ÜBERWACHUNG EINES ELEKTROMAGNETISCHEN RELAIS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung mit einem elektromagnetischen Relais, das eine Relaisspule, Relaiskontakte und einen mit den Relaiskontakten in Wirkverbindung stehenden Relaisanker aufweist, und mit einer Überwachungseinrichtung, die zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais eingerichtet ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Überwachen der Funktionstüchtigkeit eines solchen elektromagnetischen Relais.

[0002] In elektrischen Geräten werden zur Durchführung von gesteuerten Schalthandlungen häufig elektromagnetische Relais eingesetzt. Elektromagnetische Relais bestehen üblicherweise aus einer Relaisspule und zumindest einem Paar elektrischer Relaiskontakte. Wird an die Relaisspule ein elektrischer Strom angelegt, so wird in der die Relaisspule ein Magnetfeld erzeugt, das einen Relaisanker in Bewegung setzt, wodurch - bei selbstöffnenden Relais - ein Schließen der Relaiskontakte bewirkt wird, so dass ein Stromfluss über die Relaiskontakte möglich ist. Wird der durch die Relaisspule fließende Strom wieder unterbrochen, so wird über den Relaisanker der bewegliche Teil der Relaiskontakte, beispielsweise mittels einer Federeinrichtung, in seine Ausgangslage zurückbewegt, was ein Öffnen der Relaiskontakte bewirkt und den Stromfluss über diese unterbricht. Bei selbstschließenden Relais sind die Kontakte im stromlosen Zustand der Relaisspule geschlossen und im stromdurchflossenen Zustand geöffnet; Umschaltrelais schalten zwischen zwei Schaltzuständen um.

[0003] Elektromagnetische Relais werden üblicherweise dort eingesetzt, wo mittels eines vergleichsweise geringen Stromes aus einem Ansteuerstromkreis ein vergleichsweise größerer Strom in einem Schaltstromkreis ein- oder ausgeschaltet werden soll. Das elektromagnetische Relais bildet in diesem Fall eine galvanische Entkopplung des Ansteuerstromkreises und des Schaltstromkreises.

[0004] Elektromagnetische Relais werden beispielsweise in elektrischen Schutzgeräten zur Überwachung elektrischer Energieversorgungsnetze eingesetzt, um im Falle eines Fehlers (z.B. eines Kurzschlusses) in dem elektrischen Energieversorgungsnetz durch Schließen der Relaiskontakte eines sogenannten "Kommandorelais" eine Auslösung eines elektrischen Leistungsschalters zu veranlassen und so den Fehlerstrom zu unterbrechen. Beim Einsatz von elektromagnetischen Relais in solchen sicherheitsrelevanten Gebieten ist es von größter Wichtigkeit, die Funktionstüchtigkeit des Relais zu jedem Zeitpunkt zu gewährleisten bzw. defekte Relais kurzfristig austauschen zu können.

[0005] Da aufgrund von mechanischen Abnutzungen, insbesondere Kontaktabbrand, die Lebensdauer eines Relais prinzipiell begrenzt ist, kann vorgesehen sein, Relais an besonders sicherheitsrelevanten Stellen regelmäßig auszutauschen, bevor eine prognostizierte maximale Lebensdauer erreicht ist. Ein solcher vorauseilender Austausch des Relais stellt jedoch eine rein statische Maßnahme dar und steht in keinem Verhältnis zur tatsächlichen Abnutzung des Relais.

[0006] Alternativ kann eine Überwachung des Relais vorgenommen werden, um den tatsächlichen Abnutzungszustand des Relais erkennen zu können. Um eine Überwachung des Zustandes der Relaiskontakte vorzunehmen, bietet es sich zunächst an, ihren tatsächlichen Zustand, d.h. geöffnet oder geschlossen, an die Ansteuereinrichtung der Relaisspule zurückzukoppeln. Bei einer Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istzustand der Relaiskontakte wird auf einen Fehler in der Relaisansteuerung geschlossen. Eine solche Überwachung ist jedoch vergleichsweise aufwändig, weil hierbei die von dem Relais erreichte galvanische Entkopplung zwischen Ansteuerstromkreis und Schaltstromkreis zur Rückkopplung der Information über den Zustand der Relaiskontakte überschritten werden muss. Außerdem lässt sich ein Fehler hierbei nur dann erkennen, wenn er bereits eingetreten ist, also die Relaiskontakte bereits einen ungewünschten Zustand eingenommen haben. Eine vorausschauende Überwachung ist nicht möglich.

