinheit.

Spitzenspannungsmeßgeräte der vorstehenden Art sind be­ kannt, aber vergleichsweise aufwendig, wenn sie für hohe Spannungen, wie sie bei der Messung von Zündspannungen an fremdgezündeten Brennkraftmaschinen auftreten, geeignet sein sollen. Darüberhinaus sind herkömmliche Spitzenspan­ nungsmeßgeräte nur bedingt zur Messung der mit Störimpul­ sen verbundenen Zündspannungen geeignet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein für die Messung von Zündspannungen an fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ge­ eignetes Spitzenspannungsmeßgerät anzugeben, welches sehr einfach aufgebaut ist, einfach bedienbar ist und hierbei sowohl die Messung des Zündspannungsangebots als auch des Zündspannungsbedarfs erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Eingangsspannungsteiler als kapazitiver Spannungs­ teiler ausgebildet ist, welcher in zueinander koaxialer Anordnung einen mit der Tastspitze versehenen Innenlei­ terstab, ein den Innenleiterstab im Abstand über einen Teil seiner Länge isoliert umschließendes Koppelrohr so­ wie ein das Koppelrohr im wesentlichen über seine ganze Länge im Abstand und isoliert umschließendes Abschirmrohr umfaßt und daß der Tastkopf über ein Koaxialkabel mit dem Spitzenspannungspeicher verbunden ist, wobei der Innen­ leiter des Koaxialkabels das Koppelrohr mit wenigstens einem Kondensator des Spannungsteilers verbindet und der Außenleiter mit dem Abschirmrohr sowie einem insbesondere aus dem Tastkopf herausgeführten Massekabel verbunden ist.

Das Koppelrohr bildet zusammen mit dem Innenleiterstab eine Serienkapazität, die die Tastspitze von der nach­ folgenden Schaltung gleichstrommäßig isoliert. Das Ab­ schirmrohr schirmt diese Serienkapazität nicht nur gegen von außen einstrahlende, impulsförmige Störspannungen ab, sondern bildet zusammen mit dem auf der Seite des Spit­ zenspannungsspeichers mit dem Koaxialkabel verbundenen Kondensators und der Kapazität des Koaxialkabels einen Teil des Eingangsspannungsteilers. Mit vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand läßt sich so die hohe, in der Größenordnung von 50 kV liegende Zünd-Spitzenspannung auf einfach weiterzuverarbeitende Spannungswerte von einigen wenigen Volt unter Berücksichtigung der hohen Flankensteilheit der Zündimpulse von beispielsweise 10 kV pro Nanosekunde mindern.

Der Kondensator bildet zweckmäßigerweise den Querzweig eines Tießpaßfilters, welches Signalkomponenten mit ho­ hen, beispielsweise im Megahertzbereich liegenden Fre­ quenzen unterdrückt. Diese Signalkomponenten treten an den sehr steilen, beim Durchbruch des Zündfunkens ent­ stehenden Spannungsflanken auf und würden das Meßergebnis verfälschen. Das Tiefpaßfilter ist zweckmäßigerweise als T-Glied ausgebildet und hat in seinen beiden Längszweigen Induktivitäten. Die Kapazität des im Querzweig des Tief­ paßfilters angeordneten Kondensators ist zweckmäßiger­ weise umschaltbar, um den Meßbereich des Spitzenspan­ nungsmeßgeräts variieren zu können.

Zur Verbesserung der Abschirmwirkung einerseits und zur Erhöhung der Querkapazität tragen das Koppelrohr und das Abschirmrohr zweckmäßigerweise auf ihren der Tastspitze abgewandten Enden metallische Stirndeckel, an die der Innenleiter bzw. der Außenleiter des Koaxialkabels vor­ zugsweise über eine am Stirndeckel des Abschirmrohrs ge­ haltene Koaxial-Steckbuchse angeschlossen ist. Ein be­ sonders einfacher Aufbau ergibt sich hierbei, wenn das Koppelrohr und das Abschirmrohr an einem Grundkörper aus Isoliermaterial gehalten und von einer Griffkappe abge­ deckt sind.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Spitzenspannungsmeßgeräts;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Adapters zur Messung des Zündspannungsangebots;

Fig. 3 einen Adapter zur Messung des Zündspannungsbedarfs;

Fig. 4 einen kapazitiven Koppeladapter zur Messung des Zündspannungsbedarfs und

Fig. 5 eine Schnittansicht des Tastkopfs des Spitzenspan­ nungsmeßgeräts.

