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Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung
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von Verbrauchern Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem
Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits bekannt, bei Fahrzeugen
sogenannte Multiplexsysteme einzusetzen. Die Versorgungsspannung wird den einzelnen
Verbraucher in Forn einer Ringleitung zugeführt.
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Mittels Datentelegrammen, die über eine Steuerleitung zu Auswerteschaltungen
geführt werden, wird dabei der Verbraucher eingeschaltet. Gleichzeitig wird eine
Rückmeldung abgegeben, daß der Verbraucher eingeschaltet ist. Diese Rückmeldung
kann auch Informat Ion darüber enthalten, ob der Verbraucher einwandfrei arbeitet.
Diese bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß diese Einrichtungen bereits
beim Bau des Fahrzeuges vorgesehen sein müssen. Eine nachträgliche Ausrüstung ist
nicht möglich, da zumindest die Steuerleitung vorhanden sein müssen. Als
weiterer
Nachteil ist anzusehen, daß die vorbekannten Vorrichtungen sehr aufwendig sind,
wenn nur eine Verbraucherüberwachung gewünscht ist.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es auch bei Fahrzeugen
mit gebräuchlicher Stromversorgungsanlage verwendbar ist. Eine Änderung der Stromversorgungsanlage
des Fahrzeuges ist nicht erforderlich. Eine nach dem Verfahren ausgestaltete Vorrichtung
ist daher jederzeit nachrüstbar.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahren möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, das Tastverhältnis der Impulse des Impulsgenerators
sehr groß gegenüber der Zahl der Verbraucher zu wählen. Durch diese Maßnahme wird
erreicht, daß auch ein nicht synchroner Betrieb der Impulsgeneratoren möglich ist.
Durch die hohen Impulsabstände ist eine Überlappung von den Impulsen zweier Generatoren
recht unwaarscheinlich. Weiterhin ist es günstig, die Impulsgeneratoren durch den
Spannungsabfall einzuschalten, der an einem in den erbrsucherstromkreis geschaiteten
Widerstand auftritt. Dadurch sind weitere schaltungstechnische Maßnahmen nicht erlornerlich
und der schaltungstecnnische Aufwand der Uberwacnunsschaltung minimal. In der Überwachungsvorrichtung
werden die Impulse vorzugsweise induktiv von der Verbraucherleitung abgegriffen.
Die Übervachungschaltung weist vorteilhafterweise zwei bähleinrichtungen
auf,
wobei der erste Zähler die Impulse der Impulsgeneratoren während einer vorgegebenen
Zeit zählt und daß vom zweiten Zähler erst dann ein Warnsignal ausgegeben wird,
wenn vom ersten Zähler mehrere Male der vorgegebene Zählerstand nicht erreicht wird.
Dadurch wird sichergestellt, daß eine zufällige Überlappung der asynchron abgegebenen
Impulse der Impulsgeneratoren nicht zu einer Fehlauslösung der rtTarneinrichtuSng
führt.
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Bei einem weiteren Verfahren zur Überwachung von Verbrauchern in Fahrzeugen
ist es vorteilhaft, die Ströme der zu überwachenden Verbraucher über einen gemeinsamen
Meßwider stand zu führen und den gesamten Spannungsabfall in einer Rechenvorrichtung
zu speichern. Die abgespeicherte Spannung wird mit dem augenblicklichen Spannungsab;
fall am Meßwiderstand unter Berücksichtigung der Batteriespannung verglichen und
bei einer sprunghaften Abnahme des Verbraucherstromes wird ein Warnsignal abgegeben.
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Durch eine Vorrichtung nach diesem Verfahren läßt sich am einfachsten
eine Verbraucherüberwachung realisieren.
