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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Störsignale erzeugenden Geräts in einem elektrischen Netz, ein elektrisches System sowie ein Flugzeug mit einem solchen elektrischen System.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Versorgung von elektrischen Geräten und Einrichtungen in Gebäuden oder Fahrzeugen erfolgt üblicherweise durch ein elektrisches Netz, über das elektrische Leistung verteilt wird. Diese wird dabei von einer oder mehreren Stromversorgungseinheiten bereitgestellt und über elektrische Leitungen übertragen. Bedingt durch die gemeinsame Nutzung elektrischer Leitungen innerhalb eines solchen Netzes können elektrische Störsignale, die von einzelnen Geräten über deren Anbindung an das elektrische Netz abgegeben werden, von anderen Geräten wahrgenommen werden.
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Elektrische Verbraucher in Fahrzeugen und insbesondere in Flugzeugen müssen strenge elektrische Anforderungen erfüllen und dürfen nur geringe elektrische Störungen in ein elektrisches Netz und elektromagnetische Störungen in ihre Umgebung abgeben. Die Interpretation eines durch eine in ein Gerät integrierte Einrichtung zur automatischen Fehlerdetektion wahrgenommenen elektrischen Störsignals wird durch die notwendige Erkennung erschwert, ob das elektrische Störsignal von innerhalb oder außerhalb des betreffenden Gerät stammt. Die zweifelsfreie Diagnose und Identifizierung eines wahrgenommenen Fehlers innerhalb des elektrischen Netzes ist demnach recht mühsam.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren vorzuschlagen, das die möglichst zweifelsfreie Erkennung fehlerhafter Geräte in einem elektrischen Netz ermöglicht. Insbesondere soll durch das vorzuschlagende Verfahren auch sichergestellt werden, dass Geräte mit integrierter Fehlererkennung die in das elektrische Netz abgegebenen elektrischen Störsignale anderer Geräte nicht als einen eigenen Fehler interpretieren.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Ein Verfahren zum Erkennen eines Störsignale erzeugenden Geräts in einem elektrischen Netz, an das mehrere Geräte und mindestens eine Fehlererkennungseinrichtung angeschlossen sind, weist die Schritte des Erfassens eines elektrischen Störsignals in dem elektrischen Netz, des sequentiellen Beeinflussens der Stromzufuhr mindestens eines der Geräte für einen vorbestimmten Zeitraum über das elektrische Netz und entsprechendes Überprüfens des elektrischen Netzes auf Veränderung des betreffenden elektrischen Störsignals durch das Beeinflussen, so lange bis sich das betreffende Störsignal verändert, auf und des Signalisierens, bei welchem mindestens einen der Geräte sich das betreffende Störsignal verändert hat.
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Ein Kern der Erfindung liegt dementsprechend darin, ein elektrisches Netz mit Hilfe einer Fehlererkennungseinrichtung überwachen zu können, um an einer beliebigen Stelle solche in das elektrische Netz eingekoppelten elektrischen Störsignale zu erfassen, die einen gewissen Toleranzbereich überschreiten und in dem elektrischen Netz üblicherweise nicht vorhanden sein sollten. Einen substantiellen Einfluss stellen Netzrückwirkungen dar, die sich aus einem auftretenden Fehler in einer elektrischen Komponente eines mit dem elektrischen Netz verbundenen Geräts ergeben können. Dies betrifft insbesondere Geräte mit nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinien oder einem nichtlinearen Betriebsverhalten, so dass deren Netzrückwirkungen durch einen Defekt oder einen Teildefekt einer oder mehrerer direkt mit dem elektrischen Netz verbundener Komponenten für das betreffende Gerät unüblich und gleichzeitig durch Überwachung des Netzes deutlich wahrnehmbar ist. Besonders könnte ein solches Verhalten bei Defekten in einer Leistungselektronik, die etwa bipolare Transistoren, Thyristoren oder dergleichen aufweist, bei Halbleitern allgemein, bei mechanischen Defekten von elektrischen Leitungen oder bei anderen elektrischen Fehlern auftreten. Zumindest in auf Wechselspannung basierenden elektrischen Netzen könnten im Wesentlichen die folgenden unterschiedlichen elektrischen Störsignale einzeln oder einander überlagert auftreten:
- – Oberschwingungen in Strom- oder Spannungsverlauf,
- – Zwischenharmonische in Strom- oder Spannungsverlauf,
- – Kurzfristige, wiederholte oder regelmäßige Änderung des Effektivwertes der Spannung oder des Stroms, und
- – Ausbildung von Spannungs- oder Stromasymmetrien, etwa durch Abweichung einer vorgegebenen Phasendifferenz.