Das in Fig. 1 dargestellte Spitzenspannungsmeßgerät hat einen Tastkopf 1, dessen Tastspitze 3 über einen Serien- Koppelkondensator 5 mit einem als T-Glied ausgebildeten Tiefpaßfilter 7 über den Innenleiter 9 eines Koaxialka­ bels 11 verbunden ist. Zur Abschirmung von Störspannungs­ impulsen umschließt ein metallisches Abschirmrohr 13 den Koppelkondensator 5. Das Abschirmrohr 13 wird im Gebrauch des Meßgeräts über eine aus dem Tastkopf 1 herausgeführte Masseleitung 15 mit der Masse der Brennkraftmaschine ver­ bunden. Darüberhinaus verbindet der Außenleiter 17 des Koaxialkabels 11 das Abschirmrohr 13 mit einem Abschirm­ gehäuse 19 des Meßgeräts, welches die meßspannungsführen­ den Komponenten des Meßgeräts umschließt.

Das Tiefpaßfilter 7 ist als T-Glied ausgebildet und hat in seinem kapazitiven Querzweig mehrere, hier zwei zuein­ ander parallel geschaltete Kondensatoren 21, 23, von denen der Kondensator 23 mittels eines Serienschalters 25 wahlweise zuschaltbar ist. Der Koppelkondensator 5 bildet zusammen mit dem Kondensator 21 und den parallel geschal­ teten Querkapazitäten des Abschirmrohrs 13 sowie des Ko­ axialkabels 11 und der gegebenenfalls parallel zugeschal­ teten Kapazität des Kondensators 23 einen Eingangsspan­ nungsteiler, der die bei der Messung von Zündspannungen fremdgezündeter Brennkraftmaschinen auftretende, ver­ gleichsweise hohe Spitzenspannung von bis zu 50 kV auf eine leicht verarbeitbare Spannung in der Größenordnung einiger weniger Volt am Ausgang des Tiefpaßfilters 7 min­ dert. Der Schalter 25 erlaubt eine einfache Meßbereichs­ umschaltung. In seinem Längszweig hat das Tiefpaßfilter 7 Induktivitäten 27, 29, die an die Kondensatoren 21, 23 angepaßt für eine im Megahertzbereich liegende Grenzfre­ quenz des Tiefpaßfilters 7 sorgen. Auf diese Weise kann der Einfluß der sehr steilen, beim Durchbruch des Zünd­ funkens entstehenden Spannungsflanken auf das Meßergebnis unterdrückt werden.

An den Ausgang des Tiefpaßfilters 7 ist über einen zur Entkopplung vorgesehenen Pufferverstärker 31 eine Pola­ ritätswählschaltung 33 angeschlossen. Die Polaritätswähl­ schaltung 33 führt wechselweise das Ausgangssignal des Pufferverstärkers 31 über einen direkten Zweig 37 oder einen invertierenden Verstärker 39 mit entsprechend der Stellung des Umschalters 35 wählbarer Polarität einem Spitzenspannungsspeicher 41 zu. Der Spitzenspannungs­ speicher 41 speichert ein dem Maximalwert der gemessenen Spannung proportionales Signal, dessen Wert an einer Anzeigeeinheit, beispielsweise einem Anzeigeinstrument 43 in der Eingangsspannung entsprechender Form geeicht angezeigt sind. Der Spitzenspannungsspeicher 41 ist her­ kömmlich ausgebildet und kann einen Kondensator 45 umfassen, dem über eine Diode 47 das zu speichernde Spannungssignal zugeführt wird. Das Meßinstrument 43 mißt die Spannung am Kondensator 45. Dem Kondensator 45 ist ein Rücksetzschalter 49 parallel geschaltet, über welchen der Kondensator 45 zu Beginn der Messung entladen werden kann.

Die Polaritätswählschaltung 33 und der Spitzenspannungs­ speicher kann auch anders als dargestellt ausgeführt sein. Insbesondere können anstelle des Umkehrverstärkers 39 zwei gegensinnig gepolte Dioden ähnlich der Diode 47 vorgesehen sein, die über den Umschalter 35 wechselweise mit dem Pufferverstärker 31 verbindbar sind. Es können auch zwei für entgegengesetzte Polaritäten geeignete Spitzenspannungsspeicher vorhanden sein, die von dem Um­ schalter wahlweise wirksam geschaltet werden. Der Umkehr­ schalter 35 und der Rücksetzschalter 49 sind im darge­ stellten Ausführungsbeispiel manuell betätigbar. Es kön­ nen aber auch elektronische Schalter hierfür vorgesehen sein, die von einer Steuerschaltung, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, automatisch gesteuert werden. Die Steuerschaltung steuert insbesondere auch die Be­ reichsumschaltung über den Schalter 25. Der Mikroprozes­ sor läßt sich problemlos auch zur Berechnung und Anzeige weiterer Informationen ausnutzen, wie zum Beispiel die minimale und maximale Spitzenspannung, den Mittelwert der Spitzenspannung, die Speicherung und Ausgabe einzelner Spannungswerte und für die statistische Auswertung, bei­ spielsweise der Streubreite.

