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Vertraglicher Ursprung der
Erfindung
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Die
Regierung der Vereinigten Staaten hat gemäß Vertrag Nr. DE-AC07-051D14517
zwischen dem Energieministerium der Vereinigten Staaten und Battelle
Energy Alliance gewisse Rechte an der Erfindung.
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Verwandte Anmeldung
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung S/N
11/297,001, die am 07. Dezember 2005 eingereicht wurde und in die
vorliegende Anmeldung einbezogen ist.
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Technisches Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft das Initiieren von Schaltungen im allgemeinen
und spezieller Verfahren und Vorrichtungen zur zeitverzögerten Initiierung von
Sprengvorrichtungen.
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Stand der Technik
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Es
sind zahlreiche Typen von Zündvorrichtungen
und Zündsystemen
entwickelt worden und werden verwendet, welche geeignet sind, ein
umfangreiches Spektrum von Sprengvorrichtungen zu zünden oder
zu initiieren, wie zum Beispiel Stoßwellenrohre und Sprengkapseln.
Ein typisches Zündsystem
ist mit einer elektrischen Energiespeichervorrichtung wie etwa einem
Kondensator ausgestattet, welche die elektrische Energie speichert,
die benötigt wird,
um die Vorrichtung zu initiieren oder zu zünden. Viele derartige Zündvorrichtungen
sind auch mit einer Verzögerungs-
oder Rückwärtszählschaltung (Countdown-Schaltung)
ausgestattet, welche durch einen Benutzer so eingestellt werden
kann, daß sie die
Initiierung (d. h. das Zünden)
der Vorrichtung um eine gewisse Zeitdauer verzögert, nachdem das System scharfgeschaltet
ist. Stattdessen kann das Zündsystem
auch durch entfernte Mittel betätigt
werden, wie zum Beispiel über
ein Funksignal.
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Leider
sind jedoch solche Zündsysteme
nicht frei von Problemen. Zum Beispiel beginnen viele Zündsysteme,
die elektrische Energiespeichervorrichtung (z. B. einen Kondensator)
unmittelbar in Reaktion auf eine Benutzereingabe aufzuladen (z.
B. wenn der Benutzer den Countdown auslöst). Falls jedoch die gewählte Countdownzeit
relativ lang ist, bedeutet ein solches Steuerungsschema, daß die elektrische
Energiespeichervorrichtung für
eine Zeitdauer geladen werden kann, welche beträchtlich länger ist als die Countdownzeit.
Demzufolge ist das Zündsystem
dann lange vor dem gewünschten
Zeitpunkt in der Lage, die Vorrichtung zu initiieren, was zu vorzeitigen
Zündungen
führen
kann und Probleme verursachen kann, wenn der Benutzer beschließt, den Countdown
abzubrechen.
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Hinzu
kommt, daß,
obwohl viele Zündsysteme
in sorgfältig
gesteuerten Umgebungen verwendet werden, in denen ein Benutzer genügend Zeit
hat, die richtige Einstellung und Funktionsweise des Zündsystems
sicherzustellen, andere Umgebungen, wie etwa Umgebungen der Rechtsdurchsetzung und/oder
militärische
Umgebungen, oft keine vorsichtige und überlegte Verwendung solcher
Vorrichtungen gestatten. Demzufolge besteht ein ständiger Bedarf
sicherzustellen, daß solche
Zündsysteme
einfach zu verwenden und zu bedienen sind, während die Möglichkeiten für eine Fehlprogrammierung und/oder
unerwünschte
Ergebnisse, wenn die Zeit knapp ist, auf ein Minimum begrenz werden.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Eine
Ausführungsform
eines elektronischen Zündsystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine erste Zündschaltung
und eine zweite Zündschaltung
aufweisen. Ein Detektionssystem, das der ersten und der zweiten
Zündschaltung
betriebstechnisch zugeordnet ist, erkennt, ob eine zu zündende Vorrichtung
mit einer der ersten und zweiten Zündschaltung verbunden ist.
Das elektronische Zündsystem
betätigt
eine der ersten und zweiten Zündschaltung,
mit welcher die zu zündende
Vorrichtung verbunden ist.
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Eine
andere Ausführungsform
eines elektronischen Zündsystems
kann eine elektrische Energiespeichervorrichtung und eine mit der
elektrischen Energiespeichervorrichtung betriebstechnisch verbundene
Zündschaltung
aufweisen, welche betrieben werden kann, die elektrische Energie speichervorrichtung
mit einer zu zündenden
Vorrichtung elektrisch zu verbinden. Ein Entladesystem, das der
elektrischen Energiespeichervorrichtung betriebstechnisch zugeordnet
ist, kann betrieben werden, die elektrische Energiespeichervorrichtung
elektrisch zu entladen.
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Außerdem wird
eine Ausführungsform
eines elektronischen Zündsystems
offenbart, welches eine elektrische Energiespeichervorrichtung und
eine Ladesystem zum Laden der elektrischen Energiespeichervorrichtung
mit elektrischer Energie aufweist. Eine Zündschaltung, die mit der elektrischen
Energiespeichervorrichtung betriebstechnisch verbunden ist, kann
betrieben werden, um die elektrische Energiespeichervorrichtung
mit einer zu zündenden
Vorrichtung elektrisch zu verbinden. Ein Steuerungssystem, das mit
dem Ladesystem betriebstechnisch verbunden ist, betätigt das
Ladesystem in Reaktion auf einen durch den Benutzer initiierten
Befehl.
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Ein
Verfahren zum Zünden
einer Vorrichtung kann die folgenden Schritte umfassen: Betriebstechnisch
Verbinden der Vorrichtung mit einem elektronischen Zündsystem,
wobei das elektronische Zündsystem
mindestens eine elektrische Energiespeichervorrichtung, eine Zündschaltung,
ein Steuerungssystem und eine Benutzerschnittstelle, die dem Steuerungssystem
betriebstechnisch zugeordnet ist, aufweist; Bedienen der Benutzerschnittstelle,
um eine Betriebsart einzugeben; Einstellen einer Countdownzeit;
und Auslösen
eines Countdowns, wobei das Steuerungssystem die elektrische Energiespeichervorrichtung
während
des Countdowns lädt,
wobei das Steuerungssystem die Zündschaltung
betätigt,
um die Vorrichtung zu zünden,
wenn der Countdown null erreicht.
