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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Messwiderstand zur Beaufschlagung eines zu messenden elektrischen Stromes mit einem ersten und zweiten Anschlussbereich, die jeweils mit einem Stromkreis verbindbar sind, einer Messstrecke, die zwischen dem ersten und zweiten Anschlussbereich angeordnet ist sowie einer ersten Abgriffstelle, die an dem ersten Anschlussbereich angebracht ist, zum Anschließen eines Messgeräts und einer zweiten Abgriffstelle, die an dem zweiten Anschlussgerät angebracht ist, zum Anschließen des Messgeräts.
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Moderne Kraftfahrzeuge beinhalten heutzutage eine Vielzahl von Elektronikkomponenten beziehungsweise Sensoren. Dabei werden oft bestimmte Parameter mehrfach durch unabhängige Sensoren gemessen, um eine höhere Ausfallsicherheit bereitstellen zu können. Dabei werden diese Parameter häufig indirekt, beispielsweise mittels einer Strommessung gemessen. Da diese Messung von wenigstens zwei unabhängigen Sensoren ausgeführt wird, sind diese teilweise auch in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Dadurch ergibt sich ein höherer Bauraumbedarf sowie entsprechend höhere anfallende Kosten.
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Eine andere Methode zur Verifizierung von Messsignalen stellt das Plausibilisieren des Stromwertes durch ein aufgeprägtes Referenzstromsignal dar. Auch bei dieser Methode ergibt sich ein höherer Bauraumbedarf beziehungsweise höhere Kosten. Darüber hinaus entsteht noch der Nachteil, den Referenzstrom im Ausgangssignal aufwendig zu kompensieren. Zur Messung eines Stromflusses wird häufig ein Messwiderstand, ein sogenannter Shunt, eingesetzt. Eine doppelt ausgeführte Messung eines Shunts kann eine Veränderung des Messwiderstands, beispielsweise aufgrund von Rissen im Shunt, nicht erkennen. Aus diesem Grund ist es häufig nicht ausreichend, wenn mit einem einzigen Messgerät eine Größe mehrfach gemessen wird.
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Die Druckschrift
EP 2 623 996 A1 beschreibt eine Strommessschaltung, welche eine Sensorbaugruppe zur Messung eines durch einen Leiter fließenden elektrischen Stroms umfasst. Dieser elektrische Strom wird über eine Eingangsspannung zwischen einer ersten und einer zweiten Eingangsleitung der Sensorbaugruppe realisiert. Ferner umfasst die Strommessschaltung eine Sensorsteuerung zur Steuerung der Sensorbaugruppe, wobei die Sensorbaugruppe eine erste Sensorvorrichtung zur Erfassung der Stärke des elektrischen Stroms umfasst. Mit Hilfe eines ersten Analog-Digital-Wandlers werden die analogen Messwerte in digitale Messwerte transformiert. Zusätzlich umfasst die Strommessschaltung eine Beeinflussungsvorrichtung zur veränderlichen Aufschaltung einer Testspannung oder eines Teststroms auf einen Eingang des ersten Analog-Digital-Wandlers. Der Eingang des ersten Analog-Digital-Wandlers ist mit der ersten Eingangsleitung der Sensorbaugruppe über eine erste Vorschaltimpedanz verbunden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung einer Funktionsfähigkeit einer Strommessschaltung.