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Beispielsweise kann durch Defekt einer direkt mit dem Netz verbundenen Diode als Halbleiter einer Leistungselektronik ein als Oberschwingung auftretendes Brummen in das elektrische Netz übertragen werden, was erfindungsgemäß durch die Fehlererkennungseinrichtung erkannt wird. Wenn ein Störsignal vorliegt, erfolgt die sequentielle bzw. iterative Untersuchung des elektrischen Netzes zur Identifizierung des ein Störsignal erzeugenden Geräts. Diese erfolgt durch das sequentielle Beeinflussen der Stromversorgung der Geräte, wobei das Beeinflussen der Stromversorgung des Geräts die Änderung der Zufuhr elektrischen Stroms beinhaltet und dabei auch das Trennen der Verbindung zu einer oder mehreren Phasen einer Wechselspannungsleitung (im Folgenden auch galvanische Trennung genannt) aufweist. Neben einer beispielsweise durchgeführten Reduktion der Stromzufuhr über eine insbesondere in dem betreffenden Gerät integrierte Leistungselektronik kann dies auch das gänzliche Abschalten einer Leistungselektronik beinhalten umfasst. Es wäre weiterhin auch eine Erhöhung der Stromzufuhr denkbar.
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Während jeweils eines sehr kurzen Zeitraums T kann dann während dieser Beeinflussung der Stromversorgung festgestellt werden, ob sich das erfasste elektrische Störsignal verändert. Wird das betreffende Gerät gänzlich vom Netz getrennt, kann das elektrische Störsignal gänzlich verschwinden. Wird lediglich die Stromzufuhr verringert, kann sich das Störsignal ebenfalls auch nur verringern, wobei diese Verringerung auch durch die Fehlererkennungseinrichtung wahrnehmbar ist. Ist das betreffende Gerät, dessen Stromversorgung beeinflusst wird, nicht für das elektrische Störsignal verantwortlich, dann verbleibt das elektrische Störsignal unverändert.
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Befindet sich das betreffende elektrische Netz in einem modernen Verkehrsmittel, beispielsweise einem Flugzeug, kann es dort aus Redundanzgründen mit mehreren Stromversorgungsquellen verbunden sein, die elektrische Leistung an die mit dem elektrischen Netz verbundenen Geräte verteilen. Beispielsweise können dies mehrere Generatoren sein, welche jeweils mechanisch mit einer Triebwerkswelle gekoppelt sind und während des Flugs elektrische Leistung bereitstellen. Die Versorgung mit elektrischer Leistung kann jedoch auch durch eine Bodenversorgung oder von einem durch die APU betriebenen Generator im Bodenbetrieb erfolgen und bei Vorbereitung auf den Flugbetrieb nach Start der Haupttriebwerke auf einen oder mehrere durch ein Haupttriebwerk betriebene Generatoren umgeschaltet werden. Aufgrund der üblicherweise verwendeten Wechselspannung kann während dieses Umschaltvorgangs eine Phasenangleichung zur Synchronisierung der gelieferten Spannungen oder eine kurzzeitige vollständige Unterbrechung des Stromflusses durchgeführt werden, um eine Beschädigung von Generatoren durch phasenverschobene, nicht synchrone Spannungen auszuschließen. Während dieses Umschaltvorgangs über einen sehr kurzen Zeitraum fehlt eine aktive Versorgung des elektrischen Netzes und der daran angeschlossenen elektrischen Geräte mit elektrischer Leistung, wobei dieser Zeitraum deutlich unterhalb einer Sekunde liegt, beispielsweise in einem Bereich von wenigen oder einigen 100 ms. Die an das elektrische Netz angeschlossenen elektrischen Geräte müssen folglich Richtlinien für einen zuverlässigen Betrieb erfüllen, die vorschreiben, dass der Betrieb der elektrischen Geräte über einen solchen sehr kurzen Zeitraum dennoch sichergestellt ist. Der Zeitraum, nach dem die Umschaltung bzw. die Schalttransiente durchlaufen ist, wird am Beispiel des Flugzeugs fachüblich mit „transparency time“ bezeichnet.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch das kurze Beeinflussen der Stromversorgung, beispielsweise durch Unterbrechung der elektrischen Verbindung oder durch das Abschalten mindestens eines elektrischen Geräts, demnach lediglich eine solche Umschaltung für das betreffende Gerät simuliert werden, welches daraufhin seine Funktion nicht unmittelbar einstellt. Während des kurzen Zeitraums kann jedoch vielmehr ausgeschlossen werden, dass das betreffende elektrische Gerät ein unverändertes elektrisches Störsignal in das elektrische Netz einkoppelt. Das Beeinflussen der Stromversorgung eines elektrischen Geräts durch eine Trennung der Verbindung des Geräts von dem elektrischen Netz kann dabei die Unterbrechung der Verbindung zu den mit dem elektrischen Gerät verbundenen Phasen umfassen, während ein Rückleiter, falls vorhanden, nicht zwangsläufig von dem Gerät getrennt werden muss.
