Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des An- spruches 1 bzw. des Anspruches 16.

Die Erkennung elektrischer Bogenentladungen bzw. Lichtbögen in elektrischen Ver- teilungsnetzen ist ein in der Vergangenheit häufig untersuchtes Problem, das in den letzten Jahren zunehmende Bedeutung erlangt hat. Waren in der Vergangenheit derartige elektrische Verteilungsnetze üblicherweise Installationen in Gebäuden oder dergleichen, so tritt zunehmend die Erkennung von Bogenentladungen bzw. Licht- bögen in elektrisch betriebenen oder mit elektrischen Einrichtungen versehenen, mobilen Einheiten wie etwa Fahrzeugen in den Vordergrund. Insbesondere durch die bevorstehende Veränderung der Versorgungsspannung an Fahrzeugen wie etwa auf das 42 Volt Spannungsnetz bei Personenkraftfahrzeugen wird die Erkennung von Bogenentladungen bzw. Lichtbögen in derartigen Verteilungsnetzen von großer Wichtigkeit, da durch die erhöhten Spannungen die Gefahr des Auftretens entspre- chender Bogenentladungen bzw. Lichtbögen deutlich zunimmt bzw. entstandene Lichtbögen zumindest zeitweise stationär brennen können.

Elektrische Lichtbögen können Temperaturen hervorrufen, die zum Zünden der im Bereich des Lichtbogens verwendeten und meist üblichen brennbaren Materialien führen können. So können sich beispielsweise Stromkabel durch fehlerhafte Isolie- rungen oder sonstige Schadstellen aufgrund äußerer Belastungen oder auch der Alterung der Isolierungsmaterialien so verändern, daß Lichtbögen zwischen den iso- lierten Leitern hervorgerufen werden und damit nach Überschreiten der Zündtempe- raturen des isolierten Materials des Kabels ein Kabelbrand hervorgerufen werden kann.

Hierbei unterscheidet man im wesentlichen zwei Arten von Lichtbögen, die elektri- schen Verteilungsnetzen gefährlich werden können. Zum einen handelt es sich um kurzzeitige, aber sehr energieintensive Lichtbögen, die beispielsweise an Schaltkon- takten, Steckkontakten oder dergleichen Stellen auftreten können und etwa durch Korrosion der Kontakte oder zu hohe Abnutzungen im Kontaktbereich entstehen.

Derartige energiereiche Lichtbögen führen aber meist schnell zu einer Überlastung des Verteilungsnetzes, so daß die üblicherweise vorgesehene Sicherung anspre- chen und den Lichtbogen durch Abschalten wirksam unterbrechen kann. Problemati- scher hingegen sind bei geringeren Spannungen auftretende, aber über eine längere Zeit anhaltende Bogenentladungen etwa aufgrund der schon vorstehend genannten Fehler in Isolierungen, Beschädigungen von Kabeln durch Knickstellen oder derglei- chen oder auch durch mechanische Belastung oder Vibrationsbelastung auftretende Fehlstellen. Derartige Lichtbögen führen zwar erst nach einer wesentlich längeren Zeit als die hoch-energiereichen Lichtbögen zu einem Versagen, da eine vorgesehe- ne Sicherung häufig nicht anspricht, können jedoch bis dahin wesentlich größere Schäden an dem Verteilungsnetz und eventuell angeschlossenen Verbrauchern her- vorrufen. Derartige Kontakt-Bogenentladungen treten üblicherweise in Reihenschal- tung mit einer Last auf. Dadurch ist der maximale Strom im Lichtbogen durch den Laststrom des Verbrauchers begrenzt und kann deshalb merklich unterhalb der An- sprechschwelle der zugehörigen Sicherung liegen. Kann aber die Sicherung nicht rechtzeitig ansprechen, so brennt der Lichtbogen unverändert weiter und kann da- durch wesentlich größere Schäden bzw. auch weiterreichende Schäden als ein kurz- zeitige hoch-energiereicher Lichtbogen hervorrufen, der relativ schnell zum Auslösen der Sicherung führt.

Insbesondere in Fahrzeugen, die durch ihre Verwendung sehr unterschiedlichen und teilweise sehr extremen Belastungen mechanischer und thermischer Art unterliegen können, können derartige Lichtbögen auftreten, wenn statt der bisher weit verbreite- ten 12 Volt-Bordnetze zukünftig Bordnetze mit höheren Versorgungsspannungen wie etwa 42 Volt Spannungen verwendet werden. Durch diese höhere Spannung können sich langdauernd brennende Lichtbögen entwickeln, die etwa durch fehlerhafte Steckkontakte, sich lösende Verbindungen, durchgesteuerte Kabel oder dergleichen entstehen und zu einem teilweisen oder ganzen Versagen der Bordelektronik sowie

ebenfalls der sicherheitsrelevanten, elektrisch betriebenen Teile des Kraftfahrzeuges führen können. Daher sind derartige Lichtbögen bei den kommenden 42 Volt Bord- netzen für Kraftfahrzeuge unbedingt zu vermeiden bzw. im Falle eines Auftretens zu erkennen und entsprechende Sicherungsmaßnahmen durchzuführen.