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2014 207 759 A1 beschreibt einen Messwiderstand mit einer Stromaufnahmestelle sowie einer Stromabgabestelle, die entsprechend zur Aufnahme und Abgabe des elektrischen Stroms eingerichtet sind und einer ersten Abgriffstelle sowie einer zweiten Abgriffstelle, die beabstandet zueinander zwischen der Stromaufnahmestelle und der Stromabgabestelle angeordnet sind. An der ersten Abgriffstelle und der zweiten Abgriffstelle ist je wenigstens eine Ausnehmung angeordnet. Darin kann jeweils ein elektrisches Kontaktelement einer Auswertschaltung eingesetzt werden. Diese Auswerteschaltung ist dazu eingerichtet, den elektrischen Strom basierend auf einem Spannungsabfall zwischen den beiden Abgriffstellen zu bestimmen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Messwiderstand bereitzustellen, mit dem eine Plausibilisierung von Strommessungen verbessert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Messwiderstand zur Beaufschlagung eines zu messenden elektrischen Stromes nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die vorliegende Erfindung sieht einen Messwiderstand zur Beaufschlagung eines zu messenden elektrischen Stromes mit einem ersten und zweiten Anschlussbereich, die jeweils mit einem Stromkreis verbindbar sind, einer Messstrecke, die zwischen dem ersten und zweiten Anschlussbereich angeordnet ist sowie einer ersten Abgriffstelle, die an dem ersten Anschlussbereich angebracht ist, zum Anschließen eines Messgeräts und einer zweiten Abgriffstelle, die an dem zweiten Anschlussbereich angebracht ist, zum Anschließen des Messgeräts vor. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass entlang der Messstrecke eine dritte Abgriffstelle zur Messung eines elektrischen Stromes angeordnet ist. Diese neue dritte Abgriffstelle ermöglicht es, die Stromstärke hinsichtlich eines veränderten Messbereichs zu erfassen. Damit kann ein zweiter Sensor unter Umständen eingespart werden.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht einen Messwiderstand vor, wobei die Abgriffstellen als Pins ausgebildet sind. Dadurch können Messgeräte, welche entsprechende Ausnehmungen aufweisen, in einfacher Weise auf diese Pins aufgesteckt werden. Die Längen beziehungsweise die Durchmesser der Pins können dabei variieren.
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Eine zusätzliche Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht einen Messwiderstand vor, wobei die Abgriffstellen an unterschiedlichen Seiten des Messwiderstands angeordnet sind. Dies ermöglicht hinsichtlich der Platzierung eines Messgerätes, welches an den Abgriffstellen angebracht wird, zusätzliche Freiheitsgrade. So kann es beispielsweise vorkommen, dass durch bauliche Begebenheiten eine Seite des Messwiderstands blockiert ist. In diesem Fall kann ein Pin auf der gegenüberliegenden Seite Abhilfe schaffen und dennoch einen Anschluss eines Messgerätes ermöglichen.
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In einer besonders vorteilhaften weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Messwiderstand vorgesehen, wobei die dritte Abgriffstelle flexibel verschiebbar entlang der Messstrecke angeordnet ist. Damit können die Eigenschaften hinsichtlich des erweiterten beziehungsweise neuen Messbereichs weiter verfeinert werden. Da der Abstand zweier Abgriffstellen den Messbereich des Messwiderstands maßgeblich beeinflusst, kann durch die verschiebbar angeordnete dritte Abgriffstelle der Messbereich, an dem die dritte Abgriffstelle beteiligt ist, gezielt gesteuert werden. Ein derartiger Messwiderstand ist deutlich flexibler einsetzbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Option der vorliegenden Erfindung sind einzelne Abgriffstellen doppelt ausgeführt. Dies bedeutet, dass der Messwiderstand um bis zu drei weitere Abgriffstellen erweitert werden kann. Zur besseren Übersicht werden im Folgenden die zusätzlichen Abgriffstellen mit dem Kleinbuchstaben „a” gekennzeichnet. Dabei sind die zusätzlich ausgeführten Abgriffstellen hinsichtlich ihrer Positionierung entlang der Messstrecke nicht an die Positionen der anderen Abgriffstellen gebunden.
