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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Früherkennung
eines Generatordefekts an einem Generator mit Erregerkreis gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, sowie eine entsprechende Vorrichtung zur
Erkennung eines Generatordefekts gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
7.
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Eine frühzeitige Erkennung eines Generatordefekts
ist insbesondere dann wichtig, wenn sicherheitsrelevante Einrichtungen
am Generator angeschlossen sind, die von einem möglichen Generatorausfall betroffen
sein können.
Gerade in Kraftfahrzeug-Bordnetzen, in denen in der Regel eine Vielzahl sicherheitsrelevanter
Einrichtungen, wie z.B. Fahrdynamikregelungssysteme, ASR-Systeme
oder andere sicherheitsrelevante Steuerungen angeschlossen sind,
kann durch einen Generatorausfall, aber auch schon durch eine Generator-Minderleistung
aufgrund eines Generatordefekts, ein erhebliches Sicherheitsrisiko
entstehen.
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Es ist bereits bekannt, Generatorfehler
durch Schwellenwertüberwachung
der Netzspannung (Spannung des vom Generator versorgten Netzes) festzustellen.
Dabei ist es jedoch nur möglich,
gravierende Generatordefekte und insbesondere den Totalausfall des
Generators, z.B. aufgrund einer elektrischen Unterbrechung oder
eines Kurzschlusses im Läufer,
festzustellen. In diesen Fällen
sinkt nämlich die
Netzspannung drastisch ab und unterschreitet vorgegebene Schwellenwerte,
wodurch ein Generatordefekt erkannt werden kann.
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Nicht erkannt werden dagegen weniger
gravierende Generatordefekte, wie z.B. Teilkurzschlüsse oder
erhöhte
Widerstände
im Erregerkreis des Generators, die ebenfalls zu einer Minderleistung
führen, die
sich aber noch nicht so stark auswirkt, dass die genannten Schwellenwerte
für die
Netzspannung unterschritten werden. Diese weniger gravierenden Fehler
stellen jedoch erste Anzeichen für
einen möglichen
späteren
Ausfall des Generators dar. Bislang ist es noch nicht möglich, derartige
Generatorfehler zu erkennen.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der
solche weniger gravierenden Generatordefekte festgestellt werden
können.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung
durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 7 angegebenen
Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
von Unteransprüchen.
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Der wesentliche Gedanke der Erfindung
besteht darin, den im Erregerkreis des Generators fließenden Erregerstrom
sowie das zugehörige
Tastverhältnis
zu ermitteln, mit dem ein im Erregerkreis angeordneter Schalter
(Endstufentransistor) angesteuert wird. Auf der Grundlage des Tastverhältnisses und
des Erregerstroms kann ein Generatordefekt bereits vor dem völligen Ausfall
des Generators erkannt werden.
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Bei einem funktionsfähigen Generator
steht der Erregerstrom immer in einem vorgegebenen Verhältnis zum
aktuellen Tastverhältnis.
Verschiebt sich dieses Verhältnis,
so weist dies auf einen Generatordefekt hin.
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Ein Teilkurzschluss zwischen mehreren Wicklungen
des Erregerkreises beispielsweise verändert den Gesamtwiderstand
des Erregerkreises und hat somit Auswirkungen auf den im Erregerkreis fließenden Erregerstrom.
Ebenso hat eine Veränderung
des Übergangswiderstandes
(z.B. durch Korrosion) zwischen einer Schleifkohle und einem Schleifring
eines Generators mit Erregerwicklung im Läufer, wie z.B. einem Klauenpolgenerator,
eine Veränderung
des Gesamtwiderstands des Erregerkreises und somit eine Änderung
des im Erregerkreis fließenden
Erregerstroms zur Folge. Der Erregerstrom, der sich aufgrund unterschiedlicher
mechanischer Effekte oder Alterungserscheinungen ändern kann,
gibt somit Aufschluß über den
Generatorzustand.
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Stellt sich bei einem vorgegebenen
Tastverhältnis
ein Erregerstrom ein, der außerhalb
eines noch tolerierten Bereichs liegt, so kann auf einen Generatordefekt
geschlossen werden. Diese Erkennung erfolgt üblicherweise durch Schwellenwertüberwachung.