Insbesondere bei der Überwachung von Bordnetzen an Kraftfahrzeugen ist die Sachlage insofern gegenüber fest installierten Verteilungsnetzen problematischer, da in einem Fahrzeug eine Vielzahl von unterschiedlichen Verbrauchern eingebaut sind, die sehr unterschiedliche Störungen in dem Bordnetz hervorrufen können. Aufgrund dieses unterschiedlichen Verhaltens ist die Erkennung von Lichtbögen innerhalb des Bordnetzes schwierig, da eine Vielzahl sich überlagernder und teilweise mit dem Si- gnalverhalten von Lichtbögen identischer oder ähnlicher Signalverläufe durch die verschiedenen Verbraucher, aber auch durch die Art der Erzeugung der elektrischen Energie in dem Fahrzeug in das Bordnetz eingespeist werden.

Es hat sich bei Untersuchungen herausgestellt, daß die meisten der üblicherweise und bei bestimmungsgemäßem Verhalten der Verbraucher in einern Bordnetz auftre- tenden Signalverläufe zyklisch auftreten bzw. durch Schaltvorgänge geprägt sind und in ihrer Frequenz nur relativ schmalbandige Störungen in das Bordnetz einkop- peln. Daher kann man derartige Signalverläufe aus dem Signalverhalten in dem Ver- teilungsnetz extrahieren und das sich daraus ergebende restliche Spektrum für die Erkennung von Lichtbögen heranziehen.

Hierzu gibt es eine Reihe von Ansätzen.

Die US-PS 5 223 795 beschreibt eine Schaltung zur Erkennung von Lichtbögen in Wechselspannungs-Verteilnetzen, bei der ein in einem Wechselspannungsverlauf durch charakteristische Signalformen erkennbarer Lichtbogen erkannt wird. Der cha- rakteristische Wechselspannungsverlauf ergibt sich durch den Aufbau und das Zu- sammenbrechen eines Lichtbogens aufgrund der jeweiligen Momentanspannung und sich daraus ergebende zyklische Verläufe mit Lücken im Frequenzverlauf zu jeder Halbperiode des Stromwellenzuges, die als Kriterium für das Vorliegen einer Bogenentladung angesehen werden.

Aus der DE 696 10 420 T2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Versorgungsspannung in einem Wechselspannungs-Verteilungsnetz bekannt, bei der die Versorgungsspannung auf das Vorhandensein hochfrequenten Rau- schens in der Zeit-und in der Frequenzdarstellung überwacht wird, wobei als cha- rakteristische Spannungsverläufe wiederum Lücken im Wechselspannungsverlauf und deren Zuordnungen zu der Versorgungsspannung ausgewertet werden.

Weiterhin sind aus der WO 02/080326 A1 und der CA 2 379 453 A1 Verfahren zur Erkennung eines Lichtbogens in einem Fahrzeug-Gleichspannungs-Verteilungsnetz bekannt, bei denen ein superheterodyner Schaltkreis zur Filterung verwendet wird, indem über eine angelegte Oszillatorfrequenz das Filterverhalten des superhetero- dynen Schaltkreises über einen Frequenzbereich verändert und das gefilterte Signal einem Komparator zugeführt wird, der über eine Referenzspannung Veränderungen der gefilterten Signalverläufe erkennen und über ein Zeitglied derartige Veränderun- gen als Lichtbogen innerhalb des Fahrzeug-Gleichspannungs-Verteilungsnetz an- zeigen bzw. weitermelden soll. Nachteilig hieran ist der komplizierte Aufbau einer derartigen Vorrichtung und die daraus folgenden Probleme hinsichtlich des Einsat- zes im rauhen Fahrzeugbetrieb sowie die Notwendigkeit einer Referenz- Spannungsquelle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung eines Lichtbogens in Gleichspannungs-Verteilungsnetzen insbeson- dere von Kraftfahrzeugen vorzuschlagen, bei dem mit geringem gerätetechnischen Aufwand und unter den in Fahrzeuge auftretenden Umgebungsverhältnissen eine sichere Erfassung in dem Gleichspannungs-Verteilungsnetz auftretender Bogenent- ladungen bzw. Lichtbögen gewährleistet ist.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Verfahrens aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich der Vor- richtung aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 16 jeweils in Zu- sammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteil- hafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung nach Anspruch 1 geht aus von einem Verfahren zur Erkennung einer breitbandigen Rauschquelle, insbesondere eines Lichtbogens, in einem Gleichspan-