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Dies bedeutet, dass die doppelt ausgeführten Abgriffstellen nicht zwingend auf dem exakt gleichen Potential liegen müssen wie ihre ursprünglichen Abgriffstellen. Die eröffnet weitere Freiheitsgrade hinsichtlich der Plausibilisierung von Strommessungen. Es lassen sich so weitere Messmodi mit eventuell verschiedenen Stromsensoren und/oder Analog-Digital-Wandler realisieren.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Stromkreis mit einem Messwiderstand, wobei die Messstrecke zur Messung eines für den Stromkreis spezifischen Betriebsstroms als auch zur Messung eines für den Stromkreis spezifischen Überstroms ausgebildet ist. Ein so gestalteter Messwiderstand ist in der Lage, eine Betriebsstrommessung und eine Überstrommessung durchzuführen. Diese beiden Messungen können mit einem einzigen Messwiderstand realisiert werden. Es ist nicht nötig, einen weiteren zusätzlichen Sensor bereitzustellen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Prinzipskizze eines Shunt-Messwiderstands. Die einzige Fig. zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Shunts 7. Messwiderstände, welche zu einer Stromstärkenmessung verwendet werden, werden häufig als Shunt bezeichnet. Der Shunt 7 weist eine Messtrecke 3, einen ersten Anschlussbereich 1 sowie einen zweiten Anschlussbereich 2 auf. Diese Komponenten sind mechanisch miteinander verbunden. Im Bereich des ersten Anschlussbereichs ist eine erste Abgriffstelle 4 angeordnet. Entsprechend ist eine zweite Abgriffstelle 5 im Bereich des zweiten Anschlussbereichs 2 angeordnet. Eine dritte Abgriffstelle 6 ist entlang der Messstrecke 3 angeordnet. Weitere optionale Abgriffstellen sind als 4a und 5a gekennzeichnet. Beim Shunt 7 ist der Widerstand der Messstrecke 3 in der Regel genau bekannt. Der Shunt 7 kann über die Anschlussbereiche 1 und 2 in einen äußeren Stromkreis integriert werden.
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An der ersten Abgriffstelle 4 sowie an der zweiten Abgriffstelle 5 kann eine Potentialdifferenz gemessen werden. Dies kann beispielsweise durch ein Messgerät erfolgen, welches einen Analog-Digital-Wandler zur Digitalisierung der analogen Eingangssignale aufweist. Durch die dritte Abgriffstelle 6 kann nun bei der vorliegenden Erfindung auch die Potenzialdifferenz zwischen der ersten Abgriffstelle 4 und der dritten Abgriffstelle 6 gemessen werden. Dies ist grundsätzlich auch für die Potentialdifferenz zwischen der dritten Abgriffstelle 6 und der zweiten Abgriffstelle 5 möglich. Zwischen den jeweiligen Abgriffstellen bilden sich bestimmte Spannungsabfälle aus. Diese Spannungsabfälle, auch Potenzialdifferenzen genannt, sind im Verhältnis zueinander konstant im Rahmen der Messungenauigkeit. Daher kann durch eine Steuereinheit eine Plausibiliesierung des Messstromes erfolgen, indem der Messstrom nicht nur zwischen den Abgriffstellen 4 und 5, sondern beispielsweise auch zusätzlich zwischen der ersten Abgriffstelle 4 und der dritten Abgriffstelle 6 gemessen wird. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass zwischen der ersten Abgriffstelle 4 und der zweiten Abgriffstelle 5 ein anderer Analog-Digital-Wandler eingesetzt wird, als bei einer Messung zwischen der ersten Abgriffstelle 4 und der dritten Abgriffstelle 6.
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Dadurch dass der Shunt 7 eine dritte Abgriffstelle 6 aufweist, kann eine Strommessung in verschiedenen Messbereichen erfolgen. So kann beispielsweise eine Potentzialdifferenz zwischen der ersten Abgriffstelle 4 und der zweiten Abgriffstelle 5 zur Messung für einen Primärsensor vorgesehen sein, währendessen der Spannungsabfall zwischen der ersten Abgriffstelle 4 und der dritten Abgriffstelle 6 von einem Sekundärsensor gemessen werden kann. Damit kann eine Strommessung, welche beispielsweise von einem Primärsensor durchgeführt wird, zusätzlich durch einen Sekundärsensor überprüft werden. Somit kann eine Strommessung auf Plausibilität überprüft werden, ohne dabei einen weiteren Messwiderstand, Shunt 7 oder anderen Sensor einsetzen zu müssen.
