DE4244116C1

DE4244116C1 - Verfahren zum Schützen von Relaiskontakten

Info

Publication number: DE4244116C1
Application number: DE19924244116
Authority: DE
Inventors: H-Joachim Thiemann; Martin Trinschek
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2012-12-25
Also published as: ES2074026A2; ES2074026R; ES2074026B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen von Relaiskontakten gegen Überlastung, durch eine Vorrichtung mit einer elektrischen Last, welche über Relaiskontakte an eine Spannungsquelle angeschaltet werden kann, mit einem steuerbaren Schalter, dessen Schaltstrecke den Relaiskontakten parallel geschaltet ist, mit einer Ansteuerungselektronik zur Ansteuerung des Relais und des steuerbaren Schalters mit Überwachungselementen zur Überwachung von elektrischen Größen des Laststromkreises.

Aus der DE 37 01 838 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, welche insbesondere zum Bestromen von Glühkerzen in Kraftfahrzeugen Verwendung finden kann. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist den Relaiskontakten beim Ein- und Ausschalten des Relais die Schaltstrecke eines Halbleiterschalters parallel geschaltet, wodurch eine übermäßige Belastung der Relaiskontakte und ein damit verbundener starker Abbrand der Kontakte wirksam vermieden wird.

Die an den Relaiskontakten anliegende Spannung wird durch einen AD-Wandler überwacht, welcher fehlerhafte Betriebszustände (z. B. Kurzschluß oder offener Stromkreis) feststellen und über die ansteuernde Elektronik zur Anzeige bringen kann.

Hinsichtlich der Fehlerbehandlung kann diese bekannte Vorrichtung und das durch die Vorrichtung auszuführende Verfahren noch weiter verbessert werden. Um nämlich die bei Überlast oder gar Kurzschluß auftretenden sehr hohen Ströme zu verkraften, muß der Halbleiterschalter für eine sehr hohe Verlustleistung ausgelegt sein. Solche Halbleiterschalter sind in der Beschaffung ausgesprochen teuer. Dagegen würde ein für normale Betriebszustände ausreichend ausgelegter Halbleiterschalter im Kurzschlußfall schon nach kurzer Zeit zerstört werden.

Ist im Kurzschlußfall mit nicht allzu hohen Kurzschlußströmen zu rechnen, kann demgegenüber eine wiederholte kurzzeitige Ansteuerung des Halbleiterschalters vorgesehen werden, um einen an den Relaiskontakten auftretenden Schaltfunken oder Lichtbogen zu löschen.

Bei sehr hohen Kurzschlußströmen kann auch hierbei der steuerbare Schalter zerstört werden.

Aus der DE 40 04 400 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der Schmelzsicherungen in Laststromkreise geschaltet sind, um die Relaiskontakte vor Überlastung durch sehr hohe Kurzschlußströme zu schützen.

Schmelzsicherungen reagieren aber nachteiligerweise recht träge, und zwar insbesondere dann, wenn der Laststrom nicht deutlich über dem Auslösestrom der Schmelzsicherung liegt. Bei nur leicht überhöhten Lastströmen löst somit die Schmelzsicherung verspätet oder gar nicht aus. Durch leicht überhöhte Lastströme kommt es aber zu einer verstärkten Funkenbildung an den Relaiskontakten, wodurch die Lebensdauer der Relaiskontakte beeinträchtigt wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen, mit welchen auf einfache und kostengünstige Weise Relaiskontakte sowohl vor starker als auch vor geringfügiger Überlastung geschützt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die das erfindungsgemäße Verfahren ausführende Vorrichtung weist dabei neben einem Überstromsensor und einem Spannungssensor eine Schmelzsicherung im Lastkreis auf. Diese Schmelzsicherung sorgt bei starker Überlastung für eine relativ schnelle Unterbrechung des Laststromkreises ohne daß die Relaiskontakte geöffnet werden müssen. Hierdurch wird eine starke Belastung der Relaiskontakte durch Schaltfunken- oder Lichtbogenbildung vermieden. Zudem ist vorteilhafterweise sichergestellt, daß der steuerbare Schalter, welcher vorteilhafterweise als Feldeffekttransistor ausgebildet sein kann, nicht überlastet wird.

