DE10331158B3

DE10331158B3 - Verfahren und elektronischer Schaltkreis eines elektrischen Kontaktes

Info

Publication number: DE10331158B3
Application number: DE2003131158
Authority: DE
Inventors: Helmut Maurer; Eberhard Schnaibel; Lothar Raff; Oliver Hoerrmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: US7109721B2; US20050029096A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen elektronischen Schaltkreis zum Regenerieren eines elektrischen Kontaktes. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass elektronische Kontakte, insbesondere wenn die thermisch hoch beansprucht und/oder korrosiven Gasen ausgesetzt sind, im Laufe der Zeit hochohmig werden. Um diesen unerwünschten Effekt zu beheben und die Kontakte wieder niederohmig zu machen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, diese Kontakte mit einem elektrischen Regenerierungssignal zu beaufschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen elektronischen Schaltkreis zum Regenerieren mindestens eines elektrischen Kontaktes.

Aus dem Stand der Technik der DD 146223 ist es bekannt, dass thermisch hoch beanspruchte elektrische Kontakte, insbesondere wenn sie zusätzlich mit korrosiven Gasen beaufschlagt sind, zur Oxidation beziehungsweise Korrosion neigen. Die auftretende Oxidation beziehungsweise Korrosion hat den Nachteil, dass die betroffenen elektrischen Kontakte ihre ursprünglich gute Leitfähigkeit einbüßen und im Laufe der Zeit unerwünschterweise hochohmig werden. Derselbe unerwünschte Effekt zeigt sich zum Beispiel auch aufgrund Braun'scher Beläge und/oder anderer Ablagerungen auf den Kontakten oder aufgrund von Fremdeinträgen in die Kontakte während deren Produktionsprozesses.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und einen elektronischen Schaltkreis zum Regenerieren eines hochohmigen elektrischen Kontaktes bereit zu stellen.

Dieser Aufgabe wird durch das im Patentanspruch beanspruchte Verfahren dadurch gelöst, dass der Kontakt mit einem elektrischen Regenerierungssignal beaufschlagt wird, wenn die Impedanz des Kontakts hochohmig oder niederohmig ist.

Vorteile der Erfindung

Das elektrische Regenerierungssignal bewirkt in dem Fall, dass die Impedanz des Kontaktes hochohmig ist, vorteilhafterweise, dass die Korrosion und/oder der Belag auf dem Kontakt beseitigt wird. Genauer gesagt werden zum Beispiel durch die korrosiven Gase bewirkte Oxidationssperrschichten oder Verunreinigungen in dem Kontakt, die dessen Hochohmigkeit verursachten, durch das elektrische Regenerierungssignal abgebaut. Gleiches gilt für temporäre Blockaden von Elektrodenkontakten oder für Ablagerungen auf den Oberflächen eines Kontaktes, verursacht durch Fremdeintrag oder durch Fertigungsrückstände.

Auch in dem Fall, dass die Impedanz des Kontaktes niederohmig ist, kann es vorteilhaft sein, diesen mit dem Regenerierungssignal zu beaufschlagen. Auf diese Weise kann ein präventiver Schutz gegen das Auftreten der Hochohmigkeit erzielt werden.

Die beschriebene Heilungswirkung des elektrischen Regenerierungssignals ist dann besonders wirksam, wenn das Regenerierungssignal als elektrische Impulsfolge ausgebildet ist, man spricht dann auch von "therapeutischem Pulsen". Vorteilhafte Ausgestaltungen der Impulsfolge sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das elektrische Regenerierungssignal nicht dauerhaft, sondern lediglich zeitweise, dass heißt nur zu einem definierten Zeitpunkt oder während eines zuvor bestimmten Zeitintervalls auf den hochohmigen Kontakt einwirkt. Spätestens dann, wenn die Heilungswirkung des Regenerierungssignals eingetreten ist und der Kontakt von einem hochohmigen wieder in einen niederohmigen Zustand übergegangen ist, kann das Regenerierungssignal abgeschaltet werden. Alternativ dazu kann der Kontakt jedoch auch nach Eintritt des niederohmigen Zustandes weiterhin mit dem Regenerierungssignal beaufschlagt werden; auf diese Weise wird einer erneuten Entstehung von Hochohmigkeit des Kontaktes vorgebeugt.

Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch einen elektronischen Schaltkreis zum Regenerieren eines elektrischen Kontaktes gelöst. Erfindungsgemäß umfasst dieser elektronische Schaltkreis eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen der elektrischen Impedanz des elektrischen Kontaktes und einen Signalgenerator zum Erzeugen und Ausgeben eines Regenerierungssignals auf den elektrischen Kontakt im Ansprechen auf ein von der Überwachungseinrichtung ausgegebenes erstes Steuersignal, wenn die elektrische Impedanz des Kontaktes hochohmig oder niederohmig ist. Die Vorteile dieses elektronischen Schaltkreises entsprechen grundsätzlich den oben für das erfindungsgemäße Verfahren genannten Vorteilen.

Darüber hinaus besteht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieses elektronischen Schaltkreises darin, zum Regenieren eines elektrischen Kontaktes innerhalb einer Lambdasonde, einen im Stand der Technik zur Messung von deren Innenwiderstand bekannten Schaltkreis zu verwenden. Im Unterschied zum Stand der Technik wird dieser Schaltkreis erfindungsgemäß jedoch vorzugsweise nur dann betrieben, wenn der zu regenerierende Kontakt innerhalb der Lambdasonde hochohmig ist.

Zeichnungen
Der Beschreibung sind insgesamt vier Figuren beigefügt, wobei
1 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Schaltkreis,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Schaltkreis;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Schaltkreis; und
4 ein Beispiel für ein Regenerierungssignal gemäß der Erfindung
zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltkreises. Der Schaltkreis umfasst einen elektrischen Kontakt, der in 1 durch seine Impedanz R_K, nachfolgend auch vereinfachend als Widerstand bezeichnet, symbolisiert ist. Der elektrische Kontakt ist dann fehlerfrei, wenn er eine gute Leitfähigkeit aufweist, die Idealerweise bei einem Widerstandswert von null Ohm gegeben ist.
Erfindungsgemäß wird der Wert dieses Widerstandes mit Hilfe einer Überwachungseinrichtung 10 überwacht. Wenn diese Überwachungseinrichtung 10 feststellt, dass der Wert des Widerstandes R_K des elektrischen Kontaktes zum Beispiel einen vorgegebenen ersten Wiederstandsschwellenwert überschreitet, weil er zum Beispiel aufgrund von eingebrachten Verunreinigungen unerwünschterweise hochohmig geworden ist, erzeugt die Überwachungseinrichtung 10 ein erstes Steuersignal S1, um damit einen Signalgenerator 20 des elektronischen Schaltkreises anzusteuern.
In 1 ist dieser Signalgenerator 20 als Stromquelle ausgebildet. Sie besteht aus einer Reihenschaltung, eines elektrischen Schaltelementes 22 mit einem elektrischen Widerstand 24. Ein Ende dieser Reihenschaltung ist an eine Versorgungsspannung VS angeschlossen, während das andere Ende dieser Reihenschaltung an das heiße Ende, das heißt, das nicht an Masse angeschlossene Ende des zu regenerierenden Kontaktes angeschlossen ist.
Die durch das erste Steuersignal S1 aktivierte Stromquelle 20 erzeugt als Regenerierungssignal einen Regenerierungsstrom I_Reg, um diesen auf den elektrischen Kontakt auszugeben. Das elektrische Regenerierungssignal ist dann besonders wirksam in der Beseitigung der Hochohmigkeit des elektrischen Kontaktes, wenn es als Impulsfolge ausgebildet ist. Dabei weisen die Amplituden der einzelnen Impulse entweder alle ein positives oder alle ein negatives oder abwechselnd ein positives und negatives Vorzeichen auf.
Ein derartig ausgebildetes Regenerierungssignal I_Reg bewirkt vorteilhafterweise, dass die die Hochohmigkeit des Kontaktes begründenden Blockaden oder Isolationsschichten innerhalb des Kontaktes abgebaut werden und der Kontakt wieder niederohmig wird. Sobald der Kontakt wieder niederohmig ist, kann das Regenerierungssignal abgeschaltet werden; insofern ist nur eine zeitweise Beaufschlagung des Kontaktes mit dem Regenerierungssignal erforderlich.
2 zeigt ein zweites vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für den in 1 gezeigten Schaltkreis.
In 2 ist der elektrische Kontakt, wiederum dargestellt durch seinen Widerstand R_K, als Bestandteil einer elektronischen Komponente 30 gezeigt. Bei der Komponente 30 kann es sich zum Beispiel um einen Kabelbaum oder um eine Sensor- oder Sonden-Einrichtung, wie zum Beispiel eine Lambdasonde, einen Phasengeber oder einen Klopfsensor handeln. Bei dem erfindungsgemäß zu regenerierenden Kontakt innerhalb dieser Komponenten kann es sich zum Beispiel um einen Druckkontakt, eine Pinschweißung, den Schleiferabgriff bei einem Potentiometer oder eine Crimp et cetera handeln. In 2 ist weiterhin dargestellt, dass diese Komponente 30 an einer Spannungsquelle 40, die eine Spannung U generiert, betrieben wird.
