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Anordnung
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zur tberwachung einer druckmittelbetätigten Anlage Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur Uberwachung einer druckmittelbetätigten Anlage gemäß
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung. Bevorzugtes, Jedoch
nicht ausschließliches Anwendungsgebiet der Erfindung ist eine Fahrzeugbremsanlage.
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Bei druckmittelbetätigten Anlagen wird bei jeder Betätigung des Verbrauchers
ein gewisses Volumen des Druckmittels verbraucht, so daß der Druckspeicher von Zeit
zu Zeit nachgeladen werden muß. Die entsprechende Ladeeinrichtung, z.B. eine Förderpumpe,
wird bei Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestdrucks im Speicher eingeschaltet
und bleibt so lange in Betrieb, bis der Speicherdruck einen oberen Schwellenwert
erreicht. Theoretisch ist keine Nachladung erforderlich, wenn der Verbraucher nicht
betätigt wird; in der Praxis kann sich jedoch auch in diesem. Fall infolge der häufig
unxrermeidlichen Leckageverluste in der n1age die Notwendigkeit ergeben, den Speicher
in gewissen Abständen nachzuladen.
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Zur Uberwachung druckmittelbetätigter anlagen ist es bekannt, am Druckspeicher
einen gesonderten Wanrschalter vorzusehen, der ein Warnsignal liefert, wenn der
Speicherdruck ein gewisses Naß unter den vorgegebenen Mindestwert absinkt oder den
oberen Schwellenwert um ein bestimmtes Maß überschreitet. Ein solcher Warnschalter
wird jedoch nur im Extremfall
ansprechen, z.B. wenn die Förderleistung
der Ladeeinrichtung nicht ausreicht, um selbst im Dauerbetrieb alle Leckage und
Verbraucherverluste auszugleichen. Es ist Jedoch wünschenswert, eventuelle Störungen
auch dann zu erkennen, wenn sie noch nicht zu diesen Extremfällen führen. So wird
ein über der Toleranzgrenze liegender Beckageverlust in den meisten Fällen durch
häufigeres und längeres Einschalten der Ladeeinrichtung ausgeglichen werden, so
daß der arnschalter, außer in Extremfällen, praktisch nie anspricht. Dies hat den
Nachteil, daß zum einen der Warnschalter nicht automatisch prüfbar ist und daß zum
anderen die weniger extremen Fehler überhaupt nicht angezeigt werden.
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Dem letztgenannten Nachteil könnte dadurch begegnet werden, daß man
an der Ladeeinrichtung Einschaltdauermessungen vornimmt, wie sie zur tZberwachung
von Anlagen an sich bekannt sind. Eine relativ lange Einschaltdauer im Verhältnis
zur Gesamtzeit muß aber nicht in Jedem Falle einen Fehler (z.B.
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einen zu großen Leckageverlust) bedeuten, sondern kann auch die Folge
häufiger, starker Verbraucherbetätigungen sein.
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Daher liefert die Einschaltdauer keine zuverlässige und eindeutige
Aussage dafür, ob die Anlage in ordnung ist oder nicht Die Aufgabe der Erfindung
besteht darin, eine Anordnung zur Überwachung einer druckmittelbetätigten Anlage
so aus zub iiden, daß sie verschiedene mögliche Störungen und Fehler zuverlässig
signalisiert. Diese Aufgabe wird erfindun'gsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Die Erfindung geht ron der Erkenntnis aus, daß sich t den ordnungsgemäßen
Zustand der Anlage "systembedingte" Grenzwerte für die Einschaltdauer und die Ausschaltdauer
der liadeeinrichtung definieren lassen. Mit dem Ausdruck "systembedingt" seien hier
und im folgenden diejenigen Kenngrößen bezeichnet, die der Anlage unabhängig von
der Anzahl und Stärke der Verbraucherbetätigungen eigen sind. So gibt
es
für die Einschaltdauer der Ladeeinrichtung eine systembedingte Mindestzeit Temin
und eine systembedingte Höchstzeit Temax. Für die Ausschaltdauer gibt es eine systembedingte
Nindestzeit Kamin.
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Die systembedingte Binschalt-Mindestzeit Temin ist bestimmt durch:
die Speicherkapazität (d.h. Speichergröße und vorspannender Gasfülldruck); die obere
Toleranzgrenze der Förderleistung der Ladeeinrichtung; die untere Toleranzgrenze
der Hysterese des druckempfindlichten Schalters.
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Eine systembedingte Einschalt-Höchstzeit Temax ist bestimmt durch:
die Speicherkapazität; die untere Toleranzgrenze der Förderleistung; die obere Toleranzgrenze
der Schalter-Hysterese; die obere Toleranzgrenze der Leckage-Verluste.
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Die systembedingte Ausschalt-Nindestzeit Tamin ist bestimmt durch:
die Speicherkapazität; die untere Toleranzgrenze der Schalter-Hysterese; die obere
Toleranzgrenze der Leckage-Verluste.
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Die vorstehend genannten Grenzwerte hängen also allein von den Konstruktionsmerkmalen
der Anlage ab, sie sind für Jede Anlage vorhersagbar. Auch die Temperaturabhängigkeit
der Grenzwerte ist 11systembedingt", d.h. bestimmt durch die Konstruktionsmerkmale
der Anlage; eine entsprechende Funktion läßt sich aus der systemeigenen Pumpen/Speicher-Kennlinie
gewinnen, welche die Förderleistung abhängig von der Temperatur angibt.
