DE2551683B2

DE2551683B2 - Verfahren zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter und Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren

Info

Publication number: DE2551683B2
Application number: DE19752551683
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7505 Ettlingen Bremer; Hans-Dietrich 7143 Vaihingen Smentek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-11-18
Filing date: 1975-11-18
Publication date: 1979-08-23
Also published as: DE2551683C3; DE2551683A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgeneratoren im eingebauten und angeschlossenen Zustand, wobei bei angetriebener Lichtmaschine der von ihr abgegebene, im Gleichstromanteil zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet wird.

Die Verwendung von Drehstromgeneratoren zur Erzeugung der Bordnetzspannung bei Kraftfahrzeugen hat sich in letzter Zeit zunehmend durchgesetzt, da Drehstromgeneratoren schon bei geringen Drehzahlen in der Lage sind, ein so ausreichendes Leistungsniveau anzubieten, daß, insbesondere im Winterbetrieb und bei einer Vielzahl angeschlossener Verbraucher nicht auf die in der Batterie gespeicherte Energie zurückgegriffen zu werden braucht.

Allerdings stellt die Überprüfung solcher Drehstromgeneratoren auf Funktionstüchtigkeit ein erhebliches Problem dar, da bisher eine genaue Analyse des Drehstromgenerators nur dann durchgeführt werden kann, wenn der Generator aus dem Fahrzeug ausgebaut und auf einen Prüfstand montiert wird.

Tatsächlich läßt sich, wie weiter unten noch genauer erläutert wird, aus der Leistungsabgabe einer Drehstrommaschine selbst nicht mit ausreichender Genauigkeit auf ihre Funktionsfähigkeit rückschließen, denn auch ein teilweise defekter Drehstromgenerator, beispielsweise bei Ausfall einer seiner Gleichrichterdioden, ist noch in der Lage, im Normalfall eine für die Versorgung des Kraftfahrzeugs ausreichende Leistung abzugeben, so daß sich das Versagen des Drehstromgenerators gerade dann bemerkbar machen kann, wenn dieser am notwendigsten benötigt wird, etwa wenn sehr viele Verbraucher eingesetzt werden müssen.

Andererseits ist eine Überprüfung des Drehstromgenerators im Kraftfahrzeug im eingebauten Zustand mit anderen Schwierigkeiten verbunden, da der Drehstromgenerator beispielsweise nicht von der Batterie abgeklemmt werden darf, um nicht über eine zu hohe Generatorleerlaufspannung die Gleichrichter- und Erregerdioden zu gefährden.

In der nicht vorveröffentlichten DE-OS 25 49 037 wird ein Verfahren zum Erkennen von fehlerhaften Kraftfahrzeug-Drehstromgeneratoren mit nachgeschal-

tetem Gleichrichter im eingebauten Zustand vorgeschlagen, welches darin besteht, daß zwar eine Auswertung des Oberwellenanteils in der vom zu überprüfenden Drehstromgenerator abgegebenen Spannung vorgenommen wird, jedoch dadurch, daß vier auf analoger Basis arbeitende Vergleicher vorgesehen sind und eine Fehleranzeige dann erfolgt, wenn auch nur einer dieser Vergleicher eine Abweichung seiner Eingangsspannungen von vorgegebenen Referenzspannungen feststellt. Zwei ersten Vergleichern sind dabei konstante obere und untere maximale Bezugsspannungen (obere und untere bezogen auf einen Oberwelligkeits-Toleranzbereich der Drehstromgenerator-Ausgangsspannung) zugeführt. Den zwei anderen Vergleiehern werden variable obere und untere Referenzspannungen zugeführt, die jeweils um eine dem halben Oberwelligkeits-Toleranzbereich entsprechenden

Spannung oberhalb bzw. unterhalb des Mittelwertes der gleichgerichteten Drehstromgenerator-Spannung Negen. Es gelingt so, einen Amplitudenvergleich der abgegebenen Drehstromgenerator-Ausgangsspannung vorzunehmen, wobei zwei unterschiedliche, obere und unter Amplitudenbänder vorgesehen sind, innerhalb denen analog eine Messung der Amplitude des Oberwellenanteils des Drehstromgenerator-Ausgangssignals vorgenommen wird.

Die vorgeschlagene Schaltung stellt darauf ab, daß ein auf diese Weise durchgeführtes analoges Meßverfahren einer schnellen Amplitudenmessung der Spannung des Oberwellenanteils in der Lage ist, Spannungssprünge oder überhöhte Haibwellenanteile des Oberwellengehalts der Drehstromgenerator-Ausgangsspannung zu erfassen, von denen angenommen wird, daß sich hierdurch auf einen Fehler im Drehstromgenerator rückschließen läßt.

Da nicht auf die eigentlich vom zu überprüfenden Drehstromgenerator abgegebene Kurvenform bzw. dessen Frequenz im Oberwellensignal abgestellt wird, sondern Amplitudenmessungen innerhalb vorgegebener Bandbreiten vorgenommen werden, können sich Meßfehler einschleichen, die bei Amplitudenmessungen auf analoger Basis stets vorkommt.

Nachteilig ist darüberhinaus, daß bei der notwendigen Mittelwertbildung der zu ermittelnde Fehler an dieser Mittelwertbildung selbst teilnimmt, so daß sich insofern schon eine fehlerbehaftete Mittelwertbildung der erfaßten und auszuwertenden Generatorausgangsspannung ergibt. Je größer der Fehler bei der Spannungsüberhöhung ist, um so stärker wird auch der Mittelwert der erfaßten Spannung in Richtung der Fehlerabweichung tendieren und verschoben werden, so daß insbesondere dann, wenn eine starke Verzerrung durch Fehlereinflüsse auftritt, dieser Fehler unter Umständen gar nicht mehr erfaßbar ist

Im übrigen ist es bei dem vorgeschlagenen Verfahren nicht möglich, die wesentlichen Fehlerquellen eines Drehstromgenerators zu erfassen und gegebenenfalls auch zu identifizieren, da lediglich auf das Vorhandensein von kurzzeitigen Spannungsüberhöhungen oder Peaks in der auszumessenden Drehstromgenerator-Spannung abgestellt wird. Bestimmte Fehler können sich aber ohne weiteres dadurch äußern, daß sich eine sinusförmige, um einen Mittelwert schwingende Spannung ergibt die dann nicht erfaßbar ist

Da sich bei einem Drehstromgenerator eine Vielzahl von möglichen Fehlerquellen ergibt wie weiter unten noch anhand der Fig.3 erläutert wird, ist das vorgeschlagene Verfahren, welches Fehler dadurch zu

ermitteln versucht, daß die Drehstromgenerator-Spannung einem einheitlichen Amplituden-Bewertungsmaßstab unterworfen v-ird, nicht genau und präzise genug.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren bei Kraftfahrzeugen zu schufen, die eine schnelle und präzise Funktionsüberprut'isng des Drehstromgenerators auch von ungeübten Hilfskräften ermöglichen, wobei die Überprüfung im eingebauten Zustand und bei angeschlossener Batterie erfolgt und jede mögliche Art eines Fehlers bei einem Drehstromgenerator sicher erfaßt wird, auch solche Fehler, die sich nur in einem sehr geringen Leistungsabfall äußern, beispielsweise wenn eine Erregerdiode unterbrochen ist.

Diese Aufgabe löst die Erfindung, die von dem eingangs genannten Verfahren ausgeht, erfindungsgemäß jeweils durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche I bis 5.

Erfindungsgemäße Vorrichtungen, die zur Durchführung der einzelnen Verfahren geeignet sind, gehen gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 12,14,15,16 und 19 aus von einer Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgeneratoren im eingebauten und angeschlossenen Zustand, wobei bei angetriebener Lichtmaschine der von ihr abgegebene, im Gleichstromanteil zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet wird und bestehen erfindungsgemäß jeweils aus den im Kennzeichen der Unteransprüche 12, 14,15,16 sowie 19 angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung eignet sich besonders zur Überprüfung von Drehstromgeneratoren im eingebauten Zustand, da an dem Kraftfahrzeug nichts verändert zu werden braucht und im einfachsten Fall lediglich eine Verbindung mit den Batterieanschlußklemmen herzustellen ist, wodurch dann, gegebenenfalls unter Verwendung von weiter unten noch genauer zu erläuternden Systemen und Schaltungen, eine eindeutige Aussage über den Zustand des Generators gewonnen werden kann.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Erfindung eindeutige Diagnoseentscheidungen bezüglich der Art der Fehlerquelle ermöglicht, so daß kostensparend beispielsweise nur bestimmte Teile oder Dioden eines überprüften Drehstromgenerators ersetzt zu werden braucht.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Erfindung vergleichsweise störunanfällig arbeitet und erst nach wiederholter, im Grunde digitaler Auswertung des Oberwellengehalts der abgegebenen Drehstromgenerator-Spannung eine Fehleranzeige vornimmt. Im Gegensatz hierzu ist das eingangs beschriebene, der DE-OS 25 49 037 entsprechende System wesentlich störanfälliger, denn ein einziger Spannungssprung oder Peak in der Oberwellenspannung, gleichgültig von wo er stammt, bringt die Komparatoren zum Ansprechen. Andererseits treten aber Spannungssprünge im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere wenn der Drehstromgenerator im eingebauten Zustand und daher bei laufendem Motor überprüft wird, sehr häufig auf.