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Ein
Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Zündsystems kann die folgenden
Schritte umfassen: Auslösen
eines Countdowns; Laden eines elektrischen Energiespeichersystems,
während
der Countdown durchgeführt
wird; Erkennen, ob eine zu zündende
Vorrichtung mit einem Zündanschluß des elektronischen
Zündsystems
verbunden ist; und Anlegen von Spannung an den Zündanschluß, mit welchem die zu zündende Vorrichtung
verbunden ist, wenn der Countdown null erreicht.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Veranschaulichende
und gegenwärtig
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in der beigefügten
Zeichnung dargestellt, wobei:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines elektronischen
Zündsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 ein
Blockschaltbild einer Ausführungsform
des elektronischen Zündsystems
ist;
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3 ein
elektrisches Prinzipschaltbild einer Ausführungsform des elektronischen
Zündsystems ist;
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4 ein
Flußdiagramm
einer Ausführungsform
eines Verfahrens zum Zünden
einer Vorrichtung ist;
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines elektronischen
Zündsystems ist,
welche die Drehung des Einschaltschlüssels aus einer "Aus"-Position in eine "Ein"-Position zeigt;
und
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6 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines elektronischen
Zündsystems ist,
welche das Abziehen des Einschaltschlüssels zeigt, um das elektronische
Zündsystem
scharfzumachen.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Eine
Ausführungsform
eines elektronischen Zündsystems 10 ist
am besten in den 1 und 2 zu erkennen
und kann eine Anzahl von Systemen und Komponenten umfassen, die
mit einem Gehäuse 12 betriebstechnisch
in Verbindung stehen. Zum Beispiel kann bei einer Ausführungsform
das Gehäuse 12 des
elektronischen Zündsystems 10 mit einem
Benutzereingabesystem 14 ausgestattet sein, das eine oder
mehrere Tasten 16 umfaßt,
und mit einem Anzeigesystem 18, das eine LED-Anzeige 20 umfaßt. Das
elektronische Zündsystem 10 kann
außerdem
mit einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen oder Verbindern 22 ausgestattet
sein, wie etwa einem Stoßwellenrohr-Verbinder 24 und
einem Sprengkapsel-Verbinder 26, um zu ermöglichen,
daß eine
zu zündende
Vorrichtung 28 (in 2 schematisch
dargestellt), wie etwa ein Stoßwellenrohr 30 oder
eine Sprengkapsel 32 (welche beide ebenfalls in 2 schematisch
dargestellt sind), mit dem elektronischen Zündsystem 10 verbunden
wird. Das elektronische Zündsystem 10 kann
außerdem
mit einem Einschaltschlüssel 34 ausgestattet
sein, um zu ermöglichen,
daß das elektronische
Zündsystem 10 im Einklang
mit den hier dargelegten Lehren betätigt, scharf gemacht und entschärft wird.
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Es
wird nun primär
auf 2 Bezug genommen: Das elektronische Zündsystem 10 kann
außerdem
eine elektrische Energiespeichervorrichtung 36 umfassen,
wie etwa einen Kondensator 38, sowie eine Stoßwellenrohr-Zündschaltung 40 und
eine Sprengkapsel-Zündschaltung 42.
Wie weiter unten ausführlicher
beschrieben wird, können
die Zündschaltungen 40 und 42 so
betätigt
werden, daß sie die
elektrische Energiespeichervorrichtung 36 mit der zu zündenden
Vorrichtung 28 (z. B. einem Stoßwellenrohr 30 oder
einer Sprengkapsel 32) elektrisch verbinden. Das elektronische
Zündsystem 10 kann außerdem ein
Detektorsystem 44 zum Erkennen, ob eine zu zündende Vorrichtung 28 mit
den Zündschaltungen 40, 42 verbunden
ist, umfassen. Zum Beispiel erkennt bei einer Ausführungsform
das Detektorsystem 44, ob eine Sprengkapsel 32 mit
der Sprengkapsel-Zündschaltung 42 verbunden
ist. Ist dies der Fall, wird die Sprengkapsel-Zündschaltung 42 gezündet oder
aktiviert. Ist dies nicht der Fall, wird die Stoßwellenrohr-Zündschaltung 40 gezündet oder
aktiviert.
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Das
elektronische Zündsystem 10 kann
außerdem
mit einem Entladesystem 46 zum Entladen der elektrischen
Energiespeichervorrichtung 36 ausgestattet sein, wodurch
das unerwünschte
Zurückbehalten
von elektrischer Ladung (d. h. Energie) innerhalb des elektronischen
Zündsystems 10 verhindert wird.
Ein Ladesystem 48 kann ebenfalls vorgesehen sein, um die
elektrische Energiespeichervorrichtung 36 zu laden. Das
elektronische Zündsystem 10 kann außerdem mit
einem Steuerungssystem 50 zum Steuern der Funktion und
des Betriebs der verschiedenen Vorrichtungen und Systeme, aus denen
das elektronische Zündsystem 10 besteht,
ausgestattet sein.
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Es
wird nun auf 4 Bezug genommen: Das elektronische
Zündsystem 10 kann
wie folgt bedient werden, um eine zu zündende Vorrichtung 28 (2),
welche mit dem elektronischen Zündsystem 10 verbunden
sein kann, zu zünden
(d. h. zu initiieren). Unter der Annahme, daß eine zu zündende Vorrichtung 28,
wie etwa ein Stoßwellenrohr 30 oder eine
Sprengkapsel 32, mit dem Stoßwellenrohr-Verbinder 24 bzw.
mit dem Sprengkapsel-Verbinder 26 betriebstechnisch in
Verbindung steht, kann das elektronische Zündsystem 10 aktiviert
werden, indem der Einschaltschlüssel 34 aus
einer "Aus"-Position in eine "Ein"-Position gedreht
wird, d. h. im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 52.
Siehe 5. Ein Benutzer kann dann eine Verzögerungs-
oder Countdownzeit einstellen, indem er verschiedene Tasten 16 des
Benutzereingabesystems 14 aktiviert. Die gewählte Verzögerungs-
oder Countdownzeit wird dann auf dem Anzeige system 18 angezeigt.
Stattdessen kann auch eine Standard-Countdownzeit gewählt werden.
Der Benutzer kann dann den Countdown-Vorgang initiieren, indem er
den Einschaltschlüssel 34 von
dem Gehäuse 12 abzieht,
d. h. im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 54. Siehe 6.
Das Abziehen des Einschaltschlüssels 34 bewirkt,
daß das
Steuerungssystem 50 die Funktion und Betätigung der
verschiedenen Systeme und Komponenten des elektronischen Zündsystems 10 übernimmt.
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Zum
Beispiel aktiviert bei einer Ausführungsform beim Abziehen des
Einschaltschlüssels 34 das Steuerungssystem 50 zu
dem geeigneten Zeitpunkt während
des Countdowns das Ladesystem 48, um das Laden des Kondensators 38 zu
initiieren. Das Steuerungssystem 50 kann auch den Ladevorgang überwachen,
um sicherzustellen, daß der
Kondensator 38 vollständig
geladen bleibt. Außerdem
kann das Steuerungssystem 50, das in Verbindung mit dem Detektorsystem 44 arbeitet,
bestimmen, ob eine Sprengkapsel 32 mit dem Sprengkapsel-Verbinder 26 verbunden
ist. Falls eine Sprengkapsel 32 erkannt wird, aktiviert
dann das Steuerungssystem 50 die Sprengkapsel-Zündschaltung 42,
wenn der Countdown null erreicht. Falls keine Sprengkapsel 32 erkannt
wird, aktiviert das Steuerungssystem 50 die Stoßwellenrohr-Zündschaltung 40,
wenn der Countdown null erreicht. Das Steuerungssystem 50 kann außerdem den
Zündvorgang überwachen
und auf dem Anzeigesystem 18 eine Angabe darüber liefern, ob
der Zündvorgang
erfolgreich war und welche Vorrichtung gezündet wurde.
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Wie
oben erwähnt,
kann das elektronische Zündsystem 10 auch
mit einem Entladesystem 46 ausgestattet sein. Bei einer
Ausführungsform
kann das Entladesystem 46 mit einem aktiven Entladesystem
ausgestattet sein, welches durch das Steuerungssystem 50 betätigt werden
kann, um die elektrische Energiespeichervorrichtung 36 in
Reaktion auf einen Befehl des Steuerungssystems 50 zu entladen. Eine
solche Entladung kann wünschenswert
sein, falls zum Beispiel ein Benutzer den Countdown-Vorgang abbrechen
möchte,
indem er den Einschaltschlüssel 34 während des
den Countdown-Vorgangs wieder einsteckt. Das Entladesystem 46 kann
auch mit einem passiven Entladesystem ausgestattet sein, welches
den Kondensator 38 entlädt,
ohne daß ein spezieller
Befehl von dem Steuerungssystem 50 notwendig ist. Es sind
noch weitere Entladevorgänge und
-funktionen möglich,
die weiter unten ausführlicher
beschrieben werden.