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Eine systembedingte Ausschalt-Röchstzeit Tamax wäre bestimmt durch
die untere Toleranzgrenze der Leckage-Verluste. Es wäre diejenige Ausschaltdauer,
die sich ergibt, wenn die Leckage-Verluste gleich 0 sind. Tamax ist also als unendlich
anzunehmen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung mißt die tatsächlichen Einschaltzeiten
te und/oder Ausschaltzeiten t, a der Ladeeinrichtung während des Betriebs der Anlage
und vergleicht die gemessenen Zeiten mit den systembedingten Grenzwerten unter zusätzlicher
Berücksichtigung der tatsächlich erfolgten Verbraucherbetätigungen. Insgesamt gibt
es vier verschiedene Bedingungen, die Jeweils ein Indiz für einen Fehler oder eine
Störung sind: 1. Die tatsächliche Einschaltdauer te ist zu kurz Bei störungsfreiem
Betrieb ist die Einschaltdauer am kürzesten wenn während der Einschaltung keine
Verbraucherbetätigung stattfindet, also kein Volumenverlust aus dem Speicher erfolgt.
Die kürzestmögliche Einschaltdauer ist also die systembedingte Einschalt-Nindestzeit
Temin. Wird diese Zeit unterschritten, dann arbeitet did Anlage Anlage nicht ordnungsgemäß.
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Folgende Fehlerursachen sind möglich: a) die Speicherkapazität (Gas£u7ldruck)
ist zu klein; b) die Hysterese des druckempfindlichen Schalters ist zu klein.
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Wenn also das erste Fehlersignal erzeugt wird, deutet dies auf das
Vorhandensein mindestens eines dieser Fehler hin.
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2. Die tatsächliche Einschaltdauer t, e ist zu groß Das zulässige
Maximum für die tatsächliche Einschaltdauer wird erreicht, wenn die systembedingte
Einschaltzeit ihren Höchstwert Temax hat und wenn außerdem bei jeder in der betreffenden
Zeit vorgenommenen Verbraucherbetätigung Jeweils
das hierfür größtmögliche
Volumen verbraucht wird. Um festzustellen, ob die tatsächliche Einschaltdauer größer
ist als dieses Maximum, muß also die Anzahl der während der Ausschaltdauer erfolgten
Betätigungen mitberücksichtigt werden. Das Maximum der Einschaltdauer wird überschritten,
wenn diese Dauer länger ist als die systembedingte Einschalt-Röchstzeit plus dem
Produkt der Anzahl der während der Einschaltdauer erzeugten Betätigungs-Neldesignale
mal derjenigen theoretischen Nachlade-Zeitspanne, die zum Nachladen des bei einer
Verbraucherbetätigung maximal zu erwartenden Volumenverlustes erforderlich wäre.
Ein in diesem Fall erzeugtes zweites Fehlersignal kann also auf folgende mögliche
Behlerursachen hinweisen: a) die Förderleistung der Ladeeinrichtung ist zu schwach;
b) die Hysterese des druckempfindlichen Schalters ist zu groß; c) das Betätigungs-Meldesignal
fällt aus; d) die Leckage ist extrem groß 3. Die tatsächliche Ausschaltdauer t,
t ist zu groß Das zulässige Maximum der Ausschaltdauer wird erreicht, wenn die systembedingte
Ausschaltzeit ihren Höchstwert von unendlich hat (keine Leckage-Verluste) und bei
Jeder Verbraucherbetätigung das hierfür kleinstmögliche Volumen verbraucht wird.
Die Ausschaltdauer beginnt, wenn der Speicherdruck seinen oberen Schwellenwert erreicht
hat. Wird bei jeder Verbraucherbetätigung während der Ausschaltdauer das mindestmögliche
Volumen verbraucht, dann erreicht bei ordnungsgemäßem Zustand der Anlage der Speicherdruck
seinen unteren Schwellenwert nach einer vorbestimmten Anzahl von Betätigungen. Diese
Anzahl ist systembedingt, d.h. sie hängt davon ab, wie groß 0X das Mindest-Verbrauchsvolumen
pro Betätigung ist. Überdauert die tatsächliche Ausschaltzeit diese vorbestimmte
Anzahl von Betätigungs-Meldesignalen, dann kann ein in diesem Ball erzeugtes drittes
Fehlersignal auf folgende mögliche Fehlerursachen hinweisen:
a)
die Hysterese des druckempfindlichen Schalters ist zu groß; b) das Betätigungs-Meldesignal
ist häufiger als die tatsächlichen Verbraucherbetätigungen (d.h. Wackelkontakt im
fleldesignalgeber).
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4. Die tatsächliche Ausschaltdauer t ist zu klein Im ordnungsgemäßen
Zustand der Anlage ist die Ausschaltdauer am kleinsten, wenn die systembedingte
Ausschaltzeit ihren Mindestwert Tamin hat und außerdem während der Äusschaltdauer
bei Jeder Verbraucherbetätigung das hierfür größtmögliche Volumen verbraucht wird.
Die mindestzulässige Ausschaltlauer verkürzt sich also mit jeder Verbraucherbetätigung.
Unter Berücksichtigung dieser Tatsache kann ein viertes BehlersignaJ erzeugt werden,
wenn die Ausschaltdauer kürzer ist als die systembedingte Ausschalt-Nindestzeft
minus dem Produkt der An zahl der während der Ausschaltdauer erzeugten Betätigungsfleldesignale
mal der bereits oben erwähnten theoretischen Nachlade-Zeitspanne, die zum Nachladen
des bei einer Verbraucherbetätigung maximal zu erwartenden Volumenverlustes erforderlich
wäre. Das vierte Fehlersignal weist auf folgende mögliche Fehlerursachen hin: a)
die Leckage ist zu groß; b) die Speicherkapazität (GasSElldruck) ist zu klein; c)
die Hysterese des druckempfindlichen Schalters ist zu klein; d) das Betätigungs-Meldesignal
fällt aus.
