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Die
Erfindung betrifft die Verbesserung der Funktionalität eines
Voltmeters und insbesondere die Verbesserung der Funktionalität eines
Voltmeters bei der Lokalisierung von Fehlern in elektrischen Schaltungen.
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Moderne
Fahrzeugsysteme enthalten digitale (Computer-)Diagnosesysteme, die
viele Schaltungsfehler in elektrischen Komponenten und Systemen
(zum Beispiel an Fahrzeugen) erkennen können. Derartige Systeme können aber
typischerweise nicht alle möglichen
Schaltungsfehler erkennen, zum Beispiel durch Korrosion verursachte
hochohmige Kurzschlüsse.
Außerdem
kann die elektrische Fehlersuche an Fahrzeugen und anderen Systemen
sehr zeitraubend, arbeitsintensiv, kostenaufwendig und oft ineffektiv
sein, besonders wenn eine Komponente zur Durchgangsprüfung abgetrennt
und/oder ausgebaut werden muß.
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Der
größte Teil
der Schaltungsfehler in Leitungen und Verbindern entsteht durch
falsche Behandlung, Exponierung, Verschleiß und normalen Gebrauch. Fehler
in der Schaltungsverdrahtung werden typischerweise durch eine Änderung
des Stromkreiswiderstands verursacht und fallen unter eine von drei
Kategorien – Stromkreisunterbrechung,
Masseschluß oder
hoher Widerstand (z. B. infolge Korrosion). Andere Fehler, wie z.
B. ein Kurzschluß zu
einem anderen Stromkreis, können
offensichtlicher sein, das sie typischerweise leichter erkennbare
Fehleranzeichen aufweisen.
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Vorrichtungen,
die typischerweise zur Erkennung elektrischer Fehler verwendet werden,
sind unter anderem Ohmmeter, Amperemeter und Voltmeter. Das Voltmeter
mißt die
Spannung (Potentialdifferenz) an irgendeiner Unterbrechung in einem
Funktionsstromkreis oder den Spannungsabfall an einem Widerstand
bei intaktem und funktionierendem Stromkreis, was gewöhnlich sicherer
bzw. effektiver ist als die Verwendung des Amperemeters oder Ohmmeters.
Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Amperemeter
einen Stromkreis schließen
muß, um einen
Meßwert
zu erhalten, und für
das Ohmmeter die gesamte Stromkreisspannung entfernt und der Stromkreis
vollständig
abgetrennt werden muß.
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Ein
typisches Voltmeter kann unter gewissen Umständen zur Lokalisierung von
Fehlern, wie z. B. den oben beschriebenen, benutzt werden. Einfacher Anschluß und Einschalten
des Voltmeters sind jedoch unzureichend oder ungeeignet zur Lösung des Problems
und erfordern zeitraubende Arbeit, um zu einer unvollständigen Schlußfolgerung
zu gelangen. Für
beste Ergebnisse muß der
Stromkreis aktiv oder eingeschaltet sein, um Fehler nachzuweisen,
was erfordert, daß der
Stromkreis intakt und die Last installiert ist. Ferner kann die
Durchführung
dynamischer Schaltungsprüfungen
mit typischen Voltmeterzuleitungen unmöglich sein, wenn der Hersteller,
um das Auftreten von Korrosionsfehlern zu verhindern, absichtlich
Leitungen und Komponentenanschlüsse
so konstruiert, daß sie
nicht ohne Ausbau der Komponente von außen zugänglich sind.
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US-A-2432013
beschreibt die Funktionsweise von Elektrolysezellensystemen, die
an Gleichstrom betrieben werden, und besonders die Lokalisierung
von Masseschlüssen
in derartigen Systemen durch periodische Widerstandsmessung zwischen der
Elektrolysezelle, dem Gleichstromkreis und Masse sowie Messen der
Spannung an einem ausgewählten
Punkt zwischen dem Zellenstromkreis und Masse. Grad und Ort des
Leckstroms wird aus den Ergebnissen dieser periodischen Messungen
ermittelt.
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US-A-2785378
beschreibt ein elektrisches Meßsystem
zur Messung der Spannungs-Strom-Kennlinie
elektrischer Schaltungen oder Vorrichtungen.
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US-A-4777430
beschreibt eine Schaltung zur Messung des effektiven Serienwiderstands
und des Q-Faktors eines kapazitiven Bauelements, das einen Operationsverstärker aufweist,
an dessen Eingang eine Eingangswechselspannungsquelle angelegt wird.
Zwischen Eingang und Ausgang des Verstärkers wird eine Rückkopplungsschaltung
angeschlossen.
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Folglich
besteht ein Bedarf für
eine effektive und relativ kostengünstige Fehlersuche zur Erkennung
elektrisches Schaltungsfehler, die sowohl schlüssig ist als auch eine einfache
dynamische Prüfung
ermöglicht.
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Nach
einem Aspekt weisen Ausführungsformen
der Erfindung Schaltungsanordnungen zur dynamischen Prüfung einer
Schaltung unter Last auf. Die Schaltungsanordnung enthält eine
Prüflast,
die an eine Kopplung zwischen Eingänge eines Voltmeters angepaßt ist,
und einen Schalter, der so angepaßt ist, daß er Prüfleitungen des Voltmeters über die Prüflast kurzschließt.
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Ausführungsformen
der Erfindung weisen eine verbesserte Voltmeter-Prüflastschaltungsanordnung
mit einer Prüflast
auf, die an die Prüfleitung
eines Voltmeters angekoppelt oder davon abgekoppelt werden kann.
Die Ausführungsformen
können
benutzt werden, um zur Identifikation des Orts und der Art von Fehlern
beizutragen, wie z. B. Masseschlüssen,
Unterbrechungen und einem hochohmigen (d. h. korrosiven) Kurzschluß in einem
geprüften
Stromkreis. Aus Sicherheitsgründen
kann bei der verbesserten Voltmeter-Prüflastschaltungsanordnung eine Sicherung
oder ein Trennschalter vorgesehen werden. Die Schaltungsanordnung
kann in einem Voltmeter oder in den Prüfleitungen eines Voltmeters
untergebracht werden, oder Teile der Schaltungsanordnung können in
beiden untergebracht werden. Die Schaltungsanordnung kann systematisch
bei der Lokalisierung und Identifikation des Fehlers aus Spannungsmeßwerten
am Ort der ausgebauten Komponente oder einer durchgebrannten Sicherung
oder eines Trennschalters in der zu prüfenden Schaltung eingesetzt
werden. Meßwerte
von Spannungsabfällen
erhält
man an verschiedenen Punkten in der zu prüfenden Schaltung mit sowohl
angekoppelter als auch abgekoppelter (oder effektiv gekoppelter) Prüflast zwischen
den Prüfleitungen.
Während
der Prüfung
kann eine negative oder schwarze Prüfleitung zu einer günstig gelegenen
Maschinenerde verlegt werden, und die Prüfung kann wiederholt werden,
um die Lokalisierung des Fehlers zu bestätigen. Eine Änderung
des Meßwerts
kann darauf hinweisen, daß der
Fehler auf der Masseseite der zu prüfenden Schaltung liegt, während keine Änderung
darauf hinweisen kann, daß der
Fehler auf der positiven Seite der zu prüfenden Schaltung liegt. Herkömmliche
Prüfleitungen
können
verwendet werden, wenn die Lastschaltungsanordnung in das Voltmeter
eingebaut oder integriert ist, oder wenn die Lastschaltungsanordnung
eine getrennte Kopplung oder Verbindung zu den Voltmetereingängen aufweist.
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Im
Vergleich zu bestehenden Verfahren und Vorrichtungen bieten Ausführungsformen
der Erfindung die Fähigkeit,
aus Komponentenanschlüssen mit
nur zwei Voltmetermeßwerten
eine sichere und schlüssige
Entscheidung über
den Typ und allgemeinen Ort des elektrischen Fehlers zu treffen.