In 2 repräsentiert die elektronische Komponente 30 insbesondere eine Lambdasonde. Diese wird neben dem elektrischen Kontakt R_K weiterhin repräsentiert durch einen temperaturabhängigen Widerstand R_T und eine Spannungsquelle 32. Die Beaufschlagung des Kontaktes mit dem Regenerierungssignal I_Reg erfolgt bei dem in 2 gezeigten Schaltkreis genauso, wie dies oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde. Zu Beginn der Regenerierungsphase, wenn der Widerstand R_K noch sehr groß ist, fließt nur ein relativ kleiner Regenerierungsstrom I_Reg über ihn und damit durch die anderen Elemente der elektronischen Komponente 30, das heißt insbesondere durch den temperaturabhängigen Widerstand R_T oder die Spannungsquelle 32. Im Laufe der Regenerierungsphase wird jedoch der Widerstand R_K zunehmend niederohmiger und damit erhöht sich insbesondere auch die Amplitude des Regenerierungssignals. Es besteht dann die Gefahr, dass die anderen Elemente der elektronischen Komponente oder generell andere Komponenten des Schaltkreises durch das Regenerierungssignal elektronisch überlastet werden.
Um dies zu verhindern, ist die Überwachungseinrichtung 10 weiterhin ausgebildet, ein zweites Steuersignal S2 zu erzeugen und dieses zum Beispiel an eine zweiten Schalteinrichtung 50 auszugeben. Die Schalteinrichtung 50 schließt dann im Ansprechen auf das zweite Steuersignal 52, wenn der Wert des Widerstand R_K des Kontaktes einen vorgegebenen zweiten Widerstandsschwellenwert unterschritten hat, zumindest einzelne der Elemente der elektronischen Komponente 30 – außer dem Kontakt selbst – und/oder weitere elektronische Komponenten des Schaltkreises kurz. Durch dieses Überbrücken nach Masse wird erreicht, dass das Regenerierungssignal I_Reg nicht über die kurzgeschlossenen Elemente oder Komponenten, sondern über den Kurzschluss nach Masse abgeleitet wird; auf diese Weise wird eine eventuelle Zerstörung dieser Elemente oder Komponenten durch das Regenerierungssignal verhindert. Alternativ zu einer solch aufwendigen Schutzmaßnahme kann es im Einzelfall auch ausreichend, das Regenerierungssignal von vornherein nur so schwach zu dimensionieren, dass die betroffenen einzelnen Elemente oder Komponenten des Schaltkreises nicht durch das Regenerierungssignal zerstört würden. Auch ein auf diese Weise nur schwach dimensioniertes Regenerierungssignal kann bereits den gewünschten Heilungseffekt bei dem Kontakt bewirken.
Allgemein kann das Regenerierungssignal sowohl über Versorgungsleitungen wie auch über Signalleitungen innerhalb des elektronischen Schaltkreises dem zu regenerierenden Kontakt zugeführt werden.
3 zeigt schließlich ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen elektronischen Schaltkreis. Bezüglich seines Hardwareaufbaus entspricht der in 3 gezeigte Schaltkreis weitgehend dem in 2 bereits erwähnten Aufbau; gleiche elektronische Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der in 3 gezeigte elektronische Schaltkreis zur Bestimmung des Innenwiderstandes der Lambdasonde 30 funktioniert wie folgt:
Während ihres Normalbetriebs wird die Lambdasonde 30 über die Spannungsquelle 40 betrieben. Der Innenwiderstand der Spannungsquelle 40 ist in 3 mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet. Das Steuergerät 10' empfängt an seinem Eingang E ein Signal, welches den Spannungsabfall über dem Innenwiderstand R_I der Lambdasonde und damit jeweils einen aktuellen Lambdawert repräsentiert. Bei diesem Signal handelt es sich in der Regel um ein Analogsignal; es wird deswegen zur weiteren Verarbeitung bzw. Auswertung innerhalb des Steuergerätes 10', mit Hilfe eines Analog/Digital-Konvertes 15' digitalisiert.
Der typischerweise vorgenommene Rückschluss von diesem Signal auf den von der Lambdasonde 30 gemessenen Lambdawert von z.B. dem Abgas einer Brennkraftmaschine basiert auf dem Grundprinzip, dass die Temperatur im Abgas der Brennkraftmaschine als Maß für das aktuelle Luft/Kraftstoffverhältnis gewertet werden kann, mit der die Brennkraftmaschine aktuell betrieben wird. Die Lambdasonde 30 enthält deshalb den temperaturabhängigen Widerstand R_T, um den Spannungsabfall über diesem temperaturabhängigen Widerstand R_T als Maß für den aktuellen Lambdawert auswerten zu können. Ein Arbeitspunkt dieser Lambdasonde wird mit Hilfe einer Heizung (nicht gezeigt) der Lambdasonde individuell eingestellt.
Ein Rückschluss von dem Spannungsabfall über der Lambdasonde auf den richtigen Lambdawert ist nur dann möglich, wenn die Heizung der Lambdasonde ordnungsgemäß arbeitet und der Innenwiderstand der Lambdasonde richtig ermittelbar ist. Grundsätzlich entspricht dieser Innenwiderstand dem bereits erwähnten temperaturabhängigen Widerstand R_T. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Widerstand R_K des besagten elektronischen Kontaktes innerhalb der Lambdasonde 30 ordnungsgemäß vernachlässigbar gering ist.