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Es lassen sich also vier verschiedene Fehleraussagen machen, deren
Jede mehrere mögliche Fehlerursachen signalisiert. Je nachdem, worauf bei der Oberwaohang
Wert gelegt wird, kann die erfindungsgemäße Anordnung auf die Abgabe des einen oder
anderen Behlersignals beschränkt werden, was in gewissen Fällen eine Verminderung
des Aufwandes erlauben mag. Durch kombinierte Wersunbb des Vorhandenseins oder Fehlens
mehrerer oder aller Fehleraussagen lassen sich aber andererseits einig
Fehlerursachen
genau eingrenzen. Dies läßt sich mittels einer Tabelle auch elektronisch realisieren.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Brfindung sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Zur Erläuterung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel,
das sich auf eine Fahrzeugbremsanlage bezieht und zur Abgabe aller vier Fehlersignale
fähig ist, anhand von Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt in einem Blockschema den allgemeinen Aufbau einer Fahrzeugbremsanlage
mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten tberwachungsanordnung; Fig. 2 veranschaulicht
in einem Zeitdiagramm die Arbeitsweise der tberwachungsanordnung nach Fig. 1; Fig.
3 zeigt eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 1.
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Die im linken Teil der Fig. 1 dargestellte Bremsanlage weist einen
hydraulischen Druckspeicher 1 auf, der durch einen Gasfülldruck vorgespannt ist
Der Speicher 1 wird durch eine Pumpe 2 geladen und liefert den notwendigen Bremsdruck
an eine Bremsvorrichtung 4, wenn diese durch ein Bremspedal 6 betätigt wird. Die
Pumpe 2 wird durch einen Motor 3 angetrieben, der durch einen Druckschalter 5 mit
"Eysterese" geschaltet wird, d.h. der Motor wird beim Unterschreiten des unteren
Schaltpunktes (unterer Schwellenwert des Speicherdrucks) eingeschaltet und beim
Uberschreite.n des oberen Schaltpunktes (oberer Schwellenwert des Speicherdrucks)
abgeschaltet. Bei Jeder 3eta'tigung des Bremspedals 6 wird ein Bremslichtschalter
7 eingeschaltet, der ein Bremslicht 8 aufleuchten läßt, wie es bei Kraftahrzeugen
vorgeschrieben ist.
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Das Funktionsprinzip der in Fig. 1 rechts dargestellten tberwachungsanordnung
besteht darin, daß die Einschaltdauer te des Motors 7 und damit der Pumpe 2 (d.h.
die Ladezeit fur den
Druckspeicher 1) und die Ausschaltdauer ta
des Motors (Ladepause) gemessen werden und mit vorgegebenen Toleranzwerten Temax,
gemein T amax, kamin verglichen werden. Die Werte von t, a und te werden durch folgende
Parameter beeinflußt: Motor- bzw. Pumpenleistung; Speicherkapazität bzw. Gasfülldruck;
Schalthysterese; Leckageverluste; Anzahl der Bremsbetätigungen innerhalb der Intervalle
ta bzw. te; Maximal möglicher Volumenverbrauch pro Bremsbetatigung; Minimal möglicher
Volumenverbrauch pro Bremsbetätigung (im Grenzfall gegen 0 gehend); evtl. Betriebstemperatur.
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Die Toleranzwerte emaxs gemein Tamax und talin können als absolute,
systembedingte Höchst- und Mindestwerte der Einschalt- und Ausschaltdauer entsprechend
den Konstruktionsmerkmalen der Anlage gegebenenfalls unter Berücksichtigung der
Betriebstemperatur definiert werden. Es sind diejenigen Höchst- und Nindestwerte
der Binschalt- und Ausschaltdauer, die für den Ball gelten, daß während der Intervalle
te und a keine Bremsbetätigung stattfindet.
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Da mit Jeder wirkungsvollen Bremsbetätigung Drucktmittelvolumen aus
dem Speicher 1 verbraucht wird, können in der Praxia die systembedingten Toleranzwerte
natürlich überschritten bzw. unterschritten werden, auch wenn die Bremsanlage ordnungsgemäß
arbeitet. Das heißt, ein aber bzw. Unterschreiten der systembedingten Höchst- und
Mindestzeiten bedeutet nicht unbedingt einen Fehler im System sondern kann auch
die Folge von Bremsbetätigungen sein. Daher ist es für eine sinnvolle Fehleranzeige
notwendig, die jeweiligen Bremsbetätigungen mitzubarücksichtigen. Hierzu eignet
sich das Signal B vom Bremslichtschalter 7.
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Dieses Signal liefert zwar eine Information über die Bremshäufigkeit,
nicht aber über das tatsächlich verbrauchte Volumen pro Bremsung. Dies ist jedoch
im vorliegenden Fall kein Nachteil, da zur Fehlererkennung nur die maximal und minimal
möglichen Werte der Einschalt- und Ausschaltdauer als Vergleichsgrößen herangezogen
werden. Zum Beispiel ergibt sich der größte Wert für die tatsächliche Einschaltdauer
te und der kleinste Wert für die tatsächliche Ausschaltdauer pro bei maximalem Volumenverbrauch
pro BLcemsung, Diese ist systembedingt und kann vorherbestimmt werden. Der kleinste
Wert für die tatsächliche Einschaltdauer te ergibt sich, wenn bei einer Bremsbetätigung
kein Volumen verbraucht wird, so daß bei der Prüfung, ob die Einschaltdauer das
zulässige Minimum unterschreitet, die Bremshäufigkeft nicht berücksichtigt zu werden
braucht. Bin Sonderfall ergibt sich bei der Prüfung der Frage, ob die tatsächliche
Ausschaltdauer ta zu lang ist. Unter der Annahme, daß das System keine Leckage hat
und das Bremspedal ständig nur gerade so weit betätigt wird, daß der Bremslichtschalter
anspricht ohne gleichzeitigem Volumenverbrauch , könnte t, a beliebig groß werden.