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Das sequentielle Beeinflussen umfasst hierbei das Beeinflussen der Stromversorgung einer Sequenz von Geräten oder Gruppen von Geräten. Die Stromversorgungen der Geräte werden dabei bevorzugt nacheinander durchlaufen, wobei die Beeinflussung der Stromversorgung eines Geräts oder einer Gerätegruppe erst dann vorgenommen wird, wenn die Beeinflussung der Stromversorgung eines anderen Geräts oder einer anderen Gerätegruppe bereits abgeschlossen ist und ein normaler Betriebszustand eingestellt wurde.
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Durch Überwachen bzw. Überprüfen des elektrischen Netzes auf elektrische Störsignale kann demnach während jedes iterativen Untersuchungsvorgangs festgestellt werden, ob ein zuvor detektiertes elektrisches Störsignal noch vorhanden bzw. unverändert ist oder ob es sich unmittelbar nach Abschalten eines elektrischen Geräts ändert oder gänzlich verschwindet. Durch Korrelation aufeinanderfolgender Beeinflussungsvorgänge und des Verschwindens oder der Änderung des elektrischen Störsignals kann festgehalten werden, welches Gerät den festgestellten Fehler verursacht.
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Die Fehlererkennung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren deutlich zuverlässiger und einfacher, so dass zweifelsfreie Diagnosen hinsichtlich der korrekten Funktion der in dem elektrischen Netz angeordneten Geräte getroffen werden können. Zusätzlich können das Gewicht und die Herstellkosten des elektrischen Netzes bzw. des Gesamtsystems aus elektrischem Netz und den daran angeschlossenen elektrischen Geräten reduziert werden, da es nicht mehr erforderlich ist, in jedem Gerät eine entsprechende Sensorik zur Überwachung des betreffenden Geräts auf elektrische Fehler einzusetzen. Eine einzelne Fehlererkennungseinrichtung im Netz könnte bevorzugt einige, viele oder sämtliche elektrischen Geräte überwachen, so dass eine überwiegende Anzahl der Geräte keine interne Fehlerüberwachung mehr durchführen muss. Es kann weiterhin ausgeschlossen werden, dass eine in ein elektrisches Gerät integrierte Fehlererkennungseinrichtung einen durch ein anderes Gerät in das elektrische Netz abgegebenen elektrischen Fehler als einen eigenen elektrischen Fehler interpretiert und eine Falschmeldung auslöst. Die Fehlererkennungseinrichtung kann selbst jedoch auch in einem der mit dem Netz verbundenen Geräte angeordnet sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Beeinflussen der Stromversorgung eines Geräts dessen galvanische Trennung vom elektrischen Netz. Hierzu können Unterbrechereinheiten, die jeweils einem Gerät zugeordnet sind und die Verbindung zwischen dem jeweiligen Gerät und dem elektrischen Netz herstellen, sequentiell aktiviert werden, um die betreffenden Geräte vollständig, d.h. insbesondere mit sämtlichen Phasen, Rück- und Schutzleitern, vom elektrischen Netz zu trennen. Dies kann es erleichtern, jegliche Fehlerquellen auszuschließen, die alleine durch die elektrische Verschaltung eines Geräts, nicht jedoch durch dessen Betrieb hervorgerufen werden. Eine Unterbrechereinheit kann auch dazu eingerichtet sein, ein Gerät oder auch mehrere Geräte vom Netz zu trennen.