Ein weiterer Vorteil vorliegender Erfindung ist die Unabhängigkeit von der jeweiligen Generatorbelastung, die für jedes Kraftfahrzeug auch unterschiedlich sein kann. Es ist daher nicht erforderlich, bei der Überprüfung gleiche Belastungszustände von außen einzustellen. Dies ist auch sehr schwierig, da die Batterie einen unterschiedlichen Ladezustand aufweisen und der

Regler bei geringfügig unterschiedlichen Daten arbeiten kann. Trotz dieser an sich ungünstigen Prüfbedingungen von Drehstromgeneratoren im eingebauten Zustand bei Kraftfahrzeugen gelingt es der Erfindung, eine schnelle und sichere Diagnose durchzuführen.

Lediglich zur umfassenden Information seien im folgenden noch einige andere Möglichkeiten aufgeführt, die gegebenenfalls eine Überprüfung von Drehstromgeneratoren bei Kraftfahrzeugen ermöglichen. So kann beispielsweise eine Leistungsmessung des Drehstromgenerators dadurch erfolgen, daß man die Generatorausgangsleistung über Gleichstromzangen abgreift und einer Messung zuführt; eine solche Messung müßte jedoch drehzahlbezogen sein und kann schon deshalb keine zuverlässige Aussage liefern, da bei der Leistungsüberprüfung reproduzierbare Generatorbelastungen im eingebauten Zustand nur schwer wegen der weiter vorn schon erwähnten unterschiedlichen Betriebszustände realisiert werden können.

Womöglich noch ungenauer ist eine Beurteilung des Drehstromgenerators über sein Erwärmungsverhalten, wobei beispielsweise die Erwärmung der in Verbindung mit dem Drehstromgenerator eingesetzten Dioden abgetastet werden könnte; dies ist jedoch auch deshalb undurchführbar, da bei neueren Generatoren die Dioden nicht mehr von außen ohne weiteres zugänglich sind.

Schließlich läßt sich eine grobe Überprüfung des Drehstromgenerators auf Funktionstüchtigkeit auch durch Beurteilung der Helligkeit des Kontroll-Lampensignals vornehmen, diese Beurteilung kann optisch oder elektrisch durchgeführt werden. Durch die Vielfalt der jeweils verwendeten Systeme, der Art der Kontrollampen und insbesondere aufgrund des Umstandes, daß auf diese Weise nicht sämtliche Fehler eines Drehstromgenerators erkannt werden können, scheitert auch hier eine Diagnose, insbesondere wenn diese automatisiert durchgeführt werden soll.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren nach verfahrensmäßigen Abläufen, Aufbau und Wirkungsweise von hierzu geeigneten Vorrichtungen und jeweiligen Vorteilen im einzelnen näher erläutert, wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung in den Unteransprüchen beschrieben sind. Bei der Zeichnung zeigen die

Fig. la und Ib in schematischer Sehaltungsdarstellung den Aufbau von zwei möglichen Arten von vorzugsweise bei Kraftfahrzeugen verwendeten Drehstromgeneratoren,

F i g. 2 Leistungskennlinien bei intakter Maschine und bei Drehstromgeneratoren mit unterschiedlichen Fehlern. Hie

Fig.3a bis 3j zeigen in qualitativer Darstellung Kurvsnverläufe von Generatorausgangswechselspannungen (Oberwellenanteil) bei verschiedenen Generatorfehlern, die

F i g. 4a und 4b zeigen mögliche Ausgestaltungen für bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen verwendete Regelverstärker, die

F i g. 5a bis 5b zeigen Aufbau und Frequenzverhalten einer Bandpaßanordnung zur Störunterdrückung, die bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Oberwellenanalyse eingesetzt wird,

Fig.6 zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung des oberwellen behafteten Ausgangssignals des Drehstromgenerators in ein entsprechendes, lediglich die Welligkeit repräsentierendes Rechteckausgangssignal, die

Fig.7a bis 7c zeigen jeweils die Oberwelle eines

Generators bei drei verschiedenen Betriebszuständen und das zugeordnete, aus dieser Oberwelle entwickelte Rechtecksignal, die

Fig.8 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel wir Oberwellenanalyse einer Drehstromgenerator-Ausgangsspannung zur Funklionsüberprüfung nach einem Frequenzmeßverfahren und vergleicht mit einem von der Brennkraftmaschine abgeleiteten Drehzahlsignal,

F i g. 9 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung entsprechend einem weiteren Verfahren, bei welchem ein direkter Vergleich des an der Batterieklemme abgegriffenen Signals mit einem Signal durchgeführt wird, welches an einer mit D bezeichneten Klemme (Erregerspannung für die Erregerwicklung), abgegriffen wird,

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel rur Funktionsüberprüfung eines Drehstromgenerators entsprechend einem Verfahren, bei dem eine Impulsausf EiII-erkennung durchgeführt wird,

abgegebene Spannung gleich ist der Batterieklemmen spannung, d. h. der Spannung am Anschlußpunkt B.

Bei einer anderen, in der Darstellung der Fig. Ib gezeigten Ausführungsform eines Drehstromgenerators

-, sind keine Erregerdioden 9 vorgesehen, so daß der Schaltungspunkt D wegfällt; die Erregerwicklung 2 erhält ihre Spannung über den Regler 10 von dem im Betriebsfall geschlossenen Zündschalter ZS von der Batterieklemme B, wobei eine Ladekontrolle dadurch

ίο gewonnen wird, daß zwischen dem Schaltungspunkt B und dem Batterieanschlußpunkt B ein Amperemeter 13 geschaltet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. la sind normalerweise der Schaltungspunkt B und der Schal- -, tungspunkt D auch bei eingebautem und angeschlossenem Drehstromgenerator von außen zugänglich, bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. Ib ist auf jeden Fa!. der Schaltungspunkt flvon außen zugänglich.

Der Darstellung der F i g. 2 lassen sich für einen

CHI /AUMUIII

überprüfung eines Drehstromgenerators unter Verwendung einer Tcstschaltung, die mit einem Phasenregelkreis arbeitet,

Fig. 12 zeigt schließlich ein letztes Ausführungsbeispiel, bei welchem nach einem Verzögerungsverfahren mit Analogspeicher gearbeitet wird,

Fig. 13 gibt die bei diesem Verfahren bei intaktem und gestörtem Generator entstehenden Spannungsverläufe an, während

Fig. 14 ein Ausführungsbeispiel für die mögliche Realisierung einer Verzögerungsschaltung für Analogsignale angibt, einmal in schematischer Darstellung und einmal einen realisierbaren Schaltungsaufbau hierfür.

Bevor auf die möglichen Diagnoseverfahren zur Feststellung eines Fehlers bei einem Drehstromgenerator genauer eingegangen wird, erscheint es zweckmäßig zu sein, anhand der Darstellungen der Fig. la und Ib sowie der F i g. 2 den grundsätzlichen Aufbau und die Leistungskennlinien von Drehstromgeneratoren vorab zu untersuchen.