[0007] Zudem wurden Bestrebungen unternommen, den Ansteuerstromkreis der Relaisspule möglichst fehlersicher auszugestalten. So ist z.B. aus der internationalen Patentanmeldung WO2009/062536 A1 bekannt, eine Ansteuerschaltung für eine Relaisspule mit zwei Schalteinrichtungen, z.B. Transistoren, zu versehen und den durch die beiden Schalteinrichtungen und die Relaisspule verlaufenden Strompfad durch Prüfsignale zu testen, die derart kurz ausgebildet sind, dass sie keine Bewegung der Relaiskontakte bewirken können. Mit dem bekannten Verfahren lässt sich zwar vorteilhaft der Ansteuerstromkreis für das Relais überwachen, ein Fehler auf Seiten der Relaiskontakte, z.B. ein Verschmelzen der Relaiskontakte oder ein Festklemmen eines die Relaiskontakte bewegenden Relaisankers kann mit der bekannten Überwachungsmethode jedoch nicht ausgeschlossen werden.

[0008] US 2011/228438 A1 offenbart eine Schaltanordnung gemäß dem Oberbegriff vom Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff vom Anspruch 8.

[0009] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren anzugeben, um eine vorausschauende Überprüfung der Relaiskontakte und des Relaisankers auf ggf. aufgetretene Fehler zu ermöglichen.

[0010] Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Schaltanordnung durch eine Schaltanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.

[0011] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Bewegung des Relaisankers der primärseitig durch die Relaisspule fließende Spulenstrom in typischer Weise beeinflusst wird. Daher kann die Überwachungseinrichtung anhand des den Spulenstrom angebenden Stromsignals eine Angabe über die Funktionstüchtigkeit des Relais machen.

[0012] Da die Beeinflussung des Spulenstroms durch eine Bewegung des Relaisankers hervorgerufen wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet ist, zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais den Verlauf des Stromsignals beim Einschalten und/oder Ausschalten des Relais - also während der Bewegungsphasen des Relaisankers - zu untersuchen.

[0013] Konkret kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet ist, zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais beim Einschalten des Relais den Verlauf des Stromsignals daraufhin zu untersuchen, ob dieser ein lokales Minimum aufweist, und bei Ausbleiben des lokalen Minimums ein erstes Fehlersignal zu erzeugen, das einen Defekt des Relais angibt.

[0014] Beim Einschalten des Relais verringert nämlich die Bewegung des Relaisankers den Luftspalt und damit auch den magnetischen Widerstand in der Relaisspule. Dadurch erhöht sich der magnetische Fluss, so dass sich der Stromfluss des Spulenstroms entsprechend reduziert. Beim Auftreffen des Relaisankers auf seine Endlage werden die Relaiskontakte und der Luftspalt in der Relaisspule geschlossen und es wird ein lokales Minimum des Stromflusses des Spulenstroms erreicht. Danach bauen sich das Magnetfeld und der Spulenstrom entlang einer üblichen Ladekurve auf. Die Überwachungseinrichtung kann daher anhand des Auftretens des lokalen Minimums eine Aussage darüber machen, ob der Relaisanker seine Endlage erreicht hat und der Einschaltvorgang folglich erwartungsgemäß abgelaufen ist.

[0015] In diesem Zusammenhang kann gemäß zudem vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Überprüfung des Verlaufs des Stromsignals während einer Prüfzeit durchzuführen und das erste Fehlersignal zu erzeugen, wenn bis zum Ablauf der ersten Prüfzeit das lokale Minimum ausbleibt.

[0016] Um auch ein unvollständiges oder wiederholtes Schließen der Relaiskontakte beim Einschaltvorgang erkennen zu können, kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet ist, den Verlauf des Stromsignals daraufhin zu untersuchen, ob nach dem Auftreten des lokalen Minimums ein weiteres lokales Minimum folgt, und beim Auftreten des weiteren lokalen Minimums ein zweites Fehlersignal zu erzeugen, das einen Defekt des Relais angibt.

[0017] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung sieht zudem vor, dass die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet ist, nach Beginn des Einschaltvorgangs des Relais eine vorbestimmte Wartezeit abzuwarten, bevor sie mit der Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais beginnt.

[0018] Hierdurch können Schwankungen des Spulenstroms in der Anfangsphase des Einschaltvorgangs von der Analyse durch die Überwachungseinrichtung sicher ausgeschlossen werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung kann zudem vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet ist, zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais beim Ausschalten des Relais den Verlauf des Stromsignals daraufhin zu untersuchen, ob dieser ein lokales Maximum aufweist, und bei Ausbleiben des lokalen Maximums ein drittes Fehlersignal zu erzeugen, das einen Defekt des Relais angibt.

