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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Fehlerortes beziehungsweise der Position einer mit einem Fehler behafteten Leitung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine Verwendung des Verfahrens.
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Bei Systemen beziehungsweise Vorrichtungen, die eine Vielzahl von elektrischen Leitungen, beispielsweise in Form von Kabelbäumen, umfassen, ergibt sich das Problem, dass einzelne Leitungen der Kabelbäume Fehlerstellen, beispielsweise Leitungsunterbrechungen, aufweisen können. Um die Position dieser Leitungsunterbrechungen in Kabelbäumen mit einer Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Leitungen lokalisieren zu können, wurden im Bereich der Energieversorgung oder Telekommunikation Techniken basierend auf Zeitreihen- oder Impulsverfahren, gekoppelt mit relativ hohen anregenden Frequenzen, eingesetzt.
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Die meisten dieser Verfahren sind aus dem Energiebereich bekannt geworden.
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Die aus dem Energiebereich bekannt gewordenen Verfahren haben hohe Spannungen genutzt, was insbesondere im Niederspannungsbereich, beispielsweise bei KfZ-Elektronik nicht praktikabel ist, da unter anderem Elektronikbauteile zerstört werden können. Die bei der Lokalisierung von Fehlern insbesondere im Bereich der Energieversorgung verwendeten Laufzeitverfahren setzen große Leitungslängen voraus, die aber beispielsweise auf dem Gebiet von Kraftfahrzeugen oder anderen Vorrichtungen mit kurzen Leitungslängen nicht gegeben ist. Bei dem alternativen Einsatz induktiver Suchverfahren können die die Kabelbäume umgebenden Metalle, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, Probleme darstellen.
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Neben den zuvor beschriebenen technischen Verfahren konnten Kabel beziehungsweise Leitungen, die beispielsweise in Kraftfahrzeugen verbaut wurden, durch eine optische Sichtprüfung über den kompletten Verlauf nach einer kompletten Freilegung beziehungsweise Demontage der Leitungsanordnung zur Lokalisierung der Unterbrechungs- beziehungsweise Fehlerstelle durchgeführt werden. Ein derartiges Verfahren war sehr aufwändig und teilweise nicht durchführbar, insbesondere bei verdeckter Verbauung der Kabelstränge.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit ein Verfahren anzugeben, das die Bestimmung der Position der Fehlerquelle einer Leitung, insbesondere in einem Strang mit mehreren parallel verlaufenden Leitungen ermöglicht, ohne die oben beschriebenen Nachteile im Stand der Technik.
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Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem Kabelbaumfehler beispielsweise in einem Kraftfahrzeug einfacher als im Stand der Technik aufgefunden werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Spannungsreferenzeffektivwert URef auf einer Messleitung in Bezug auf ein Bezugspotential für ein zeitlich sich änderndes Spannungssignal, insbesondere ein sinusförmiges Spannungssignal, zur Verfügung gestellt wird, anschließend das zeitlich sich ändernde Spannungssignal, insbesondere das sinusförmige Spannungssignal auf die mit einem Fehler behaftete Leitung, beispielsweise die Leitung mit einer Leitungsunterbrechung gegeben wird und ein sich aufgrund von Kopplung ergebender Spannungseffektivwert U2 auf einer Messleitung in Bezug auf ein Bezugspotential bestimmt wird. Dann wird der zuvor zur Verfügung gestellte Spannungsreferenzeffektivwert und der gemessene Spannungseffektivwert an der mit einem Fehler behafteten Leitung ins Verhältnis zueinander gesetzt und bei bekannter Gesamtlänge Länge LGesamt der beschädigten Leitung die Position des Fehlerortes L2 der mit einem Fehler behafteten Leitung bestimmt.
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Eine derartige Bestimmung des Fehlerortes ist insbesondere deswegen möglich, weil überraschenderweise herausgefunden wurde, dass ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen dem gemessenen Spannungseffektivwert der mit einem Fehler behafteten Leitung und der Leitungslänge bis zum Fehler besteht.
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Insbesondere ist es in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung möglich, den Fehlerort einer mit einem Fehler behafteten Leitung durch folgende Berechnungsformel:
in etwa zu bestimmen, wobei
- L2:
- die Position des Fehlers auf der mit einem Fehler behafteten Leitung ist,
- LGesamt:
- die Gesamtlänge der Leitung ist,
- URef:
- der Spannungseffektivreferenzwert auf einer Messleitung ist, und
- U2:
- der Spannungseffektivwert auf einer Messleitung ist.