Fig. 1 zeigt einen Drehstromgenerator, wie er heute weit verbreitet ist: der Generator ist mit dem Bezugszeichen 1 versehe;) und umfaßt in vereinfachter Darstellung eine Erregerwicklung 2 sowie drei Feldwicklungen 4, die sternartig angeordnet einen gemeinsamen Verbindungspunkt aufweisen und mit ihren anderen Anschlüssen zur Gleichrichtung der in ihnen erzeugten Wechselspannung über gleichrichtende sogenannte Plusdioden 5 mit dem Anschlußpunkt öund über gleichrichtende Minusdioden 6 an Masse liegen. Der Schaltungspunkt B ist gleichzeitig der Anschlußpunkt für die Batterie 7; die Leitung 8 führt weiter zu den jeweils an die Lichtmaschine angeschlossenen Verbrauchern, wenn es sich um einen Drehstromgenerator bei einem Kraftfahrzeug handelt. Das in Fig. la gezeigte Ausführungsbeispiel verfügt noch über drei sogenannte Erregerdioden 9, die ebenfalls mit den äußeren Anschlüssen der Feldwicklungen 4 verbunden sind und einen Schaltungspunktanschluß D bilden, der einmal über einen Regler 10 mit dem Anschlußpunkt DF'für die Erregerwicklung 2 verbunden ist, andererseits über eine Kontrollampe 11 am Zündschalter ZS liegt, der die Leitung 12, die zur Zündung weiterführt, mit dem Batterieanschlußpunkt β verbindet, wenn das Kraftfahrzeug in Betrieb genommen wird. Wie ersichtlich erlischt die mit ihrem anderen Anschlußpunkt über die Erregerwicklung 2 an Masse gelegte Kontrollampe 11 dann, wenn die von den Erregerdioden 9 anodenseitig L/rensiroiiigeiieraior unu iur Lirensiromgericratoren mit unterschiedlichen Fehlern Verläufe von Leistungskennlinien entnehmen, nämlich jeweils den von dem Drehstromgenerator abgegebenen Strom über der Drehzahl. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß auf Grund einer üblicherweise vorhandenen Übersetzung der jeweilige Drehstromgenerator bei einem Kraftfahrzeug mit doppelter Drehzahl, bezogen auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine selbst, läuft.

Im Diagramm der Fig. 2 sind insgesamt neun verschiedene Fälle für mögliche Fehlerquellen eines Drehstromgenerators aufgeführt, die in der nachfolgenden kleinen Tabelle angegeben sind:

a) Einwandfreie Maschine.

b) Plusdiode 5 Unterbrechung.

c) Minusdiode 6 Unterbrechung.

d) Erregerdiode 9 Unterbrechung,

e) Plusdiode 5 Kurzschluß,

f) Minusdiode 6 Kurzschluß.

g) Erregerdiode 9 Kurzschluß,
η) Unterbrechung einer Phase,
j) Kurzschluß einer Phase.

Diese Leistungskennlinien zeigen, daß für c^;ne ganze Anzahl von Fehlern, nämlich etwa für einen Bereich, in welchem der Drehstromgenerator noch etwa 20 Ampere abzugeben imstande ist, obwohl bei ihm ein Fehler vorliegt, dieser Fehler möglicherweise gar nicht bemerkt wird, bis schließlich bei einer erhöhten Leistungsanforderung der Ausfall des Drehstromgenerators um so nachdrücklicher in Erscheinung tritt.

Der Darstellung der Fig.3 lassen sich schließlich noch für die in F i g. 2 angegebenen Leistungskennlinien die jeweiligen Oberweilenverläufe (Wechselspannungsantei! der Batterieladespannung) jeweils am Batterieanschlußpunkt B bzw. am normalerweise ebenfalls zugänglichen Schaltungspunkt DaIs Spannungsausgang der Erregerdioden 9 entnehmen. Die Spannungsverläufe der F i g. 3, die insgesamt ebenfalls die Fälle a) bis j) unterscheiden, entsprechen den mit den gleichen kleinen Buchstaben angegebenen Leistungskennlinienverläufen der F i g. 2. Die Spannungsverläufe der F i g. 3 zeigen im wesentlichen lediglich die Welligkeit des Drehstromgeneratorausgangssignals am Schaltungspunkt B oder Schaltungspunkt D, wobei in der linken Spalte die Spannung Ub am Schaltungspunkt B und in der rechten Spalte die Spannung Ud für den Schaltungs-Vunkt Dangegeben ist.

Die Spannungsverläufe der Fig.3 zeigen, daß erhebliche Unterschiede bei den verschiedenen Fehlern

ίΙ

auftreten; insbesondere zeigt der Spannungsverlauf der F i g. 3d, daß lediglich durch Betrachtung der Wechsel- spannungisignale, d. h. des Oberwellengehalts der Spannung Üb am Anschlußpunkt B in erster Näherung nicht erkannt werden kann, ob eine Erregerdiode Unterbrechung hat. Durch Heranziehung des Signals Ud läßt sich aber auch hier der Fehler eindeutig diagnostizieren. Für eine automatische Diagnose bedeutet dies, daß unter Einbeziehung sämtlicher bekannter Generatorsysteme eine vollständige Generatorprüfung möglich ist durch Beurteilung des Oberwellensignals (entsprechend Spannung Un) bzw. der Spannung Up zusätzlich bei solchen Drehstromgeneratoren, die über die weiter vorn schon erwähnten Erregerdioden 9 verfügen.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei der vorliegenden Erfindung zwar die Möglichkeit besteht, auch qualitativ eine Aussage über Art des jeweiligen Fehlers zu machen und gegebenenfalls auch noch eine Identifizierung des fehlerhaften Bauteils zu treffen, die nachfolgenden Ausführungsbeispiele sind jedoch im wesentlichen so ausgelegt, dab für eine schnelle und funktioneile Prüfung primär lediglich festgestellt werden soll, ob überhaupt ein Fehler des Drehstromgenerators vorliegt; dies würde dann, da auf Grund des heutigen Entwicklungsstandes preiswerter, zu einem vollständigen Austausch des jeweiligen Drehstromgenerators führen.

Allerdings ergeben sich für eine automatische Diagnose, die entsprechend einem grundsätzlichen erfindungsgemäßen Merkmal in ;iner Beurteilung des Oberwellenanteils der Generatorausgangsspannung besteht, Schwierigkeiten, die auf folgende Umstände zurückzuführen sind:

1. Je nach Belastung des Drehstromgenerators durch eine mehr oder weniger gut geladene Batterie, deren Zustand überhaupt sowie durch sonstige Verbraucher sind sehr unterschiedliche Amplituden des Wechselspannungsanteils der Spannung Un zu erwarten, die in dem Spannungsbereich von einigen Millivolt bis zu Spannungen von 1 Volt und teilweise mehr liegen.

2. Ohne Festlegung von Drehzahlen und ohne Bezug auf eine Referenzdrehzahl sind die Frequenzverhältnisse des Oberwellenanteils normalerweise nicht zu beurteilen, allerdings werden im folgenden auch Ausführungsbeispiele angegeben, die bei einer Diagnose auch ohne eine Bezugsfrequenz auskommen.

3. Neben dem auf den Drehstromgenerator zurückgehenden Oberwellenanteil enthält die Spannung am Schaltungspunkt B noch den Störanteil durch die Zündung, was zu einigen Pjroblemen führen kann, außerdem macht sich das Schaitverhalten des Reglers 10 auf das Spannungssignal Ub bemerkbar.

Es ist weiter vorn scnon ausgeführt worden, daß aus ökonomischen Gründen lediglich eine allgemeine Funktionsprüfung angestrebt werden sollte, wobei zweckmäßigerweise bei einem automatischen Werkstattgerät mid er angeschlossenen Batterie des Kraftfahrzeugs als Versorgungsspannungsquelle gearbeitet wird und wobei für die Messung der Sapnnung Ub lediglich zwei Zuführungsleitungen benötigt werden, die beispielsweise mit den Batterieklemmen zu verbinden sind.

Bevor im einzelnen auf die jeweiligen Diagnoseverfahren eingegangen wird, sollen zunächst anhand der Fig.4a, 4b und der Fig.5a bis 5c zwei Schaltungen besprochen werden, die bei sämtlichen- Ausführungsbei-

spielen Verwendung finden können und die im wesentlichen der Signalaufbereitung dienen.

Zum Ausgleich der unterschiedlichen Spannungsamplituden durch die veränderbare Drehstromgeneratorbelastung ist ein Regelverstärker vorgesehen, dem eingangsmäßig die Spannung U_B (bzw. Un) zugeführt wird und der ausgangsmäßig ein ausschließlich den Oberwellenanteii darstellendes Signal erzeugt, welches auf eine bestimmte gegebene Spannungsamplitude normiert ist, d. h. welches von den weiter vorn erwähnten, von Drehstromgenerator zu Drehstromgenerator schwankenden Oberwelleneingangsamplituden unabhängig ist.

