Einfluss der Materialwanderung auf das Schaltverhalten von Relais

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Versuchssystem entwickelt, das in zwei Varianten (Zeitmessung bzw. Kraftmessung) verwendet werden kann. Für die einfachere Variante (Zeitmessung) sind die Aufzeichnung und Analyse der Verläufe von Kontaktspannung und Spulenspannung erforderlich. Die Variante des Systems Kraftmessung besteht aus einer mechanischen Vorrichtung mit der bei Modifikation eines Serienrelais die Kontaktkraftmessung direkt am Festkontakt des Schaltgeräts ermöglicht wird. Sie wurde so konzipiert, dass verschiedene Relais verwendet werden können. Ein Analyseprogramm ermittelt aus den Verläufen von Kontaktspannung und Spulenspannung (Variante Zeitmessung) bzw. dem Verlauf der Kontaktkraft (Variante Kraftmessung) die für die Beurteilung der Auswirkungen der Materialwanderung notwendigen Größen (Einschaltzeit und Ausschaltzeit bzw. statische Kontaktkraft und Trennkraft). Durch unterschiedliche Erscheinungsformen der Materialwanderung kann der effektive Kontaktabstand jeden beliebigen Wert zwischen Null und dem maximalen Abstand (= Hub) während der Kontaktlebensdauer annehmen. Die Ursache dafür sind spezielle Formen der Kontaktoberfläche, die durch die Materialwanderung entstehen können. Die Konsequenz daraus ist, dass sich die nominellen Werte der Kinetikparameter (statische Kontaktkraft, Öffnungskraft, Auftreffgeschwindigkeit, Mitgang, Auftreffwinkel) ebenfalls in bedeutendem Ausmaß ändern können. Beim Öffnungsvorgang kann Verhaken auftreten. Dies ist durch die spezielle Form der Materialwanderung (Bildung von Erhebung und Krater) erklärbar. Verhaken ist vom Verschweißen unterscheidbar, wenn die Trennkräfte (bzw. Ausschaltzeiten) über mehrere Schaltungen betrachtet werden. Verhaken verursacht annähernd konstante Trennkräfte, Verschweißen stark streuende.