In der Praxis wird es Jedoch so sein, daß bei zehn oder zwanzig aufeinanderfolgenden
Bremsungen insgesamt immer ein gewisses Mindestvolumen verbraucht wird, dessen Durchschnittswert
als Maß für das Minimalvolumen pro Bremsung genommen werden kann.
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Auch dieser Durchschnittswert ist eine systembedingte und daher vorhersagbare
Größe.
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Aufbau und Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Vberwachungsanordnung
seien nachstehend unter Zuhilfenahme des Zeitdiagramms nach Fig. 2 erläutert. Die
Uberwachungsanord nung nach Fig. 1 enthält vier einzelne Zähler 10, 20, 30 und 40,
deren Zähleingängen Z Zählimpulse C über jeweils eine Torschaltung (UND-Glieder)
11 bzw. 21 bzw. 31 bzw. 41 zugeführt werden. Die Ausgangssignale (Zählwerte) Z1
bis Z4 der Zähler werden auf zugeordnete Vergleichseinrichtungen 13, 23, 33, 43
gegeben, worin sie mit Festwerten verglichen werden, die durch entsprechende Festwertgeber
12, 22, 32, 42 bereitgestellt
werten. Der zweite und der dritte
Zähler 20 und 40 enthalten als Besonderheit jeweils eine Einrichtung 20a bzw. 40a,
die auf einen Steuerbefehl hin (Betätigungs-Meldesignal B) den im betreffenden Zähler
aufgelaufenen Zählwert um eine vorbestimmte Zahl d vermindern bzw. erhöhen.
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Die hier als t'Zahler" bezeichneten Elemente 10, 20, 30, 40 sind auf
verschiedene Arten realisierbar. Für die Elemente 10 und 30 können normale rückstellbare
Binärzähler (z.B. 8-Bit-Zähler) verwendet werden oder akkumulierende Register (z.B.
8 Bit). Für die Elemente 20 und 40 einschließlich der addierenden bzw. subtrahierenden
Einrichtungen 20a und 40a wäre jeweils ein akkumulierendes Register mit vorgeschaltetem
Addierer geeignet, der an einem Eingang die Impulse C (oder vergleichbare Einheitswerte)
und am anderen Eingang mit Jedem Neldesignal B einen der vorbestimmten Zahl entsprechenden
Wert mit positivem oder negativem Vorzeichen empfängt und seine Ausgangsgröße in
das akkumulierende Register gibt.
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In der ersten Zeile des Diagramms der Fig. 2 ist der Betrieb des Druckschalters
5 dargestellt, der den Motor 3 für die Förderpumpe 2 ein- und ausschaltet. Der Druckschalter
hat eine Ausgangsleitung, deren Signal L während der Einschaltdauer te "hoch" (Logikwert
1) und während der Ausschaltdater ta "niedrig" (Logikwert 0) ist. Über einen Inverter
9 wird das dazu komplementäre Signal L gebildet. In der zweiten Zeile des Diagramms
ist das vom Bremslichtschalter 7 erzeugte Bremslichtsignal dargestellt. Dieses Signal
ist eine y ge mehr oder weniger langer Impulse, deren Vorderflanken über einen Flankendetektor
(FD) 8a erfaßt werden, um ein BetEtigungs-Meldesignal B als kurzen Impuls '1hohen"
Logikwerts zu bilden.
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Die dritte und vierte Zeile des Diagramms nach Fig. 2 veranschaulichen
den Betrieb desjenigen Teils der Uberwachungsanordnung, der feststellt, ob die Einschaltdauer
te zu klein ist An dieser Prüfung sind die Torschaltung 11, ein Flanken-
detektor
14, der erste Zähler 10, die Vergleichs einrichtung 13 und der Festwertgeber 12
beteiligt.
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Bei Beginn jeder Einschaltdauer te ist der Zähler 10 auf O zurückgesetzt,
und zwar durch die Vorderflanke des in der vorangegangenen Ausschaltperiode erzeugten
Signals , das über den Flankendetektor 14 dem Rückstelleingang R des Zählers angelegt
wurde. Im Verlauf der Einschaltdauer te empfängt der Zähleingang Z des Zählers 10
gleichmäßig beabstandete Taktimpulse C über die Torschaltung 11, die durch das vom
Druckschalter 5 gelieferte Einschaltsignal L für die Einschaltdauer aktiviert ist.
Der Zählwert Z1 des Zählers steigt linear mit der Zeit an und wird der Vergleichseinrichtung
12 zugeführt. Am Ende der Einschaltdauer wird die Vergleichseinrichtung 13 durch
die Vorderflanke des wiedererscheinenden Signals r getastet, um den Zählwert Z1
mit einem Festwert Zemin zu vergleichen, der vom Festwertgeber 12 bereitgestellt
wird und der systembedingten Einschalt-Nindestzeit Temin entspricht. Wenn dieser
Festwert größer ist als der Zählwert Z1, d.h. wenn die Einschaltdauer die systembedingte
Einschalt-Mindestzeit unterschreitet, dann wird ein erstes Fehlersignal (F1 = 'thoch")
erzeugt. Die Vorderflanke des wiedererscheinenden Signals r setzt auch den Zähler
10 wieder zurück.