Zur Bestimmung der Fehlerart ist keine Zerlegung der Schaltung erforderlich,
und der Nutzer/Techniker ist in der Lage, die Verwendung von weniger
sicheren Meßgeräten als
dem Voltmeter zu vermeiden, um Widerstands- und Stromverteilung
zu quantifizieren.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden beim Durchlesen der nachstehenden
ausführlichen
Beschreibung und bei Durchsicht der Zeichnungen ersichtlich werden.
Dabei zeigen:
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1 ein
Schema einer verbesserten Voltmeter-Prüflastschaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform
einer Erfindung;
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2 die
Verwendung der Prüflastschaltungsanordnung
von 1 bei einer zu prüfenden Schaltung;
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2A ein
Schema einer verbesserten Voltmeter-Prüflastschaltungsanordnung nach
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung;
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2B ein
Schema der Prüflastschaltungsanordnung
nach einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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2C ein
Schema der Prüflastschaltungsanordnung
nach einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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3 die
Verwendung der Prüflastschaltungsanordnung
von 1 bei einer zu prüfenden Schaltung;
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4 ein
typisches Ablaufdiagramm eines Fehlersuchverfahrens nach einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung;
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5 die
Verwendung der Prüflastschaltungsanordnung
von 1 bei einer zu prüfenden Schaltung;
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6 die
Verwendung der Prüflastschaltungsanordnung
bei einer zu prüfenden
Schaltung;
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7 die
Verwendung der Prüflastschaltungsanordnung
von 1 bei einer zu prüfenden Schaltung;
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8 ein
typisches Ablaufdiagramm eines Fehlersuchverfahrens gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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9A und 9B die
Verwendung der Prüflastschaltungsanordnung
von 1 bei einer zu prüfenden Schaltung;
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10A und 10B die
Verwendung der Prüflastschaltungsanordnung
von 1 bei einer zu prüfenden Schaltung;
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11 ein
typisches Ablaufdiagramm eines Fehlersuchverfahrens gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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12A, 12B und 12C die Verwendung der Prüflastschaltungsanordnung bei
einer zu prüfenden
Schaltung;
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13A, 13B und 13C die Verwendung der Prüflastschaltungsanordnung bei
einer zu prüfenden
Schaltung; und
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14A und 14B ein
typisches Ablaufdiagramm eines Fehlersuchverfahrens gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
Erfindung läßt zwar
verschiedene Modifikationen in alternativen Formen zu, aber als
Beispiele sind typische Ausführungsformen
der Erfindung in den Zeichnungen dargestellt und hierin ausführlich beschrieben
worden. Es versteht sich jedoch, daß die hier gegebene Beschreibung
typischer Ausführungsformen
die Erfindung nicht auf die offenbarten besonderen Formen beschränken soll.
Die Erfindung soll im Gegenteil alle Modifikationen, Äquivalente
und Alternativen erfassen, die innerhalb des Umfangs der Erfindung
liegen, wie er in den beigefügten
Patentansprüchen
definiert wird.
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Nachstehend
werden Erläuterungsbeispiele der
Erfindung beschrieben. Im Interesse der Klarheit werden in dieser
Patentbeschreibung nicht alle Merkmale einer konkreten Implementierung
beschrieben. Man wird natürlich
einsehen, daß bei
der Entwicklung jeder derartigen konkreten Ausführungsform zahlreiche implementierungsspezifische
Entscheidungen getroffen werden müssen, um die besonderen Ziele des
Entwicklers zu erreichen, wie z. B. Übereinstimmung mit systembezogenen
und geschäftsbezogenen
Beschränkungen,
die von einer Implementierung zur anderen variieren. Außerdem wird
man erkennen, daß eine
solche Entwicklungsarbeit komplex und zeitraubend sein könnte, aber
für den
Durchschnittsfachmann, der die vorliegende Offenbarung nutzt, nichtsdestoweniger
Routinearbeit wäre.
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Das
Kirchoffsche Gesetz sagt aus, daß die Summe aller Spannungsabfälle in einem
Stromkreis gleich der angelegten Spannung sein muß. Da die meisten
Segmente oder Zweige von Systemstromkreisen nur eine Komponente
(d. h. eine Hauptlast) enthalten, kann im Betrieb angenommen werden, daß annähernd der
volle Systemspannungsabfall an der installierten Komponente auftritt
(z. B. einer Lampe, einem Widerstand, einem Motor und dergleichen).
Die Differenz zwischen der angelegten Spannung und dem Spannungsabfall
ist auf den wahrnehmbaren, aber vernachlässigbaren Spannungsabfall zurückzuführen, der
durch den normalen Stromkreiswiderstand verursacht wird. Daher ist
eine logische und brauchbare Einschätzung bei der Störungssuche,
daß, wenn
an der Komponente nicht annähernd
die volle Systemspannung abfällt,
ein zusätzlicher
Widerstand im Stromkreis vorhanden sein muß, der zu einem niedrigeren
als dem normalen oder zu keinem Stromfluß führt. Ausführungsformen der Erfindung
bieten vorteilhafterweise sichere, effektive und relativ schnelle
Verfahren und Vorrichtungen zur elektrischen Störungssuche, die systematisch
zur Identifikation und Lokalisierung dieser unerwarteten Spannungsabfälle und
Stromkreisunterbrechungen benutzt werden können.
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In
der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
werden alle Prüfungen
von Stromkreisen unter den folgenden allgemeinen Annahmen ausgeführt:
- (1) eine zu prüfende Schaltung ist eingeschaltet;
- (2) dynamische Prüfungen
werden vorteilhafterweise mit den ausgebauten relevanten Schaltungskomponenten
durchgeführt;
- (3) ein Digitalvoltmeter liefert drei typische Meßwerte:
(a) einen "Geistermeßwert" oder schwankenden
Meßwert,
der darauf schließen
läßt, daß die beiden
Voltmeterleitungen mit zwei Punkten im Stromkreis verbunden sind,
an denen kein Potential anliegt und die keinen Durchgang haben; (b)
einen echten Nullmeßwert
(0,00 Volt), der darauf hinweist, daß die beiden Voltmeterleitungen mit
zwei Punkten im Stromkreis verbunden sind, die Durchgang und gleiches
Potential aufweisen; und (c) einen Meßwert mit einer bestimmten
konstanten Spannung, die größer als
null ist und darauf schließen
läßt, daß die beiden
Voltmeterleitungen mit zwei Punkten im Stromkreis verbunden sind,
die Durchgang haben und ein ungleiches Potential aufweisen.
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1 zeigt
eine verbesserte Voltmeter-Prüflastschaltungsanordnung 100 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, die eine an jedes Digitalvoltmeter 108 anpassungsfähige Lastschaltung 105 aufweist.
Die verbesserte Voltmeter-Prüflastschaltungsanordnung 100 ist
mit einer "positiven" Eingangsprüfleitung 100A (z.
B. einer "roten" Prüfleitung)
und einer "negativen" Eingangsprüfleitung 100B (z.
B. einer "schwarzen" Prüfleitung)
verbunden. Die Lastschaltung 105 trägt zur Funktionalität des Voltmeters 108 bei,
indem sie einem Nutzer/Techniker ermöglicht, Typ und Ort eines Spannungsabfalls
zu erkennen, der durch einen Fehler in einer zu prüfenden Schaltung
(CUT) 110 verursacht wird. Die verbesserte Voltmeter-Prüflastschaltungsanordnung 100 kann
dazu beitragen, die Notwendigkeit zusätzlicher Tests oder einer Schaltungsmodifikation
zur Isolierung des Schaltungsfehlers zu vermindern oder zu beseitigen,
indem sie die Durchführung
dynamischer Schaltungsprüfungen
mit einer ausgebauten Schaltungskomponente der zu prüfenden Schaltung
(CUT) 110 ermöglicht.
