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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen beziehungsweise Prüfen eines elektrischen Geräts sowie entsprechende Vorrichtungen.
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Stand der Technik
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Ein elektrisches Gerät kann sich bei Belastung erwärmen. Unterschiedliche Komponenten des Geräts können sich dabei unterschiedlich stark erwärmen. Bevor das Gerät in Verkehr gebracht wird, können Belastungstests durchgeführt werden, um eine Zuverlässigkeit des Geräts zu überprüfen. Wenn sich zumindest eine Komponente dabei zu stark erwärmt, kann dies beispielsweise zu einem Ausfall des Geräts führen. Eine anschließende Suche nach der Ursache für den Ausfall kann aufwendig sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Überwachen beziehungsweise Prüfen eines elektrischen Geräts und entsprechende Vorrichtungen, sowie schließlich entsprechende Computerprogrammprodukte und maschinenlesbare Speichermedien gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, ein elektrisches Gerät von außen auf Zustände wie z.B. Temperaturen zu überwachen, ohne das Gerät zu öffnen. Die Überwachung kann erfolgen, während das Gerät betrieben wird.
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Es wird ein Verfahren zum Überwachen eines elektrischen Geräts vorgeschlagen, wobei zwischen zumindest zwei elektrischen Anschlüssen des Geräts zumindest eine Impedanz erfasst wird, wobei ein aktueller Zustand wie z.B. eine aktuelle Temperatur zumindest einer Komponente des Geräts unter Verwendung eines hinterlegten Zusammenhangs zwischen dem Zustand und der Impedanz bestimmt wird.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Prüfen eines elektrischen Geräts vorgeschlagen, wobei das Gerät unter zumindest zwei unterschiedlichen Betriebszuständen wie z.B. unterschiedlichen Belastungszuständen betrieben wird, wobei pro Betriebszustand ein Zustand wie z.B. eine Temperatur zumindest einer Komponente des Geräts erfasst wird, und zumindest eine Impedanz zwischen zumindest zwei elektrischen Anschlüssen des Geräts erfasst wird, wobei ein Zusammenhang zwischen den Zuständen und den Impedanzen hinterlegt wird.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Ein elektrisches Gerät kann beispielsweise ein Steuergerät für ein Fahrzeug sein. Das Gerät kann elektrische und oder elektronische Komponenten aufweisen, die von außen unzugänglich im Inneren des Geräts verbaut sind. Die Komponenten können elektrisch mit von außen zugänglichen Anschlüssen des Geräts verbunden sein. Die Komponenten können im Betrieb ihren Zustand ändern. Beispielsweise können sich die Komponenten erwärmen. Alternativ oder ergänzend kann der Zustand durch elektrochemische Wirkmechanismen, wie sie beispielsweise aufgrund von Feuchtigkeitseinwirkung, Betauung und/oder Alterungserscheinungen auftreten können, beeinflusst werden. Die Anschlüsse können Schnittstellen des Geräts sein. Die Anschlüsse können dazu ausgebildet sein, elektrische Leistung und/oder elektrische Datensignale zu übertragen.
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Zum Erfassen der Impedanz kann eine elektrische Wechselspannung beziehungsweise ein Wechselspannungssignal an die Anschlüsse angelegt werden und ein resultierender Stromfluss über die Anschlüsse gemessen werden. Aus einem Verlauf der Spannung und einem Verlauf des Stromflusses kann die Impedanz bestimmt werden. Insbesondere kann aus einer Phasenverschiebung zwischen der Spannung und dem Stromfluss auf die Impedanz geschlossen werden.
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Die Impedanz kann während des Betriebs des Geräts erfasst werden. Alternativ kann die Impedanz in Betriebspausen nach dem Betrieb des Geräts erfasst werden. Das Gerät kann in unterschiedlichen Betriebszuständen betrieben werden, um unterschiedliche Temperaturen und/oder elektrochemische Wirkmechanismen an den Komponenten zu erzeugen. Die elektrochemischen Wirkmechanismen können auch gezielt durch eine Fehlerinjektion herbeigeführt werden. Unterschiedliche Impedanzen können erfasst werden.
