Beschreibung

Schaltanordnung und Verfahren zum Ansteuern eines elektromagnetischen Relais

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Ansteuern eines eine Relaisspule und Relaiskontakte aufweisenden elektromagnetischen Relais, bei der in einem Strompfad mit der Relaisspule zwei Schalteinrichtungen derart angeordnet sind, dass eine erste Schalteinrichtung mit einem ersten An- schluss der Relaisspule und eine zweite Schalteinrichtung mit einem zweiten Anschluss der Relaisspule in Verbindung steht; es ist eine Ansteuereinrichtung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, zum Herstellen eines Stromflusses durch die Re- laisspule beide Schalteinrichtungen zu schließen und zum Unterbrechen eines Stromflusses durch die Relaisspule beide Schalteinrichtungen zu offnen. Die Erfindung betrifft außerdem ein entsprechendes Verfahren zum Ansteuern eines elektromagnetischen Relais.

In elektrischen Geraten werden zur Durchfuhrung von gesteuerten Schalthandlungen häufig elektromagnetische Relais eingesetzt. Elektromagnetische Relais bestehen üblicherweise aus einer Relaisspule und zumindest einem Paar elektrischer Re- laiskontakte . Wird an die Relaisspule ein elektrischer Strom angelegt, so wird um die Relaisspule ein Magnetfeld erzeugt, wodurch - bei selbstoffnenden 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 der bewegliche Teil der Relaiskontakte beispielsweise mittels einer Federeinrichtung in seine Ausgangslage zuruckbewegt , was ein Offnen 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.

Elektromagnetische Relais werden üblicherweise dort einge- setzt, 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.

Elektromagnetische Relais werden beispielsweise in elektrischen Schutzgeraten 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 Auslosung 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, ein ungewolltes Ein- oder Ausschalten sicher zu verhindern, um einerseits eine große Sicherheit im Fehlerfall zu gewahrleisten und andererseits kostentrachtige Fehlauslosungen zu vermeiden.

Um eine überwachung des Zustandes der Relaiskontakte vorzunehmen, bietet es sich zunächst an, ihren tatsachlichen Zustand, d.h. geöffnet oder geschlossen, an die Ansteuereinrichtung der Relaisspule zuruckzukoppeln . Bei einer Abwei- chung zwischen dem Soll- und dem Istzustand der Relaiskontakte wird auf einen Fehler in der Relaisansteuerung geschlossen .

Eine solche überwachung ist jedoch vergleichsweise aufwendig, weil hierbei die von dem Relais erreichte galvanische Entkopplung zwischen Ansteuerstromkreis und Schaltstromkreis zur Ruckkopplung der Information über den Zustand der Relaiskon- takte überschritten werden muss. Außerdem lasst sich ein Fehler hierbei nur dann erkennen, wenn er bereits eingetreten ist, also die Relaiskontakte bereits einen ungewunschten Zustand eingenommen haben. Eine vorausschauende überwachung ist nicht möglich.

Daher wurden Bestrebungen vorgenommen, den Ansteuerstromkreis der Relaisspule möglichst fehlersicher auszugestalten. Fehler können bei Schalteinrichtungen beispielsweise durch ein Verschmelzen der Schaltkontakte durch eine zu hohe Schaltleis- tung oder zu hohe Temperatur entstehen, so dass die entsprechende Schalteinrichtung dauerhaft kurzgeschlossen ist. Bei Halbleiterschaltern, wie z.B. Transistoren, ist ein ahnlicher Effekt als ein sogenanntes „Durchlegieren" der Anschlüsse des Halbleiterschalters bekannt. Ebenso kann es sowohl bei mecha- nischen Schalteinrichtungen als auch bei Halbleiterschaltern vorkommen, dass sie aufgrund eines internen Fehlers den Stromfluss dauerhaft sperren. Ferner kann auch bei der Relaisspule selbst ein Fehler auftreten, bei dem z.B. durch Leitungsbruch kein Stromfluss durch die Relaisspule mehr mog- lieh ist.

Zur möglichst fehlersicheren Ausgestaltung des Ansteuerstromkreises wird die Relaisspule nicht nur über eine ggf. fehler- anfallige einzige Schalteinrichtung angesteuert, sondern stattdessen über zwei im Strompfad der Relaisspule liegende Schalteinrichtungen. Die Relaisspule wird nur dann angesteuert, wenn beide Schalteinrichtungen gleichzeitig geschlossen sind. Sobald eine Schalteinrichtung geöffnet ist, wird der Stromfluss durch die Relaisspule unterbrochen. Hierdurch wird

eine relativ große Zuverlässigkeit der Ansteuerung gegen ungewolltes Aktivieren der Relaisspule erreicht, da eine schadhafte, dauerhaft kurzgeschlossene Schalteinrichtung allein keine ungewollte Aktivierung der Relaisspule bewirken kann. Eine solche Schaltanordnung ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE 44 09 287 Cl bekannt, aus der eine Relaisspule hervorgeht, die mit zwei Schalteinrichtungen in Form von Transistoren in einem Strompfad liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, die eine vorausschauende überprüfung der Relaisspule und der beiden Schalteinrichtungen auf ggf. aufgetretene Fehler erlauben.

Diese Aufgabe wird bezuglich der Schaltanordnung durch eine Schaltanordnung der eingangs genannten Art gelost, bei der die Ansteuereinrichtung zum Aussenden von Prufsignalen an die erste und die zweite Schalteinrichtung eingerichtet ist, wo- bei die Prufsignale derart beschaffen sind, dass sie den momentanen Zustand der Relaiskontakte nicht beeinflussen; ein Eingang einer Umsetzeinrichtung mit einer Messspannung beaufschlagt ist, die zwischen einem Anschluss der Relaisspule und einer der Schalteinrichtungen abgegriffen wird, wobei die Um- Setzeinrichtung zum Umsetzten der Messspannung in ein binares Antwortsignal eingerichtet ist; und mit einem Ausgang der Umsetzeinrichtung eine überwachungseinrichtung verbunden ist, die wahrend des Aussendens der Prufsignale durch die Ansteuereinrichtung den Verlauf des binaren Antwortsignals auswer- tet und einen Fehler in der Relaisspule oder einer der

Schalteinrichtungen anzeigt, wenn der Verlauf des binaren Antwortsignals von einem erwarteten Verlauf abweicht.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemaßen Schaltanordnung besteht darin, dass eine vergleichsweise unaufwendige überprüfung der korrekten Funktion der Relaisspule und der beiden Schalteinrichtungen bereits dann möglich ist, wenn noch keine fehlerhafte Schalthandlung des Relais durchgeführt worden ist. Auf diese Weise kann sozusagen vorausschauend eine überprüfung der Relaisspule und der beiden Schalteinrichtungen auf mögliche Fehler durchgeführt werden. „Vorausschauend" bedeutet in diesem Zusammenhang also, dass eine überprüfung der Funktionsfahigkeit stattfinden kann, ohne eine Schalthandlung der Relaiskontakte herbeizufuhren. Hierzu wird in vergleichsweise unaufwandiger Weise nur ein einziges Messsignal in Form der Messspannung abgegriffen und überwacht. Eine Fehlfunktion der beiden Schalteinrichtungen oder der Relais- spule lasst sich vorteilhaft sowohl bei eingeschaltetem als auch bei ausgeschaltetem Zustand der Relaisspule erreichen, indem die beiden Schalteinrichtungen mit Prufsignalen beaufschlagt werden, die den momentanen Zustand der Relaiskontakte jedoch nicht beeinflussen.

