DE4422039A1 - Überwachungseinrichtung für elektrische Bauelemente, insbesondere für Relais - Google Patents
Überwachungseinrichtung für elektrische Bauelemente, insbesondere für RelaisInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für elek
trische Bauelemente, insbesondere für Relais, welche bei un
terschiedlichen Umgebungsbedingungen Funktionsparameter des
jeweiligen Bauelementes mißt, mit Bezugswerten vergleicht und
zumindest einen Teil der gemessenen Daten speichert.
Bei elektrischen Bauelementen, wie Relais, die unter sehr un
terschiedlichen Umweltbedingungen, beispielsweise in einem
sehr großen Temperaturbereich, zum Einsatz kommen, ist es
wichtig, daß es von der Konstruktion und von den verwendeten
Werkstoffen her so ausgelegt wird, daß es unter diesen unter
schiedlichen Umweltbedingungen seine Funktion über eine mög
lichst lange Lebensdauer hinweg zu erfüllen vermag. Um den
verschiedenen bekannten Umweltbedingungen Rechnung zu tragen,
ist es bereits üblich, solche Bauelemente, wie Relais, in
Dauerversuchsanlagen unter verschiedenen Bedingungen zu te
sten und beim Auftreten von Störungen die Störungsursachen
durch Änderung der Konstruktion oder durch die Wahl anderer
Materialien zu beseitigen. Bei diesen bekannten Versuchsanla
gen bzw. Prüfvorrichtungen werden bestimmte Umweltbedingun
gen, wie extreme Temperaturen, Druckschwankungen und hohe
Luftfeuchtigkeiten, im Labor simuliert. Hierbei kann man je
doch niemals alle im praktischen Einsatz auftretenden Umwelt
bedingungen erfassen und nachbilden. Deshalb kommt es immer
wieder vor, daß beim Einsatz solcher Bauelemente, wie Relais,
in einer sehr aggressiven Umgebung, wie etwa in einem Kraft
fahrzeug, in einer Waschmaschine oder in einer Industrieanla
ge, Funktionsstörungen und Ausfälle auftreten, deren Ursachen
im nachhinein nicht mehr rekonstruiert werden können.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Überwachungsein
richtung zu schaffen, die es ermöglicht, Relais und andere
Bauelemente jederzeit im realen Einsatz und unter realen Um
gebungsbedingungen auf ihre Funktionstüchtigkeit hin zu prü
fen und bei einer Störung auch im nachhinein die Bedingungen
erforschen zu können, die zu der Störung bzw. zum Ausfall des
Bauelementes geführt haben.
Erfindungsgemäß besitzt eine Überwachungseinrichtung zu die
sem Zweck folgende Merkmale:
- - mindestens einen Sensor zur Gewinnung von Umgebungs-Meß werten für mindestens einen Umgebungsparameter,
- - mindestens eine Meßeinrichtung zur Gewinnung von Funk tions-Meßwerten für mindestens einen Funktionsparameter bzw. eine Ansteuerbedingung,
- - eine Vergleichseinrichtung, welche die Funktions-Meßwerte und/oder die Umgebungs-Meßwerte mit vorgegebenen Bezugs werten vergleicht,
- - Speichermittel, welche von ihrem Bezugswert abweichende Funktions-Meßwerte und/oder Umgebungs-Meßwerte zusammen mit den zeitlich korrelierenden Umgebungs-Meßwerten und/oder Funktions-Meßwerten aufzeichnen, und
- - eine Ausgabe-Schnittstelle.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Prüfeinrichtungen mit aufwendi
gen Labor-Meßapparaturen und Einrichtungen zur Erzeugung ei
nes künstlichen Klimas ist die erfindungsgemäße Überwachungs
einrichtung dazu ausgelegt, das Bauelement in seinem tatsäch
lichen Einsatz zu begleiten. Das Bauelement, beispielsweise
das Relais, kann dabei also ständig unter allen vorhersehba
ren und auch nicht vorhersehbaren Bedingungen, also klimati
schen, elektrischen, mechanischen und sonstigen Einflüssen,
ständig geprüft werden, wobei durch die Aufzeichnung außerge
wöhnlicher Betriebszustände auch im nachhinein noch festge
stellt werden kann, inwieweit das Bauelement unter bestimmten
Umweltbedingungen noch funktionsfähig bleibt bzw. welche Um
weltbedingungen gegebenenfalls im Zusammenwirken Funktions
störungen erzeugen. Es wird also nicht ein künstliches Prüf
klima erzeugt, sondern die realen Klimabedingungen am Ein
satzort des Bauelementes werden über entsprechende Sensoren
gemessen. Dabei kann die Überwachungseinrichtung automatisch
bei jeder Änderung des Betriebszustandes des Bauelementes ak
tiviert werden und immer dann wieder abgeschaltet werden,
wenn keine von ihrem Bezugswert abweichenden Meßwerte auftre
ten.