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In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Beeinflussen der Stromversorgung des mindestens einen der Geräte das Reduzieren oder Eliminieren der Leistungsaufnahme einer auf Leistungselektronik basierenden Stromversorgung des mindestens einen der Geräte. Damit verbleibt das Gerät zwar noch vollständig elektrisch mit dem Netz verbunden, kann aber kurzzeitig durch eine reduzierte oder fehlende Aufnahme von elektrischer Leistung die das Störsignal beinhaltende Netzrückwirkung verringern oder eliminieren.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Fehlererkennungseinrichtung selbstverständlich auch dazu eingerichtet sein kann, sowohl eine Reduktion oder Eliminierung der Stromzufuhr durch eine auf Leistungselektronik basierende Stromversorgung und das Abschalten mit Hilfe einer galvanischen Trennung eines oder mehrerer Geräte durchzuführen. Die vollständige galvanische Trennung kann sich für spezielle Geräte eignen, die auch im ausgeschalteten Zustand eine Netzrückwirkung aufgrund einer größeren Induktivität oder Kapazität erzielen.
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Defekte oder sonstige zum Erzeugen eines Störsignals führenden Eigenschaften in einer Leistungselektronik könnten jedoch auch bei einer verbleibenden elektrischen Verbindung detektiert werden, wenn die Stromzufuhr reduziert oder eingestellt wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das sequentielle Beeinflussen des mindestens einen der Geräte das Beeinflussen der Stromversorgung einer gesamten Gruppe von Geräten, wobei nach erfasster Veränderung des betreffenden Störsignals iterativ durch ein erneutes sequentielles Beeinflussen der Stromversorgung mindestens eines Geräts dieser Gruppe von Geräten für einen vorbestimmten Zeitraum und des jeweils gleichzeitigen Überprüfens des elektrischen Netzes auf Veränderung des betreffenden elektrischen Störsignals ermittelt wird, bei welchem mindestens einen Gerät dieser Gruppe von Geräten das betreffende Störsignal verändert ist.. Die logische Trennung verschiedener Subnetze bzw. von Verteilsträngen, die elektrische Leistung zu unterschiedlichen Gruppen von Geräten führen, könnte beispielsweise die Fehlersuche deutlich erleichtern, denn nicht jedes elektrische Gerät muss vom elektrischen Netz getrennt oder auf andere Weise in der Stromzufuhr beeinflusst werden, sondern nur die, die zu einer Gruppe von Geräten gehören, bei denen ein Fehler auftritt. Nach Identifizierung eines Subnetzes oder Verteilstranges, in dem sich das fehlerhafte Gerät befindet, kann dort die iterative Suche durchgeführt werden, indem nacheinander sämtliche darin befindlichen Geräte untersucht werden oder indem stetig die Größe der Gruppe von Geräten verkleinert wird, um das Störsignale erzeugende Gerät zu erkennen.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform kann das sequentielle Beeinflussen der Stromversorgung des mindestens einen der Geräte für einen vorbestimmten Zeitraum das sequentielle Beeinflussen der Stromversorgung genau eines der Geräte für einen vorbestimmten Zeitraum umfassen. Dies ist besonders für elektrische Netze oder Untergruppen von Geräten sinnvoll, deren Anzahl an Geräten überschaubar ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Erfassen eines elektrischen Störsignals in dem elektrischen Netz bzw. das Überprüfen des elektrischen Netzes auf Veränderung des betreffenden elektrischen Störsignals das Aufnehmen des Verlaufs einer elektrischen Größe an einem beliebigen Punkt des elektrischen Netzes und das Filtern eines bekannten Frequenzmusters. Aus dem nach dem Ausfilterungsvorgang verbleibenden Verlauf der betreffenden elektrischen Größe, der über den Zeitraum T untersucht wird, sollte nur im Falle des Vorliegens eines elektrischen Störsignals dieses sichtbar sein. Das Ausfiltern kann hierbei das Anwenden mindestens eines Tief-, Hoch-, und/oder Bandpassfilters umfassen, wobei sich die Anwendung eines Hochpassfilters, der auf die Frequenz der im elektrischen Netz anliegenden Wechselspannung eingestellt sein sollte, besonders anbietet. Hierdurch können sehr leicht Oberschwingungen identifiziert werden. In einer zeitlichen Folge kann auch bei Reduktion der Stromzufuhr zu einem Gerät, welches für das elektrische Störsignal verantwortlich ist, eine Änderung des Störsignals erfasst werden.