In Fig.4a ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kegelverstärkers 20 gezeigt, dessen Eingangsklemme 21 mit Masse und dessen Eingangsklemme 22 mit Versorgungsspannungspotential, beispielsweise also mn dem Potential der Batteriespannung verbunden wird. Der Eingangsklemme 23 wird das zu untersuchende, oberweiienbehaltete Potential zugeführt, weiches über einen Kondensator 24 zur Gleichstromabtrennung und einen Widerstand 25 auf den einen Hauptelektrodenanschluß 26 eines Feldeffekttransistors 27 gelangt, dessen anderer Hauptelektrodenanschluß 28 (entweder drain oder source) über eine Zenerdiode 29 an Masse liegt. Der Anschlußpunkt 26 ist über einen Widerstand 30 mit dem einen, hier invertierenden Eingang 31 eines Operationsverstärkers oder Differenzverstärkers 33 verbunden, dessen anderem, nichtinvertierenden Eingang ein konstantes Potential zugeführt ist. Der Feldeffekttransistor 27 verhält sich wie ein steuerbarer Widerstand, so daß eine Spannungsteilerschaltung aus dem Widerstand 25 und der Hauptstrecke des Feldeffekttransistors 27 entsteht, der durch das Potential an seinem Eingang (gate) 33' in seinem Widerstandswert gesteuert ist.

Zur jeweils richtungsgerechten Steuerung des gate-Potentials des Feldeffekttransistors 27 ist dem ersten Operationsverstärker 32 ein weiterer Operationsverstärker 33 nachgeschaltet, d.m das in seiner Amplitude konstant zu haltende Ausgangssignal U,\ (entspricht nunmehr einem normierten Oberwellensignal) über Kondensator 34, Gleichrichterkette 35 seinem nicht invertierenden Eingang 36 zugeführt ist; der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 33 ist mit einem einstellbaren Konstantpotential von einer Spannungsteilerschaltung 37 versorgt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 33 wird über eine Leitung 38 rückgeführt und bildet das Steuersignal für den Feldeffekttransistor 27. Durch einen solchen Aufbau eines Regelverstärkers 20 erfolgt über den Rückführzweig eine Nachregelung jeweils dahingehend, daß der gewünschte eingestellte Schwellwert der Ausgangsspannung erzielt wird.

Das Ausführungsbeispiei der F i g. 4b zeigt eingangsmäßig einen unterschiedlichen Aufbau, wobei durch Zuführung einer geeigneten Regelspannung am Eingang 39 die Diodenkennlinie einer Diode 40 so gesteuert wird, daß sich ein entsprechend ausgebildetes Regelverhalten ergibt Die dem Anschluß 39 zugeführte Regelspannung läßt sich in ähnlicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel der F i g. 4a gewinnen.

Weiter vorn ist schon darauf hingewiesen worden, daß das zu analysierende Oberwellensignal störspannungsbehaftet ist; eine Herausfilterung dieser Störspannungen ist geboten, was mit Hilfe einer eine Bandpaßcharakteristik aufweisenden Schaltung, wie in den Fig.5a bis 5c gezeigt vorgenommen wird. Zuf

Bestimmung der Eigenschaften des Bandpasses sei davon ausgegangen, daß die in Kraftfahrzeugen normalerweise verwendeten Drehstromgeneratoren 12 Pole aufweisen, so daß sich bei drei Phasen pro Umdrehung des Generators 36 Oberwellenperioden ergeben; wegen der meist mit doppelter Motordrehzahl laufenden Generatoren ergeben sich somit 72 Perioden, bezogen auf eine Motorwellenumdrehung. Andererseits treten bei einer Motorwellenumdrehung je nach der Anzahl der Zylinder 2, 3 oder 4 Zündungsperioden auf, in wenn es sich etwa um einen 4-, 6- oder 8-ZyIindermotor handelt Ein zu überwachender, interessierender Frequenzbereich bei der Oberwellenanalyse erstreckt sich somit, wenn man von Drehzahlen ab 1000 U/min bis 6000 U/min ausgeht, von 300Hz bis 3,6 KHz. Eine solche Bandpaßcharakteristik läßt sich am zweckmäßigsten durch die Hintereinanderschaltung eines Hochpasses mit der Frequenzgrenze von 300 Hz und eines Tiefpasses mit der Frequenzgrenze von 3,6 KHz realisieren; bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 5a ist ein an sich bekannter Aufbau eines als aktives Element einen Verstärker 50 umfassenden Hochpasses 52 mit der unteren Grenzfrequenz fg2 und ein an sich bekannter Aufbau eines Tiefpasses 53 mit einem zugeordneten aktiven Verstärker 51 dargestellt. Die obere Grenzfrequenz fg 1 liegt bei 3,6 KHz. Der Hochpaß 52 besteht aus der Reihenschaltung zweier Kondensatoren 54 und 55, die das Eingangssignal auf den Pluseingang des Differenzverstärkers 50 geben; dieser Eingang ist über einen Widerstand 56 an Masse jo gelegt; der Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren liegt über einen Widerstand 57 am Ausgang des Verstärkers 50, der über eine Verbindungsleitung 58 noch mit dem Minuseingang verbunden ist An diesen Hochpaß 52 schließt sich über die Reihenschaltung zweier Widerstände 59 und 60 der Tiefpaß 53 an, dabei liegt der Pluseingang des Differenzverstärkers 51 am freien Anschluß des Widerstandes 60, der über einen Kondensator 61 noch gegen Masse abgeblockt ist Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände 59 und 60 liegt über einen Kondensator 62 am Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 51, dessen Minuseingang ebenfalls mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist. Es ergibt sich dann die in F i g. 5b dargestellte Dämpfung A vom Hochpaß 52 und Tiefpaß 53 und der Gesamtdämpfungsverlauf A' in Fig.5c mit den beiden Grenzfrequenzen fgi und fg\, die zwischen sich den Durchlaßbereich der Schaltung definieren.

Wie eingangs schon erwähnt, strebt die Erfindung Diagnoseverfahren und hierzu geeignete, vorzugsweise automatisch arbeitende Vorrichtungen an, die Abweichungen im Kurvenverlauf der Spannung Ub und der dort auftretenden Frequenz von der Norm feststellen und ein Prüfergebnis etwa in folgender Form ausgeben sollen:

x) Generator in Ordnung bzw.

y) Generator defekt, tauschen. Dabei ist es bei einigen Ausführungsbeispielen zweckmäßig, das Eingangssignal entsprechend der Darstellung der F i g. 6 nach Durchlaufen des Bandpasses 70 nach Fig.Sa und des Regelverstärkers 71 entsprechend den Schaltungsvarianten der F i g. 4a und 4b noch einer nachgeschalteten Rechteckimpuls-Formerstufe 72 zuzuführen, die in einfacher Weise beispielsweise aus einem Schmitt-Trigger oder einem sonstigen bekannten Schaltungselement aufgebaut sein kann. Es ergeben sich dann als Rechteckausgangssignal der Rechteckimpulsformerstufe 72 die Kurvenverläufe der Fig.7a bis 7c, wobei der obere Kurvenverlaul jeweils in schematisierter Darstellung den Verlauf der Oberwelle anzeigt, der untere Kurvenverlauf das daraus gewonnene Rechtecksignal; bei Fig.7a ist der Drehstromgenerator einwandfrei, bei Fig.7b weist die Erregerdicde 9 einen Kurzschluß auf und bei F i g. 7c liegt eine Unterbrechung der Minusdiode vor.

Das im folgenden in Fig.8 dargestellte erste Analyseverfahren zur Diagnose auf Grund des Oberwellenverlaufs macht von dem Ausgangsrechtecksigna] der Schaltung der F i g. 6 Gebrauch und verwendet als Zeitreferenz ein, beispielsweise mittels eines Drehzahlmessers ermitteltes Drehzahlsignal, Weiter vorn ist schon ausgeführt worden, daß ein vorgegebenes Verhältnis zwischen Kurbelwellenfrequenz und Oberwellenfrequenz besteht dieses Verhältnis beläuft sich beispielsweise bei einer Generatorpolzahl von 12 aul 1 :72. Bei 2000 Umdrehungen/min des Drehstromgenerators muß die zu messende Frequenz der Oberwelle 2400 Hz betragen; es empfiehlt sich aber zur präziseren Messung eine Frequenzverhältnismessung, wozu ein drehzahlsynchrones Signal U_K über einen Umschalter 75 zur Einstellung auf die jeweilige Zylinderzahl der Brennkraftmaschine, wenn Uk das Zündsignal ist und ein nachgeschaltetes Kippglied, beispielsweise einem Flipflop 76 ein Zähltor 77 steuert, in welches während des geöffneten Zustandes des Zähltors die Impulse des Oberwellensignals *'on der Rechteckformerimpulsstufe 72 eingezählt werden. Nach Zählung der aufbereiteten Oberwellenimpulse mittels eines nachgeschalteten Zählers 78 gelangen diese auf einen Zwischenspeicher 79 und von diesem einmal unmittelbar zur Anzeige an eine Anzeigevorrichtung 80, außerdem auf einen Vergleicher 81, dem ein das Verhältnis von Drehzahlsignal U_K zur Oberwellenimpulsfrequenz angebender Sollwert über eine Sollwerteinstellschaltung 82 zugeführt ist Der Vergleicher 81 überprüft das im Zwischenspeicher 79 gespeicherte Zählergebnis 78 für jede Öffnungsperiode des Zähltors 77, beispielsweise ein einfaches UND-Gatter, und zeigt das Ergebnis an einer weiteren Anzeigevorrichtung 83 an, der zwei Kontrollampen 84 und 85 zugeordnet sein können, die durch ihr jeweiliges Aufleuchten einen intakten oder defekten Drehstromgenerator kennzeichnen. Das Frequenzverhältnis von Oberwellenfrequenz zur Kurbelwellenfrequenz ist drehzahlunabhängig, die Messung läßt sich daher automatisieren, wobei auch die Sollwerteinstellung dadurch variabel geschaltet werden kann, daß dem Sollwerteinsteller 82 der Sollwert etwa über Programmkarten eingegeben werden kann, um unterschiedliche Polzahlen oder Motor-Drehstromgenerator-Übersetzungsverhältnisse zu berücksichtigen.

