BE1030869B1

BE1030869B1 - Verfahren zur Ansteuerung eines elektromechanischen Schaltelements

Info

Publication number: BE1030869B1
Application number: BE20225719A
Authority: BE
Inventors: Fabian Winkel; Elmar Schaper
Original assignee: Phoenix Contact Gmbh & Co
Priority date: 2022-09-12
Filing date: 2022-09-12
Publication date: 2024-04-09
Also published as: WO2024056418A1; BE1030869A1

Abstract

Verfahren zur Ansteuerung eines elektromechanischen Schaltelements, mindestens aufweisend mehrere Kontakte, eine Spule mit einem Eisenkern und einen Anker, wobei im Falle, dass eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, im Ausschaltvorgang ein Ein- und Auspulsen oder im Einschaltvorgang ein Aus- und Einpulsen des Schaltelements zu einem vorgegebenen Zeitpunkt innerhalb eines Überhubbereichs mehrfach derart ausgeführt wird, dass der in die Spule fließende Spulenstrom zwischen einem vorgegebenen Maximalwert und einem Minimalwert pendelt, so dass der Anker sich innerhalb des Überhubbereichs bewegt und dadurch die Kontakte aneinander reiben ohne sich dabei voneinander zu lösen, wobei der Minimalwert definiert ist als der Stromwert zu dem Zeitpunkt, an dem sich der Anker von dem Eisenkern zu lösen beginnt.

Description

' BE2022/5719

Verfahren zur Ansteuerung eines elektromechanischen Schaltelements

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromechanischen

Schaltelements, sowie eine Universalkomponente.

Beim Schalten von elektromechanischen Schaltelementen wie z.B. Relais können sich zwei Fehlerbilder ergeben. In einem Fall kann ein Relais durch einen Einschaltvorgang nicht kontaktieren, in einem anderen Fall kann der Stromfluss über die Kontakte durch einen Ausschaltvorgang nicht unterbrochen werden. Die Gründe für diese Fehlerbilder sind vielfältig, wobei u.a. mechanisches Verhaken, Oxidschichten und Verschweißen der Kontakte denkbar sind. Eine Mehrzahl der Gründe ist jedoch reversibel, d.h. wenn die Kontakte z.B. einmal mechanisch verhakt waren, dann können sie trotzdem wieder gelöst werden und das Relais kann für viele Tausend Schaltzyklen weitergenutzt werden. Somit ist es möglich, einen fehlerhaften Schaltzustand eines Relais durch ein erneutes Betätigen zu korrigieren.

In der DE102014211400A1 erfolgt beispielsweise ein wenigstens einmaliges Öffnen und Schließen des Schützes, wenn sich die Kontakte des Schützes mit einem

Kontaktwiderstand kontaktieren, der nicht unterhalb eines definierten Werts liegt.

Inder EP3185269B1 erfolgt eine Überlagerung des Betriebsstroms mit einer elektrischen Wellenform. Das Verfahren ist nur für einen Ausschaltvorgang anwendbar.

Bekannt sind Maßnahmen wie ein Wiederholen des Schaltvorgangs, sowie ein Anlegen einer Vibration an die Kontakte. Auch ist die erforderliche Messtechnik zur Erfassung von Kontaktzuständen bekannt, z.B. aus der DE 102018114425 A1 oder der WO 202194418 A1.

Allerdings sind die bekannten Verfahren immer noch verbesserungswürdig, um Ausfälle von Schaltelementen zu verhindern oder einen Ausfall zu verzögern.

Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromechanischen Schaltelements bereitzustellen, durch welches klebende

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Kontaktelemente vermieden oder wieder gelöst werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromechanischen

Schaltelements, mindestens aufweisend mehrere Kontakte, eine Spule mit einem

Eisenkern und einen Anker, wobei im Falle, dass eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, im Ausschaltvorgang ein Ein- und Auspulsen oder im Einschaltvorgang ein Aus- und

Einpulsen des Schaltelements zu einem vorgegebenen Zeitpunkt innerhalb eines

Überhubbereichs mehrfach derart ausgeführt wird, dass der in die Spule fließende

Spulenstrom zwischen einem vorgegebenen Maximalwert und einem Minimalwert pendelt, so dass der Anker sich innerhalb des Überhubbereichs bewegt und dadurch die Kontakte aneinander reiben ohne sich dabei voneinander zu lösen, wobei der