Wird bei der überwachung ein Fehler in einer der Schalteinrichtungen oder in der Relaisspule entdeckt, so kann ein Betreiber eines Gerätes, in das das elektromagnetische Relais eingebaut ist - beispielsweise der Betreiber eines entspre- chenden elektrischen Schutzgerates - über eine diesbezügliche Fehlermeldung informiert werden, so dass er ein Auswechseln der das Relais und seine Ansteuerschaltung tragenden Baugruppe veranlassen kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform ist vorgesehen, dass die beiden Schalteinrichtungen Halbleiterschalter, insbesondere Transistoren, sind. Solche Halbleiterschalter können besonders schnell und mit geringen Schaltleistungen em- und ausgeschaltet werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausfuhrungsform der erfindungsge- maßen Schaltanordnung sieht ferner vor, dass im Strompfad der Relaisspule jeweils zwischen einem Anschluss der Relaisspule und einer Schalteinrichtung ein Anschluss jeweils eines Dampfungskondensators angeordnet ist. Durch die dampfende Wirkung der Kondensatoren kann der Verlauf der Messspannung und damit der Verlauf des binaren Antwortsignals derart zeitlich gestreckt werden, dass eine besonders einfache Auswertung mog- lieh ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausfuhrungsform der erfindungsge- maßen Schalteranordnung sieht ferner vor, dass die Umsetzeinrichtung einen parallel zu dem Strompfad der Relaisspule an- geordneten Spannungsteiler aufweist, dessen Spannungsteilerabgriff einerseits mit der Messspannung beaufschlagt ist und andererseits zur Gewinnung des binaren Antwortsignals einem Ansteuereingang einer weiteren Schalteinrichtung zugeführt wird. Auf diese Weise kann ohne großen Schaltungsaufwand ein binares Antwortsignal aus der Messspannung erzeugt werden.

Bei der weiteren Schalteinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Halbleiterschalter, insbesondere einen MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) handeln. Feldeffekttransistoren werden über Spannungen angesteuert und eignen sich daher im vorliegenden Fall für die Umsetzung der Messspannung in ein binares Antwortsignal besonders gut.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Ansteuern eines eine Relaisspule und Relaiskontakte aufweisenden elektromagnetischen Relais gelost, bei dem zum Herstellen eines Stromflusses durch die Relaisspule beide Schalteinrichtungen geschlossen werden und zum Unterbrechen eines Stromflusses durch die Relaisspule

beide Schalteinrichtungen geöffnet werden, wobei die Schalteinrichtungen in einem Strompfad mit der Relaisspule derart angeordnet sind, dass die erste Schalteinrichtung mit einem ersten Anschluss der Relaisspule und die zweite Schaltein- richtung mit einem zweiten Anschluss der Relaisspule in Verbindung steht, wobei bei dem erfindungsgemaßen Verfahren die Ansteuereinrichtung Prüfsignale an die beiden Schalteinrichtungen abgibt, die den momentanen Zustand der Relaiskontakte nicht beeinflussen; zwischen einem Anschluss der Relaisspule und einer der Schalteinrichtungen wird eine Messspannung abgegriffen; die Messspannung wird in ein binares Antwortsignal umgesetzt; und ein Fehler in der Relaisspule oder einer der beiden Schalteinrichtungen wird angezeigt, wenn der Verlauf des binaren Antwortsignals von einem erwarteten Verlauf ab- weicht. Mit dem beschriebenen Verfahren kann in vorteilhafter Weise vorausschauend eine überprüfung des Ansteuerstromkreises des elektromagnetischen Relais stattfinden.

Als vorteilhafte Weiterbildung wird es zudem angesehen, wenn im geöffneten Zustand der Relaiskontakte zeitversetzt Pruf- signale an die beiden Schalteinrichtungen abgegeben werden, die kürzer sind als eine Ansprechzeit des Relais. Hierbei wird als Ansprechzeit des Relais diejenige Zeit angesehen, die ein von der Relaisspule erzeugtes Magnetfeld beno- tigt, um bei sprunghafter Veränderung einer an der Relaisspule anliegenden Spannung mit einer Veränderung des Schaltzustandes der Relaiskontakte zu reagieren.

Wird beispielsweise bei einem vollständig aufgebauten Magnet- feld die Relaisspule abgeschaltet, so baut sich das Magnetfeld erst mit einer gewissen Zeitverzogerung ab. Erst wenn die Magnetfeldstarke nicht mehr ausreicht, die Relaiskontakte in ihrer bisherigen Position zu halten, ändert sich der Zustand der Relaiskontakte. Schaltet man rechtzeitig wieder die

Relaisspule ein, so baut sich das Magnetfeld wieder auf und die Relaiskontakte verharren ohne änderung in ihrem Zustand.

Im umgekehrten Fall benotigt ein Magnetfeld der Relaisspule bei einem sprunghaften Anlegen einer Spannung an die - zuvor stromlose - Relaisspule eine gewisse Zeitdauer, bis seine Magnetfeldstarke ausreicht, die Relaiskontakte anzusteuern. Wird der Stromfluss rechtzeitig wieder unterbrochen, so ändert sich der Zustand der Relaiskontakte nicht.

Die Prufsignale müssen daher hinsichtlich ihrer Zeitdauer so kurz beschaffen sein, dass durch die Trägheit des sich auf- oder abbauenden Magnetfeldes der Relaisspule keine änderung des Zustandes der Relaiskontakte eintritt.

Eine überprüfung der beiden Schalteinrichtungen und der Relaisspule auf mögliche Fehler lasst sich mit dem erfindungs- gemaßen Verfahren sowohl im stromlosen als auch im strom- durchflossenen Zustand der Relaisspule durchfuhren.

Konkret kann eine überprüfung im stromlosen Zustand der Relaisspule und beim Abgriff der Messspannung zwischen dem zweiten Anschluss der Relaisspule und der zweiten Schalteinrichtung beispielsweise durchgeführt werden, indem die Pruf- Signale in folgender Abfolge abgegeben werden:

a) ein Prufsignal wird an die zweite Schalteinrichtung abgegeben;

b) wahrend einer Signalpause wird kein Prufsignal abgegeben;

c) ein Prufsignal wird an die erste Schalteinrichtung abgegeben .

