DE3043255C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE 26 57 046 C2 ist ein Diagnosegerät für Ver­ brennungsmotoren bekannt, bei dem zur Strommessung an einer Kraft­ fahrzeugbatterie eine als Hall-Effekt-Transduktor ausgebildete Strom­ zange verwendet wird. Das Signal der Stromzange wird einem Analog-Di­ gital-Wandler zugeführt und anschließend digital weiterverarbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und preisgün­ stige Vorrichtung zur Prüfung von in Kraftfahrzeugen eingebauten elek­ trischen Anlagen anzugeben.

Vorteile der Erfindung

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Die von einer Strommeßzange abgegebene Spannung wird einem Fensterkomparator mit veränderbaren Grenzwerten zugeführt, dessen Ausgangssignal in einer Auswertelogik ausgewertet wird. Dadurch ist es möglich, elektrische Anlagen in Fahrzeugen auf besonders einfache und zweckmäßige Art und Weise zu prüfen.

Die Verwendung einer Strommeßzange in Verbindung mit dem erfindungs­ gemäßen Fensterkomparator ergibt ein neues einfaches Meßgerät, das relativ preisgüntig und daher auch für kleinere Werkstätten oder Pri­ vatpersonen erschwinglich ist.

Besonders vorteilhaft ist, daß nur wenige Anschlußkabel benötigt wer­ den, wobei keine Anschlüsse an Teilen mit gefährlichen Spannungen vor­ genommen werden müssen, wie es beispielsweise bei einer Überprüfung der Zündanlage mit einer herkömmlichen galvanischen Verbindung der Fall wäre.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich vorteilhaft Tastver­ hältnisse bestimmen, die beispielsweise bei der Zündungs-Schließwin­ kelmessung und bei der Messung der Stromflußdauer von elektrischen Verbrauchern wie Relais oder Magnetventile auftreten. Durch geeignete Auswahl der oberen und unteren Komparatorschwellen mit Hilfe der Aus­ wertelogik lassen sich aus einem Auswertesignal verschiedene Werte er­ mitteln. So ist es möglich, Anstieg- und Abfallzeiten von Strömen zu ermitteln.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteil­ hafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angege­ benen Vorrichtung möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Bereich des Fensterkomparators durch die Wahl des durch die Auswertelogik erzeugten Ausgangssignals bestimmt ist. Mit dieser Maßnahme ist es möglich, den Fensterkompara­ tor zur Auswertung von periodischen Ereignissen immer wieder in einen Ausgangszustand zu versetzen.

Weitere vorteihafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung.

Zeichnung

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Diagnosegeräts nach der Erfindung,

Fig. 2 die vorteilhafte Ausgestaltung eines Fensterkompa­ rators mit Auswertelogik und

Fig. 3 ein typisches Impulsdiagramm einer Messung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist das Diagnosegerät als Blockschaltbild dar­ gestellt, wie es insbesondere zur Überprüfung der elek­ trischen Anlage eines Kraftfahrzeuges Verwendung findet. Eine Stromzange 1 umschließt einen elektrischen Leiter 2, der beispielsweise zum Unterbrecherkontakt einer Zündan­ lage führt. Das Ausgangssignal der Stromzange 1 wird einem Verstärker 3 zugeführt, der das meist recht schwache Signal der Stromzange 1 verstärkt. Der Ausgang des Ver­ stärkers 3 führt zu den verschiedenen Auswerteschaltungen. Einmal ist an den Verstärker 3 ein Schreiber 4 angeschlos­ sen, der es gestattet, den aufgenommenen Kurvenverlauf sichtbar zu machen. Weiterhin führt der Ausgang des Ver­ stärkers 3 zu einem Fensterkomparator 5, der beim Er­ reichen vorgegebener Signalpegel ein Signal abgibt. Diese Signalpegel sind einstellbar. Die Ausgangssignale des Fensterkomparators 5 werden einer Auswertelogik 6 zu­ geführt, die ihrerseits über einen Schalter 7 mit einem analogen Meßinstrument oder einer digitalen Anzeige­ vorrichtung 8 verbunden ist. An den Verstärker 3 ist des weiteren ein Spitzenwertgleichrichter 9 angeschlos­ sen, dessen Ausgang einerseits zum Fensterkomparator 5 andererseits zum Schalter 7 geführt ist. Weiterhin ist an den Verstärker 3 noch ein Mittelwertbildner 10 an­ geschlossen, dessen Ausgang ebenfalls zum Schalter 7 führt. Je nach Anwendungsfall kann die Zahl der er­ forderlichen Baugruppen beschränkt oder verändert werden. Beispielsweise kann der Schreiber 4 oder der Mittelwertbildner 10 entfallen, wenn er für den spe­ ziellen Diagnosezweck nicht benötigt wird.