Wie in 1 dargestellt, wird die Lastschaltung 105 an
die Leitungen 100A und 100B gekoppelt. Die Lastschaltung 105 weist
eine Prüflast 115 auf,
z. B. eine Last, einen Widerstand, eine ohmsche Last, eine nachgebildete bzw.
emulierte ohmsche Last und dergleichen mit bekanntem Widerstand,
die an die Leitungen 100A und 100B gekoppelt werden
kann. Weitere, nicht einschränkende
Möglichkeiten
für die
Prüflast
sind unter anderem Transistoren, Dioden, Widerstandsnetzwerke und
dergleichen, wie Massen- oder integrierte Schaltungen.
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Die
Prüflast 115 kann
irgendeine Komponente oder Schaltung sein, welche für die CUT 110 die gleiche
oder eine ähnliche
Last bietet wie die ausgebaute Komponente (d. h. sie erzeugt einen ähnlichen Spannungsabfall).
Der Widerstand oder ohmsche Lastwert der Prüflast 115 kann auf
nicht einschränkende
Weise durch Bildung eines Mittelwerts der Widerstands- oder ohmschen
Lastwerte von Komponenten bestimmt werden, die in Systemen vorhanden sind,
für welche
die verbesserte Voltmeter-Prüflastschaltungsanordnung 100 verwendet
wird. Dieser Wert wird sich in verschiedenen Ausführungsformen der
Erfindung ändern,
wie der Fachmann einsehen wird. Zum Beispiel könnte in einer anderen Ausführungsform
der Wert der gleiche sein wie bei der Komponente, die unter derartigen
Systemkomponenten den höchsten
ohmschen Lastwert aufweist. In einer weiteren Ausführungsform
sind die typischen ohmschen Lasten von Komponenten in einem gegebenen
System, das die zu prüfende
Schaltung (CUT) 110 enthält, bekannt, und der Nutzer/Techniker
kann den ohmschen Lastwert der Prüflast 115 an der Lastschaltung 105 oder
am Voltmeter 108 entsprechend von Hand einstellen oder
umschalten (oder eine automatische Einstellung des ohmschen Lastwerts
aktivieren). Durch Anwendung der Kenntnis des für die CUT 110 maximal
zulässigen
Stroms könnte
die Einstellung des Wertes der Prüflast 115 automatisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform
ist der ohmsche Lastwert der Prüflast 115 so
angepaßt,
daß an
der ausgebauten Komponente des CUT 110 ein äquivalenter
Spannungsabfall entsteht. Im allgemeinen ist die Prüflast 115 praktisch
eine künstliche
Last für
die aus der zu prüfenden
Schaltung (CUT) 110 ausgebaute Komponente. Die Lastschaltung 105 und die
Prüflast 115 erweitern
daher die Funktionalität des
Voltmeters 108.
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Die
Lastschaltung 105 enthält
außerdem
einen Schalter 130 (als "ETL"-Schalter
bezeichnet, der ein Drucktastenschalter oder ein anderer Schaltertyp sein
kann) und enthält
vorzugsweise aus Sicherheitsgründen
eine Sicherung oder einen Trennschalter 135 oder ein Äquivalent
(nachstehend einfach als Sicherung 135 bezeichnet). Die
Sicherung 135 begrenzt den maximalen Strom, der durch die
Prüflast 115 gezogen
werden kann, und stellt sicher, daß der maximale Strom während der
Prüfung
sicher unterhalb des Maximums bleibt, das für Schaltungen wie z. B. die
zu prüfende
Schaltung (CUT) 110 zulässig ist.
Der Nennstrom der Sicherung 135 hat einen für diesen
Zweck geeigneten Wert. Möglicherweise könnte der
Typ oder der Nennstrom der Sicherung 135 mit der Anwendung
auf die jeweilige CUT 110 variieren. Ein Schalter (nicht
dargestellt) könnte
vorgesehen werden, um den Nennstrom der Sicherung 135 auf
die jeweilige ohmsche Last der Prüflast 115 einzustellen
(z. B. durch Umschalten zwischen verschiedenen Sicherungen oder
Trennschaltern), um den maximalen Strom der CUT 110 aufzunehmen.
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Der
Schalter 130 und die Sicherung 135 können entweder
auf der Seite der positiven Prüfleitung 100A oder
auf der Seite der negativen Prüfleitung 100B der
Prüflast 110 angeordnet
sein. Für
die Lastschaltung 105 kann eine Vielzahl anderer Konfigurationen
ins Auge gefaßt
werden. Zum Beispiel könnte die
Lastschaltung 105 statt dessen in die Prüfleitungen 100A und 100B integriert
werden oder als Schaltungsanordnung zur Verwendung zusammen mit
herkömmlichen
oder anderen Prüflasten
resident in das Voltmeter 108 eingebaut werden, wie weiter
unten diskutiert wird. Herkömmliche
Prüflasten,
die zur Prüfung
der CUT 110 direkt an die CUT 110 gekoppelt werden
können,
können
gleichfalls zusammen mit der Lastschaltung 105 benutzt
(d. h. mit ihr gekoppelt) werden, wenn die Lastschaltung 105 eine
separate Kopplung oder Verbindung zu den Eingängen des Voltmeters 108 aufweist.
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Der
Widerstandswert der Prüflast 115 wird notwendigerweise
niedrig genug sein, um den Nachweis relativ kleiner Widerstandsfehler
zu ermöglichen,
und groß genug,
um den Strom durch die Prüflast 115 und
die CUT 110 auf einen Wert unterhalb (oder weit unterhalb)
des maximal zulässigen Systemstroms
durch die CUT 110 zu begrenzen. Im allgemeinen sollte der
für die
Prüflast 115 gewählte Wert
so nahe wie möglich
bei dem (den) mittleren Widerstandswert(en) einiger oder aller Lastkomponenten
liegen, die in der CUT 110 enthalten sein können. Als
nicht einschränkendes
Beispiel könnte
etwa die Prüflast
einen Wert haben, der so ausgelegt ist, daß sie mit einer 12-Volt-CUT
funktioniert, wie der CUT 110 mit ohmschen Komponenten,
die typischerweise zwischen etwa 5 Ω und 300 Ω liegen (oder den doppelten
Werten für
eine 24-Volt-CUT). Ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel ist, daß die Prüflast 115 für die Durchführung einer
dynamischen Prüfung erforderlich
sein kann, bei der sie eine Spulenlast von etwa 2000 Ω ersetzt.
Wie der Fachmann erkennen wird, sind in Abhängigkeit von Parametern oder
Eigenschaften der CUT 110 viele verschiedene Prüflastwerte 115 möglich.
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In
bestimmten Ausführungsformen
kann der Widerstands- oder ohmsche Lastwert der Prüflast 115 veränderlich
oder verstellbar sein (z. B. zwischen den obigen Werten). Dies kann
durch einen Regelwiderstand, ein Potentiometer oder einen Gesamtwiderstand
erreicht werden, der aus einer Folge von in Reihe oder parallel
geschalteten Widerständen
von bekanntem Widerstandswert ausgewählt wird, welche die Prüflast 115 bilden,
gleichgültig
ob sie in das Voltmeter 108 integriert sind oder nicht.
Wie der Fachmann erkennen wird, sind andere Konfigurationen möglich, die
eine veränderliche
ohmsche Last erzeugen. Diese anderen Konfigurationen sind im Umfang
und im Grundgedanken der vorliegenden Erfindung enthalten. Bei einigen
von diesen Ausführungsformen
kann der ohmsche Gesamtlastwert manuell durch einen Schalter (nicht
dargestellt) oder einen Schiebe- oder Drehkontakt oder dergleichen
(nicht dargestellt) an der Lastschaltung 105 oder am Voltmeter 108 eingestellt
werden (z. B. wenn die Schaltung 105 im Voltmeter 108 enthalten
wäre),
wie der Fachmann erkennen wird. In anderen von diesen Ausführungsformen
kann der ohmsche Lastwert an der Schaltung oder unter Steuerung
des Voltmeters automatisch reguliert und eingestellt werden (z.