Als Vergleichseinrichtung wird zweckmäßigerweise ein Mikro-
Controller verwendet, der mit einem Datenspeicher für die zu
speichernden Werte ausgestattet ist und mit entsprechender
Programmierung auch eine einfache Auswertung der Meßdaten
vornehmen kann. Ein solcher Mikro-Controller beansprucht ein
Volumen in der gleichen Größenordnung wie das Bauelement, so
daß er in einem ähnlichen Gehäuse wie das Bauelement unmit
telbar neben diesem oder in einem gemeinsamen Gehäuse mit
diesem untergebracht werden kann. Soweit erforderlich, kann
auch eine einfache Anzeige mit der Überwachungseinrichtung
verbunden werden, um beim Auftreten außergewöhnlicher, ge
fährlicher Schaltzustände unmittelbar ein entsprechendes Si
gnal abgeben zu können. Ansonsten ist es zweckmäßig, daß die
Überwachungseinrichtung in bestimmten Abständen oder auch für
längere Zeitabschnitte mit einem übergeordneten Host-Computer
verbunden werden kann, der die gespeicherten Daten übernimmt
und auswertet und nach Bedarf Bezugswerte neu eingibt oder
ändert, gegebenenfalls auch den Mikro-Controller neu program
miert. Durch die Datenauswertung in dem Host-Computer oder
auch bereits in dem Mikro-Controller ist es beispielsweise
möglich, einen Bauteileausfall bereits im voraus abzuschätzen
und anzuzeigen.
Die zu messenden und auszuwertenden Parameter können jeweils
entsprechend der Art und dem Einsatz des Bauelementes gewählt
werden. Ist das Bauelement beispielsweise ein Relais, so wer
den in der Regel die Erregerspannung sowie die Spannung und
der Strom im Lastkreis gemessen, woraus wiederum der Kontakt
widerstand oder die Lichtbogenbrenndauer berechnet werden
kann. Im zeitlichen Vergleich läßt sich dabei das Ansprech
verhalten ermitteln. Der Kontaktwiderstand wiederum ist un
mittelbar ein Maßstab für die Kontaktqualität; seine Änderung
im Laufe der Zeit und unter verschiedenen Umgebungsbedingun
gen wirkt sich unmittelbar auf die Zuverlässigkeit und die
Lebensdauer des Relais aus.
Auch die zu messenden Umgebungsparameter können je nach Ein
satzfall gewählt werden. Wird beispielsweise ein Relais in
einem Kraftfahrzeug oder in einer Industrieanlage eingesetzt,
so ist ein wesentlicher Umgebungsparameter die Temperatur. Es
kann somit festgestellt werden, ob das Relais im zulässigen
Umgebungstemperaturbereich einwandfrei arbeitet oder ob bei
spielsweise eine Überschreitung der zugelassenen Temperatur
bereiche einen Ausfall des Relais verursacht hat. In vielen
Einsatzfällen spielt die Messung der Beschleunigung in allen
Richtungen eine wesentliche Rolle, wobei diese Beschleunigun
gen etwa in einem Kraftfahrzeug durch Vibrationen des Motors
oder durch Unebenheiten des Untergrundes bei der Fahrt her
vorgerufen werden können. Auch die umgebende Atmosphäre kann
mit Sensoren erfaßt werden, etwa durch Messung des Luft
drucks, der Luftfeuchtigkeit oder von Schadgasen und Staub
partikeln in der Atmosphäre. Diese und andere Einflüsse wer
den also in ihrer zeitlichen Korrelation erfaßt, so daß auch
kumulierende Wirkungen unterschiedlicher Umgebungseinflüsse
ausgewertet werden können.
Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung ist dazu geeig
net, bestimmte einzelne Bauelemente in ihrem realen Einsatz
über längere Zeit zu testen und dadurch Daten über Störungs
quellen, Ausfallursachen und Störungszusammenhänge zu finden,
die wiederum zur Verbesserung des Bauelementes ausgewertet
werden können. Da in einem Gerät, in einem Kraftfahrzeug oder
einer Industrieanlage, häufig mehrere Bauelemente, beispiels
weise mehrere Relais, in verschiedenen Funktionen eingesetzt
sind, ist es auch möglich, eine Überwachungsanlage vorzuse
hen, welche mehrere derartige, jeweils einem Bauelement zuge
ordnete Überwachungseinrichtungen umfaßt, die alle unterein
ander vernetzt sind und mit einem gemeinsamen Zentralcomputer
zusammenarbeiten.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an
hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein vereinfacht es Blockschaltbild mit einem Relais
und einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung,
Fig. 2 ein vereinfachtes Flußdiagramm für den Betrieb der
erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung und
Fig. 3 die schematische Anordnung mehrerer vernetzter Über
wachungseinrichtungen in einem Kraftfahrzeug.
Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung die Anschaltung
einer Überwachungseinrichtung an ein Relais, das beispiels
weise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann. Das Relais
1 enthält eine Spule 2 und einen Schließerkontakt 3. Die
Spule 2 liegt in einem Erregerkreis, der von einer Spannungs
quelle 4 mit einer Erregerspannung VE versorgt wird. Ein über
den Kontakt 3 geführter Lastkreis wird von einer Spannungs
quelle 5 mit einer Lastspannung VL versorgt; die Last selbst
ist durch einen Widerstand 6 angedeutet. Bei Anordnung in ei
nem Kraftfahrzeug werden in der Regel jedoch nicht zwei Span
nungsquellen 4 und 5 vorhanden sein, vielmehr wird über die
Fahrzeugbatterie sowohl der Erregerkreis als auch der Last
kreis gespeist.
Die Überwachungseinrichtung 7 enthält als wesentlichen Teil
einen Mikro-Controller 8 mit einem Speicher 9. Er empfängt
analoge Meßsignale von Meßgeräten und Sensoren über eine Ana
log-Digital-Anpassung 10. Für bestimmte Anwendungen, etwa zur
Anzeige von Störungen in sensiblen Einrichtungen, kann auch
eine kleine Anzeigeeinheit 11 vorhanden sein. Die Funktions
werte des Relais werden über verschiedene Meßfühler abgegrif
fen, z. B. die Erregerspannung über einen Spannungsmeßfühler
M1, die Spannung am Kontakt über einen Spannungsmeßfühler M2
und der Kontaktstrom über einen Strommeßfühler M3. Die Span
nung kann auf einfache Weise über Widerstände abgegriffen
werden; zur Strommessung kann beispielsweise ein Serienwider
stand im Kontaktkreis oder ein Hallsensor Verwendung finden.
Weiterhin erhält die Überwachungseinrichtung Meßwerte zu ver
schiedenen Umgebungsparametern des Relais, die über Sensoren
S1, S2 bis Sn gemessen werden. Für ein Relais in einem Fahr
zeug sind diese Parameter beispielsweise die Temperatur
(Motor und Umgebung), der Luftdruck, die Luftfeuchtigkeit,
die Beschleunigung in verschiedenen Richtungen usw. Auch ein
Zeitgeber ist in der Prüfvorrichtung vorhanden, um die zeit
liche Änderung verschiedener Funktionen, beispielsweise das
Ansprechverhalten des Relais, erfassen zu können.