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Die fünfte und sechste Zeile des Diagramms der Fig. 2 veranschaulichen
den Betrieb desJenigen Teils der Uberwachungsanordnung, der prüft, ob die tatsächliche
Sinschaltiauer t, e zu groß ist. An dieser Prüfung sind die Torschaltung 21, ein
Flankendetektor 24, der zweite Zähler 20, die Vergleichseinrichtung 23 und der Festwertgeber
22 beteiligt. Der zweite Zähler 20 beginnt in der gleichen Weise wie der erste Zahler
10 bei Beginn der Einschaltperiode mit der Zählung der über die Torschaltung 21
zugeführten Taktimpulse C. Sein Zählwert Z2 steigt ebenfalls linear mit der Zeit
an, er wird jedoch Jedesmal beim Erscheinen eines Betätigungssignals B mit Hilfe
der Subtraktionseinrichtung 20a um eine bestimmte Zahl A vermindert. Diese Zahl
entspricht der Zeitspanne, die zum
Nachladen des bei einer Bremsbetätigung
maximal zu erwartenden Volumenverbrauchs erforderlich wäre. Der durch die Subtraktionseinrichtung
20a modifizierte Zählwert Z2 wird laufend in der Vergleichseinrichtung 23 mit einem
Festwert Zemax verglichen, der vom Festwertgeber 22 bereitgestellt wird und welcher
der systembedingten Einschalt-Ho'chstzeft Temax entspricht. Sobald der Zählwert
Z2 diesen Festwert überschreitet, liefert ein der Vergleichseinrichtung 23 nachgeschalteter
Inverter 25 ein zweites Fehlersignal (F2 = "hoch"). Dieses Fehlersignal zeigt an,
daß die Einschaltdauer e zu groß ist. Am Ende der Einschaltdauer setzt die Vorderflanke
des wiedererscheinenden Signals L den Zähler 20 über den Flankendetektor 24 zurück.
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Die siebte und achte Zeile des Diagramms der Fig. 2 veranschaulichen
den Betrieb desjenigen Teils der Uberwachungsanordnung, der feststellt, ob die Ausschaltdauer
ta zu groß ist. An dieser Prüfung sind die Torschaltung 31, ein Flankendetektor
34, der dritte Zähler 30, der Festwertgeber 32 und die Vergleichseinrichtung 33
beteiligt. Vor Beginn Jeder Ausschaltperiode ist der dritte Zähler 30 durch die
Vorderflanke des vorangegangenen Einschaltsignals L über den Flankendetektor 34
auf 0 zurückgestellt worden, er bleibt auch während der Äusschaltperiode zunächst
in Ruhe, bis ein Be tätigungs-Xeldesignal B erscheint. Dieses Signal wird über die
Torschaltung 31, welche für die Dauer der Ausschaltperiode durch das Signal t aktiviert
ist, auf den Zähleingang des Zählers 30 gegeben und bewirkt eine Erhöhung deS Zahlerstandes
um 1 Bei jedem folgenden Betätigungs-Meldesignal innerhalb der Ausschaltperiode
wird der Zählwert Z3 des Zählers 30 Jeweils um 1 erhöht. Der dritte Zähler 30 zählt
also die Betätigungs-Meldesignale, d.h. sein Zählwert Z3 entspricht (im ordnungsgemäßen
Zustand der Anlage) der Anzahl der in der Ausschaltperiode vorgenommenen Bremsbetätigungen.
Diese Anzahl Z3 wird laufend in der Vergleichs einrichtung 33 mit einer vorbestimmsen
festen Zahl Zamax verglichen, die vom Festwertgeber 32 bereitgestellt wird. Diese
feste Zahl ist
annähernd (d.h. abgesehen von Bruchteilen) gleich
dem zur Entladung des Speichers vom oberen zum unteren Druck-Schwellenwert verbrauchten
Volumen geteilt durch den minimal zu erwartenden Durchschnittswert des Volumenverbrauchs
pro Bremsbetätigung. Sobald der Zählwert Z3 im Verlauf der Ausschaltperiode größer
wird als die feste Zahl Zamax, liefert ein der Vergleichseinrichtung 33 nachgeschalteter
Inverter 35 ein drittes Fehlersignal (F3 = "hoch"). Dieses Signal zeigt an, daß
die Ausschaltdauer ta zu lang ist, d.h. daß die Wiedereinschaltung der Förderpumpe
eigentlich früher hätte beginnen müssen, selbst wenn der Volumenverbrauch der vorangegangenen
Bremsbetätigungen minimal war. Am Ende der Ansschaltperiode wird der Zähler 30 durch
die Vorderflanke des wiedererscheinenden Einschaltsignals L über den Flankendetektor
34 zurückgesetzt.
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Die letzten beiden Zeilen des Diagramms der Fig. 2 veranschaulichen
den Betrieb desjenigen Teils der Anlage, der feststellt, ob die Ausschaltdauer ta
zu kurz ist. An dieser Prüfung sind die Torschaltung 41, ein Flankendetektor 44,
der vierte Zähler 40, der Festwertgeber 42 und die Vergleichseinrichtung 42 beteiligt.