Bei dieser Messung wie bei sämtlichen Messungen, die als Referenzsignal ein Drehzahlsignal verwenden, kann ein Fehler dadurch auftreten, daß der zum Antrieb des Drehstromgenerators verwendete Keilriemen einen Schlupf aufweist; eine Prüfung auf präzise Messung kann beispielsweise in solchen Fällen dadurch erfolgen, daß man während des Meßvorganges durch Einschalten großer Verbraucher die Generatorbelastung erhöht. Hat der Generator schon vorher Schlupf gehabt, dann wird bei konstant gehaltener Motordrehzahl durch die hohe Belastung die Generatordrehzahl schnell absinken, so daß sich ein Keilriemenfehler von den nach dieser Methode festgestellten Generatorfehlern trennen läßt.

Es versteht sich aber, daß ein Keilriemenfehler beispielsweise auch dadurch eliminert werden kann, daß man ein Drehzahlsignal beispielsweise direkt aus der

Umdrehung des Drehstromgenerators selbst ableitet, indem man etwa durch optische Abtastung eines Punkts am Lüfterflügel ein Drehzahlsignal für den Drehstromgenerator gewinnt; ist dies zu umständlich, kann in einer weiteren Ausgestaltung dieses Verfahrens auf jeden Fall der Umschalter 75 dann weggelassen werden, wenn man zur Drehzahlfrequenzmessung eine sogenannten »OT-Impulsgeber« verwendet, der pro Umdrehung der Brennkraftmaschine einen Impuls liefert Im Grunde können zur Darstellung des Drehzahlsignals aber beliebige Möglichkeiten ins Auge gefaßt werden, beispielsweise die in Fig.8 verwirklichte Möglichkeit mit Hilfe des Zündungssignals U, und einem nachgeschalteten Umschalter. Bei Brennkraftmaschinen mit selbsttätiger Verbrennung, beispielsweise Dieselmotoren, ist es aber zweckmäßiger, einen solchen oberen Totpunktgeber zu verwenden.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Diagnose verfahren zur Fehlerfeststellung, wobei sich insbesondere auf ein Versagen von Erregerdioden (Erregerdiode — Unterbrechung) zurückführende Fehler diagnostizieren lassen. Bei solchen Fehlern unterscheiden sich, wie die Kurvenverläufe der F i g. 3 zeigen, die Signale Ub und Ud beträchtlich voneinander, so daß dann, wenn man beide Signale, wie in F i g. 9 gezeigt, über entsprechend vorgeschaltete Bandpässe und Regelverstärker 70, 70'; 20, 20" einem elektronischen Komparator 90 zuführt, der Komparator bei nichtidentischen Eingangssignalen eine nachgeschaltete Fehleranzeigevorrichtung 91 so aussteuert, daß entsprechende Kontrollampen 84 und 85 den Zustand des Drehstromgenerators angeben. Die Regelverstärker 20, 20' sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel deshalb erwünscht, da selbst bei einwandfreien Drehstromgeneratoren die Spannungen an der Batterieklemme und an der Klemme D im Kraftfahrzeug leichte Unterschiede aufweisen können. Die Messung ist im betrachteten Drehzahlbereich von etwa 1000 bis 6000 Umdrehungen/min drehzahlunabhängig, so daß eine automatisierte Messung möglich ist Es versteht sich, daß ein solches Meßverfahren nur dann angewendet werden kann, wenn die Spannung an der Klemme Dder Schaltung nach Fig. la frei zugänglich ist, bei Generatoren nach Fig. Ib sind andere Meßverfahren anzuwenden.

Es ist schon mit Bezug auf die Darstellungen der Fig.7a bis 7c erläutert worden, daß bei konstant gehaltener und definierter Drehzahl des Drehstromgenerators der Impulsabstand des aus dem Oberwellengehalt abgeleiteten Oberwellenrechtecksignals konstant ist siehe Fig.7a. Tritt ein Generatorfehler auf, dann fallen einzelne Rechteckimpulse aus und der Impulsabstand vergrößert sich, wie in den F i g. 7b und 7c gezeigt Diese Änderung des Impulsabstandes wird in dem mit Bezug auf Fig. 10 beschriebenen Verfahren und dem dort angegebenen Schaltungsaufbau in der Weise ausgenutzt daß ein nachtriggerbares monostabiles Kippglied, beispielsweise ein Monoflop 101 verwendet wird, dem an seinem Eingang A das Rechtecksignal zugefflrt wird und dessen astabile Standzeit so eingestellt ist daß diese größer als eine Periode, jedoch kleiner als zwei Perioden des zugeführten Rechteck-Oberwellensignals ist Zweckmäßigerweise ist die Zeitkonstante t des Monoflops 101, wie in Fig. 10c gezeigt geringfügig größer als die Zeitkonstante to der Rechtecksignalperiode entsprechend Fig. IOb. Da die Impulse des Rechtccksignals bei einwandfreiem Drehstromgenerator daher in einer engeren Folge dem Monoflop 101 zugeführt werden, als dies seiner einstellbaren Zeitkonstante entspricht, wird das Monoflop 101 jeweils erneut getriggert, bevor es in seinen einen Ausgangszustand zurückfallen kann. Es ändert sich daher bei einwandfreiem Drehstromgenerator das Ausgangssignal am Ausgang Bder Schaltung Fig. 10a nicht, da jeweils rechtzeitig eine erneute Triggerung durch die Impulse des Rechtecksignals erfolgt

Fehlen jedoch Impulse im Rechtecksignal, die auf Generatorfehler zurückzuführen sind, dann hat der

ίο Monoflop 101 Zeit, entsprechend der F i g. 1Oe in seinen ersten Zustand zurückzufallen, so daß sich auch am Ausgang B ein veränderbares Spannungssignal ergibt, welches als Fehlersignal ausgewertet wird. Die F i g. 1Od zeigt das Rechtecksignal bei Fehlen eine Impulses, der

ι--, gestrichelt eingezeichnet ist und der bei seinem Vorhandensein ein Rückkippen des Monoflops 101 verhindert hätte. Es versteht sich, daß bei -nesem Verfahren die Drehzahl von Brennkraftmaschine und damit Drehstromgenerator konstant gehalten werden muß; andererseits läßt sich aber durch diese Schaltung auch ein Schlupf des treibenden Keilriemens feststellen, da bei zuschaltbarer erhöhter Generatorbelastung und bei Auftreten eines Schlupfes während des Meßvorganges ein Fehlersignal am Ausgang des Monoflops 101 auftreten wird. Der Ausgang B des Monoflops 101 kann in üblicher Weise einer Anzeigevorrichtung 83 zur Auswertung und zur Angabe des Drehstromgeneratorzustandes über Kontrollampen 84 und 85 zugeführt werden.

Im folgenden wird mit Bezug auf die Darstellung der F i g. 11 ein weiteres Verfahren zur Oberwellenanalyse eines Drehstromgenerators angegeben, welches besonders zuverlässig arbeitet und lediglich eines Eingangssignals von der Batterieklemme des Kraftfahrzeugs

j5 bedarf. Bei diesem Verfahren wird mit Hilfe eines sogenannten Phasenregelkreises (PLL-Schaltung =■· phase-locked-loop) ein Ersatzfrequenzsignal oder ein Vergleichsfrequenzsignal erzeugt und mit dem Oberwellenfrequenzsignal kontinuierlich verglichen. Das an Klemme 110 anliegende Eingangssignal Ub wird über die üblichen weiter vorn schon erwähnten Schaltungen, nämlich Bandpaß 70, Regelverstärker 71 und Rechteckimpulsformerstufe 72 aufbereitet und gelangt auf eine Schaltung 111 zum Phasen- und Frequenzvergleich.