Zur Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktionsweise der Sondenheizung und damit auch zur ordnungsgemäßen Funktionsweise der Lambdasonde wird von dem Steuergerät 10', gelegentlich eine Messung des Innenwiderstandes R_I der Lambdasonde 30 durchgeführt. Zu diesem Zweck aktiviert das Steuergerät 10' den Signalgenerator beziehungsweise die Stromquelle 20 mit Hilfe eines von ihm ausgegebenen ersten Steuersignals S1. Auf diese Weise wird ein Regenerierungssignal in Form eines Regenerierungsstromes I_Reg vorzugsweise in Form einer Stromimpulsfolge über den Innenwiderstand R_I der Lambdasonde 30 gegeben. Weil sowohl das Regenerierungssignal wie auch der Innenwiderstand der Lambdasonde 30 bekannt sind, muss bei intakter Lambdasonde eine vorhersehbare Spannung an ihr abfallen. Der tatsächliche Spannungsabfall wird dem Steuergerät 10' über dessen Eingang E zugeführt, um dann nachfolgend mit dem erwarteten Spannungswert verglichen zu werden. Bei einer hinreichend großen Übereinstimmung kann davon ausgegangen werden, dass die Lambdasonde und insbesondere deren Heizung fehlerfrei arbeiten. Dieser Rückschluss ist insbesondere dann zulässig, wenn der Innenwiderstand R_I niederohmig und die Sonde warm beziehungsweise heiß ist.
Wie in 3 zu erkennen ist, setzt sich der Innenwand R_I ersatzschaltbildmäßig aus einer Reihenschaltung des temperaturabhängigen Widerstandes R_T und dem Widerstand R_K des elektronischen Kontaktes zusammen. Bei kalter Lambdasonde 30 und bei hochohmigem temperaturabhängigen Widerstand R_T wird automatisch auch ein hoher Innenwiderstand R_I gemessen. Die Messung des Innenwiderstandes R_I erlaubt dann keine Unterscheidung, ob die Hochohmigkeit des Innenwiderstandes von einer Hochohmigkeit des temperaturabhängigen Widerstands R_T und/oder von einer Hochohmigkeit des Widerstandes R_K des elektronischen Kontaktes herrührt. Die Innenwiderstandsmessung wird deshalb lediglich bei niederohmigen Innenwiderstand, das heißt wenn die Sonde warm ist, durchgeführt.
Eine Regeneration des elektrischen Kontaktes innerhalb der Lambdasonde ist jedoch nur dann erforderlich, wenn der Widerstand dieses elektronischen Kontaktes R_K hochohmig ist.
Bei dem in 3 gezeigten elektronischen Schaltkreis kann dieser Widerstand nicht direkt, sondern nur indirekt über den Innenwiderstand R_I gemessen werden. Das heißt, wenn ein hoher Innenwiderstand R_I von dem Steuergerät 10' festgestellt wird, ist das ein Indiz dafür, dass auch der Widerstand R_K hoch sein kann. Ein hoher Innenwiderstand R_I kann nämlich aufgrund der gezeigten Ersatzschaltbildanordnung von einem hohen temperaturabhängigen Widerstand R_T und/oder von einem hohen Widerstand R_K herrühren.
Erfindungsgemäß wird deshalb das von der Stromquelle 20 erzeugte Regenerierungssignal I_Reg vorzugsweise nur dann für Regenerierungszwecke auf die Lambda-Sonde 30 und insbesondere deren elektrischen Kontakt gegeben, wenn die Lambda-Sonde kalt beziehungsweise noch nicht betriebswarm ist, das heißt, wenn deren Innenwiderstand R_I als Repräsentant für den Widerstand des elektronischen Kontaktes, hochohmig ist.
Dabei wird vorausgesetzt, dass die festgestellte Hochohmigkeit des Innenwiderstandes nicht alleine durch die Hochohmigkeit des temperaturabhängigen Widerstandes R_T, sondern auch durch eine unerwünschte Hochohmigkeit des dazu ersatzschaltbildmäßig in Reihe geschalteten Widerstandes R_K des elektrischen Kontaktes bedingt ist. Nur dann ist die Funktionsfähigkeit des Kontaktes auch tatsächlich eingeschränkt und bedarf der Kontakt einer Regenerierung bzw. Heilung durch das Regenerierungssignal.
Jedoch auch andernfalls, wenn die Hochohmigkeit des Innenwiderstand R_I primär alleine aus der Hochohmigkeit des temperaturabhängigen Widerstandes R_T resultiert und der Widerstand des elektrischen Kontaktes niederohmig ist, ist die Beaufschlagung des elektrischen Kontaktes mit dem Regenerierungssignal grundsätzlich unschädlich. Das gilt insbesondere, solange dieses nicht so stark insbesondere hinsichtlich seiner Amplitude ausgebildet ist, dass es die anderen elektronischen Elemente innerhalb der Lambdasonde elektrotechnisch überlastet. Aber auch in den Fällen, in denen der Kontakt niederohmig ist, also insbesondere, wenn die Lambda-Sonde betriebswarm ist, das heißt, während des Betriebs der Brennkraftmaschine oder kurz nach deren Abschalten, kann eine Beaufschlagung des Kontakts mit dem Regenerierungssignal vorteilhaft sein, um dem Entstehen von Hochohmigkeit des Kontakts präventiv vorzubeugen.
Vorteilhafterweise wird das Regenerierungssignal nur in Zeiten auf den elektrischen Kontakt gegeben, wenn das Nutzsignal, bei der Lambda-Sonde das λ-Messsignal, ausgeblendet ist.
4 zeigt ein Beispiel für ein Regenerierungssignal I_Reg, wie es für eine Regenerierung eines Kontaktes innerhalb einer Lambda-Sonde dimensioniert werden könnte. Es ist vorzugsweise als Stromimpulsfolge ausgebildet, wobei die Amplitude der einzelnen Impulse vorzugsweise im Bereich von 1 mA, die Impulswiederholfrequenz im Bereich einiger 10 Hertz und die Impulsbreite vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 1 bis 10 Millisekunden liegen.