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Als Zustand kann eine Temperatur der Komponente erfasst werden. Die Temperatur kann durch einen Temperatursensor berührend erfasst werden. Der Temperatursensor kann dazu in Kontakt mit der Komponente gebracht werden. Alternativ kann eine elektromagnetische Emission der Komponente erfasst werden. Beispielsweise kann ein Pyrometer verwendet werden, um die Temperatur berührungslos zu erfassen. Die Temperaturen von mehreren Komponenten können zeitgleich beispielsweise durch eine auf die Komponenten gerichtete Infrarotkamera erfasst werden.
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Die Temperatur kann kontinuierlich erfasst werden. Die Temperatur kann auch in vorgegebenen Intervallen erfasst werden.
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Alternativ oder ergänzend kann als Zustand ein elektrochemischer Wirkmechanismus an der Komponente erfasst werden. Der elektrochemische Wirkmechanismus kann beispielsweise durch Feuchtigkeit aufgrund einer Betauung der Komponente verursacht werden. Zum Hinterlegen des Zusammenhangs kann die Komponente und/oder ein Umfeld der Komponente gezielt betaut werden, um den elektrochemischen Wirkmechanismus hervorzurufen. Alternativ oder ergänzend kann der elektrochemische Wirkmechanismus durch eine Alterung der Komponente verursacht werden. Zum Hinterlegen des Zusammenhangs kann die Komponente gezielt gealtert werden.
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Bei einer Einwirkung von Feuchtigkeit können beispielsweise elektrisch leitende Bestandteile aus Flussmittelresten gelöst werden, in der Feuchtigkeit zu der Komponente oder von der Komponente weg migrieren und sich dort ablagern. Diese hinzugekommenen oder entfernten Bestandteile können die Impedanz der Komponente beeinflussen. Ebenso können die Bestandteile zu einer elektrochemischen Korrosion beziehungsweise Alterung an der Komponente führen und so die Impedanz beeinflussen. Bei der Alterung durch elektrochemische Wirkmechanismen können sich beispielsweise Leitungsquerschnitte verändern. Die Änderung kann in der Impedanz abgebildet werden.
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Das Gerät kann geöffnet betrieben werden. Ein Gehäuse des Geräts kann entfernt oder teilweise entfernt werden. Ebenso kann ein Ausschnitt in das Gehäuse eingebracht werden, durch den die Temperatur erfasst werden kann.
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Die Zustände können unter Verwendung eines bildgebenden Verfahrens erfasst werden. Beispielsweise kann eine Kamera ein Temperaturbild oder ein Temperaturvideo des Geräts erstellen. Intensitätswerte des Temperaturbilds oder Temperaturvideos können dabei einer Oberflächentemperatur entsprechen. Wenn die Komponente in dem Temperaturbild oder Temperaturvideo abgebildet ist, können die Temperaturen schnell und berührungslos erfasst werden.
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Der Zustand kann unter kontrollierten Bedingungen künstlich erzeugt beziehungsweise verändert werden, um die resultierende Impedanz zu erfassen und den Zusammenhang zu hinterlegen. Damit ist der Zustand bekannt. Während die Komponente in dem Zustand ist, kann die Impedanz erfasst werden und diesem Zustand zugeordnet werden. Der Zustand und die Impedanz bilden einen Arbeitspunkt. Die Impedanz kann jeweils für unterschiedliche Zustände erfasst werden. Für jeden Zustand kann ein Arbeitspunkt erfasst werden. Aus einer Abfolge von Arbeitspunkten kann der Zusammenhang erstellt werden. Der Zusammenhang kann einen Verlauf der Impedanzen und Zustände abbilden.