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Die entsprechenden Schwellenwerte,
z.B. für
den Erregerstrom, das Tastverhältnis
oder ein aus diesen beiden Werten gebildetes Verhältnis sind
vorzugsweise im System hinterlegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird ein Verhältnis
aus dem aktuellen Erregerstrom und dem aktuellen Tastverhältnis gebildet
und dieses mit vorgegebenen Schwellenwerten verglichen.
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Vorzugsweise werden bei der Bestimmung des
Generatorzustands weitere Faktoren berücksichtigt, die den Erregerstrom
beeinflussen. Dadurch können äußere Einwirkungen
von internen Defekten besser unterschieden werden.
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Einer dieser Einflüsse ist
die Temperatur und insbesondere die Generatortemperatur, die einen Einfluß auf den
Gesamtwiderstand des Erregerkreises und somit auf den Erregerstrom
hat. Die im System hinterlegten Schwellenwerte sind somit vorzugsweise
auch eine Funktion der Temperatur.
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Ferner wird vorzugsweise die am Erregerkreis
anliegende Erregerspannung berücksichtigt,
da die Erregerspannung den Erregerstrom ebenfalls beeinflußt.
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Neben dieser elektrischen Überwachung kann
auch noch der mechanische Zustand des Generators, insbesondere der
Zustand der Generatorlager überwacht
werden. Dies kann z.B. durch eine Geräuschmessung mit Schwellenwertüberwachung oder
durch Vibrations- bzw. Beschleunigungsmessung erfolgen. Ergeben
sich beispielsweise in einem bestimmten Drehzahlbereich des Generators
anomale Vibrationen, kann dies durch einen Beschleunigungssensor
erfasst und ein mechanischer Generatordefekt festgestellt werden.
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Bei Feststellung eines Generatordefekts
wird vorzugsweise eine Generator-Fehlermeldung, beispielsweise durch
optische oder akustische Anzeige, ausgegeben. Im Falle eines Bordnetzgenerators
eines Kfz kann beispielsweise auch ein Eintrag in eine elektronische
Mängelliste
erfolgen. Dabei sind je nach Schwere des Defekts unterschiedliche
Einträge denkbar.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der beigefügten
Zeichnungen beispielhaft näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Kfz-Bordnetzes mit einem Generator und
einem Generatorregler; und
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2 ein
Flußdiagramm
zur Darstellung der wesentlichen Verfahrensschritte der Erfindung.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Kfz-Bordnetzes mit mehreren elektrischen
Verbrauchern, von denen hier nur ein Verbraucher 2 exemplarisch
dargestellt ist. Zum Ein- und Ausschalten der Verbraucher 2 ist
jeweils ein Schalter S vorgesehen.
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Die Verbraucher 2 werden
von einem Generator 1 und einer Batterie 3 mit
elektrischer Energie versorgt.
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Bei dem Generator 1 handelt
es sich üblicherweise
um einen Klauenpolgenerator mit einer im Läufer angeordneten Erregerwicklung 5.
Der Generator 1 umfaßt
ferner einen Generatorregler 4 zur Einstellung der Generatorausgangsleistung.
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Der Generatorregler 4 umfaßt hierzu
einen im Erregerkreis 7 des Generators 1 angeordneten Schalter 6 (Endstufentransistor),
der in Abhängigkeit von
der elektrischen Belastung des Generators 1 mit einem vorgegebenen
Tastverhältnis
ein- und ausgeschaltet wird. Dabei stellt sich ein Erregerstrom
Ierr ein, der vom Tastverhältnis
(DF-Signal), dem Gesamtwiderstand des Erregerkreises 7 sowie
einer Erregerspannung Uerr abhängig
ist.
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Während
der Lebensdauer des Generators 1 können verschiedene mechanische
oder elektrische Defekte im Generator, wie z.B. Teilkurzschlüsse, erhöhte Widerstände zwischen
Kohle und Schleifring des Generators 1, sowie Alterungserscheinungen, wie
z.B. Korrosion, auftreten, die den Gesamtwiderstand des Erregerkreises 7 verändern. Bei
gleicher Erregerspannung Uerr und vorgegebenen Tastverhältnis ändert sich
somit auch der Erregerstrom Ierr. Generatordefekte, bei denen der
Generator 1 zwar noch funktionsfähig ist, aber nur noch eine
Minderleistung erzeugt, können
somit unter Berücksichtigung
des Tastverhältnisses
DF und des Erregerstroms Ierr erkannt werden.