nungs-Verteilungsnetz, bei dem aus dem Gleichspannungs-Verteilungsnetz ein ggf. von der breitbandigen Rauschquelle gestörtes Signal entnommen und über mindes- tens einen in seiner Frequenzlage veränderbaren Filter geleitet wird. Ein derartiges gattungsgemäßes Verfahren wird dadurch weiterentwickelt, daß die Mittenfrequenz eines Bandfilters mit einstellbarer Mittenfrequenz von einem Mikroprozessor gesteu- ert in einem vorgebbaren Frequenzbereich zyklisch verändert und innerhalb des Frequenzbereiches bei vorgebbaren Frequenzen die zu der jeweils eingestellten Mit- tenfrequenz zugehörige spektrale Amplitude des gefilterten Signals ermittelt und dem Mikroprozessor wieder zugeführt wird, woraufhin der Mikroprozessor die Viel- zahl der in einem Zyklus derart in dem Frequenzbereich jeweils ermittelten Amplitu- den auf Kriterien für das Vorliegen einer breitbandigen Rauschquelle in dem Gleichspannungs-Verteilungsnetz untersucht und bei Feststellen einer breitbandigen Rauschquelle ein entsprechendes Signal abgibt. Die Verwendung eines Mikropro- zessors sowie die Steuerung der Filterfunktion eines Bandfilters durch den Mikropro- zessor und die Auswertung der von dem Bandfilter zurück gelieferten Werte für die Amplituden innerhalb des Filterbereiches vereinfacht die Ermittlung des Amplituden- verhaltens innerhalb des überwachten Frequenzbereiches wesentlich und führt dazu, daß mit nur geringem gerätetechnischem Aufwand das Frequenzspektrum innerhalb des Gleichspannungs-Verteilungsnetzes auf das Vorliegen von Lichtbögen oder der- gleichen breitbandigen Rauschquellen überwacht werden kann. Hierbei übernimmt der Mikroprozessor zum einen die Einstellung der Frequenz des Bandfilters, in der beziehungsweise benachbart zu der der aktuelle Wert der Amplitude des durch den Bandfilter gefilterten Signals ermittelt werden soll. Dies kann beispielsweise in weite- rer Ausgestaltung von einem Steuerausgang, insbesondere einem Timerausgang des Mikroprozessors übernommen werden, der üblicherweise an Mikroprozessoren ohnehin vorhanden ist. Somit bedarf der Mikroprozessor keinerlei Modifikationen o- der muß keine besonders hohen Anforderungen erfüllen. Weiterhin kann der Mikro- prozessor die von dem Bandfilter zurück übermittelte Vielzahl der Amplitudenwerte des Signalverlaufes je Zyklus daraufhin überwachen, ob diese Amplitudenwerte bzw. deren spektraler Verlauf typische, für das Auftreten von Lichtbögen charakteristische Kennzeichen aufweisen, wozu ebenfalls die üblicherweise ohnehin vorliegenden Ei- genschaften des Mikroprozessors von Nutzen sind und dadurch eine weitere Verein- fachung und Verbilligung der Durchführung des Verfahrens erlauben. Dies gilt umso

mehr, wenn innerhalb des Gleichspannungs-Verteilungsnetzes ohnehin Mikropro- zessoren vorhanden sind, wie dies beispielsweise im Bereich der Fahrzeugelektrik schon seit langem und mit zunehmender Tendenz der Fall ist. Derartige, ohnehin vorliegende Mikroprozessoren sind teilweise für die von ihnen kontrollierten Prozes- se überdimensioniert und können einfach dahingehend modifiziert werden, daß sie diese zusätzliche Aufgabe der Überwachung auf Lichtbögen mit übernehrnen. Dies hat weiterhin den Vorteil, daß beispielsweise verschiedene Zweige innerhalb des Gleichspannungs-Verteilungsnetzes jeweils lokal von vor Ort ohnehin vorhandenen Mikroprozessoren überwacht werden können und daher eine Lokalisierung eines tatsächlich aufgetretenen Lichtbogens wesentlich vereinfacht wird.

Von Vorteil ist es, wenn der Bandfilter zu jedem Zeitpunkt jeweils nur einen schmal- bandigen Ausschnitt aus dem gesamten Frequenzbereich herausfiltert. Hierdurch läßt sich die Amplitude abhängig von dem jeweils eingestellten Filterbereich sehr schmalbandig und genau ermitteln, wodurch die zyklische Abtastung des gesamten Frequenzbereiches mit hoher Präzision ausgeführt werden kann und die Meßergeb- nisse für jede Frequenz genaue Werte ohne die Probleme von integrierenden Funk- tionen ergeben.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Mittenfrequenz des Bandfilters zyklisch ganz oder abschnittsweise durch den zu überwachenden Frequenzbereich durchgestimmt wird. Durch die zyklisch ausgeführte, den ganzen oder zumindestens große Teile oder Abschnitte des zu überwachenden Frequenzbereiches scanende Ausführung der Durchstimmung des Bandfilters kann mit hoher Genauigkeit die jeweils vorlie- gende, frequenzabhängige Amplitude innerhalb des Gleichspannungs-Verteilungs- netzes ermittelt werden. Somit ist man nicht darauf angewiesen, nur an einzelnen, durch die Art der Schaltung fest vorgegebenen Frequenzen die jeweilige Amplitude zu ermitteln und daraus naturgemäß lückenhafte Schlüsse zu ziehen, sondern kann über einen entsprechend breit angelegten Frequenzbereich lückenlos und sehr zeit- nah den Verlauf der Amplitude abhängig von der jeweiligen Mittenfrequenz des Bandfilters ermitteln und damit auch schon im Vorfeld bzw. in einer Frühphase des Auftretens von Lichtbögen diese erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen ergreifen.