Ein übergeordneter Host-Computer ist nicht Teil der Überwa
chungseinrichtung, kann aber nach Bedarf an diese angeschal
tet werden, um den Mikro-Controller zu programmieren, bei
spielsweise Bezugswerte, wie Minimaltemperatur, Maximaltempe
ratur, Maximalwerte für den Kontaktwiderstand usw. vorzugeben
und um aus dem Speicher der Überwachungseinrichtung die ge
speicherten Daten abzufragen und auszuwerten.
Das Flußdiagramm von Fig. 2 zeigt einen möglichen Programm
ablauf der Überwachungseinrichtung 7 in Fig. 1. Im Programm
schritt 71 wird die Überwachungseinrichtung zu Beginn des
Tests gestartet. Der Programmschritt 72 bewirkt die Initiali
sierung der Hardware, d. h. die Inbetriebnahme der Meßein
richtungen und Sensoren. Im Programmschritt 73 werden dann
die Parameter für die Software gesetzt, wenn ein Host-Compu
ter über die Datenein- und -ausgabe 74 angeschaltet ist. Au
ßerdem werden in diesem Programmschritt 73 die gespeicherten
Daten an den Host-Computer ausgegeben.
Über den Prüfschritt 75 wird jeweils abgefragt, ob eine An
frage vom Host-Computer vorliegt. In diesem Fall geht das
Programm zurück zum Schritt 73, um den Datenaustausch mit dem
Host-Computer vorzunehmen. Liegt eine solche Anfrage nicht
vor, dann wird im Programmschritt 76 eine erste Messung von
Strom, Spannung usw. an dem Relais vorgenommen. Im Prüf
schritt 77 wird festgestellt, ob vorgegebene Bedingungen für
eine schnelle Meßfolge vorliegen, beispielsweise eine Ände
rung des Schaltzustandes am Relais. Ist eine solche Änderung
nicht eingetreten, so geht das Programm zurück zum Schritt
75. Liegt die Bedingung für eine schnelle Meßfolge vor, so
werden im Programmschritt 78 alle Meßeinrichtungen und Senso
ren abgefragt, bis eine vorgegebene Meßdauer erreicht ist. Im
Prüfschritt 79 wird dann festgestellt, ob aus den gemessenen
Werten Ereignisse abzuleiten sind, die gespeichert werden
müssen.
Solche Ereignisse, die gespeichert werden müssen, liegen im
mer dann vor, wenn irgendein gemessener Wert von dem vorgege
benen Bezugswert abweicht bzw. einen vorgegebenen Bezugswert
bereich verläßt. Dies kann beispielsweise dann gegeben sein,
wenn die Erregerspannung zu gering ist, wenn der Kontaktwi
derstand höher liegt als ein Bezugswert, wenn die Umgebungs
temperatur aus einem vorgegebenen Temperaturbereich heraus
fällt oder wenn außergewöhnliche Beschleunigungen auftreten.
Wenn irgendein derartiges Ereignis eintritt, werden alle
zeitlich korrelierenden Meßdaten gespeichert, selbst wenn die
übrigen Daten im zulässigen Bereich liegen bzw. das Relais
noch normal funktioniert. Diese Speicherung erfolgt im Pro
grammschritt 80. Liegen solche zu speichernden Ereignisse
nicht vor, dann geht das Programm zurück zum Schritt 75.
Wenn die Daten gespeichert sind, werden in der Prüfeinrich
tung ein Ereigniszähler und ein Fehlerzähler erhöht
(Programmschritt 81). Danach werden im Programmschritt 82 der
Speicher und die Meßeinrichtung für eine weitere Messung
freigegeben. Das Programm kehrt zurück zum Schritt 75.
In Fig. 3 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 13 gezeigt, wel
ches mehrere Relais 1 mit jeweils einer zugeordneten Überwa
chungseinrichtung 7 enthält. Alle Überwachungseinrichtungen 7
sind über eine Ringleitung 14 untereinander und mit einem
zentralen Host-Computer 15 verbunden. Auf diese Weise wird
eine Überwachungsanlage für eine Reihe von Relais in ver
schiedenen Funktionen im Fahrzeug gebildet. Eine solche An
wendung wäre beispielsweise denkbar für ein Testfahrzeug,
welches bei einer Neuentwicklung des Fahrzeugs in einem Pro
bebetrieb gleichzeitig die Zuverlässigkeit der an verschiede
nen Stellen eingesetzten Relais testet.