Anhand der Fig. 3 soll die Funktionsweise des Diagnose­ geräts erläutert werden. Ist die Strommeßzange 1 um die Zuleitung von der Batterie zum Unterbrecherkontakt gelegt, so ergibt sich am Ausgang des Verstärkers ein Signal, das in etwa der Fig. 3a entspricht. Auf dem Schreiber 4 wird daher ein Signal entsprechend Fig. 3a dargestellt. Die Funktionsgruppe mit dem Spitzenwert­ gleichrichter 9 dient zur Ermittlung des Spitzenstroms im Primärstromkreis von Zündanlagen, im Anlasserstrom­ kreis, im Ladestromkreis oder in dem Steuerstromkreis für Relais und Ventile. Die Funktionsgruppe mit dem Mit­ telwertbildner 10 und der Anzeigevorrichtung 8 dient zur Messung von Gleichströmen oder Gleichstromanteilen von Stromsignalen.

Die Funktionsgruppe mit dem Fensterkomparator 5 und der Auswertelogik 6 dient zur Ermittlung von Tastverhält­ nissen, beispielsweise dem Schließwinkel, der Strom­ flußdauer sowie dem Ein- und Ausschaltzeitpunkt von Relais und Ventilen. Durch geeignete Auswahl der oberen und unteren Komparatorschwellen mit Hilfe der Auswerte­ logik lassen sich aus einem Auswertesignal verschie­ dene Werte ermitteln. In Fig. 3b ist der Fall dargestellt, daß die Anstiegs- und Abfallzeit des Stromes ermittelt wird. Die untere Schwelle liegt hierbei bei 10% des maximalen Spannungswertes, während die obere Schwelle bei 90% des maximalen Spannungswertes liegt. Der erste Impuls in Fig. 3b bestimmt hierbei die Anstiegszeit des Stromes, während der zweite Impuls in Fig. 3b die Ab­ fallzeit des Stromes bestimmt.

In Fig. 3c ist der Schließwinkel dargestellt. Ein ge­ schlossener Unterbrecherkontakt bedeutet dabei in Fig. 3c ein 1-Signal. Das 1-Signal beginnt, wenn eine untere Schwelle von 1% der maximalen Spannung erreicht ist, während der Unterbrecherkontakt wieder geöffnet ist, wenn 90% der Maximalspannung unterschritten wird. Eben­ so läßt sich entsprechend Fig. 3d die Einschaltdauer von Relais oder Ventilen bestimmen. Auslösezeitpunkt sind hierbei der Anzugsstrom bzw. der Abfallstrom, der experimentell zu ermitteln ist oder aus Daten­ blättern zu entnehmen ist. In Fig. 3e ist noch der Zünd­ zeitpunkt dargestellt, der etwa dann gegeben ist, wenn bei abfallendem Strom die 30%-Marke erreicht ist. Der Umschaltpunkt von einem 1- auf ein 0-Signal ist hierbei nicht von Interesse, so daß die Rückschaltung zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen kann.