Kernstück der Diagnosevorrichtung der F i g. 11 ist ein zur PLL-Schaltung gehörender spannungsgesteuerter Oszillator 112, dem von der Phasen- und Frequenzvergleichsschaltung Ul eine Regelspannung U zugeführt wird, die folgenden Wert aufweist:

U-Ki

Bei der Frequenz ft handelt es sich um die Frequenz des Oberwellenrechtecksignals, die Frequenz /2 ist die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszilla tors 112.

Im eingerasteten Zustand der PLL-Schaltung zieht die Sollfrequenz in einem gewissen Fangbereich die Oszillatorfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 112 mit, da die Vergleicherstufe 111 eine der

co Frequenz- bzw. Phasendifferenz proportionale Regel· ausgangs-Gleichspannung liefert, die die Oszillatorfrequenz so lange nachstimmt, bis die Frequenz- und Phasendifferenz zu Null wird. Bei geeigneter Dimensionierung gelingt es beispielsweise in einem einen

b5 Drehzahlbereich zwischen 1000 bis 6000 Umdrehungen/min des Motors entsprechenden Frequenzbereich, einen starren Zusammenhang zwischen den Frequenzen f\ und /2 zu erzielen (eingerasteter Zustand), so daß

Messungen in diesen Grenzen auch drehzahlunabhängig sind.

Auswerten IaBt sich die Schaltung der F i g. 11 mittels zweier Schaltungsvarianten, die mit a) und b) in F i ,g. 11 angegeben sind. Wegen der Regelzeitkonstante der ί PLL-Schlatung, beispielsweise wegen einer Tiefpaßschaltung im Phasen- und Frequenzvergleicher 1111 kann die PLL-Schaltung abrupte Frequenzänderuri^en der Eingangsfrequenz fX nicht nachregeln, so daß in erster Näherung die Frequenz /2 des spannungsgesteuerten Oszillators 112 auch dann konstant bleibt, wenn ein Impuls in der Frequenzfolge /1 fehlt, was auf einen Fehler des Drehstromgenerators hindeutet In einer einfachen Vergleicherschaltung der Fig. 11b, die die Ersatzfrequenz /2 mit der oberwellensynchronen Originalfrequenz /1 vergleicht, läßt sich das Fehlen von Impulsen mit Hilfe eines !Comparators 113 feststellen, desgleichen auch Fehler, die auf Verbreiterung und Verschmälerung von Eingangsimpulsen auf Grund von Kurvenformänderungen zurückgehen, die entsprechenden Generatprfehlern zugrunde liegen. Eine nacligeschaltete Auswerte- oder Anzeigeschaltung 114 mit entsprechenden Kontrollampen bringt einen Fehfler dann in üblicher Weise zur Anzeige. ;|

Andererseits kann auch die Regelspannung ί/.idie einen der Frequenzdifferenz proportionalen Anteil enthält, zur Auswertung herangezogen werden; bei Fehlen von Eingangsimpulsen der Frequenz /1 ändert sich die Nachregelspannung (weicht also vom Gleichspannungsverhalten ab), so daß über ein Differenzier- jo glied aus Kondensator US und Widerstand 116 ein Wechselstromaiueil der Regelspannung nach Fig. lla von einer nachgeschalteten As.-iwerteschaltung 117 erfaßbar ist und zur Anzeige gebracht werden kann. Die sich durch Fehlen von Eingangsimp-tlsen der Frequenz y> fX ändernde Nachregelspannung U erkennt auch Impulsverbreiterungen und Verschmälerungen von Eingangsimpulsen, da in solchen Fällen Phasendifferenzen auftreten und die Regelspannung U beeinflussen. Schlupfmessungen können durch das weiter vorn schon geschilderte Verfahren einer ansteigenden Belastung des Drehstromgenerators separat durchgeführt werdsn.

Schließlich wird mit Bezug auf die Darstellungen de Fig. 12 bis 14 noch ein weiteres Verfahren zur Oberwellendiagnose angegeben, welches ebenfalls 4^r> ausschließlich mit dem an der Batterieklemme zur Verfügung stehenden Signal t/_ff arbeitet

Bei diesem Verfahren wird das ursprüngliche Oberweilensignal um eine bestimmte Perioden::ahl verzögert, diese Verzögerung beträgt im einfachsten w Fall eine Periode. Aus den Spannungsverläufen U_B der F i g. 3 ist leicht zu erkennen, daß ein Analogvergleich zwischen verzögertem und ursprünglichem Signal bei defektem Drehstromgenerator eine Aussage zu liefern imstande ist, da bei defektem Generator das um eine v-, Periode verzögerte Signal zu bestimmten Zeitpunkten nicht mehr mit dem Ursprungssignal übereinstimmt. Die F i g. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung eines solchen Verzögerungsverfahrens mit analogem Speicher, wobei nach üblicher Signalaufbereitung mit bo Bandpaß 70 und Regelyerstärker 20 das Aysgangssipal des Regelverstärkers einmal über die Leitung 120 direkt auf den einen Eingang eines Vergleichen 121 gelangt, zum anderen über eine Verzögerungsschaltung 122, die als Verzögerungsleitung zur Verzögerung um eine oder mehrere Perioden ausgelegt sein kann, und der ein Tiefpaß 123 nachgeschaltet ist, um ein Analogsignal! j:u bilden, wenn die Verzögerung beispielsweise iin quantisierten Teilschritten durchgeführt worden ist

Die Fig. 13a zeigt bei 130 das originale Oberwellensignal und bei 131 das um eine Periode verzögerte Signal; eine Differenzbildung beider Signale beispielsweise mit dem Vergleicher 121 ergibt ein Ausgangsdifferenzsignal 0.

Anders ist dies bei der Fig. 13b, bei der das bei 132 um eine Periode verzögerte Originalsignal 131 zu einem Differenzsignal 133 führt, welches in entsprechender Weise ausgewerter werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 12 ist die Verzögerungsschaltung als Analogspeicher realisiert, der nach dem sogenannten »Eimerkettenprinzip« arbeitet und in integrierter Ausführung auf dem Markt erhältlich ist Zum besseren Verständnis wird zunächst auf die Schaltung der Fig. 14 verwiesen, die das Grundprinzip eines solchen Eimerkettenverfahrens erläutert; die F i g. 14a zeigt eine Anordnung von beliebig vielen parallel geschalteten Kondensatoren C₁, Ci... C_n, die über zugeordnete Schalter Su & ... S„-i miteinander verbunden sind. Das darunter gezeigte Impulsdiagramm der F i g. 14b zeigt die Ansteuerimpulse für die einzelnen Schalter. Ein am ersten Kondensator CX anliegendes Eingangssignal lädt bei Betätigung des Schalters 51 den Kondensator C2 auf; nach öffnen des Schalters 51 und Schließen des Schalters 52 wird der Kondensator C3 aufgeladen. Nach diesem Prinzip fortlaufend gelangt der zum Zeitpunkt to an dem Kondensator CX anliegende Analogwert nach n-\ aufeinander folgenden Schaltimpulsen an den Ausgang auf Cn. Die gesamte Verzögerung beträgt somit =n ■ T, wenn 7*der zeitliche Abstand von zwei Schaltimpulsen ist

Die Darstellung der Fig. 14c zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel, weiches handelsüblich als sog. IC erhältlich ist; bei der Schaltung der Fig. 14c bestehen die Schalter jeweils aus sog. Transfergattern TX, T2... bis beispielsweise Π86, wobei jeweils sämtliche Schalter T2, TA, T%... mit geraden Indizes gleichzeitig und im nächsten Takt sämtliche Schaller TX, T3, TS... mit ungeraden Indizes schalten. Wichtig ist hierbei lediglich, daß sich die an den Eingängen 130 und 131 anliegenden Steuerimpulse für die einzelnen Schaltergruppen nicht überlappen. Da eine solche gesteuerte Verzögerungsschaltung als handelsüblicher IC etwa unter der Bezeichnung TCA 350 von der ITT erhältlich ist, wird auf den weiteren Aufbau und die weitere Funktion einer solchen Schaltung nicht weiter eingegangen; es wird lediglich noch darauf hingewiesen, daß die Speicherkondensatoren Ct, Ci.... C185 integriert sind, und die Transfergatter aus nahezu verlustlos sperrenden MOS-Feldeffekttransistoren bestehen. (Jm eiü Analogsignal der Frequenz (\ analog zu verzögern, muß die Anzahl der pro Periode gewonnenen Momentanwerte nach dem Nyquist'schen Abtasttheorem mindestens 2 betragen unter der Annahme, daß keine höheren Frequenzanteile im Oberwellensignal enthalten sind Da jedoch das Frequenzspektrum auch aus höheren Frequenzanteilen besteht, besonders bei Generatorfehlern, muß die Anzahl der Abtastpunkte pro Periode größer gewählt werden. (Abtasttheorem: Ein Funktion ist eindeutig definiert durch Amplituden im Abstand von