Von wesentlichem Vorteil für die gerätetechnische Umsetzung des Verfahrens ist es, wenn als Bandfilter ein Switched-Capacitor-Bandfilter verwendet wird. Derartige Bandfilter sind seit langem grundsätzlich bekannt und in ihrem Verhalten sehr gut erforscht und können darüber hinaus durch die Umschaltungsfrequenz, mit der die Kapazität des Filters umgeschaltet wird, einfach und sehr schnell an unterschiedliche Meßfrequenzen angepaßt werden. Durch Verwendung derartiger Switched- Capacitor-Bandfilter läßt sich damit auch vor allem direkt die Amplitude zu dem je- weiligen Frequenzbereich ausfiltern, ohne daß es einer Frequenztransformation oder Frequenzverschiebung bedarf, die bei anderen Filtersystemen wie beispielsweise superheterodynen Filtern nicht zu vermeiden sind. Weiterhin sind derartige Swit- ched-Capacitor-Bandfilter in ihrem Verhalten sehr robust und relativ preisgünstig, so daß insbesondere die Betriebssicherheit auch unter ungünstigen Verhältnissen bei- spielsweise in Fahrzeugen gewährleistet ist und gleichzeitig die Kosten für die Vor- sehung entsprechender Filter relativ wenig ins Gewicht fallen.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist es denkbar, daß als Kriterium für das Vorliegen einer breitbandigen Rauschquelle ein breitbandig über einen großen Fre- quenzbereich gegenüber dem normalen Grundrauschen erhöhter, im wesentlichen gleichbleibend hoher Pegel der spektralen Amplitude gewertet wird. Ein Lichtbogen in einem Gleichspannungs-Verteilungsnetz zeichnet sich dadurch aus, daß sich ge- genüber dem normalen Grundrauschen im Verteilungsnetz ein deutlich erhöhter, gleichzeitig aber über ein sehr breites Frequenzspektrum gleichmäßig ausgestalteter Amplitudenverlauf ergibt, der nur unwesentliche Unterschiede in der jeweiligen Amp- litude aufzeigt. Dieses breitbandige und sich deutlich vom normalen Grundrauschen abhebende Frequenzspektrum kann dazu genutzt werden, das Vorhandensein eines Lichtbogens in einem Gleichspannungs-Verteilungsnetz zu detektieren, wenn wie mit der vorliegenden Erfindung ein entsprechendes Auswerteverfahren für auf dem Gleichspannungs-Verteilungsnetz feststellbare frequenzbezogene Amplitudenwerte und deren Signalverläufe zur Verfügung steht.

Hierbei ist es in weiterer Ausgestaltung auch denkbar, daß das Vorliegen einer breit- bandigen Rauschquelle dann als erkannt betrachtet wird, wenn der breitbandig über einen großen Frequenzbereich erhöhte, im wesentlichen gleichbleibend hohe Pegel der spektralen Amplitude einer breitbandigen Rauschquelle um ein mehrfaches über

dem normalen Grundrauschen in einem Gleichspannungs-Verteilungsnetz liegt. Da- mit läßt sich eine klare Trennung zwischen dem normalen Grundrauschen und dem Vorliegen einer breitbandigen Rauschquelle definieren, da die Unterschiede in der Amplitude des ebenfalls relativ gleichmäßigen Grundrauschens und der breitbandi- gen Rauschquelle sich deutlich voneinander unterscheiden. Weiterhin ist es denk- bar, daß das Vorliegen einer breitbandigen Rauschquelle dann als erkannt betrach- tet wird, wenn der breitbandig über einen großen Frequenzbereich erhöhte, gleich- bleibend hohe Pegel der spektralen Amplitude einer breitbandigen Rauschquelle geringer als diejenigen Amplituden üblicher anderer schmalbandiger Frequenzereig- nisse oder Schaltereignisse in einem Gleichspannungs-Verteilungsnetz ist. Andere üblicherweise in einem Gleichspannungs-Verteilungsnetz vorkommende Amplitu- denverläufe bezogen auf die Frequenzen, die beispielsweise durch anlaufende Ver- braucher wie etwa Motoren oder dergleichen oder auch Schwankungen in der Span- nungsversorgung etwa eines Fahrzeuges auftreten können, weisen üblicherweise eher schmalbandige frequenzbezogene Verläufe der Amplitude oder breitbandige Verläufe mit unterschiedlich hoher Amplitude (typischerweise ein Linienspektrum bei periodischen Vorgängen bzw. ein kontinuierliches, aber nicht mit konstanter Amplitu- de verlaufendes Spektrum bei Schaltvorgängen) auf und lassen sich daher auch aufgrund ihrer häufig deutlich höheren Amplitude als das breitbandige Rauschen eines Lichtbogens ebenfalls gut erkennen und bei der Analyse des Frequenzverlau- fes eliminieren.