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Es ist anzumerken, dass die Frequenz, insbesondere in einem elektrischen Netz an Bord eines Flugzeugs, nicht zwangsläufig eine konstante Frequenz aufweisen muss, sondern auch variabel zwischen beispielsweise 400 Hz und 800 Hz liegen kann.
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In diesem Zusammenhang ist weiterhin anzumerken, dass die aufgenommene elektrische Größe sowohl die Spannung als auch den Strom umfassen kann. Die unerwünschten und unüblichen Netzrückwirkungen können beide elektrischen Größen deutlich beeinflussen. Besonders bei der Verwendung von Leistungselektronik und/oder größeren Induktivitäten, die etwa bei Elektromotoren anzutreffen sind, entstehen ausgeprägte Wechselwirkungen zwischen Spannung und Strom. Generell kann je nach Art und Anzahl der elektrischen Geräte entweder die Spannung oder der Strom oder beide Größen gleichzeitig untersucht werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ferner eine Fourier-Transformation durchgeführt, so dass der aufgenommene Verlauf der elektrischen Größe, aus dem die bekannten Frequenzmuster herausgefiltert sind, nach prägnanten elektrischen Störsignalen untersucht wird. Hieraus resultiert ein Signalverlauf, in dem eventuelle elektrische Störsignalanteile besonders ausgeprägte Amplituden besitzen und damit besonders gut detektierbar sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform endet eine Suche nach einem fehlerhaften Gerät sobald nach Beeinflussen der Stromversorgung des mindestens einen der Geräte ein betreffendes Störsignal verschwindet. Das in der sequentiellen Abfolge von in ihrer Stromversorgung beeinflussten Geräten letzte Gerät kann damit als zumindest eine mögliche Fehlerquelle identifiziert werden. Sollte jedoch das Störsignal während des kurzzeitigen Beeinflussens der Stromversorgung eines bestimmten elektrischen Geräts oder andersartig oder bei Abschaltung eines Geräts nur weniger ausgeprägt sein als vorher, aber dennoch existieren, könnte es möglich sein, dass das elektrische Netz noch mindestens ein weiteres fehlerhaftes elektrisches Gerät aufweist. Die Art der Störsignale könnte sich bei den mindestens zwei identifizierten Geräten voneinander unterscheiden. Das erfindungsgemäße Verfahren könnte dann weiter fortgeführt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Zeitraum T derart ausgewählt, dass die Funktion des betreffenden einer sequentiellen Beeinflussung der Stromversorgung unterworfenen mindestens einen der Geräte während der Beeinflussung dessen Stromversorgung über den Zeitraum nicht eingeschränkt wird.. Der Zeitraum T ist dabei so klein zu bemessen, dass er unterhalb der vorangehend genannten „transparency time“ liegt. Diese kann bei Verwendung des Verfahrens in einem Flugzeug bauartspezifisch sein, allerdings auch Zulassungsbedingungen unterliegen, die den Gegenstand der Erfindung nicht beschränken sollen.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform wird der Zeitraum T derart ausgewählt, dass die Funktion des betreffenden einer sequentiellen Beeinflussung der Stromversorgung unterworfenen mindestens einen der Geräte während der Beeinflussung dessen Stromversorgung über den Zeitraum in eingeschränktem Umfang aufrechterhalten wird. Die Einschränkung sollte jedoch in einem tolerierbaren Maß erfolgen, um die Gesamtfunktion des übergeordneten Systems, also etwa des Flugzeugs, nicht einzuschränken. Die jeweilige Tolerierbarkeit hängt dabei in erheblichem Maße von der Hauptfunktion des betreffenden Geräts ab. Dies könnte etwa leichte und über wenige 100 ms auftretende Drehzahleinbußen bei Gebläsemotoren umfassen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein elektrisches System, das mindestens ein elektrisches Netz mit mehreren daran angeschlossenen elektrischen Geräten und mindestens eine daran angeschlossene Fehlererkennungseinrichtung aufweist. Hierbei ist die Fehlererkennungseinrichtung dazu eingerichtet, elektrische Störsignale in dem elektrischen Netz zu erfassen, eine sequentielle Beeinflussung mindestens eines der Geräte für einen vorbestimmten Zeitraum und eine entsprechende Überprüfung des elektrischen Netzes auf Veränderung des betreffenden elektrischen Störsignals durchzuführen, so lange bis sich das betreffende Störsignal verändert, und zu signalisieren, bei welchem mindestens einen der Geräte sich das betreffende Störsignal verändert hat.