Beim Abgriff der Messspannung zwischen dem ersten Anschluss der Relaisspule und der ersten Schalteinrichtung ist die Verteilung der Prufsignale auf die Schalteinrichtungen entspre- chend umzukehren.

Im stromdurchflossenen Zustand der Relaisspule kann eine überprüfung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgen, indem die erste Schalteinrichtung dauerhaft angesteuert wird, wahrend die zweite Schalteinrichtung über ein gepulstes Pruf- signal angesteuert wird.

Der zeitliche Verlauf des binaren Antwortsignals kann beispielsweise kontinuierlich mit dem erwarteten Verlauf vergli- chen werden. Eine besonders vorteilhafte Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens sieht allerdings vor, dass zur Bestimmung, ob ein Fehler in der Relaisspule oder einer der Schalteinrichtungen vorliegt, das binare Antwortsignal zu zumindest zwei charakteristischen Zeitpunkten mit dem erwarte- ten Verlauf verglichen wird, wobei zwischen den charakteristischen Zeitpunkten zumindest eine änderung hinsichtlich des Zustands mindestens eines Prufsignals stattgefunden hat. Bei dieser Ausfuhrungsform wird die für den Vergleich benotigte Rechenleistung der Uberwachungseinrichtung relativ gering gehalten, da der Verlauf des binaren Antwortsignals und der erwartete Verlauf im einfachsten Fall nur an zwei besonders charakteristischen Zeitpunkten miteinander verglichen werden müssen und folglich ein kontinuierlicher Vergleich nicht notig ist. Da eine hundertprozentige Deckungsgleichheit des bi- naren Antwortsignals und des erwarteten Verlaufs üblicherweise ohnehin nur schwer zu erreichen sein wird, besteht ein weiterer Vorteil dieser Ausfuhrungsform darin, dass bei sinnvoller Wahl der betrachteten Zeitpunkte - nämlich in ausreichendem Anstand zu denjenigen Zeitpunkten, zu denen eine Ver-

anderung der Prufsignale stattfindet - unbedeutende Abweichungen zwischen dem Verlauf des binaren Antwortsignals und dem erwarteten Verlauf nicht zu einer Fehlermeldung fuhren.

Um eine standige überwachung der beiden Schalteinrichtungen und der Relaisspule auf möglich Fehler vornehmen zu können, sollte das erfindungsgemaße Verfahren in regelmäßigen Zeitabstanden wiederholt werden.

Vorteilhafterweise werden von der Ansteuereinrichtung je nach Zustand der Relaiskontakte unterschiedliche Prufsignale abgegeben .

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausfuhrungsbei- spielen naher erläutert. Hierzu zeigen

Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer allgemeinen Ausfuhrungsform einer Schaltanordnung zum Ansteuern eines elektromagnetischen Relais,

Figur 2 ein Schaltbild einer möglichen Ausfuhrungsform einer Schaltanordnung zum Ansteuern eines elektromagnetischen Relais,

Figur 3 mehrere Diagramme zur Erläuterung von beispielhaften Prufsignalen und die hierdurch hervorgerufenen Messspannungen und binaren Antwortsignale bei einer überprüfung im stromlosen Zustand der Relaisspule,

Figur 4 ein VerfahrensablaufSchema zur Erläuterung eines Ausfuhrungsbeispiels einer überprüfung im stromlosen Zustand der Relaisspule,

Figur 5 eine Prüfsignalfolge für eine überwachung im strom- durchflossenen Zustand der Relaisspule,

Figur 6 mehrere Diagramme zur Erläuterung von beispielhaf- ten Prufsignalen und die hierdurch hervorgerufenen

Messspannungen und binaren Antwortsignale bei einer überprüfung im stromdurchflossenen Zustand der Relaisspule und

Figur 7 ein VerfahrensablaufSchema zur Erläuterung eines Ausfuhrungsbeispiels einer überprüfung im stromdurchflossenen Zustand der Relaisspule.

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausfuh- rungsbeispiels einer Schaltanordnung zum Ansteuern eines elektromagnetischen Relais. Ein Ansteuerstromkreis des elektromagnetischen Relais umfasst in einem Strompfad 10 eine Reihenschaltung einer Relaisspule 11 mit einer ersten Schalteinrichtung 12a sowie einer zweiten Schalteinrichtung 12b, wobei die Schalteinrichtungen 12a und 12b in Figur 1 lediglich beispielhaft durch mechanische Schalteinrichtungen symbolisiert sind. Die Schalteinrichtungen 12a und 12b können durch mechanische Schalter oder Halbleiterschalter, wie beispielsweise Transistoren, gebildet sein.

Mit „V+" und „V-„ ist ein hohes bzw. niedriges Spannungsniveau angedeutet. Beispielsweise kann das hohe Spannungsniveau V+ bei 10 V liegen, wahrend das niedrige Spannungsniveau V- bei 0 V liegt. Die erste Schalteinrichtung 12a steht mit einem ersten Anschluss IIa der Relaisspule 11 auf der Seite des hohen Spannungsniveaus V+ in Verbindung, wahrend die zweite Schalteinrichtung 12b auf der Seite des niedrigen Spannungsniveaus V- mit einem zweiten Anschluss IIb der Relaisspule 11 in Verbindung steht.

Die erste und die zweite Schalteinrichtung 12a und 12b stehen mit ihren Ansteuereingangen mit einer Ansteuereinrichtung 13 in Verbindung. über die Ansteuereinrichtung 13 können die Schalteinrichtungen 12a und 12b ein- oder ausgeschaltet werden. Die Ansteuereinrichtung 13 ist zur Abgabe von Prufsigna- len an die Ansteuereingange der ersten und der zweiten Schalteinrichtung 12a und 12b eingerichtet, wie spater naher erläutert werden wird.

An der Verbindung des zweiten Anschlusses IIb der Relaisspule 11 mit der zweiten Schalteinrichtung 12b wird über einen Abzweig 14 eine Messspannung U _mess abgegriffen und einer Umsetzeinrichtung 15 zugeführt. Die Umsetzeinrichtung 15 ist dazu eingerichtet, die Messspannung U _mess in ein binares

Antwortsignal BS umzusetzen und dieses an ihrem Ausgang abzugeben. Das binare Antwortsignal BS wird einer Uberwachungs- emrichtung 16 zugeführt, die mit der Ansteuereinrichtung 13 Informationen austauschen kann. Die Uberwachungsemrichtung 16 kann entweder - wie in Figur 1 dargestellt - eine eigen- standige Einheit bilden oder aber - abweichend von der Darstellung in Figur 1 - in die Ansteuereinrichtung 13 integriert sein. Sowohl die Ansteuereinrichtung 13 als auch die Uberwachungsemrichtung 16 können einen Mikroprozessor oder einen anderen Logikbaustein (z.B. einen ASIC) aufweisen, der die ihre Funktionsweise steuert.