- K:
- ein Korrekturfaktor, der von den Umgebungs-/Randbedingungen abhängen kann
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Der oben beschriebene lineare Zusammenhang erlaubt somit, aus den Spannungsmessungen bei Kenntnis der Leitungslänge der mit einem Fehler behafteten Leitung den Ort des Fehlers auf der Leitung zu bestimmen, wobei die Länge L2 die Länge vom beispielsweise Spannungsgenerator zur mit einem Fehler behafteten Stelle, beispielsweise der Leitungsunterbrechung ist.
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Das zur Verfügung stellen eines Spannungsreferenzeffektivwertes kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. So ist es möglich, einen Spannungsreferenzeffektivwert für die mit einem Fehler behaftete Leitung zu hinterlegen für eine intakte Leitung, wobei dieser Referenzwert im Falle einer Beschädigung erneut abgerufen wird. Liegt ein derartiger Spannungseffektivreferenzwert nicht vor, so ist eine zur mit einem Fehler behafteten Leitung intakte parallel verlaufende Referenzleitung erforderlich. Auf diese intakte, parallel verlaufende Referenzleitung wird dann ein zeitlich sich änderndes Spannungssignal, insbesondere ein sinusförmiges Spannungssignal mit einer Amplitude und einer Frequenz angelegt und der durch Kopplung auf einer Messleitung sich ergebende Spannungsreferenzeffektivwert bestimmt. Dasselbe Spannungssignal wird dann an die mit einem Fehler behaftete Leitung angelegt und ein durch Kopplung sich auf einer Messleitung ergebender Spannungseffektivwert U2 ermittelt. Bei bekannter Gesamtlänge der mit einem Fehler behafteten Leitung kann aus dem Verhältnis dieser beiden Spannungen der Abstand von der Spannungsquelle bis zum Fehler, wie zuvor beschrieben, bestimmt werden.
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Besonders bevorzugt wird das Spannungssignal mit einem Signalgenerator erzeugt und ist ein sinusförmiges Spannungssignal mit einer Frequenz und einer Amplitude. Bevorzugt liegt die Frequenz des sinusförmigen Spannungssignals im Bereich 10 Hz bis 100 MHz, bevorzugt 100 Hz bis 10 kHz. Die mittlere Spannung des Signalgenerators kann zwischen 1 V bis 50 V, bevorzugt 5 V bis 25 V liegen. Die aufgrund der Kopplung sich ergebenden mittlere Spannung auf der Signalleitung kann zwischen 100 mV und 1 V, bevorzugt 200 mV bis 800 mV, insbesondere 400 mV bis 600 mV liegen.
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Neben dem zuvor beschriebenen Verfahren stellt die Erfindung noch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung. Eine derartige Vorrichtung zeichnet sich durch einen Frequenzgenerator zur Erzeugung eines zeitlich sich ändernden Spannungssignals, insbesondere eines sinusförmigen Spannungssignals, sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung des Spannungseffektivwertes aus. Verwendung finden kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Bestimmung einer Leitungsunterbrechung in Kabelbäumen, insbesondere in Kabelbäumen in Kraftfahrzeugen, bevorzugt in Kraftfahrzeugbordnetzen sowie bei Kommunikationsleitungen, insbesondere bei abgeschirmten Kommunikationsleitungen.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele ohne Beschränkung hierauf beschrieben werden. Es zeigen:
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1 den Aufbau einer Messeinrichtung,
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2 das Ergebnis eines Beispielversuchs für unterschiedliche Frequenzen und unterschiedliche Spannungen;
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3 das Verhältnis U2 durch URef aufgetragen gegenüber einem Verhältnis L2 durch LGesamt für unterschiedliche Messungen.
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In 1 ist ein möglicher Aufbau zur Bestimmung der Position eines Fehlers in einem Kabelbaum mit drei parallel verlaufenden Leitungen 10.1, 10.2, 10.3 gezeigt. Die Leitungsenden des Kabelbaums 5 mit Leitungen 10.1, 10.2 und 10.3 in dem dargestellten Beispiel sind offen, das heißt unbelastet. Leitung 10.2 ist die mit einem Fehler behaftete Leitung. Der Fehler auf Leitung 2, die auch als Leitung 10.2 bezeichnet wird, ist eine Leitungsunterbrechung 12. Sollte das Leitungsende belastet sein, so kann dies durch den Korrekturfaktor K als Randbedingung berücksichtigt werden.
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Die Bestimmung der Position 12 der Leitungsunterbrechung geschieht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Verwendung einer Referenzleitung, hier der Leitung 1 mit Bezugsziffer 10.1. Zunächst wird mit Hilfe eines Signalgenerators 20 ein sinusförmiges Spannungssignal mit einer Frequenz und einer Amplitude an der Leitung 10.1 angelegt. Durch Kopplung kann ein Spannungsreferenzeffektivwert URef zwischen einer Messleitung 10.3 und einer Bezugsmasse M gemessen werden. Der Spannungsreferenzwert URef dient als Grundlage für die spätere Bestimmung der Position der Leitungsunterbrechung.