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Mit
dem elektronischen Zündsystem 10 und den
Verfahren zum Zünden
einer Vorrichtung sind wesentliche Vorteile und Merkmale verknüpft. Zum Beispiel
kann das Detektorsystem 44 verwendet werden, um automatisch
zu erkennen, ob eine zu zündende
Vorrichtung 28 mit den Aus gangsverbindern 22 des
elektronischen Zündsystems 10 verbunden ist,
und danach sicherzustellen, daß die
richtige Zündschaltung
betätigt
wird. Durch die automatische Wahl und Betätigung der richtigen Zündschaltung entfällt die
Notwendigkeit, daß der
Benutzer die richtige Zündschaltung
manuell wählt.
Außerdem schließt das Detektorsystem 44 durch
das automatische Zünden
der richtigen Zündschaltung
die Möglichkeit
aus, daß der
Benutzer versehentlich die falsche Zündschaltung gewählt hat.
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Mit
dem Entladesystem 46 sind noch weitere Vorteile verknüpft. Zum
Beispiel kann das Entladesystem 46 verwendet werden, um
die elektrische Energiespeichervorrichtung 36, z. B. den
Kondensator 38, zu entladen und dadurch eine unerwünschte Energiespeicherung
in dem elektronischen Zündsystem 10 zu
verhindern. Das Verhindern einer unerwünschten Energiespeicherung
sorgt für
eine erhöhte
Sicherheit im Hinblick auf unbeabsichtigte und/oder versehentliche
Zündungen.
Bei einer Ausführungsform
kann das Entladesystem 46 aktive und passive Elemente umfassen,
um eine zusätzliche
Absicherung gegen eine unerwünschte
Energiespeicherung zu gewährleisten.
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Die
Verwendung des Steuerungssystems 50, um die Funktion und
den Betrieb der verschiedenen Systeme und Komponenten zu steuern,
aus denen das elektronische Zündsystem 10 besteht,
bietet noch weitere Vorteile. Zum Beispiel wird bei einer Ausführungsform
das Ladesystem 48 durch das Steuerungssystem 50 betätigt, anstatt
daß es
durch einen Benutzer direkt betätigt
wird. Eine solche indirekte Steuerung des Ladesystems 48 ermöglicht eine verbesserte
Steuerung des Ladevorgangs sowie die Bereitstellung von zusätzlichen
sicherheitsgerichteten Maßnahmen,
wie zum Beispiel der Fähigkeit,
den Ladevorgang während
des Countdown-Vorgangs so lange wie möglich zu verzögern sowie
den Ladevorgang zu beenden, nachdem er begonnen wurde.
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Nachdem
das elektronische Zündsystem 10 sowie
einige seiner wesentlicheren Merkmale und Vorteile kurz beschrieben
wurden, werden nun verschiedene Ausführungsformen des elektronischen Zündsystems
und Verfahren zum Zünden
einer Vorrichtung im einzelnen beschrieben. Bevor jedoch mit der
Beschreibung fortgefahren wird, ist anzumerken, daß das elektronische
Zündsystem
und die Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung so dargestellt und beschrieben werden, wie sie implementiert
werden könnten,
um entweder ein Stoßwellenrohr
oder eine Sprengkapsel zu zünden.
Es könnten
jedoch auch andere Typen von Vorrichtungen, welche derzeit in der
Technik bekannt sind oder welche in der Zukunft entwickelt werden
können,
gezündet
oder initiiert werden, wie für
einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wird, nachdem er sich mit den
hier dargelegten Lehren vertraut gemacht hat. Demzufolge dürfen das
Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht als
auf die speziellen Komponenten, Umgebungen und Funktionsabläufe beschränkt betrachtet
werden, die hier dargestellt und beschrieben sind.
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Es
wird nun nochmals auf die 1 und 2 Bezug
genommen; eine Ausführungsform
eines elektronischen Zündsystems 10 kann
ein Gehäuse 12 umfassen,
das so bemessen ist, daß es
die verschiedenen Systeme und Komponenten aufnehmen kann, aus denen
das elektronische Zündsystem 10 besteht.
Bei einer Ausführungsform
umfaßt
das Gehäuse 12 eine
im allgemeinen rechteckig gestaltete Konstruktion mit einer Frontplatte 56,
die so bemessen ist, daß sie
Platz für
das Benutzereingabesystem 14 sowie das Anzeigesystem 18 bietet.
Eine Seitenplatte 58 kann so bemessen sein, daß sie die Ausgangsverbinder 22 des
elektronischen Zündsystems 10 sowie
den Einschaltschlüssel 34 aufnehmen kann.
Stattdessen könnte
das Gehäuse 12 auch
andere Formen aufweisen, und die verschiedenen Komponenten könnten in
anderen Konfigurationen angeordnet sein, wie für einen Durchschnittsfachmann
ersichtlich wird, nachdem er sich mit den hier dargelegten Lehren
vertraut gemacht hat. Demzufolge darf die vorliegende Erfindung
nicht als auf die speziellen Konfigurationen beschränkt betrachtet werden,
die hier dargestellt und beschrieben sind.
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Das
Gehäuse 12 kann
aus irgendeinem Material aus einem breiten Spektrum von Materialien
(z. B. Metallen, Kunststoffen oder Kombinationen davon) hergestellt
werden, die für
die beabsichtigte Anwendung geeignet sind. Beispielsweise ist bei
einer Ausführungsform
das Gehäuse 12 aus
ABS-Kunststoff hergestellt.
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Das
Benutzereingabesystem 14 kann irgendeines aus einem breiten
Spektrum von Systemen und Vorrichtungen sein, die geeignet sind,
einem Benutzer zu ermöglichen,
dem elektronischen Zündsystem 10 die
entsprechenden Eingangssignale zu liefern, z. B. um die Countdownzeit
einzustellen, und beliebige andere gewünschte Benutzereingaben vorzunehmen.
Beispielsweise umfaßt
bei einer Ausführungsform
das Benutzereingabesystem 14 ein Membrantastenfeld, das
mehrere Tasten 16 aufweist. Bei der in 1 dargestellten
Ausführungsform
umfaßt
das Benutzereingabesystem 14 eine Taste "SET" (Einstellen), eine
Minuten-Zehner-Taste "10", eine Minuten-Einer-Taste "1", eine Sekunden-Zehner-Taste "10" und eine Sekunden-Einer-Taste "1". Die Tasten 16 können entsprechend
den hier gegebenen Beschreibungen verwendet werden, um die Countdownzeit
einzustellen und verschiedene andere Funktionen und Abläufe des
elektronischen Zündsystems 10 zu
steuern.
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Das
Anzeigesystem 18 kann irgendeines aus einem breiten Spektrum
von Systemen und Vorrichtungen sein, die geeignet sind, die gewünschten Informationen
anzuzeigen. Beispielsweise umfaßt bei
einer Ausführungsform
das Anzeigesystem 18 eine 7-Segment-LED-Anzeige 20 zum
Anzeigen der gewählten
Countdownzeit sowie verschiedener Fehlermeldungen und Codes, wie
weiter unten beschrieben wird. Das Anzeigesystem 18 kann
auch mit einer separaten LED "Ladevorgang" ausgestattet sein,
um den Zustand des Ladevorgangs anzuzeigen, wie ebenfalls weiter
unten ausführlicher
beschrieben wird.
