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Dokumentenidentifikation DE4009262C2 16.04.1992
Titel Verfahren zum Prüfen von elektromagnetischen Relais
Anmelder EURO-Matsushita Electric Works AG, 8150 Holzkirchen, DE
Erfinder Oberndorfer, Johannes, 8160 Miesbach, DE
DE-Anmeldedatum 22.03.1990
DE-Aktenzeichen 4009262
Offenlegungstag 26.09.1991
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.04.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.04.1992
IPC-Hauptklasse H01H 49/00
IPC-Nebenklasse G01R 31/00   

Beschreibung[de]

Zur Prüfung elektromagnetischer Relais, insbesondere bei der Fertigung, ist es üblich, jedes Relais mit einer Erregerspannung anzusteuern, die von Null rampenartig in Richtung der Nennspannung ansteigt, und denjenigen Spannungswert festzustellen, bei dem der Anker umschaltet. Dieser Wert stellt die Ansprechspannung des Relais dar, die regelmäßig um einen bestimmten Betrag unter der Nennspannung liegt. Anschließend wird die Erregerspannung rampenartig auf Null abgesenkt und der Spannungswert ermittelt, bei dem der Anker in seine Ausgangslage zurückkehrt. Dieser Wert stellt die Abfallspannung des Relais dar, die regelmäßig um ein bestimmtes Maß über der Null-Spannung liegt.

Handelt es sich nicht, wie oben angenommen, um ein monostabiles, sondern um ein bistabiles Relais, so wird beim zweiten Verfahrensschritt die Nennspannung nicht auf Null, sondern in Richtung der entgegengesetzten Ansprechspannung geändert, wobei die beiden ermittelten Schaltspannungen als Set- und Resetwerte bezeichnet werden.

Auf den Anker eines elektromagnetischen Relais üben die von ihm betätigten Kontakte Federkräfte aus, wobei sich die Resultierende dieser Federkräfte (genauer gesagt: die 1. Ableitung der Resultierenden) im Zuge der Bewegung des Ankers von seiner einen in seine andere Endstellung mehrmals plötzlich ändert. In Fig. 1 der Zeichnung ist eine typische Federkennlinie eines mit einem Arbeits- und einem Ruhekontakt bestückten Relais gezeigt. Die in dieser Federkennlinie vorhandenen Knicke ergeben sich daraus, daß sich - wie unten näher erläutert - die am Anker angreifende Kraft jeder Kontaktfeder beim Öffnen bzw. Schließen des Kontaktes abrupt ändert. Andererseits weist die Kennlinie der den Anker betätigenden Magnetkraft einen glatten Verlauf auf, wobei diese Magnetkennlinie typischerweise im mittleren Bewegungsbereich verhältnismäßig flach ist und in Richtung der beiden Endstellungen des Ankers steiler wird.

Infolge der Unterschiede, mit denen Federkräfte und Magnetkräfte auf den Anker einwirken, treten über den Bereich der Ankerbewegung Stellen auf, an denen die den Anker antreibenden magnetischen Stellkräfte die die Ankerbewegung hemmenden Federkräfte geringer überwiegen als in anderen Bereichen. In dem Kraft-Weg-Diagramm nach Fig. 1 sind dies diejenigen Stellen, an denen die Federkennlinie und die Magnetkennlinie einander nähern. (Da Magnet- und Federkräfte entgegengesetzt gerichtet sind, sind ihre Kennlinien eigentlich gegenläufig. In der Darstellung der Fig. 1 wurde die Federkennlinie um die Abszisse geklappt, um die Differenzwerte zwischen den jeweiligen Kräften zu verdeutlichen.) Der vertikale Abstand zwischen diesen Näherungspunkten stellt diejenige Sicherheit dar, mit der das Relais anzieht bzw. abfällt. Berührt die Federkennlinie die Magnetkennlinie, so ist die Anzugs- bzw. Abfallsicherheit Null. Der Anker wird dann nur noch aufgrund der aus seiner anfänglichen Bewegung herrührenden Trägheit in die andere Stellung gelangen. Überschneiden Federkennlinie und Magnetkennlinie einander, so ergibt sich ein entsprechender Bereich negativer Anzugs- bzw. Abfallsicherheit, was bedeutet, daß der Anker durch die Magnetkraft nicht mehr umgeschaltet werden kann, sondern in der entsprechenden Mittelstellung stehenbleibt.