Eine weitere denkbare Ausgestaltung sieht vor, daß die Ansteuerung des Bandfilters hinsichtlich der Frequenzlage und der Größe der Amplitude aufgrund vorhergehen- der Meßdurchgänge adaptiv angepaßt wird, um im Gleichspannungs-Verteilungsnetz bestimmungsgemäß auftretende schmalbandige Frequenzereignisse oder Schalter- eignisse genauer erfassen und von denjenigen breitbandiger Rauschquellen unter- scheiden zu können. Hierdurch können beispielsweise periodisch auftretende Fre- quenzereignisse, die bei immer gleichen oder sehr ähnlichen Frequenzen in einem vorhergehenden Durchstimmvorgang des Bandfilters ermittelt wurden, bei einem nachfolgenden Durchgang einfacher erkannt bzw. auch eliminiert werden, um das breitbandige Rauschen zum Beispiel eines Lichtbogens besser aus dem Frequenz- gang herausfiltern zu können.

Eine typische Ausprägung zur Anwendung des Verfahrens beispielsweise innerhalb eines Gleichspannungs-Verteilungsnetzes liegt dann vor, wenn das Gleichspan- nungs-Bordnetz des Kraftfahrzeuges mit einer Nennspannung von 42 V betrieben wird. Bei derartigen Nennspannungen können beispielsweise aufgrund von Fehlern oder Alterungserscheinungen in Steckkontakten, Schaltern oder dergleichen wesent- lich leichter Lichtbögen als bei der bisher üblichen 12 Volt Bordnetzspannung auftre- ten bzw. zumindest zeitweise bestehen bleiben, so daß die Gefahr von Kabelbrän- den bzw. Fehlfunktionen innerhalb eines 42 Volt Bordnetzes wesentlich genauer ü- berwacht werden muß bzw. das Vorhandensein von Lichtbögen insgesamt verhin- dert werden muß.

Von Vorteil für die Anpassung an unterschiedliche Einsatzverhältnisse bzw. unter- schiedliche Verhaltensweisen oder auch unterschiedliche Genauigkeiten der Erken- nung ist es, wenn die Anpassung der Funktionsweise des Mikroprozessors an je- weils vorliegende Verhältnisse in unterschiedlichen Gleichspannungs-Verteilungs- netzen mittels Parametrisierung und/oder end-of-line Programmierung erfolgt. Hier- durch kann beispielsweise bei Fahrzeugen je nach dem Fahrzeugtyp bzw. auch der elektrischen Ausstattung des Fahrzeuges ein Standard-Schaltkreis zur Erkennung von Lichtbögen genutzt werden, der durch die entsprechende Parametrisierung bei- spielsweise erst nach dem Einbau in ein spezifisches Fahrzeug mit der jeweiligen elektrischen Ausstattung an genau für dieses Fahrzeug vorliegende Bedürfnisse zur Erkennung von Lichtbögen angepaßt werden kann. Auch können beispielsweise Veränderungen der Funktionsweise des Standard-Schaltkreises aufgrund von Erfah- rungen beim dauerhaften Betrieb derartiger Fahrzeuge noch nachträglich in den Standard-Schaltkreis eingespeist werden.

Eine wesentliche Verbesserung ergibt sich dadurch, daß der Mikroprozessor bei Er- kennung einer breitbandigen Rauschquelle ein Signal an eine übergeordnete Aus- werteeinheit abgibt. Hierdurch kann beispielsweise an einer zentralen Stelle inner- halb des Bordnetzes eines Fahrzeuges eine entsprechende Überwachung vorge- nommen und entsprechende Gegenmaßnahmen beim Erkennen eines Lichtbogens oder dergleichen getroffen werden. Beispielsweise kann ein zentrales Steuergerät für die Bordelektronik mit dem Mikroprozessor funktional derart in Verbindung ste- hen, daß das von dem Mikroprozessor bei Erkennen eines Lichtbogens abgegebene

Signal dort zur vollständigen oder teilweisen Stillegung von Verbrauchern bzw. auch entsprechenden Abschnitten des Bordnetzes genutzt werden kann, wobei insbeson- dere auch der jeweilige Betriebszustand des Fahrzeuges im Hinblick auf sicherheits- relevante Funktionen in die Entscheidung hinsichtlich der Reaktion mit einbezogen werden kann. So kann beispielsweise in weiterer Ausgestaltung die übergeordnete Auswerteeinheit das Gleichspannungs-Verteilungsnetz im Ganzen oder Teile davon abschalten, um die breitbandige Rauschquelle zu beeinflussen oder zu eliminieren, wobei insbesondere sicherheitsrelevante Bereiche des Gleichspannungs-Vertei- lungsnetzes weiterhin betrieben werden können.

In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen werden, daß der Frequenzbereich, in dem der Bandfilter durchgestimmt wird, zwischen im wesentlichen 200 Hz und 100 kHz liegt. Innerhalb dieses Frequenzbereiches liegen üblicherweise die entspre- chenden Amplitudenverläufe der breitbandigen Rauschquellen im Falle eines Licht- bogens, so daß eine zyklische Durchsuchung dieser Frequenzen eine entsprechen- de Sicherheit bei der Erkennung eines Lichtbogens gewährleistet.

Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 16 weiterhin eine Vorrichtung zur Erkennung einer breitbandigen Rauschquelle, insbesondere eines Lichtbogens, und insbeson- dere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 in einem Gleichspan- nungs-Verteilungsnetz, die einen in seiner Frequenz ! age veränderbaren Filter auf- weist. Eine derartige gattungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere so ausgestal- tet sein, daß ein Bandfilter derart funktional mit einem Mikroprozessor verbunden ist, daß er von dem Mikroprozessor gesteuert in einem vorgebbaren Frequenzbereich zyklisch seine einstellbare Mittenfrequenz verändert, die zu der jeweils eingestellten Mittenfrequenz zugehörige spektrale Amplitude des gefilterten Signals ermittelt und dem Mikroprozessor wieder zuführt, und der Mikroprozessor die spektralen Amplitu- den auf das Vorliegen einer breitbandigen Rauschquelle untersucht. Hierbei weist der Mikroprozessor als ein leistungsbestimmendes Element eine zentrale Rolle bei der Erfassung der Amplitudenwerte durch den Bandfilter sowie die Auswertung der erfaßten Amplitudenwerte auf, wodurch insbesondere durch die heute zur Verfügung stehende Rechenkapazität derartiger Mikroprozessoren eine schnelle und sichere Erfassung der Amplitudenwerte und deren Auswertung auch in kurzer Zeit bzw. kur- zer Folge gewährleistet wird. Insbesondere in Umgebungen, in denen derartige Mik-

roprozessoren ohnehin vorhanden sind, wie dies heute im Bereich des Fahrzeug- baus absolut üblich ist, können derartige Mikroprozessoren zusätzliche Aufgaben übernehmen, um eine Überwachung des Gleichspannungs-Bordnetzes beispielswei- se eines Fahrzeuges zu übernehmen. Hierdurch werden nur unwesentliche Mehr- kosten verursacht, wodurch die Wirtschaftlichkeit zur Nutzung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens wesentlich gesteigert werden kann. Darüber hinaus können durch eine derartige Schaltungsanordnung Einflüsse aufgrund von Störstrahlungen (elekt- romagnetische Verträglichkeit) durch diesen einfachen Aufbau der Schaltung und damit nur geringe Störanfälligkeit der einzelnen Komponenten und auch der gesam- ten Vorrichtung verhindert werden.

Von Vorteil ist es, wenn der Bandfilter ein Switched-Capacitor-Bandfilter ist. Ein der- artiger Switch-Capacitor-Bandfilter stellt eine relativ günstige und technisch zuverläs- sige Möglichkeit dar, direkt und ohne Frequenzverschiebungen oder dergleichen Amplituden aus einem sehr schmalbandigen Bereich eines Frequenzspektrums her- aus zu bestimmen und an den Mikroprozessor zurück zu übermitteln. Hierbei ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, daß der Frequenz-Mittelwert des Filterbereichs des Switched-Capacitor-Bandfilters genau die von dem Timer des Mikroprozessors vorgegebene Frequenz aufweist. Der Timer des Mikroprozessors gibt damit eine Frequenz an den Switched-Capacitor-Bandfilter vor, die dieser sehr genau einhält und innerhalb der zugeordneten Frequenz bzw. des entsprechenden Frequenzberei- ches sehr schmalbandig die vorliegende Amplitude aus dem Gleichspannungs- Verteilungsnetz bestimmt. Damit entfallen sonst übliche Notwendigkeiten aufgrund nicht vermeidbarer Chargenunterschiede, unterschiedlichen Temperaturverhaltens oder dergleichen der elektronischen Bauteile, um die jeweilige Filterfrequenz zu bestimmen.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn das entnommene, ggf. von der breitbandigen Rauschquelle gestörte Signal über einen Verstärker auf den Bandfilter aufgeschaltet ist. Hierdurch können entsprechend größere Rauschabstände ohne Verlust an Ge- nauigkeit hergestellt werden, die die Erfassung der Amplitudenhöhe bzw. deren Un- terscheidung in breitbandiges Rauschen und einzelne unbedenkliche Frequenzgän- ge verbessert.

Zur Absicherung ist es ebenfalls von Vorteil, wenn Kondensatoren zwischen dem Gleichspannungs-Verteilungsnetz und der Vorrichtung zur Erkennung der breitban- digen Rauschquelle angeordnet sind und das Gleichspannungs-Verteilungsnetz von der Vorrichtung trennen.

In einer ersten denkbaren Ausgestaltung kann das Ausgangssignal des Bandfilters über einen Gleichrichter auf den Mikroprozessor aufgeschaltet werden. Hierbei wird die Gleichrichtung innerhalb des Gleichrichters vorgenommen und der Mikroprozes- sor kann entsprechend einfacher hinsichtlich des Signaleingangs ausgestaltet sein.