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Wie
oben erwähnt,
kann das Gehäuse 12 des
elektronischen Zündsystems 10 außerdem mit einem
oder mehreren Ausgangsanschlüssen
oder Verbindern 22 ausgestattet sein, um zu ermöglichen, daß eine zu
zündende
oder zu initiierende Vorrichtung an das elektronische Zündsystem 10 angeschlossen
wird. Bei den hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen
ist das elektronische Zündsystem 10 dazu
bestimmt, entweder ein Stoßwellenrohr 30 oder
eine Sprengkapsel 32 zu zünden (welche beide in 2 schematisch
dargestellt sind). Demzufolge umfaßt einer der Ausgangsverbinder 22 einen
Stoßwellenrohr-Verbinder 24, während der
andere der Ausgangsverbinder 22 einen Sprengkapsel-Verbinder 26 umfaßt. Siehe 1.
Der Stoßwellenrohr-Verbinder 24 kann
irgendeiner aus einem breiten Spektrum von Verbindern zur Verwendung
mit Stoßwellenrohren
sein, die in der Technik bekannt sind und daher hier nicht näher beschrieben
werden. In ähnlicher
Weise kann der Sprengkapsel-Verbinder 26 irgendeiner aus
einem breiten Spektrum von in der Technik bekannten Verbindern sein,
welche zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit Leitungsdrähten (nicht
dargestellt) geeignet sind, die zu der Sprengkapsel 32 gehören. Demzufolge
darf der Sprengkapsel-Verbinder 26 nicht als auf irgendeinen
speziellen Typ von Verbindern beschränkt betrachtet werden. Jedoch
umfaßt
beispielsweise bei einer Ausführungsform
der Sprengkapsel-Verbinder 26 einen Verbinder des Typs
mit Isolationsverschiebung, welcher dazu bestimmt ist, die Isolation
auf dem Leitungsdraht zu verschieben (d. h. zu durchschneiden),
wenn der Leitungsdraht in den Verbinder 26 eingeführt wird.
Bei solchen Verbindern mit Isolationsverschiebung entfällt die
Notwendigkeit, zuerst die Isolation von dem Leitungsdraht zu entfernen.
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Die
Seitenplatte 58 des Gehäuses 12 kann außerdem mit
einem Einschaltschlüssel
("Scharfmach-Schlüssel") 34 ausgestattet
sein. Der Einschaltschlüssel 34 wird
verwendet, um das elektronische Zündsystem "ein" und "aus" zu schalten und
außerdem
den Countdown-Vorgang auszulösen,
nachdem die gewünschte
Countdownzeit gewählt
worden ist. Bei der hier dargestellten und be schriebenen Ausführungsform
läßt sich
der Einschaltschlüssel 34 im
Uhrzeigersinn (d. h. in der Richtung, die in 5 durch
den Pfeil 52 angegeben ist) drehen, um das elektronische
Zündsystem 10 einzuschalten.
Der Einschaltschlüssel 34 kann
außerdem
von dem elektronischen Zündsystem 10 abgezogen
werden (d. h. in der Richtung, die in 6 durch
den Pfeil 54 angegeben ist), um den Countdown-Vorgang auszulösen. Der
Countdown-Vorgang kann beendet werden, indem der Einschaltschlüssel 34 wieder
in das Gehäuse 12 eingesteckt
wird, wie weiter unten ausführlicher beschrieben
wird.
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Es
sind auch andere Anordnungen und Betriebskonfigurationen für den Einschaltschlüssel 34 möglich. Zum
Beispiel kann bei einer anderen Ausführungsform der Einschaltschlüssel so
konfiguriert sein, daß er
herausgezogen werden kann, um das elektronische Zündsystem
einzuschalten, und hineingedrückt
werden kann, um es auszuschalten. Der Einschaltschlüssel kann
das System scharf machen, wenn der Schlüssel herausgezogen ist, indem
der Schlüssel
gedreht wird. Wenn der Schlüssel
gedreht ist und daher das System scharf macht, kann er nicht hineingedrückt werden
und dadurch das System ausschalten. Es sind noch weitere Anordnungen
und Betriebskonfigurationen für
den Einschaltschlüssel 34 möglich, wie
für einen
Durchschnittsfachmann ersichtlich wird, nachdem er sich mit den
hier dargelegten Lehren vertraut gemacht hat. Demzufolge darf die vorliegende
Erfindung nicht als auf Einschaltschlüssel beschränkt betrachtet werden, welche
die speziellen Anordnungen und Betriebskonfigurationen aufweisen,
die hier dargestellt und beschrieben sind.
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Es
wird nun hauptsächlich
auf die 2 und 3 Bezug
genommen: Das elektronische Zündsystem 10 kann
eine Anzahl von zusätzlichen
Systemen und Komponenten umfassen, welche innerhalb des Gehäuses 12 vorgesehen
sein können.
Zum Beispiel kann das elektronische Zündsystem 10 ferner ein
elektrisches Energiespeichersystem 36 umfassen, wie etwa
einen oder mehrere Kondensatoren 38. Das elektrische Energiespeichersystem 36 wird verwendet,
um eine Menge an elektrischer Energie zu speichern, die ausreichend
ist, um die gewünschte Vorrichtung
zu zünden
oder zu initiieren. Beispielsweise ist bei einer Ausführungsform,
bei der das elektronische Zündsystem 10 dafür konfiguriert
ist, ein "standardmäßiges" Stoßwellenrohr 30 (z.
B. ein Stoßwellenrohr
mit einem Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 2 mm bis ungefähr 3,8 mm)
und eine "standardmäßige" Sprengkapsel 32 zu
zünden, das
Energiespeichersystem 36 so bemessen, daß es bis
etwa 4 Joule an elektrischer Energie speichern kann. Falls ein Kondensator
oder Kondensatoren 38 als das elektrische Energiespeichersystem 36 verwendet
wird bzw. wer den, liefert eine Gesamtkapazität von ungefähr 200 Mikrofarad (μF) bei einer
Spannung von ungefähr
200 Volt ungefähr
4 Joule an elektrischer Energie.
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Die
elektrische Energie, die in dem Energiespeichersystem 36 gespeichert
ist, ist mit der zu zündenden
Vorrichtung 28 über
eine oder mehrere Zündschaltungen
elektrisch verbunden. Bei einer Ausführungsform ist das elektronische
Zündsystem 10 mit einer
Stoßwellenrohr-Zündschaltung 40 und
einer Sprengkapsel-Zündschaltung 42 ausgestattet.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen; die Stoßwellenrohr-Zündschaltung 40 kann
einen Thyristor (Silicon Controlled Rectifier, SCR) 60 und
eine Funkenstrecke 62 umfassen, deren Reihenkombination
zu dem Kondensator 38 parallelgeschaltet ist. Bei einer Ausführungsform
ist die Funkenstrecke 62 innerhalb des Stoßwellenrohr-Verbinders 24 vorgesehen,
so daß ein
mit diesem verbundenes Stoßwellenrohr 30 durch
einen Funken initiiert werden kann, der über die Funkenstrecke 62 erzeugt
wird.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die Funkenstrecke 62 keine freie Luftfunkenstrecke,
sondern umfaßt
vielmehr ein thermoplastisches "Kopfstück" der Art, die zum
Initiieren von Stoßwellenrohren
geeignet ist. Genauer, das thermoplastische Kopfstück umfaßt ein Paar
Drähte,
die in ein Kunststoffmaterial wie etwa Polyphenylensulfid eingebettet
sind. Wenn die Zündspannung
an die eingebetteten Drähte
angelegt wird, beginnt Strom in dem Kunststoff Strom zu fließen und
verursacht dabei dessen Durchbruch, was den Widerstand des Kunststoffes
verringert und so zu einem Lawinendurchbruch des Kunststoffes führt. Das
Ergebnis ist die Bildung eines Funkens von ausreichender Energie,
um das Stoßwellenrohr
zu initiieren. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform
das thermoplastische Kopfstück,
das die Funkenstrecke 62 umfaßt, einen RP-87 Brückenkopf
umfassen, der von Teledyne RISI, Inc. (USA) hergestellt wird. Stattdessen
können
ebensogut auch andere Typen von Kopfstücken verwendet werden, die
von anderen Herstellern bezogen werden können.
