DE4408468A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Individualisierung von galvanisch getrennten elektrisch leitfähigen Körpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Individualisierung von elektrisch leitfähigen Körpern, die benachbart liegen und zwischen denen keine Leitverbindung besteht, insbesondere zum Lokalisieren von Bruchstellen oder Trennungsgebieten von Drähten oder dergleichen.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der AS 16 73 841 bekannt. Dort ist ein kapazitiver Schalter offenbart, welcher eine aktive Fläche aufweist, die an einen Oszil­ lator gekoppelt ist. Bei dem Oszillator handelt es sich dort im Ausführungsbeispiel um einen Multivibrator, wo­ bei der mit der aktiven Fläche verbundene Transistor in Basisschaltung betrieben wird. Der Multivibrator ist dort emitter-gekoppelt. Dem Oszillator schließt sich beim vorbekannten Schalter ein Demodulator und ein Schwellwertschalter an. Zusätzlich ist ein Kontakt als Signalgeber vorgesehen. Der vorbekannte Schalter eignet sich zum Anzeigen von Füllständen in Behältern. Er ist jedoch nicht dazu geeignet, beispielsweise Drahtbrüche an Sitzheizungen von Kraftfahrzeugen aufzuspüren oder anderweitig Bruchstellen von Drähten oder Trennungsgebie­ te von elektrisch leitfähigen Körpern zu ermitteln.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zu vereinfachen und eine hierzu brauchbare Vorrichtung anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die in den beiden nebengeordneten Ansprüchen 1 und 2 angebene Erfindung gelöst.

Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zumindest einer der elektrisch leitfähigen Körper wenigstens kapazitiv mit der Versorgungsspannung der einen Sensor darstellenden Vorrichtung verbunden ist und ein anderer Körper zumin­ dest kapazitiv mit einem um 180° phasenverschobenen Prüfsignal gekoppelt ist. Zufolge dieser Kopplung werden die Dämpfungseigenschaften des Oszillators bei Annähe­ rung der aktiven Fläche an die Körper geändert. Liegt beispielsweise die aktive Fläche benachbart zu dem Kör­ per, welcher mit der Versorgungsspannung des Oszillators gekoppelt ist, so schwingt der Oszillator mit maximaler Amplitude. Die Kapazität zwischen Versorgungsleitung und aktiver Fläche wird dabei vergrößert. Distanziert man den Sensor von diesem Körper, so geht die Amplitude zu­ rück. Sie kann dabei sogar bis auf Null reduziert wer­ den. Eine Dämpfung des Oszillators wird ebenfalls dann erreicht, wenn sich die aktive Fläche einem mit dem Prüfsignal beaufschlagten elektrisch leitfähigen Körper nähert. Dann vergrößert sich die Kapazität zwischen diesem elektrisch leitfähigen Körper und der aktiven Fläche. Das Auffinden eines Drahtbruches bei einer elek­ trischen Sitzheizung oder dergleichen geschieht nun in folgender Weise: Ein Ende des Heizdrahtes wird mit der Versorgungsspannung, beispielsweise dem Minuspol der Spannungsversorgung des Sensors, verbunden. Das andere Ende des Heizdrahtes wird mit dem um 180° zum Oszillator­ signal phasenverschobenen Prüfsignal verbunden. Es ist nun möglich, mit dem Oszillator unter Beobachtung des Signalgebers jeweils die eine oder andere Drahthälfte zu verfolgen, bis ein Signalumschlag erkennbar wird, wel­ cher anzeigt, daß die Bruchstelle erreicht ist. Es ist bevorzugt vorgesehen, daß der Prüfsignalausgang einem Verstärker oder Impedanzwandler vorgeordnet ist. Weiter­ hin kann vorgesehen sein, daß der Oszillator ein emitter­ gekoppelter Multivibrator ist, wobei die aktive Fläche mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist und das Prüfsignal am Kollektor des ersten Transistors oder am Emitter des zweiten Transistors abgegriffen wird. Der Kollektor des ersten Transistors kann dabei mit der Basis des zweiten Transistors verbunden sein, wobei der die Schwingfrequenz charakterisierende Kondensator zwi­ schen den beiden Emittern der Transistoren angeordnet ist, welche jeweils über einen Widerstand mit der Versor­ gungsleitung verbunden sind. Das Signal kann von einer Leuchtdiode angezeigt werden. Der Signalgeber kann aber auch als Summer oder dergleichen ausgebildet sein.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zwei Signalgeber vorgesehen sind. Jeder dieser Signalgeber, welche auch die vorgenannte Ausge­ staltung als Summer aufweisen können, ist einem gesonder­ ten Schwellwertschalter zugeordnet. Die Schwellwerte besitzen eine unterschiedliche Höhe, so daß die beiden Signalgeber bei unterschiedlichen Oszillatoramplituden einschalten. Der Signalgeber, welcher der niedrigeren Schwelle zugeordnet ist, kann darüber hinaus auch einem Fensterdiskriminator nachgeordnet sein, so daß das Si­ gnal wieder verlöscht, wenn der Schwellwert des anderen Signalgebers überschritten worden ist. Es ist weiter möglich, daß der Oszillator so abgestimmt ist, daß er in Abwesenheit von einem elektrischen Leiter oder einem Ma­ terial mit geringer Dielektrizität vor der aktiven Flä­ che nicht schwingt. Die Schwingung des Oszillators soll erst beginnen, wenn er sich einem Körper mit höherer Di­ elektrizität annähert oder einem elektrisch leitenden Körper, welcher mit der Versorgungsspannung zumindest kapazitiv gekoppelt ist. Es ist aber auch möglich, daß der Oszillator so abgestimmt ist, daß er schwingt, wenn Material mit einer gewissen Dielektrizität anwesend ist, und die Schwingungsamplitude beim Annähern an einen elektrisch leitenden Körper, welcher mit der Versorgungs­ spannung gekoppelt ist, ansteigt. Wird dagegen die akti­ ve Fläche einem elektrisch leitenden Körper angenähert, welcher mit dem Prüfsignal verbunden ist, so soll die Schwingung des Oszillators gedämpft werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand beige­ fügter Zeichnungen nachfolgend im Detail erörtert. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der An­ sicht, vorliegend auch als Sensor bezeichnet,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild des Oszillatorkreises,