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Die Zustände können an zumindest zwei unterschiedlichen Komponenten gleichzeitig erfasst werden. Insbesondere können von allen zugänglichen Komponenten des Geräts die Zustände erfasst werden. Dabei können mehr Zustände als Impedanzen erfasst werden.
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Es können zumindest zwei Impedanzen unter Verwendung zumindest zweier unterschiedlicher Frequenzen erfasst werden. Insbesondere können pro Betriebszustand zwei Impedanzen unter Verwendung zumindest zweier unterschiedlicher Frequenzen erfasst werden. Beim Prüfen kann ferner der Zusammenhang zwischen den Frequenzen, den Temperaturen und den Impedanzen hinterlegt werden. Da die Impedanz bei einer einzelnen Frequenz der Wechselspannung beziehungsweise des Wechselspannungssignals eine aus Einzelimpedanzen mehrerer Komponenten resultierende Gesamtimpedanz sein kann, können unter Verwendung von unterschiedlichen Wechselspannungen beziehungsweise Wechselspannungssignalen nichtlineare Zusammenhänge abgebildet werden.
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Es können zumindest zwei Impedanzen unter Verwendung zumindest zweier unterschiedlicher Spannungsniveaus zwischen den Anschlüssen erfasst werden. Insbesondere können pro Betriebszustand zumindest zwei Impedanzen unter Verwendung zumindest zweier unterschiedlicher Spannungsniveaus zwischen den Anschlüssen erfasst werden. Dabei kann ferner der Zusammenhang zwischen den Spannungsniveaus, den Temperaturen und den Impedanzen hinterlegt wird werden. Da die Impedanz bei einem einzelnen Spannungsniveau der Wechselspannung beziehungsweise des Wechselspannungssignals eine aus Einzelimpedanzen mehrerer Komponenten resultierende Gesamtimpedanz sein kann, können unter Verwendung von unterschiedlichen Wechselspannungen beziehungsweise Wechselspannungssignalen nichtlineare Zusammenhänge abgebildet werden.
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Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.
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Die Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät mit zumindest einer Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, und zumindest einer Schnittstelle und/oder einer Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale des Steuergeräts und des Verfahrens in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine Darstellung einer Prüfung eines elektrischen Geräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 zeigt eine Darstellung einer Überwachung eines elektrischen Geräts gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 3 zeigt eine Darstellung eines Zusammenhangs zwischen Impedanz und Temperatur gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Darstellung einer Prüfung eines elektrischen Geräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Gerät 100 ist über elektrische Anschlüsse 102 an einen Prüfstand 104 angeschlossen und wird unter Verwendung des Prüfstands 104 belastet. Im Gerät 100 ist zumindest eine elektrische Komponente 106 zwischen den Anschlüssen 102 verschaltet. Durch die Belastung erwärmt sich die Komponente 106.
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Eine Vorrichtung 108 zum Prüfen ist ebenfalls mit den Anschlüssen 102 verbunden. Eine Impedanzerfassungseinrichtung 110 der Vorrichtung 108 legt ein elektrisches Signal 112 an die Anschlüsse 102 und damit an die zumindest eine Komponente 106 an und liest eine resultierende elektrische Reaktion 114 der zumindest einen Komponente 106 ein. Unter Verwendung des Signals 112 und der Reaktion 114 erfasst die Impedanzerfassungseinrichtung 110 eine Impedanz 116 der zumindest einen Komponente 106 und bildet die Impedanz 116 in einem Impedanzwert 118 ab. In einem Ausführungsbeispiel wird die Belastung kurzzeitig unterbrochen, um die Impedanz 116 zu erfassen.
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Eine Temperaturerfassungseinrichtung 120 der Vorrichtung erfasst währenddessen eine Temperatur 122 der zumindest einen Komponente 106 und gibt einen die Temperatur 122 abbildenden Temperaturwert 124 aus.
