-
Relais
oder Schütze
sind als ferngesteuerte elektromagnetische Schalter bekannt, bei
welchen ein schaltbarer Elektromagnet als Antrieb für die Betätigung von
Kontakten zum Ein-, Aus- und
Umschalten einer elektrischen Last dient.
-
Die
Kontakte unterliegen bekanntermaßen beim Schalten von elektrischen
Lasten grundsätzlich einem
unterschiedlich großen
Verschleiß,
welcher bei Lasten mit mittleren bis hohen Leistungen wie beispielsweise
Motoren, Lampen, Heizungen erheblich zunimmt. Dabei kommt es dazu,
daß die
Kontakte miteinander verkleben oder sogar verschweißen. Dieses
kann bei Sicherheitsanwendungen, wie beispielsweise bei Relaissteuerungen
von Antrieben für Möbel im Pflege-
und Krankenhausbereich, zu Gefahrensituationen führen. Deshalb ist es notwendig, den
Zustand der Schaltkontakte zu überwachen
und entsprechende zusätzliche
Abschaltmaßnahmen
der elektrischen Last einzuleiten. In diesem Zusammenhang unterliegen
Relais im Rahmen der sogenannten Erstfehlersicherheit besonderen
Bedingungen.
-
Dazu
werden sehr komplizierte Systeme zur Kontrolle der einzelnen Relaisfunktionen
wie beispielsweise Schaltkontakte, Relaistemperatur, Spule und Erkennen
eines fehlerhaften Verhaltens eines Relais realisiert. Daraus ergibt
sich eine aufwendige Schaltung und ein erheblicher Kostenaufwand.
In diesen Fällen
sind die Kontrollschaltkreise nicht von den Steuerschaltkreisen
getrennt, und nicht alle Fehler am Relais, die zu einem Risiko bzw.
einer Gefahrensituation führen
können,
können
auch erkannt werden.
-
Die
umfangreichen, beschriebenen bekannten Relaiskontrolleinrichtungen,
wie beispielsweise
US 4,745,515 aufzeigt,
sind für
den Einsatz beispielsweise bei Niedrigpreisanwendungen, die trotzdem eine
hohe Sicherheitsstufe aufweisen müssen, nicht verwendbar. Hierbei
ist nicht nur die Wirtschaftlichkeit, sondern auch minimaler Platzbedarf
und Nachrüstbarkeit
von großer
Wichtigkeit.
-
Es
sind weiterhin Maßnahmen
bekannt, bei denen der Kontaktsatz des Relais Hilfskontakte zur Überwachung
aufweist. Auch dieses ist aus Platz- und Wirtschaftlichkeitsgründen bei
Niedrigpreisanwendungen nicht verwendbar.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine vom Steuerstromkreis des
Relais unabhängige Kontrolleinrichtung
zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile nicht mehr aufweist,
wobei sie einen wesentlich geringeren Umfang an Bauteilen und niedrigere
Kosten aufweist als der Stand der Technik, sowie gleichzeitig Nachrüstbarkeit
und weitere Vorteile bietet.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß dem
Relais ein Kontrollelement für die
Spule zugeordnet ist.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
-
Die
erfindungsgemäße Kontrolleinrichtung ist
vom Stromkreis des zugehörigen
Relais unabhängig.
Dadurch ist eine störungsfreie
Abfrage der Kontrolleinrichtung auch bei Störung oder Ausfall der Relaissteuerung
und dessen Lastkreises möglich.
Die Kontrolleinrichtung liefert eine Information, ob die Spule angesteuert
ist oder nicht. Dieses wird dadurch ermöglicht, daß das Kontrollelement mindestens
ein magnetfeldempfindliches Bauteil umfaßt. Das Kontrollelement wird
in der Nähe
der Spule angeordnet, wobei es bei eingeschalteter Spule von dessen
erzeugtem Magnetfeld durchflossen wird. Das Magnetfeld der Spule
aktiviert das Kontrollelement. Vorzugsweise ist das Kontrollelement
ein Reed-Kontakt. Eine Auswertung des Kontrollelementes zusammen
mit den anderen Informationen über
den Schaltzustand der Kontakte kann dann gemeinsam ausgewertet werden,
welches durch einen übergeordneten
Kontrollkreis ermöglicht
wird.