Fig. 4 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Signalausga­ be (Amplitude) in Abhängigkeit vom Schwingungs­ niveau (Dämpfung) des Oszillators und

Fig. 6 ein Anwendungsbeispiel des Verfahrens.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse auf, an welchem ein­ endig insgesamt drei Klemmen 4, 5, 6 zum Anklemmen von elektrischen Leitungen vorgesehen sind. An die Klemme 4 und 5 wird beispielsweise die Versorgungsspannung und an die Klemme 6 eine Leitung angeklemmt, die vom Sensor 1 mit dem Prüfsignal beaufschlagt wird. Auf der Wandung des Sensors 1 befindet sich eine Leuchtdiode 7, welche von einem Signalgeber 14, vergleiche auch Fig. 2, ge­ trieben wird. An der den elektrischen Anschlüs­ sen 4, 5, 6 gegenüberliegenden Stirnseite des Sensors 1 befindet sich die aktive Fläche 2. Die aktive Fläche 2 ist kreisrund ausgebildet und zur Achse des Sensorkör­ pers 1 zentriert. Koaxial zur kreisrunden aktiven Flä­ che 2 befindet sich eine Abschirmung 3. Die Abschir­ mung 3 erstreckt sich randseitig bis nahezu an den Rand der Stirnfläche des Sensorkörpers 1. Zwischen der Ab­ schirmung 3 und der aktiven Fläche 2 ist ein ringförmi­ ger isolierender Bereich vorgesehen, so daß die elek­ trisch leitende Abschirmung 3 und die ebenfalls elek­ trisch leitende aktive Fläche 2 nichtleitend miteinander verbunden sind.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, ist die aktive Flä­ che 2 mit der Basis eines Transistors T1 verbunden. Der Transistor T1 und der Transistor T2 bilden zusammen mit dem Kondensator C1 und mit den an den Emitter der beiden Transistoren geschalteten Widerstände R1, R2 einen emit­ ter-gekoppelten Multivibrator. Die Basis des Transi­ stors T1 ist zusätzlich über einen Widerstand R3 mit dem Emitter des Transistors T2 verbunden, welcher mit seiner Basis mit dem Kollektor des Transistor T1 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T1 ist zudem mit der Ab­ schirmung 3 verbunden. Die Abschirmung 3 ist optional. Der Kollektor des Transistors T1 ist zudem über einen Widerstand R4 mit der Versorgungsspannung verbunden. Der Kollektor des Transistors T2 ist dagegen unmittelbar mit der Versorgungsspannung verbunden. Über einen weiteren Kondensator C2, durch welchen das (Oszillator-)Ausgangs- Signal ausgekoppelt wird, ist der Emitter des Transi­ stors T2 mit einem Verstärker 12 verbunden, welchem ein Schwellwertschalter 13 nachgeordnet ist. Der Schwell­ wertschalter 13 ist beispielsweise ein Schmittrigger und ihm ist der Signalgeber 14 nachgeordnet, welcher im Ausführungsbeispiel die Leuchtdiode 7 treiben kann.