Claims

Elektronischer Schaltkreis zum Regenerieren eines elektrischen Kontaktes innerhalb einer elektronischen Komponente (30) des Schaltkreises, umfassend: den elektronischen Kontakt und weitere elektronische Elemente, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung (10) zum Überwachen der elektrischen Impedanz (R_k) des elektrischen Kontaktes; und einen Signalgenerator (20) zum Erzeugen und Ausgeben eines Regenerierungssignals (I_Reg) auf den elektrischen Kontakt.
Elektronischer Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung (50) zum Kurzschließen von zumindest einzelnen elektronischen Elementen innerhalb der elektronischen Komponente (30) vorgesehen ist.
Elektronischen Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator (20) ausgebildet ist, das Regenerierungssignal (I_Reg) als Impulsfolge zu generieren.
Elektronischen Schaltkreis nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der elektronischen Komponente (30) um eine Lambda-Sonde handelt.
Elektronischen Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Uberwachungseinrichtung (10) um ein Steuergerät (10') handelt zum Erfassen des Innenwiderstandes (R₁) der elektronischen Komponente (30), wobei ein festgestellter hochohmiger Wert für den Innenwiderstand (R₁) als Hinweis darauf interpretiert wird, dass die Impedanz (R_K) des Kontaktes hochohmig ist; und dass es sich bei dem Signalgenerator (20) um eine von dem Steuergerät (10') ausgesteuerte Stromquelle handelt, die im Ansprechen auf das erste Steuersignal (S1) eine Stromimpulsfolge (I_Reg) auf den Kontakt ausgibt.