Mit dem Spitzenspannungsmeßgerät der Fig. 1 läßt sich so­ wohl das Zündspannungsangebot als auch der Zündspannungs­ bedarf der Brennkraftmaschine ermitteln. Hierzu sind Adapter vorgesehen, die auf die Tastspitze 3 aufgesteckt werden. Fig. 2 zeigt einen Adapter zur Messung des Zünd­ spannungsangebots mit einem auf den Ausgang der Zündspule aufsteckbaren Stecker 51, der über ein isoliertes Zündka­ bel 53 mit einem auf die Tastspitze 3 aufzusteckenden Stecker 55 verbunden ist. Der Stecker 55 sitzt in einem Isoliergehäuse 57, welches zugleich eine definierte Norm­ last für den Zündspulenausgang enthält. Die Normlast be­ steht aus einem Koaxialkondensator in Form eines das Zündkabel S 3 umschließenden Rohrs 59 und einem dem Ko­ axialkondensator parallel geschalteten Widerstand 61. Aus dem Isoliergehäuse 57 ist eine mit dem Rohr 59 verbundene Masseleitung 83 herausgeführt. Der Widerstand 61 hat bei­ spielsweise einen Wert von etwa 100 kOhm, während die Kapazität des Koaxialkondensators etwa 50 pF beträgt.

Fig. 3 zeigt einen Adapter zur Messung des Zündspannungs­ bedarfs d.h. der an der Zündkerze anliegenden Spannung. Der Adapter umfaßt einen Zündkabelabschnitt 65, der an seinem einen Ende einen Zündkerzenstecker 67, an seinem anderen Ende eine Nachbildung 89 des Anschlußkontakts einer Zündkerze und zwischen dem Stecker 67 und dem Kon­ takt 69 einen mit einem Abgriff des Zündkabels 65 verbun­ denen, auf die Tastspitze 3 aufsteckbaren Stecker 71 um­ faßt.

Während der Adapter nach Fig. 3 in den Zündkreis der Zündkerze eingeschleift werden muß, erlaubt der Adapter gemäß Fig. 4 die Messung des Zündspannungsbedarfs ohne Eingriff in den Zündkreis. Der Adapter umfaßt eine kapa­ zitive Koppelzange 73 mit radial gegeneinander bewegba­ ren, eine Koppelöffnung 75 umschließenden Schalen 77, die bei auf das Zündkabel aufgesetzter Koppelzange 73 zusam­ men mit dem Zündkabelleiter einen Koaxialkondensator bil­ den. Die Isolation des Zündkabels bildet das Dielektrikum des Kondensators. Die Kapazität dieses Kondensators muß jedoch groß gegenüber dem Koppelkondensator 5 sein, um den Einfluß von Koppelparametern, wie zum Beispiel unter­ schiedlichem Kabeldurchmesser, unterschiedlicher Dielekt­ rizitätskonstante der Isolierung usw. vernachlässigen zu können. Die Schalen 77 sind über ein Kabel 79 mit einem auf die Tastspitze 3 aufsteckbaren Stecker 81 verbunden.

Fig. 5 zeigt Einzelheiten des Tastkopfs 1. Der Tastkopf 1 hat einen rotationssymmetrischen Grundkörper 83 aus Iso­ liermaterial, der an seinem einen Ende einen die Tast­ spitze bildenden Steckerstift 85 zum Aufstecken der Adap­ ter gemäß den Fig. 2 bis 4 oder einer Klemme 87 aufweist. Von dem Stecker 85 durch mehrere, die Kriechstromwege ver­ längernde Isolationsflansche 89 getrennt steht ein zylind­ rischer Ansatz 91 gleichachsig ab, in welchen ein mit dem Stecker 85 verbundener Innenleiterstab 93 eingreift. Der Innenleiterstab 93 ist vorzugsweise in den Grundkörper 83 zur Vermeidung von Lufteinschlüssen eingegossen. Sein dem Stecker 85 abgewandtes Ende ist allseitig von dem isolie­ renden Ansatz 91 umschlossen. Den Ansatz 91 umgibt eng­ passend ein von einem Stirndeckel 95 becherförmig ver­ schlossenes Koppelrohr 97, in welches der Innenleiterstab 93 axial eingreift und zusammen mit dem Innenleiterstab 93 den hierdurch als Koaxialkondensator ausgebildeten Koppelkondensator 5 bildet. An den Ansatz schließt eine durchmessergrößere Ringstufe 99 an, auf der koaxial zum Koppelrohr 97 ein Abschirmrohr 101 sitzt. Das Abschirm­ rohr 101 steht axial beiderseits über das Koppelrohr 97 vor und ist mit axialem Abstand von dem Stirndeckel 95 seinerseits durch einen leitenden Stirndeckel 103 zu einem Abschirmbecher geschlossen. Zum Anschluß des Ko­ axialkabels 11 ist zentrisch auf dem Stirndeckel 103 eine Koaxialsteckverbindung 105 vorgesehen, deren Innenleiter 107 mit dem Stirndeckel 95 des Koppelrohrs 97 verbunden ist. Die Masseleitung 15 ist ebenfalls am Stirndeckel 103 des Abschirmrohrs angeschlossen und trägt an ihrem freien Ende eine Klemme 109. Das Abschirmrohr 101 wird von einer Griffkappe 111 umschlossen, die auf einen Gewindeansatz 113 des Grundkörpers aufgeschraubt ist. Das Koaxialkabel 11 und das Massekabel 15 treten durch eine zentrische, stirnseitige Öffnung 115 der Griffkappe 111 aus. Der vor­ stehend erläuterte Tastkopf ist einfach aufgebaut und einstrahlungsfest gegenüber Störspannungen.