Am Emitter des Transistors T2 wird ein Prüfsignal ab­ gegriffen. Dieses Prüfsignal hat zufolge der Schaltungs­ eigenschaften eine zu dem an der aktiven Fläche 2 anlie­ genden Oszillatorsignal um 180° gedrehte Phasenlage. Diese Phasenlage weist annähernd auch das an der Abschirmung 3 anliegende Signal auf. Das am Emitter des Transi­ stors T2 abgegriffene Prüfsignal wird von einem Verstär­ ker 17 verstärkt und dem mit P bezeichneten Prüfsignal­ ausgang zugeleitet. Dort kann dieses Signal abgegriffen werden, wenn an den mit 4 (minus) und 5 (plus) bezeichne­ ten Versorgungsspannungsklemmen eine Versorgungsspannung anliegt.

Im Anwendungsbeispiel ist ein Draht 8 einer Sitzheizung an der mit 22 bezeichneten Stelle gebrochen. Der Draht bildet somit zwei elektrisch leitende Körper aus, die benachbart sind oder galvanisch getrennt sind, nämlich die Drahtenden 8′ und 8′′.

Bei dem Prinzipschaltbild in Fig. 3 ist zwischen der Basis des Transistors T1 und dem Minuspol der Versor­ gungsspannung ein Kondensator 10 eingezeichnet. Dieser Kondensator repräsentiert die Kapazität, welche zwischen der aktiven Fläche 2 und dem Drahtende 8′, welches mit dem Minuspol verbunden ist, gebildet wird. Die Kapazi­ tät 10 hängt im wesentlichen von der Distanz der aktiven Fläche 2 vom Drahtende 8′ ab. Der Kondensator 9 präsen­ tiert die Kapazität, die zwischen dem am Prüfsignalaus­ gang P angeschlossenen Drahtende 8′′ und der aktiven Fläche 2 gebildet ist. Diese Kapazität 9 ändert sich in Abhängigkeit von der Distanz der aktiven Fläche 2 vom Drahtende 8′′. Je nach dem Verhältnis der beiden Kapazi­ täten 9, 10 ändert sich die Dämpfung des Multivibrators.

Zur Durchführung des Verfahrens zum Auffinden beispiels­ weise eines Drahtbruches 22 in einer Sitzheizung, weiche aus einem Heizdraht 8 besteht, wird das mit (minus) be­ zeichnete Ende eines Heizdrahtendes 8′ eines Heizdrah­ tes 8 mit dem Minuspol oder dem Pluspol der Versorgungs­ spannung des Sensors verbunden. Das mit (P) bezeichnete Ende des Heizdrahtendes 8′′ wird dann mit dem mit P be­ zeichneten Anschluß der Schaltung, also mit dem Prüfsi­ gnal verbunden. Beim Anwendungsbeispiel in Fig. 6 ist der Sensor 1 mit seinem Minuspol mit der Erde verbunden, und der Draht 8 ist mit seinem einen Ende 8′ mit der Erde und mit seinem zweiten Ende 8′′ mit dem Prüfsignal­ anschluß verbunden. Der Drahtbruch 22 wird nun dadurch ermittelt, daß der Sensor über die Sitzfläche des Sitzes geschoben wird. Der Oszillator ist so eingestellt, daß er mit einer geringen Amplitude schwingt, wenn sich ein nicht mit Draht versehener Bereich des Sitzes vor der aktiven Fläche 2 befindet. Befindet sich dagegen die aktive Fläche 2 über dem Drahtende 8′, welches mit der Versorgungsspannung des Sensors 1 verbunden ist, so steigt die Oszillatoramplitude, da dann der im Prinzip­ schaltbild (Fig. 3) dargestellte Kondensator 10 einen hohen Wert annimmt. Wird der Sensor dagegen mit seiner aktiven Fläche 2 über das Drahtende 8′′, welcher jen­ seits der Bruchstelle 22 ist, verlagert, so wird im Prinzipschaltbild (Fig. 3) die Kapazität des Kondensa­ tors 9 größer als die Kapazität des Kondensators 10, so daß der Schwingkreis gedämpft wird. Diese Dämpfung führt so weit, daß der Oszillator aufhört zu schwingen. Die Lage der beiden Kondensatoren 9, 10, welche körperlich selbst nicht vorhanden sind, sondern - wie oben ausge­ führt - nur die Kapazitäten darstellen, welche durch die räumliche Beziehung jeweils der Leiterpaare 2, 8′ und 2, 8′′ gebildet werden, ist in Fig. 2 gestrichelt angedeutet und mit dem Bezugszeichen 9 und 10 bezeichnet.