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Es
wird nun mit der Beschreibung fortgefahren. Die Anode des Thyristors 60 ist
mit einer ersten Anschlußklemme
der Funkenstrecke 62 verbunden. Eine zweite Anschlußklemme
der Funkenstrecke 62 ist mit einer ersten Platte des Kondensators 38 verbunden.
Die Kathode des Thyristors 60 ist mit einer zweiten Platte
des Kondensators 38 verbunden. Das Gate des Thyristors 60 steht
mit dem Steuerungssystem 50 betriebstechnisch in Verbindung,
welches dafür
konfiguriert ist, dem Thyristor 60 einen geeigneten "Ein"-Befehl oder ein "Ein"-Signal zuzuführen, wenn der
Countdown null erreicht. Ein zu der Funkenstrecke 62 parallelgeschalteter
Widerstand 64 bewirkt eine Vorwärtsvorspannung für den Thyristor 60.
Daher wird, wenn der Thyristor 60 in Reaktion auf den Befehl
vom Steuerungssystem 50 eingeschaltet oder "gezündet" wird, der Kondensator 38 zu
der Funkenstrecke 62 parallelgeschaltet, was die Bildung
eines Funkens mit ausreichender Energie zur Folge hat, um ein mit
dem Stoßwellenrohr-Verbinder 24 verbundenes
Stoßwellenrohr 30 zu
initiieren oder zu zünden.
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Die
Sprengkapsel-Zündschaltung 42 kann einen
Thyristor 66 umfassen, der mit dem Sprengkapsel-Verbinder 26 in
Reihe geschaltet ist. Genauer, die Anode des Thyristors 66 ist
mit einer ersten Anschlußklemme
des Sprengkapsel-Verbinders 26 verbunden, während eine
zweite Anschlußklemme
des Sprengkapsel-Verbinders 26 mit der ersten Platte des
Kondensators 38 verbunden ist. Das Gate des Thyristors 66 steht
mit dem Steuerungssystem 50 betriebstechnisch in Verbindung,
welches dafür
konfiguriert ist, dem Thyristor 66 ein geeignetes "Ein"-Signal oder einen "Ein"-Befehl zuzuführen, wenn
der Countdown null erreicht. Ein zu dem Sprengkapsel-Verbinder 26 parallelgeschalteter
Widerstand 68 bewirkt eine Vorwärtsvorspannung für den Thyristor 66.
Ein Kondensator 70, der ebenfalls zu dem Sprengkapsel-Verbinder 26 parallelgeschaltet
ist, sorgt für
eine Transienten-Unterdrückung.
Wenn der Thyristor 66 in Reaktion auf den Befehl vom Steuerungssystem 50 eingeschaltet
oder "gezündet" wird, wird der Kondensator 38 an
die Anschlußklemmen des
Sprengkapsel-Verbinders 26 angeschlossen, wodurch er die
elektrische Energie liefert, die erforderlich ist, um eine Sprengkapsel 32 zu
initiieren oder zu zünden,
die mit dem Sprengkapsel-Verbinder 26 elektrisch verbunden
ist.
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Das
Detektorsystem 44 kann ein Paar von Spannungsteilernetzwerken 72 und 74 umfassen,
die zu dem Kondensator 38 parallelgeschaltet sind. Genauer,
ein erstes Spannungsteilernetzwerk 72 kann einen ersten
und einen zweiten Widerstand 76 und 78 umfassen,
die in Reihe an den Kondensator 38 angeschlossen sind.
Ein zweites Spannungsteilernetzwerk 74 kann drei Widerstände 68, 80 und 82 umfassen,
die in Reihe an den Kondensator 38 angeschlossen sind.
Siehe 3. Es ist anzumerken, daß der Widerstand 68 auch
zu der ersten und zweiten Anschlußklemme des Sprengkapsel-Verbinders 26 parallelgeschaltet
ist. Die Anordnung ist so beschaffen, daß der Gesamtwiderstandswert
der Widerstände 68 und 80 ungefähr gleich
dem Widerstandswert des Widerstands 76 des ersten Spannungsteilernetzwerks 72 ist.
In ähnlicher
Weise sollte der Widerstandswert des Widerstands 80 ungefähr gleich
dem Widerstandswert des Widerstands 78 des ersten Spannungsteilernetzwerks 72 sein.
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Das
Steuerungssystem 50 steht mit dem Knotenpunkt ("Vcap") zwischen den Widerständen 76 und 78,
dem Knotenpunkt ("CapV") zwischen dem Widerstand 76 und
dem Kondensator 38 so wie mit dem Knotenpunkt ("VBLCap") zwischen den Widerständen 80 und 82 betriebstechnisch
in Verbindung. Falls keine Sprengkapsel 32 an die Anschlußklemmen
des Sprengkapsel-Verbinders 26 angeschlossen
ist, sind die Spannungen an den Knotenpunkten Vcap und VBLCap aufgrund
der ausbalancierten Konfiguration der zwei Spannungsteilernetzwerke 72 und 74 im
wesentlichen identisch. Falls jedoch eine Sprengkapsel 32 (die
normalerweise einen Widerstandswert von ungefähr 2 Ohm aufweist) an die Anschlußklemmen
des Sprengkapsel-Verbinders 26 angeschlossen ist, sind
die Spannungen an den Knotenpunkten Vcap und VBLCap nicht im wesentlichen identisch.
Das Steuerungssystem 50 ist dafür konfiguriert, diese Spannungsdifferenz
zu erkennen und somit zu bestimmen, ob eine Sprengkapsel 32 an den
Sprengkapsel-Verbinder 26 angeschlossen
ist.
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Die
verschiedenen Widerstände 68, 76, 80 und 82,
aus denen das erste und das zweite Spannungsteilernetzwerk 72 und 74 bestehen,
können
irgendwelche aus einem breiten Spektrum von Widerständen sein,
vorausgesetzt, daß sie
auf die bereits beschriebene Art und Weise ausbalancierte Spannungsteilernetzwerk 72 und 74 bilden.
Jedoch sollten, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, da
das erste und das zweite Spannungsteilernetzwerk 72 und 74 zusammen
auch einen passiven Shunt (Nebenschlußwiderstand) 84 des
Entladesystems 46 darstellen, die Widerstandswerte des
ersten und zweiten Spannungsteilernetzwerks 72 und 74 so gewählt werden,
daß auch
ein angemessener Grad des Widerstands für den passiven Shunt 84 des
Entladesystems 46 gewährleistet
wird. Beispielsweise weist bei einer Ausführungsform der Widerstand 68 einen
Widerstandswert von ungefähr
330 Kiloohm (kΩ)
auf, während
der Widerstand 76 einen Widerstandswert von ungefähr 1 Megohm
(MΩ) aufweist. Der
Widerstand 80 kann dann mit einem Widerstandswert von ungefähr 680 kΩ versehen
sein, so daß der
Reihenwiderstandswert der Widerstände 68 und 80 ungefähr 1 MΩ beträgt. Die
Widerstände 78 und 82 können beide
Widerstandswerte von ungefähr
10 kΩ aufweisen.