Der steuerbare Schalter wiederum sorgt bei nicht all zu hoher Überlastung (und auch bei normalem Betrieb, d. h. ohne überhöhte Laststromstärke) dafür, daß ein Schaltfunke oder Lichtbogen beim Öffnen der Relaiskontakte schnell und sicher gelöscht wird. Besonders vorteilhaft, einfach und kostengünstig ist es, die Ansteuerungs- und Überwachungsfunktionen durch einen Mikrorechner als Ansteuerungselektronik ausführen zu lassen.

Im folgenden wird die besonders vorteilhafte Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Beim Auftreten eines Überlastsignals wird das Relais zunächst im eingeschalteten Zustand gehalten. Vorteilhafterweise werden zusätzliche Maßnahmen getroffen, um ein sicheres Schließen der Relaiskontakte zu gewährleisten.

Danach wird, vorzugsweise durch die Ansteuerungsschaltung, die Einschaltdauer des Relais gemessen. Übersteigt die Relaiseinschaltdauer die typische Auslösezeit der Schmelzsicherung ohne daß das Überlastsignal wegfällt, so kann davon ausgegangen werden, daß keine besonders starke Überlastung des Laststromkreises vorliegt, da sonst die Schmelzsicherung ausgelöst hätte.

In diesem Fall wird der Relaiskontakt geöffnet und die Funken- oder Lichtbogenbildung an den Relaiskontakten durch wiederholte kurzzeitige Ansteuerung des steuerbaren Schalters gelöscht, wobei zum Erkennen, ob ein Lichtbogen besteht oder bereits gelöscht ist, das vom Spannungssensor abgegebene Spannungssignal ausgewertet wird.

Vorteilhaft ist hierbei, daß die Relaiskontakte auch vor einer relativ geringfügigen Überlastung geschützt sind. Vorteilhaft ist auch, daß kein besonders stark belastbarer und damit kostenaufwendiger steuerbarer Schalter verwendet werden muß, da das Abschalten des Laststromkreises bei starker Überlastung durch die Schmelzsicherung geschieht.

Da die Schmelzsicherung ein sehr einfaches und kostengünstiges Bauelement ist, verteuert sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch ihren Einsatz nur unerheblich.

In dieser Hinsicht ist ebenfalls vorteilhaft, daß neben den Ansteuerungs- und Überwachungsfunktionen auch die Zeitmeßfunktion sowie der relativ komplexe Funktionsablauf auf einfache und sehr kostengünstige Weise mittels eines Mikrorechnerbausteins realisiert werden kann.

Im folgenden soll anhand der Zeichnung das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Blockschaltbildes;

Fig. 2 einen Ablaufplan für das von in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ausgeführte erfindungsgemäße Verfahren.

In dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Ansteuerungselektronik (1) auf, die vorteilhafterweise als Mikrorechner ausgeführt ist und welche über eine Relaisansteuerungsleitung (SL) mit einem Relais (2) verbunden ist. Zu dem als Blocksymbol dargestellten Relais (2) können selbstverständlich weitere Komponenten gehören, wie zum Beispiel Schaltverstärker, Freilaufdioden, deren vorteilhafte Anordnung und Funktionen aber bekannt und daher in der Figur nicht weiter dargestellt sind.

Parallel zu den Kontakten (2a) des Relais (2) liegt die Schaltstrecke des steuerbaren Schalters (4), welcher über eine Ansteuerungsleitung (AL) mit der Ansteuerungselektronik (1) verbunden ist.

In den Laststromkreis des Relais (2) ist ein Überstromsensor (3) geschaltet, welcher ein Überlastsignal (Ü) an die Ansteuerungselektronik (1) gibt, sobald der Laststrom einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Weiterhin ist ein Spannungssensor (7) vorgesehen, welcher ein Überspannungssignal (SP) an die Ansteuerungselektronik (1) gibt, sobald die an der Last anliegende Spannung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Weiterhin liegt im Laststromkreis eine Schmelzsicherung (8).