Abweichend zur Darstellung in Figur 1 kann die Messspannung £/ _me „ auch an der Verbindung zwischen der ersten Schalteinrichtung 12a und dem ersten Anschluss der Relaisspule 11 angeordnet sein. Die im folgenden beschriebene Abfolge der Prufsignale zur überwachung des Strompfades 10 ist in einem solchen Fall entsprechend umgekehrt auf die beiden

Schalteinrichtungen 12a und 12b zu verteilen, die unten beschriebenen Fehlerfalle sind ebenfalls entsprechend anzupassen. Im den folgenden Beispielen soll jedoch von einem Abgriff der Messspannung U _me „ gemäß Figur 1, also zwischen der zweiten Schalteinrichtung 12b und dem zweiten Anschluss der Relaisspule 11 ausgegangen werden.

In einer möglichen konkreteren Ausführungsform kann eine Schaltanordnung zum Ansteuern eines elektromagnetischen Re- lais beispielsweise wie in Figur 2 gezeigt aufgebaut sein. Für der Figur 1 entsprechende Komponenten werden in Figur 2 dieselben Bezugszeichen verwendet.

In Figur 2 ist eine Relaisspule 11 gezeigt, die auf der Seite des hohen Spannungsniveaus V+ mit ihrem ersten Anschluss IIa mit einer ersten Schalteinrichtung 12a verbunden ist, wahrend der zweite Anschluss IIb der Relaisspule 11 auf der Seite des niedrigen Spannungsniveaus V- mit einer zweiten Schalteinrichtung 12b in Verbindung steht.

Beispielhaft sind die Schalteinrichtungen 12a und 12b in Figur 2 als Halbleiterschalter in Form von Transistoren dargestellt.

Mittels einer gestrichelt dargestellten Umrandung ist eine

Gruppe von Schaltelementen angegeben, die der Umsetzeinrichtung 15 gemäß Figur 1 entspricht. Kernstuck der Umsetzeinrichtung 15 bildet bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ein Spannungsteiler 22, der beispielhaft aus zwei ohmschen Wider- standen 22a und 22b besteht. Zwischen den beiden ohmschen Widerstanden 22a und 22b liegt ein Spannungsteilerabgriff 23, der einerseits mit dem Abzweig 14 für die Messspannung und

andererseits mit einem Steuereingang einer weiteren Schalteinrichtung 24 in Verbindung steht.

Eine parallel zu der Relaisspule 11 und der Schalteinrichtung 12a angeordnete Reihenschaltung 25 aus einem ohmschen Widerstand 25a und einer Diode 25b dient zum Abfangen von überspannungen, die beim Unterbrechen des Stromflusses durch die Relaisspule 11 entstehen können. Ein weiterer ohmscher Widerstand 26 dient zur Einstellung des Spannungsniveaus des bina- ren Antwortsignals BS.

An der Verbindung der ersten Schalteinrichtung 12a mit dem ersten Anschluss IIa der Relaisspule 11 ist ein Anschluss eines ersten Dampfungskondensators 27a verbunden, der mit seinem anderen Anschluss auf dem niedrigen Spannungsniveau V- liegt. Entsprechend ist an der Verbindung zwischen der zweiten Schalteinrichtung 12b und dem zweiten Anschluss IIb der Relaisspule 11 mit seinem einen Anschluss ein zweiter Dampfungskondensator 27b verbunden, dessen zweiter Anschluss ebenfalls auf dem niedrigen Spannungsniveau V- liegt.

Im Folgenden soll die Funktionsweise der in Figur 2 dargestellten Schaltanordnung, insbesondere hinsichtlich der überprüfung der beiden Schalteinrichtungen 12a und 12b und der Relaisspule 11 auf mögliche Fehler, naher erläutert werden. Hierzu wird außer auf Figur 2 auch auf die Figuren 3 bis 7 Bezug genommen.

Die Ansteuereinrichtung 13 dient zunächst dazu, durch gleich- zeitiges Offnen bzw. Schließen der Schalteinrichtungen 12a und 12b einen Stromfluss durch die Relaisspule 1 herzustellen oder diesen zu unterbrechen. Durch gleichzeitiges Schließen der beiden Schalteinrichtungen 12a und 12b wird ein Stromfluss durch die Relaisspule 11 hergestellt, wodurch sich ein

entsprechendes Magnetfeld in der Relaisspule 11 entwickelt und ab einer gewissen Magnetfeldstarke, eine Veränderung des Zustandes der (nicht dargestellten) Relaiskontakte des elektromagnetischen Relais bewirkt. Um den Stromfluss in der Relaisspule zu unterbrechen öffnet die Ansteuereinrichtung 13 die beiden Schalteinrichtungen 12a und 12b, so dass sich das von der Relaisspule 11 erzeugte Magnetfeld wieder abbaut. Reicht die von dem Magnetfeld erzeugte Feldstarke nicht mehr aus, um die Relaiskontakte in ihrer Stellung zu halten, gehen diese - beispielsweise durch Federkrafteinwirkung - in ihre normale Stellung über.

Für den Fall, dass ein Fehler in einer der beiden Schalteinrichtungen 12a und 12b oder der Relaisspule 11 vorliegt, kann die ordnungsgemäße Ansteuerung der Relaisspule 11 und damit des an den Relaiskontakten angeordneten Schaltstromkreises nicht mehr gewährleistet werden. Für den beispielhaften Fall, dass es sich bei dem elektromagnetischen Relais um ein Kommandorelais zum Ansteuern eines elektrischen Leistungsschal- ters handelt, kann durch eine solche Fehlfunktion beispielsweise eine ungewollte Fehlauslosung des Leistungsschalters hervorgerufen oder eine gewollte Auslosung des Leistungsschalters verhindert werden. Deswegen findet eine überprüfung des aus den beiden Schalteinrichtungen 12a und 12b und der Relaisspule bestehenden Strompfades 10 statt. Abhangig davon, ob sich die Relaisspule 11 im stromlosen oder stromdurchflos- senen Zustand, werden seitens der Ansteuereinrichtung 13 an die Schalteinrichtungen 12a und 12b unterschiedliche Prufsig- nale P_A, P_B abgegeben, die eine Veränderung des Spannungs- niveaus am Abzweig 14 zur Folge haben.

Die an diesem Abzweig 14 anliegende Messspannung U _meiS wird der Umsetzeinrichtung 15 zugeführt, wo sie in ein binares

Antwortsignal BS umgesetzt wird. Der Verlauf des binaren Antwortsignals BS wird von der Uberwachungseinrichtung 16 mit einem erwarteten Verlauf verglichen, und es wird ein Fehler im Strompfad 10 erkannt, wenn der erwartete Verlauf und der tatsachliche Verlauf des binaren Antwortsignals BS voneinander abweichen. Um den erwarteten Verlauf und den tatsachlichen Verlauf des binaren Antwortsignals BS miteinander vergleichen zu können, ist die Uberwachungseinrichtung 16 in der Lage, mit der Ansteuereinrichtung 13 Informationen auszutau- sehen, um beispielsweise über den Beginn der Absendung der Prufsignale P__A, P_B an die beiden Schalteinrichtungen 12a und 12b informiert zu sein.