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Im nächsten Schritt wird mit dem Signalgenerator 20 das gleiche Spannungssignal, das zuvor an die Referenzleitung 10.1 angelegt wurde, an die mit einem Fehler behaftete, hier mit einer Unterbrechung behaftete Leitung 10.2 angelegt. Es wird nunmehr der sich durch Kopplung ergebende Spannungseffektivwert U2 zwischen Messleitung 10.3 und Bezugspotential gemessen.
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Bei bekannter Gesamtlänge L
Gesamt der Leitung
10.1 kann nunmehr der Abstand vom Signalgenerator zur Leitungsunterbrechung
12, der mit L
2 bezeichnet wird, bestimmt werden. Dies ergibt sich aus dem Zusammenhang:
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Hierbei ist K ein Korrekturfaktor, der die Umgebungs-/Randbedingungen berücksichtigt.
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Wie die in 2 dargestellte Tabelle für verschiedene Frequenzen bei einer vorgegebenen festen Spannung von 10 V und einer sinusförmigen Anregung durch den Signalgenerator 20 zeigt, ergeben sich im Frequenzbereich von 10 Hz bis 100 MHz durch Kopplung die festgestellten Zusammenhänge zwischen den Messwerten von URef zu U2. Bei der in 2 durchgeführten Messung wurde die Leitung bei etwa 1/3 beziehungsweise 2/3 der Leitungslänge unterbrochen. Die Referenz hatte die volle Leitungslänge. Mit Hilfe eines Signalgenerators wurde nun, wie in 1 dargestellt, eine sinusförmige Spannung fester Frequenz mit einem Spannungsspitzenwert von 10 V an die Referenzleitung und die mit einem Fehler behaftete Leitung angelegt.
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Wie aus 2 hervorgeht, ergab sich bei einer Frequenz von 100 Hz für die gesamte Leitung durch Kopplung ein Spannungswert von 203 mV auf der Messleitung. Erfolgt die Leitungsunterbrechung etwa bei 1/3 der Gesamtlänge, so ergab sich durch Kopplung ein Spannungswert von 78 mV auf der Messleitung 10.3, was 38 Prozent des Referenzspannungswertes entspricht. Für eine Leitungsunterbrechung bei 2/3 der Gesamtlänge der Leitung ergab sich durch Kopplung ein Spannungswert von 118 mV auf der Messleitung 10.3, was 58 Prozent der Leitungslänge entspricht. Aus 2 geht somit deutlich hervor, dass im Bereich von 10 Hz bis 100 MHz, insbesondere 100 Hz bis 10 kHz ein linearer Zusammenhang zwischen den gemessenen Spannungseffektivwerten und den zugehörigen Leitungen vorliegt.
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3 zeigt den annähernd linearen Zusammenhang des Kopplungsverhaltens abhängig von der Leitungslänge L2. Auf der X-Achse ist das Verhältnis L2 durch LGesamt und auf der Y-Achse das Verhältnis U2 durch URef aufgetragen. Für die vier Messungen 100.1, 100.2, 100.3, 100.4 zeigt sich der vorausgesagte lineare Verlauf 200.
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Neben einer Feststellung von Unterbrechungen in einem Kfz-Kabelbaum wie in den zuvor dargestellten Beispielen, können auch Kommunikationsleitungen, beispielsweise geschirmte Vierdrahtleitungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren untersucht werden. Auch für derartige Leitungen ergibt sich der in 3 dargestellte lineare Zusammenhang bei niedrigen Frequenzen im Bereich von 10 Hz bis 100 MHz.
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Mit der Erfindung wird somit erstmal ein sehr einfacher Messaufbau angegeben, mit der kostengünstig und auf einfache Art und Weise ein Fehler, beispielsweise eine Unterbrechung, in einem Kabelbaum im Wesentlichen parallel verlaufender Leitungen lokalisiert werden kann. Insbesondere ist es nicht erforderlich derartige Störungen mit einem aufwändigen Messaufbau, beipielsweise einem Speicherozilloskop zu lokalisieren. Besonders geeignet ist dieses Verfahren für Frequenzbereiche zwischen 10 Hz und 100 MHz bei niedrigen anregenden Spannungen im Bereich von 1 V bis 50 V, bevorzugt von 5 V bis 25 V, die sich auf einem niedrigen Niveau bewegen. Aufgrund der Frequenz und dem Spannungswert lässt sich auf einfache Art und Weise und mit einem geringen Aufwand ein Fehler in einer Vielzahl von wesentlich parallel verlaufenden Leitungen bestimmen.