Claims (9)

1. Spitzenspannungsmeßgerät zur Messung von Zündspannun­ gen an fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, mit einem Tastkopf (1), der an einem Isolierhalter (83, 11) eine Tastspitze (3, 85) trägt, einem Eingangsspannungstei­ ler (21, 23, 93, 97), einem mit dem Eingangsspannungs­ teiler (21, 23, 93, 97) verbundenen Spitzenspannungs­ speicher (41) und einer an den Spitzenspannungsspei­ cher (41) angeschlossenen Anzeigeeinheit (43), dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsspannungsteiler als kapazitiver Spannungs­ teiler (21, 23, 93, 97) ausgebildet ist, welcher in zueinander koaxialer Anordnung einen mit der Tast­ spitze (3, 85) versehenen Innenleiterstab (93), ein den Innenleiterstab (83) im Abstand über einen Teil seiner Länge isoliert umschließendes Koppelrohr (97) sowie ein das Koppelrohr (97) im wesentlichen über seine ganze Länge im Abstand und isoliert umschlies­ sendes Abschirmrohr (101) umfaßt und daß der Tastkopf (1) über ein Koaxialkabel (11) mit dem Spitzenspan­ nungsspeicher (41) verbunden ist, wobei der Innenlei­ ter (9) des Koaxialkabels (11) das Koppelrohr (97) mit wenigstens einem Kondensator (21, 23) des Spannungs­ teilers verbindet und der Außenleiter (17) mit dem Abschirmrohr (101) sowie einem insbesondere aus dem Tastkopf (1) herausgeführten Massekabel (15) verbunden ist.

2. Spitzenspannungsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kondensator (21, 23) den Quer­ zweig eines Tiefpaßfilters (7) bildet und eine mittels eines Schalters (25) umschaltbare Kapazität hat.

3. Spitzenspannungsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter (7) als T-Glied ausgebildet ist und in seinen beiden Längszweigen In­ duktivitäten (27, 29) enthält.

4. Spitzenspannungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polaritäts­ umschalteinrichtung (33) zur Auswahl der Polarität der in dem Spitzenspannungsspeicher (41) zu speichernden Spannungswerte vorgesehen ist.

5. Spitzenspannungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelrohr (97) und das Abschirmrohr (101) auf ihren der Tastspitze (3, 85) abgewendeten Enden Stirndeckel (95, 103) tra­ gen, an die der Innenleiter (9) bzw. der Außenleiter (17) des Koaxialkabels (11) angeschlossen ist.

6. Spitzenspannungsmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stirndeckel (103) des Abschirm­ rohrs (101) eine Koaxial-Steckverbindung (105) zum An­ schluß der Koaxialkabel (11) trägt.

7. Spitzenspannungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierhalter einen Grundkörper (83) aus Isoliermaterial mit einem zylindrischen Ansatz (91) und wenigstens einem Berühr­ schutzflansch (89) axial seitlich des Ansatzes (91) sowie eine den Ansatz (91) umschließende Griffkappe (111) aus Isoliermaterial aufweist, daß der Innenlei­ terstab (93) in den Ansatz (91) hineinreicht, jedoch im Abstand von dessen Stirnseite endet, daß das Kop­ pelrohr (97) den Ansatz (91) eng umschließt und daß das Abschirmrohr (101) an einer axial zwischen dem An­ satz (91) und dem Berührschutzflansch (89) vorgesehe­ nen Ringstufe (99) befestigt ist.

8. Spitzenspannungsmeßgerät nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß axial zwischen der Ringstufe (99) und dem Berührschutzflansch (89) eine Gewindestufe (113) vorgesehen ist, auf die die Griffkappe (111) aufgeschraubt ist.

9. Spitzenspannungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastspitze als Steckerteil (85) für den Anschluß von Zündspannungs- Meßadaptern ausgebildet ist.