T =

Jmax

wobei f_m„ die höchste in der Funktion enthaltene Frequenz ist Zusätzlich muß die Abtastfrequenz bei der

Anwendung für die Oberwellenanalyse synchron zur Eingangsfrequenz laufen, damit das verzögerte Signal direkt mit dem ursprünglichen verglichen werden kann. Die Anzahl der Perioden, um die verzögert werden soll, ist insoweit frei wählbar, als diese Zahl nicht durch 3 dividierbar sein darf (da sich nach dem Drehstromprinzip bei 3 Feldwicklungen ein Fehler nach drei Oberwellenperioden wiederholt) und höchstens so hoch sein darf, daß das Abtastheorem noch gewährleistet ist Als Beispiel sei eine Verzögerung von 5 Oberwellenperioden gewählt, wobei bei 185 Speicherplätzen entsprechend der Verzögerungsschaltung der F i g. 14 bezogen auf 5 Perioden das Abtasttheorem erfüllt ist Gleichzeitig ist der große Frequenzabstand zwischen Eingangsfrequenz und Abtastfrequenz ft nach F i g. 12 von Vorteil bei der Aussiebung des verzögerten Signals (der Aufwand an Tiefpaßsiebmitteln wird gering gehalten).

Bei einer Oberwellenfrequenz von /1 = -L ergibt sich somit die Abtastfrequenz zu

185
2-5 · 7

= 18,5/1.

Das bedeutet, daß die Abtastfrequenz ft sich bei diesem Analyseverfahren in einem starren Verhältnis zur Oberwellenfrequenz befindet und daher das Verfahren auch eine Unabhängigkeit von der Motordrehzahl sicherstellt

Zur Synchronisierung der Oberwelleneingangsfrequenz f\ und der Abtastfrequenz ft ist weiderum eine, weiter vorn schon erwähnte PLL-Schaltung vorgesehen, wobei die Oberwellenfrequenz zunächst wieder der Rechteckimpulsformerstufe 72 und dann einem Frequenzteiler 140 zugeführt ist, der die Eingangsoberwellenfrequenz f\ um das Teilerverhältnis η 1 untersetzt. Die untersetzte Frequenz fl=f\ln\ gelangt auf den einen Eingang der PLL-Schaltung 141; der Eingangsbereich dieser PLL-Schaltung ist gebildet von einem exklusiven ODER-Gatter 142, dessen anderem Eingang die um das Teilerverhältnis π 2 eines weiteren Frequenzteilers 143 untersetzte Ausgangsfrequenz ft eines spannungsgesteuerten Oszillators 144 zugeführt ist Die Ausgangsfrequenz des Frequenzteilers 143 ist

fi; sie wird von der PLL-Schaltung 141 der Frequenz {1 gleichgemacht, so daß folgende Beziehung gilt:

bzw.

/1

»ι

/2 lh

"ι

Durch Wahl der Teilerverhältnisse der Frequenzteilung 140 und 143 läßt sich daher die Abtastfrequenz ft beispielsweise auf das 18,5fache der Oberwellenfrequenz /1 einstellen, so daß obige Bedingung erfüllt ist und als Abtastfrequenz für die Verzögerungsschaltung 122 verwenden. Die Abtastfrequenz gelangt auf den Eingang 139 zur Steuerung der geradzahligen Transfergatter direkt und auf den Eingang 138 der Verzögerungsschaltung über einen Inverter 145. Im Vergleicher 121 wird das verzögerte Signal hinter dem Tiefpaß 123 mit dem ursprünglichen Oberwelle^signal verglichen; der Vergleicher liefert dann üblicherweise das Meßergebnis dahingehend, daß bei Ausgangsspantiung Uo des Vergleichers =0 der Drehstromgenerator in Ordnung, bei Vorhandensein eines Ausgangssignals ein defekter Zustancdes Vergleichers signalisiert wird.

Durch Kombination mit einem Signal eines OT-Gebers oder mit einem Zündsignal kann eine parallele Schlupfkontrolle vorgenommen werden; daher ist die

so Vorrichtung der Fig. 12 zur Diagnose praktisch sämtlicher Generatorfehler besonders gut geeignet

Insgesamt läßt sich feststellen, daß bei Auswertung des Oberwellengehalts eines Drehstromgenerators eine schnelle und vor allen Digen automatische Diagnose im

)') eingebauten und angeschlossenen Zustand einer Lichtmaschine beim Kraftfahrzeug möglich ist, wobei lediglich zwei, maximal drei Anschlüsse erforderlich sind und Generatorfehler bevorzugt durch eine einfache JA-NEIN-Erkennung erkannt und ausgewertet werden

4i) können. Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit einer gleichzeitigen Schlupfmessung und die Unabhängigkeit von Motordrehzahlen und den verschiedenen unterschiedlichen Generatortypen.

Hierzu 12BIiIlI /cichnuimcn

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgeneratoren im eingebauten und angeschlossenen Zustand, wobei bei angetriebener Lichtmaschine der von ihr abgegebene, im Gleichstromanteil zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet wird, dadurch in gekennzeichnet, daß die Frequenzen der bei beliebiger Drehzahl abgegebenen Drehstromgenerator-Oberwelle einerseits und eines Drehzaliilsignals von Brennkraftmaschine oder Drehstromgenerator andererseits miteinander verglichen und unter Berücksichtigung der Polzahl des Drehstromgenerators und gegebenenfalls des Drehzahlverhältnisses zwischen Brennkraftmaschine und Generator ein vorgegebenes Frequenzverhältnis ermittelt und bei Abweichungen davon eine Fehleranzeige vorgenommen wird.

2. Verfahren zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgener.ato- 2^r> ren im eingebauten und angeschlossenen Zustand, wobei bei angetriebener Lichtmaschine der von ihr abgegebene, im Gleichstromanteil zusätzlich enthaltene Obcrwcllcnantcil ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenformen der ober- «1 wellenbehaftctcn Drehstromgenerator-Ausgaiigsspannung (Un) zur Batterie (7) und der an der Rcgclcingangsklemme (D) abfallenden Speisespannung (Un) für die Erregerwicklung verglichen und bei Abweichung der Kurvenform ine Fehleranzeige i^r> vorgenommen wird.

3. Verfahren zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgenenitoren im eingebauten und angeschlossenen Zustund, wobei bei angetriebener Lichtmaschine der von ihr abgegebene, im Gleichstromanteil zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung von Fehlimpul- <t^r> sen bei einem aufbereiteten Oberwellensignal dteses zur Triggerung eines hierdurch für einen vorgegebenen Zeitraum in einem astabilen Zustand verbleibenden monostabilen Kippgliedes verwendet wird, welches bei Fehlen von Triggerimpulsen zur w Fehleranzeige eine Änderung seines Ausgangüpotentials vornimmt.

4. Verfahren zur Funktionsüberprüfung vor Drehstromgeneratoren mit nachgeschalteiem Gleichrichter, insbesondere von als Lichtmaschinen v, in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgeneratoren im eingebauten und angeschlossenen Zustand, wobei bei angetriebener Lichtmaschine der von ihr abgegebene, im Gleichstromanteil zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet wird, dadurch t>n gekennzeichnet, daß ein aufbereitetes, den Oberwellengehalt der Batterie-Klemmenspannung aufweisendes Signal in seinem Frequenzverhalten mit einer extern erzeugten Frequenz verglichen und bei Frequenzungleichheit ein Fehlersignal angezeigt &i wird.

