WO2010000247A2

WO2010000247A2 - Verfahren und vorrichtung zur messung der temperatur in einer leitung oder einem leitungsbündel und mit einer solchen vorrichtung ausgerüstetes fahrzeug

Info

Publication number: WO2010000247A2
Application number: PCT/DE2009/000931
Authority: WO
Inventors: Ludwig Brabetz; Mohammed Ayeb
Original assignee: Universität Kassel
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2010-01-07
Also published as: WO2010000247A3; DE102008030730B4; DE102008030730A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur an vorgewählten Orten einer Leitung oder eines Leitungsbündels sowie ein mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstetes Fahrzeug beschrieben. Erfindungsgemäß erfolgt die Temperaturmessung mit Hilfe einer geeichten, von einem Messstrom durchflossenen Messleitung (3), die eine Vielzahl von der Potentialmessung dienenden Abgriffen (6a bis 6h) aufweist. Die Messleitung (3) kann in oder an der Leitung oder dem Leitungsbündel angeordnet sein, und die Auswertung kann erfindungsgemäß derart vorgenommen werden, dass sich keine durch die Eigenerwärmung der Messleitung (3) verursachten Messfehler ergeben.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Temperatur in einer Leitung oder einem Leitungsbündel und mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstetes Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Fahrzeug nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 6 und 12.

Zur Messung der Temperatur an oder in elektrischen Leitungen oder aus mehreren Leitungen zusammengesetzten Leitungsbündeln sind bereits zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Diese unterscheiden sich zum einen durch die Art der Temperaturmessung und zum anderen durch das erwünschte Messergebnis.

Bekannt ist beispielsweise die Messung der Temperatur in den Wicklungen von eiek- trischen Maschinen. Da es hier in der Regel nur auf die Erfassung von Mittelwerten der über die ganze Wicklungslänge auftretenden Temperaturänderungen ankommt, erfolgt die Temperaturmessung überwiegend einfach dadurch, dass der elektrische Widerstand wenigstens einer Wicklung mit Hilfe von mehr oder weniger aufwendigen Messeinrichtungen überwacht und eine etwaige Widerstandsänderung als Maß für eine Temperatur- änderung benutzt wird (z. B. EP 0 584 615 Al, DE 101 19 201 Al, US 4 083 001).

Handelt es sich um Leitungen und Leitungsbündel in Form von Hochspannungs- oder Starkstromkabeln, dann können mittlere Temperaturänderungen auch dadurch erfasst werden, dass parallel zu diesen Kabeln Hilfsdrähte verlegt und die Änderungen von deren Widerstandswerten mit Hilfe von Brückenschaltungen od. dgl. gemessen werden (z. B. DE 569 516, DE 604 424, DE 667 087). Alternativ dazu ist es auch bekannt, parallel zu den Kabeln mit Gasen oder Flüssigkeiten gefüllte Hohldrähte zu verlegen und die sich in diesen ergebenden Druck- oder Volumenänderungen als Maß für Temperaturänderungen zu verwenden.

In den meisten Fällen ist es jedoch erwünscht, auch solche Temperaturen zu ermitteln, die sich an unterschiedlichen, in Längsrichtung der Leitungen oder Leitungsbündeln be- abstandeten Orten ergeben, um z. B. den genauen Ort festzustellen, an dem eine unzulässige Temperaturänderung stattfindet. Auch für derartige Messungen sind zahlreiche unter- schiedliche Verfahren und Vorrichtungen bekannt.

Bekannt ist es vor allem, die Kabel oder deren Isolierungen mit in Längsrichtung be- abstandeten Temperaturfühlern, z. B. Thermoelementen, zu versehen und die von diesen erhaltenen Messsignale über Leitungen oder per Funk an eine Auswertestation zu übertragen (z. B. CH 150 426, DE 38 37 159 Cl). Eine ähnliche Methode sieht vor, in ein Leitungsbündel zwei Leitungen aus unterschiedlichen Metallwerkstoffen zu integrieren und die blanken Enden dieser Leitungen zu verbinden, um dadurch ein Thermoelement zu schaffen (DE 197 28 063 Al). Weiterhin sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die Messleitungen, in welche HF-Impulse od. dgl. eingespeist werden, und Mittel zur Erfassung und Auswertung von Antwortsignalen aufweisen, die an Reflexionszonen innerhalb der Messleitungen reflektiert werden, wobei sich diese Reflexionszonen z. B. in Abhängigkeit vom jeweiligen Temperaturverhalten an unterschiedlichen Orten ausbilden können (z. B. DE-PS 10 38 140, DE 28 52 674 Al). Ein ganz ähnliches Verfahren wird auch angewendet, um in Flugzeugen den Temperaturverlauf , von Versorgungsrohren für Heißluft zu überwachen (z. B. DE 103 60 485 B4). Schließlich kann eine Ortsbestimmung alternativ auch dadurch erfolgen, dass parallel zu den Leitungen bzw. Leitungsbündeln Messdrahtschleifen unterschiedlicher Länge verlegt und deren bei Temperaturänderungen auftretende Widerstandsänderungen gemessen werden.

Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen sind vergleichsweise aufwendig und mit zahlreichen Mängeln behaftet. In der Fahrzeugtechnik ist es beispielsweise, erwünscht, elektrische Bordnetze, über die Signale und Energie übertragen werden können (z. B. DE 199 30 014 Al), im Hinblick auf die Temperaturen zu untersuchen, die sich in den Leitungen selbst oder am äußeren Umfang eines Leitungsbündels in Abhängigkeit von den diese durchfließenden Strömen, der Zeit, den jeweiligen Betriebszuständen, in denen sich das Fahrzeug befindet, sowie den äußeren klimatischen Verhältnissen ergeben. Ein Ziel derartiger Messungen kann es beispielsweise sein, die Dimensionierung der Leitungsquerschnitte und der diese umgebenden Isoliermaterialien und damit das gesamte Bordnetz zu optimieren, da ohne derartige Messungen die Bordnetze meistens viel zu stark dimensioniert werden, und zwar sowohl für den regulären Betrieb als auch um im Fall eines Kurzschlusses Schäden bis hin zu Kabelbränden mit Sicherheit auszuschließen. Für derartige Messungen ist es allerdings nicht ausreichend, die Temperaturverhältnisse an wenigen Orten längs des Bordnetzes zu untersuchen. Da in einem Fahrzeug unabhängig davon, ob es sich um ein Land-, Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeug handelt, aufgrund der meistens der sehr beengten räumlichen Verhältnisse viele unterschiedliche Temperaturen auftreten können, ist es vielmehr erforderlich und erwünscht, die Temperaturmessungen in engen Abständen von z. B. ca. 20 cm vorzunehmen. Hierzu sind die oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen mit einem zu großen technischen Aufwand verbunden und daher weitgehend ungeeignet. Außerdem bringt die Anwendung von Temperaturfühlern wie z. B. PT 100-, PCT-, NCT- oder Thermoelementen, Schwingquarzen, Halbleitern oder pyroelektrischen Elementen, deren Widerstände oder andere elektrischen Eigenschaften sich mit der Temperatur ändern, das Problem mit sich, dass sich die Temperaturfühler für eine exakte Temperaturmessung im thermischen Gleichgewicht mit dem Messobjekt befinden müsen. Dadurch ergeben sich für eine exakte Messung die Nachteile eines zeitabhängigen Temperaturverhaltens, einer Beeinflussung des Messobjekts durch die thermische Ankopp- lung und die Wärmekapazität des Temperaturfühlers sowie des Auftretens von Fehlern aufgrund der thermischen Kopplung zur übrigen Umgebung, insbesondere im Falle von Messobjekten wie kurzen Leitungsabschnitten mit vergleichsweise kleinen Wärmekapazitäten. Die genannten Probleme ließen sich zwar zumindest teilweise mit Hilfe von berührungslos arbeitenden, z. B. die Wärmestrahlung messenden Temperaturfühlern vermeiden, doch können diese nicht an allen Stellen eines Leiters und insbesondere nicht im Inneren eines Leitungsbündels angebracht werden, insbesondere wenn zusätzlich eine bildgebende Zuordnung zu den Messobjekten erwünscht ist.

Ausgehend davon besteht das technische Problem der Erfindung darin, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstetes Fahrzeug der eingangs bezeichneten Gattungen zu schaffen, mittels derer mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand eine präzise und schnelle Temperaturmessung an zahlreichen Orten längs einer Leitung oder eines Leitungsbündels möglich ist.

Gelöst wird dieses Problem mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 6 und 12.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine gesonderte Messleitung, die zusätzlich zu den dem. Betrieb, d. h. der Übertragung von Signalen, Energie oder Medien dienenden Leitungen vorhanden ist, mit einer Vielzahl von in ihrer Längsrichtung beabstandeten und - A -

zwischen diesen angeordneten Teilstücken Abgriffen zu versehen, jedes Teilstück dieser Messleitung dann im Hinblick auf die sich bei unterschiedlichen Temperaturen und/oder elektrischen Strömen an den Abgriffen ergebenden Potentiale bzw. daraus errechenbaren Widerstände zu eichen und die Messleitung dann in oder an der Leitung oder dem Leitungsbündel anzuordnen, worauf die Messungen dadurch bewirkt werden können, dass ein vorgewählter Messstrom durch die Messleitung geleitet und die an den Abgriffen entstehenden Potentiale gemessen und ausgewertet werden. Die Messleitung wird dadurch selbst zum Temperaturfühler, wodurch Fehler durch eine thermische Ankopplung vermieden werden können und Messungen unter realen Umgebungsbedingungen möglich sind. Von den in der Messleitung erhaltenen Verhältnissen kann daher unmittelbar auf entsprechende Temperaturverläufe an den von den Abgriffen definierten Orten in einer zugeordneten Leitung oder einem Leitungsbündel geschlossen werden, insbesondere wenn die Messleitung thermische und elektrische Eigenschaften besitzt, die auf die zu untersuchenden Leitungen übertragbar sind, d. h. den thermischen und elektrischen Eigen- schaffen dieser Leitungen möglichst nahe kommen oder diesen entsprechen. Außerdem kann nicht nur die beschriebene Temperaturmessung durchgeführt, sondern auch die Temperatur der Leitung unter Strom über die Zeit ermittelt werden. Letzteres ist eine wichtige Information für die Optimierung und Validierung und kann durch bekannte Messverfahren nicht oder zumindest nicht in Echtzeit gewonnen werden.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Bordnetz für ein Fahrzeug am Beispiel eines Personenkraftwagens, wobei mit einer punktierten Linie eine erfindungsgemäße Messleitung angedeutet ist;

Fig. 2 schematisch und in einer stark vergrößerten, perspektivischen Darstellung kurze Abschnitte einiger Leitungen eines Leitungsbündels des Bordnetzes nach Fig. 1 mit zwei im bzw. am Leitungsbündel angeordneten Abschnitten einer erfindungsgemäßen Messleitung; Fig. 3 schematisch eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht allein der erfindungsgemäßen Messleitung nach Fig. 1 sowie mit dieser verbundenen Teilen einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung;

Fig. 4 in einer vergrößerten Darstellung Einzelheiten der Messeinrichtung nach Fig. 3; und

Fig. 5 bis 10 anhand grafischer Darstellungen erfindungsgemäß durchführbare Eich- und Messschritte.