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Das elektrische System ist demnach per se dazu in der Lage, eventuell auftretende Störungen eigenständig zu detektieren. Es ist nicht erforderlich, dass sämtliche Geräte eine Fehlererkennungseinrichtung aufweisen, um eventuelle elektrische Fehler zu detektieren. Vielmehr reicht es aus, in dem elektrischen Netz eine einzige Fehlererkennungseinrichtung anzuordnen. Es ist ferner denkbar, dass diese Fehlererkennungseinrichtung in einem der an das elektrische Netz angeschlossenen Geräte selbst angeordnet oder als eine separate Einheit ausgeführt ist.
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Das elektrische System kann für jedes der Geräte eine entsprechende Unterbrechereinheit aufweisen, die mit der mindestens einen Fehlererkennungseinrichtung gekoppelt ist. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, durch die Fehlererkennungseinrichtung nacheinander sequentiell die einzelnen elektrischen Geräte abzuschalten, d.h. die Geräte galvanisch von dem elektrischen Netz zu trennen oder die Leistungsaufnahme durch eine Leistungselektronik deutlich oder vollständig zu reduzieren. Es sind Unterbrechereinheiten denkbar, die mehrere Geräte von dem Netz trennen können. Die Fehlererkennungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, eine Leistungselektronik eines jeweiligen Geräts derart anzusteuern, dass die Leistungsaufnahme kurzzeitig deutlich reduziert oder eliminiert und anschließend wieder auf ein normales Niveau angehoben wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die mindestens eine Fehlererkennungseinrichtung eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme des Verlaufs einer elektrischen Größe auf, sowie mindestens eine Elektronikeinheit, die dazu eingerichtet ist, aus dem aufgenommenen Verlauf bekannte Frequenzmuster auszufiltern. Damit wird, wie vorangehend bereits beschrieben, die Untersuchung eines über das elektrische Netz verbreiteten elektrischen Störsignals ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Flugzeug, in das ein derartiges elektrisches System integriert ist. Die darin installierten Geräte sind, wie vorangehend ausgeführt, dazu eingerichtet, kurzzeitige Unterbrechungen der Stromversorgung zu überbrücken, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines elektrischen Systems mit einem elektrischen Netz und mehreren daran angeschlossenen Geräten.
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2 zeigt in einer schematischen, blockbasierten Darstellung das erfindungsgemäße Verfahren als Abfolge von Schritten.
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DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt ein elektrisches System 2 mit einem elektrischen Netz 4, an das mehrere Geräte 6, 8 und 10 angeschlossen sind. Ebenfalls an dem elektrischen Netz 4 ist eine Fehlererkennungseinrichtung angeschlossen, die mindestens eine Aufnahmeeinrichtung 14 und eine Elektronikeinheit 16 aufweisen kann, welche mit der Aufnahmeeinrichtung 14 verbunden ist. Die Aufnahmeeinrichtung 14 ist in der Lage, den Verlauf einer elektrischen Größe an dem elektrischen Netz 4 aufzunehmen und als weiterverarbeitbares Signal intern bereitzustellen. Die elektrische Größe kann dabei eine Spannung oder ein Strom sein.
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Die Elektronikeinheit 16 kann beispielsweise eine Recheneinheit sein oder mit Hilfe einfacherer digitaler und/oder anaolger Schaltkreise aufgebaut sein. Die Elektronikeinheit ist primär dazu eingerichtet, aus dem aufgenommenen Verlauf der elektrischen Größe bekannte Frequenzmuster herausfiltern, die beispielsweise zu der eingespeisten Wechselspannung gehören. Ist das elektrische System 2 etwa in einem Flugzeug angeordnet, könnte über das elektrische Netz 4 eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 400 Hz und einer Spannung von beispielsweise 115 oder 200 V übertragen werden. Das Vorhandensein eines elektrischen Signals mit einer Frequenz von deutlich mehr als 400 Hz, sei es nun eine harmonische Oberschwingung oder eine Zwischenharmonische, ist demnach als ein elektrisches Störsignal auszuwerten. Die Elektronikeinheit 16 ist demnach bevorzugt dazu eingerichtet, aus dem aufgenommenen Verlauf Schwingungen mit der Netzfrequenz, also etwa 400 Hz, herauszufiltern, um so wechselnde oder konstante elektrische Störsignale zu identifizieren.