[0019] Hierdurch kann die Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais auch beim Ausschaltvorgang der Relaisspule überprüft werden. Typischerweise baut sich nämlich beim Ausschalten eines Relais zunächst das Magnetfeld in der Spule ab, was sich an einem abnehmenden Verlauf des Spulenstroms zeigt. Ist das Magnetfeld ausreichend schwach geworden, kann der Relaisanker nicht mehr in seiner eingeschalteten Stellung gehalten werden und beginnt sich, in Richtung seiner Ruhelage zu bewegen. Durch die Bewegung des Relaisankers wird jedoch erneut ein Spulenstrom in der Relaisspule induziert, der sich erst nach Erreichen der Ruhelage des Relaisankers allmählich wieder abbaut, so dass der Verlauf des Spulenstroms zum Zeitpunkt des Erreichens der Ruhelage des Relaisankers ein lokales Maximum aufweist. Anhand dieses lokalen Maximums kann die Überwachungseinrichtung daher den erwartungsgemäßen Ablauf des Abschaltvorgangs des Relais überwachen.

[0020] Da die Relaisspule zum Ausschalten stromlos geschaltet wird, wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform in diesem Zusammenhang zudem vorgeschlagen, dass die Schaltanordnung im Strompfad der Relaisspule einen Messwiderstand aufweist, über den der Spulenstrom beim Ausschalten des Relais fließt.

[0021] Hierdurch wird eine Messung des Spulenstroms durch die Strommesseinrichtung ermöglicht.

[0022] Erfindungsgemäß ist die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet, ein Rauschen des Stromsignals beim Ausschalten des Relais zu überwachen und ein eine Abnutzung der Relaiskontakte angebendes Abnutzungssignal zu erzeugen, wenn das Rauschen des Stromsignals während einer Zeitdauer, die länger ist als eine vorgegebene Toleranzzeitdauer, einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

[0023] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein beim Öffnen der Relaiskontakte auftretender Schaltfunken ein hochfrequentes Signal erzeugt, das sich auf der Primärseite des Relais auf die Relaisspule auswirkt und dort ein entsprechend hochfrequentes Rauschsignal induziert. Durch die Überwachung der Dauer des Rauschens des Stromsignals kann daher auf die Dauer des Schaltfunkens und damit auf eine Abnutzung der Schaltkontakte geschlossen werden, da mit steigender Abnutzung der Schaltkontakte die Dauer des Schaltfunkens ebenfalls ansteigt. Übersteigt die Dauer des Rauschens - und damit die Dauer des Schaltfunkens - eine vorgegebene (z.B. durch Schaltversuche für jeden Relaistyp festzulegende) Toleranzzeitdauer, wird das Abnutzungssignal erzeugt. Hierbei wird die Dauer des Rauschens als diejenige Zeitdauer angesehen, während der das Rauschen - konkret eine Amplitude des überlagerten Rauschsignals - einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Als Ergebnis dieser Analyse kann ein rechtzeitiger Austausch der Relaisbaugruppe veranlasst werden.

[0024] Die oben genannte Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst.

[0025] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais der Verlauf des Stromsignals beim Einschalten und/oder Ausschalten des Relais untersucht wird.

[0026] Konkret kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais beim Einschalten des Relais der Verlauf des Stromsignals daraufhin untersucht wird, ob dieser ein lokales Minimum aufweist, und bei Ausbleiben des lokalen Minimums ein Defekt des Relais erkannt wird.

[0027] Um auch beim Ausschalten des Relais eine Überwachung vornehmen zu können, kann zudem vorgesehen sein, dass zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais beim Ausschalten des Relais der Verlauf des Stromsignals daraufhin untersucht wird, ob dieser ein lokales Maximum aufweist, und auch bei Ausbleiben des lokalen Maximums ein Defekt des Relais erkannt wird.

[0028] Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass beim Ausschalten des Relais ein Rauschverhalten des Stromsignals überwacht wird und eine Abnutzung der Relaiskontakte erkannt wird, wenn das Rauschen des Stromsignals während einer Zeitdauer, die länger ist als eine vorgegebene Toleranzzeitdauer, einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

[0029] Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner vorteilhaften Ausführungsformen wird auf die zu der erfindungsgemäßen Schaltanordnung erläuterten Vorteile verwiesen.

[0030] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu zeigen

Figur 1

ein Ausführungsbeispiel einer Schaltanordnung mit einem elektromagnetischen Relais und einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Funktionstüchtigkeit des Relais;

Figur 2

ein erstes Diagramm zur Erläuterung eines typischen Verlaufs des Spulenstroms während des Einschaltens des Relais; und

Figur 3

ein zweites Diagramm zur Erläuterung eines typischen Verlaufs des Spulenstroms während des Ausschaltens des Relais.