Minimalwert definiert ist als der Stromwert zu dem Zeitpunkt, an dem sich der Anker von dem Eisenkern zu lösen beginnt.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die vorgegebene Bedingung ein erkannter Fehlerzustand ist, bei dem sich die Kontakte beim Einschalten nicht kontaktieren oder beim Ausschalten nicht lösen, oder wobei die vorgegebene

Bedingung ein Erfassen einer Verschlechterung der Kontaktgüte der Kontakte ist.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Einschaltdauer oder die

Ausschaltdauer so lange gewählt wird, bis der Spulenstrom den Wert erreicht hat, den er zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem Ausschalten bzw. dem Einschalten hatte.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass für jedes elektromechanische

Schaltelement kontinuierlich während der Verwendung der Überhubbereich ermittelt wird, und im Falle, dass sich dieser während der Lebensdauer verändert, der vorgegebene Zeitpunkt zum Einpulsen bzw. Auspulsen innerhalb des Überhubbereichs angepasst wird.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass eine kontinuierliche Überwachung erfolgt, ob die vorgegebene Bedingung erfüllt ist.

In einer weiteren Ausführung ist eine Universalkomponente vorgesehen, aufweisend ein elektromechanisches Schaltelement, aufweisend mehrere Kontakte und einen Anker, wobei der Anker dazu eingerichtet ist, die Kontakte derart zu bewegen, dass sie sich berühren oder voneinander lösen, und eine integrierte Messtechnik zur Bestimmung zumindest eines Überhubbereichs im Betrieb des elektromechanischen Schaltelements, und einen mit dem elektromechanischen Schaltelement in Signalverbindung stehenden

Mikrocontroller, in dem das Verfahren als Softwareprogramm implementiert ist.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Universalkomponente als

Relaissockel gebildet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden

Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der

Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger

Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Figuren 1-3 zeigen Ansichten eines elektromechanischen Schaltelements in unterschiedlichen Schaltzuständen gemäß dem Stand der Technik.

Figur 4 zeigt ein Diagramm mit einem normalen Abschaltvorgang und einem Reiben der

Kontakte gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Anwendung findet das vorgeschlagene Verfahren in Produkten mit elektromechanischen Schaltelementen 10, die mehrere Kontakte 7a, 7b, 7c und einen

Anker 5 aufweisen. Insbesondere sind elektromechanische Schaltelemente 10 der vorgeschlagenen Erfindung in Universalkomponenten wie Universalsockeln verbaut, die

* BE2022/5719 z.B. in der industriellen Automatisierung (DC- Industrienetze), oder auch in Ladesäulen für Elektrofahrzeuge, etc. Anwendung finden. Die hier verwendeten elektromechanischen Schaltelemente 10 können in der Regel nicht direkt nach

Produktion oder basierend auf einem oder mehreren Referenzbauteilen konfiguriert werden, da je nach Einsatzszenario, also Art des Schaltelements, Steuerspannung,

Einbaulage, Einbauort etc. unterschiedliche Einflüsse wirken, die zu veränderten

Eigenschaften der Schalteigenschaften des Schaltelements, führen können.

Deshalb wird gemäß der Erfindung eine Ansteuerung eines elektromechanischen

Schaltelements 10 zur Fehlerverringerung direkt am Einbauort vorgenommen. Das heißt, dass das Verfahren zur Ansteuerung innerhalb der Universalkomponente ausgeführt wird. Hierfür sind sowohl Messtechnik als auch ein Mikrocontroller nötig und in der Universalkomponente verbaut. Die Universalkomponente kann dabei als

Relaissockel ausgeführt sein.

Nachfolgend wird lediglich auf ein Relais 10 als elektromechanisches Schaltelement 10

Bezug genommen. Allerdings kann das Verfahren auch für andere elektromechanische

Schaltelemente verwendet werden, z.B. Schütze. Neben der hier dargestellten

Ausführungsform, bei der ein Wechslerkontakt Bestandteil eines elektromechanischen

Schaltelements 10 ist, kann der gattungsgemäfle Wechslerkontakt jedoch auch in anderen Vorrichtungen wie z. B. einem Wechselschalter integriert sein.

In Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines dreipoligen Wechslerkontakts gemäß einer allgemeinen Ausführungsform gezeigt. Vorliegend ist der Wechslerkontakt dabei lediglich beispielhaft ein Teil eines elektromechanischen Schaltelements 10 bzw.

Wechslerrelais. Das elektromechanische Schaltelement 10 umfasst dabei drei, dem

Wechslerkontakt zugeordnete Anschlüsse, welche im Folgenden gemäß der üblichen

Konvention als COM-Anschluss („common“) 2a, NC-Anschluss 2b (normally closed) und NO-Anschluss 2c (normally open) bezeichnet werden. Weiterhin umfasst das elektromechanische Schaltelement 10 zwei Relaisspulenanschlüsse 3a und 3b, über die eine Relaisspule 3, kurz auch als Spule 3 bezeichnet, des elektromechanischen

Schaltelements 10 mit einem Spulenstrom 13 bestromt werden kann. Über den

Stromfluss wird von der Relaisspule 3 ein magnetisches Feld aufgebaut, das in einem magnetischen Kern 4 geführt wird und eine Kraft auf einen beweglichen Relaisanker 5,

° BE2022/5719 kurz auch als Anker 5 bezeichnet, ausübt, der wiederum über einen Schieber 6 eine

Bewegung ein oder mehrerer, den jeweiligen Anschlüssen 2a, 2b, 2c zugeordneter

Kontakte 7a, 7b, 7c (auch als Kontaktelemente bzw. Kontaktpillen bezeichnet) verursacht.

In Figur 1 ist ein Zustand gezeigt, in dem das Relais 10 geöffnet ist, d.h. Kontakte 7a und 7b liegen aneinander an. In Figur 2 ist ein Zustand gezeigt, in dem das Relais geschlossen ist, d.h. Kontakte 7a und 7c liegen aneinander an. In Figur 3 ist ein sogenannter Überhub gezeigt. Hierbei liegt der Kontakt 7a an Kontakt 7c an (Relais 10 ist geschlossen) und wird durch den vom Anker 5 betätigten Schieber 6 gegen Kontakt 7c gedrückt, was durch die Biegung des oberen Endes von Kontakt 7a dargestellt ist.

Sowohl beim Ein- als auch beim Ausschalten des Relais 10 ergibt sich ein Bereich, bei dem die Kontakte 7a und 7c sich berühren, der Anker 5 jedoch nicht die Spule 3 (genauer den Eisenkern 8) berührt. D.h. die Verbindung der Kontakte 7a und 7c ist bereits leitfähig, aber die Biegung der Kontaktelemente ändert sich noch, dieser Bereich wird im folgenden Überhubbereich genannt.

In Figur 4 wird ein zeitlicher Verlauf eines Ausschaltvorgangs für ein z.B. als Relais gebildetes elektromechanisches Schaltelement 10 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Auf der Ordinate wird eine normalisierte Messgröße x/X_max angegeben.

Dabei bezeichnet der Bereich BO den Zustand, in dem das Relais 10 geschlossen ist, also der Anker 5 an die Spule 3 angezogen wird, genauer berührt der Anker nicht die

Spule 3, sondern das Joch bzw. Eisenkern 8 und löst sich in Bereichen B1 und B2 von diesem, und die Kontakte 7a und 7c aneinander anliegen (wie in Fig. 2), so dass eine

Leitfähigkeit besteht (mit der kurz gestrichelten Linie L1 bezeichnet). Der Bereich B1 bezeichnet den Zustand des Überhubs (wie in Fig. 3), an dem zwar der Anker 5 von der

Spule 3 gelöst ist, aber die Kontakte 7a, 7c noch nicht voneinander gelöst sind. Der

Bereich B2 zeigt den Zustand, in dem das Relais 10 offen ist, also die Kontakte 7a, 7c voneinander gelöst sind, so dass keine Leitfähigkeit mehr zwischen den Kontakten 7a, 7c besteht (wie in Fig. 1). Die durchgezogene Linie stellt den Spulenstrom 13 dar. Dabei ist zu sehen, dass im Abschaltvorgang der Spulenstrom 13 bis zu einem Stromminimum (Minimalstrom) zum Zeitpunkt t_01 abnimmt. Dieses Stromminimum wird durch das