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Mit jedem der Geräte 6, 8 und 10 ist beispielhaft jeweils eine Unterbrechereinheit 18, 20 und 22 verbunden und zwischen dem Gerät 6, 8 und 10 und dem elektrischen Netz 4 zwischengeschaltet. Jede dieser Unterbrechereinheit 18, 20 und 22 ist mit der Elektronikeinheit 16 verbunden, so dass diese die jeweilige Unterbrechereinheit 18, 20 und 22 schalten kann. Die Elektronikeinheit 16 ist im Rahmen der Überprüfung des elektrischen Netzes 4 auf ein ein elektrisches Störsignal erzeugendes Gerät dazu eingerichtet, die Unterbrechereinheiten 18, 20 und 22 in einer sequentiellen Abfolge jeweils zu öffnen, um innerhalb eines vorbestimmten, sehr kurzen Zeitraumes T zu überprüfen, ob sich ein festgestelltes elektrisches Störsignal aus dem elektrischen Netz 4 ändert, sobald die jeweilige Unterbrechereinheit 18, 20 und 22 geöffnet ist und damit die Stromversorgung des jeweiligen Geräts 6, 8 und 10 beeinflusst wird.
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Dies bedeutet in dem vorliegenden Fall, dass beispielsweise die Unterbrechereinheiten 18, 20 und 22 zunächst geschlossen sind und die Geräte 6, 8 und 10 mit einer Wechselspannung von dem elektrischen Netz 4 versorgt werden. Die Fehlererkennungseinrichtung 12 kann, wenn gewünscht, das elektrische Netz 4 permanent oder bedarfsweise auf das Vorhandensein etwaiger elektrischer Störsignale untersuchen. Werden solche identifiziert, kann die Suche nach fehlerhaften Geräten initiiert werden.
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Die Elektronikeinheit 16 kann dazu nun zunächst die Unterbrechereinheit 18 öffnen, damit die Stromversorgung des Geräts 6 kurzzeitig beeinflusst und in vorliegendem Fall komplett unterbrochen wird, indem die elektrische Verbindung zu dem elektrischen Netz 4 getrennt wird. Es kann dabei ausreichen, eine oder mehrere Phasen durch die Unterbrechereinheit 18 von dem Gerät 6 zu trennen. Bei einer vollständigen galvanischen Trennung des Geräts 6 vom elektrischen Netz 4 durch Trennung sämtlicher Leitungen des elektrischen Netzes 4 von dem Gerät 6 kann zusätzlich eindeutig ausgeschlossen werden, dass das elektrische Netz 4 durch die Netzrückwirkung des Geräts 6 beeinflusst wird. Stellt in diesem Beispiel die Fehlererkennungseinrichtung 12 fest, dass während des Zeitraums T ein vormals detektiertes elektrisches Störsignal noch immer unverändert und mit gleicher Stärke vorliegt, ist das Gerät 6 nicht für dieses Störsignal verantwortlich. Nach Wiederherstellung der Verbindung des Geräts 6 mit dem elektrischen Netz 4 kann die nächste Unterbrechereinheit 20 geöffnet und das elektrische Netz 4 auf eine Veränderung des elektrischen Störsignals untersucht werden. Dies wird in einer endlichen Reihe so lange fortgeführt, bis eine Veränderung, etwa das gänzliche Verschwinden, des Störsignals festgestellt wird oder bis jedes Gerät 6, 8, 10 einmal zumindest teilweise von dem elektrischen Netz 4 getrennt wurde.
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Die Geräte 6, 8 und 10 können weiterhin als eine Gruppe von Geräten vom Netz getrennt werden, um anschließend, sollte ein Störsignal durch Beeinflussen der Stromversorgung der gesamten Gruppe verschwunden sein, iterativ innerhalb dieser Gruppe zu suchen, welches mindestens eine Gerät dieser Gruppe das Störsignal erzeugt hat.
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Der jeweilige in Betracht gezogene Zeitraum T kann dabei deutlich unterhalb einer Sekunde liegen, beispielsweise im Bereich von wenigen 100 ms, und kann im Falle eines in ein Flugzeug integriertes elektrisches Netz 4, dem Unterbrechungszeitraum bei der Umschaltung zwischen unterschiedlichen Stromversorgungsquellen zwischen Boden- und Flugbetrieb entsprechen oder diese unterschreiten.