[0031] Die folgenden Ausführungen werden lediglich beispielhaft für ein Relais des Typs "Schließer" gemacht, also einem Relais, das bei Anregung der Relaisspule ausgangsseitig seine Kontakte schließt. Die beschriebene Vorgehensweise kann ohne weiteres auch auf Relais des Typs "Öffner" oder Umschaltrelais angewandt werden.

[0032] In Figur 1 ist in höchstschematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Schaltanordnung 10 gezeigt. Die Schaltanordnung 10 umfasst ein elektromagnetisches Relais 11 mit einer Relaisspule 11a, einem Relaisanker 11b und schematisch angedeuteten Relaiskontakten 11c zum Schließen und Unterbrechen eines im Weiteren nicht näher dargestellten Schaltstrompfades 12, an den eine beliebige elektrische Last angeschlossen sein kann. Die Schaltanordnung umfasst außerdem eine Spannungsquelle 13, die zur Bereitstellung einer an die Relaisspule 11a zum Einschalten des Relais 11 anzulegenden Einschaltspannung dient, eine Strommesseinrichtung 14 in Form eines beliebigen geeigneten Stromsensors und eine Überwachungseinrichtung 15, die zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais 11, insbesondere der Relaiskontakte 11c und des Relaisankers 11b, eingerichtet ist. Außerdem weist die Schaltanordnung einen Messwiderstand 16 auf, der über eine Umschalteinrichtung 17 mit der Relaisspule 11a verbunden werden kann und zur Erfassung des beim Ausschalten des Relais 11 über die Relaisspule fließenden Spulenstroms dient.

[0033] Die Funktionsweise der Überwachungseinrichtung 15 soll im Folgenden unter Hinzunahme der Figuren 2 und 3 näher erläutert werden.

[0034] Hierzu zeigt Figur 2 ein Diagramm mit einem typischen Verlauf 21 des Spulenstroms während des Einschaltens des Relais 11. Außerdem ist in Figur 2 ein Verlauf 22 der Kontaktspannung dargestellt, also derjenigen Spannung, die über die Relaiskontakte 11c an eine mit dem Schaltstrompfad verbundene Last angelegt werden kann.

[0035] Zum Zeitpunkt t=0 wird über die Spannungsquelle 13 eine Einschaltspannung an die Relaisspule angelegt. Dies bewirkt zunächst einen Anstieg des Spulenstromes (Stromverlauf 21) während eines ersten Zeitraums T₁, bis nach Ablauf von T₁ ein lokales Maximum des Spulenstromes erreicht ist und der Relaisanker des Relais sich zu bewegen beginnt. Die während eines zweiten Zeitraums T₂ erfolgende Bewegung des Relaisankers führt, wie am Spannungsverlauf 22 der Kontaktspannung ersichtlich ist, zu einem Schließen der Relaiskontakte 11c. Gleichzeitig beeinflusst der sich bewegende Relaisanker 11b das Magnetfeld der Relaisspule 11a, so dass der Spulenstrom zunächst abfällt und einem lokalen Minimum zustrebt. Schließlich ist nach Ablauf des Zeitraums T₂ der Bewegungsvorgang des Relaisankers 11b abgeschlossen; der Relaisanker 11b befindet sich in seiner Endlage und die Relaiskontakte 11c in ihrer geschlossenen Stellung. Das Ende der Bewegung des Relaisankers 11b macht sich durch das Erreichen des lokalen Minimums 23 des Verlaufs 21 des Spulenstroms bemerkbar.

[0036] Der Überwachungseinrichtung 15 wird ein von der Strommesseinrichtung abgegebenes, den Spulenstrom charakterisierendes Stromsignal zugeführt. Am Verlauf des Stromsignals kann die Überwachungseinrichtung 15 folglich den ordnungsgemäßen Ablauf des Einschaltvorgangs erkennen, indem sie den Verlauf des Stromsignals auf das Auftreten des lokalen Minimums 23 hin überwacht. Tritt dieses lokale Minimum nicht innerhalb einer vorgegebenen Prüfzeit T_P,ein auf, so gibt die Überwachungseinrichtung 15 ein erstes Fehlersignal ab, das einen Defekt des Relais anzeigt. Die Prüfzeit T_P,ein kann sich an der maximalen im Datenblatt des Relais 11 angegebenen Dauer des Einschaltvorganges orientieren, diese wird normalerweise von den Relaisherstellern in den entsprechenden technischen Datenblättern angegeben.

[0037] Um Schwankungen des Verlaufs des Stromsignals zu Beginn des Einschaltvorgangs nicht in die Auswertung der Überwachungseinrichtung 15 einfließen zu lassen, kann zudem vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung 15 erst nach Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit T_W mit der Untersuchung des Verlaufs des Stromsignals beginnt. Die Wartezeit T_W sollte dabei derart kurz bemessen sein, dass lediglich Schwankungen zu Beginn des Einschaltvorgangs aus der Analyse ausgeschlossen werden, nicht aber die Gefahr besteht, dass das lokale Minimum 23 selbst ausgeschlossen werden könnte.