Claims (14)
1. Überwachungseinrichtung für elektrische Bauelemente, ins
besondere für Relais, welche bei unterschiedlichen Umgebungs
bedingungen Funktionsparameter des jeweiligen Bauelementes
mißt, mit Bezugswerten vergleicht und zumindest einen Teil
der gemessenen Daten speichert, dadurch gekennzeichnet, daß
sie folgende Merkmale aufweist:
- - mindestens einen Sensor (S1, S2 bis Sn) zur Gewinnung von Umgebungs-Meßwerten für mindestens einen Umgebungsparame ter,
- - mindestens eine Meßeinrichtung (M1, M2, M3) zur Gewinnung von Funktions-Meßwerten für mindestens einen Funktionspa rameter bzw. eine Ansteuerbedingung des Bauelementes (1),
- - eine Vergleichseinrichtung (8), welche die Funktions-Meß werte und/oder die Umgebungs-Meßwerte mit vorgegebenen Bezugswerten vergleicht,
- - Speichermittel (9), welche von ihrem Bezugswert abwei chende Funktions-Meßwerte und/oder Umgebungs-Meßwerte zu sammen mit den zeitlich korrelierenden Umgebungs- und/oder Funktions-Meßwerten aufzeichnen, und
- - eine Ausgabe-Schnittstelle.
2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie bei jeder Änderung des Betriebszustandes
des Bauelementes (1) automatisch aktiviert wird und nur ab
schaltet, wenn keine von ihrem Bezugswerten abweichenden Meß
werte auftreten.
3. Überwachungseinrichtung hach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als Vergleichseinrichtung ein Mikro-Con
troller (8) mit einem Speicher (9) vorgesehen ist.
4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die im Mikro-Controller (8) gespeicherten Daten
durch einen Host-Computer (12) abfragbar und auswertbar sind.
5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Mikro-Controller (8) durch eine
vorprogrammierte Fehleranalyse ein Ausfall des Bauelementes
(1) im voraus berechnet wird.
6. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzeigeeinheit (11) auf
weist, um bestimmte Fehlerbedingungen selbst anzuzeigen.
7. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Sensor zur Messung
der Umgebungstemperatur vorgesehen ist.
8. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Sensor zur Messung
von Beschleunigungen in einer oder mehreren Richtungen vorge
sehen ist.
9. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Sensor vorgesehen
ist, der die Beschaffenheit der Atmosphäre in der Umgebung
des Bauelementes mißt.
10. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement ein Relais ist und
daß aus den Funktions-Meßwerten das Ansprechverhalten des Re
lais ermittelt wird.
11. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Funktions-Meßwerten
eines Relais Daten über die Kontaktqualität ermittelt werden.
12. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit dem Bauelement (1) in
einem Anwendungsgerät (13) untergebracht ist.
13. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit dem Bauelement in ei
nem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist.
14. Überwachungsanlage mit einer Mehrzahl von Prüfeinrichtun
gen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich
net, daß in einem Gerät, vorzugsweise einem Kraftfahrzeug,
die jeweils einem Bauelement (1) zugeordneten Überwachungs
einrichtungen (7) miteinander vernetzt sind und daß ein Zen
tralcomputer (15) die einzelnen Überwachungseinrichtungen (7)
abfragt und ihre Daten auswertet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944422039 DE4422039A1 (de) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | Überwachungseinrichtung für elektrische Bauelemente, insbesondere für Relais |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19944422039 DE4422039A1 (de) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | Überwachungseinrichtung für elektrische Bauelemente, insbesondere für Relais |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4422039A1 true DE4422039A1 (de) | 1996-01-04 |
Family
ID=6521351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944422039 Withdrawn DE4422039A1 (de) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | Überwachungseinrichtung für elektrische Bauelemente, insbesondere für Relais |
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