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Neben einem Meßwiderstand und einer Speicherschaltung sind keinerlei
weitere Einrichtungen erforderlich. Um Alterungserscheinungen in der Verkabelung
des Fahrzeugs zu erfassen, ist es zweckmäßig, aus den Stromwerten der letzten Einschaltphase-n
ein Mittelwert zu bilden und diesen Mittelwert als Bezugswert zu speichern.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 ein Prinzipschaltbild einer
Überwachungseinrichtung in Fahrzeugen,
Figur 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Vorrichtung nach Figur
1, Figur 3 ein Ausführungsbeispiel des Impulsgenerators, Figur 4 ein Ausführungsbeispiel
der Auswerteschaltung und Figur 5 ein Ausführungsbeispiel mit gemeinsamen Meßwiderstand.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt ausschnittsweise
die Überwachungsvorrichtung wie sie beispielsweise in einem Sutzkraftfahrzeug mit
angekuppeltem Anhänger Verwendung findet. Mit 1 ist die Batterie des Fahrzeugs kennzeichnet.
Die Batterie ist zwischen der gemeinsamen Fahrzeugmasse und der Versorgungsspannungsleitung
geschaltet. In die Versorgungsspannungsleitung eingekoppelt ist ein Transformator
2. An die Sekundärseite des Transformators 2 ist ein Impulsformer 3 geschaltet,
dessen Ausgangssignal zu einer Auswerteschaltung 4 führt. An den Ausgang der Auswerteschaltung
4 ist eine Lampe 5 angeschlossen. Der Primärwicklung des Transformators 2 folgt
ei Schalter 32, mit dem die Beleuchtungsvorrichtung des Fahrzeuges einschaltbar
ist. Nach dem Schalter 32 führt ein Abgriff die Versorgungsspannung der Auswerteschaltung
4 zu. Weiterhin folgt dem Schalter 32 eine Sicherung 6. Im Nutzfahrzeug sind zwei
Leuchten dargestellt. Die Leuchte 8 ist über einen Widerstand 7 mit der Versorgungsspannungsleitung
verbunden. min Impulsgeber 11 greift die Spannung über den Widerstand 7 ab.
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Stromversorgungsleitungen verbinden den Impulsgeber 11 mit Versorgungsspannungsleitung
und der Masseleitung.
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Ebenso ist eine Leuchte 10 mit einem Widerstand 9 in Reihe zwischen
der Versorgungsspannungsleitung und der Masseleitung geschaltet. Weiterhin ist ein
Impulsgeber 12 vorgesehen, der seine Versorgungsspannung von der Versorgungsspannungsleitung
und der Masseleitung bezieht. Der Spannungsabfall am Widerstand 9 dient zur Steuerung
des Impulsgebers 12. Mit dem Anhänger ss DJutzfahrzeuges ist die Versorgungsspannungsleitung
über Steckkontakte 13 verbunden.
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Der Anhänger des Nutzfahrzeuges weist zwei Leuchten 15 und 17 auf,
die über die Versorgungsspannungsleitung versorgt werden. In Reihe mit der Leuchte
15 ist ein Widerstand 14 geschaltet. Der Widerstand 14 ist mit der Versorgungsspannungsleitung
verbunden, während die Leuchte 15 gegen Masse geschaltet ist. Der Leuchte 15 ist
ein Impulsgeber 18 zugeordnet. Der Impulsgeber 18 ist zwischen der Versorgungsspannungsleitung
und der Masseleitung geschaltet. Seine Signalleitungen greifen die Spannung am Widerstand
14 ab. Die Leuchte 17 ist mit dem in Reihe geschalteten Widerstand 16 zwischen der
Versorgungsspannungsleitung und der Masseleitung angeordnet.
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Der Leuchte 17 ist ein Impulsgeber 19 zugeordnet, der zwischen den
Versorgungsspannungsleitungen angeschlossen ist. Der Spannungsabfall am Widerstand
16 wird dem Impulsgeber 19 zugeführt.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist anhand der Figur 2 näher
erläutert. Nu-r wenn ein Spannungsabfall an den Vorwiderständen 7, 9, 14 und 16
abfällt, werden von den Impulsgebern 11, 12, la und 19 Impulse abgegeben. Die Impulsgeber
arbeiten asynchron, so daß die Impulsfolge willkürlich ist. Ein Beispiel für die
Impulsfolge der vier Impuls geber ist in der Figur 2a
bis 25 dargestellt.
