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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten von Lasten mittels Relais und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren und die Schaltungsanordnung kommen insbesondere zum Einsatz, wenn mehrere, ggf. unterschiedliche Lasten in einem Kraftfahrzeug geschaltet werden sollen.
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Stand der Technik
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Unter einem Relais versteht man einen durch elektrischen Strom betriebenen, meist elektromagnetisch wirkenden, fernbetätigten Schalter mit typischerweise zwei Schaltstellungen. Das Relais wird üblicherweise über einen Steuerstromkreis aktiviert und kann weitere Stormkreise schalten.
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Relais haben gegenüber Halbleiterschaltern einige Vorteile. So sind Relais verhältnismäßig günstig und ermöglichen eine einfache Schaltungsintegration. Weiterhin weisen Relais eine gute Verträglichkeit und Festigkeit gegenüber Spannungs- und Stromspitzen auf. Darüber hinaus ist eine potentialfreie Trennung des Laststromkreises möglich. Bekannte Relais bestehen aus einer Spule mit einem Eisenkern. Wird die Spule von einem Strom durchflossen, so entsteht ein magnetisches Feld, was dazu führt, dass ein Anker angezogen wird, der dann zwei Kontaktfedern gegeneinander drückt. Durch das Magnetfeld können Kontakte geöffnet oder geschlossen werden.
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Ein möglicher Einsatz eines Relais ist bspw. in der Druckschrift
DE 10 2004 044 504 A1 beschrieben, in der ein Steuergerät mit Verpolschutz offenbart ist. In dem Steuergerät kommt ein Relais bzw. Schaltrelais zum Einsatz, das bei Verpolung eine zu schützende Schaltung von einer Eingangsspannung trennt. Das Schaltrelais umfasst eine Relaisspule, deren Wicklungen zur Erzeugung eines niedrigen, einen hohen Wandlerlaststrom zulassenden Innenwiderstands einen dementsprechend großen Querschnitt und zur Erzeugung der bestimmten magnetischen Durchflutung eine dementsprechend kleine Wicklungszahl aufweisen.
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Relais werden bevorzugt eingesetzt, wenn zuverlässig und sicher Lasten geschaltet werden müssen. So ist es bspw. bekannt, verschiedene Verbraucher in Kraftfahrzeugen mit Relais zu schalten. Typischerweise wird für jeden Verbraucher ein Schaltkontakt verwendet, wobei die Relais unabhängig voneinander für die einzelnen Funktionen schalten.
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Bei Relais ist jedoch zu beachten, dass es im Betrieb zu einem Verschleiß, insbesondere an den Schaltkontakten, kommen kann, was dazu führt, dass betroffene Relais nicht mehr zuverlässig arbeiten.
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Die Druckschrift
DE 40 12 470 C2 beschreibt eine Einrichtung zum Schonen von Schalterkontakten, mit der eine Schonung von Relaiskontakten ohne aufwendige elektronische Steuerschaltung und mit geringer Verlustleistung ermöglicht werden soll. Dafür ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die eine Verbindung eines elektrischen Verbrauchers mit einer Stromquelle durch eine Halbleiterschalteinrichtung, die bspw. durch ein MOSFET realisiert sein kann, gleichzeitig mit dem Relais herstellt.
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Insbesondere wenn mehrere Relais eingesetzt werden, wird angestrebt, die Belastung der einzelnen Relais zu verringern.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgestellt. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Es wird somit eine Anordnung der Relais in der Schaltungsanordnung gewählt, die es ermöglicht, dass Relais nach einer im Betrieb veränderbaren Zuordnung durch zugeordnete Relais geschaltet werden können. Dies bedeutet, dass es nicht mehr, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, eine feste Zuordnung von Relais zu Last gibt. Auf diese Weise ist es möglich, Relais ausgeglichen, bspw. in Abhängigkeit der Schaltvorgänge aber auch in Abhängigkeit der Art der zu schaltenden Last, zu betätigen. Dabei kann eine Schaltstrategie gewählt werden, d. h. es wird festgelegt, wann bzw. bei welchem der Schaltvorgänge der zu schaltenden Last welches der zur Verfügung stehenden Relais zugeordnet wird, d. h. mit welchem Relais geschaltet wird.