Die Funktionsweise der Vorrichtung bei "normaler" Ansteuerung der Last (d. h. Ansteuerung ohne überhöhten Laststrom) entspricht im wesentlichen der Funktionsweise der in der DE 37 01 838 A1 beschriebenen Vorrichtung.

Die Funktionsweise der Vorrichtung bei überhöhtem Laststrom und das hierbei von der Ansteuerungselektronik durchgeführte erfindungsgemäße Verfahren soll im folgenden anhand der Fig. 1 unter Zuhilfenahme des in der Fig. 2 dargestellten Ablaufplanes näher erläutert werden.

Tritt bei angesteuertem Relais (2) ein überhöhter Laststrom auf, so gibt der Überstromsensor (3) ein Überlastsignal (Ü) an die Ansteuerungselektronik (1). (a)

Die Ansteuerungselektronik (1) läßt daraufhin das Relais (2) im eingeschalteten Zustand. Eine eventuell getaktete Ansteuerung der Relaisspule geht in eine kontinuierliche Ansteuerung über, um eine besonders gute Kontaktgabe der Relaiskontakte zu gewährleisten. (b)

Es wird nun eine Zeitmessung gestartet, um festzustellen, wie lange das Überlastsignal (Ü) vorliegt. (c)

Mittels einer Zeitschleife (d) wird geprüft, ob das Überlastsignal (Ü) länger als eine typische Auslösezeit der Schmelzsicherung (8) vorliegt.

Ist dies der Fall, so kann davon ausgegangen werden, daß keine übermäßig hohe Überlastung des Laststromkreises vorliegt, da anderenfalls die Schmelzsicherung ausgelöst und den Laststromkreis unterbrochen hätte. (f)

Liegt bei einer nicht allzu hohen Belastung das Überlastsignal (Ü) nach der typischen Auslösezeit weiterhin an der Ansteuerungselektronik (1) an, so stellt die Ansteuerungselektronik (1) die Ansteuerung des Relais (2) und des steuerbaren Schalters (4) durch Zurücknahme des Relaisansteuerungssignals (S) und des Ansteuerungssignals (A) für den steuerbaren Schalter (4) ein. (g)

Zweckmäßigerweise wird der steuerbare Schalter (4) kurzzeitig nach dem Relais (2) abgeschaltet, um das Entstehen eines Lichtbogens an den Relaiskontakten (2a) nach Möglichkeit zu verhindern.

Ob dies gelungen ist, überprüft die Ansteuerungselektronik (1) nach einer kurzen Pause (h) von ca. zwei Millisekunden durch Abfrage des Spannungssensors (7). (i)
Liegt dabei die am Spannungssensor (7) anliegende Spannung oberhalb einer vorgegebenen Grenze, so gibt der Spannungssensor (7) ein Überspannungssignal (SP) an die Ansteuerungselektronik (1). Dieses tritt dann auf, wenn sich beim Abschalten des Relais (2) zwischen den Relaiskontakten (2a) ein Lichtbogen ausgebildet hat. Um diesen Lichtbogen zu löschen, steuert die Ansteuerungselektronik (1) den steuerbaren Schalter (4) kurzzeitig (d. h. beispielsweise für den Zeitraum von 0,2 Milli-Sekunden) an. (l)
Die Ansteuerungszeit muß dabei so gewählt werden, daß der steuerbare Schalter (4) auch bei Kurzschluß im Lastkreis nicht thermisch überlastet wird.

Die Verfahrensschritte h, i und l werden dabei so oft wiederholt ausgeführt, bis die vom Spannungssensor (7) registrierte Spannung unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt. Nach Wegfall des Überspannungssignals (SP) wird die Ansteuerung des steuerbaren Schalters (4) beendet, da der Lichtbogen an den Relaiskontakten (2a) gelöscht ist. (k)

Die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren eignen sich hierbei insbesondere für Schaltungen, bei denen mit so hohen Kurzschlußströmen gerechnet werden muß, daß eine Schaltfunkenlöschung durch einen steuerbaren Schalter allein nicht oder nicht mit einem vertretbaren Aufwand (d. h. nur unter Einsatz von sehr hochbelastbaren und damit teuren Halbleiterschaltern) möglich ist. Der zusätzliche Schutz von Relaiskontakten gegenüber sehr hohen Kurzschlußströmen kann durch den Einsatz einer Schmelzsicherung erreicht werden und ist daher besonders kostengünstig.