-
Der
Reed-Kontakt ist ein mechanischer Schalter, welcher durch ein von
außen
aufgebrachtes Magnetfeld ein- und ausgeschaltet wird. Da es sich hierbei
um einen mechanischen Schalter handelt, kann hierbei auch ein sogenannter
Fehlerausschluß im
Rahmen der Erstfehlersicherheit durchgeführt werden. Dieses ist in Hersteller-
und Anwendertests bereits mit ausreichender Schaltspielzahl durchgeführt worden.
Somit wird auf einfache Weise eine erstfehlersichere Kontrolleinrichtung
für ein
Relais geschaffen.
-
Das
Kontrollelement der Kontrolleinrichtung kann entsprechend der Form
des zu überwachenden Relais
neben dem Gehäuse
des Relais oder an dem Gehäuse
des Relais angeordnet werden. Es ist auch möglich, daß Kontrollelement auf das Gehäuse des Relais
zu kleben.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung wird das Kontrollelement innerhalb
des Gehäuses
des Relais auf die Spule aufgebracht, auf ihr verklebt oder in ihrer
Nähe angeordnet.
-
Es
ist weiterhin von Vorteil, wenn das Kontrollelement der Kontrolleinrichtung
zusätzlich
zu dem magnetfeldempfindlichen Reed-Kontakt einen Temperatursender
enthält.
Dieses ist besonders vorteilhaft, wenn das Kontrollelement auf der
Spule bzw. innerhalb der Spule angeordnet ist.
-
Weiterhin
ist das Kontrollelement für
einen nachträglichen
Anbau an Relais oder Schütze
vorteilhaft geeignet.
-
Somit
wird eine besonders vorteilhafte Kontrolleinrichtung für Relais
oder Schütze
geschaffen, wobei die Erkennung eines fehlerhaften Verhaltens des
Relais durch eine vorteilhaft preiswerte und platzsparende und zusätzlich erstfehlersichere
Kontrolleinrichtung ermöglicht
wird. Hierbei kann die Anzahl der erforderlichen Bauteile und der
Platzbedarf auf ein Minimum reduziert werden, was durch die Verwendung
eines nachweislich fehlerfreien Reed-Kontaktes ermöglicht wird.
-
Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand eines
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels
beschrieben. Hierbei zeigt:
-
1 einen Aufbau einer Kontrolleinrichtung mit
einem Kontrollelement; und
-
2 einen Schaltplan des Ausbaus
gemäß 1.
-
In 1 ist eine erfindungsgemäße Kontrolleinrichtung
eines Relais 1 mittels eines Kontrollelementes 11 in
einer Seitenansicht dargestellt. Das Relais 1 und das Kontrollelement 11 sind
in diesem Ausführungsbeispiel
auf einer Trägerplatte 10,
welche beispielsweise eine sogenannte Leiterplatte ist, in bekannter
Weise befestigt.
-
Das
Relais 1 ist in beispielhafter Weise als ein Relais mit
einer stehenden Spule 3 gezeigt. Es umfaßt weiterhin
einen ersten Kontakt 4, welcher feststehend ist, und einen
zweiten Kontakt 5, welcher mittels eines Kontaktbetätigers 2 betätigbar ist.
Dessen Antrieb erfolgt dadurch, daß die Spule 3 über einen
ersten und zweiten Spulenanschluß 8, 9 mit Strom
beaufschlagt wird, wodurch in bekannter Weise der Kontaktbetätiger 2 mittels
der elektromagnetischen Kräfte
der Spule 3 angezogen und so bewegt wird, daß der zweite
Kontakt 5 den ersten Kontakt 4 berührt und
einen elektrischen Stromkreis schließt. Der erste Kontakt 4 ist
mit einem Anschluss 6, und der zweite Kontakt 5 mit
einem Anschluss 7 versehen, welche in der Trägerplatte 10 in
bekannter Weise befestigt bzw. verbunden sind und mit einer Last, beispielsweise
einem Motor elektrisch verbunden sind.
-
Weiterhin
ist das Relais 1 mit einem Gehäuse 15 versehen.
-
Das
Kontrollelement 11 besitzt mindestens einen ersten und
einen zweiten Kontrollanschluss 12, 13, mit welchen
es auf der Trägerplatte 10 in
herkömmlicher
Weise befestigt ist. Die Anordnung des Kontrollelementes 11 richtet
sich nach der Ausrichtung des Elektromagnetfeldes der Spule 3,
somit nach der Anordnung derselben, da das Kontrollelement 11 ein
magnetfeldempfindliches Bauteil, das hier nicht dargestellt ist,
beinhaltet. Dieses magnetfeldempfindliche Bauteil des Kontrollelementes 11 ist in
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ein Reed-Kontakt. Ein solcher Reed-Kontakt ist innerhalb
eines Glasröhrchens
installiert, welches auch zusätzlich
von einem Schutzmantel aus Kunststoff umhüllt sein kann.