Wenn die Uberwachungseinrichtung 16 einen Fehler im Strompfad 10 erkennt, kann eine entsprechende Fehlermeldung abgegeben werden, die einen Betreiber eines Gerätes, in dem das elektromagnetische Relais eingebaut ist, über den Fehler informiert. Der Betreiber des entsprechenden Gerätes kann daraufhin die entsprechende fehlerbehaftete Baugruppe austauschen, noch bevor es zu einer tatsachlichen Fehlfunktion des elektromagnetischen Relais kommen kann.

Eine überprüfung des Strompfades 10 auf mögliche Fehler kann sowohl im stromlosen als auch im stromdurchflossenen Zustand der Relaisspule und entsprechend bei ausgeschalteten oder eingeschalteten Relaiskontakten erfolgen, ohne den Zustand der Relaiskontakte dabei zu beeinflussen.

Im Folgenden soll zunächst anhand der Figuren 2, 3 und 4 er- läutert werden, wie eine überprüfung des Strompfades 10 bei (gewollt) stromloser Relaisspule erfolgen kann.

In Figur 3 sind hierzu in den beiden oberen Diagrammen die Verlaufe der Prufsignale P_A und P B gezeigt, wahrend in den

folgenden zehn Diagrammen jeweils auf der linken Seite die Messspannungen, die am Abzweig 14 anliegen, für den fehlerfreien Fall sowie für verschiedene Fehlerfalle gezeigt, wahrend auf der rechten Seite jeweils die aus den jeweiligen Messspannungen resultierenden binaren Antwortsignale für den fehlerfreien Fall sowie für verschiedene Fehlerfälle dargestellt sind.

Wie Figur 3 entnehmbar ist, wird zum Starten eines Prufdurch- laufs zunächst der zweiten Schalteinrichtung 12b ein Prufsig- nal P_B zugeführt. Dieses Prufsignal P_B bringt die zweite Schalteinrichtung 12b in ihren geschlossenen Zustand.

Die Dauer des Prufsignals P_B ist hierbei so beschaffen, dass auch für den Fall, dass die erste Schalteinrichtung 12a aufgrund eines Fehlers dauerhaft kurzgeschlossen sein sollte, die Dauer eines dann durch die Relaisspule 11 resultierenden Stromflusses keine Auswirkung auf den Zustand der Relaiskontakte hat. Die Dauer des Prufsignals P_B muss daher geringer sein als die bereits früher erläuterte Ansprechzeit des Relais, üblicherweise kann die Dauer eines Prufsignals hierfür zwischen einer unteren und einer oberen Grenze gewählt werden, wobei die untere Grenze diejenige Zeit angibt, die benotigt wird, um in der Umsetzeinrichtung 15 ein korrektes bina- res Antwortsignal zu generieren und die obere Grenze in ausreichend sicherem Abstand von der Ansprechzeit des Relais liegen sollte. Beispielsweise kann der möglich Bereich für die Zeitdauer der Prufsignale zwischen etwa 40 und etwa 200μs liegen .

Wie Figur 3 entnehmbar ist, wird die Abgabe des Prufsignals P_B an die zweite Schalteinrichtung 12b nach einer solchermaßen gewählten kurzen Zeitdauer wieder beendet und es folgt eine Signalpause, wahrend der kein Prufsignal an die Schalt-

einrichtungen 12a oder 12b abgegeben wird. Auf die Schaltpause folgend wird ein weiteres Prufsignal P_A an die erste Schalteinrichtung 12a abgegeben, das ein Schließen der Schalteinrichtung 12a bewirkt. Auch das Prufsignal P_A muss hinsichtlich seiner Zeitdauer derart kurz beschaffen sein, dass selbst wenn sich die zweite Schalteinrichtung 12b fehlerhafterweise in einem dauerhaft kurzgeschlossenen Zustand befinden sollte, der Zustand der Relaiskontakte nicht beein- flusst wird. Die Zeitdauer des Prufsignals P_A muss deshalb auch unterhalb der Ansprechzeit des Relais liegen.

Nach Beendigung dieser Prüfsignalfolge ist der Prufdurchlauf beendet; nach einer beliebigen Pause kann ein weiterer Prufdurchlauf gestartet werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass alle 250μs ein erneuter Prufdurchlauf initiiert wird .

Die in der zweiten Zeile der Figur 3 angeordneten Diagramme zeigen den Verlauf der Messspannung U^ _e ^r _s ^r _s für den Fall, dass sich sowohl die Schalteinrichtungen 12a und 12b als auch die Relaisspule 11 in einem korrekten, also fehlerfreien, Zustand befinden (korr = korrekt) . Der Verlauf der Messspannung t/*°" soll nun unter Hinzunahme der Figur 2 erläutert werden. Hierzu wird davon ausgegangen, dass die beiden Schalteinrich- tungen 12a und 12b einwandfrei funktionieren und sich zunächst beide im gesperrten Zustand befinden.

Zunächst befindet sich die Messspannung U^ _e " _s auf einem mittleren, durch den Spannungsteiler 22 vorgegebenen Span- nungsniveau. Das binare Antwortsignal BS ^k0 " befindet sich auf einem hohen Pegel, da die Messspannung £/*"" ausreicht, um die weitere Schalteinrichtung 24 durchzusteuern. Durch die Abgabe

des Prufsignals P_B an die zweite Schalteinrichtung 12b wird die Schalteinrichtung 12b geschlossen und die Messspannung

O ^k °" _s am Abzweig 14 wird auf das niedrige Spannungsniveau V- gezogen, da die zweite Schalteinrichtung 12b den unteren Wi- derstand 22b des Spannungsteilers 22 überbrückt. Dem Verlauf der Messspannung U^ in Figur 3 kann somit ein sprunghaftes

Absinken entnommen werden, sobald das Prufsignal P_B die Schalteinrichtung 12b schließt. Entsprechend sinkt das binare

Antwortsignal BS ^korr auf einen niedrigen Pegel ab, da die wei- tere Schalteinrichtung aufgrund der niedrigen anliegenden

Messspannung U ^k °^ _s sperrt. Nach Beendigung des Prufsignals P_B geht die zweite Schalteinrichtung 12b wieder in den gesperrten Zustand über und die zuvor entladenen Dampfungskondensa- toren 27a und 27b werden über den oberen Widerstand 22a des Spannungsteilers 22 aufgeladen. Bei ausreichender Dimensionierung der Dampfungskondensatoren 27a und 27b und des ohm- schen Widerstandes 22a des Spannungsteilers, geschieht dieser Ladungsvorgang jedoch derart langsam, dass ein Anstieg der Messspannung U^ wahrend der Signalpause kaum bemerkbar ist. Der Anstieg der Messspannung {/*"" ist zumindest nicht ausreichend, um die weitere Schalteinrichtung 24 der Umsetzeinrichtung 15 in ihren stromdurchlassigen Zustand zu überfuhren, so dass das binare Antwortsignal BS ^k " ⁿ wahrend der Signalpause weiter auf dem niedrigen Pegel verharrt. Wenn nach der Sig- nalpause das Prufsignal P_A auf die erste Schalteinrichtung 12a einwirkt und diese in ihren stromdurchlassigen Zustand bringt, werden die Dampfungskondensatoren 27a und 27b vergleichsweise schnell aufgeladen, da der obere Widerstand 22a des Spannungsteilers 22 überbrückt ist und das hohe Span- nungsniveau V+ direkt an den Dampfungskondensatoren 27a und