Alle Impulsgeber haben ein sehr großes -Tastverhäl;nis, beispielsweise 100 : 1.
Die Frequenzen der Impulsgeneratoren liegen zudem in einem Toleranzband von wenigen
Prozent. Je enger dieses Toleranzband ist, umso größer kann die Anzahl der Generatoren,
also der zu überwachenden Lampen, sein. An den Widerständen 7, 9, 14 und 16 fallen
Steuerspannungen ab, die sehr gering sein können. Dadurch können die Widerstände
sehr niederohmig gewählt werden. Die Steuerspannungen bewirken, daß der entsprechende
Oszillator schwingt und die Stromimpulse an die Versorgungsspannungsleitung abgibt.
Diese Stromimpulse werden im Übertrager 2 abgegriffen und nach dem Impulsformer
3 der Auswerteschaltung 4 zugeführt. Die Auswerteschaltung 4 addiert die Stromimpulse,
so daß sich aufgrund der statistischen Verteilung während einer Periodendauer der
Schwingfrequenz der Impulsgeneratoren soviel Impulse einstellen, wie Lampen überwacht
werden. Fällt der Betriebsstrom einer Lampe aus, so wird in der Stromversorgungsleitung
ein Impuls weniger auftreten. Solche fehlenden Impulse werden in der Auswerteschaltung
4 erkannt und mit der Warnlampe 5 angezeigt.
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Es ist also grundsätzlich so, daß jede brennende Lampe Stromimpulse
in der gemeinsamen Stromversorgungsleitung erzeugt 3ei jeglicher Unterbrechung des
Stromflusses, sei es durch die Lampe, durch Kontakte, durch nie Leitung oder den
Meßwiderstand oder bei fehlender 3etriebsspannung für die Generatoren oder defekten
Generatoren wird ein Fehler gemeldet.
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Die statistische Verteilung der Impulse schließt nich ganz aus, da3
zeitlich zwei oder mehr Impulse so eng zusammenfallen, daß sie wie ein Einzelimpuls
wIrksam
werden. Diese Wahrscheinlichkeit wird durch das große Tastverhältnis
gering gehalten. In der Auswertelogik kann das dadurch berücksichtigt werden, daß
eine Fehlmeldung erst abgegeben wird, wenn mehrmals hintereinander die Impulszahl
nicht vollständig ist. Die an der Auswerteschaltung 4 anstehende Impuls gruppe ist
in Figur 2e dargestellt.
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Figur 3 zeigt im einzelnen einen Impulsgenerator, wobei als Beispiel
der Impulsgenerator 11 gewählt ist. Es ist die Versorgungsspannungsleitung erkennbar,
an die die Reihenschaltung des Widerstandes 7 und der Lampe 8 angeschlossen ist.
Von der Lampe 8 führt eine Verbindung an die gemeinsame Masseleitung. Zwischen dem
Widerstand 7 und der Lampe 8 ist ein Widerstand 20 angeschlossen, mit dem ein Widerstand
21 in Reihe geschaltet ist. Der Widerstand 21 steht seinerseits mit der Masseleitung
in Verbindung.
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Zwischen Widerstand 20 und 21 ist eine Leitung angeschlossen, die
an einen Eingang des Operationsverstärkers 24 führt. Vor dem Widerstand 7 ist ein
Widerstand 22 angeschlossen, der mit dem Widerstand 23 in Reihe geschaltet ist,
wobei der Widerstand 23 seinerseits mit der Masseleitung in Verbindung steht. Eine
Leitung, die zwischen den Widerständen 22 und 23 angeschlossen ist, führt zu einem
weiteren Eingang des Operationsverstärkers 24. An den Ausgang des Operationsverstärkers
24 ist ein Widerstan-d 25 angeschlossen, der zu einem Eingang des Operationsverstärkers
24 rückgeführt ist.