Der Zähler 40 war vor Beginn Jeder Ausschaltperiode durch die Vorder flanke des
vorangegangenen Einschaltsignals L auf 0 zurückgestellt worden und beginnt bei Beginn
der Ausschaltperiode mit der Zählung der Taktimpulse C, die seinem Zähleingang Z
über die Torschaltung 41 zugeführt werden, welche durch das Signal S für die Dauer
der Ausschaltperiode aktiviert ist. Der Zählwert Z4 des Zählers 40 steigt linear
mit der Zeit an und wird jedesmal, wenn ein Betätigungs-Meldesignal B erscheint,
durch die Additionseinrichtung 40a sprunghaft um den Wert /K erhöht, d .h. um die
Zahl, die derJenigen Zeitspanne entspricht, welche zum Nachladen des bei einer Verbraucherbetätigung
maximal zu erwartenden Volumenverlustes erforderlich wäre. Der so modifizierte Zählwert
Z4 wird auf die Vergleichseinrichtung 43 gegeben.
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Am Ende der Ausschaltperiode wird die Vergleichseinrichtung 43 getastet
(durch die Vorderflanke des wieder erscheinenden
Einschaltsignals
L), um den zu diesem Zeitpunkt aufgelaufenen Zählwert Z4 mit einer festen Zahl Zamin
zu vergleichen, die vom Festwertgeber 42 bereitgestellt wird und der systembedingten
Ausschalt-Nindestzeft Tamin entspricht. Wenn dieser Festwert größer ist als der
Zählwert Z4 am Ende der Ausschaltperiode, dann erzeugt die Vergleichseinrichtung
43 ein viertes Fehlersignal (F4 = :1hochfl). Dieses Signal zeigt an, daß die Ausschaltzeit
zu kurz gewesen ist; d.h. die Wiedereinschaltung der Pumpe ist vor dem denkbar fruhesten
Zeitpunkt (der für den maximalen Volumenverlust bei den Bremsungen gilt, erfolgt.
Die Vorderflanke des wiedererscheinenden Signals II stellt den Zähler 40 wieder
zurück.
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Die verschiedenen Fehlerursachen, auf denen die Federsignale F1 bis
F4 hinweisen, sind bereits weiter oben aufgefu'hrt worden. Die vorstehend beschriebene
Verwendung des Bremslichtschalters 7 als Signalgeber für das Betätigungs-Meldesignal
hat den Vorteil, daß dieser Schalter als Bestandteil der Bremsanlage gleichzeitig
mitüberprüft wird.
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Die in Fig. 1 dargestellte Überwachungsanordnung ist nur ein mögliches
Ausführungsbeispiel und kann in der Praxis auch anders ausgebildet sein. So ist
es z.R. möglich, die Subtraktionseinrichtung 20a am Zähler 20 fort zulassen und
stattdesse@ eine Einrichtung vorzusehen, die den von Festwertgeber 22 gelieferten
Wert bei Jedem Betätigungs-Meldesignal um die Zahl erhöht. In ähnlicher Weise kann
die Additionseinrichtung 40a am Zähler 40 durch eine entsprechende Subtraktionsei:nrich
tung fur den vom Festwertgeber 40 gelieferten Wert ersetzt werden.
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Da die Zähler 10 und 20 für die Einschaltdauer niemals gleich.
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zeitig mit den Zählern 30 und 40 für die Ausschaltdauer betrieben
werden, kann man auf zwei der Zähler verzichten und das restliche Zählerpaar jeweils
umschalten, um während der Einschaltdauer die Rolle der Zähler 10 und 20 und während
der Ausschaltdauer die Rolle der Zähler 30 und 40 zu Über-
nehmen.
In ähnlicher Weise kann man auch zwei der 7ergleichseinrichtungen 13, 23, 33, 43
fortlassen und die verbleibenden beiden Einrichtungen durch eine geeignete Umschaltvorrichtung
wahlweise so anschließen, daß sie während der Einschaltdauer die Rolle der Vergleichseinrichtungen
13 und 23 und wahrend der Ausschaltdauer die Rolle der Vergleichseinrichtungen 33
und 43 uernehmen.
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Eine entsprechende Ausführungsform der Überwachungsanordnung, die
mit nur zwei Zählern und zwei Vergleichs einrichtungen auskommt, ist als Beispiel
in der Fig. 3 dargestellt. Die Anordnung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der
jenigen nach Fig. 1 dadurch, daß der Zähler 10 mit den vorgeschalteten Gliedern
(Torschaltung 11, Flankendetektor 14) und die 7ergleichseinrichtung 13 fortgelassen
sind, ebenso wie der Zähler 30 mit den vorgeschalteten Gliedern (Torschaltung 31
und Flankendetektor 34) und die Vergleichseinrichtung 33 mit dem nachgeschalteten
Inverter 35. Die Anordnung nach Fig. 3 hat also zur Erzeugung der Fehlersignale
F1 bis F4 nur zwei "Eanäle" statt der in Fig. 1 dargestellten vier Kanäle. Der obere
Kanal dient zur erzeugung der Fehlersignale F2 und F3 und enthält den Zähler 20
einschließlich der Subtraktionseinrichtung 20a, die Torschaltung 21, den Flankendetektor
24, die Vergleichs einrichtung 23 und die beiden Festwertgeber 22 und 23 Zur die
Werte Zemax und Zum ate Der untere Kanal, der zur Erzeugung der Fehlersignale F1
und F4 verwendet wird, enthält den Zähler 40 einschließlich der Additionseinrichtung
40a, die Torschaltung 41, den Flankendetektor 44, die Vergleichseinrichtung 43 und
die beiden Festwertgeber 12 und 42 für die Werte Zemin und Zamine Im Unterschied
zu der Anordnung nach Fig. 1 sind im Falle der Fig. 3 die Eingänge der Torschaltungen
21, 41, der Flankendetektoren 24, 44 und der Subtraktions- bzw. Additionseinrichtungen
20a, 40a mit den Signalleitungen L, L, C und B nicht fest verdrahtet sondern üTgar
eine Umschaltvorrichtung 50 gekoppelt. Ferner ist der obere Eingang der Ver-
gleichseinrichtung
23 über eine Umschaltvorrichtung 51 wahlweise zwischen dem Festwertgeber 22 und
dem Festwertgeber 32 umschaltbar. Der über den Inverter 25 geführte Ausgang der
Vergleichseinrichtung 23 ist mittels eines Umschalters 53 zwischen den Signalleitungen
für F2 und F3 umschaltbar. In ähnlicher Weise sorgt ein Umschalter 52 für die wahlweise
Umschaltung des oberen Eingangs der Vergleichseinrichtung 43 zwischen den Bestwertgebern
12 und 42, und ein weiterer Umschalter 54 sorgt für die wahlweise Umschaltung des
Ausgangs der Vergleichseinrichtung 43 zwischen den Fehlersignalleitungen für F1
und F4.