Fig. 1 zeigt schematisch die äußere Kontur eines hier als Personenkraftwagen angenommenen Fahrzeugs 1 in der Draufsicht. Ein innerhalb dieser Kontur verlegtes, elektrisches Bordnetz ist durch dicke schwarze Linien angedeutet, die wenigstens ein Leitungsbündel 2 des Bordnetzes bilden. Das Leitungsbündel 2 ist einerseits an einer zweckmäßigen Stelle mit einer im Fahrzeug installierten, nicht dargestellten Energiequelle, z. B. einem Generator oder einer Batterie, verbunden und andererseits an verschiedene Lasten in Form von elektrischen Verbrauchern angeschlossen (vgl. z. B. DE 199 30 014 Al oder DE 10 2005 005 236 B4). Einzelne Leitungen 2a (Fig. 2) des Leitungsbündels 2 können dazu dienen, die Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen und Steuer- oder Informations- Signale zwischen verschiedenen Baugruppen zu übertragen. Insbesondere können die

Verbraucher z. B. aus Beleuchtungsanlagen, Elektromotoren, Öffnungs- und Verriegelungsmechanismen, Radio- und Lautsprecheranlagen, Bordcomputern od. dgl. bestehen. Die Querschnitte der einzelnen Leitungen 2a können in Abhängigkeit von deren Funktion unterschiedlich groß sein, wie in Fig. 2 beispielhaft dargestellt ist.

Erfindungsgemäß enthält das Leitungsbündel 2, wie in Fig. 1 durch eine punktiert dargestellte Linie schematisch angedeutet ist, zusätzlich wenigstens eine Messleitung 3 aus einem elektrisch gut leitenden Material, das vorzugsweise thermische und elektrische Eigenschaften aufweist, die mit denen der Leitungen 2a vergleichbar oder identisch sind, und im Fall eines Personenkraftwagens in der Regel aus Kupfer bestehen. Diese Messleitung 3 ist in Fig. 1 außerhalb des Leitungsbündels dargestellt. In der praktischen Anwendung ist die Messleitung 3 jedoch ein Teil des Leitungsbündels 2. Sie kann, wie Fig. 2 zeigt, auch unterschiedlich verlegte Abschnitte 3 a und 3b aufweisen, wobei der Abschnitt 3a im_. Zentrum und der Abschnitt 3b am äußeren Umfang des Leitungsbündels 3 angeordnet ist. Prinzipiell kann die Erfindung auch nur mit einem der beiden Leitungsabschnitte 3 a, 3b realisiert werden. Sind beide Abschnitte 3 a, 3b vorhanden, dann ist der äußere Abschnitt 3b, in Längsrichtung des Leitungsbündels 2 betrachtet, vorzugsweise schraubenlinienförmig um den äußeren Umfang des Leitungsbündels 2 herum angeordnet, um dadurch Temperaturmessungen an Orten zu ermöglichen, die in Umfangsrichtung relativ zur Mittelachse des Leitungsbündels 2 unterschiedliche Winkelstellungen einnehmen. Im Übrigen erstreckt sich die Messleitung 3 bzw. jeder Abschnitt 3a, 3b vorzugs- weise über die ganze Länge einer betrachteten Leitung 2a oder eines betrachteten Leitungsbündels 2.

Zur Einspeisung eines elektrischen Stroms in die Messleitung 3 oder deren Abschnitte 3 a, 3b dient eine in Fig. 1 schematisch angedeutete Stromquelle 4. Für den Fall, dass zwei Abschnitte 3a, 3b vorhanden sind, ist es besonders zweckmäßig, beide Abschnitte 3a, 3b z. B. an einer von der Stromquelle 4 am weitesten Stelle 5 elektrisch miteinander zu verbinden und gemeinsam in Längsrichtung des Leitungsbündels 3 zu verlegen. Dadurch bildet die Messleitung 3 eine Doppelschleife, durch die jedem Bereich des Leitungsbündels 2 je ein inneres und ein äußeres Teilstück des inneren bzw. des äußeren Abschnitts 3a, 3b der Messleitung 3 zugeordnet ist. Beide Abschnitte 3a, 3b werden in diesem Fall außerdem stets von demselben Messstrom durchflössen.

Wie in Fig. 3 angedeutet ist, ist die Messleitung 3 mit einer Vielzahl von Abgriffen 6 versehen, die in Längsrichtung der Messleitung 3 in vorzugsweise regelmäßigen Abständen angebracht, zweckmäßig durch eine Isolierung der Messleitung 3 hindurch nach außen geführt und dort mit elektrischen Leitungen 7 verbunden sind, die zu einer Messeinrichtung führen. Beträgt die Länge der gesamten Messleitung 3 beispielsweise in einem größeren Bordnetz ca. 20 m, dann können die Abgriffe 6 z. B. in Abständen von ca. 20 cm vorgesehen sein. Die Abgriffe 6a bis 6h sind z. B. mit 3der Messleitung durch Löten verbundene und aus demselben Material wie diese bestehende Leitungsstücke.