Lösen des Ankers 5 vom Eisenkern 8 der Spule 3 definiert (und kann kurz nach dem

Lösen detektiert werden). Zu dem Zeitpunkt t_01, an dem sich der Anker 5 zu lösen

° BE2022/5719 anfängt, steigt der Spulenstrom I3 wieder an, was z.B. rechnerisch über die Ableitung (Änderung von negativ nach positiv) ermittelt werden kann. An diesem Zeitpunkt t_01 geht der Bereich BO in den Bereich B1 (Überhub) über. Zu dem Zeitpunkt t_12, an dem sich die Kontakte 7a, 7c öffnen, wird der Überhubbereich B1 verlassen (Bereich B2, in dem die Kontakte 7a, 7c offen sind). Der Zeitraum d_02 bezeichnet die Zeitspanne zwischen t_01 und t_12, in dem der Anker 5 zwar vom Eisenkern 8 der Spule 3 gelöst ist, aber die Kontakte 7a, 7c noch aneinander anliegen.

Ziel der Erfindung ist es, einen fehlerhaften Schaltzustand zu erkennen, welcher ein

Lösen der Kontakte 7a/7b oder 7a/7c voneinander verhindert oder bei dem sich die

Kontakte 7a/7b oder 7a/7c berühren, aber nicht leiten, und diesen fehlerhaften

Schaltzustand automatisch zu korrigieren. Dies wird durch ein erneutes Anregen des

Ankers 5 innerhalb des Überhubbereichs B1 erreicht, wodurch die Kontakte 7a, 7c bewegt werden und aneinander reiben, wie nachfolgend beschrieben. Dabei wird

Insbesondere der Ausschaltvorgang betrachtet, also Kontakte 7a, 7c. Allerdings kann das vorgeschlagene Verfahren auch beim Einschalten angewendet werden. Je nach

Einbau gibt es beim Wechsler zwei Ausschaltfehler (NO 2c-COM 2a; COM 2a-NC 2b), aber auch Einschaltfehler für diese Kontaktpaare, sodass beim Wechslerrelais insgesamt vier Fehler korrigiert werden: Kontakte NO 2c-COM 2a lösen sich nicht, NO 2c-COM 2a leiten nicht, COM 2a-NC 2b lösen sich nicht, COM 2a-NC 2b leiten nicht.

Da nachfolgend auf den Ausschaltvorgang abgestellt wird, wird das Verfahren auch nur anhand der Kontakte 7a, 7c beschrieben. Die entsprechenden Parameter, z.B. 11, t_ein, d_ein, L2, sind zusätzlich in Figur 4 eingetragen, um die Wirkungsweise des Verfahrens zu verdeutlichen.

Das Anregen, in dieser Ausführung ein erneutes Einschalten bzw. Einpulsen (da kein vollständiger Einschaltvorgang ausgeführt wird), erfolgt zu einem Zeitpunkt t_ein innerhalb des Überhubbereichs B1, also innerhalb des Zeitraums d_02.

Vorteilhafterweise wird der Zeitpunkt t_ein so gewählt, dass er in einem (zeitlichen)

Abstand zu t_01 und t_12 liegt. Die Wahl des Zeitpunkts t_ein kann willkürlich durch den Mikrocontroller erfolgen. Ab diesem Zeitpunkt t_ein steigt dann der Spulenstrom, nachfolgend als 11 bezeichnet, wieder an (in Figur 4 als gestrichelte Linie ab t_ein dargestellt), wodurch die Kontakte 7a, 7c an einem Lösen gehindert werden. Allerdings erfahren sie dennoch eine Anregung innerhalb des Überhubbereichs und werden

' BE2022/5719 voneinander durch die Federkraft auf unterschiedlichen Trajektorien bewegt, sodass die