Bei dem in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind hinter dem Verstärker 12, welcher gleichzeitig auch der Demodulator für das an der mit A bezeichneten Stelle anliegenden Hochfrequenzsignal (Ausgangssignal) ist, zwei Schwellwertschalter 13, 16 angeschlossen, welche jeweils einen unterschiedlichen Schwellwert aufweisen. Der Schwellwertschalter mit dem niedrigen Schwellwert schaltet bei Unterschreiten seiner Schwelle ein. Der Schwellwertschalter mit dem hohen Schwellwert schaltet bei Überschreiten seiner Schwelle ein. Zwischen den beiden Schwellwerten ergibt sich ein Bereich, wo beide Ausgänge aus sind. Jedem Schwellwertschalter 13, 16 ist individuell ein Signalgeber 14, 15 nachgeordnet, welche wiederum jeweils individuell eine Leuchtdiode 7, 7′ treiben können. Die Leuchtdioden 7, 7′ haben unterschiedliche Farben, sie können grün und rot sein. Je nach Höhe der Oszillatoramplitude soll dann entweder die eine oder die andere Leuchtdiode aufleuchten. An den Oszillator 11 ist darüber hinaus noch der Verstärker 17 angeschlossen, welcher dann das Prüfsignal P liefert, welches um 180° zu dem an der aktiven Fläche 2 anliegenden Signal gedreht ist.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Schema ist in Pfeilrichtung 18 die Amplitudenhöhe des Oszillators abgetragen. Mit 0 ist der Nullpunkt, also die vollständige Dämpfung des Oszillators markiert. Die Schaltung der Leuchtdioden erfolgt dort wie folgt: In einem Schaltzustand 21, bei dem der Oszillator stark gedämpft ist, das heißt, daß seine Amplitude 0 ist, soll die rote Leuchtdiode aufleuchten. Dies signalisiert, daß sich der Sensor im Bereich eines elektrisch leitenden Körpers 8′′ befindet, welcher mit dem Prüfsignal P gekoppelt ist. In einem Bereich 20, bei welchem der Oszillator eine mittlere Dämpfung erfährt hat die Amplitude eine gewisse Größe erreicht und es soll keine Leuchtdiode leuchten. Dieser Bereich entspricht dem Zustand, bei welchem die aktive Sensorfläche 2 weder in Nachbarschaft zu dem einen elektrisch leitenden Körper 8′ noch in Nachbarschaft zu dem anderen elektrischen Körper 8′′ ist. Kommt dagegen die aktive Fläche 2 in den Bereich des elektrisch leitenden Körpers 8′, welcher mit der Versorgungsspannung gekoppelt ist, so wird der Oszillator entdämpft und erreicht die Amplitude einen Wert, der im Bereich 19 angesiedelt ist. Hier soll die grüne Leuchtdiode leuchten.