[0038] Darüber hinaus kann die Überwachungseinrichtung 15 auch dazu eingerichtet sein, nach der Erkennung des lokalen Minimums 23 den Verlauf des Stromsignals weiter zu untersuchen, ob ein weiteres (oder mehrere weitere) lokales Minimum auftritt (nicht in Figur 2 gezeigt). Dies könnte auf ein ungewolltes wiederholtes Öffnen oder ein unvollständiges Schließen der Relaiskontakte 11c hindeuten. In diesem Fall würde die Überwachungseinrichtung 15 ein zweites Fehlersignal dann erzeugen, wenn sie ein solches weiteres lokales Minimum erkennt. Diese Form der weitergehenden Überwachung kann beispielsweise während einer Anschlusszeitdauer T₃ durchgeführt werden.

[0039] Figur 3 zeigt schließlich ein Diagramm, in dem ein Verlauf 31 des Spulenstroms und ein Verlauf 32 der Kontaktspannung während des Ausschaltvorgangs des Relais 11 dargestellt sind. Zum Zeitpunkt t=0 beginnt der Ausschaltvorgang, indem die Relaisspule 11a von der Spannungsquelle 13 über die Umschalteinrichtung 17 getrennt wird. Gleichzeitig wird ein Strompfad über den Messwiderstand 16 geschlossen, über den der Spulenstrom während des Ausschaltvorgangs fließt, so dass eine Erfassung des Spulenstroms über die Strommesseinrichtung 14 möglich ist.

[0040] Aufgrund der nicht mehr anliegenden Einschaltspannung beginnt sich das Magnetfeld der Relaisspule 11a abzubauen, was am Verlauf des Spulenstroms im Zeitraum T₄ ersichtlich ist. Erreicht das Magnetfeld der Relaisspule 11a daraufhin einen minimalen Wert, so kann der Relaisanker 11b nicht mehr in seiner eingeschalteten Stellung gehalten werden und beginnt, sich in Richtung der Ruhelage zu bewegen. Der Zeitraum der Bewegung des Relaisankers 11b bis zu seiner endgültigen Ausschaltstellung ist in Figur 3 als T₅ angegeben. Während des Zeitraums T₅ bricht durch das Öffnen der Schaltkontakte 11c auch die Kontaktspannung ein, was am Verlauf 32 der Kontaktspannung erkennbar ist. Durch die Bewegung des Relaisankers 11b wird erneut ein Spulenstrom in der Relaisspule 11a induziert, so dass der Verlauf des Spulenstroms auf ein lokales Maximum 33 hinsteuert, das mit Erreichen der Ruhelage des Relaisankers 11b erreicht ist. Danach baut sich der Spulenstrom nach dem Ende des Zeitraums T₅ allmählich wieder ab, das Relais 11 befindet sich in seiner ausgeschalteten Stellung. Die Überwachungseinrichtung 15 kann am Verlauf des von der Strommesseinrichtung abgegeben, den Spulenstrom charakterisierenden Stromsignals folglich den ordnungsgemäßen Ablauf des Ausschaltvorgangs erkennen, indem sie den Verlauf des Stromsignals auf das Auftreten des lokalen Maximums 33 hin überwacht. Tritt dieses lokale Maximum nicht innerhalb einer vorgegebenen zweiten Prüfzeit T_P,aus auf, so gibt die Überwachungseinrichtung 15 ein drittes Fehlersignal ab, das einen Defekt des Relais anzeigt. Die Prüfzeit T_P,aus kann sich an der maximalen Dauer eines Ausschaltvorgangs des Relais 11 orientieren, diese wird normalerweise von den Relaisherstellern in den entsprechenden technischen Datenblättern angegeben.

[0041] Schließlich ist vorgesehen, dass die Überwachungsein-richtung 15 beim Ausschalten des Relais 11 auch ein Rauschverhalten des Stromsignals untersucht (in Figur 3 schematisch als überlagertes Rauschsignal 34 dargestellt). Die Dauer eines stärkeren überlagerten Rauschsignals lässt nämlich einen Rückschluss auf die Dauer eines Schaltfunkens zu, der beim Öffnen zwischen den Relaiskontakten 11c auftritt, und der aufgrund seiner hochfrequenten Eigenschaften eine Beeinflussung des Spulenstromes in Form eines überlagerten Rauschsignals bewirkt. Übersteigt die Dauer des von dem Schaltfunken hervorgerufenen Rauschsignals einen vorgegebenen Toleranzzeitraum, so gibt die Überwachungseinrichtung 15 ein Alterungssignal ab, das eine fortgeschrittene Abnutzung der Relaiskontakte anzeigt, so dass ein Austausch des Relais 11 veranlasst werden kann.