Einzelheiten einer erfindungsgemäßen, die Messleitung 3 enthaltenden und derzeit für am besten gehaltenen Messeinrichtung sind schematisch in Fig. 4 und teilweise auch in Fig. 3 dargestellt, wobei für gleiche Teile jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Fig. 4 zeigt, dass ein Stromausgang 4a der Stromquelle 4 mit einem Ende der Messleitung 3 verbunden ist, während das andere Ende der Messleitung 3 und der andere Ausgang 4b der Stromquelle 4 an Masse, hier der Fahrzeugmasse liegen. In Fig. 3 sind analog dazu beide Leitungsenden mit den beiden Ausgängen 4a und 4b der Stromquelle 4 verbunden. Ferner zeigt Fig. 4, dass die Messleitung 3 analog zu Fig. 3 mit einer Vielzahl von hier mit den Bezugszeichen 6a bis 6h bezeichneten Abgriffen versehen ist, an denen elektrische Potentiale bzw. Spannungen abgegriffen werden, die an in Längsrichtung der Messleitung 3 beabstandeten Punkten erscheinen, wenn durch die Messleitung ein von der Stromquelle 4 gelieferter Strom fließt. Die Abgriffe 6a bis 6h sind hier über Leitungen 7a bis 7h mit acht Eingängen eines Multiplexers 8 verbunden, der einen über eine Leitung 9 an einen Verstärker 10 angeschlossenen Ausgang aufweist. Ein Ausgang des Verstärkers 10 ist über eine Leitung 11 mit einem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 12 verbunden, der seinerseits über eine Leitung 14 an eine z. B. einen Mikroprozessor aufweisende Steuer- und Auswerteeinheit 15 angeschlossen ist. Mit Hilfe der Steuer- und Auswerteeinheit 15, die mittels einer Leitung 16 mit einem weiteren Eingang des Multiplexers 8 verbunden ist, wird einerseits die Frequenz der Abfragezeitpunkte festgelegt, mittels derer die verschiedenen Abgriffe 6a bis 6h nacheinander im Sinne einer üblichen Multiplexfunktion abgetastet werden. Andererseits dient die Steuer- und Auswerteeinheit 15 zur Speicherung und Auswertung der über den Verstärker 10 und den Analog/Digital-Wandler 12 zugeführten, an den Abgriffen 6a bis 6h erhaltenen Potentiale nach einem vorgegebenen Programm. Alternativ könnte die Messeinrichtung nach Fig. 4 aber auch ein Bestandteil eines übergeordneten, nicht dargestellten Diagnose-, Alarm- oder Regelsystems od. dgl. sein und über nicht dargestellte Leitungen mit diesen verbunden werden.

Die Stromquelle 4 gibt normalerweise einen konstanten, vorzugsweise aber einstellbaren Gleichstrom ab, der durch alle hintereinander liegenden Abschnitte der Messleitung 3 fließt. Zur Verbesserung des Signal/Rausch- Verhältnisses kann es jedoch zweckmäßig sein, diesem Gleichstrom einen Wechselstromanteil zu überlagern. Hierzu dient ein mit einem Eingang der Stromquelle 4 verbundener Wechselstromgenerator 17. In diesem Fall werden vom Verstärker 10 entsprechend modulierte Potentiale verstärkt. Die Frequenz und die Größe des Wechselstroms können über eine Steuerleitung 18 eingestellt werden, die die Steuer- und Auswerteeinheit 15 mit dem Wechselstromgenerator 17 verbindet. Außerdem ist in Fig. 4 schematisch angedeutet, dass dem Verstärker 10 über eine vom Wechselstromgenerator 17 kommende Leitung 19 mitgeteilt wird, mit welcher Stärke und Frequenz der Wechselstromanteü aufmoduliert wird, während dem Verstärker 10 über eine von der Gleichstromquelle 4 kommende weitere Leitung 20 die Größe des jeweiligen Gleichstrom- Grundsignals mitgeteilt wird. Im Verstärker 10 kann daraus der Rauschanteil ermittelt und eliminiert werden.

Die verschiedenen Leitungen 9, 11, 14, 16, 18, 19 und 20 werden vorzugsweise in üblicher Bus-Technik realisiert.

Für den Fall, dass der Multiplexer 8 aus einem Serienbauteil mit z. B. acht (oder auch sechszehn) Eingängen besteht, können natürlich auch mehrere Multiplexer 8 vorgesehen werden. Diese werden dann zweckmäßig so getaktet, dass ihre Ausgänge nacheinander an den Verstärker 10 gelegt werden. Das ist in Fig. 3 durch zwei Multiplexer 8 und 8a angedeutet. In Abhängigkeit von der Zahl der Abgriffe 6 kann die Zahl der Multiplexer 8 daher auch wesentlich größer als zwei sein.

Im Übrigen zeigt Fig. 4, dass die Messung mit Hilfe der Messleitung 3 nach Art einer üblichen Vierdrahtmessung erfolgt, da einerseits der Messleitung 3 über zwei Leitungen ein an sich beliebiger, von einer niederohmigen Stromquelle 4 kommender Netzstrom zugeführt wird, andererseits das Potential hochohmig über wenigstens zwei weitere Leitungen (z. B. 7a, 7b) abgegriffen wird, durch die nur sehr kleine Ströme fließen.

Die Messleitung 3 ist erfindungsgemäß eine geeichte Messleitung, die durch die Abgriffe 6a bis 6h in eine Mehrzahl von in ihrer Längsrichtung aufeinander folgenden Teilstücken unterteilt wird, die gemäß Fig. 4 als in Serienschaltung verbundene, ohmsche Widerstände 21a bis 21g betrachtet werden können, für die das ohmsche Gesetz U = Ri und die Formel P = Ri² für die elektrische, in Wärme umgesetzte Leistung gelten. Wird die Messleitung 3 von einem konstanten Strom i durchflössen, erscheinen daher an den Abgriffen 6a bis 6h in Längsrichtung zunehmend größer werdende Potentiale. Jedes so gemessene Potential liefert im Wesentlichen einen Mittelwert, der für die Temperatur charakteristisch ist, die sich im betreffenden Teilstück der Messleitung 3 bzw. im zugehörigen Widerstand 21a bis 21g einstellt. Die Eichung der Messleitung 3 erfolgt bevorzugt in einer Klimakammer. Bei einer voreingestellten Temperatur T wird zunächst ein vorgewählter Messstrom i durch die Messleitung 3 geleitet. Die sich dadurch ergebenden Potentiale an den Abgriffen 6a bis 6h werden gemessen und mittels der Formel U = Ri in Widerstände umgerechnet, die der aktuellen Temperatur zugeordnet und aufgezeichnet werden. Im Anschluss daran wird entweder die Temperatur T und/oder der die Messleitung 3 durchfließende Strom i verändert und die Messung an allen Abgriffen 6a. bis 6h wiederholt. Dadurch werden exakte Daten darüber erhalten, welche Potentiale sich an den Abgriffen 6a bis 6h bei unterschiedlichen Temperaturen und/oder Messströmen ergeben bzw. umgekehrt, welche Temperatur einem mit einem vorgewählten Messstrom i ermittelten Widerstand zugeordent ist.