Bezugszeichenliste
Verfahren zum Schützen von Relaiskontakten

1 Ansteuerungselektronik
2 Relais
2a Relaiskontakte
3 Überstromsensor
4 steuerbarer Schalter
5 Last
6 Spannungsquelle
7 Spannungssensor
8 Schmelzsicherung
A Ansteuerungssignal (für den steuerbaren Schalter)
AL Ansteuerungsleitung (für den steuerbaren Schalter)
S Relaisansteuerungssignal
SL Relaisansteuerungsleitung
SP Überspannungssignal
Ü Überlastsignal
a-l Verfahrensschritte

Claims

1. Verfahren zum Schützen von Relaiskontakten gegen Überlastung, durch eine Vorrichtung mit einer elektrischen Last (5), welche über Relaiskontakte (2a) an eine Spannungsquelle (6) angeschaltet werden kann, mit einem steuerbaren Schalter (4), dessen Schaltstrecke den Relaiskontakten (2a) parallel geschaltet ist, mit einer Ansteuerungselektronik (1) zur Ansteuerung des Relais (2) und des steuerbaren Schalters (4) mit Überwachungselementen (3, 7, 8) zur Überwachung von elektrischen Größen des Laststromkreises, dadurch gekennzeichnet, daß als Überwachungselemente (3, 7, 8) ein Überstromsensor (3), ein Spannungssensor (7) und eine Schmelzsicherung (8) vorgesehen sind und daß die Vorrichtung folgende Verfahrensschritte ausführt:

1) Der Überstromsensor (3) prüft, ob der im Laststromkreis (2a, 3, 5, 6, 8) fließende Strom einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und gibt, wenn dies der Fall ist, ein Überlastsignal (Ü) an die Ansteuerungselektronik (1). (a)
2) Die Ansteuerungselektronik (1) hält bei Vorliegen eines Überlastsignals (Ü) das Relais (2) im eingeschalteten Zustand. (b)
3) Es wird die Einschaltzeit des Relais gemessen. (c, d)
4) Nach einer vorgegebenen Einschaltzeit des Relais (2) prüft die Ansteuerungselektronik (1), ob der Überstromsensor (3) das Überlastsignal (Ü) abgibt. (e)
5) Gibt der Überstromsensor (3) kein Überlastsignal (Ü) mehr ab, so wird das Verfahren beendet. (f)
6) Gibt der Überstromsensor (3) ein Überlastsignal (Ü) ab, so schaltet die Ansteuerungselektronik (1) sowohl das Relais (2) als auch den steuerbaren Schalter (4) ab. (g)
7) Die Ansteuerungselektronik (1) prüft nach einer kurzen Pause (h) die an einer Last (5) anliegende Spannung durch Abfrage des Spannungssensors (7). (i)
8) Die Ansteuerungselektronik (1) schaltet den steuerbaren Schalter (4) für eine kurze Zeit ein (l), wenn die vom Spannungssensor registrierte Spannung oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt.
9) Die Verfahrensschritte 7 und 8 werden wiederholt ausgeführt solange das Überlastsignal (Ü) an der Ansteuerungselektronik (1) anliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltzeit des Relais (2) durch die Ansteuerungselektronik (1) gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt 2) das Relais (2) mit einem kontinuierlichen Strom beaufschlagt wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ansteuerungselektronik (1) ein Mikrorechner vorgesehen ist.

5. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbarer Schalter (4) ein Halbleiterbaustein vorgesehen ist.

6. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (4) als Feldeffekttransistor ausgeführt ist.

7. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des über die Relaiskontakte (2a) geführten Laststromes so gewählt ist, daß das durch den Laststrom hervorgerufene Magnetfeld das Spulenmagnetfeld des Relais (2) abschwächt oder zumindest nicht verstärkt.