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Wie
oben erwähnt,
kann das elektronische Zündsystem 10 auch
mit einem Entladesystem 46 zum Entladen von elektrischer
Energie, die in dem elektrischen Energiespeichersystem 36 gespeichert ist,
ausgestattet sein. Bei einer Ausführungsform umfaßt das Entladesystem 46 einen
passiven Entladeabschnitt oder passiven Shunt (Nebenschlußwiderstand) 84 und
einen aktiven Entladeabschnitt oder aktiven Shunt 86. Bei
einer Ausführungsform
umfaßt der
passive Shunt 84 des Entladesystems 46 die zwei
Spannungsteilernetzwerke 72 und 74, da sie an die
erste und zweite Platte des Kondensators 38 angeschlossen
sind und daher dazu dienen, den Kondensator 38 im Laufe
der Zeit zu entladen.
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Der
aktive Shunt 86 kann einen Feldeffekttransistor (FET) 88 oder
ein anderes geeignetes Schaltelement und einen Strombegrenzungswiderstand
oder Strombegrenzungswiderstände 90 umfassen,
deren Reihenkombination an den Kondensator 38 angeschlossen
ist. Das Gate des FET 88 steht mit dem Steuerungssystem 50 betriebstechnisch
in Verbindung, welches dafür
konfiguriert ist, dem FET 88 ein geeignetes "Ein"-Signal oder einen "Ein"-Befehl zuzuführen, wenn
gewünscht
wird, den Kondensator 38 über den Widerstand 90 schnell
zu entladen. Außerdem
kann ein Schalter 34' (3),
der mit dem Einschaltschlüssel 34 betriebstechnisch
in Verbindung steht, zu dem FET 88 parallelgeschaltet sein, so
daß, wenn
der Einschaltschlüssel 34 eingesteckt wird,
der Schalter 34' schließt, wodurch
er den Kondensator 38 über
den Widerstand 90 kurzschließt. Das heißt, der Widerstand 90 ist
immer an den Kondensator 38 angeschlossen, wenn der Einschaltschlüssel 34 eingesteckt
ist.
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Der
Widerstand 90 kann irgendeiner aus einem Spektrum von Widerständen sein,
die geeignet sind, den Kondensator 38 mit der gewünschten
Geschwindigkeit zu entladen und außerdem den Entladestrom auf
einen sicheren Pegel zu begrenzen. Beispielsweise umfaßt bei einer
Ausführungsform
der Widerstand 90 ein Paar von parallelgeschalteten Widerständen von
200 Ohm (Ω).
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Das
Ladesystem 48 kann verwendet werden, um das elektrische
Energiespeichersystem 36 (z. B. den Kondensator 38)
zu laden, so daß es
dann ausreichend Energie enthält,
um die zu zündende Vorrichtung 28 zu
initiieren. Bei einer Ausführungsform
kann das Ladesystem 48 eine Aufwärtswandlerschaltung umfassen,
die eine Induktivität 88 und
einen FET 94 umfaßt,
deren Reihenkombination an eine (z. B. von einer Batterie 96 gelieferte)
Gleichspannung angeschlossen ist. Der Kondensator 38 ist zu
dem FET 94 über
eine Diode 98 parallelgeschaltet, wie in 3 am
besten zu erkennen ist. Das Gate des FET 94 steht mit dem
Steuerungssystem 50 betriebstechnisch in Verbindung, welches
dem FET 94 ein gepulstes Gate-Signal zuführt, um
zu bewirken, daß dieser
ein- und ausgeschaltet wird. Eine Lawinendiode 99 kann
zwischen der Diode 98 und dem Widerstand 90 in
Reihe geschaltet sein, um für
eine Transienten-Unterdrückung
zu sorgen.
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Der
FET 94 kann zwischen den Zustanden "Ein" und "Aus" mit beliebigen Frequenzen
und relativen Einschaltdauern (d. h. Verhältnissen zwischen "Ein"-Zeit und "Aus"-Zeit) aus einem
weiten Spektrum umgeschaltet werden, um den Kondensator 38 in
der gewünschten
Zeit und bis zu dem gewünschten
Potential zuladen. Bei einer Ausführungsform, bei der das elektronische
Zündsys tem 10,
wie oben beschrieben, mit einem passiven Shunt 84 ausgestattet ist,
sollten die Schaltfrequenz und die relative Einschaltdauer für den FET 94 so
beschaffen sein, daß das
Ladesystem 48 den Kondensator 38 mit einer Geschwindigkeit
lädt, die
wesentlich größer ist
als die, mit der es durch den passiven Shunt 84 entladen wird,
und mit einer Geschwindigkeit, welche ermöglicht, daß der Kondensator 38 vollständig geladen wird,
bevor der Countdown null erreicht. Beispielsweise wird bei einer
bevorzugten Ausführungsform der
FET 94 mit einer Frequenz von ungefähr 10 Kilohertz (kHz) zwischen
den Zuständen "Ein" und "Aus" umgeschaltet. Die "Ein"-Zeit beträgt ungefähr 95 Mikrosekunden (μs) und die "Aus"-Zeit beträgt ungefähr 5 μs. Wenn die
Spannung der Batterie 96 ungefähr 9 Volt beträgt, sind
diese Umschaltzeiten in der Lage, den Kondensator 38 bis
zu einer Spannung von ungefähr
200 Volt oder höher
aufzuladen, welche ausreichend ist, um ein Stoßwellenrohr 30 oder
eine Sprengkapsel 32 zu initiieren.
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Das
Steuerungssystem 50 kann irgendeines aus einem breiten
Spektrum von Steuerungssystemen sein, die geeignet sind, die verschiedenen
Systeme und Komponenten des elektronischen Zündsystems 10 gemäß den hier
dargelegten Lehren zu betreiben. Demzufolge darf die Erfindung nicht
als auf irgendeinen speziellen Typ von Steuerungssystemen 50 beschränkt betrachtet
werden. Jedoch kann beispielsweise bei einer Ausführungsform
das Steuerungssystem 50 einen 8-Bit CMOS FLASH Mikrocontroller umfassen,
wie etwa vom Typ PIC16F72, welcher von Microchip Technology, Inc.,
aus Chandler, AZ (USA) beziehbar ist. Der Mikrocontroller kann so
programmiert sein, daß er
verschiedene Systeme auf die hier beschriebene Art und Weise steuert.
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Es
wird nun auf die 3 und 4 gleichzeitig
Bezug genommen: Das elektronische Zündsystem 10 kann wie
folgt betrieben werden, um eine zu zündende Vorrichtung 28 (z.