Die beschriebene Eichung dient zur Ermittlung bzw. zur Vermeidung der Folgen von Schwankungen der themischen Eigenschaften der Messleitung 3, die sich produktions- und materialbedingt aufgrund von deren Anpassung an die zu untersuchenden Leitungen 2a und der erwünschten kleinen thermischen Temperaturkoeffizienten α ergeben. Messungen haben gezeigt, daß sich in Länsgrichtung einer üblichen, z.B. aus Kupfer bestehenden elektrischen Leitung starke Unterschiede ergeben können. Obgleich jedem Material üblicherweise ein bestimmter Temperaturkoeffizient α und ein bestimmter spezifischer Widerstand p zugeordnet ist, wie einschlägigen Tabellen entnommen werden kann, zeigt Fig. 5, daß in der Realität ganz andere Verhältnisses erhalten werden. In Fig. 5 ist längs der Abszisse die Länge einer Kupferleitung mit einem für den hier interessierenden Zweck üblichen Querschnitt - beginnend an einem Ende der Leitung - und längs der Ordinate das Verhältnis α/p abgetragen. Theoretisch sollte dieses Verhältnis längs der Abszisse konstant sein. Praktisch ergeben sich die aus Fig. 5 ersichtlichen Schwankungen, wobei jeder Messpunkt etwa der Lage eines der Abgriffe 6a bis 6h entspricht, so daß jedes Teilstück der Messleitung 3 andere thermische Eigenschaften besitzt. Das macht Temperaturmessungen mit kleinen Meßfehlern von z. B. nur 1 ⁰C bis 4 ⁰C praktisch unmöglich, selbst wenn die Dimensionen aller Teilstücke exakt identisch gewählt würden. Außerdem beeinflussen z. B. die zu den Abgriffen 6a bis 6h führenden Lötstellen die Messergebnisse. Für die Zwecke der Erfindung ist daher für jedes einzelnes Teilstück der Messleitung 3 die beschriebene Eichung vorgesehen. Weiterhin können aus diesen Messungen auch die Zeitkonstanten für die Temperaturänderungen erhalten werden, wenn die Potential- (bzw. Temperatur-)Änderungen an den verschiedenen Abgriffen 6a bis 6h in Abhängigkeit von der Zeit bis zum Erreichen einer maximalen Endtemperatur Tmax gemessen werden. Das ermöglicht beim späteren Ge- brauch eine erhebliche Abkürzung der Messdauer, da dann aus dem Temperatur/Zeit- Verlauf durch Extrapolation stets auf die sich nach einer gewissen Zeit endgültig einstellenden Temperatur Tmax geschlossen werden kann. Dadurch lässt sich z. B. mit einer vergleichsweise kurzen Messung überprüfen, bis zu welchen maximalen Strömen und wie lange die Leitungen 2a belastet werden dürfen oder ob bei kurzzeitiger Betätigung z. B. einer Lenkhilfe die Endtemperatur überhaupt erreicht wird. Das ist schematisch in Fig. 6 dargestellt, in welcher längs der Abszisse die Zeit t und längs der Ordinate die Temperatur T aufgetragen ist. Mit dem Bezugszeichen 23 ist eine Messkurve angegeben, die sich ergibt, wenn zu einem Zeitpunkt t = 0 ein vorgewählter fester Messstrom eingeschaltet und die allmählich ansteigende Temperatur in der Messleitung 3 betrachtet wird. Die erhaltenen Messpunkte 24 liegen sämtlich unterhalb einer Grenztemperatur T_G, die beispielsweise eine Temperatur angibt, mit welcher eine Isolation der Messleitung 3 maximal belastet werden darf. Außerdem gibt ein Zeitpunkt t_A an, wann etwa der Meßstrom durch die Messleitung 3 spätestens wieder abgeschaltet werden muß, wenn Isolationsschäden vermieden werden sollen. Schließlich ist mit Tmax die durch Extrapolation der Messpunkte 24 erhaltene Endtemperatur in der Messleitung 3 bezeichnet, woraus ersichtlich ist, daß diese Endtemperatur nach kurzer Messzeit und zerstörungsfrei ermittelt werden kann.

Schließlich ist es möglich, bei konstanter Temperatur den durch die Messleitung 3 fließenden Strom i zu variieren. Die sich dadurch an irgendeinem der Abgriffe 6a bis 6h mit Hilfe der Potentialwerte ergebenden Widerstände R liegen, wie Fig. 7 zeigt, in welcher längs der Abszisse die elektrische Leistung Ri² und längs der Ordinate der elektrische Widerstand R aufgetragen ist, auf einem mit dem Bezugszeichen 25 versehenen Graphen R = f (i²), der im Wesentlichen eine Gerade ist. Dieser Graph 25 schneidet die Ordinate in einem Punkt, der dem Wert i² = 0, d. h. auch i = 0 entspricht und somit denjenigen Widerstand R₀ angibt, der sich (theoretisch) bei einem Messstrom i = 0 einstellen würde. Außerdem zeigen die Abstände zwischen einer gedachten, durch den Punkt R₀ gezogenen, parallel zur Abszisse verlaufenden Geraden von der Kurve R = f (i²) diejenigen Werte ΔR an, um die die Widerstände an den verschiedenen Abgriffen 6 a bis 6h und entsprechend die Temperaturen durch die Eigenerwärmung der Messleitung 3 bei irgendeinem Strom i verfälscht werden. Dies lässt exakte Rückschlüsse darauf zu, welche Anteile der an den Abgriffen 6a bis 6h der Messleitung 3 ermittelten Temperaturen auf die Eigenerwärmung und auf die äußere Umgebung der Messleitung 3 zurückzuführen sind. Messfehler, die durch die Eigenerwärmung der Messleitung 3 und ihre thermische Kopplung mit den Leitungen 2a des Leitungsbündels 2 bedingt und im Stand der Technik weitgehend unvermeidlich sind, können dadurch vollständig eliminiert werden, was zu sehr präzisen Angaben für die Temperaturwerte führt, die sich unter an sich beliebigen Betriebsbedingungen an den durch die Abgriffe 6a bis 6h repräsentierten Orten im und am Leitungs- bündel 2 ergeben. Wie im Fall der Ermittlung der Werte Tmax (Fig. 6) genügen auch hier in der Regel einige wenige Messpunkte 26, um die Temperatur bei i = 0 durch Extrapolation ermitteln zu können. Die Aufnahme der Temperatur/Zeit-Kurven bei vorgewählten Messströmen i und der Kurven R = f (i²) macht es außerdem möglich, in der praktischen Anwendung mit vergleichsweise hohen Messströmen i zu arbeiten, so dass trotz der norma- lerweise sehr kleinen Messwiderstände 21a bis 21g vergleichsweise große Potentialänderungen und damit gut auswertbare Messergebnisse erhalten werden.