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Der Widerstand 25 ist so geschaltet, daß der Operationsverstärker
24 als Komparator arbeitet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 24 führt über
einen Widerstand 26 zum Stoppeingang eines Multivibrators 29. An den Stoppeingang
ist ein Widerstand 27 in Reihe mit einem Kondensator
28 geschaltet,
wobei der Kondensator 23 mit seinem freien Ende gegen Masse geführt ist. Der Mittenabgriff
zwischen Widerstand 27 und Kondensator 28 führt zum frequenzbestimmenden Eingang
des Multivibrators 29.
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Der Ausgang des Multivibrators 29 ist an die Basis eines Transistors
30 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 30 ist über einen Widerstand 31
mit der gemeinsamen Masseleitung ver-bunden, während der Emitter des Transistors
30 zur Versorgungsspannungsleitung geschaltet ist.
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Ist die Lampe 8 eingeschaltet, so fällt am Widerstand 7 eine Spannung
ab. Ist dieser Spannungsabfall größer als beispielsweise 30 Millivolt, schaltet
der Comparator 24 um, so daß an dessen Ausgang nahezu die volle Betriebsspannung
anliegt. Dadurch wird der Taktgenerator 29 gestartet. Die Taktzeit des Multivibrators
wird durch die Widerstände 26 und 27 und den Kondensator 28 beeinflußt. Die Werte
dieser Bauelemente werden so gewählt, daß sich ein sehr großes Tastverhältnis ergibt.
Da die Frequenz des Multivibrators 29 sehr genau sein sol, müssen diese Bauelemente
eine enge Toleranz aufweisen. Die Höhe des Stromimpulses am Ausgang der Schaltungsanordnung
wird durch den widerstand 31 eingestellt. Bei einem Lampenstromausfall oder unterbrochenem
Widerstand 7 wird die Ausgangsspannung des Komparators 24 Null und der Multivibrator
abgeschaltet.
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Figur 4 zeigt die Auswerteschaltung 4. Die Primärwicklung des Transformators
2 ist in die ttersorgungsspannungsleitung geschaltet, während die Sekundärwicklung
einerseits direkt, andererseits über eine Diode 35 gegen
Masse
geschaltet ist. Zwischen Diode 35 und Sekundärwicklung des Transformators 2 ist
ein Widerstand 36 angeschlossen, der zum Takteingang eines Zählers 38 führt. Zur
Störimpulsunterdrückung ist des weiteren am Takteingang eine Diode 37 angeordnet,
die mit der Versorgungsspannungsleitung verbunden ist. Der Zähler 38 steht ebenfalls
mit der Versorgungsspannungleitung in Verbindung. Ein Taktgenerator 40 schwingt
auf der gleichen Frequenz wie der Multivibrator 29. Der Ausgang des Multivibrators
40 ist mit dem Rücksetzeingang des Zählers 38 sowie mit dem Takteingang eines Zählers
41 verbunden. Der Rücksetzeingang des Zählers 41 ist über einen Schalter 39 mit
einem der Ausgänge des Zählers'38 verbunden. Der Zähler 41 ist ebenfalls an die
Versorgungsspannungsleitungen angeschlossen. Der Ausgang des Zählers 41 steht über
einen Widerstand 42 mit der Basis eines Transistors 43 in Verbindung. Der Emitter
des Transistors 43 ist an Masse geführt, während der Kollektor des Transistors 43
über eine Lampe 5 mit der positiven Versorgungsspannungsleitung verbunden ist.
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Die Stromimpulse auf der Versorgungsspannungsleitung werden mit dem
Impulstransformator 2 aus der Lampenleitung ausgekoppelt und mit den Dioden 35 und
37 sowie dem Widerstand 36 begrenzt und an den Takteingang des Zählers 38 geführt.