Ein für die Realisierung geeigneter Fensterkomparator mit der entsprechenden Auswertelogik ist in Fig. 2 dar­ gestellt. Das verstärkte Eingangssignal gelangt an den Eingang 12, während der Spitzenwert am Ausgang des Spitzenwertgleichrichters 9 an den Eingang 13 angeschlos­ sen wird. Das Signal am Eingang 12 gelangt über einen Widerstand 14 zum nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 15 und über einen Widerstand 16 zum invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 17. Der Ausgang des Operationsverstärkers 15 ist über einen Widerstand 18 mit dem nichtinvertierenden Ein­ gang des Operationsverstärkers 15 verbunden. Ebenso ist der Ausgang des Operationsverstärkers 17 über einen Widerstand 19 mit dem nichtinvertierenden Ein­ gang des Operationsverstärkers 17 verbunden. Der Aus­ gang des Operationsverstärkers 15 führt zum Rücksetz­ eingang eines Flipflops, das aus zwei NOR-Gliedern 20 und 21 gebildet ist. Der Rücksetzeingang ist ein Eingang des NOR-Gliedes 20. Der Ausgang des Operations­ verstärkers 17 führt zu einem Eingang des NOR-Gliedes 21. Der Ausgang des NOR-Gliedes 20 ist mit einem Ein­ gang des NOR-Gliedes 21, der Ausgang des NOR-Gliedes 21 mit einem Eingang des NOR-Gliedes 20 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 17 führt zum Setz­ eingang des Flipflops.

Ein weiteres NOR-Glied 22 ist sowohl mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 15 als auch mit dem Ausgang des NOR-Gliedes 20 verbunden. Ebenso sind die Eingänge eines NOR-Gliedes 23 mit dem Ausgang des Operations­ verstärkers 17 und dem Ausgang des NOR-Gliedes 21 verbunden. Die Eingänge des NOR-Gliedes 24 sind schließ­ lich mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 17 und dem Ausgang des NOR-Gliedes 22 verbunden. Die Ausgänge der NOR-Glieder 21, 22, 23 und 24 sowie der Ausgang des Operationsverstärkers 17 sind zu einer Schalteranordnung 25 geführt, die fünf Ausgangsschalter 26, 27, 28, 29 und 30 aufweist. Durch Schließen eines Schalters ist ein beliebiges Ausgangssignal am Ausgang 31 abnehm­ bar und digital oder analog über den Schalter 7 der Anzeigevorrichtung 8 zuführbar. Der am Eingang 13 lie­ gende Spitzenwert der Spannung wird über Widerstände 33, 34, 35 und 35 a im festen Verhältnis geteilt, so daß beispielsweise zwischen Widerstand 33 und 34 90%, zwischen Widerstand 34 und 35 10% und zwischen Wider­ stand 35 und 35 a 1% der Spitzenspannung abgreifbar sind. Widerstand 35 a ist seinerseits mit der Masse ver­ bunden. Weiterhin sind noch zwei einstellbare Wider­ stände 36 und 37 an den Eingang 13 angeschlossen und andererseits mit der Masse verbunden, an denen ein beliebiger Anteil der Spitzenspannung abgreifbar ist. Die Abgriffe der Widerstände 36 und 37 sowie die am Spannungsteiler abgegriffenen Spannungswerte werden wiederum der Schalteranordnung 25 zugeführt. Mit der Schalteranordnung 25 ist über einen Widerstand 38 eben­ falls der nicht invertierende Eingang des Operations­ verstärkers 17 und über einen Widerstand 39 der in­ vertierende Eingang des Operationsverstärkers 15 ver­ bunden. Über die Widerstände 38 und 39 werden den Operationsverstärkern 17 und 15 die Schaltschwellen zugeführt. Je nach Anwendungsfall sind daher die Operationsverstärker mit einem entsprechenden Span­ nungsabgriff zu verbinden, wofür wiederum Schalter 40, 41, 42, 43, 44 und 45 vorgesehen sind. Die dem Opera­ tionsverstärker 15 zugeführten Signale legen dabei den oberen Wert des Fensterkomparators fest, während die dem Operationsverstärker 17 zugeführten Signale die untere Schwelle des Fensterkomparators definieren. Die Spannungswerte sind durch die Widerstände 33-37 fest­ gelegt, und können je nach Bedarf ausgewählt werden. Konkrete Anwendungsfälle seien im folgenden dargelegt.

