Unerklärbarer Kontaktabbrand bei Relais??

[Powell]

Hallo zusammen,

ich habe folgende Applikation: Ein DC Motor wird über eine Relais- H-Brücke angesteuert. Wenn ein Relais schaltet dreht sich der Motor links oder rechts herum, bis er nach ca. 50 ms gegen einen Anschlag fährt. Kurz darauf wird das Relais wieder abgeschaltet, dies geschieht also beim Kurzschlussstrom des Motors der bei rund 60A liegt.
Durch das Zurückfallen des Relais werden beide Motorklemmen wieder auf Masse gelegt.

Ich hatte nun bei der Anwendung nach einigen Tausend schaltvorgängen einen dicken Kurzschluss, der nach kurzer Analyse daraus resultierte, dass sich im Relais Kontaktmaterial vom Gemeinsamen Kontakt auf den Öffnerkontakt übertragen hat (siehe Fotos). Es ist also am Gemeinsamenkontakt ein richtiger Krater entstanden und am Öffnerkontakt ein Materialberg.

Jetzt die große Frage: Wie kann sowas passieren??? Ich kann es mir einfach nicht erklären.

[Hubert.G]

Ich nehme mal an das du keinen Snubber (R/C-Glied) parallel zu den Relaiskontakten geschaltet hast. Wenn das Relais abfällt entsteht ein Funken der erst bei einem gewissen Abstand der Kontakte abreisst. Dadurch entsteht auch die Materialwanderung. Ich habe schon Kontakte die nicht weit genug geöffnet haben total abbrennen gesehen.
Im Augenblick des Kontaktöffnens wird der C über den R aufgeladen, sodaß kein Funken am Relaiskontakt entsteht. Wenn der C aufgeladen ist sollte der Kontakt soweit offen sein das kein Funken mehr überspringt.
Snubberdimensionierung: R = 1Ohm pro V, C = 100n pro A

Hubert

[wkrug]

Das mit der Funkenlöschung ist schon eine sehr gute Idee.
Allerdings würde ich versuchen den Motorstrom schon vor der mechanischen Blockade des Motors abzuschalten.
Durch die Masseträgheit wird der Motor sicher noch etwas weiter laufen (an den Anschlag), der Strom ist aber noch nicht auf 60A angestiegen und damit für die Relaiskontakte leichter zu beherrschen.
Bei 60A wird es auch trotz Funkenlöschkreis sehr kräftige Abreißfunken geben.

[Powell]

Hallo Hubert,

eine derartige Ursache habe ich auch schon in Betracht gezogen, das seltsame dabei ist ja nur, dass die Materialwanderung nicht am Arbeitskontakt entsteht, sondern am Öffnerkontakt. Und dort entsteht kein Abreißfunke, der entsteht am Arbeitskontakt.

Am Öffnerkontakt passieren nur zwei Vorgänge: Zum einen werden die beiden Motorkontakte beim Rückfallen des Relais kurzgeschlossen, daraus kann dann im Zweifelsfalle ein Bremsstrom resultieren, wobei die Drehzahl des Motors - wenn überhaupt noch vorhanden - sehr gering ist, da der Motor im Nennbetrieb gegen einen Anschlag fährt und somit steht.
Zum anderen fließt über den geschlossenen Öffnerkontakt (also Relais im nicht angezogenen Zustand) auch der Motorstrom, da die Schaltung ja aus 2 Relais besteht, bei dem je nach Drehrichtung das eine oder das andere Relais anzieht.
Andere Vorgänge am Öffnerkontakt sind mir nicht bekannt und im BEtrieb lässt sich auch kein Funkenübergang erkennen...

[Hubert.G]

Das ist interessant, es muss aber ein größerer Strom fließen, sonst würde keine so starke Materialwanderung stattfinden. Vieleicht gibt es doch Situationen bei denen beide Relais anziehen und dadurch am Öffner ein Funken entsteht.
Hubert

[Powell]

Das seltsame an der Sache ist auch die Form der Materialwanderung. Am Öffnerkontakt hat sich ein richtig spitzer Berg gebildet, der ca. 2mm beträgt, am Gemeinsamen Kontakt das enstprechend ausgehöhlte Gegenstück. Diese Form deutet für mich ganz klar auf einen kontinuierlichen Aufbau hin, der nach und nach nach tausenden von Schaltvorgängen entstanden sein muss.

Es gibt noch eine Alternative die ich in Betracht ziehen könnte, und zwar wird die Schaltung im Betrieb permanent Motorvibrationen ausgesetzt. Eventuell kommt es im Betrieb vor, dass es durch die Vibrationen immer wieder zu kleinen Kurzschlüssen kommt weil die Kontakte aneinanderkommen? Aber es wäre schon sehr sehr seltsam, die Schaltung ist abgesichert und es sollte dann doch auffallen wenn es zu kurzschlüssen kommt... und diese Spitze Form der Materialwanderung ist mir wie gesagt so suspekt....