Hierbei wird dann in vorteilhafter Ausgestaltung das Ausgangssignal des Bandfilters auf einen Analogeingang des Mikroprozessors aufgeschaltet und kann dort direkt ausgewertet werden.

Es ist ebenfalls in anderer Ausgestaltung denkbar, daß das Ausgangssignal des Bandfilters direkt auf den Mikroprozessor aufgeschaltet ist und der Mikroprozessor selbst den Wechselanteil des Signales auswertet. Hierdurch kann eine weitere Ver- einfachung des gerätetechnischen Konzeptes erreicht werden.

Es ist darüber hinaus denkbar, daß der Mikroprozessor einen Signalprozessor auf- weist oder dieser dem Mikroprozessor vorgelagert ist, der die Signalauswertung der von dem Bandfilter bereitgestellten Amplitudenwerte übernimmt. Derartige Signal- prozessoren haben den Vorteil einer schnellen Signalverarbeitung, ohne eine zu ho- he Auslastung des eigentlichen Mikroprozessors zu bedingen. Daher kann der Mik- roprozessor mit einem kombinierten Signalprozessor während der eigentlichen Sig- nalauswertung durch den Signalprozessor parallel weitere Aufgaben übernehmen und beispielsweise kombiniert in einem Fahrzeug für andere echtzeitkritische Syste- me zuständig sein.

Von Vorteil ist es für die Anwendung in einem Fahrzeug, wenn die übergeordnete Auswerteeinheit und der Mikroprozessor über einen CAN-Bus eines Kraftfahrzeuges miteinander funktional verbunden sind. Hierdurch wird auf dem CAN-Bus beim Er- kennen eines Lichtbogens lediglich ein entsprechender Signalzustand ausgelöst, der an anderer Stelle des CAN-Bus dann einen entsprechenden Überprüfungsvorgang oder entsprechende Reaktionen auslöst.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 1 zeigt die Zeichnung.

Es zeigen : Fig. 1-einen prinziphaften Schaltungsaufbau in Form eines Blockschaltbil- des für die Einzelelemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2-einen schematisch aufgezeichneten Amplitudenverlauf beim Vorlie- gen eines Lichtbogens in einem Gleichspannungs-Verteilungsnetz.

In der Figur 1 ist in Form eines Blockschaltbildes der grundsätzliche Aufbau einer Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wo- bei nur die wesentlichen Funktionsbaugruppen der Vorrichtung 1 aufgezeichnet sind.

Die Vorrichtung 1 dient zur Erkennung eines breitbandigen Rauschens 11 in einem Gleichspannungs-Verteilungsnetz 10 beispielsweise eines Kraftfahrzeuges oder der- gleichen, in dem etwa an einem Schalter 12 oder einer anderen Stelle das breitban- dige Rauschen 11 in Form eines Lichtbogens durch eine Fehifunktion beispielsweise des Schalters 12 hervorgerufen wird. Es versteht sich von selbst, daß jegliche Arten breitbandigen Rauschens 11 hiermit gemeint sein sollen, wie sie beispielsweise durch Kabelbruch, korrodierte oder sonstwie beschädigte oder lockere Übergangstel- len beispielsweise in Steckern oder dergleichen hervorgerufen werden können.

Die Vorrichtung 1 weist einen Mikroprozessor 2 grundsätzlich bekannter Bauart auf, der hier nur hinsichtlich seiner Funktion eines Timers 3 und eines Signaleinganges 4 näher dargestellt ist. Das aus dem Gleichspannungs-Verteilungsnetz 10 ausgekop- peltes Signal 9 wird über einen Kondensator 8 und einen Verstärker 7 auf einen Bandfilter 6 aufgeschaltet, der sehr schmalbandig arbeitet und beispielsweise in Form eines Switched-Capacitor-Bandfilters ausgebildet ist. Derartige Bandfilter 6 sind ebenfalls seit langem bekannt und sollen hier nur soweit erläutert werden, wie dies für die Ausführung dieser Erfindung von Belang ist. Ein derartiger Bandfilter 6 wird von dem Timerausgang 3 des Mikroprozessors 2 durch ein Timersignal 14 be- aufschlag und verändert gesteuert durch dieses Timersignal 14 die Lage seiner Mit- tenfrequenz zur Filterung des von dem Verstärker 7 auf den Bandfilter 6 aufgegebe-