Kontakte aneinander reiben, oder Kräfte auf einer Verbindung der Kontakte ausgeübt werden. Während der Spulenstrom 11 wieder ansteigt, werden die Kontakte 7a, 7c wieder aneinandergedrückt. Wenn der Spulenstrom 11 einen vorgegebenen Stromwert erreicht, der im Abschaltvorgang zu einem Zeitpunkt t_aus gewählt wurde, erfolgt ein erneutes Ausschalten, wodurch die Kontakte 7a, 7c wieder eine Anregung erfahren und voneinander durch die Federkraft auf unterschiedlichen Trajektorien bewegt, sodass die

Kontakte aneinander reiben, oder Kräfte auf einer Verbindung der Kontakte ausgeübt werden. Dies kann mehrere Male wiederholt werden. Somit wird ein Reiben der

Kontakte 7a, 7c erzeugt, ohne dass diese sich voneinander lösen, d.h. ohne dass ein vollständiger Schaltzyklus durchlaufen wird. Das Schaltelement 10 ist also auch während des Reibens der Kontakte voll leitend. Der Spulenstrom 13 (11) pendelt also zwischen einem (vorgegebenen, frei gewählten) Maximalstrom und einem (durch das

Lösen des Ankers 5 definierten) Minimalstrom, wodurch stets eine Bewegung des

Ankers 5 im Uberhubbereich B1 hervorgerufen wird.

Der Zeitpunkt t_aus des Ausschaltens wird dabei irgendwo zwischen dem in Figur 4 auf der Ordinate mit „1“ bezeichneten Maximalstrom (maximaler Spulenstrom 13) und dem

Minimalstrom (welcher zum Zeitpunkt t_01 vorhanden ist) gewählt. In dieser Ausführung ist der Zeitpunkt t_aus bei ca. 2/3 des vollen Spulenstroms 13 gewählt. Es kann aber auch je Ansteuerung ein anderer Ausschaltzeitpunkt t_aus und damit ein anderer

Ausschalt-Spulenstrom I3 gewählt werden. Beispielsweise kann in einem Band von 90% bis 40% des Spulenstroms I3 angeregt werden.

Aus dem gewählten Zeitpunkt t_aus und dem Einschaltzeitpunkt t_ein ergibt sich die

Ausschaltdauer d_aus. Die Einschaltdauer d_ein ergibt sich aus dem Zeitraum zwischen dem Einschaltzeitpunkt t_ein und dem Zeitpunkt t_aus2, an dem der

Spulenstrom 11 dieselbe Höhe erreicht wie der Ausschalt-Spulenstrom 13 zum Zeitpunkt t_aus. Aus der Summe von d_aus und d_ein ergibt sich die Frequenz des (Pulsweiten)signals zur Ansteuerung, und aus dem Verhältnis von d_aus und d_ein der

Duty-Cycle des Signals. Dabei wird bevorzugt eine hohe Frequenz von 50 Hz oder mehr, in dieser Ausführung von 200 Hz erreicht.

Das Verfahren wird vorteilhaft frühestens dann beendet, wenn eine erfolgreiche

Kontaktierung der Kontakte 7a, 7b (beim Einschalten) oder ein Lösen der Kontakte 7a, 7c (beim Ausschalten) detektiert wird. Die Überwachung erfolgt vorteilhaft kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeitpunkten. Sollte keine entsprechende Detektion nach einem 5 vorgegebenen Zeitraum möglich sein, wird das Relais 10 abgeschaltet und ein

Fehlersignal ausgegeben.

Das Resultat des vorgeschlagenen erneuten Anregens ist also, dass die Kontakte 7a, 7c mehrfach aneinander reiben, aber dabei nicht geöffnet (voneinander getrennt) werden, So dass die leitende Verbindung dazwischen bestehen bleibt, wie durch die gepunktete Linie L2 in Figur 4 angedeutet. Unter dem Begriff mehrfach ist zu verstehen, dass das Ein- und Auspulsen (im Ausschaltvorgang) bzw. das Aus- und Einpulsen (im

Einschaltvorgang) mehrfach wiederholt wird, vorzugsweise solange, bis der

Fehlerzustand nicht mehr erfasst wird, wobei eine Begrenzung auf eine Dauer oder

Häufigkeit des Reibens vorgesehen sein kann.