Die Vorrichtung eignet sich wie erwähnt besonders dazu, das Aufspüren von Drahtbrüchen bei Sitzheizungen in Automobilen zu detektieren. Es ist aber ebenso gut möglich, mit dieser Vorrichtung Leitungsbrüche in anderen Bereichen zu detektieren. Darüber hinaus ist es möglich, eine Vielzahl von parallel laufenden Leitungen zu identifizieren. Dabei braucht nur jeweils eine Leitung mit dem Prüfsignal und eine oder mehrere andere Leitungen mit der Versorgungsspannung verbunden zu sein. Je nachdem welche dieser Leitungen dann in der Nähe der aktiven Fläche 2 ist, leuchtet die eine oder andere Leuchtdiode.

Zur Kopplung der elektrischen Körper 8′ bzw. 8′′ mit den entsprechenden Klemmen 4, 5 oder 6 (letztere repräsentiert das Prüfsignal und erstere die Versorgungsspannung) ist eine galvanische Verbindung nicht nötig. Es reicht aus, wenn hier eine lediglich kapazitive Kopplung vorgesehen ist. Es kann beispielsweise ausreichen, daß der eine elektrisch leitende Körper 8′ lediglich parallel zu einem die Versorgungsspannung führenden Kabel liegt.

Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich.

Claims (9)

1. Verfahren zum Individualisieren von voneinander ge­ trennten elektrisch leitfähigen Körpern (8′, 8′′), insbe­ sondere zur Lokalisierung von Bruchstellen (22) oder Trennungsgebieten von Drähten (8) oder dergleichen wobei die an einen Oszillator (11) gekoppelte aktive Fläche (2) eines kapazitiven Sensors (1) über zu indivi­ dualisierenden Körper (8′, 8′′) verlagert wird, wobei der erste Körper (8′) zumindest kapazitiv mit der Versor­ gungsspannung des Sensors und ein zweiter Körper (8′′) zumindest kapazitiv mit einem um 180° zum Oszillatorsi­ gnal phasenverschobenen Prüfsignal (P) gekoppelt wird.

2. Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfah­ rens nach Anspruch 1, mit einer an einen Oszilla­ tor (11) gekoppelten elektrisch leitenden, aktiven Flä­ che (2) und mit einem über einen Demodulator (12) und einen Schwellwertschalter (13, 16) an den Oszillator gekoppelten Signalgeber (14, 15), dadurch gekennzeich­ net, daß neben den Anschlüssen zur Spannungsversor­ gung (4, 5) zusätzlich ein Prüfsignalanschluß (P) vorge­ sehen ist, an dem von außen an einer Klemme oder derglei­ chen ein um 180° zu dem an der aktiven Fläche (2) anlie­ genden Oszillatorsignal verschobenes Prüfsignal (P) ab­ greifbar ist.

3. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnete daß der Prüfsignalausgang (P) einem Verstärker (17) oder Impedanzwandler vorgeordnet ist.

4. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (11) ein emitter-gekoppelter Multivi­ brator ist, wobei die aktive Fläche (2) mit der Basis des ersten Transistors (T1) verbunden ist und das Prüf­ signal (P) am Kollektor des ersten Transistors (T1) oder am Emitter des zweiten Transistors (T2) abgegriffen wird.

5. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (14, 15) eine Leuchtdiode (7, 7′) treibt.

6. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Signalgeber (14, 15) vorgesehen sind, welchen verschiedene Schwellwerte (21, 19) des Oszillatoraus­ gangssignals (A) zugeordnet sind.

7. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnete daß der Oszillator (11) so abgestimmt ist, daß er - in Abwesenheit von elektrisch leitenden Körpern (8′, 8′′) oder Körpern mit einer über einen gewissen Schwellwert liegenden Dielektrizität vor der Fläche (2) - schwingt und bei Annäherung von mit der Versorgungsspannung zumin­ dest kapazitiv gekoppelten Leitern (8′) mit einer höheren Amplitude schwingt und bei Anwesenheit von zumindest kapazitiv mit dem Prüfsignal (P) gekoppelten Leitern (8′′) gedämpft wird.

8. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnete daß die Dämpfung bei Anwesenheit von mit dem Prüfsig­ nal (P) gekoppelten Leitern (8′′) so groß ist, daß der Oszillator (11) nicht mehr schwingt.

9. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator bei Anwesenheit eines Dielektrikums nicht schwingt und nur bei Anwesenheit von mit der Versorgungsspannung gekoppelten Leitern (8′) mit einer Amplitude schwingt und bei Anwesenheit von mit dem Prüfsignal gekoppelten Leitern (8′′) nicht mehr schwingt.