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Ist vorab bekannt, wie häufig die einzelnen Lasten im Betrieb geschaltet werden müssen, so kann die Schaltstrategie vorab festgelegt werden. Dies bedeutet, dass festgelegt werden kann, wann welches Relais zum Schalten einer bestimmten Last genutzt wird. So kann sichergestellt werden, dass die vorhandenen Relais ausgeglichen belastet werden.
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Alternativ oder ergänzend kann während des Betriebs die Belastung der einzelnen Relais bestimmt und dann im Betrieb die Schaltstrategie gewählt werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, Daten zu Schalterbelastungswerten einzelner Relais in einem Speicher abzulegen, so dass die Schaltstrategie in Abhängigkeit älterer Betriebsdurchläufe gewählt werden kann. Selbstverständlich kann auch berücksichtigt werden, dass bei Einsatz verschiedener Relais diese auch unterschiedlich belastbar sind.
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Mit dem beschriebenen Verfahren ist es nunmehr möglich, die Lebensdauer der Relais zu verlängern, indem die Belastung der einzelnen Relais auf verschiedene Relais verteilt wird. Auf diese Weise kann der sichere Betrieb der gesamten Anordnung, in dem die Relais zum Einsatz kommen, gewährleistet werden. Dies ist insbesondere bei einem Einsatz in Kraftfahrzeugen von Bedeutung.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, das die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sonder auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Schaltungsanordnung für unterschiedliche Lasten nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt eine Ausführungsform der vorgestellten Schaltungsanordnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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In 1 ist eine typische Beschaltung für unterschiedliche Lasten wiedergegeben. Die Darstellung zeigt eine Schaltungsanordnung 10, die zum Ansteuern bzw. Schalten einer ersten Last L1 12 und einer zweiten Last L2 14 dient. Hierzu umfasst die Schaltungsanordnung 10 ein erstes Relais R2 16, das einem ersten Schalter S2 18 zugeordnet ist, und ein zweites Relais R2 20, das einem zweiten Schalter S2 22 zugeordnet ist. Weiterhin zeigt die Darstellung eine Batterie 24.
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Mit dem ersten Relais 16 kann die erste Last 12 mit der Batterie 24 verbunden werden, d. h. die erste Last 12 ist dann eingeschaltet. Durch Öffnen des ersten Schalters 18, wie dies auch in 1 dargestellt ist, kann die erste Last 12 ausgeschaltet werden. Entsprechend kann die zweite Last 14 mit dem zweiten Relais 20 über den zweiten Schalter 22 geschaltet werden.
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Die gezeigte Schaltungsanordnung 10 zeigt das Schalten verschiedener Verbraucher, nämlich der Lasten 12 und 14, durch die Relais 16 und 20, die unabhängig voneinander für die einzelnen Funktionen schalten. Dies kann bedeuten, dass eines der beiden Relais 16 und 20 wesentlich häufiger geschaltet wird als das andere der beiden Relais 16 und 20, was dazu führt, dass dieses stärker belastet wird.
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In 2 ist eine Ausführung der vorgestellten Schaltungsanordnung dargestellt, die insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Diese Schaltungsanordnung dient zum Schalten einer ersten Last L1 52 und einer zweiten Last L2 54. Hierzu ist ein erstes Relais R1 56 mit zugeordnetem ersten Schalter S1 58 und ein zweites Relais R2 60 mit zugeordnetem zweiten Schalter S2 62 vorgesehen.
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Die Darstellung zeigt weiterhin eine Batterie 64 und eine Einheit 66 zum Berechnen eines kumulierten Schalterbelastungswerts.
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Die Einheit 66 kann auch dazu dienen, die Schaltstrategie auszuwählen und ggf. die Relais 56 und 60 entsprechend anzusteuern. Weiterhin kann der Einheit 66 ein Speicher zugeordnet sein, in dem Schalterbelastungswerte der Relais 56 und 60, ggf. auch von älteren Betriebsabläufen, abgelegt sind.
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Sind unterschiedliche Lasten, in diesem Fall die erste Last L1 52 und die zweite Last L2 54, für die Schaltkontakte, in diesem Fall die Kontakte der Schalter S1 58 und S2 62, der Relais R1 56 und R2 60 sehr unterschiedlich stark belastend, so führt die gleichmäßige Verteilung der Belastung auf die beiden Schalter S1 58 und S2 62b zu einer verlängerten Lebensdauer.