In Fig. 3b ist die Anstiegszeit und die Abfallzeit eines Impulses nach Fig. 3a dargestellt, wie sie am Ausgang 31 bei entsprechender Beschaltung abgreifbar ist. Die Anstiegszeit ist als logisches 1-Signal in dem Zeitraum dargestellt, in dem der Impuls 10% seines Spitzenwerts überschritten und 90% seines Spitzen­ wertes noch nicht erreicht hat. Wird nun der Schalter 40 und der Schalter 43 geschlossen, so liegt am Fenster­ komparator 15 ein Referenzsignal an, das bei entspre­ chender Wahl der Widerstände 33-35 90% der Spitzen­ spannung entspricht. Am Operationsverstärker 17 liegt eine Referenzspannung an, die 10% der Spitzenspannung entspricht. Am Ausgang des Operationsverstärkers 15 tritt ein logisches 1-Signal auf, wenn die Eingangs­ spannung das Referenzsignal übersteigt, während am Operationsverstärker 17 ein logisches 1-Signal auf­ tritt, wenn die Referenzspannung unterschritten wird. Ist der 10%-Wert noch nicht erreicht, liegt also am Ausgang des Operationsverstärkers 17 ein 1-Signal an, durch das das Flipflop mit den NOR-Gliedern 20 und 21 gesetzt wird. Am Ausgang des NOR-Gliedes 23, an dessen Eingängen ein 0- und ein 1-Signal anliegt, liegt daher ein 0-Signal an, das über den geschlossenen Schalter 26 dem Ausgang 31 zugeführt wird. Im Bereich zwischen 10% und 90% hat der Ausgang des Operationsverstärkers 17 ein 0-Signal, während sich der Schaltzustand des Flipflops nicht ändert. Am Ausgang des NOR-Gliedes 23 liegt daher ein logisches 1-Signal an, das dem Ausgang 31 zugeführt ist. Beim Überschreiten der 90%-Marke schaltet der Ausgang des Operationsverstärkers 15 von einem 0- auf ein 1-Signal, so daß nun das Flipflop seinen Zustand ändert. An den Eingängen des NOR-Gliedes 23 liegt nun ein 0-Signal und ein 1-Signal an, so daß am Aus­ gang 31 eine logische 0 auftritt.

Das gleiche Verfahren ist ebenfalls zur Bestimmung der Abfallzeit anwendbar. Jedoch ist in diesem Fall der Schalter 27 statt des Schalters 26 zu schließen. Die Verknüpfung der Signale erfolgt dabei durch das NOR- Glied 22 und läuft analog wie zuvor beschrieben ab.

Zur Messung des Schließwinkels entsprechend Fig. 3c sind die Schalter 40 und 45 und der Schalter 28 zu schließen. Im Bereich unter 1% weist der Ausgang des Operationsverstärkers 17 ein 1-Signal auf, durch das das Flipflop mit den NOR-Gliedern 20 und 21 gesetzt wird. Da der Ausgang des Operationsverstärkers 15 0 ist, gelangt an das NOR-Glied 22 ein 0- und ein 1-Signal, so daß dessen Ausgang 0 ist. Am NOR-Glied 24 liegt am Eingang daher ein 0-Signal vom Ausgang des NOR-Gliedes 22 und ein 1-Signal vom Ausgang des Operationsverstärkers 17, so daß am Ausgang des NOR- Gliedes 24 und über den geschlossenen Schalter 28 am Ausgang 31 ein logisches 0-Signal anliegt. Beim Über­ schreiten der 1%-Marke ändert sich der Ausgang des Operationsverstärkers 17 zu 0, beide Eingänge des NOR- Gliedes 24 sind gleich 0, so daß der Ausgang 31 auf eine logische 1 wechselt. Dieser Zustand bleibt auch erhalten, wenn die 90%-Marke erreicht ist und am Ausgang des Operationsverstärkers 15 ein logisches 1-Signal auftritt. Das Flipflop wird nun zurückgesetzt, so daß am Eingang des NOR-Gliedes 22 ein 1-Signal, vom Ausgang des Operationsverstärkers 15 und ein 0-Signal vom Ausgang des NOR-Gliedes 22 20 anliegt, so daß der Ausgang des NOR-Gliedes 0 bleibt. Das NOR-Glied 24 hat daher an seinem Ausgang immer noch ein 1-Signal. Nach Beendigung des Impulses und beim Unterschreiten der 90%-Marke schaltet der Ausgang des Operations­ verstärkers 15 wieder auf 0, wobei sich der Zustand des Flipflops nicht ändert. Nun liegen jedoch am Ein­ gang des NOR-Gliedes 22 zwei 0-Signale an, am Ausgang des NOR-Gliedes 22 tritt eine logische 1 auf, die das NOR-Glied 24 sperrt. Am Ausgang 31 liegt daher ein 0- Signal an, das solange erhalten bleibt, bis die 1%- Marke mit steigender Richtung überschritten wird, wie man leicht nachvollziehen kann.