Bei der Relaisfertigung kommt es darauf an, daß eine ausreichende Anzugs- und Abfallsicherheit eingehalten wird. Mit dem herkömmlichen Prüfverfahren läßt sich diese aber nicht messen. Vielmehr wird nur festgestellt, daß und bei welchem Wert das Relais anzieht und abfällt oder - allgemeiner ausgedrückt - umschaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich elektromagnetische Relais auch auf ihre Anzugs- und Abfallsicherheit oder - allgemein Umschaltsicherheit - prüfen lassen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Danach wird die Relaisspule mit einer Erregerspannung angesteuert, die sich in Richtung des ein Umschalten des Ankers bewirkenden Spannungswertes ändert, d. h. zum Ansprechen des Relais in Richtung der Nennspannung ansteigt bzw. zum Abfallen des Relais in Richtung Null abfällt. Dabei wird derjenige Spannungswert festgestellt, bei dem die Umschaltung (Anzug oder Abfall) beginnt. In diesem Moment wird die Erregerspannung um einen vorgegebenen Teilbetrag in der entgegengesetzten Richtung geändert, d. h. beim Anstieg abgesenkt bzw. beim Absenken angehoben, und in diesem Zustand wird die Ankerstellung ermittelt. Der besagte Teilbetrag wird entsprechend der gewünschten Anzugs- bzw. Abfallsicherheit als Prozentsatz, vorzugsweise zwischen 10 und 20%, des jeweiligen Anzugs- bzw. Abfallwertes gewählt. Wird festgestellt, daß das Relais infolge der beschriebenen Ansteuerung nicht durchgeschaltet hat, so erfüllt es die gewünschte Umschaltsicherheit nicht.

Ein derartiges Relais ist zwar noch brauchbar, sofern seine Anzugs- und Abfallspannungen bei den vorgeschriebenen Werten liegen. Eine Beobachtung der Sicherheitsabstände gestattet es aber, im Zuge der Fertigung etwa auftretende Änderungen in Fertigungstoleranzen oder sonstigen Bedingungen rechtzeitig zu erkennen, so daß bei Auftreten einer Verschlechterung der Sicherheitswerte Gegenmaßnahmen bei der weiteren Fertigung ergriffen werden können, bevor Ausschuß produziert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der

Fig. 1, auf die oben schon Bezug genommen wurde, ein typisches Kraft-Weg-Diagramm eines monostabilen Relais mit einem Arbeits- und einem Ruhekontakt,

Fig. 2 ein Erregerspannungs-Weg-Diagramm,

Fig. 3 ein Spulenstrom-Zeit-Diagramm, und

Fig. 4 einen Teil des Kontaktsystems eines typischen Relais in schematischer Darstellung zeigt.

Im folgenden soll das erfindungsgemäße Prüfverfahren am Beispiel eines mit einem Arbeitskontakt AK und einem Ruhekontakt RK versehenen polarisierten monostabilen Relais erläutert werden, dessen Kontaktsystem in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. In dem Diagramm entspricht die in Fig. 4 dargestellte Ruhelage dieses Relais der Stellung A längs der an der Abszisse aufgetragenen Weg-Achse. In dieser stabilen Ruhelage überwiegt die von einem (nicht gezeigten) Dauermagneten erzeugte und über das Polstück 10 auf den Anker 11 übertragene Magnetkraft die von der Arbeitskontaktfeder 12 auf den Anker 11 ausgeübte Federkraft FA. In Fig. 1 ist der Verlauf der Dauermagnetkraft als ausgezogene Magnetkennlinie (AW=0) dargestellt.