Besonders vorteilhaft ist weiter, dass die kalibrierte Messleitung 3, wie Fig. 1 und 2 zeigen, selbst als Temperaturfühler benutzt wird und daher im Gegensatz zu Tempera- turfühlern, die erst selbst erwärmt werden müssen, weitgehend verzögerungsfrei arbeitet. Außerdem ist die Messleitung 3 eine reine Meßleitung, durch die keine durch den Betrieb der zu untersuchenden Leitungen bedingten Signale, Energien, Medien od. dgl. übertragen werden sollen. Hierdurch ergibt sich der weitere Vorteil, daß die die Messleitung 3 durchfliessenden Messströme erfindungsgemäß frei wählbar und unabhaängig von den Betriebsbedingungen der zu untersuchenden Leitungen 2a oder Leitungsbündel sind. Durch Konfektionierung dieser Messleitung 3 in das Bordnetz nach Fig. 1 werden daher reale Umgebungsbedingungen geschaffen, wobei durch das Verlegen der Messleitung 3 mit den zwei Abschnitten 3a und 3b nicht nur Temperaturinformationen in Längsrichtung der Messleitung 3, sondern auch quer dazu, z. B. innerhalb des Leitungsbündels 2 radial von innen nach außen erhalten werden können. In Abweichung von Fig. 1 ist es natürlich auch möglich, jeden der beiden Abschnitte 3a und 3b separat zu verlegen und mit einer eigenen Messeinrichtung zu koppeln. Da die Messung der Widerstände 21a bis 21g nach der Vierdrahtmethode erfolgt, sind zu definierten Strömen nahezu stromfreie Potentialabgriffe möglich.

Ein besonderer Vorteil besteht schließlich auch darin, dass die Messleitung 3 auf einfache Weise zusammen mit anderen Leitungen 2a des Bordnetzes 2 und über dessen gesamte Länge verlegt werden kann, ohne dass in umständlicher Weise zusätzliche Temperaturfühler installiert werden müssen. Vorteilhaft ist schließlich auch, dass bei der Festlegung der Länge der einzelnen Widerstände 21a bis 21g keine besonderen Genauigkeitsanforderungen bestehen, da die gemessenen Potentiale automatisch an den Abgriffen 6a bis 6g ermittelt werden und daher mittlere Temperaturen für diejenigen Teilstücke liefern, in denen die Widerstände 21a bis 21g angeordnet sind, wozu ein exakt linearer Verlauf der einzelnen Abgriffe 6a bis 6h nicht erforderlich ist.

Die beschriebene Messeinrichtung einschließlich der erfindungsgemäßen Messleitung 3 kann auf unterschiedliche Weise angewendet werden. Sie kann zur Ermittlung der sich beim Betrieb an kritischen Stellen des Fahrzeugs 1 ergebenden Temperaturen (z. B. im Bereich des Motors, der Auspuffanlage, eines Turboladers, einer Klimaanlage oder dgl.) beispielsweise in ein Versuchsfahrzeug eingebaut werden, das dann in klimatisch unterschiedlichen Gegenden betrieben wird, um unter allen denkbaren Umgebungsbedingungen zu ermitteln, welche Temperaturen sich in den verschiedenen Leitungen 2a einstellen können. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, -wenn die Temperatur mittels der Abschnitte 3a und 3b der Messleitung 3 sowohl im Leitungsbündel 2 als auch an dessen äußerer Oberfläche gemessen werden. Daraus kann dann für den Serienbetrieb festgelegt werden, welche Leitungsquerschnitte und Isolationsmaterialien maximal erforderlich sind. Insbesondere lässt sich anhand der beschriebenen Messkurven auch feststellen, welche Auswirkungen das Einschalten kritischer Zusatzgeräte im Fahrzeug hat (z. B. Stand- oder Sitzheizung, Radio, Gebläse od. dgl.) und ob aufgrund der üblichen Einschaltdauern dieser Zusatzgeräte eine geringere Dimensionierung der Leitungs- und Isolierungsquerschnitte möglich ist. Da die üblicherweise für die Bordnetze verwendeten Kupferkabel vergleichsweise teuer sind und ihre Querschnitte bisher so gewählt werden, dass mit Sicherheit keine Leitungsprobleme auftreten, kann mit der Erfindung erwartungsgemäß ein zweistelliger Prozentwert an Kupfer eingespart werden.