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Die Fehlererkennungseinrichtung 12 ist bevorzugt dazu eingerichtet, mittels eines Hinweissignals w darauf hinzuweisen, dass ein defektes Gerät identifiziert wurde.
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Bei der Verwendung eines automatisierten Wartungssystems oder eines elektronischen Logbuchs kann der entsprechende Hinweis als ein Wartungshinweis aufgezeichnet werden. Das Hinweissignal w kann weiterhin als optisches oder akustisches Signal ausgegeben werden, etwa in einem Cockpit eines Flugzeugs, wenn das elektrische Netz 4 ein Flugzeug-Bordnetz ist.
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Beispielhaft wird erwähnt, dass die einzelnen Geräte 6, 8 und 10 über Kommunikationsleitungen 23 ein Bestätigungssignal aussenden können, welches die erfolgte teilweise oder vollständige Trennung vom elektrischen Netz 4 bestätigt. Damit kann die Zuverlässigkeit der Fehlersuche gesteigert und fehlerhafte Zuordnungen der zeitlichen Abfolge aktivierter Unterbrechereinheiten 18, 20 und 22 ausgeschlossen werden.
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In einer weiteren Variante kann die Fehlererkennungseinrichtung 12 auch dazu eingerichtet sein, über die Kommunikationsleitungen 23 eine nicht im Detail gezeigte Leistungselektronik derart anzusteuern, dass eine kurzzeitige Reduktion der Stromzufuhr oder eine gänzliche Abschaltung eines Geräts 6, 8 bzw. 10 durch eine erfolgt. Sich daraufhin einstellende Veränderungen eines erfassten elektrischen Störsignals können durch die Fehlererkennungseinrichtung als von dem jeweiligen in der Stromversorgung beeinflussten Gerät 6, 8 und 10 verursacht interpretiert werden.
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2 zeigt in einer schematischen blockbasierten Darstellung ein exemplarisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen eines Störsignale erzeugenden Geräts in einem elektrischen Netz 4. Zunächst kann während des herkömmlichen Betriebs des elektrischen Systems 2 das elektrische Netz 4 auf elektrische Störsignale untersucht 24 werden. Sollte ein solches Störsignal vorliegen, kann ein sequentielles Beeinflussen 26 der Stromversorgung mindestens eines der Geräte 6, 8 und 10 für einen bestimmten Zeitraum T und ein entsprechendes Überprüfen 28 des elektrischen Netzes 4 auf eine Veränderung des betreffenden Störsignals erfolgen. Sobald sich das Störsignal verändert, beispielsweise verschwindet, wird signalisiert 30, welches mindestens eine Gerät 6, 8 und 10 ein Störsignal erzeugt bzw. für das Störsignal verantwortlich ist.
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Das Überwachen des elektrischen Netzes 4 auf Störsignale könnte das Aufnehmen 32 eines Verlaufs einer elektrischen Größe, d.h. Spannung und/oder Strom, und das Ausfiltern 34 bekannter Frequenzmuster umfassen. Beispielhaft ist dies in einem aufgenommenen Spannungsverlauf A gezeigt, der Einbuchtungen und damit keine ideale Sinusform aufweist. Nach Ausfiltern der eigentlichen vom elektrischen Netz 4 übertragenen Wechselspannung wird ein ausgefilterter Signalverlauf F bereitgestellt. Dieser weist in der beispielhaften Darstellung zwei Verlaufsspitzen auf, die mit einem Toleranzwert verglichen werden könnten. Sollte sich herausstellen, dass nach Vergleich mit tolerierbaren und unvermeidbaren Netzrückwirkungen beim Betrieb der Geräte 6, 8, 10 diese Verlaufsspitzen beispielsweise in ihrer Amplitude oder einem anderen elektrischen Charakteristikum deutlich von den Netzrückwirkungen in einem normalen Betrieb abweichen, ist ein Hinweissignal zu generieren 30. Die Toleranzgrenzen sind dabei individuell an das elektrische System 2 anzupassen und können bestimmte Frequenzbereiche, Effektivwerte, Amplituden oder andere elektrische Charakteristika einschließen, die zu den normalen Netzrückwirkungen sämtlicher Geräte gehören.
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Ergänzend sei darauf hinzuweisen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „ein“ oder „einer“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