nen Signals 24. Diese Mittenfrequenz wird aufgrund des Verhaltens des Bandfilters 6 sehr genau eingehalten und das Filterverhalten ist sehr schmalbandig, so daß als Ausgangssignal 13 des Bandfilters 6 ein sehr gut und genau erfaßter Amplitudenwert für genau die von dem Timersignal 14 vorgegebene Mittenfrequenz des Bandfilters 6 erzeugt wird. Wird nun das Timersignal 14 durch den Mikroprozessor 2 schnell so verändert, daß das Timersignal 14 von einer Minimalfrequenz zu einer Maximalfre- quenz gefahren wird und dann zyklisch wieder bei der Minimalfrequenz beginnt, so scannt der Bandfilter 6 zyklisch den zwischen der Minimalfrequenz und der Maximal- frequenz liegenden Frequenzbereich 19 in Form eines sehr schmalbandigen Fens- ters 20 und sorgt damit dafür, daß ein Profil der jeweils gemessenen Amplituden er- faßt werden kann. Diese Ausgangssignale 13 des Bandfilters 6 werden beispielswei- se über einen Gleichrichter 5 als Eingangssignal 15 auf einen Analogeingang 4 des Mikroprozessors 2 aufgeschaltet und damit stehen in dem Mikroprozessor 2 die fre- quenzbezogenen Amplituden des von dem Bandfilter 6 gefilterten Signals 13 sowie gleichzeitig die jeweilige Mittenfrequenz des Bandfilters 6 entsprechend dem Timer- signal 14 zur Verfügung und können zu dem in der Figur 2 beispielhaft dargestellten Verlauf der Amplituden über der Frequenz innerhalb des Frequenzbereiches 19 ver- arbeitet werden. Hierbei ist es auch möglich, daß das Ausgangssignal 13 des Band- filters 6 bei geeigneter Ausgestaltung direkt auf den dann entsprechend modifizierten Eingang 4 des Mikroprozessors 2 aufgeschaltet wird. Ebenfalls ist es denkbar, daß hier ein Signalprozessor zwischengeschaltet wird, der die Vorverarbeitung der Aus- gangssignale 13 über die Frequenz des Frequenzbereiches 19 vornimmt.

Der Mikroprozessor 2 verfügt damit über die beiden wichtigen Informationen aus der Auswertung des Signales 9 aus dem Gleichspannungs-Verteilungsnetz 10, nämlich der jeweils zueinander gehörigen Frequenz aufgrund des Timersignals 14 und dem daraus ermittelten Signal 15 für die Amplitude zu der jeweiligen Frequenz. Es hat sich nun herausgestellt, daß beim Vorliegen eines breitbandigen Rauschens 11 in Form etwa eines Lichtbogens der Amplitudenverlauf über die Frequenz so ausges- taltet ist, daß ein im wesentlichen gleichbleibender Amplitudenverlauf 17 nahezu ü- ber den gesamten Frequenzbereich 19 vorliegt, der sich deutlich von dem wesentlich geringeren Grundrauschen 16 abhebt und daher von diesem gut zu unterscheiden ist. Einzelne beispielsweise aufgrund von bestimmungsgemäßen Vorgängen inner-

halb des Gleichspannungs-Verteilungsnetzes hervorgerufene Amplituden 18 sind üblicherweise schmalbandig bzw. periodisch schmalbandig und können ebenfalls gut von dem breitbandigen Rauschen 17 unterschieden werden.

Erkennt der Mikroprozessor 2 aufgrund der Auswertung der am Eingang 4 anliegen- den Amplituden, daß ein derartiges breitbandiges Rauschen 11 in dem Gleichspan- nungs-Verteilungsnetz 10 vorliegt, so kann dies als Kriterium für das Vorliegen eines Lichtbogens oder dergleichen gedeutet werden und es kann ein entsprechendes Warnsignal 22 an eine übergeordnete Auswerteeinheit 21 gesandt werden, die bei- spielsweise in Form von weiteren Signal 23 entsprechende Gegenmaßnahmen in dem Gleichspannungs-Verteilungsnetz 10 veranlaßt. Derartige Maßnahmen können beispielsweise darin bestehen, daß einzelne Zweige oder auch das ganze Gleichspannungs-Verteilungsnetz 10 zu mindestens kurzzeitig abgeschaltet und damit ein das breitbandige Rauschen 11 verursachender Lichtbogen unterbrochen wird.

Die Vorrichtung 1 zeichnet sich dadurch aus, daß mit sehr geringem operativen Auf- wand und unter nahezu allen Umgebungsbedingungen wie beispielsweise auch in Kraftfahrzeugen bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen eine genaue Erfassung breitbandigen Rauschens 11 z. B. aufgrund eines Lichtbogens durchgeführt werden kann, darüber hinaus ist diese Anordnung aufgrund ihres einfachen Aufbaus beson- ders kostengünstig und EMV-fest. Damit liegen alle Eigenschaften zur Integration einer derartigen Vorrichtung 1 in Bordnetze 10 von Fahrzeugen beispielsweise mit 42 Volt Bordnetzen vor.

Sachnummernliste -Erkennungsschaltung 2-Mikroprozessor 3-Timer 4-Analogeingang 5-Gleichrichter 6-Bandfilter 7-Verstärker 8-Kondensator 9-ausgekoppeltes Signal 10-Gleichspannungs-Verteilungsnetz 11-Lichtbogen 12-Schalter 13-gefilterte Signal 14-Timer-Signal 15-verstärktes Signal 16-Grundrauschen 17-Rauschen der breitbandigen Rauschquelle 18-schmalbandige Frequenzereignisse 19-Frequenzbereich 20-schmalbandiger Ausschnitt Filterung 21-Auswerteeinheit 22-Erkennungssignal 23-Schaltsignal 24-verstärktes Signal