Ansprüche

1. Schaltanordnung (10) mit einem elektromagnetischen Relais (11), das eine Relaisspule (11a) Relaiskontakte (11c) und einen mit den Relaiskontakten (11c) in Wirkverbindung stehenden Relaisanker (11b) aufweist, und mit einer Überwachungseinrichtung (15), die zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais (11) eingerichtet ist; wobei

- im Strompfad der Relaisspule (11a) eine Strommessseinrichtung (14) vorgesehen ist, die zur Messung eines durch die Relaisspule (11a) fließenden Spulenstroms und zur Abgabe eines den Spulenstrom angebenden Stromsignals an die Überwachungseinrichtung (15) eingerichtet ist; und

- die Überwachungseinrichtung (15) zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais (11) das Stromsignal heranzieht; und wobei

- die Überwachungseinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais (11) den Verlauf des Stromsignals beim Einschalten und/oder Ausschalten des Relais (11) zu untersuchen;

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Überwachungseinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, ein Rauschverhalten des Stromsignals beim Ausschalten des Relais (11) zu untersuchen und ein eine Abnutzung der Relaiskontakte (11c) angebendes Abnutzungssignal zu erzeugen, wenn ein Rauschen des Stromsignals während einer Zeitdauer, die länger ist als eine vorgegebene Toleranzzeitdauer, einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

2. Schaltanordnung (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass

- die Überwachungseinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais (11) beim Einschalten des Relais (11) den Verlauf des Stromsignals daraufhin zu untersuchen, ob dieser ein lokales Minimum (23) aufweist, und bei Ausbleiben des lokalen Minimums (23) ein erstes Fehlersignal zu erzeugen, das einen Defekt des Relais (11) angibt.

3. Schaltanordnung (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass

- die Überwachungseinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, die Untersuchung des Verlaufs des Stromsignals während einer Prüfzeit durchzuführen und das erste Fehlersignal zu erzeugen, wenn bis zum Ablauf der Prüfzeit das lokale Minimum (23) ausbleibt.

4. Schaltanordnung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass

- die Überwachungseinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, den Verlauf des Stromsignals daraufhin zu untersuchen, ob nach dem Auftreten des lokalen Minimums (23) ein weiteres lokales Minimum folgt, und beim Auftreten des weiteren lokalen Minimums ein zweites Fehlersignal zu erzeugen, das einen Defekt des Relais (11) angibt.

5. Schaltanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass

- die Überwachungseinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, nach Beginn des Einschaltvorgangs des Relais (11) eine vorbestimmte Wartezeit abzuwarten, bevor sie mit der Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais (11) beginnt.

6. Schaltanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass

- die Überwachungseinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais (11) beim Ausschalten des Relais (11) den Verlauf des Stromsignals daraufhin zu untersuchen, ob dieser ein lokales Maximum (33) aufweist, und bei Ausbleiben des lokalen Maximums (33) ein drittes Fehlersignal zu erzeugen, das einen Defekt des Relais (11) angibt.

7. Schaltanordnung (10) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass

- die Schaltanordnung (10) im Strompfad der Relaisspule (11a) einen Messwiderstand (16) aufweist, über den der Spulenstrom beim Ausschalten des Relais (11) fließt.

8. Verfahren zum Überwachen der Funktionstüchtigkeit eines elektromagnetischen Relais (11), das eine Relaisspule (11a), Relaiskontakte (11c) und einen mit den Relaiskontakten (11c) in Wirkverbindung stehenden Relaisanker (11b) aufweist, wobei

- mittels einer im Strompfad der Relaisspule (11a) liegenden Strommessseinrichtung (14) ein durch die Relaisspule (11a) fließender Spulenstrom gemessen und ein den Spulenstrom angebendes Stromsignals abgegeben wird; und

- das Stromsignal zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais (11) herangezogen wird; und wobei

- zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais (11) der Verlauf des Stromsignals beim Einschalten und/oder Ausschalten des Relais (11) untersucht wird;

dadurch gekennzeichnet, dass

- beim Ausschalten des Relais (11) ein Rauschverhalten des Stromsignals untersucht wird und eine Abnutzung der Relaiskontakte (11c) erkannt wird, wenn ein Rauschen des Stromsignals während einer Zeitdauer, die länger ist als eine vorgegebene Toleranzzeitdauer, einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass

- zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais (11) beim Einschalten des Relais (11) der Verlauf des Stromsignals daraufhin untersucht wird, ob dieser ein lokales Minimum (23) aufweist, und bei Ausbleiben des lokalen Minimums (23) ein Defekt des Relais (11) erkannt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass

- zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Relais (11) beim Ausschalten des Relais (11) der Verlauf des Stromsignals daraufhin untersucht wird, ob dieser ein lokales Maximum (33) aufweist, und auch bei Ausbleiben des lokalen Maximums (33) ein Defekt des Relais (11) erkannt wird.