Während der Meßzeit, die durch den Multivibrator 40 bestimmt wird, werden die Eingangsimpulse
im Zähler 38 aufaddiert.
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Nach Ablauf der Meßzeit wird der Zähler wieder gelöscht. Diese Steuerung
erfolgt über den Rücksetzeingang R des Zählers. enn alle Lampen in Ordnung sind,
also genügend Impulse in dieser Zeit eingegangen
sind, erscheint
am Ausgang Q8 ein Impuls, der seinerseits den Zähler -41 über den Rücksetzeingang
R auf Null zurücksetzt. Die Zahl der Impulse, bei der der Zähler 41 zurückgesetzt
wird, bestimmt sich im wesentlichen aus der Anzahl der zu überwachenden Verbraucher.
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Mittels des Schalters 39 kann am Zähler 38 der Ausgang ausgewählt
werden, der nach der entsprechenden Anzahl von Impulsen das Rücksetzsignal für den
Zähler 41 liefert.
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Bei einem Lampenausfall sinkt die mittlere Impulsfrequenz soweit ab,
daß diese Rücksetzimpulse ausbleiben.
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Die Taktimpulse vom Multivibrator 40 schalten jetzt den Zähler 41
weiter, bis nach acht Schritten am Ausgang Q8 ein Impuls auftritt, der die Warnlampe
5 ansteuert und über einen Enable-Anschluß CE ein Weiterschalten des Zählers solange
blockiert, bis wieder ein Rücksetzimpuls im Zähler 38 auftritt,der Lampenausfall
also wieder behoben ist. Eine Fehleranzeige erfolgt also in diesem Beispiel erst
nach acht Meßzügen. Damit wird erreicht, daß Fehlmelden durch sich kurzzeitig überdeckende
Impulse auf der- Lampenleitung unterdrückt werden.
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Da die vorhandenen Verbraucherleitungen zur Übertragung der Überwachungssignale
benutzt werden, sind keine zusätzlichen Signalleitungen erforderlich. Diese Anordnung
ist daher insbesondere für den Anhängerbetrieb geeignet, da für die Verbindungen
zu den Anhängern der Nutzfahrzeuge keine weiteren Leitungen erforderlich sind. Damit
kann die standardisierte und genormte Steckverbindung -rom Fahrzeug zum Anhänger
weiterbenutzt werden.
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Figur 5 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung zur Funkt ionsüberwachung
von Verbrauchern, ohne daß eine zusätzliche Leitung erforderlich ist. Die Batterie
des Fahrzeugs ist mit 50 bezeichnet. Eine Seite der Batterie ist mit der gemeinsamen
Fahrzeugmasse verbunden. Die Versorgungsspannungsleitung, an die die 3atterie 50
weiterhin angeschlossen ist, führt zu einem Widerstand 51, an dessen anderem Ende
Schalter 55 angebracht sind. Der Spannungsabfall am Widerstand 51 wird abgegriffen
und über einen Analog-Digital-Wandler einem Mikrocomputer 52 zugeführt, der gleichzeitig
Speichereinrichtungen aufweist. Der .Mikrocomputer 52 weist einen Anschluß für eine
Taste 53 auf, bei dessen Schließen der Mikrocomputer den digitalen Spannungswert
der am Widerstand 51 anliegt, abspeichert, sofern die Tasten 55 geschlossen sind.
Weiterhin ist an den Mikrocomputer 52 eine Warnlampe 54 angeschlossen.
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Der Mikrocomputer weist desweiteren eine Tastatur 56 auf. An den einen
Spannungsversorgungszweig sind Lampen 57 angeschlossen. Über eine Steckverbindung
59, die beispielsweise die Steckverbindung zwischen Fahrzeug und Anhänger eines
Nutzfahrzeuges darstellt, sind weitere Lampen 60 angeschlossen. Ebenso sind an die
Versorgungsspannungsleitung Lampen 58 in einem zweiten Kreis angeschlossen sowie
über eine Steckverbindung 59 Lampen 61. Die Lampen 57 und 5& sind z.B.