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Die Umschaltvorrichtungen sind in der Fig. 3 symbolisch als mechanische
Umschaltkontakte dargestellt, um die jeweils herzustellenden Verbindungen besser
veranschaulichen zu können.
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In der Praxis werden vorzugsweise elektronische Schaltglieder oder
logische Verknüpfungsschaltungen verwendet, deren Realisierung einem Elektronikfachmann
keine Schwierigkeiten bereitet, wenn er die durchzufuhrenden Schaltfunktionen kennt
Die in Fig. 3 symbolisierten Umschalter werden durch ein Signal S so gesteuert,
daß sie während der Einschaltdauer ta der Nachladeeinrichtung in der gezeigten unteren
Stellung' sin und daß sie sich während der Ausschaltdaiier e, a der Nachladeeinrichtung
in der gestrichelt zeichneten oberen Stellung befinden. In der unteren Stellung
der Umschalter liegen die Eingange der Torschaltung 21 an den Signalleitunge C und
der Eingang des Flankendetektors 24 ist mit der Signalleitung r verbunden, der Steuereingeng
der Subtraktionseinrichtung 20a liegt an der Signalleitung für das Betätigungs-Meldesignal
B, der obere Eingang der Vergleichseinrichtung 23 ist mit dem Festwertgeber 22 für
Zemax und der Ausgang des Inverters 25 mit der Fehlersignalleitung für F2 verbunden.
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Diese Verbindungsart entspricht genau der Anschlußweise des zur Erzeugung
des zweiten Fehlersignals F2 dienenden zweitobersten Kanals in der Anordnung nach
Fig. 1.
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Ebenfalls während der Einschaltperiode tes also in der unteren Stellung
der Umschalter, sind die beiden Eingänge der Torschaltung 41 mit den Signalleitungen
C und L verbunden, der Eingang des Flankendetektors 44 liegt an der Signallei tung
, und der obere Eingang der Vergleichseinrichtung 43 ist mit dem Festwertgeber 12
für Zemin und der Ausgang dieser Vergleichseinrichtung mit'der Fehlersignalleitung
für F1 verbunden. Der Steuereingang der Additionseinrichtung 40a ist von der das
Betätigungs-Meldesignal B führenden Leitung abgekoppelt, so daß diese Additionseinrichtung
unwirksam ist.
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Durch diese Anschlußweise entspricht der untere Kanal der Anordnung
nach Fig. 3 in seinem Betrieb genau dem zur Erzeugung des ersten Fehlersignals F1
verwendeten obersten Kanal der Anordnung nach Fig. 1.
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In der dargestellten unteren Stellung der Umschalter liefert also
die Vergleichseinrichtung 23 in Verbindung mit dem Zähler 20 genau wie im Falle
der Fig. 1 das Fehlersignal F2.
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Die Vergleichseinrichtung 43 in Verbindung mit dem Zähler 40 ereugt
das erste Fehlersignal F1 in der gleichen Weise, wie es die Vergleichseinrichtung
13 in Verbindung mit dem Zähler 10 bei der Anordnung nach Sig. 1 tut.
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Während der Ausschaltperiode tas d.h. in der gestrichelt gezeichneten
oberen Stellung der Umschalter, empfängt der den Zähler 20 und die Vergleichseinrichtung
23 enthaltende Kanal der Anordnung nach Fig. 3 die gleichen Signale und arbeitet
in der gleichen Weise wie der den Zähler 30 und die Vergleichseinrichtung 33 enthaltende
Kanal in der Anordnung nach Fig. 1 zur Erzeugung des dritten Fehlers ignals F3.
Die Subtraktionseinrichtung 20a am Zähler 20 ist unwirksam, weil ihr Steuereingang
vom Betätigungsmeldesignal B abgekoppelt ist. Der den Zähler 40 und die Vergleichseinrichtung
43 enthaltende Kanal der Anordnung nach Fig. 3 empfängt während der Ausschaltperio
de t, a die gleichen Signale und arbeitet in der gleichen Weise wie der entsprechende
(unterste) Kanal der Anordnung nach Fig. 1 zur Erzeugung des vierten Fohlersignaln
F4.
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Das Steuersignal S ist so beschaffen, daß es die Umschalter während
der Einschaltperiode in der gezeigten unteren Stel-.