5. Verfahren zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren mit nachgeschalteiem Gleichrichter, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgeneratoren im eingebauten und angeschlossenen Zustand, wobei bei angetriebener Lichtmaschine der von ihr abgegebene, im Gleichstromanteil zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberwellensignal des Drehstromgenerators um mindestens eine Periode verzögert und mit dem unverzögerten Signal verglichen wird, wobei bei Auftreten einer Differenz eine Fehleranzeige erfolgt

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während eines von einem Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine bestimmten Zeitraums die Oberwellenimpulse gezählt und mit einem aus Polzahl und Drehzahlverhältnis Brennkraftmaschine/Drehstromgenerator bestimmten Sollwert verglichen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalaufbereitung Störspannungsfrequenzen außerhalb eines vorgegebenen Bandbereichs (fg\, fg2) des Oberwellensignals ausgesiebt und die das Oberwellensignal bildenden Spannungsanteile mittels eines Regelverstärkers auf einen vorgegebenen konstanten Ausgangspegel angehoben werden.

8. Verfahren ijach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Normierung das Oberwellensignal in ein Rechtecksignal umgeformt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die extern erzeugte Frequenz mit Hilfe eines PLL-Kreises aus dem Oberweilen-Rechtecksignal (Zi) erzeugt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Änderung der Oberwellen-Rechtecksignalfrequenz sich ändernde Regelspannung für die PLL-Schaltung differenziert und bei Vorhandensein eines Wechseispannungsanteils zur Fehleranzeige ausgewertet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberwellen-Analogsignal zur Verzögerung auf eine Verzögerungsleitung gegeben wird, die von einer in einem festen Verhältnis zur Oberwellenfrequenz stehenden Abtastfrequenz gesteuert wird, wobei zur Erzeugung der Abtastfrequenz eine PLL-Schaltung verwendet wird.

12. Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgeneratoren im eingebauten und angeschlossenen Zustand, wobei bei angetriebener Lichtmaschine der von ihr abgegebene, im Gleichstromanteil zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet wird zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine von einem Drehzahlsignal (Uk) gesteuerte Zähltorschaltung

(77) vorgesehen ist, die während eines vorgegebenen, drehzahlsynchronen Zeitraums Oberweliensignalimpulse einer nachgeschalteten Zählschaltung

(78) zuführt, deren Zählergebnis einer den jeweiligen Zählwert mit einem von einer Sollwertschaltung (82) zugeführten Sollwert vergleichenden Schaltung (81) zugeführt ist, die bei Abweichung von einer Sollwert-Oberwellenimpulszahl eine nachgeschaltete Anzeigevorrichtung (83) zur Fehleranzeige veranlaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähltorschaltung über eine Kippschaltung (76) von einem drehzahlsynchronen Signal (Zündsignal, oberem Totpunktgeber u.dgl.) gesteuert ist.

14. Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgeneratoren im eingeoauten und angeschlossenen Zustand, in wobei bei angetriebener Lichtmaschine der von ihr abgegebene, im Gleichstromanteil zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet wird zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Batterieklemmensignal (Ub) und das Erregerwicklungssignal (i/o) getrennt über Bandpaß- und Regelverstärkerschaltung (70,20; 70', 20') einer Vergleicherschaltung (90) zugeführt sind, die bei Kurvenformabweichungen über ein entsprechend erzeugtes Ausgangssignal eine nachgeschaltete Fehleranzeigeanordnung (91) zur Fehleranzeige ansteuert

15. Vorrichtung zur Funktionsüberprüning von Drehstromgeneratoren mit nachgeschdltetem Gleichrichter, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgeneratoren im eingebauten und angeschlossenen Zustand, wobei bei angetriebener Lichtmaschine der von ihr abgegebene, im Gleichstromanteil zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet wird zur Durch- j< > führung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein nachtriggerbares monostabiles Kippglied (Monoflop 101) vorgesehen ist, dessen Standzeit zur Abstimmung auf die Frequenz des dieses Monoflop (101) triggernden Oberwellen- r> rechtecksignals einstellbar, jedoch so bemessen ist, daß bei Fehlen eines Triggerimpulses unter Änderung des Ausgangspotentials und Fehleranzeige ein Rückkippen in den stabilen Zustand erfolgt

16. Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingestezte Drehstromgeneratoren im eingebauten und angeschlossenen Zustand, wobei bei angetriebener Lichtmaschine der von ihr 4"> abgegebene, im Gleichstromanteil zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet wird zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4,9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Batterieklemtnensignal (Ub) nach Filterung und Rechteckformung ~>o dem einen Eingang einer Phasen- und Frequenzvergleicherschaltung (111) zugeführt ist, deren anderem Eingang zur Bildung einer PLL-Schaltung das Ausgangsfrequenzsignal eines spannungsgesteuerten, nachgeschalteten Oszillators (112) zugeführt ist, v> wobei die Phasen- und Frequenzvergleicherschal· tung (Hl) ein den spannungsgesteuerten Oszillator (112) in seiner Frequenz beeinflussendes Ausgangsregelsignal (LfJ erzeugt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch bo gekennzeichnet, daß der PLL-Schaltung (111, 112) eine auf einen Frequenzunterschied ansprechende Frequenzvergleichsschaltung (113) nachgeschaltet ist, die über eine nachgeschaltete Auswerteschaltung (114) bei Frequenzabweichung der steuernden tr> Eingangs-Obei Wellenfrequenz von der selbst erzeugten Ersatzfrequenz (/2) ein Fehlersignal erzeugt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das steuernde Ausgangs-Gleichspannungssignal der Phasen- und Frequenzvergleicherschaltung (111) einem Differenzierglied (115,116) und einer auf einen Wechselspannungsanteil ansprechenden Auswerteschaltung (117) zugeführt ist.

19. Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgeneratoren im eingebauten und angeschlossenen Zustand, wobei bei angetriebener Lichtmaschine der von ihr abgegebene im Gleichstromanteil zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet wird zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Batterieklemmensignal (Ub) nach Siebung und Normierung einer Vergleichsschaltung (121) zugeführt ist, deren anderem. Eingang das um mindestens eine Periode verzögerte gleiche Oberwellen-A.--alogsignal zugeführt ist und daß die Vergleichsschaltung (121) so ausgebildet ist, daß bei Abweichung von der Kurvenform ein einen Fehler anzeigendes Ausgangssignal erzeugbar ist

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verzögerung des als Vergleichssignal dienenden analogen Eingangs-Oberwellensignals eine Verzögerungsschaltung (122) mit nachgeschaltetem Tiefpaß (123) vorgesehen ist

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung nach dem Eimerkettenprinzip gebildet ist aus einer Vielzahl über Schalter (51, 52 ... Sn) miteinander verbundener und insofern parallel liegender Ladekondensatoren (C 1, C2... Cn)

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die als Transfergatttr (Tt. T2, 7"3, TA..) ausgebildeten Schalter selektiv alternativ von einer Abtastfrequenz getriggert sind, die in einem festen Frequenzverhältnis zur Frequenz der zu verzögernden Analogspannung steht.

23. Vorrichtung nach Anspruch 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Abtastfrequenz (ft) für die Verzögerungsschaltung (122) eine PLL-Schaltung vorgesehen ist, deren ein^m Eingang über eine Rechteckimpulsformerstufe (72) und einen Frequenzteiler (140) die steuernde Eingangsfrequenz des analogen Eingangssignals und deren anderem Eingang über einen Frequenzteiler (143) die selbst erzeugte Abtastfrequenz (ft) zum Vergleich zugeführt ist.

2\. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zur Oberwellen-Signalaufbereitung eine a\is Hochpaß (52) und Tiefpaß (53) bestehende Bandpaßanordnung (70) vorgesehen ist, der ein Regelverstärker (20) nachgeschaltet ist, der das ihm zugeführte gesiebte Oberwellensignal auf einen normierten Ausgangspegel anhebt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet daß der Regelverstärker (20) eine Spannungsteilerschaltung (25, 27,40) umfaßt, deren einer Widerstand durch eine zugeführte steuernde Regelspannung derart veränderbar ist, daß am Ausgang eines der Spannungsteilerschaltung nachgeschalteten Differenzverstärkers (32) ein in seinem

Pegel konstantes Oberwellen-Ausgangssignal erzielbar ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der steuernden Regelspannung das Ausgangssignal des ersten Differenzverstärkers (32) über eine Gleichrichterschaltung (35) einem zweiten Differenzverstärker (33) zugeführt ist, dessen anderem Eingang ein einstellbares Referenzsignal zuführbar ist und dessen Ausgangsspannung als Regelsteuerspannung dem steuerbaren Widerstand (27, 40) der Spannungsteilerschaltung für das Oberwellen-Eingangssignal zugeführt ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Widerstand ein Feldeffekttransistor (27) oder eine in ihrer Widerstandskennlinie steuerbare Diode (40) ist.