Bei der Anregung wird außerdem kein vollständiger Schaltzyklus durchlaufen. Vielmehr erfolgt eine erneute Anregung innerhalb des Überhubbereichs B1, also innerhalb des

Zeitraums d_02 zwischen Lösen des Ankers 5 und Lösen der Kontakte 7a, 7c zu einem

Zeitpunkt t_ein, also noch bevor sich die Kontakte 7a, 7c voneinander lösen.

Das Verfahren ist eventbasiert und wird vorteilhaft dann ausgeführt, wenn ein

Fehlerzustand erkannt wurde, also wenn die Kontakte 7a, 7c sich nicht lösen oder aufgrund von Ablagerungen keine leitfähige Verbindung mehr hergestellt werden kann.

Durch das aufgrund des mehrfachen Ein- und Auspulsens (im Ausschaltvorgang) bzw. das Aus- und Einpulsens (im Einschaltvorgang) resultierende Reiben werden

Verunreinigungen zwischen den Kontakten gelöst oder aufgetragenes Material abgerieben.

Aber das Verfahren kann auch unter einer anderen Bedingung als einem aktuell erkannten Fehlerzustand ausgeführt werden, z.B. vorbeugend. Es kann aufgrund eines

Erkennens eines sich andeutenden Fehlerzustands ausgeführt werden, also vorbeugend. Dabei kann im Falle, dass z.B. ein Schwingen im Spulenstrom I3 am Ende eines Schaltvorgangs erkannt wird, darauf geschlossen werden, dass das

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Schaltelement 10 in einem Degradationszustand (Verschlechterung der Kontaktgüte der

Kontakte 7a, 7b, 7c) ist. Dabei ist zwar noch kein Fehlerzustand erfasst worden, an dem die Kontakte 7a, 7c sich nicht mehr voneinander lösen (beim Ausschalten des Relais 10) oder keine leitende Verbindung eingehen (beim Einschalten des Relais 10), aber der Fehlerzustand deutet sich bereits an, wird also erwartet. Dann kann das Verfahren vorbeugend ausgeführt werden.

Auch kann in einer weniger bevorzugten Ausführung das Verfahren nach einer fest vorgegebenen Anzahl an Schaltvorgängen des Relais 10 vorbeugend ausgeführt werden.

Wie bereits erwähnt, kann das Verfahren sowohl im Einschaltvorgang als auch im

Ausschaltvorgang ausgeführt werden, da in beiden Vorgängen der Fehlerzustand auftreten kann, dass sich die Kontakte 7a/7c, 7a/7b nicht voneinander lösen bzw. nicht leiten.

Damit das Verfahren ausgeführt werden kann, werden zu Beginn der Verwendung des elektromechanischen Schaltelements 10, also nach Einbau in der Anwendung, während jedes Schaltvorgangs Daten (Spulenstrom 13, Zeiten t) gesammelt, um den

Überhubbereich B1 bestimmen zu können. Wie bereits oben beschrieben, kann dieser aus der zeitlichen Differenz zwischen dem ersten Vorzeichenwechsel der zeitlichen

Ableitung des Spulenstroms und der ersten Änderung der Konduktivität der Kontakte 7al7c, 7a/7b ermittelt werden. Durch die Erfassung der Daten bei möglichst jedem

Schaltvorgang kann somit eine Anpassung des Überhubbereichs B1 erfolgen, der sich z.B. aufgrund der Alterung des Relais 10 während der Lebensdauer verschieben kann.

Das Verfahren ist also adaptiv.

Um die Daten zu erfassen und die Anpassung auszuführen, ist eine

Universalkomponente vorgesehen, welche sowohl die benötigte Messtechnik z.B. zum

Strommessen aufweist, als auch einen Mikrocontroller, der die entsprechenden

Berechnungen ausführen kann, und die Ansteuerung des Relais 10 übernimmt. In dem

Mikrocontroller ist das Verfahren als Softwareprogramm implementiert. Er dient auch zur Ansteuerung des Relais 10 z.B. mittels einem PWM-Signal.

Ein Vorteil des Verfahren ist, dass eine Vielzahl der Ausfälle der Anlagen durch fehlerhafte Relais 10 verhindert werden kann. Außerdem hat das System eine geringe

Reaktionszeit, wodurch der Betrieb von Anlagen ununterbrochen fortgesetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass das Reiben sofort beendet werden kann, wenn kein erneutes Einschalten erfolgt, da es kein Schwingverhalten gibt.