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Eine Betriebserfassungseinrichtung 126 der Vorrichtung dokumentiert einen vor oder während der Erfassung der Impedanz 116 und der Temperatur 122 auf das Gerät 100 eingeprägten Betriebszustand 128 und bildet den Betriebszustand 128 in einem Betriebswert 130 ab. Die Betriebserfassungseinrichtung 126 kann z.B. eine Belastungserfassungseinrichtung sein, der Betriebszustand 128 kann z.B. ein Belastungszustand sein und der Betriebswert kann z.B. ein Belastungswert sein.
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Eine Verarbeitungseinrichtung 132 der Vorrichtung liest den Impedanzwert 118, den Temperaturwert 124 und den Betriebswert 130 ein und ermittelt einen Zusammenhang 134 zwischen der Impedanz 116, der Temperatur 122 und dem Betriebszustand 128. Der Zusammenhang 134 wird in einer Datenbasis 136 hinterlegt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das elektrische Signal 112 ein Wechselspannungssignal mit einer definierten Frequenz 138 und einer definierten Spannungsamplitude 140. Die elektrische Reaktion 114 ist dann ein Verlauf eines elektrischen Stromflusses 142. Aus der Frequenz 138, der Spannungsamplitude 140 und dem Stromfluss 142 berechnet die Impedanzerfassungseinrichtung 110 die Impedanz 116.
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In einem Ausführungsbeispiel werden pro Betriebszustand 128 mehrere Impedanzwerte 118 erfasst. Die Impedanzwerte 118 werden dabei unter Verwendung unterschiedlicher Frequenzen 138 und/oder Spannungsamplituden 140 erfasst. Die Verarbeitungseinrichtung 132 ermittelt dann den Zusammenhang 134 unter Verwendung von mehreren Impedanzwerten 118 pro Betriebswert 130.
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In einem Ausführungsbeispiel erfasst die Temperaturerfassungseinrichtung 120 die Temperatur 122 der Komponente 106 berührungslos unter Verwendung einer Wärmeemission der Komponente 106. Dazu wurde vor der Prüfung ein Gehäuse 144 des Geräts 100 zumindest teilweise geöffnet. Die Temperaturerfassungseinrichtung 120 kann dann beispielsweise als Wärmebildkamera bezeichnet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel erfasst die Temperaturerfassungseinrichtung 120 Temperaturen 122 von mehreren Komponenten 106 des Geräts 100 gleichzeitig. Die resultierenden mehreren Temperaturwerte 124 werden dabei jeweils ihrer Komponente 106 zugeordnet und mit ihrem Komponentenbezug in der Verarbeitungseinrichtung 132 verarbeitet.
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2 zeigt eine Darstellung einer Überwachung eines elektrischen Geräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Gerät 100 kann dabei ein zum Gerät in 1 baugleiches Gerät 100 sein. Das Gerät 100 ist hier über seine Anschlüsse 102 mit einem Dauerlaufprüfstand 200 verbunden. Unter Verwendung des Dauerlaufprüfstands 200 wird das Gerät 100 einer Abfolge von Betriebszuständen 128 ausgesetzt, um eine erwartete Lebensdauer des Geräts 100 zu überprüfen.
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Die Anschlüsse 102 sind ebenfalls mit einer Vorrichtung 202 zum Überwachen des Geräts 100 verbunden. Eine Impedanzerfassungseinrichtung 110 der Vorrichtung 202 legt ein elektrisches Signal 112 an die Anschlüsse 102 und damit an die zumindest eine Komponente 106 an und liest eine resultierende elektrische Reaktion 114 der zumindest einen Komponente 106 ein. Unter Verwendung des Signals 112 und der Reaktion 114 erfasst die Impedanzerfassungseinrichtung 110 eine Impedanz 116 der zumindest einen Komponente 106 und bildet die Impedanz 116 in einem Impedanzwert 118 ab. In einem Ausführungsbeispiel wird die Impedanz 116 erfasst, nachdem ein Betriebszustand 128 zu Ende ist.