27b anliegt. Diesen schnellen Ladevorgang erkennt man auch am

Verlauf der Messspannung UZL _> ^der wahrend der Abgabe des zweiten Messsignals P_A steil ansteigt. Schließlich liegt die Messspannung £/ _OT °" ^au f dem hohen Spannungsniveau V+ . Sobald die Messspannung £/*°" einen Pegel erreicht hat, der die wei- tere Schalteinrichtung 24 zum Durchschalten veranlasst, steigt dass binare Antwortsignal BS ^korr sprunghaft auf seinen hohen Pegel an. Wird die Abgabe des ersten PrüfSignals P_A nach Ablauf der entsprechenden Zeitdauer beendet, stellt sich nach Entladung der Dampfungskondensatoren 27a und 27b über den unteren Widerstand 22b des Spannungsteilers 22 am Abzweig 14 wieder auf das entsprechend des Spannungsteilers 22 vorbestimmte mittlere Spannungsniveau ein.

Wie bereits im Zusammenhang mit Figur 2 erläutert, wird das binare Antwortsignal an die Uberwachungsemrichtung 16 übertragen, die den Verlauf des binaren Antwortsignals mit einem erwarteten Verlauf vergleicht. Ein solcher Vergleich kann entweder kontinuierlich wahrend des gesamten Prufdurchlaufs durchgeführt werden oder er kann diskontinuierlich nur an be- stimmten charakteristischen Zeitpunkten erfolgen, um einerseits Rechenkapazitat der Uberwachungsemrichtung einzusparen und andererseits unsensibel für unbedeutende Abweichungen des binaren Antwortsignals vom erwarteten Verlauf zu sein, die nicht auf einen Fehler im Strompfad 10 hindeuten wurden.

In Figur 3 sind hierzu zwei Uberwachungszeitpunkte ti und t ₂ eingetragen, die im Verlauf der binaren Antwortsignale jeweils mit Kreisen angedeutet sind. Für den korrekten Verlauf des binaren Antwortsignals muss sich folglich beim Messzeit- punkt ti ein niedriger Signalpegel und beim Messzeitpunkt t ₂ ein hoher Signalpegel einstellen. Erkennt die Uberwachungs- einrichtung 16 den korrekten Verlauf anhand der zu diesen Zeitpunkten gemessenen Signalpegel, so schließt sie auf einen

fehlerfreien Strompfad 10 und unternimmt keine weiteren Handlungen, bis der nächste Prufdurchlauf eingeleitet wird.

Im Folgenden sollen die Verlaufe der jeweiligen Messspannun- gen und der daraus resultierenden binaren Antwortsignale für die Fehlerfalle diskutiert werden, dass eine der beiden Schalteinrichtungen 12a oder 12b dauerhaft kurzgeschlossen ist oder dauerhaft sperrt oder ein Leitungsbruch in der Re- laisspule 11 vorliegt.

Zunächst soll der Fehlerfall Fl betrachtet werden, dass die zweite Schalteinrichtung 12b aufgrund eines Fehlers dauerhaft sperrt. In diesem Fall hat die Abgabe eines PrüfSignals P_B an die zweite Schalteinrichtung 12b keinerlei Effekt, da die dauerhaft sperrende Schalteinrichtung 12b hierdurch nicht in einen stromdurchlassigen Zustand gebracht werden kann. Folglich verharrt die entsprechende Messspannung U^] _n auf dem durch den Spannungsteiler 22 eingestellten mittleren Spannungsniveau und sinkt nicht, wie nach dem gestrichelt angege- benen Verlauf der korrekten Messspannung U^ ^k _s erwartet, auf das niedrige Spannungsniveau V- ab. Entsprechend verharrt auch das binare Antwortsignal BS ^hl auf seinem hohen Pegel.

Wahrend der Signalpause wird kein Prufsignal an die Schalteinrichtungen 12a oder 12b abgegeben, so dass sich die Mess- Spannung U™„ und das resultierende binare Antwortsignal BS ^F] entsprechend nicht andern. Durch die Abgabe des Prufsignals P_A an die erste Schalteinrichtung 12a wird diese - da sie korrekt funktioniert - in ihren stromdurchlassigen Zustand gebracht, wodurch sich die am Abzweig 14 anliegende Messspan- nung nach Aufladung der Dampfungskondensatoren 27a und 27b auf das hohe Spannungsniveau V+ anhebt. Für den Verlauf des binaren Antwortsignals BS ^Fl hat dieses Anheben der Messspan-

nung U™„ auf das hohe Spannungsniveau V+ jedoch keinen Em- fluss, da sich das binare Antwortsignal BS ^rι bereits auf seinem hohen Pegel befindet. Nach Beendigung des PrüfSignals P_A sperrt die erste Schalteinrichtung 12a wieder und die Damp- fungskondensatoren 27a und 27b entladen sich auf das durch den Spannungsteiler 22 vorbestimmte mittlere Spannungsniveau. Die Uberwachungseinπchtung 16 erfasst folglich wahrend des

Prufdurchlaufs ein binares Antwortsignal BS ^F] , das dauerhaft auf dem hohen Pegel liegt. Bei diskontinuierlicher Betrach- tung zu den Zeitpunkten ti und t ₂ erkennt die Uberwachungs- emrichtung 16 zum Zeitpunkt ti eine Abweichung des binaren

Antwortsignals BS ^fi vom erwarteten Verlauf (gestrichelt angegeben) , da das binare Antwortsignal BS ^Fi auf einem hohen

Pegel und nicht wie erwartet auf einem niedrigen Pegel liegt. Hieraus schließt die Uberwachungsemrichtung 16 auf einen

Fehler im Strompfad 10 und gibt ein Fehlersignal ab, um den Betreiber eines das elektromagnetische Relais enthaltenden elektrischen Gerätes zu warnen.