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Lampen des Zugfahrzeuges, die Lampen 60, 61 sind im Anhänger des Fahrzeuges
angeordnet.
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Bei dieser Schaltungsanordnung erfolgt die Lampenstr-omüberwachung
der Beleuchtung von einem Mikrocomputer. Dazu werden die Ströme der zu überwachenden
Lampen vor ihrer Verzweigung über einen gemeinsamen Widerstand 51 geführt.
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Der Widerstand 51 hat einen Widerstand von wenigen Milli -ohm und
kann auch als Leitungsstück ausgebildet sein.
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Der Spannungsabfall am Widerstand 51 wird digitalisiert und steht
dem Mikrocomputer als Eingangssignal zur Verfügung. Weitere Eingangssignale des
Mikrocomputers sind die Batteriespantlung der Batterie 50 und die Schalter stellung
der Lichtschalter 55 sowie die Taste 53.
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Bei der ersten Inbetriebnahme erfolgt eine Sichtprüfung der Lampenfunktion
und die Abspeicherung des Lampengesamtstromes nach einer Bewertung mit der Batteriespannung
durch Drücken der Taste 53. Der Rechner vergleicht nun fortlaufend den abgespeicherten
mit dem augenblicklichen Stromwert unter Berücksichtigung der Schalterstellungen
der Schalter 55 und der Batteriespannung der Batterie 50. Jede sprunghafte Abnahme
des Lampenstromes bedeutet ein Lampenausfall und der Rechner gibt ein Signal an
die Warnlampe 54 ab.
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Durch eine Alterung der Glühlampen ändert sich im Laufe der Zeit langsam
der Lampenstrom. Damit dies nicht als Fehler gewertet wird, bildet der Rechner aus
den Stromwerten der letzten Einschaltphasen einen Mittelwert des Lampenstromes,
der als zeitlich mitlaufender Vergleichswert abgespeichert wird. Durch diese Maßnahme
kann der Vergleich von Ist- und Sollwert in einem engen Toieranzband erfolgen, d.h.
es können Glühlampen mit unterschiedlicher eistung in Parallelschaltung über denselben
Kabelstrang und Meßwiderstand gespeist werden.
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In Abwandlung dazu ist es möglich, in jeden Lampenstrang einen separaten
Widerstand 51 einzufügen und über einen Analog-3igital-Wandler im Multiplexbetrieb
dem Rechner
die Stromwerte zuzuführen. Damit kann entweder das
Vergleichstoleranzband von Ist- und Sollwert der Lampenströme noch enger gelegt
werden oder ein Analog-Digital-Wandler mit geringer Auflösung eingesetzt werden.
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Ist vorgesehen, den Zugwagen mit verschiedenen Anhängen kombiniert
zu betreiben, z.B. in einem Fuhrpark, so kann dem Mikrocomputer Mittels des Programmierfeldes
56 die Kennung des Anhängers angegeben werden, so daß die abgespeicherten entsprechenden
Stromvergleichswerte aktiviert werden. Eine weitere Möglichkeit ist es, zunächst
eine Sichtprüfung der Lampenfunktion durchzuführen und mittels der Taste 53 diesen
Stromwert gegebenenfalls mit einer Kennung neu abzuspeichern.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Erweiterung des Kabelbaumes
im Fahrzeug und im Anhänger nicht erforderlich, so daß die Nachrüstung sehr einfach
ist. Durch die Möglichkeit der Programmierung auf fahrzeugspezifjschen Lampenkonfigurationen
wird mit den gezeigten Schaltungsanordnungen weiterhin erreicht, daß lediglich eine
Geräteversion für sämtliche Fahrzeugmodelle notwendig ist.
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