B. wenn die Schaltung 105 im Voltmeter 108 enthalten wäre). Zum
Beispiel könnte
der Gesamtwiderstand eingestellt werden, indem man zunächst mit
der höchsten
möglichen
ohmschen Last beginnt und dann, wenn nötig, den Wert stufenweise verringert oder
herunterregelt (oder einstellt), bis man mit einer sicheren Stromstärke für die CUT 110 den
höchsten Spannungsmeßwert im
Anzeigebereich des Voltmeters 108 erhält, wobei das hierin beschriebene
Voltmeter 108 verwendet wird. In weiteren Ausführungsformen
kann der Wert der Prüflast
manuell, automatisch oder auf beide Arten eingestellt werden.
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Die
Prüflast 115 kann
umschaltbar in die CUT 110 eingekoppelt werden (d. h. zwischen
umschaltbaren Zuständen "ein- und ausgeschaltet" werden). Zum Beispiel
kann die Prüflast 115 typischerweise
nach dem Ausbau einer Komponente (nicht dargestellt) aus der CUT 110 über die
Leitungen 100A und 100B an die CUT 110 angekoppelt
werden, wie in 2 dargestellt. Der Kontakt kann
mit den Leitungen 100A bzw. 100B zu Anschlüssen 117A bzw. 117B der
CUT 110 hergestellt werden, die gewöhnlich mit der Komponente vor
ihrem Ausbau verbunden sind. Alternativ kann die Prüflast 115,
wie in 2A dargestellt, über herkömmliche
Leitungen 100A'' und 100B'' an die CUT 110 angekoppelt
werden (die Anschlüsse 117A und 117B sind
in 2A nicht dargestellt), wenn die Lastschaltung 105 in
das Voltmeter 108 eingebaut oder integriert ist. Die Leitungen 110A'' und 110B'' können z.
B. eine "positive" Leitung wie die
Leitung 100A bzw. eine "negative" Leitung wie die
Leitung 100B sein. In 2A ist
ein Voltmeter 108' gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung dargestellt, das die Schaltung 105 enthält. Das
Voltmeter 108' ist
dem Voltmeter 108 ähnlich, wobei
aber in der Voltmetereinheit die zusätzliche Funktionalität mit der
Schaltung 105 verfügbar
ist, wie hierin beschrieben.
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Bei "eingeschaltetem" (d. h. geschlossenem) Schalter 130 in
der Lastschaltung 105 schließt anstelle der Schaltungskomponente
der Schalter 130 die CUT 110 (im Sinne des Schließens eines
Stromkreises). Der Schalter 130 schließt die Leitungen 100A und 100B des
Voltmeters 108 kurz (oder er schließt die Leitungen 100A'' und 100B'' des
Voltmeters 108' kurz),
um die CUT 110 zu schließen und eine dynamische Prüfung der
CUT 110 unter Last durchzuführen. Die Prüflast 115 kann
elektrisch von den Leitungen 100A und 100B (oder
den Leitungen 100A'' und 100B'' des Voltmeters 108') und der CUT 110 entkoppelt
werden, indem der Schalter 130 "ausgeschaltet" (d. h. geöffnet) wird (siehe z. B. die 1, 2 und 2A).
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In
bestimmten Ausführungsformen
kann der Schalter 130 direkt in einer der Leitungen 100A oder 100B oder
im Leitungshandgriff einer dieser Leitungen angeordnet werden. Dies
ist in 2B als Leitung 100A' (z. B. als "positive" Leitung wie die
Leitung 100A) mit einem Leitungshandgriff 100C' dargestellt,
in dem der Schalter 130' (wie
der Schalter 130) angeordnet ist. In diesem Fall wird die
Leitung 100A' z.
B. eine dreiadrige Leitung sein, wobei eine Ader der gewöhnliche
Anschlußdraht
ist und die anderen beiden Adern den Schalter 130' an die Schaltung 105' (ebenso wie
an die übrige
Schaltung 105) koppeln, wie der Fachmann erkennen wird.
In diesem Fall ist der Schalter 130' leicht mit einem Finger oder Daumen
des Nutzers/Technikers zugänglich.
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Entsprechend
kann in bestimmten anderen Ausführungsformen,
wie z. B. in 2C dargestellt, die (z. B. dreiadrige)
Leitung 100A' zusammen
mit einem Voltmeter 108'' verwendet werden.
Das Voltmeter 108'' enthält die Lastschaltung 105'', die der Lastschaltung 105' ähnlich ist,
wobei aber die Lastschaltung 105'' in
das Voltmeter 108'' eingebaut ist,
ganz ähnlich
wie die Lastschaltung 105 in das Voltmeter 108' eingebaut ist.
Bei dem Voltmeter 108'' befindet sich
der Schalter 130' ebenso
wie oben im Leitungshandgriff 100C' der Leitung 100A', um leicht
zugänglich
zu sein. Außerdem
wird bei dem Voltmeter 108'' ebenso wie
bei dem Voltmeter 108' die
herkömmliche Leitung 100B'' verwendet.
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Wenn
der Schalter 130 in der Aus-Stellung steht und keine Fehler
in der CUT 110 vorhanden sind, dann wird bei dem Voltmeter 108 ein
Standardnennspannungsmeßwert
(z. B. die Systemspannung von einer Batterie des Stromkreises oder
einer anderen Stromquelle) erwartet, wie in 2 dargestellt. Wenn
der Schalter 130 eingeschaltet ist, wie in 3,
dann wird an der Last 115, welche die CUT 110 ohne
irgendeine Regulierung des Ortes oder der Einstellungen des Voltmeters 108 schließt, ein
Wert erwartet, der dem Standardnennspannungsmeßwert gleich oder annähernd gleich
(d. h. etwas niedriger) ist. Den Nennwert oder angenäherten Nennwert
des Spannungsabfalls erhält
man in der letzteren Situation aus der Reihenschaltung der Prüflast 115 und
des vernachlässigbaren,
unter Last geprüften
Stromkreiswiderstands. Diese Differenz zwischen einer statischen
Spannungsprüfung
und einer dynamischen Spannungsabfallprüfung ist eine der Hauptverbesserungen
der Ausführungsformen
der Erfindung gegenüber
bestehenden Schaltungsfehlersuchsystemen.
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Bei
der Funktion und der Analyse der Ergebnisse, die man bei der Prüfung der
CUT 110 auf Schaltungsfehler erhält, wird angenommen, daß die einzige
Last in der CUT 110 die Prüflast 115 ist, wie oben
diskutiert. Ein Spannungsabfall an der Prüflast 115, der weit
unter einem erwarteten Spannungsabfall liegt (z. B. weit oder erheblich
unter der erwarteten Systemspannung), läßt dann darauf schließen, daß irgendwo
in der CUT 110 ein unerwünschter hochohmiger Kurzschluß existiert.
Die typischen Fehlerarten, die mit Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung nachgewiesen werden, sind unter anderem Fehler auf Widerstandsbasis,
wie z. B. ein Masseschluß (Kurzschluß), ein
hoher Widerstand (z. B. infolge Korrosion), oder eine Stromkreisunterbrechung
(z. B. eine durchgebrannte Sicherung, Bruch eines elektrischen Leiters
und dergleichen). Eine Vielzahl anderer Fehlerarten können gleichfalls
nachweisbar sein. Die sorgfältige
Handhabung der Meßleitungen 100A und 100B (oder
der Leitungen 100A'/100B' oder der Leitungen 100A''/100B'',
wie oben beschrieben) auf vorgeschriebene Weise versetzt den Nutzer/Techniker
in die Lage, festzustellen, ob der Fehler in bezug auf die Masse
der CUT 110 "vor" (d. h. vor) oder "hinter" (d. h. nach) dem
Ort der ausgebauten Komponente in der CUT 110 liegt. Dies wird
weiter unten ausführlicher
diskutiert.