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Eine Strommessung kann durch die Verwendung von zwei der drei Abgriffstellen realisiert werden. Die Messung des Spannungsabfalls von zwei Abgriffstellen zueinander kann als Messmodus bezeichnet werden. So steht der Messmodus „erste – dritte Abgriffstelle” für die Messung der Potentialdifferenz von der ersten Abgriffstelle 4 zur dritten Abgriffstelle 6. Wird beispielsweise bei den verschiedenen Messmodi immer der gleiche Analog-Digital-Wandler verwendet, so ergibt sich durch die niedrigere Signalamplitude bei einer Messung von der ersten Abgriffstelle 4 zur dritten Abgriffsstelle 6 ein höherer Messbereich mit reduzierter Genauigkeit. Da der eingesetzte Shunt 7 auf die erforderliche Messgenauigkeit des Primärsensors, der vorzugsweise den Messmodus „erste – zweite Abgriffsstelle” benutzt ausgelegt werden kann, entsteht durch die Plausibilisierung keine zusätzliche Verlustleistung. Die Plausibilisierung kann durch eine Strommessung, basierend auf der ersten Abgriffstelle 4 und der dritten Abgriffsstelle 6 erfolgen.
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Weitere Messmodi können sich dadurch ergeben, wenn einzelne Abgriffstellen doppelt ausgeführt sind. Insgesamt sind so bis zu sechs Abgriffstellen entlang der Messstrecke möglich. Beispielsweise kann auf der der ersten Abgriffstelle 4 gegenüberliegenden Seite eine weitere Abgriffstelle 4a angeordnet sein, wobei die Abgriffstellen 4 und 4a dabei nicht zwingend auf dem exakt gleichen Potential liegen müssen, wie in der Figur gezeigt wird. Wichtig ist nur die Proportionalität der Potentialdifferenzen zueinander. Im Beispiel der Figur ist direkt gegenüber der zweiten Abgriffstelle 5 eine weitere Abgriffstelle 5a angeordnet.
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In diesem Fall könnten beispielsweise die Messmodi „Potentialdifferenz zwischen Abgriffstelle 4 Abgriffstelle 5'' und „Potentialdifferenz zwischen Abgriffstelle 4a und Abgriffstelle 5a'' unterschieden werden. Dabei können auch unterschiedliche Analog-Digital-Wandler und/oder verschiedene Stromsensoren eingesetzt werden. Da die Positionen der jeweiligen Abgriffstellen im Vorfeld ermittelt werden können bzw. bestimmt werden, sind die jeweiligen Verhältnisse der Potentialdifferenzen bekannt. Damit kann eine Strommessung von einem weiteren Stromsensor überprüft werden. Eine Veränderung des Shunts 7, beispielsweise durch Materialermüdung oder Risse, kann mit dieser Plausibilitätsmessung tendenziell eher erkannt werden.
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Da der Shunt 7 verschiedene Messmodi bereitstellen kann, ist es nicht zwingend nötig einen zweiten Shunt zu einer Plausibilitätsprüfung einzusetzen. So ist es beispielsweise möglich, dass zusätzlich zu einer Betriebsstrommessung eine Überstrommessung mit erweitertem Messbereich durchgeführt werden kann. Dies kann den Kosten- und Bauraumaufwand reduzieren.
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Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der erfindungsgemäße Shunt 7 eine dritte Abgriffsstelle 6 bereitstellt und dadurch verschiedene Messmodi ermöglicht. Diese verschiedenen Messmodi können zur Plausibilätsüberprüfung eines Stromsignals verwendet werden. Eine Strommessung kann durch zwei verschiedene Messmodi erfolgen, was eine gewisse Informationsredundanz bereitstellen kann. Ferner ist es möglich, Strommessungen in unterschiedlichen Messbereichen durchzuführen. Dadurch kann unter Umständen auf den Einsatz weiterer Sensoren bzw. Elektronik verzichtet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erster Anschlussbereich
- 2
- Zweiter Anschlussbereich
- 3
- Messstrecke
- 4
- Erste Abgriffstelle
- 5
- Zweite Abgriffstelle
- 6
- Dritte Abgriffstelle
- 7
- Shunt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2623996 A1 [0004]
- DE 102014207759 A1 [0005]