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Eine Bestimmungseinrichtung 204 der Vorrichtung 108 liest den Impedanzwert 118 ein und bestimmt eine Temperatur 122 der zumindest einen Komponente 106 unter Verwendung der Impedanz 116 und eines hinterlegten Zusammenhangs 134 zwischen der Temperatur 122 und der Impedanz 116. Die Bestimmungseinrichtung 120 bildet die Temperatur 122 in einem Temperaturwert 124 ab.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 108 eine Warneinrichtung 206 auf. Die Warneinrichtung 204 liest den Temperaturwert 124 ein und vergleicht die Temperatur 122 mit zumindest einem Grenzwert 208. Die Warneinrichtung 206 gibt ein Warnsignal 210 aus, wenn die Temperatur 122 größer als der Grenzwert 208 ist.
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In einem Ausführungsbeispiel wird der Dauerlauftest abgebrochen, wenn die Temperatur 122 größer als der Grenzwert 208 ist.
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3 zeigt eine Darstellung eines Zusammenhangs 134 zwischen Impedanz 116 und Temperatur 122 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Zusammenhang 134 ist in einem Diagramm dargestellt, das auf seiner Abszisse die Temperatur 122 von 40 °C bis 120 °C und an seiner Ordinate die Impedanz 116 von 2,9 Q bis 3,4 Ohm aufgetragen hat. Der Zusammenhang 134 ist als Punktewolke von Messwerten dargestellt. Die Impedanz 116 sinkt mit zunehmender Temperatur 122 ab. Die Impedanzwerte wurden dabei bei einer gleichbleibenden Frequenz erfasst.
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Mit anderen Worten wird eine Methode zu Visualisierung des thermischen Zustands einer elektronischen Einheit vorgestellt.
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Eine wichtige Phase in der Entwicklung eines elektronischen Geräts ist die Absicherung der Leistungsfähigkeit beziehungsweise Robustheit der Konstruktion vor dem Start einer Serienproduktion. Dafür werden unter anderem auch so genannte Dauerlauftest durchgeführt. Dabei werden Mustergeräte, die konstruktiv dem Serienstand ähnlich sind, unter künstlichen Bedingungen unter Last betrieben. Solche Tests dauern je nach Anforderungen bis zu mehrere Monate lang. Nachdem die Geräte getestet wurden, ist es möglich durch Analyse die Schwachstellen zu entdecken und beurteilen. Dafür werden die Geräte auseinander gebaut und untersucht.
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Das Problem solcher Tests ist die verzögerte Rückmeldung an die Entwickler bezüglich der Schwachstellen. Beispielsweise wird ein Fehlerbild, das sich schon am Anfang des Tests äußert, erst mehrere Monate später bei der Analyse entdeckt. Dabei wäre es für die Entwicklung wichtig, die Information so schnell wie möglich zu bekommen. Das verzögert die gesamte Entwicklungszeit bis zu Serienreife.
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Der hier vorgestellte Ansatz zeigt eine Methode, die den aktuellen Zustand des Prüflings unter Test visuell darstellt, und so das „Innenleben“ und die eventuellen Fehlerbilder sichtbar macht, ohne die Geräte aus den Prüfständen zu nehmen beziehungsweise zu modifizieren.