Als nächstes soll der Fehlerfall F2 betrachtet werden, dass die zweite Schalteinrichtung 12b dauerhaft kurzgeschlossen ist, so dass ein Stromfluss über die Schalteinrichtung 12b standig möglich ist. Die für diesen Fall am Abzweig 14 anliegende Messspannung U™ _M liegt bereits vor Beginn des Prufdurchlaufes wegen der kurzgeschlossenen Schalteinrichtung 12b auf dem niedrigen Spannungsniveau V-. Ein Einschalten des Prufsignals P_B hat hierauf keinen Einfluss, da die Schalteinrichtung sich ohnehin im geöffneten Zustand befindet. Das resultierende binare Antwortsignal BS ^h2 liegt folglich vor Beginn des Prüfdurchlaufes sowie wahrend der Abgabe des Prufsignals P_B dauerhaft auf seinem niedrigen Pegel. Wahrend der Signalpause ändert sich der Zustand sowohl der Messspannung

^ _m L ^a -L ^{s auc} h des binaren Antwortsignals BS ^ri nicht, da die kurzgeschlossene Schalteinrichtung 12b den Abzweig 14 dauerhaft auf dem niedrigen Spannungsniveau V- halt. Hieran kann auch die Abgabe des Prufsignals P_A an die erste Schaltein- richtung 12a nichts andern; der Abzweig 14 verharrt auch bei geschlossener Schalteinrichtung 12a durch die kurzgeschlossene Schalteinrichtung 12b dauerhaft auf dem unteren Spannungsniveau V-. Aus diesem Fehlerfall F2 wird die Bedeutung der Zeitdauer der Prufsignale erkennbar, da bei einem zu lang dimensionierten Prufsignal P_A bei dauerhaft kurzgeschlossener Schalteinrichtung 12b die Ansprechzeit des Relais überschritten wurde und somit der Zustand der Relaiskontakte ungewollt verändert werden wurde. Nur durch die entsprechend kurze Abgabe des Prufsignals P_A kann erreicht werden, dass zwar einerseits eine Erfassung des Binarsignals BS ^F2 möglich ist, aber andererseits die Ansprechzeit des Relais nicht überschritten wird, so dass sich der Zustand der Relaiskontakte nicht ändert. Der Uberwachungseinπchtung 16 wird in diesem Fehlerfall F2 ein dauerhaft auf niedrigem Pegel lie- gendes binares Antwortsignal BS ^F2 zugeführt. Bei diskreter

Betrachtung des binaren Antwortsignals BS ^ri zu den Zeitpunkten ti und t ₂ wird eine Abweichung zum Zeitpunkt t ₂ erkannt, wo das binare Antwortsignal BS ¹² anstelle auf dem erwarteten hohen Pegel auf niedrigem Pegel liegt. Die Uberwachungsein- richtung 16 gibt daher ein Fehlersignal zur Anzeige eines Fehlers im Strompfad 10 ab.

Der nächste Fehlerfall F3 umfasst die beiden Fehler, dass die Schalteinrichtung 12a dauerhaft sperrt oder ein Leitungsbruch in der Relaisspule 11 vorliegt (oder beides), so dass ein Stromfluss über die Relaisspule 11 nicht möglich ist. Die Messspannung £/£/„ startet in diesem Fall auf dem durch den

Spannungsteiler 22 vorbestimmten mittleren Spannungspotential und sinkt bei Abgabe des Prufsignals P_B aufgrund der dann kurzgeschlossenen zweiten Schalteinrichtung 12b auf das niedrige Spannungsniveau ab. Entsprechend fallt das binare Ant- wortsignal BS ^F3 auf seinen niedrigen Pegel. Wahrend der

Signalpause laden der Dampfungskondensator 27b (bei Leitungsbruch in der Relaisspule 11) oder beide Dämpfungskondensatoren 27a und 27b (bei dauerhaft gesperrter erster Schalteinrichtung 12a) über den oberen Widerstand 22a des Spannungs- teilers 22 wieder auf, wobei dieser Aufladevorgang wie bereits erwähnt derart langsam geschieht, dass keine änderung des Zustandes der weiteren Schalteinrichtung 24 erfolgt. Das binare Antwortsignal BS ^F3 liegt folglich weiter auf niedrigem

Pegel. Da in dem hier betrachteten Fehlerfall F3 entweder die erste Schalteinrichtung 12a oder die Relaisspule 11 (oder beide) dauerhaft sperren, kann die Abgabe eines Prufsignals P_A an die erste Schalteinrichtung 12a keinen Stromfluss durch die Schalteinrichtung 12a und die Relaisspule 11 erzeugen, so dass der Ladevorgang der Dampfungskondensatoren 27a und 27b über den Widerstand 22a entsprechend langsam fortgesetzt wird, so dass auch wahrend der Abgabe des Prufsignals P_A die am Abzweig 14 anliegende Messspannung U ^F ^ _s nicht ausreicht, um die weitere Schalteinrichtung 24 durchzusteuern. Das binare Antwortsignal BS ^F3 verharrt folglich auf niedrigem Pegel. Der Uberwachungseinrichtung 16 wird zu den Zeitpunkten ti und t ₂ jeweils ein niedriger Pegel des binaren Antwortsignals BS ^Fi zugeführt, so dass sie zum Zeitpunkt t2 eine Abweichung vom erwarteten Verlauf feststellt und ein Fehlersignal abgibt .

Schließlich soll der Fehlerfall F4 betrachtet werden, dass die erste Schalteinrichtung 12a dauerhaft kurzgeschlossen

ist. Da in diesem Fall der obere Widerstand 22a des Spannungsteilers 22 dauerhaft überbrückt ist, startet die Messspannung C/™„ in diesem Fall bereits vor Beginn des Prüfdurchlaufs auf dem hohen Spannungsniveau V+ . Entsprechend liegt das binare Antwortsignal BS ^1"4 auf dem hohen Pegel. Eine

Abgabe des Prufsignals P_B schließt die zweite Schalteinrichtung 12b und senkt somit das Spannungsniveau am Abzweig 14 auf das niedrige Spannungsniveau V- ab. Diesen Sprung erkennt man entsprechend am Verlauf der Messspannung U _m ' ⁴ _ss und auch an dem daraus resultierenden binaren Antwortsignal BS ^r4 . Nach

Beendigung des Prufsignals P_B sperrt die zweite Schalteinrichtung 12b wieder, so dass die Kondensatoren 27a und 27b sehr schnell über die dauerhaft kurzgeschlossene Schalteinrichtung 12a auf das hohe Spannungsniveau V+ aufgeladen wer- den. Das binare Antwortsignal BS ¹⁴ springt folglich schon in der Signalpause wieder auf den hohen Pegel. Eine Abgabe des Prufsignals P_A an die erste Schalteinrichtung 12a hat folglich keinerlei Effekt mehr auf die Messspannung U ^F4 _SS und das daraus resultierende binare Antwortsignal BS ^F4 , da die erste Schalteinrichtung 12a ohnehin dauerhaft kurzgeschlossen ist und sich der Abzweig 14 bereits auf dem hohen Spannungsniveau V+ befindet. Der Uberwachungsemrichtung 16 wird in diesem Fehlerfall folglich der in Figur 3 dargestellte Verlauf des binaren Antwortsignals BS ^h4 zugeführt. Auch bei diskreter Be- trachtung lediglich der Zeitpunkt ti und t ₂ erkennt die Uberwachungsemrichtung 16 eine Abweichung des binaren Antwortsignals BS ^F4 vom erwarteten Verlauf zum Zeitpunkt ti und gibt ein Fehlersignal ab.