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Zur Früherkennung solcher Generatordefekte
ist eine Einrichtung 8 vorgesehen, der der von einer Meßeinrichtung 9 gemessene
Erregerstrom sowie das DF-Signal zugeführt wird. Die Einheit 8 kann aus
den beiden zugeführten
Größen durch Schwellenwertüberwachung
einen Generatordefekt erkennen und geeignete Maßnahmen einleiten.
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Um einen Generatordefekt festzustellen,
bildet die Einheit 8 vorzugsweise ein Verhältnis aus dem
Erregerstrom und dem Tastverhältnis
und vergleicht dieses Verhältnis
mit vorgegebenen Schwellenwerten. Bewegt sich das Verhältnis in
einem Toleranzbereich zwischen zwei Schwellenwerten, so ist der
Generator 1 vo11 funktionsfähig. Über- bzw. unterschreitet das
Verhältnis
dagegen eine der vorgegebenen Grenzen, so kann von einem Generatordefekt
ausgegangen werden.
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Die Schwellenwerte sind z.B. ebenfalls
in der Einrichtung 8 hinterlegt.
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Da der Gesamtwiderstand des Erregerkreises 7 und
somit auch der Erregerstrom Ierr nicht nur von internen Defekten,
sondern auch von externen Einflußgrößen abhängig ist, werden vorzugsweise auch
solche externen Einflußgrößen, wie
z.B. die Temperatur oder die Erregerspannung Uerr bei der Fehlererkennung
berücksichtigt.
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In diesem Fall wird der Einrichtung 8 die
entsprechende Größe, z.B.
die Temperatur oder die Erregerspannung, ebenfalls zugeführt, um
diese zu berücksichtigen.
In diesem Fall sind die Schwellenwerte eine Funktion der Temperatur
und/oder der Erregerspannung Uerr.
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Bei Feststellung eines Generatordefekts kann
die Einheit 8 beispielsweise die Ausgabe eines optischen
oder akustischen Signals bewirken, welches auf den entsprechenden
Fehler hinweist. Alternativ kann auch ein Eintrag in eine Mängelliste
erfolgen, die beim nächsten
Kfz-Service ausgelesen wird.
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2 zeigt
nochmals die wesentlichen Verfahrensschritte bei der Früherkennung
eines Generatordefekts.
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Dabei wird in Schritt 10 zunächst das
aktuelle Tastverhältnis
(DF-Signal) ermittelt und in Schritt 11 der vom Strommesser gemessene
Erregerstrom Ierr eingelesen. Aus diesen beiden Werten wird in Schritt
12 ein Verhältnis
V gebildet, das in Schritt 13 mit vorgegebenen Schwellenwerten SW
verglichen wird. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob der
bei dem aktuellen Tastverhältnis
DF fließende
Erregerstrom Ierr innerhalb des durch die Schwellenwerte SW begrenzten
Toleranzbereichs liegt. Ergibt die Abfrage in Schritt 13, dass das
Verhältnis
V innerhalb des Toleranzbereichs liegt (J), so ist die Prozedur
beendet. Liegt das Verhältnis
dagegen außerhalb des
Toleranzbereichs (N), so wird in Schritt 14 eine Fehlermeldung ausgegeben.
Dies kann z.B. in Form optischer oder akustischer Signale erfolgen.
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- 1
- Generator
- 2
- Verbraucher
- 3
- Batterie
- 4
- Generatorregler
- 5
- Erregerwicklung
- 6
- Endstufenschalter
- 7
- Erregerkreis
- 8
- Verarbeitungseinheit
- 9
- Strommesser
- 10-14
- Verfahrensschritte
- Ierr
- Erregerstrom
- Uerr
- Erregerspannung
- DF
- Taktsignal
- UN
- Netzspannung
- S
- Schalter