-
In
der dargestellten Ausführungsform
steht die Spule 3 senkrecht auf der Trägerplatte 10 und das Kontrollelement 11 ebenfalls.
Bei einer Relaisausführung,
bei welcher die Spule 3 in einer anderen Lage angeordnet
ist, kann auch das Kontrollelement 11 in einer entsprechend
anderen Lage auf der Trägerplatte 10 befestigt
sein.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Kontrollelement 11 innerhalb des Relais 1 im
Gehäuse 15 dicht
an der Spule 3 angeordnet. Das Kontrollelement 11 kann
in einer weiteren Ausführung
auch auf der Spule 3 aufgebracht, beispielsweise geklebt, oder
in die Spule 3 integriert sein.
-
Wird
die Spule 3 über
ihren ersten und zweiten Spulenanschluss 8, 9 mit
einer elektrischen Spannung beaufschlagt, so wird ein elektromagnetisches
Feld um diese Spule 3 herum aufge baut. Dieses Magnetfeld
durchflutet auch das Kontrollelement 11 und betätigt somit
den darin befindlichen magnetfeldempfindlichen Schalter. Es besteht
somit eine vorteilhafte Kopplung zwischen der mit Spannung beaufschlagten
Spule 3 und dem Kontrollelement 11, welches auch
aus dem in 2 dargestellten
Schaltplan ersichtlich ist.
-
In 2 besitzen gleiche Bauteile
der 1 gleiche Bezugszeichen.
Durch Einschalten der Spule 3 mittels eines Betätigungselementes 14,
beispielsweise ein Taster, wird ein Magnetfeld erzeugt, welches
nicht nur den Kontaktbetätiger 2 betätigt, sondern
auch das Kontrollelement 11 beeinflußt. Die Aktivierung des Kontrollelementes 11 durch
das durch die eingeschaltete Spule 3 erzeugte Magnetfeld
wird hier durch drei gestrichelte Pfeile dargestellt. Das Schaltsymbol
für das
Kontrollelement 11 beinhaltet das Symbol für einen
Schaltantrieb in Form eines Quadrates mit einem Großbuchstaben
B, was die Aktivierung durch ein Magnetfeld symbolisiert.
-
Das
Kontrollelement 11 ist auf der Trägerplatte 10 so an
dem Relais 1 angeordnet, daß es einerseits von dem Magnetfeld
der Spule 3 bei deren Aktivierung sofort beeinflusst wird,
und andererseits durch das Magnetfeld möglicher hoher Lastströme über den
ersten und zweiten Kontakt 4, 5 beziehungsweise über deren
Zuleitungen nicht beeinflußt wird.
Ebenfalls ist eine Beeinflussung durch weitere Relais, die in der
Nähe angeordnet
sind, auszuschließen.
-
Mit
dem Kontrollelement 11 ist eine besonders vorteilhafte Überwachung
des Zustandes der Spule 3 gegeben. Eine elektrische Verbindung
zwischen der Spule 3 und dem Kontrollelement 11 ist nicht
vorhanden. Somit entfällt
jegliche elektrische Beeinflussung von Relais 1 und Kontrollelement 11 untereinander.
Das Kontrollelement 11 kann vorteilhaft durch eine Auswerteschaltung
abgefragt werden, die ebenfalls unabhängig von der Steuerschaltung
des Relais 1 ist.
-
Das
Relais 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel nur mit einem
Einschaltkontaktsatz dargestellt, welcher aus einem ersten Kontakt 4 und
einem zweiten Kontakt 5 besteht. Mittels dieses Kontaktsatzes werden
unterschiedliche elektrische Lasten wie z. B. Motoren, Lampen usw.
ein- bzw. ausgeschaltet, indem die Spule 3 über das
Betätigungselement 14 ein-
bzw. ausgeschaltet wird. Bleiben nun im Fehlerfall der erste und
der zweite Kontakt 4, 5 durch beispielsweise Verschweißen zusammen
in einem elektrischen Verbindungskontakt, obwohl die Spule 3 durch
das Betätigungselement 14 schon
von der elektrischen Schaltspannung getrennt ist, kann durch die
Information des Kontrollelementes 11 und die Information
der miteinander verschweißten
Kontakte 4, 5 eine Auswerteschaltung dazu veranlaßt werden, beispielsweise
eine Sicherheitsabschaltung und eine Warnmeldung durchzuführen.