Außerdem sorgt die technische Realisierung als autarke Universalschaltkomponente für einen minimalen Applikationsaufwand der Anwender.

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Bezugszeichenliste 2a COM-Anschluss 2b NC-Anschluss 2c NO-Anschluss 3 Relaisspule 3a, 3b Relaisspulenanschlüsse 4 magnetischer Kern 5 Relaisanker 6 Schieber 7a-7c Kontaktelemente 8 Eisenkern 10 elektromechanisches Schaltelement, z.B. Relais

BO Ankerposition Kontakte geschlossen

B1 Ankerposition Überhub (Überhubbereich)

B2 Ankerposition Kontakte offen 13 Spulenstrom 11 Spulenstrom bei Reiben

I3_max, |1_max Maximalwert Spulenstrom 13_min Minimalwert Spulenstrom

L1, L2 Leitfähigkeit t Zeit t_aus Ausschaltzeitpunkt t_aus2 Ausschaltzeitpunkt Reiben tein Einschaltzeitpunkt t_12 Zeitpunkt, an dem Kontakte öffnen t_01 Zeitpunkt, an dem sich Anker löst d_02 Zeitraum/Dauer Überhub d_aus Ausschaltdauer dein Einschaltdauer

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Ansteuerung eines elektromechanischen Schaltelements (10), mindestens aufweisend mehrere Kontakte (7a, 7b, 7c), eine Spule (3) mit einem Eisenkern (8) und einen Anker (5), wobei - im Falle, dass eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, - im Ausschaltvorgang ein Ein- und Auspulsen oder im Einschaltvorgang ein Aus- und Einpulsen des Schaltelements (10) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (t_ein) innerhalb eines Überhubbereichs (B1) mehrfach derart ausgeführt wird, dass der in die Spule (3) fließende Spulenstrom (13, 11) zwischen einem vorgegebenen Maximalwert (13_max; I1_max) und einem Minimalwert (13_min) pendelt, so dass der Anker (5) sich innerhalb des Überhubbereichs (B1) bewegt und dadurch die Kontakte (7a, 7b, 7c) aneinander reiben ohne sich dabei voneinander zu lösen, wobei der Minimalwert (13_min) definiert ist als der Stromwert zu dem Zeitpunkt (t_01), an dem sich der Anker (5) von dem Eisenkern (8) zu lösen beginnt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Bedingung ein erkannter Fehlerzustand ist, bei dem sich die Kontakte beim Einschalten nicht kontaktieren oder beim Ausschalten nicht lösen, oder wobei die vorgegebene Bedingung ein Erfassen einer Verschlechterung der Kontaktgüte der Kontakte (7a, 7b, 7c) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einschaltdauer (d_ein) oder die Ausschaltdauer so lange gewählt wird, bis der Spulenstrom (11) den Wert erreicht hat, den er zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (t_aus) nach dem Ausschalten bzw. dem Einschalten hatte.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für jedes elektromechanische Schaltelement (10) kontinuierlich während der Verwendung der Überhubbereich (B1) ermittelt wird, und im Falle, dass sich dieser während der Lebensdauer verändert, der vorgegebene Zeitpunkt (t_ein) zum Einpulsen bzw. Auspulsen innerhalb des Überhubbereichs (B1) angepasst wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine kontinuierliche Überwachung erfolgt, ob die vorgegebene Bedingung erfüllt ist.

6. Universalkomponente (100), aufweisend: - ein elektromechanisches Schaltelement (10), aufweisend mehrere Kontakte (7a, 7b, 7c) und einen Anker (5), wobei der Anker dazu eingerichtet ist, die Kontakte (7a, 7b, 7c) derart zu bewegen, dass sie sich berühren oder voneinander lösen, und - eine integrierte Messtechnik zur Bestimmung zumindest eines Überhubbereichs (B1) im Betrieb des elektromechanischen Schaltelements (10), und - einen mit dem elektromechanischen Schaltelement (10) in Signalverbindung stehenden Mikrocontroller, in dem das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Softwareprogramm implementiert ist.

7. Universalkomponente (100) nach Anspruch 6, die als Relaissockel gebildet ist.