Claims

1. Circuit arrangement (10) having an electromagnetic relay (11) which has a relay coil (11a), relay contacts (11c) and a relay armature (11b) operatively connected to the relay contacts (11c), and having a monitoring device (15) which is set up to monitor the functionality of the relay (11);

- a current measuring device (14) being provided in the current path of the relay coil (11a) and being set up to measure a coil current flowing through the relay coil (11a) and to emit a current signal indicating the coil current to the monitoring device (15); and

- the monitoring device (15) using the current signal to monitor the functionality of the relay (11); and

- the monitoring device (15) being set up to examine the profile of the current signal when switching the relay (11) on and/or off in order to monitor the functionality of the relay (11) ;

characterized in that

- the monitoring device (15) is set up to examine a noise behaviour of the current signal when switching the relay (11) off and to generate a wear and tear signal indicating wear and tear of the relay contacts (11c) if noise in the current signal exceeds a predefined threshold value for a period which is longer than a predefined tolerance period.

2. Circuit arrangement (10) according to Claim 1,
characterized in that

- in order to monitor the functionality of the relay (11) when switching the relay (11) on, the monitoring device (15) is set up to examine the profile of the current signal in order to determine whether said profile has a local minimum (23) and to generate a first error signal indicating a defect of the relay (11) if the local minimum (23) is absent.

3. Circuit arrangement (10) according to Claim 2,
characterized in that

- the monitoring device (15) is set up to examine the profile of the current signal during a test time and to generate the first error signal if the local minimum (23) is absent by the expiry of the test time.

4. Circuit arrangement (10) according to either of Claims 2 and 3,
characterized in that

- the monitoring device (15) is set up to examine the profile of the current signal in order to determine whether a further local minimum follows the occurrence of the local minimum (23) and to generate a second error signal which indicates a defect of the relay (11) if the further local minimum occurs.

5. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims,
characterized in that

- the monitoring device (15) is set up to wait for a predetermined waiting time after the start of the process of switching the relay (11) on before it begins to monitor the functionality of the relay (11).

6. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims,
characterized in that

- in order to monitor the functionality of the relay (11) when switching the relay (11) off, the monitoring device (15) is set up to examine the profile of the current signal in order to determine whether said profile has a local maximum (33) and to generate a third error signal which indicates a defect of the relay (11) if the local maximum (33) is absent.

7. Circuit arrangement (10) according to Claim 6,
characterized in that

- the circuit arrangement (10) has a measuring resistor (16), via which the coil current flows when switching the relay (11) off, in the current path of the relay coil (11a).

8. Method for monitoring the functionality of an electromagnetic relay (11) which has a relay coil (11a), relay contacts (11c) and a relay armature (11b) operatively connected to the relay contacts (11c),

- a coil current flowing through the relay coil (11a) being measured and a current signal indicating the coil current being emitted by means of a current measuring device (14) in the current path of the relay coil (11a); and

- the current signal being used to monitor the functionality of the relay (11); and

- the profile of the current signal when switching the relay (11) on and/or off being examined in order to monitor the functionality of the relay (11);

characterized in that

- a noise behaviour of the current signal is examined when switching the relay (11) off, and wear and tear of the relay contacts (11c) is detected if noise in the current signal exceeds a predefined threshold value for a period longer than a predefined tolerance period.

9. Method according to Claim 8,
characterized in that

- in order to monitor the functionality of the relay (11) when switching the relay (11) on, the profile of the current signal is examined in order to determine whether said profile has a local minimum (23), and a defect of the relay (11) is detected if the local minimum (23) is absent.

10. Method according to Claim 8 or 9,
characterized in that

- in order to monitor the functionality of the relay (11) when switching the relay (11) off, the profile of the current signal is examined in order to determine whether said profile has a local maximum (33), and a defect of the relay (11) is also detected if the local maximum (33) is absent.