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lung und während der Ausschaltperiode in der gestrichelt dargestellten
oberen Stellung halt. Die Jeweilige Umschaltung sollte Jedoch etwas verzögert erfolgen,
damit die Rückstellung der Zähler 20 und 40 und die Rastung der Vergleichseinrichtung
43 durch die Vorderflanken des nächstfolgenden Signals Ii bzw. L noch bewirkt werden
kann, bevor die Schalter umschalten. Aus diesem Grund wird für die Umschaltung nicht
das Signal L (oder L) direkt verwendet sondern eine etwas verzögerte Version S desselben,
die mittels einer 7erzögerungseinrichtung 60 gebildet wird. Die Verzögerungszeit
braucht nur relativ kurz zu sein, so daß die Meßergebnisse der Sinschalt- und Ausschaltzeiten
nicht nennenswert verfälsc werden. Durch die verzögerte Umschaltung kann es vorkommen,
daß die Zähler zweimal kurz hintereinander zurückgesetzt werden, einmal am Ende
der jeweiligen Ein- oder Ausschaltperiode und das zweite Mal beim Umschalten der
Schalter. Dies ist Jedoch kein ernsthafter Nachteil, solange die Verzögerungszeit
des Umschaltsignals S genügend kurz ist. Das zweimalige Rücksetzen der Zähler ebenso
wie die ungewünschte Erzeugung eines Tastimpulses für die Vergleichs einrichtung
43 beim Umschalten der Schalter kann im übrigen dadurch verhindert werden, daß man
den Flankendetektoren 24 und 44 eine endliche Erholungszeit gibt, so daß sie nicht
zweimal ganz kurz hintereinander getriggert werden knn'en.
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Sowohl bei der usführungsfortti nach Fig. 1 als auch bei der Anordnung
nach Fig. 9 muß sichergestellt sein, daß die Zählwerte Z1 und Z4 fur die Fehlersignale
F1 und F4 nicht durch die Rücksetzung der betreffenden Zähler verschwinden, bevor
die zugehörigen Vergleichseinrichtungen 13 und/oder 43 getastet werden. Zu diesem
Zweck kann man z.B. dafür sorgen, daß an den Zählwerteingängen der betreffenden
Vergleichseinrichtungen eine gewisse Verzögerung wirksam ist. Eine andere Möglichkeit
für die Ausführungsform nach Fig. 1 bestande darin, die Rücksetzung des Zählers
10 durch die Vorder flanke des
Signales L und die Rücksetzung des
Zählers 40 durch die Vorderflanke des Signals Z zu bewirken. Dadurch werden diese
Zähler nicht schon am Ende des jeweiligen Zählzyklus sondern erst am Beginn ihres
nächsten Zählzyklus zurückgesetzt.
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Bei der Anordnung nach Fig. 3 könnte man so vorgehen, daß man die
Zähler durch die Vorder flanke des Umschaltsignals S bzw. dessen Komplements S zurücksetzt.
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Die Fehlersignale F1 bis F4 können einem Fehlerregister zugefuhrt
werden, dessen Inhalt mittels geeigneter logischer Verknüpfungsschaltungen ausgewertet
wird, um die verschiedenen möglichen Fehlerursachen anzuzeigen. Die betreffende
Elektronik kann ebenso wie die tberwachungsanordnung selbst durch einen Mikroprozessor
der untersten Preisklasse realisiert werden. Wenn das mit der Bremsanlage ausgestattete
Fahrzeug ohnehin einen Mikroprozessor enthält (z.B. zur Regelung der Zündung und
des Kraftstoffverbrauchs oder zur Bremsschlupfregelung), dann kann dieser Mikroprozessor
die vorstehend beschriebene Überwachung und Fehler signalauswertung ubernehmen,
sofern die anderen Programmteile genügend Raum hierfur lassen.
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Gehört die überwachte Bremsanlage zu einem Fahrzeug mit Bremsschlupfregelung,
dann müßten die Auslaßventilimpulse in ähnlicher Weise wie das Bremslichtsignal
in die Erzeugung der Fehlersignale F2, F3 und 24 zusätzlich einbezogen werden.
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Wie weiter oben bereits mehrfach angedeutet, sind die Ein-und Ausschaltzeiten
t, e und t- a temperaturabhängig. Wenn die Temperaturschwankungen während des Normalbetriebs
groß sind (wie z.B. in Eraftfahrzeugen) und merklichen Einfluß auf das 3etriebsverhalten
der Anlage haben, kann man sie z.B. dadurch berUckßichtigen, daß man bei der Vorgabe
der Grenzwerte Temax, Temin, Tamax und lamin von der zulässigen Höchst- bzw. Zindesttemperatur
ausgeht. In diesem Fall zeigen die Fehlersignale neben den bereits erwähnten Störungen
auch das t)ber- oder Unterschreiten des zulässigen Temperaturbereichs der Anlage
an. Ist eine solche einfache Einbeziehung der Temperatur nicht möglich, dann kann
in vorteilhafter Ausgestaltung dafür ge-
sorgt werden, daß die
Festwerte Zemin, Zemax, Zamin und Zamax (d.h. die Grenzwerte der Ein- und Ausschaltdauer)
abhängig von der Temperatur n)L variiert werden, wie es mit den symbolischen Temperatureingängen
2 an den Festwertge bern 12, 22, 32, 42 in den Figuren 1 und 3 angedeutet ist.
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Hierzu reicht es aus, den Betriebstemperaturbereich (z.B.
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von -40°C bis +120°C in Kraftfahrzeugen) in wenige Teilbereiche (z.B.
3 oder 4) zu gliedern und für jeden Teilbereich einen dazu passenden oberen und
unteren Grenzwert für die Ein- und Ausschaltdauer in Übereinstimmung mit dem Temperaturgang
der kombinierten Pumpen/Speicher-Xennl inie auszuwählen. Die entsprechende Umschaltung
oder Änderung der Festwert Zemin, Zemax, Zamin und Zamax kann unter Steuerung durch
einen Temperaturfühler z.B. mittels eines Mikroprozessors erfolgen.