Ebenso ist die Einschaltdauer, beispielsweise von Relais, entsprechend Fig. 3c zu realisieren. Mit dem Widerstand 36 kann dabei eine dem Ausgangsstrom entsprechende Span­ nung mit dem Widerstand 37 eine dem Abfallstrom entspre­ chende Spannung eingestellt werden. Zur Messung sind die Schalter 42 und 44 sowie der Schalter 29 zu schließen, während die übrigen Schalter geöffnet sind. Beim Er­ reichen des ersten Schwellwertes wird durch den Aus­ gang des als Komparator geschalteten Operationsver­ stärkers 15 das Flipflop mit den NOR-Gliedern 20 und 21 zurückgesetzt, so daß an dessen invertierenden Ausgang () ein 1-Signal abnehmbar ist. Wird eine dem Abfallstrom entsprechende Spannung unterschritten, so tritt am Ausgang des Operationsverstärkers 17 ein lo­ gisches 1-Signal auf, durch das das Flipflop gesetzt wird, so daß am Ausgang 31 ein 0-Signal anliegt.

Entsprechend Fig. 3e ist auf die gleiche Art und Weise der Zündzeitpunkt zu ermitteln, der bei etwa 30% der abfallenden Flanke des Impulses nach Fig. 3a auftritt. Hierzu sind die Schalter 41 und 30 geschlossen, wobei mittels Widerstand 34 der entsprechende Spannungswert einstellbar ist. Der Zündimpuls tritt auf, wenn der Operationsverstärker 17 von 0 auf 1 schaltet. Der Rück­ schaltzeitpunkt ist hier nicht näher festgelegt und wird durch das Rückschalten des Operationsverstärkers 17 beim Überschreiten der vorgegebenen Schwelle be­ stimmt.

Da die Komparatorschwellen vom Signalwert abgeleitet sind, müssen sie für unterschiedliche Eingangsamplituden nicht nachgestellt werden. Es ist zweckmäßig, durch die Vor­ wahl der Betriebsart, beispielsweise der Anstiegszeit oder des Schließwinkels, die dazugehörigen Schwellen ohne weitere Eingriffe des Bedienenden mit anzulegen und die entsprechenden Schalter zu schließen. Es ist auch mög­ lich, die Komparator- und Auswerteschaltung mit Hilfe von integrierten Schaltungen oder Mikroprozessoren zu realisieren.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Prüfung von in Kraftfahrzeugen eingebauten elek­ trischen Anlagen mittels einer Stromzange, die eine dem gemessenen Strom proportionale Spannung zur Bestimmung des Zustands eines elek­ trischen Anlagenteils dient, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Spannung einem Fensterkomparator (5) zugeführt ist, dessen oberer und unterer Grenzwert veränderbar ist, und daß das Ausgangssignal des Fen­ sterkomparators (5) einer Auswertelogik zugeführt ist, an der minde­ stens ein Ausgangssignal abgreifbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus­ gangssignal einer digitalen oder analogen Anzeigevorrichtung (8) zuge­ führt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des Fensterkomparators (5) durch die Wahl des durch die Aus­ wertelogik (6) erzeugten Ausgangssignals bestimmt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahl des Bereichs des Fensterkomparators (5) durch eine weitere Logik­ schaltung erfolgt.