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Die Grundidee besteht darin, dass in den Pausen zwischen den Belastungsphasen, auch wenn das Gerät passiv ist, eine Impedanzmessung zwischen unterschiedlichen Anschlussleitungen vorgenommen wird. Die Messung kann bei unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen DC-Offset-Spannungen durchgeführt werden. Anhand der Daten kann der interne Zustand des Prüflings mit zuvor gemessenen Zuständen verglichen werden. Beispielsweise können die Impedanzmessungen mit Daten verglichen werden, die aus einer Thermographie-Untersuchung mit offenem Gerät stammen, oder auch mit betauten oder sonst manipulierten Schaltungsteilen stammen. Eine dementsprechende Zuordnung kann visuell dargestellt werden. Solche Impedanzspektroskopie ist in der Lage, auch relativ kleine Änderungen an z.B. Keramik- Kondensatoren zu erkennen, die typischerweise an mehreren Stellen in den elektronischen Geräten platziert sind. Durch die Temperatureinwirkung ändert sich die Kapazität. Ein ähnlicher Effekt kann an Halbleiter-Bauelementen beobachtet werden. Durch die Temperatur ändert sich dort die PN-Übergangsspannung und der elektrische Widerstand. Derselbe Einfluss ist auch bei Kondensation von Feuchtigkeit oder feuchteinduzierten Fehlerbildern, wie elektrochemischer Migration detektierbar.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz kann, ohne die Geräte zu modifizieren (z.B. Öffnen, abmontieren etc.) ein Bild gewonnen werden, wie die Temperaturverteilung, Feuchteverteilung oder sonstige Verteilung abnormalen oder alterungsinduzierten Verhaltens im Geräteinneren aussieht. Dadurch können viele Fehler zeitnah erkannt werden und die Information dafür genutzt werden, die nötigen Änderungen in der Konstruktion vorzunehmen. Unter Umständen können auch vorzeitig Tests beendet werden, falls durch die erkannten Fehler das weitere Testen nicht wirtschaftlich ist. Insgesamt kann die Methode die Entwicklungszeit verkürzen und eine bessere Qualität in den Serienerzeugnissen sichern.
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Die vorgeschlagene Methode basiert darauf, dass vor den Dauerlauf-Tests eine thermische Untersuchung von Mustergeräten mit gleicher Bauweise stattfindet und/oder ein Set an charakteristischen Fehlerinjektionen zusätzlich zum bestimmungsgemäßen Vergleichsnormal erstellt werden. Dabei werden unterschiedliche Belastungszustände der Mustergeräte simuliert, für jeden Arbeitspunkt ein Thermografie-Bild bzw. ein Bild mit dem Ort der Fehlerinjektion erstellt und Impedanzmessungen an den elektrischen Anschlüssen vorgenommen. Mit anderen Worten wird für jeden Zustand eine Temperaturverteilung optisch erfasst und eine Impedanzspektroskopie durchgeführt. Damit entsteht eine Datenbasis, mit der den Impedanz-Daten das passende Bild der Temperaturverteilung/Fehlerverteilung zugeordnet werden kann.
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Der Zusammenhang zwischen der Impedanzdaten und den thermischen Zuständen ergibt sich dadurch, dass viele Bauelemente elektrische Eigenschaften besitzen, die sich durch einen Temperatureinfluss ändern. Die vorhandenen Bauelemente werden so als verteilte Temperaturfühler genutzt. Genauso agieren Feuchtigkeitsfilme wie hochohmige Kurzschlüsse in den betroffenen Schaltungsteilen, die exakt die Schaltungsteile betreffen, die offene Kontaktflächen wie Lötstellen beinhalten, die gerade kritisch für feuchteinduzierte Fehlermodi sind. Im Falle von einsetzender Migration sind diese Kurzschlüsse besonders dominant, weshalb man ausgehend vom geschlossenen Feuchtigkeitsfilm bis zum Fehlerbild wie Migration die Fehlerphysik sichtbar machen kann.
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Eine direkte Berechnung der Temperatur oder einer sonstigen Veränderung durch die Impedanzmessung ist möglich, jedoch aufwendig und wenig genau, da typischerweise an jeder Leitung komplexere Netzwerke angeschlossen sind. Wenn eine Vielzahl von Messungen bei unterschiedlichen Frequenzen und Offset-Spannungen durchgeführt werden, ergibt sich eine Korrelation zwischen den Messdaten und gemessenen Temperaturprofilen, beispielsweise aus Infrarot-Bildern.