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Nachstehend
wird der Einfachheit halber eine Bezugnahme auf die Prüfleitungen 100A und 100B oder
das Voltmeter 108 oder die Lastschaltung 105 so
aufgefaßt,
daß sie
eine stillschweigende Bezugnahme auf die Prüfleitungen 100A', 100B', 100A'' und 100B'' und
ihre entsprechenden Voltmeter 108' und 108'' (und
die Lastschaltung 105' und 105'') einschließt. Zur Lokalisierung von Schaltungsfehlern kann
ein Ablaufdiagramm einen Nutzer/Techniker durch ein vorgeschriebenes
Fehlersuchverfahren führen,
das die einzuhaltenden Schritte und Details der Bedeutung der Ergebnisse
jedes Tests bereitstellt. Dadurch können die Fehlersuche vereinfacht und
die Fähigkeiten
jedes Voltmeters erweitert werden, indem die dynamische Prüfung von
Schaltungssystemen wie der CUT 110 unter Last ermöglicht wird,
wobei Spannungsbedingungen und Meßwerte ausschließlich zur
Identifikation und Lokalisierung des Fehlers benutzt werden, wie
z. B. Widerstands-, Kurzschluß-
oder Unterbrechungsfehlerprobleme. Die Verwendung der verbesserten
Voltmeter-Prüflastschaltungsanordnung 100 macht
in vielen Fällen
entweder ein Ohmmeter oder ein Amperemeter unnötig, um zu einem Abschluß der Fehlersuche zu
gelangen, indem statt dessen Spannungsmeßwerte zur Lokalisierung von
Widerstandsfehlern und zur Bestätigung
des Stromflusses benutzt werden.
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Ein
typisches Ablaufdiagramm eines solchen Prozesses oder Verfahrens
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist in 4 dargestellt. Unter gleichzeitiger
Bezugnahme auf 5 und unter der Annahme, daß ein Fehler
in der CUT 110 vorhanden ist, ermittelt der Nutzer/Techniker
im Block 200, ob die fehlerhafte Schaltung einen Masseschluß oder ein
Verdrahtungsproblem enthält,
indem er feststellt, ob eine durchgebrannte Sicherung oder ein offener Trennschalter
in der CUT 110 vorhanden ist. Ein solches Ereignis tritt
wahrscheinlich auf, wenn ein Masseschluß existiert. Die verbesserte
Voltmeter-Prüflastschaltungsanordnung 100 (z.
B. mit Verwendung der Prüfleitungen 100A und 100B)
kann, wenn die Komponente ausgebaut ist, vom Voltmeter 108 aus
installiert und im Block 210 an die Anschlüsse 119A und 119B angekoppelt
werden und ersetzt die Sicherung oder den Trennschalter in der verdächtigen
CUT 110. Die Gefahr eines weiteren Kurzschlusses oder Schadens
ist unwahrscheinlich wegen des Eingangswiderstands (oder der Eingangsimpedanz)
des Voltmeters 108, der typischerweise größer ist
als 50000 Ohm pro Volt (> 50
kΩ/V) (z.
B. wenn der Schalter 130 ausgeschaltet ist) und wegen der
Prüflast 115 und
der Sicherung 135, die mit den Leitungen gekoppelt sind
(z. B. den Leitungen 100A und 100B) (z. B. wenn
der Schalter 130 eingeschaltet ist).
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Wenn
der Schalter 130 ausgeschaltet und kein Kurzschluß vorhanden
ist, dann wäre
der Spannungsmeßwert
im Block 220 ein "Geistermeßwert". Der Grund dafür ist, daß kein geschlossener
Stromkreis vorhanden ist, da die Masse der CUT 110 wegen
des Ausbaus der Komponente entfernt worden ist. Wenn der Nutzer/Techniker
den Schalter 130 einschaltet, würde man wieder einen "Geistermeßwert" erhalten. Der "Geistermeßwert" ist auf die besonderen
Eigenschaften eines Digitalvoltmeters zurückzuführen. Ein derartiges Voltmeter
ist empfindlich genug, um zu floaten (d. h. um im Millivoltbereich
eine schwankende statische oder erdmagnetische Spannung mit den
Prüfleitungen
zu erfassen und anzuzeigen, z. B. wenn die Prüfleitungen 100A und 100B gegeneinander
isoliert sind). Eine gegenseitige Berührung der Prüfleitungen 100A und 100B würde natürlich eine
Anzeige von null Volt am Voltmeter 108 hervorrufen, da
die Potentialdifferenz zwischen den Prüfleitungen 100A und 100B verschwindet.
Diese Grundmeßwerte
können
für eine
richtig funktionierende Schaltung mit ausgebauter Komponente und anstelle
der Sicherung 135 angeschlossenen Prüfleitungen als "normal" angesehen werden.
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Wenn
jedoch ein Masseschluß vorhanden und
der Schalter 130 im Block 230 ausgeschaltet ist, dann
würde das
Voltmeter 108 wegen des Vorhandenseins eines unbeabsichtigten,
durch den Fehler verursachten Masseschlusses die Nennspannung des
Systems anzeigen. Wenn das Voltmeter 108 so eingestellt
ist, daß es
die an der durchgebrannten Sicherung oder an der Position des Trennschalters
der CUT 110 anliegende Spannung erfaßt, wie in 6 dargestellt,
wenn der Schalter 130 eingeschaltet ist und ein Kurzschluß existiert,
dann würde
im Block 240 das Voltmeter 108 annähernd die
Systemnennspannung oder eine etwas niedrigere Spannung anzeigen.
Ein Meßwert,
der wesentlich niedriger als die Systemnennspannung ist, läßt auf die
Gegenwart eines Kurzschlusses 121 mit leicht erhöhtem Widerstand
(z. B. durch Korrosion) schließen.
Zur Lokalisierung des Kurzschlusses 121 im Block 250 würde der
Nutzer/Techniker in der Position der unterbrochenen Sicherung oder
des Trennschalters der CUT 110 die Leitungen 100A und 100B installiert
lassen und beginnen, unter Anwendung normaler Abtrennverfahren,
d. h. Trennen von Verbindern, Schaltern, Anschlüssen und dergleichen) Schaltungssegmente von
Masse zu isolieren. Jedesmal, wenn ein Segment der CUT 110 abgetrennt
wird, würde
im Block 260 der Spannungsmeßwert entweder weitgehend konstant
bleiben (z. B. auf oder in der Nähe
der Systemnennspannung) oder sich zu einem "Geistermeßwert" ändern,
wie in 7 dargestellt. Der "Geistermeßwert" zeigt wiederum einen Masseverlust an
(in diesem Fall den Verlust der ungewollten Masse, die durch den
Masseschluß 121 verursacht
wird) und befähigt
den Nutzer/Techniker, das Segment oder den Abschnitt der zu prüfenden CUT 110 zu
identifizieren, der den Kurzschluß 121 enthält.
