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Prüfadapter für Relaisbaugruppen

Prüfadapter für Relaisbaugruppen - Beschreibung

Der vorliegende Prüfadapter wurde speziell für Baugruppen entwickelt, auf denen Relais des Herstellers NAIS verbaut sind. Diese Spezialisierung auf eine ganz bestimmte Relais Type hat zwei Gründe. Erstens sind bei unserem Kunden nur Baugruppen mit diesem Relaistyp betroffen und zweitens ist die Vielzahl der am Markt verfügbaren Relais so groß, dass eine breite Bedienung aller verfügbaren Relais nur mit sehr großem Aufwand möglich wäre.

Die Herausforderung bei diesem Projekt war, eine Möglichkeit zu finden, wie das Alter bzw. die Vorschädigung von Relaiskontakten möglichst genau durchgeführt werden kann.

Im vorliegenden Projekt wurden Relais, die nur für maximal 30 V DC und rein ohmsch Last ausgelegt sind, mit 60 Volt DC und stark induktiver Last, über viele Jahre hinweg eingesetzt. Diese permanente Benutzung der Relaiskontakte ausserhalb des spezifizierten Bereichs, hat dazu geführt, dass die Relais lange vor dem berechneten Lebensende, ihren Dienst versagten. Da der Ausfall der Relais nicht offenbart wird, musste eine Prüfeinrichtung geschaffen werden, mit der alle 32 Kontakte der 16 Relais, möglichst exakt bewertet werden.

Nachdem uns seitens des Kunden zwei defekte Baugruppen zur Verfügung gestellt wurden, konnte relativ schnell eine Messmethode gefunden werden, mit der man sehr genau die guten Kontakte von den schlechten unterscheiden kann. Dabei half auch die Dokumentation des verbauten Relais, die klar definiert, dass neue Relais einen Kontakt Übergangswiderstand von weniger als 30 mOhm (0,03 Ohm) besitzen.

Beim Messen der defekten Musterleiterplatte fanden sich Kontakt Übergangswiderstände zwischen annähernd 0 Ohm und unendlich. Damit war schnell klar, dass der Prüfadapter eine sehr genaue Widerstandsmessung durchführen muss.

Aus diesen Erkenntnissen entstand der Prüfadapter, der in den nachfolgenden Bildern beschrieben ist.

Prüfadapter für Relaisbaugruppen - Ausblick

Der Prüfadapter ist zur Zeit ganz speziell auf die Anforderungen einer speziellen Baugruppe, eines Herstellers zugeschnitten und kann auf Wunsch für jedes andere Relais erweitert werden.

Der Prüfadapter wird in den nächsten Wochen ausführlichen Tests unterzogen um ein klares Bild zu erhalten, ob der Prüfadapter tatsächlich in der Lage ist, neue Kontakte, gealterte Kontakte, geschädigte Kontakte und defekte Kontakte, der ST2 Relais zu erkennen.

Wenn diese Unterscheidung der Kontakte aus dem Labor im harten Feldeinsatz bestätigt werden kann, dann steht einem Rollout des Adapters nichts mehr im Weg.

Prüfadapter für Relaisbaugruppen - technischer Hintergrund

Bei der vorliegenden Baugruppe wurde ein ST2 Relais von NAIS eingesetzt, dessen Datenblatt Sie hier (NAIS-ST2-DC24V.pdf) finden. Das Datenblatt zeigt ganz deutlich, dass es bei Kontaktbelastung mit AC (Wechselspannung) sowohl eine "resistive" Kurve als auch eine "inductiv" Kurve zeigt. Das heißt, das NAIS ST2 Relais ist bei Belastung mit AC sowohl für induktive als auch ohmsche Last ausgelegt. In der selben Kurve wird auch eine DC Kurve gezeigt. Diese Kurve hat aber nur noch eine Beschriftung für "resistiv". Eine induktive Belastung der NAIS ST2 Relais ist laut Datenblatt nicht vorgesehen.

Wenn der Strom der durch die induktive Last erzeugt wird, der mit den NAIS Relais geschaltet wird, mit einem Oszilloskop beobachtet wird, dann zeigen sich Stromspitzen bis zu 8 Ampere. Das NAIS Datenblatt sagt bei einer DC Belastung mit 8 A, dass nur noch eine maximale Spannung von 30 Volt DC zulässig ist. Die geschaltete Last hingegen wird mit 60 Volt betrieben. Das könnte ein weiterer Grund für die vorliegende Situation darstellen.

Wären in der Schaltung Relais des Herstellers Panasonic eingesetzt worden, dann hätten die von Panasonic gelieferten ST2 Relais die induktiven DC Lasten ausgehalten. Das Datenblatt des ST2 Relais von Panasonic finden Sie hier (PANASONIC_ds_61A09_en_st.pdf). Die Kontaktmaterialien des Panasonic Relais sind anders. Auch die Belastungskurven der Kontakte zeigen, dass man die Relais mit induktiver DC Last belasten darf.

Das Ziel dieses Prüfadapters ist es nun, die defekten Kontakte zu finden und dem Erhaltungspersonal eine Möglichkeit zu geben, möglichst früh zu erkennen, welche Kontakte schon stark gealtert sind.

Das Prüfprotokoll am Ende der Seite zeigt eine der beiden Baugruppen die zur Entwicklung des Prüfadapters zur Verfügung stand. Auch das Bild im nächsten Kapitel zeigt die selbe Baugruppe.

Inwieweit sich das Prüfprotokoll der beiden Musterbaugruppen im "echten Leben" bestätigt, werden die Tests der nächsten Wochen zeigen.

Prüfadapter für Relaisbaugruppen - Funktionsbeschreibung

Der Prüfadapter schaltet die 16 NAIS Relais nacheinander ein und prüft jeweils einen der beiden Kontakte, des jeweiligen gerade angesteuerten Relais.

Die Prüfung besteht aus einer Widerstandsmessung, die mit vier verschiedenen Messmethoden realisiert wird. Jede Messmethode verwendet verschiedene Prüfströme die über den zu prüfenden Relaiskontakt geleitet werden. Die Messungen werden mit einem 10 Bit A/D Wandler durchgeführt, wobei zu Verbreiterung der Auflösung, verschiedene Referenzspannungen bei den Messungen eingesetzt werden.

Darüber hinaus werden jeweils ADC Aufrufe pro Messung durchgeführt, wobei jeweils die ersten beiden verworfen werden und die 10 verbleibenden ADC Werte arithmetisch gemittelt werden.

Mit all diesen Methoden konnte eine Messgenauigkeit von 0.01 Ohm erreicht werden. Aufgrund dieser feinen Messung des Kontaktwiderstands, endet der Messbereich bereits bei ca. 27 Ohm.

Prüfadapter für Relaisbaugruppen - Auswertung

Bei der Auswertung der Messung werden folgende Grenzwerte herangezogen:

neue bzw. unbenutzte Kontakte:     0.000 Ohm - 0.030 Ohm
benutzte Kontakte, aber noch o.k.: 0.031 Ohm - 0.300 Ohm
stark gealterte Kontakte:          0.300 Ohm - 1.999 Ohm
defekte Kontakte:                  2.000 Ohm - unendlich Ohm
Ziel der Prüfungen des Adapters wird sein, diese freizügig gewählten Grenzwerte feiner abzustimmen.

Prüfadapter für Relaisbaugruppen - Bilder



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