[PsiQ]

Wenn durch die motorspulen 60A fließen, ist es egal ob der motor steht oder nicht, das magnetfeld ist trotzdem vorhanden, und das entlädt sich induktiv umgepolt..
In deinem fall wohl hauptsächlich über den bremskontakt..

Wenn du 60A durch eine spule jagst, gibt es genauso einen induktionsfunken beim abschalten, auch wenn es gar kein motor ist.

Die Belastbarkeits der Relais in sachen Schwingungen kannst du im datenblatt nachlesen.

Wäre eine elektrische Schaltung (Mosfets) statt des Relais möglich ?


Andere Möglichkeit wäre einfach,
dass das Relais einen Defekt bekam, und der Berg erst beim durchbrennen entstanden ist.

achja:
Je größer die Sicherungen, umso länger dauert es bis sie durchbrennen..

[Gock]

Hi!
Also ein Schaltplan der Relaisschaltung hätte das Lesen massiv deintesiviert...
Das Bild zeigt deutlich, dass der Kontakt ganz einfach überlastet ist. Ohne Schaltplan, Datenblatt des Relais und genauere Kenntnis des Systems schwer zu sagen, warum genau. Vielleicht gibt es irgendwo noch eine Kapazität?
60A induktiv mit diesem Relais zu schalten ist jedenfalls äußerst optimistisch. Und das ganze noch ohne Funkenlöschung? Offenbar hat während des Öffnens das System seine Energie noch nicht entladen und tut dies über diesen Kontakt. Eine Verzögerung in Verbindung mit Funkenlöschung könnte daher helfen.
Aber letztendlich verwendet man in einem solchen Fall Schütze, die eine entsprechende DCx Zertifizierung besitzen. Das DCx steht für eine DC Belastbarkeit der Art "x", nachzulesen in IEC 947 und EN 60947, wenn ich mich nicht irre.
Wird das nicht beachtet, ist eine Frage der Zeit, bis es wieder passiert.
Gruß

[Powell]

Hallo zusammen,

ich beschäftige mich immer noch mit der Problematik und habe bisher keine Lösung gefunden.
Einen Schaltplan habe ich mal auf Wunsch reingestellt. Ist ganz einfach, zieht K1 an linkslauf, bei K2 rechtslauf. Nur warum diese Materialwanderung entsteht verstehe ich nicht - aber ich möchte es unbedingt verstehen, alleine weil es mich jetzt einfach interessiert

Hier also noch ein mal eine genauere Beschreibung über die technischen gegebenheiten:

Bei der Apparatur wird der Motor für etwa 70ms angesteuert, dreht gegen eine Federkraft bis er nach ca. 60 bis 65ms einen Anschlag erreicht. Wenn das Relais abfällt dreht die Federkraft den Motor wieder in seine Ausgangsposition. Man beachte in Betracht auf die Problemstellung hier auch, dass die Relais den Motor bremsen und dabei auch ein Bremsstrom fließt.

Ich habe auch weitere Erkentnisse: Ich habe eine Art Prüfstand gebaut auf dem ich die Apparatur simuliert habe. Ich habe die Relais den motor etwa 200.000 mal schalten lassen, also schon das doppelte der angegebenen elektrischen Lebensdauer. Was bei dem Versuch verwunderlich war ist, dass dabei diese besagten Spitzen nun nicht auf dem Öffnerkontakt, sondern auf dem Schließerkontakt entstanden sind. Die Öffnerkontakte blieben hier vollständig unversehrt.
Was den Versuchsaufbau von der Praxis unterscheidet war zum einen, dass auf dem Prüfstand keinerlei Vibrationen vorhanden waren, und zum anderen dass die Federkraft die im Normalfall gegen die Motorkraft wirkt durch einen verschlossenen Pneumatikzylinder (kolben wird hereingedrückt, druck baut sich auf, die Kraft nimmt zu) simuliert wurde.
Im anschluss habe ich den Versuch wieder im Kfz durchgeführt und die Platine komplett in Watte eingepackt um sie von den Vibrationen zu isolieren, hier kam es nach rund 1000 Schaltvorgängen schon sichtbar wieder zum besagten Spitzenaufbau an den Öffnerkontakten. Gleichzeitig erhielt ich dadurch die Erkenntnis, dass es sich bei diesem Spitzenaufbau um einen kontinuierlichen Prozess handelt, und nicht einmalig durch Kurzschluss o.Ä. hervorgerufen.

Also wer hat gute Ideen wieso sich diese Spitzen auf den Kontakten ausbilden könnten??

[Yossarian]

Hallo
Der Relaiskontakt ist für 10-12A ausgelegt, bei ohmscher Last.
Auch die Lebensdauer ist für ohmsche Lasten angegeben.
Für Ströme von 60A bleibt nur ein Schütz oder dicke Transistoren.

Mit freundlichen Grüßen
Benno