B. ein Stoßwellenrohr 30 oder
eine Sprengkapsel 32) zu initiieren oder zu zünden. Wenn
das elektronische Zündsystem 10 erstmals
eingeschaltet wird, kann das Steuerungssystem 50 zuerst
die Ist-Spannung
der Batterie 96 messen. Bei einer Ausführungsform kann die Batterie 96 eine
herkömmliche
9-Volt-Alkali-Batterie sein, welche, wenn sie "frisch" ist, normalerweise eine Spannung von
ungefähr
9,5 Volt entwickelt. Der Mikrocontroller des Steuerungssystems 50 kann
so programmiert sein, daß er
nach einer Batteriespannung von mindestens 7,5 Volt sucht. Falls
das Steuerungssystem 50 nicht mindestens 7,5 Volt findet, wird
der Verarbeitungsvorgang abgebrochen, und es wird eine Fehlermeldung "Batteriespannung
niedrig" auf dem
Anzeigesystem 18 angezeigt. Der Benutzer ist dann nicht
in der Lage fortzufahren, er kann nur das elektronische Zündsystem 10 ausschalten.
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Falls
ermittelt wird, daß die
Spannung der Batterie 96 7,5 Volt oder mehr beträgt, kann
das Steuerungssystem 50 dann gleichzeitig sämtliche Segmente
der LED-Anzeige 20 einschalten, wodurch eine Prüflast an
die Batterie 96 angeschlossen wird. Es ist möglich, daß, obwohl
die anfängliche
Batterieprüfung
erfolgreich ist, die Batterie 96 so stark entladen sein
kann, daß sie
nicht die Kapazität
aufweist, um das elektronische Zündsystem 10 über irgendeine
Zeitdauer zu betreiben. Diese Prüflast
wird an die Batterie 96 für eine gewisse Zeitdauer (z.
B. ungefähr zwei
Sekunden) angeschlossen. Das Steuerungssystem 50 kann nochmals
die Spannung der Batterie 96 messen. Falls die Batteriespannung
auf 6,6 Volt oder darunter gesunken ist, verbleiben weniger als 20%
der ursprünglichen
Batteriekapazität.
Wenn dies der Fall ist, wird der Verarbeitungsvorgang abgebrochen,
und es wird eine Fehlermeldung auf dem Anzeigesystem 18 angezeigt.
Der Benutzer ist dann nicht in der Lage fortzufahren, er kann nur
das elektronische Zündsystem 10 ausschalten.
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Nach
diesen zwei Batterieprüfungen
kann das Steuerungssystem 50 dafür konfiguriert oder programmiert
sein, eine Standard-Verzögerungs- oder
Countdownzeit auf dem Anzeigesystem 18 anzuzeigen. Das
Steuerungssystem 50 wartet dann auf eine Benutzereingabe
von den Tasten 16 der Frontplatte sowie auf das Abziehen
des Einschaltschlüssels 34.
An dieser Stelle kann der Benutzer die Standard-Countdownzeit wählen oder
eine andere Countdownzeit programmieren, indem er die verschiedenen
Tasten 16 betätigt.
In jedem Falle wird die Countdownzeit auf der LED-Anzeige 20 angezeigt.
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Die
Standard-Countdownzeit sowie die benutzerprogrammierbare Countdownzeit
können
innerhalb eines breiten Spektrums von Zeiten gewählt werden, die für die beabsichtigte
Anwendung geeignet sind. Beispielsweise beträgt bei einer Anwendung die
Standard-Countdownzeit 2 Minuten und 30 Sekunden. Die benutzerprogrammierbare
Countdownzeit kann zwischen einem Maximum von 59 Minuten, 59 Sekunden
und einem Minimum von 15 Sekunden gewählt werden.
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Eine
erste passive Sicherheit ist gegeben, wenn der Einschaltschlüssel 34 vollständig eingesteckt
ist. Wenn nämlich
der Einschaltschlüssel 34 vollständig eingesteckt
ist, wird ein Shunt mit niedrigem Widerstandswert (gebildet durch
den Widerstand 90 und den geschlossenen Schalter 34') zu dem Kondensator 38 physisch
parallelgeschaltet, wodurch verhindert wird, daß sich am Kondensator 38 eine
Ladung aufbaut. Dieser Shunt mit niedrigem Widerstandswert baut
dann auch eine eventuelle Ladung ab, die sich möglicherweise am Kondensator 38 aufgebaut
hat, wenn der Einschaltschlüssel 34 abgezogen
wurde. Eine zweite passive Sicherheit ist der hohe Wider standswert
oder passive Shunt 84, welcher zu jedem Zeitpunkt am Kondensator 38 vorhanden
ist. Der passive Shunt 84 verhindert, daß irgendeine
Ladung längere
Zeit im Kondensator 38 verbleibt.
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Wie
schon erwähnt,
kann das elektronische Zündsystem 10 auch
mit einem aktiven Shunt 86 ausgestattet sein, welcher durch
das Steuerungssystem 50 gesteuert werden kann. Von dem
Zeitpunkt, zu dem das elektronische Zündsystem 10 eingeschaltet
wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Steuerungssystem 50 den
Kondensator 38 zu laden beginnt, ist der aktive Shunt 86 geschlossen,
was auch verhindert, daß sich
irgendeine Ladung am Kondensator 38 aufbaut, selbst wenn
der Einschaltschlüssel 34 abgezogen
ist. Die Kombination des passiven und des aktiven Shunts 84 und 86,
wie hier beschrieben, erzeugt eine Situation, in welcher es entweder
nicht möglich
ist, eine Ladung am Kondensator 38 aufzubauen, oder wenn
eine Ladung aufgebaut wird, dies eigentlich in einem "Wettlauf" geschieht, mit dem Ziel,
schneller eine ausreichende Ladung aufzubauen und zu halten, als
die Ladung über
den passiven (d. h. einen hohen Widerstandswert aufweisenden) Shunt 84 abgeführt wird.
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Nachdem
die gewünschte
Countdownzeit gewählt
worden ist, z. B. über
die Tasten 16, und auf der LED-Anzeige 20 bestätigt wurde,
muß der
Benutzer dann den Einschaltschlüssel 34 abziehen.
Das Abziehen des Einschaltschlüssels 34 bewirkt
zweierlei. Erstens wird dadurch einer der Shunts am Kondensator 38 physisch
entfernt (nämlich
durch Öffnen des
Schalters 34').
Zweitens wird der geänderte
Zustand des Schalters 34' von
dem Steuerungssystem 50 erkannt. Zu diesem Zeitpunkt löst das Steuerungssystem 50 den
Countdown aus und ignoriert jede weitere Eingabe von dem Benutzereingabesystem 14.
Das Steuerungssystem 50 hält den aktiven Widerstand 86 geschlossen,
bis der Countdown eine Minute erreicht (oder weniger, falls die
eingestellte Zeit weniger als eine Minute beträgt). Das Steuerungssystem 50 öffnet dann
den aktiven Shunt 86 und beginnt, die Ladeschaltung 48 anzusteuern,
um den Kondensator 38 zu laden. Wie erwähnt, müssen die Pulsdauer und die
Frequenz des dem FET 88 zugeführten Signals so beschaffen
sein, daß die
Ladeschaltung 48 den Kondensator 38 mit einer
Geschwindigkeit lädt,
welche höher
ist als die Geschwindigkeit, mit welcher der Kondensator 38 durch den
passiven (d. h. einen hohen Widerstandswert aufweisenden) Shunt 84 entladen
wird. Das heißt,
die Ladegeschwindigkeit, die durch die Ladeschaltung 48 bewirkt
wird, muß höher sein
als die Entladegeschwindigkeit über
den passiven Shunt 84. Die Ladegeschwindigkeit sollte auch
ausreichend hoch sein, so daß der
Kondensator 38 vollständig
geladen wird, bevor der Countdown null erreicht.