-
Der
Reed-Kontakt des Kontrollelementes 11 ist aufgrund seiner
Einsatzhäufigkeit
in vielen Anwendungen zu einem sehr günstigen Preis in unterschiedlichen
Variationen in hoher Qualität
erhältlich, so
daß die
Verwendung der erfindungsgemäßen Kontrolleinrichtung
besonders vorteilhaft und wirtschaftlich ist.
-
Der
Einsatz der erfindungsgemäßen Kontrolleinrichtung
kann grundsätzlich
bei allen Relais erfolgen, für
welche eine Überwachung
der Spule 3 notwendig ist. Dieses sind vor allem sogenannte
Lastrelais. Bei Lastrelais mit eingebauten Permanentmagneten zur
Erzeugung bestimmter Schaltzustände bzw.
Beeinflussung der Kontaktfunken ist eine Anordnung des Kontrollelementes 11 besonders
sorgfältig
vorzunehmen, damit das Kontrollelement 11 nicht von den
Feldern der Permanentmagneten beeinflußt wird.
-
In
einer weiteren Ausgestaltungsform ist es möglich, bei geeigneter Anordnung
eines Kontrollelementes 11 dieses gleichzeitig für zwei nebeneinander
angeordnete Relais 1 zu verwenden. Damit ergibt sich eine
besonders vorteilhafte Ausnutzung des Raumes auf der Trägerplatte 10.
-
Weiterhin
ist es auch denkbar, daß das
Kontrollelement 11 mittels geeignetem Kleber auf dem Gehäuse 15 des
Relais 1 in der Nähe
der Spule 3 oder direkt auf die Spule 3 innerhalb
des Gehäuses 15 mit
geeignetem Kleber angeordnet wird. Dieses ist in dem Fall notwendig,
wenn keine Trägerplatte 10 für den jeweiligen
Anwendungsfall zur Verfügung
steht.
-
In
der 2 ist das Kontrollelement 11 mit
einem Schaltsymbol dargestellt, welches einen elektrischen Schließkontakt
zeigt. Es ist selbstverständlich möglich, das
es sich hierbei auch um einen Öffnerkontakt
oder um einen Umschaltkontakt handeln kann.
-
Mit
dem Kontrollelement 11 lassen sich weitere Fehler ermitteln,
wie im Folgenden beschrieben wird.
-
Eine
defekte Spule 3, welche beispielsweise durch einen zu hohe
fehlerhafte Spannung durchgebrannt ist, läßt sich dadurch feststellen,
daß bei
betätigtem
Betätigungselement 14 das
Kontrollelement 11 kein Signal liefert.
-
Ein
ständig
eingeschaltetes Betätigungselement 14 wird
dadurch ermittelt, daß das
Kontrollelement 11 ständig
ein Signal liefert, wobei das Betätigungselement 14 nicht
betätigt
wird. Dieses ist z. B. in dem Fall von besonderem Vorteil, wenn
das Betätigungselement 14 als
ein kontaktloses Bauelement wie z. B. ein Transistor ausgebildet
ist und die Gefahr einer Überhitzung
der Spule 3 bestehen kann.
-
Es
ist auch denkbar, daß das
Kontrollelement 11 zusätzlich
zu dem Reed-Kontakt einen Temperatursensor umfaßt. Dieses ist besonders dann vorteilhaft,
wenn das Kontrollelement 11 am Gehäuse 15, innerhalb
des Gehäuses 15,
an der Spule 3 oder innerhalb der Spule 3 angeordnet
ist.
-
- 1
- Relais
- 2
- Kontaktbetätiger
- 3
- Spule
- 4
- erster
Kontakt
- 5
- zweiter
Kontakt
- 6
- Anschluss
erster Kontakt
- 7
- Anschluss
zweiter Kontakt
- 8
- erster
Spulenanschluss
- 9
- zweiter
Spulenanschluss
- 10
- Trägerelement
- 11
- Kontrollelement
- 12
- erster
Kontrollanschluss
- 13
- zweiter
Kontrollanschluss
- 14
- Betätigungselement
- 15
- Gehäuse