Die Messleitung 3 wird vorzugsweise aus demselben Material wie die Leitungen- 2a des Bordnetzes 2 angefertigt, damit die mit der Messleitung 3 erhaltenen Messergebnisse ohne weiteres auf die Leitungen 2a übertragen werden können. Alternativ können, zumindest in einem Versuchsfahrzeug, auch spezifisch ausgewählte Materialien und Bauformen vorgesehen werden.

Die beschriebene Messeinrichtung einschließlich der Messleitung 3 lässt sich auch in Serienfahrzeugen sinnvoll anwenden. Sie kann hier insbesondere mit Alarmeinrichtungen oder -anzeigen verbunden werden, die im Falle der Über- oder Unterschreitung der Temperatur in irgendeinem Teilstück des Bordnetzes 2 ein Warnsignal erzeugen. Abgese- hen davon ist die Erfindung nicht auf Personenkraftwagen beschränkt, sondern in entsprechender Weise auch bei Lastkraftwagen sowie in Wasser- und Luftfahrzeugen anwendbar. Außerdem kann die Erfindung auch zur Temperaturmessung in oder an Leitungsbündeln dienen, deren Leitungen nicht von elektrischen Strömen, sondern z. B. von irgendeinem Medium durchströmt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung können auf verschiedene Weise angewendet werden.

Es ist beispielsweise möglich, die Messleitung 3 in einem ersten Eichschritt in einer Klimakammer od. dgl. anzuordnen, einen konstanten Messstrom durch die Messleitung 3 fliessen zu lassen und die Temperatur innerhalb der Klimakammer zu variieren. Anhand der an den Abgriffen gemessenen Potentiale werden die zuhörigen Widerstandswerte berechnet, die Mittelwerte in den den Abgriffen 6a bis 6h zugeordneten Teilstücken (z. B. 21a bis 211g in Fig. 4) darstellen. Alle erhaltenen Werte werden in einem Graphen abgebildet, in einer Tabelle niedergelegt oder sonstwie aufgezeichnet. In einem zweiten Messschritt wird die Messleitung 3 dann in Verbindung mit der zu untersuchenden Leitung 2a oder dem zu untersuchenden Leitungsbündel erneut mit einem Messstrom beaufschlagt, der an jedem Abgriff 6a bis 6h zu einem bestimmten Widerstandswert führt. Anhand der durch die Eichung erhaltenen Werte kann dann unmittelbar auf die zu den Widerstands- werten gehörenden Temperaturen geschlossen werden.

Mit Hilfe der beschriebenen Verfahrensweise kann aufgrund der Tatsache, daß die Temperatur der Messleitung 3 nicht nur durch die Klimakammer, d. h. die Umgebung, sondern auch durch die bei Stromfluss auftretende Eigenerwärmung beeinflusst wird, immer nur die Temperatur der Messleitung 3 selbst ermittelt werden, die somit eine Summe aus der Umgebungstemperatur und der durch Eigenerwärmung bewirkten Temperatur ist. Das kann erwünscht sein, wenn es z. B. um die Frage geht, ein wie großer Strom durch die Messleitung 3 (und entsprechend durch die Leitungen 2a) fließen darf, ohne dass hierdurch z. B. Isolationsschäden an den Leitungen bewirkt werden. Unerwünscht ist eine derartige Verfahrensweise jedoch dann, wenn vor allem die Temperatur in der Umgebung der Messleitung 3, d. h. z. B. im Leitungsbündel gemessen werden soll. Dieser Nachteil könnte zwar z. B. dadurch reduziert werden, daß mit sehr kleinen Messströmen gearbeitet wird. Das hätte jedoch entsprechend kleine Potentiale an den Abgriffen 6a bis 6h und damit ungenaue Messergebnisse zur Folge. Das gilt sowohl für den Eich- als auch für den späteren Messvorgang.

Zur genauen Ermittlung der Umgebungstemperatur wird daher erfindungsgemäß vor- geschlagen, während der Eichung zunächst analog zu Fig. 7 eine Mehrzahl von Graphen 27 (Fig. 8) zu erstellen, die unterschiedlichen Temperaturen T₁ (T₁, T₂, T₃ usw.) innerhalb der Klimakammer od. dgl. zugeordnet sind. Durch Extrapolation werden aus diesen Graphen 27 die Widerstände R₀₁ (R₀₁, R₀₂, R₀₃ usw.) berechnet, die sich für die Temperaturen T₁ und die Messströme i = 0 ergeben, wie in Fig 8 ebenfalls angedeutet ist. Diese Widerstands- werte R₀₁ entsprechen denjenigen Widerständen, die die Messleitung 3 hätte, wenn bei der entsprechenden Temperatur mit einem Messstrom i = 0 gearbeitet würde. Mit den Werten R₀₁ wird dann z. B. ein Graph 28 (Fig. 9), eine Tabelle od. dgl. erstellt, wodurch die Abhängigkeit der Werte R_Oi von der Temperatur sichtbar wird. Gemäß der Darstellung nach Fig. 9 gehört zu jeder Temperatur T; ein fester Wert R_Oi.

Bei der späteren Messung wird z. B. analog zu Fig. 8 ein Graph 29 od. dgl. ermittelt (Fig. 10), aus dem unter Anwendung unterschiedlicher Messströme jeweils ein Wert R₀₁ extrapoliert werden kann. Zu diesem Wert R₀₁ wird schließlich in dem durch die Eichung erhaltenen Graphen 28 od. dgl. (Fig. 9) sofort die zugehörige Temperatur Ti abgelesen, die der für einen Messstrom i = 0 gültigen Temperatur und damit allein der Umgebungstemperatur entspricht.