Wird der Anker 11 durch Erregung der (nicht gezeigten) Relaisspule angezogen, so verschiebt sich die Magnetkennlinie in Richtung der an der Ordinate aufgetragenen Kraft-Achse nach oben, wobei die strichpunktiert gezeichnete Kennlinie ("Ansprech-AW") dem Fall entspricht, daß die Relaisspule mit der Ansprechspannung ausgesteuert wird. Unterschreiten die sich nun vom Dauermagnet und aus der Spule stammenden Magnetkräfte die Federkraft FA, so beginnt der Anker 11 sich um seine Lagerstelle 13 gemäß Fig. 4 im Uhrzeigersinn zu verschwenken, bis er in der in Fig. 1 mit B bezeichneten Stellung die Ruhekontaktfeder 14 erreicht. In dem Bewegungsbereich A-B ist außer den Magnetkräften nur die Federkraft FA der Arbeitskontaktfeder 12 wirksam, deren Kennlinie in Fig. 1 den zwischen den Stellungen A und B gezeigten Abschnitt der Federkennlinie bildet.

Im weiteren Bewegungsbereich des Ankers 11 zwischen den Stellungen B und C wird die Ruhekontaktfeder 14 so weit durchgebogen, bis in der Stellung C der Ruhekontakt RK öffnet.

Im Bewegungsbereich C-D wirken nun sowohl die Kraft FA der Arbeitskontaktfeder 12 als auch die Kraft FR der Ruhekontaktfeder 14 in entgegengesetzten Richtungen auf den Anker 11. Die Resultierende dieser beiden Federkräfte ergibt den mittleren Abschnitt im Bereich C-D der in Fig. 1 gezeigten Federkennlinie. In der Stellung D trifft schließlich die Arbeitskontaktfeder 12 auf ihren Festkontakt, so daß der Arbeitskontakt AK schließt.

Bei Weiterbewegung des Ankers 11 werden die Stellung E, in der der Anker 11 die Arbeitskontaktfeder 12 verläßt, und schließlich die Arbeitsstellung F erreicht, die zu der in Figur 4 gezeigten Stellung symmetrisch liegt. Im Bewegungsbereich E-F greift außer den Magnetkräften nur noch die Ruhekontaktfeder 14 am Anker 11 an, deren Kennlinie den entsprechenden Abschnitt der Federkennlinie bildet.

Wird anschließend die Erregerspannung abgesenkt, so verschiebt sich die Magnetkennlinie in dem Diagramm der Fig. 1 nach unten, wobei die gestrichelt gezeigte Linie ("Abfall-AW") der Abfall-Erregung entspricht. Sobald die gesamten Magnetkräfte die von der Ruhekontaktfeder 14 auf den Anker ausgeübte Federkraft FR unterschreiten, beginnt der Anker 11, sich aus seiner Ruhestellung F zurückzubewegen, wobei in der Stellung E der Anker 14 die Arbeitskontaktfeder 12 berührt, in der Stellung D der Arbeitskontakt AK öffnet, in der Stellung C der Ruhekontakt RK schließt und in der Stellung B der Anker 11 die Ruhekontaktfeder 14 verläßt, bis er wieder die in Fig. 4 gezeigte Ruhestellung erreicht.

Wird nun beim Prüfen dieses Relais die Spule mit einer rampenartig ansteigenden Erregerspannung ausgesteuert, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, so wird sich - wie oben im einzelnen erläutert - der Anker zu bewegen beginnen, wenn die Magnetkräfte die Federkräfte unterschreiten. Dieser Wert entspricht der Anzugsspannung. Öffnet der Ruhekontakt RK in der Stellung C, so wird die Spannung um einen vorgegebenen Prozentsatz, der üblicherweise zwischen 10 und 20% liegt, plötzlich abgesenkt und auf diesem Wert festgehalten. Erreicht der Anker auch bei dieser abgesenkten Erregerspannung seine Arbeitsstellung F, so ist die durch den Absenkungswert vorgegebene Anzugssicherheit gewährleistet.

Erreicht er andererseits seine Arbeitsstellung F nicht, so ist die vorgesehene Anzugssicherheit nicht vorhanden. Wird bei den in Fig. 1 angenommenen Verhältnissen der Absenkungswert so gewählt, daß sich die strichpunktiert gezeigte Ansprech-Magnetkennlinie in die strich-doppelpunktierte Linie verschiebt, so wird der Anker tatsächlich seine Arbeitsstellung nicht erreichen sondern im Bereich der Stellung E, in dem die Federkräfte die Magnetkräfte übersteigen, hängenbleiben.