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Wenn
der Schaltungsfehler kein Masseschluß ist, (wie dadurch angezeigt
wird, daß die Stromkreissicherung
und der Trennschalter intakt bleiben), wird auf 8 Bezug
genommen. Bei Verwendung der Komponentenanschlüsse 117A und 117B der
CUT 110 als Bezugsnormal können durch eine Unterbrechung
oder einen unbeabsichtigten hohen Widerstand verursachte CUT-Fehler
nur in der Verdrahtung entweder auf der positiven Seite (d. h. vor)
oder auf der negativen Seite (d. h. hinter) den Komponentenanschlüssen 117A und 117B auftreten. Sobald
festgestellt worden ist (weiter unten im Block 300 diskutiert),
daß der
Fehler einer dieser beiden Typen ist (d. h. eine Unterbrechung oder
ein hoher Widerstand), wie oben beschrieben, wird der Nutzer/Techniker
die Anfangsprüfung
(weiter unten im Block 320 diskutiert) nach Verlegen der
negativen Leitung 100B zu einer geeigneten Maschinenerde wiederholen
(siehe die weiter unten diskutierten Blöcke 350 und 400 (11)).
Diese Maßnahme
hat den Effekt, daß der
Masseabschnitt der CUT 110 (zum Beispiel die Verdrahtung "hinter" dem Komponentenanschluß 117B)
ausgebaut wird, wodurch die Schaltung bis zu einem gewissen Grade
abgetrennt werden kann. Dies bietet ferner eine Gelegenheit zur Anwendung
eines Ausschlußverfahrens,
um den Fehler bezüglich
der Komponentenanschlüsse 117A und 117B zu
lokalisieren.
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Wenn
im Fall der Unterbrechung oder des hochohmigen Kurzschlusses der
anomale Meßwert (z.
B. ein Geistermeßwert
im Fall einer Unterbrechung, oder ein wesentlich niedrigerer als
der normale Meßwert
im Fall eines hochohmigen Kurzschlusses) bestehen bleibt, nachdem
die negative Leitung 100B zu einer Maschinenerde verlegt
worden ist, dann muß der
Fehler in der positiven Seite der CUT 110 liegen. Wenn
sich der Meßwert
unter den gleichen Umständen
zu einem "normalen" Meßwert ändert, dann
muß der
Fehler in der negativen Seite der CUT 110 liegen.
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Unter
den einen wie den anderen Umständen,
d. h. im Fall entweder einer Unterbrechung oder eines hochohmigen
Kurzschlusses, vergleicht der Nutzer/Techniker den erhaltenen Meßwert zunächst mit
dem Meßwert,
der nach dem Verlegen der Leitung 100B zu einer Maschinenerde
gewonnen wurde. Es ist diese erwartete Änderung des Meßwerts des
Voltmeters 108, die Ausführungsformen der Erfindung
von jedem anderen existierenden Gerät unterscheidet. Die Lastschaltung 105 simuliert
im wesentlichen die elektrische Auswirkung der CUT 110-Last
(d. h. der zu entfernenden Komponente) und ermöglicht dadurch eine Anzeige
des dynamischen Spannungsabfalls statt einfach einer statischen
Spannungsanzeige.
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Bei
nochmaliger genauerer Betrachtung von 8 wird ersichtlich,
daß der
Nutzer/Techniker im Block 300 die Prüfleitungen 100A und 100B des
Voltmeters 108 an die CUT 110 anschließt und die
normalerweise in der CUT 110 residente Komponente ersetzt.
Wenn im Block 310 die CUT 110 ein geschlossener
Stromkreis wäre
(d. h. ohne Kurzschlüsse
oder Unterbrechungen), würde
das Voltmeter 108 bei geöffnetem Schalter 130 die
Systemnennspannung anzeigen. Wenn die CUT 110 geschlossen
ist, wie durch die Gegenwart eines Systemnennspannungsmeßwerts angezeigt,
aktiviert der Nutzer/Techniker dann im Block 320 die verbesserte
Voltmeter-Prüflastschaltungsanordnung 100 durch
Schließen
des Schalters 130, um die Prüflast 115 einzukoppeln.
Wenn im Block 330 die Anzeige des Voltmeters 108 im
wesentlichen konstant auf der Systemnennspannung bleibt oder nur
leicht abfällt,
dann kann der Nutzer/Techniker annehmen, daß kein zusätzlicher unerwünschter
Widerstand in der CUT 110 existiert und die ausgebaute
Komponente selbst wahrscheinlich ausgefallen ist. Der Grund dafür ist, daß jeder zusätzliche
Widerstand (z. B. wenn keine Unterbrechung vorhanden wäre) in der
CUT 110 wegen des zusätzlichen
Spannungsabfalls gemäß dem Kirchhoffschen
Gesetz zu einem signifikanten Abfall der Anzeige des Voltmeters 108 führen würde. Wenn
andererseits im Block 340 die CUT 110 bei geöffnetem (oder
geschlossenem) Schalter 130 eine Unterbrechung 138 aufweist,
wie in den 9A und 9B dargestellt,
würde das
Voltmeter 108 einen Geistermeßwert anzeigen.
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Sobald
festgestellt worden ist, daß die
Schaltung wahrscheinlich wegen einer Unterbrechung oder eines hochohmigen
Kurzschlusses ausgefallen ist, kann der Nutzer/Techniker im Block 350 die
negative Eingangsprüfleitung 100B zum
Voltmeter 108 vom Komponentenanschluß 117B entfernen und
die Leitung 100B mit einer geeigneten Maschinenerde 140 verbinden
(siehe die 10A und 10B,
die den 9A bzw. 9B entsprechen).
Diese Maßnahme
hat den Effekt, daß der
Masseabschnitt der Schaltung aus der Prüfung entfernt wird, und ermöglicht die
Anwendung eines Ausschlußverfahrens
in der Prüfung,
um den Ort des Fehlers zu lokalisieren. Wenn im Block 360 die
Unterbrechung auf der Masseseite des Anschlusses 117B liegt
und der Schalter 130 geöffnet
ist (10A), dann wäre der Anzeigewert am Voltmeter 108 die
Systemnennspannung. Wenn der Schalter 130 statt dessen
geschlossen ist (nicht dargestellt), dann wäre der Anzeigewert annähernd gleich
oder etwas niedriger als die Systemnennspannung. Dies hilft dem
Nutzer/Techniker, zu erkennen, daß das Segment der CUT 110,
das die Unterbrechung 138 enthält, auf der Masseseite des Komponentenanschlusses 117B liegt.
Wenn jedoch der Anzeigewert wesentlich unter der Systemnennspannung
liegt (bei geöffnetem
Schalter 130), dann läßt dies
auf die Gegenwart eines hochohmigen Kurzschlusses, wie oben diskutiert,
bezüglich
des Anschlusses 117A auf der Seite der Batterie oder einer
anderen Stromquelle schließen.
Wenn andererseits im Block 370 die Unterbrechung bezüglich des Anschlusses 117A auf
der Seite der Batterie oder einer anderen Stromquelle läge, dann
würde der
Anzeigewert am Voltmeter 108 ein Geistermeßwert bleiben
(siehe die 10A und 10B).
Dies gilt ungeachtet dessen, ob die negative Eingangsleitung 100B an
den Anschluß 117B gekoppelt
bleibt oder mit der Maschinenerde 140 verbunden wird und
ob der Schalter 130 geschlossen oder geöffnet ist. Der Nutzer/Techniker
würde dann
im Block 380 die oben im Block 320 unter Bezugnahme
auf 10A beschriebene Prüfung wiederholen
und darauf angewiesen sein, daß das
Verschwinden des Geistermeßwerts
und das Erscheinen des Systemnennspannungs-Anzeigewerts dem Nutzer/Techniker
hilft, das Segment der CUT 110 mit der Unterbrechung 138 zu identifizieren.
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Im
Fall der Prüfung
entweder auf einen hochohmigen Kurzschluß oder eine Unterbrechung sind beide
Prüfungen
funktionell identisch. Der Unterschied in der Schlußfolgerung
basiert auf den Anzeigewerten des Meßgeräts, die aus jedem ungewöhnlichen
Zustand resultieren.