Zahlreiche weitere Vorgehensweisen sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls möglich.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die sich auf vielfache Weise abwandeln lassen. Insbesondere ist klar, dass das aus Fig. 1 und 2 ersichtliche Bordnetz nur ein Ausführungsbeispiel darstellt und sowohl das Bordnetz selbst als auch die in oder an ihm verlegten Messleitungen 3 in vielfacher Weise variiert werden können. Beispielsweise könnten um das Zentrum eines Leitungsbündels 2 herum mehrere Abschnitte einer Messleitung verlegt werden, um so kritische Außentemperaturen noch besser erfassen zu können. Ferner könnte das Bordnetz z. B. in Teilbordnetze unterteilt und mittels je einer diesen einzeln zugeordneten Messeinrichtung überprüft werden, wobei z. B. für reine Signalleitungen eine andere Messeinrichtung als für die zur Energieübertragung bestimmten Leitungen vorgesehen werden könnte. Weiterhin kann sowohl die Eichung der Messleitung 3 als auch die Auswertung der Messsignale in einer anderen als der beschriebenen Weise vorgenommen werden, wobei die beschriebenen Verfahrensschritte vorzugsweise mit Hilfe von Mikroprozessoren od. dgl. weitgehend automatisch durchgeführt werden. Außerdem ist klar, daß die bei der Messung verwendeten Messströme andere als die bei der Eichung verwendeten Messströme sein und die gewünschten Ergebnisse durch Inter- oder Extrapolation bereits vorhandener Messwerte erhalten werden können. Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Messung der Temperatur an vorgewählten Orten einer Leitung (2a), die der Übertragung von elektrischen Signalen und/oder von elektrischer Energie und/oder von Medien dient, oder eines eine Mehrzahl derartiger Leitungen (2a) aufweisenden Leitungsbündels (2), enthaltend die folgenden Verfahrensschritte:

- Anwendung einer gesonderten Messleitung (3), die eine Vielzahl von in ihrer Längsrichtung aufeinander folgenden Abgriffen (6a bis 6h) und auf die Leitungen (2a) übertragbare thermische und elektrische Eigenschaften aufweist, die daher produktions- und materialbedingt in Längsrichtung der Messleitung (3) schwanken,

- Eichung jedes einzelnen zwischen zwei Abgriffen (6a bis 6h) befindlichen Teilstücks der Messleitung (3) dadurch, dass wenigstens ein elektrischer Messstrom durch die Messleitung (3) geleitet wird, bei einer Mehrzahl von unterschiedlichen Temperaturen diesen zugeordnete, an den Abgriffen (6a bis 6h) erscheinende elektrische Potentiale ermittelt werden und daraus berechnete Widerstände jeweils den Teilstücken und Temperaturen zugeordnet werden,

- Anordnung der Messleitung (3) in einer in der Leitung (2a) oder in dem Leitungsbündel (2) und/oder in der unmittelbaren Umgebung davon,

- Leitung wenigstens eines frei wählbaren und vom Betriebszustand der Leitung (2a) oder des Leitungsbündels unabhängigen Messstroms durch die Messleitung (3),

- Messung der sich aufgrund des Messstroms an den Abgriffen (6a bis 6h) ergebenden elektrischen Potentiale, und

- Bestimmung der Temperaturen an den vorgewählten Orten der Leitung (2a) oder des Leitungsbündels anhand der aus diesen Potentialen berechneten Widerstände und der diesen aufgrund der Eichung zugeordneten Temperaturen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Eichung der Messleitung (3) der sie durchfließende Messstrom zur Ermittlung der dynamischen thermischen Leitungseigentschaften variiert und die dadurch an den Abgriffen (6a bis 6h) erhaltenen Potentialänderungen ermittelt und aufgezeichnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Messung jeder Messstrom zumnindest so lange aufrecht erhalten wird, bis mittels der an den Abgriffen (6a bis 6h) erhaltenen und aufgezeichneten Potentiale eine Messkurve erhalten wird, aus der durch Extrapolation eine maximale Endtemperatur zerstörungsfrei ermittelt werden kann.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Messung aus Messkurven, die die Abhängigkeit der Temperatur von der Größe des Messstroms beinhalten, diejenigen Temperaturen ermittelt werden, die sich für einen Messstrom i = 0 ergeben würden, und dass diese Temperaturen bei der Auswertung berücksichtigt werden, um Messfehler aufgrund der Eigenerwärmung der Messleitung (3) zu ermeiden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Messung der Temperatur in oder an einem Leitungsbündel (2) eines Fahrzeug-Bordnetzes (Land-, Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeug-Bordnetzes) verwendet wird.

6. Vorrichtung mit wenigstens einer Leitung (2a), die der Übertragung von elektrischen Signalen und/oder elektrischer Energie und/oder Medien dient, oder mit wenigstens einem aus derartigen Leitungen (2a) zusammengesetzten Leitungsbündel (2) und mit einer Messeinrichtung zur Ermittlung der Temperatur an vorgewählten Orten der Leitung (2a) oder des Leitungsbündels (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung wenigstens, eine in oder an der Leitung (2a) oder des Leitungsbündels (2) verlegte, geeichte, mit einer Vielzahl von der Potentialmessung dienenden Abgriffen (6a bis 6h) versehene und zur Durchleitung eines Messstroms bestimmte Messleitung (3) enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitung (3) an eine Stromquelle (4) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgriffe (6a bis 6h) mit einer Spannungsmesseinrichtung (8, 10, 15) verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitung (3) aus demselben Material wie die Leitungen (2a) besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitung (3) nach Art einer Doppelschleife (3a, 3b) über die ganze Länge des Leitungsbündels' (2) und teils in diesem und teils außerhalb von diesem erstreckt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Fahrzeug (1), insbesondere einem Kraftfahrzeug angeordnet ist und das Leitungsbündel (2) ein Bestandteil eines elektrischen Bordnetzes des Fahrzeugs (1) ist.

12. Fahrzeug mit einer Messeinrichtung zur Ermittlung des Temperaturverlaufs in oder an elektrischen Leitungen (2a) oder Leitungsbündeln (2) eines elektrischen Bordnetzes, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 11 ausgebildet ist.