Die gleiche Prüfung läßt sich anschließend auch bezüglich des Abfallverhaltens des Relais durchführen, wobei die Erregerspannung zunächst vom Nennwert rampenartig in Richtung Null abgesenkt wird, bis sich bei Erregen der Abfallspannung der Anker aus seiner Arbeitsstellung F in Richtung seiner Ruhestellung A zu bewegen beginnt. Öffnet der Arbeitskontakt AK in der Stellung D, so wird die Erregerspannung rasch um einen Teilbetrag, der wiederum 10 bis 20% des Abfallwertes beträgt, angehoben und auf diesem Wert festgehalten. Erreicht der Anker auch bei dieser angehobenen Erregerspannung noch seine Ruhestellung A, so ist die durch den Anhebungswert vorgegebene Abfallsicherheit gewährleistet.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird bei Prüfung der Anzugssicherheit das Öffnen des Ruhekontaktes RK dazu herangezogen, die plötzliche Absenkung der Ansprechspannung auszulösen. Analog wird bei Prüfung auf Abfallsicherheit das Öffnen des Arbeitskontakts AK dazu benutzt, das plötzliche Anheben der Abfallspannung auszulösen.

Ebenso kann in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bei Prüfung auf Anzugssicherheit das Schließen oder Nichtschließen des Arbeitskontaktes AK, bei Prüfung auf Abfallsicherheit das Schließen oder Nicht-Schließen des Ruhekontaktes RK dazu benutzt werden, das Schaltverhalten des Relais anzuzeigen. Bleibt nämlich bei nichtausreichender Schaltsicherheit der Anker in einer Mittelstellung hängen, so wird der betreffende Arbeits- bzw. Ruhekontakt nicht geschlossen. Insbesondere kann der jeweilige Kontakt direkt zum Einschalten einer entsprechenden sichtbaren Anzeige verwendet werden.

Weitere Möglichkeiten, das Durchschalten des Ankers zu erkennen, bestehen in einer akustischen Überwachung, wobei das Anschlagen des Ankers an dem die jeweilige Endstellung definierenden Anschlag zu hören ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht in einer oszilloskopischen Erfassung des Spulenstroms. Dazu wird, wie aus einem Vergleich der Fig. 2 und 3 hervorgeht, die Spannung im Anschluß an die abgesenkte bzw. angehobene Periode auf den vollen Nennwert angehoben bzw. einen negativen Wert abgesenkt, um die jeweilige Endstellung mit Sicherheit zu erzwingen. Beobachtet man in dieser anschließenden Periode den Spulenstrom, so ergibt sich der in Fig. 3 gezeigte Verlauf, der zeigt, ob der Anker bereits bei dem abgesenkten bzw. angehobenen Spannungswert seinen die jeweilige Endstellung definierenden Anschlag erreicht hatte oder nicht.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Prüfen des Schaltverhaltens elektromagnetischer Relais, wobei die Relaisspule mit einer Erregerspannung angesteuert wird, die sich in Richtung eines ein Umschalten des Relaisankers bewirkenden Wertes ändert, und derjenige Spannungswert festgestellt wird, bei dem der Anker umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Moment, in dem die Umschaltung beginnt, die Erregerspannung um einen vorgegebenen Teilbetrag in der entgegengesetzten Richtung geändert und in diesem Zustand die Ankerstellung ermittelt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilbetrag der Spannung mit 10 bis 20% des bei Beginn der Umschaltung erreichten Wertes der Erregerspannung gewählt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Prüfen von einen Arbeits- und einen Ruhekontakt aufweisenden Relais, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Umschaltung durch die Änderung des Schaltzustandes jeweils eines Kontaktes und die Ankerstellung durch Feststellung des Schaltzustandes des jeweiligen anderen Kontaktes ermittelt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Erregerspannung in der entgegengesetzten Richtung durch den besagten einen Kontakt ausgelöst wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte andere Kontakt zum Umschalten einer sichtbaren Anzeige herangezogen wird.






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