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Es
wird auf 11 Bezug genommen, die vom Block 330 in 8 fortfahren
kann, wobei die Prüfleitungen 100A und 100B mit
den Anschlüssen 117A und 117B verbunden
sind. Wenn im Block 400 der Anzeigewert des Voltmeters 108 bei
geöffnetem Schalter 130 signifikant
unter die Systemnennspannung abfällt
(oder bei geschlossenem Schalter 130 signifikant unter
einen Wert abfällt,
welcher der Systemnennspannung annähernd gleich oder etwas niedriger
ist), dann wäre
die einzige Ursache ein zusätzlicher
hochohmiger Kurzschluß in
der CUT 110. Die 12A und 12B zeigen die Situation bei geöffnetem
Schalter 130 und einem hochohmigen Kurzschluß 145,
der bezüglich
der Komponentenanschlüsse 117A bzw. 117B auf
der Masseseite bzw. auf der Seite der Batterie oder einer anderen
Stromquelle liegt. In beiden Situationen würde im Block 410 das
Voltmeter 108 die Systemnennspannung anzeigen, vorausgesetzt,
daß in
der CUT 110 kein Strom fließt und das Meßgerät empfindlich
genug ist, um trotz eines erheblichen Widerstands eine volle Anzeige
der Systemspannung zu ermöglichen.
Die 12B bzw. 13B zeigen
die zu den 12A bzw. 13A analogen
Situationen bei geschlossenem Schalter 130. Bei geschlossenem
Schalter 130 würde
das Voltmeter 108 im Block 420 einen niedrigen
Wert anzeigen, da der Anzeigewert des Spannungsabfalls an der Prüflast 115 ein
spannungsgeteilter Wert und nur ein Teil des vollen Spannungsabfalls
der Schaltung ist. Dieser niedrige Wert ist kleiner als der vorherige,
der als annähernd
gleich oder etwas niedriger als die Systemnennspannung bezeichnet
wurde. Der Nutzer/Techniker würde
dann im Block 430 die negative Eingangsprüfleitung 100B wie zuvor
vom Komponentenanschluß 117B entfernen und
sie an die geeignete Maschinenerde 140 anschließen. Der
Nutzer/Techniker würde
dann im Block 440 die gleichen Beobachtungen machen wie oben
für den
Block 420 (12C und 13C). Wenn
bei geschlossenem (oder geöffnetem)
Schalter 130 im Block 450 der Anzeigewert des
Voltmeters 108 auf oder annähernd auf die Systemnennspannung
ansteigt oder etwas niedriger ist, dann liegt der hochohmige Kurzschluß auf der
Masseseite der CUT 110, hinter dem Komponentenanschluß 117B,
wie in 12C dargestellt. Wenn andererseits
der Anzeigewert im Block 460 bei geschlossenem Schalter 130 im
wesentlichen konstant bleibt, dann liegt der hochohmige Kurzschluß auf der
Seite der Batterie oder der anderen Stromquelle der CUT 110 vorn
oder vor dem Komponentenanschluß 117A,
wie in 13C dargestellt. Wenn daher
der Nutzer/Techniker während
der Sichtprüfung
und Prüfung
von Verbindern, Anschlüssen
und dergleichen der CUT 110 die Prüfleitungen 100A und 100B angeschlossen
läßt, dann
würde bei
einem Anstieg des Anzeigewerts des Voltmeters 108 auf einen
normalen Anzeigewert (z. B. auf oder annähernd auf die Systemnennspannung oder
einen etwas niedrigeren Wert) der hochohmige Kurzschluß überbrückt oder
korrigiert werden. Dies kann dem Nutzer/Techniker bei der Lokalisierung
und Identifikation des Segments der CUT 110 helfen, das den
hochohmigen Kurzschluß aufweist.
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Die 14A und 14B sind
ein vereinfachtes Ablaufdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zur Fehlersuche in einer zu prüfenden Schaltung (CUT), wie
z. B. der CUT 110. Die 14A und 14B fassen in einem einfachen und systematischen
Verfahren die oben ausführlicher
dargestellten Verfahren zusammen, kombinieren und vereinigen sie.
Im Block 500 stellt der Nutzer/Techniker fest, ob die Sicherung
durchgebrannt oder der Trennschalter geöffnet ist oder nicht (d. h.
die Sicherung oder der Trennschalter in der CUT). Wenn die Sicherung
durchgebrannt oder der Trennschalter geöffnet ist, dann wird angenommen, daß die CUT
einen Masseschluß aufweist.
Wenn andererseits die Sicherung nicht durchgebrannt bzw. der Trennschalter
nicht geöffnet
ist, dann wird angenommen, daß der
Fehler entweder auf eine Unterbrechung oder auf einen hochohmigen
Kurzschluß zurückzuführen ist.
Wenn die Sicherung durchgebrannt oder der Trennschalter geöffnet ist,
schaltet der Nutzer/Techniker im Block 510 den Hauptschalter
der Batterie (in den Zeichnungen nicht dargestellt) und den Ein/Aus-Schalter
der CUT aus (siehe z. B. 5 wegen der Kennzeichnung des
Ein/Aus-Schalters der CUT) und tauscht die Sicherung gegen eine
andere mit dem richtigen Nennstrom aus. Im Block 520 schaltet
der Nutzer/Techniker den Batteriehauptschalter (falls vorhanden)
ein. Im Block 530 stellt der Nutzer/Techniker nochmals
fest, ob die Sicherung durchbrennt oder der Trennschalter ausschaltet. Wenn
im Block 540 die Sicherung durchbrennt oder der Trennschalter
ausschaltet, zeigt dies an, daß der Masseschluß vorn (vor)
dem Ein/Aus-Schalter der CUT liegt. Der Nutzer/Techniker installiert
dann im Block 790 die Prüfleitungen (zum Beispiel die
Leitungen 100A und 100B) in der CUT anstelle der
Sicherung oder des Trennschalters (zum Beispiel an den Anschlüssen 119A und 119B)
und prüft
nach, ob das Voltmeter (zum Beispiel das Voltmeter 108)
die Systemnennspannung anzeigt. Der Nutzer/Techniker sollte die
gesamte Verdrahtung in dem Teil der Schaltung prüfen, der die Sicherung oder
die Batterie mit dem Ein/Aus-Schalter
der CUT verbindet. Die Fehlerkorrektur wird bestätigt, wenn das Voltmeter einen Geistermeßwert anzeigt.
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Wenn
andererseits wieder im Block 530 die Sicherung nicht durchgebrannt
bzw. der Trennschalter nicht ausgeschaltet ist, dann schaltet der
Nutzer/Techniker im Block 550 den CUT-Ein/Aus-Schalter
ein. Der Nutzer/Techniker stellt dann im Block 560 fest,
ob die Sicherung durchbrennt oder der Trennschalter ausschaltet.
Wenn die Sicherung durchbrennt oder der Trennschalter ausschaltet,
dann liegt im Block 570 der Masseschluß hinter (nach) dem CUT-Schalter.
Dann installiert der Nutzer/Techniker im Block 800 die
Prüfleitungen
in der CUT anstelle der Sicherung oder des Trennschalters (zum Beispiel an
den Anschlüssen 119A und 119B)
und prüft
nach, ob das Voltmeter die Systemnennspannung anzeigt. Der Nutzer/Techniker
sollte die gesamte Verdrahtung in dem Teil der CUT prüfen, der
den CUT-Schalter mit der Komponente verbindet. Die Fehlerkorrektur
wird bestätigt,
wenn das Voltmeter einen Geistermeßwert anzeigt. Wenn im Block 560 die
Sicherung nicht durchgebrannt oder statt dessen der Trennschalter nicht
ausgeschaltet ist, dann ist der Masseschluß im Block 580 intermittierend.
Im Block 810 erfordert ein intermittierender Kurzschluß, daß der Nutzer/Techniker
versucht, festzustellen, wann der Kurzschluß auftritt – entweder vor oder nach dem
Schließen
des CUT-Schalters – und
dann das entsprechende, oben in den Blöcken 790 oder 800 beschriebene
geeignete Verfahren anwendet.