Revendications

1. Montage (10) comprenant un relais (11) électromagnétique, qui a une bobine (11a) de relais, des contacts (11c) de relais et une armature (11b) de relais en liaison d'action avec les contacts (11c) de relais, et comprenant un dispositif (15) de contrôle, qui est conçu pour contrôler le bon fonctionnement du relais (11), dans lequel

- il est prévu dans le trajet du courant de la bobine (11a) du relais un dispositif (14) de mesure du courant, qui est conçu pour mesurer un courant de bobine passant dans la bobine (11a) du relais et pour émettre un signal de courant indiquant le courant de la bobine au dispositif (15) de contrôle et

- le dispositif (15) de contrôle tire parti du signal du courant pour contrôler le bon fonctionnement du relais (11) et dans lequel

- le dispositif (15) de contrôle est conçu pour, afin de contrôler le bon fonctionnement du relais (11), étudier la variation du signal du courant lors de la fermeture et/ou de l'ouverture du relais (11),

caractérisé en ce que

- le dispositif (15) de contrôle est conçu pour analyser le comportement au bruit du signal du courant lors de l'ouverture du relais (11) et pour produire un signal d'usure indiquant une usure des contacts (11c) du relais, si un bruit du signal du courant dépasse pendant une durée, qui est plus grande qu'une durée de tolérance donnée à l'avance, une valeur de seuil donnée à l'avance.

2. Montage (10) suivant la revendication 1,
caractérisé en ce que

- le dispositif (15) de contrôle est conçu pour, afin de contrôler le bon fonctionnement du relais (11), analyser à la fermeture du relais (11) la variation du signal du courant sur le point de savoir s'il a un minimum (23) local et pour produire en l'absence du minimum (23) local un premier signal d'erreur indiquant un défaut du relais (11).

3. Montage (10) suivant la revendication 2,
caractérisé en ce que

- le dispositif (15) de contrôle est conçu pour effectuer l'analyse de la variation du signal du courant pendant un temps de contrôle et pour produire le premier signal d'erreur, si le minimum (23) local est absent jusqu'à l'écoulement du temps de contrôle.

4. Montage (10) suivant l'une des revendications 2 ou 3,
caractérisé en ce que

- le dispositif (15) de contrôle analyse la variation du signal du courant sur le point de savoir si, à l'apparition du minimum (23) local fait suite un autre minimum local et pour produire à l'apparition de l'autre minimum local un deuxième signal d'erreur indiquant un défaut du relais (11).

5. Montage (10) suivant l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que

- le dispositif (15) de contrôle est conçu pour attendre, après le début de l'opération de fermeture du relais (11) un temps d'attente défini à l'avance avant de commencer à contrôler le bon fonctionnement du relais (11).

6. Montage (10) suivant l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que

- le dispositif (15) de contrôle est conçu pour, afin de contrôler le bon fonctionnement du relais (11), analyser à la fermeture du relais (11) la variation du signal du courant sur le point de savoir si celui-ci a un maximum (33) local et pour produire, en l'absence du maximum (33) local, un troisième signal d'erreur indiquant un défaut du relais (11).

7. Montage (10) suivant la revendication 6,
caractérisé en ce que
le montage (10) a, dans le trajet du courant de la bobine (11a) du relais, une résistance (16) de mesure par laquelle passe le courant de la bobine à l'ouverture du relais (11).

8. Procédé de contrôle du bon fonctionnement d'un relais (11) électromagnétique, qui a une bobine (11a) de relais, des contacts (11c) de relais et une armature (11b) de relais en liaison d'action avec les contacts (11c) du relais, dans lequel

- on mesure, au moyen d'un dispositif (14) de mesure du courant se trouvant dans le trajet du courant de la bobine (11a) du relais, un courant de bobine passant dans la bobine (11a) du relais et on émet un signal de courant indiquant le courant de la bobine et

- on tire parti du signal du courant pour contrôler le bon fonctionnement du relais (11) et dans lequel

- pour contrôler le bon fonctionnement du relais (11), on analyse la variation du signal du courant à la fermeture et/ou à l'ouverture du relais (11),

caractérisé en ce que

- à l'ouverture du relais (11), on analyse un comportement au bruit du signal du courant et on détecte une usure des contacts (11c) du relais, si un bruit du signal du courant dépasse pendant une durée, qui est plus grande qu'une durée de tolérance donnée à l'avance, une valeur de seuil donnée à l'avance.

9. Procédé suivant la revendication 8,
caractérisé en ce que

- pour contrôler le bon fonctionnement du relais (11), on étudie à la fermeture du relais (11) la variation du signal du courant sur le point de savoir si celui-ci a un minimum (23) local et, en l'absence du minimum (23) local, on détecte un défaut du relais (11).

10. Procédé suivant la revendication 8 ou 9,
caractérisé en ce que

- pour contrôler le bon fonctionnement du relais (11), on analyse à l'ouverture du relais (11) la variation du signal du courant sur le point de savoir si celui-ci a un maximum (33) local et on détecte également un défaut du relais (11) en l'absence du maximum (33) local.

Zeichnung