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In der nachfolgenden Tabelle 1 sind unterschiedliche Schaltszenarien zur Verdeutlichung des vorgestellten Verfahrens aufgeführt.
| Einschalten L1: | |
| R1 wird eingeschalten | Belastung für S1 = Einschaltbelastung durch L1 |
| Ausschalten L1: | |
| R1 wird ausgeschalt | Belastung für S1 = Ausschaltungsbelastung durch L1 |
| Einschalten L2: | |
| R1 wird eingeschaltet | Belastung für S1 = Einschaltbelastung durch L1 |
| R2 wird eingeschaltet | Belastung für S2 = Einschaltbelastung durch L2 + Ausschaltungsbelastung durch L1 |
| oder | |
| R2 wird eingeschaltet | Belastung für S2 = keine Belastung |
| R1 wird eingeschaltet | Belastung für S1 = Einschaltbelastung durch L2 |
| Ausschalten L2: | |
| R1 wird ausgeschaltet | Belastung für S1 = Ausschaltbelastung durch L2 |
| R2 wird ausgeschaltet | Belastung für S2 = keine Belastung |
| oder | |
| R2 wird ausgeschaltet | Belastung für S2 = Ausschaltbelastung durch L2 + Einschaltbelastung durch L1 |
| R1 wird ausgeschaltet | Belastung für S1 = Ausschaltbelastung durch L1 |
Tabelle 1
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Die verschiedenen Ein- und Ausschaltstrategien führen dazu, dass vor dem Ein- bzw. Ausschalten der Last L2 54 die Last L1 52 kurz aktiviert wird. Typischerweise sollte die Last L1 52 daher eine Last sein, deren Verhalten eine große Zeitkonstante aufweist, wie bspw. eine Heizung.
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Durch die Möglichkeit, verschiedene Schaltstrategien durchzuführen, kann die Belastung zwischen den verschiedenen Relais gleichmäßig verteilt werden. Um die Belastung der Schalter abzuschätzen, kann jeder Schaltvorgang einen parametrierbaren, fiktiven „Belastungswert” aufweisen, wie bspw:
| Belastungswert_L1_Ein: | 1 Punkt | (sehr geringe Belastung) |
| Belastungswert_L1_Aus: | 2 Punkte | (geringe Belastung) |
| Belastungswert_L2_Ein | 4 Punkte | (hohe Belastung) |
| Belastungswert_L2_Aus | 7 Punkte | (sehr hohe Belastung) |
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Dabei wird berücksichtigt, dass die Belastungswerte für die einzelnen Schaltvorgänge von der Art der Last, bspw. R, C, L, und deren Strömen abhängen. Bei jedem Schaltvorgang (Ein oder Aus) wird dem kumulierten Schalterbelastungswert der einzelnen Schalter der Belastungswert der einzelnen Schaltvorgänge hinzuaddiert. Durch einen Vergleich der kumulierten Schalterbelastungswerte kann die Schaltstrategie gewechselt werden, um so die Belastung auf beide Schalter gleichmäßig zu verteilen.
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Diese kumulierten Belastungswerte können in einen Speicher abgelegt werden. Insbesondere können die Belastungswerte die Häufigkeit der Schaltvorgänge, die Art der zu schaltenden Last und die Art des Relais berücksichtigen.
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Die in 2 dargestellten Ruhestellungen der beiden Relais 56 und 60 können auch invers sein, hierdurch wird die grundlegende Strategie nicht beeinflusst. Selbstverständlich ist das Verfahren auch bei mehr als zwei Lasten und Relais anwendbar.
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Bei der in 2 gezeigten Schaltungsanordnung 50 sind die beiden Relais 56 und 60 in Reihe zueinander angeordnet und realisieren dadurch ein logisches UND. Insbesondere wenn mehr als zwei Relais vorgesehen sind, können diese in Reihe und parallel zueinander angeordnet sein. Auch Mischformen von Parallel- und Reihenschaltungen sind denkbar. Auf diese Weise sind unterschiedliche logische Funktionen zu realisieren. In jedem Fall sollte sichergestellt sein, dass die vorhandenen Lasten durch unterschiedliche der vorgesehenen Relais geschaltet werden können, um so eine Schaltstrategie in Abhängigkeit der vorstehend genannten Randbedingungen wählen zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004044504 A1 [0004]
- DE 4012470 C2 [0007]