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Wenn
wieder im Block 500 die Sicherung nicht durchgebrannt bzw.
statt dessen der Trennschalter nicht ausgeschaltet ist, dann entfernt
im Block 590 der Nutzer/Techniker die Komponente in der
betroffenen CUT (z. B. Glühlampe,
Magnetspule, Relaisspule, Hupe und dergleichen) und schaltet die CUT
ein. Im Block 600 prüft
der Nutzer/Techniker, ob das Voltmeter die richtige Voltmeterspannungseinstellung
(Ws oder Gs) aufweist, und ob das Voltmeter auf den Automatik-Bereich
(bevorzugt) oder den richtigen Meßbereich eingestellt ist. Der
Nutzer/Techniker koppelt anstelle der Komponente die verbesserten
Prüfleitungen
in die CUT ein (zum Beispiel an den Anschlüssen 117A und 117B)
und prüft,
ob die Polarität
richtig ist (zum Beispiel rote Leitung an (+) und schwarze Leitung
an (–)).
Die Polarität
ist wichtig, und wenn der Nutzer/Techniker das Minuszeichen (–) an der
Vorderseite des Voltmeters sieht, werden die Leitungen rückwärts angeschlossen.
Im Block 610 bestimmt der Nutzer/Techniker dann den Anzeigewert am
Voltmeter. Wenn im Block 620 das Voltmeter echte Nullspannung
(0,00 V) anzeigt, dann wird im Block 650 auf einen wahrscheinlichen
Masseschluß in
Verbindung mit einer Unterbrechung geschlossen. Wenn im Block 820 das
Voltmeter echte Nullspannung anzeigt, dann kann die einzige Ursache
ein gegenseitiger Kontakt zwischen den Leitungen über die
CUT und/oder Masse sein. Dieser Zustand zeigt an, da die CUT zwischen
dem Schalter und der Komponente getrennt (d. h. unterbrochen) ist
und der mit der Komponente verbundene Leiter Massekontakt hat. Die Fehlerkorrektur
wird dadurch bestätigt,
daß das
Voltmeter eine Nennspannung anzeigt.
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Zurück zu Block 610:
wenn das Voltmeter im Block 640 einen Geistermeßwert anzeigt,
dann wird im Block 670 auf eine Unterbrechung der CUT geschlossen.
Der Nutzer/Techniker verlegt dann im Block 830 die schwarze
Leitung (z. B. 100B) zu einer Maschinenerde und liest das
Voltmeter erneut ab. Wenn sich die Anzeige zu einem Nennspannungswert ändert, dann
liegt der Fehler auf der Masseseite. Wenn der Voltmeteranzeigewert
ein Geistermeßwert bleibt,
dann liegt der Fehler im positiven Abschnitt der CUT. Im einen wie
im anderen Fall sollte der Nutzer/Techniker die entsprechende Verdrahtung
auf schadhafte oder unterbrochene Verbindungen oder auf einen unterbrochenen
oder auf andere Weise getrennten Leiter prüfen.
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Nochmals
zurück
zum Block 610: wenn der Anzeigewert im Block 630 gleich
oder annähernd gleich
der Systemnennspannung ist, dann wird im Block 660 geschlossen,
daß entweder
die CUT korrodiert oder die Komponente schadhaft ist. Der Nutzer/Techniker
aktiviert (d. h. schließt
oder betätigt) dann
im Block 680 (siehe 14B über das
Schildchen A vom Block 660 in 14A)
den (ETL-)-Schalter 130 in den Leitungen 100A und 100B,
um die Prüflast 115 in
die CUT einzuschalten. Im Block 690 bestimmt der Nutzer/Techniker
den Voltmeteranzeigewert. Wenn das Voltmeter im Block 770 einen
Wert anzeigt, der gleich oder annähernd gleich der Systemnennspannung
ist, dann wird im Block 780 geschlossen, daß die Komponente
ausgefallen ist. Wenn dieser Punkt erreicht ist, wird im Block 860 angezeigt,
daß keine
ablesbaren Fehler bzw. kein unerwarteter Widerstand in der CUT vorhanden
sind, die zu einem zusätzlichen
Spannungsabfall führen,
und der Nutzer/Techniker sollte die Komponente prüfen, indem
er sie an eine unabhängige
Stromquelle anschließt,
um zu sehen, ob sie sich aktivieren läßt oder ausgefallen ist.
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Zurück zu Block 690:
wenn andererseits das Voltmeter im Block 700 einen Wert
anzeigt, der erheblich unter der Systemspannung liegt (z. B. um mehr
als 0,5 Volt unter der Systemspannung), dann trennt der Nutzer/Techniker
im Block 710 die schwarze (–) Leitung vom Komponentenanschluß, legt
sie an eine geeignete Maschinenerde und aktiviert den Schalter 130 in
der verbesserten Voltmeter-Prüflastschaltungsanordnung 100.
Der Nutzer/Techniker ermittelt dann im Block 720 einen
Voltmeteranzeigewert. Wenn im Block 730 der Anzeigewert
wieder erheblich unter der Systemspannung liegt (z. B. um mehr als
0,5 Volt unter der Systemspannung), dann wird im Block 740 geschlossen,
daß auf
der positiven Seite der CUT ein erhöhter Widerstand vorhanden ist,
höchstwahrscheinlich
verursacht durch Korrosion. Im Block 840 sollte der Nutzer/Techniker
dann alle Leiter, Verbinder und Schalter, Sicherungsanschlüsse und
andere CUT-Komponenten in dem Leiter prüfen, der die Sicherung mit
der Komponente verbindet. Auch geringe Rost- oder andere Korrosionsgrade
können
dazu führen,
daß die
CUT nicht funktioniert.
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Zurück zu Block 720:
wenn andererseits das Voltmeter im Block 750 einen Wert
anzeigt, der gleich oder annähernd
gleich der Systemnennspannung ist (d. h. Änderung von niedrig bis zum
Nennwert), dann wird im Block 760 geschlossen, daß auf der
negativen oder Masseseite der CUT Korrosion (hoher Widerstand) vorhanden
ist. Im Block 850 sollte der Nutzer/Techniker alle Leiter,
Verbinder, Schalter und anderen Schaltungskomponenten in dem Leiter,
der die Komponente mit Masse verbindet, auf Rost oder Korrosion
prüfen.
Auch geringe Rost- oder Korrosionsgrade können dazu führen, daß die CUT nicht funktioniert.
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Folglich
bieten die 14A und 14B dem
Nutzer/Techniker ein durchführbares
und systematisches Verfahren zur Ermittlung von Typ und Ort häufiger Schaltungsfehler
in elektrischen Systemen. Weitere Modifikationen dieser Verfahren
werden in Betracht gezogen, die im Grundgedanken und Umfang der
Erfindung enthalten sind.
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Die
oben offenbarten besonderen Ausführungsformen
dienen nur zur Erläuterung,
da die Erfindung auf verschiedene, aber äquivalente, Arten modifiziert
und praktisch ausgeführt
werden kann, die für den
Fachmann, der Nutzen aus den hier gegebenen Lehren zieht, offensichtlich
sind. Ferner sind keine anderen Beschränkungen der hierin dargestellten Details
der Konstruktion oder Auslegung beabsichtigt, als in den nachstehenden
Ansprüchen
beschrieben. Es ist daher offensichtlich, daß die oben offenbarten besonderen
Ausführungsformen
geändert oder
modifiziert werden könnten
und daß alle
derartigen Veränderungen
als im Umfang und Grundgedanken der Erfindung enthalten angesehen
werden. Dementsprechend entspricht der hierin angestrebte Schutz
der Darlegung in den nachstehenden Ansprüchen.