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Die Korrelations-Funktionen können aus den Daten analytisch hergeleitet werden. Alternativ kann ein lernender Algorithmus verwendet werden, ähnlich denen, die in Bilderkennung benutzt werden. Analog kann auch bei Feuchte und ähnlichen Belastungsszenarien vorgegangen werden. Hierbei sind Korrelationsfunktionen verwendbar die ähnlich wie der Korrelationskoeffizient von Pearson die Ausprägung der Linearität messen oder auch Funktionen, die die Linearitätsänderung detektieren. Prinzipiell ist der ganze Werkzeugkasten der vergleichenden Funktionen verwendbar. Die verwendeten vergleichenden Funktionen können auf Werte zwischen 0 und 1 beschränkt sein.
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In diesem Fall kann z.B. ein neuronales Netz mit den Messdaten aus der thermischen und weiteren Untersuchung trainiert werden. Danach können in Dauerlauf-Messung periodisch die Impedanzmessungen durchgeführt werden und das neuronale Netz wird ein passendes Thermographie-Bild o.ä. zuordnen. Die Bilder werden zur Visualisierung der inneren Zustände in den Prüflingen benutzt. Damit können schnell Anomalien erkannt werden und auffällige Geräte identifiziert werden, ohne den Dauerlauf zu unterbrechen. Diese Fähigkeit ist auch für ein allgemeines und relativ generisches Condition Monitoring (Zustandserkennung) verwendbar, da Belastungszustände, Fehlerinjektionen wie auch Alterungszustände detektierbar sind.
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Die Zuordnung zwischen den Messdaten und den Thermografie-Bildern kann auf unterschiedliche Weise geschehen. Beispielsweise kann die Zuordnung über eine Datenbank, über eine analytische Korrelationsberechnung oder über ein neuronales Netz erfolgen. Wichtig ist, dass zuvor die über thermografische Untersuchungen gewonnenen Daten zu den Impedanzmessungen in Relation gebracht werden. Analoges gilt für die erweiterte Betrachtung.
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Die hier vorgestellte Methode kann auch für eine Zustandserkennung von elektronischen Geräten im Feldbetrieb verwendet werden. Dazu kann beispielsweise im Fahrzeug eine Einheit für die Impedanzmessung eingebaut werden. Die Analysemöglichkeiten beziehungsweise Sicherheitsüberprüfung der eingebauten Steuergeräte kann so erweitert werden. Dafür reicht es, die Software für die Überwachung zu ergänzen.
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Diese Zustandserkennung kann beispielsweise angewendet werden, wenn bekannt wird, dass unter bestimmten Bedingungen eine Komponente eines neuen Steuergeräts vorgeschädigt wird und überhitzen kann. Das Steuergerät ist jedoch seit mehreren Monaten in Serienproduktion und wird bereits in mehreren Fahrzeugen verbaut. An der Stelle ist jedoch keine Temperaturmessung in der Konstruktion vorgesehen, sodass die Software im Steuergerät die Überhitzung nicht erkennen kann. Durch eine im Fahrzeug ausgeführte Impedanzmessung kann der Zustand des Steuergerätes aber sicher erkannt werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit nach einer Softwareanpassung die Fahrzeuge weiter sicher zu betreiben, ohne das Risiko mit fehlerhaftem Steuergerät eine sicherheitskritische Situation zu erzeugen. Die Daten für die Zustandserkennung können zentral auf einem Server abrufbar sein und können bei Bedarf aktualisiert werden. So kann auch die Überwachungsschärfe im laufenden Betrieb weiterentwickelt werden und dadurch die Sicherheit kontinuierlich verbessert werden. Zusätzlich kann durch die erweiterte Erkenntnismöglichkeit der Zustandserkennung ein Fehlerprädiktionsmodell entwickelt werden, das der Erhöhung der Verfügbarkeit dient. So kann die vorgestellte Methodik als Fehlermode-Datalogger verwendet werden.
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Zusammengefasst werden bei dem hier vorgestellten Ansatz vorab generierte Thermographie-Daten und kontinuierliche Impedanzmessungen im Dauerbetrieb verwendet. (z.B. im Dauerlauf-Prüfstand oder im Erzeugnis, z.B. in KFZ).
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