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Sobald
die am Kondensator 38 anliegende Spannung zum Beispiel
200 Volt erreicht, moduliert das Steuerungssystem 50 die
Ladeschaltung 48 (d. h. schaltet sie ein und aus), um die
Spannung des Kondensators 38 bei ungefähr 200 Volt zu halten. Das
Steuerungssystem 50 kann die Spannung am Kondensator 38 durch Überwachen
der Spannung am Knotenpunkt Vcap bestimmen. Während des Countdowns kann der
Benutzer jederzeit den Einschaltschlüssel 34 wieder einstecken.
Das Wiedereinstecken des Einschaltschlüssels 34 bewirkt dann zweierlei.
Erstens wird dadurch ein Shunt mit niedrigem Widerstandswert am
Kondensator 38 physisch zurückgesetzt, wobei er über den
Widerstand 90 entladen wird. Zweitens schließt das erneute
Einstecken des Einschaltschlüssels 34 einen
Schalter 34' (3),
was von dem Steuerungssystem 50 erkannt wird. Das Steuerungssystem 50 bricht
dann den Countdown ab und wechselt zu einem Betriebszustand, in
dem der Benutzer die Countdownzeit ändern oder neu einstellen kann.
Falls das Steuerungssystem 50 nicht in der Lage ist, das
Wiedereinstecken des Einschaltschlüssels 34 zu erkennen
(d. h. durch Erkennen des geänderten
Zustands des Schalters 34'),
bewirkt das Wiedereinstecken des Einschaltschlüssels 34, daß der Shunt
mit niedrigem Widerstand über
den Kondensator 38 zurückgesetzt wird,
wobei er über
den Widerstand 90 entladen wird und damit jeden weiteren
Aufbau von Ladung verhindert.
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Unter
normalen Umständen,
d. h. wenn der Einschaltschlüssel 34 nicht
wieder eingesteckt wird, setzt das Steuerungssystem 50 den
Countdown bis null fort, wobei es die Spannung am Kondensator 38 bei
ungefähr
der gewünschten
Zündspannung
(z. B. ungefähr
200 Volt) aufrecht erhält,
indem es die Spannung am Knotenpunkt Vcap überwacht und indem es das Ladesystem 48 auf
die bereits beschriebene Art und Weise moduliert. Zu diesem Zeitpunkt bestimmt
das Steuerungssystem 50, das mit dem Detektorsystem 44 zusammenarbeitet,
ob eine Sprengkapsel 32 an den Sprengkapsel-Verbinder 26 angeschlossen
ist. Diese Detektion wird bewerkstelligt, indem die Spannungen an
den verschiedenen Knotenpunkten des ersten und des zweiten Spannungsteilernetzwerks 72 und 74 verglichen
werden. Das heißt,
falls die Spannung am Knotenpunkt VBLCap ungefähr gleich der Spannung am Knotenpunkt
Vcap ist, schlußfolgert
das Steuerungssystem 50, daß keine Sprengkapsel 32 angeschlossen
ist. Daher betätigt
oder zündet
das Steuerungssystem 50, wenn der Countdown null erreicht,
die Stoßwellenrohr-Zündschaltung 40.
Andernfalls, wenn die Spannung am Knotenpunkt VBLCap nicht gleich
der Spannung am Knotenpunkt Vcap ist, schlußfolgert das Steuerungssystem 50,
daß eine
Sprengkapsel 32 an den Sprengkapsel-Verbinder 26 angeschlossen
ist. Das Steuerungssystem 50 betätigt oder zündet dann die Sprengkapsel-Zündschaltung 42,
wenn der Countdown null erreicht. Nach dem Zünden zeigt das Steuerungssystem 50 dann
einen Hinweis an, daß es
gezündet
hat, und was es gezündet hat
(d. h. entweder die Stoßwellenrohr-Zündschaltung 40 oder die
Sprengkapsel-Zündschaltung 42).
Das Steuerungssystem 50 beendet außerdem das Ansteuern der Ladeschaltung 48 und
stellt den aktiven Shunt 86 am Kondensator 38 wieder
her.
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Optional
kann das Steuerungssystem 50 unmittelbar vor dem Zünden der
entsprechenden Zündschaltung
(z. B. entweder der Stoßwellenrohr-Zündschaltung 40 oder
der Sprengkapsel-Zündschaltung 42)
die am Kondensator 38 aufgebaute Spannung über die
Spannung am Knotenpunkt Vcap messen. Bei einer Ausführungsform
sollte die Spannung am Kondensator 38 mindestens 160 Volt
betragen. Falls die Spannung am Kondensator 38 mindestens
160 Volt beträgt,
betätigt
das Steuerungssystem 50 die entsprechende Zündschaltung
auf die bereits beschriebene Art und Weise. Falls die Spannung kleiner
als ungefähr
160 Volt ist, betätigt
das Steuerungssystem 50 nach wie vor die entsprechende Zündschaltung,
doch es bewirkt außerdem
eine Anzeige "Batteriespannung
niedrig" auf dem
Anzeigesystem 18. Eine solche Fehlermeldung weist darauf hin,
daß die
Batterie 96 ausgewechselt werden sollte, bevor ein Versuch
unternommen wird, nochmals mit derselben Countdown-Einstellung oder
einer längeren
Countdown-Einstellung zu zünden.
Falls die Energie nicht ausreichend war, um eine Detonation zu initiieren,
kann das Steuerungssystem 50 eine Anzeige der wahrscheinlichen
Ursache liefern (z. B. eine niedrige Batteriespannung).
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nochmals
die Spannung der Batterie 96. So ermöglicht das Messen der Spannung
der Batterie 96 eine Bestimmung, wie stark die Batterie 96 während des
Countdown-Vorgangs entladen wurde. Falls bestimmt wird, daß die Spannung
der Batterie 96 kleiner als ungefähr 6,6 Volt ist, zeigt dann
das Steuerungssystem 50 ein Signal "Batteriespannung niedrig" anstelle einer Zündungsanzeige
an. In diesem Falle verhindert das Steuerungssystem 50 nicht
die Betätigung
der entsprechenden Zündschaltung.
Das Steuerungssystem 50 zeigt vielmehr einfach den Hinweis "Batteriespannung
niedrig" an, was
bedeutet, daß die
Batterie 96 ausgewechselt werden sollte, bevor erneut versucht
wird zu zünden.
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Nach
dem Zünden
reagiert das Steuerungssystem 50 nicht mehr auf irgendeine
Eingabe von dem Benutzereingabesystem 14 oder dem Einschaltschlüssel 34.
Das elektronische Zündsystem 10 muß aus- und
eingeschaltet werden, um eine weitere Zündsequenz zu beginnen. Dies
dient dazu, eine Systemprüfung
zu erzwingen, bevor erneut ein Countdown ausgelöst werden kann.
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Nachdem
hier bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dargelegt wurden, wird angenommen, daß geeignete
Modifikationen an dieser vorgenommen werden können, welche trotzdem innerhalb
des Rahmens der Erfindung bleiben. Die Erfindung darf daher nur
entsprechend den folgenden Ansprüchen
interpretiert werden:
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
elektronisches Zündsystem
kann eine erste Zündschaltung
und eine zweite Zündschaltung aufweisen.
Ein Detektionssystem, das mit der ersten und der zweiten Zündschaltung
betriebstechnisch in Verbindung steht, erkennt, ob eine zu zündende Vorrichtung
mit einer der ersten und zweiten Zündschaltung verbunden ist.
Das elektronische Zündsystem betätigt eine
der ersten und zweite Zündschaltung, mit
welcher die zu zündende
Vorrichtung verbunden ist.