Der zeitliche Ablauf des Prufdurchlaufs bei diskontinuierlicher Prüfung zu den Zeitpunkten ti und t ₂ ist in Figur 4

nochmals anhand eines Verfahrensfließbildes zusammengefasst dargestellt. Nach Beginn des Prufdurchlaufs („TEST Start") wird zunächst gemäß Schritt 40 von der Ansteuereinrichtung 13 an die zweite Schalteinrichtung 12b das Prufsignal P_B abge- geben. Gemäß Schritt 41 wird eine bestimmte Zeitdauer, beispielsweise 40μs abgewartet, bevor im Schritt 42 das zweite Prufsignal P_B wieder ausgeschaltet wird. In Schritt 43 wird wahrend der Signalpause wiederum eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise wieder 40μs, gewartet, während der kein Pruf- signal abgegeben wird. Nach Ablauf dieser Zeitdauer wird im

Schritt 44 überprüft, ob das binare Antwortsignal auf dem erwarteten niedrigen Level (in Figur 4 als „0" bezeichnet) liegt. Ist dies nicht der Fall, wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Ergibt die überprüfung in Schritt 44 jedoch, dass das binare Antwortsignal auf dem erwarteten niedrigen Pegel liegt, so wird gemäß Schritt 45 das Prufsignal P A eingeschaltet, um die Schalteinrichtung 12a durchzuschalten. Das Prufsignal P_A wird in Schritt 46 für eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise wieder 40μs, aufrechterhalten, bevor im Schritt 47 mit der Uberwachungseinrichtung 16 überprüft wird, ob das binare Antwortsignal auf dem erwarteten hohen Pegel liegt (der hohe Pegel ist in Figur 4 beispielhaft mit „1" angegeben) . Wird eine Abweichung des binaren Antwortsignals festgestellt, wird wiederum eine Fehlermeldung ausgegeben. Wird ein korrektes binares Antwortsignal erkannt, so wird in einem nächsten Schritt 48 das Prufsignal P_A ausgeschaltet und der Testdurchlauf ist erfolgreich abgeschlossen („TEST OK") .

Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer kann der Prufvor- gang erneut mit Aktivierung der Sequenz „TEST Start" eingeleitet werden, um eine dauerhafte überprüfung des Strompfades 10 zu gewahrleisten.

Anhand der Figuren 5 bis 7 soll nun die überwachung des Strompfades 10 für den Fall einer (gewollt) stromdurchflosse- nen Relaisspule 11 dargestellt werden. Auch in diesem Fall gilt wieder die Anforderung, dass die überprüfung keinerlei Einfluss auf den Zustand der Relaiskontakte haben darf.

In Figur 5 ist zunächst der Einschalt- und Haltevorgang des elektromagnetischen Relais dargestellt. Bekannterweise benotigt eine Relaisspule zum Ansteuern der Relaiskontakte, bei- spielsweise wahrend eines Einschaltens der Relaiskontakte, eine höhere Energiezufuhr als zum Halten der Relaiskontakte in ihrer angesteuerten Stellung. Folglich werden zum Zeitpunkt to zunächst zum Bewegen der Relaiskontakte die beiden Schalteinrichtungen 12a und 12b gleichzeitig eingeschaltet. Durch die gleichzeitige Ansteuerung beider Schalteinrichtungen 12a und 12b wird ein dauerhaft hoher Stromfluss durch die Relaisspule 11 gewährleistet, so dass die Kontakte schnell in ihre aktivierte Stellung gebracht werden können. Diese Aktivierungsphase der Relaiskontakte dauert gemäß Figur 5 ab dem Startzeitpunkt to bis zum Zeitpunkt t ^* , in dem die Relaiskontakte in ihrem aktivierten Zustand gebracht worden sind.

Danach kann durch ein gepulstes Ansteuern der zweiten Schalteinrichtung 12b ein sogenannter pulsweitenmodulierter Halte- ström durch die Relaisspule 11 getrieben werden, der über die Zeit gemittelt eine geringere Leistung (und damit auch geringere Verlustleistung in der Relaisspule) erzeugt und ausreichend ist, um die Relaiskontakte in ihrem aktivierten Zustand zu halten. Auch hier wird wiederum die Trägheit des elektro- magnetischen Relais ausgenutzt, da sich das Magnetfeld in der Relaisspule 11 - wie bereits zuvor beschrieben - erst nach einer gewissen Ansprechzeit so weit abgebaut hat, dass die Relaiskontakte wieder in ihren deaktivierten Zustand übergehen wurden, so dass bei entsprechend kurzer Pulsung diese An-

Sprechzeit immer unterschritten wird und die Relaiskontakte dauerhaft in ihrem aktivierten Zustand verharren.

Diese Vorgehensweise, durch einen pulsweitenmodulierten Stromfluss in der Relaisspule 11 einen insgesamt geringeren Haltestrom für die elektromagnetische Relais zur Verfugung zu stellen, ist an sich bereits bekannt.

Zur überwachung des Strompfades 10 wird nun die ohnehin ge- pulste Ansteuerung der zweiten Schalteinrichtung 12b vorteilhaft als gepulstes Prufsignal P B zur überwachung der entsprechenden Messspannung U _mes , am Abzweig 14 mitausgenutzt.

Zur Erläuterung ist hierzu in Figur 6 in den oberen beiden Diagrammen jeweils der Verlauf der Prufsignale P_A und P_B wahrend einer Pulsung des Prufsignals P B, wie sie in Figur 5 durch eine Umrandung hervorgehoben ist, dargestellt. Hierbei wird das Prufsignal P_A kontinuierlich abgegeben, wahrend das Prufsignal P B gepulst abgegeben wird.

Der hieraus resultierende korrekte Verlauf der Messspannung U _mus ^sow ie des daraus resultierenden korrekten Verlaufs des binaren Antwortsignals BS ^korr ' ist in Figur 6 in den beiden Diagrammen in der zweiten Zeile dargestellt. Der Verlauf der Messspannung UZ ^k l' und des binaren Antwortsignals BS ^korr ' soll in Bezug auf Figur 2 erläutert werden.

Für den Fall, dass sowohl die beiden Schalteinrichtungen 12a und 12b als auch die Relaisspule 11 fehlerfrei sind, befindet sich zu Beginn der Prufsequenz die Schalteinrichtung 12a in ihrem geschlossenen Zustand, wahrend die Schalteinrichtung 12b aufgrund des fehlenden Prufsignals P_B gesperrt ist. Am Abzweig 14 stellt sich folglich das hohe Spannungsniveau V+ ein, das ein Durchsteuern der weiteren Schalteinrichtung 24

bewirkt und das binare Antwortsignal BS ^korr ' folglich auf hohem Pegel halt. Bei Abgabe des PrüfSignals P_B zieht die dann geschlossene Schalteinrichtung 12b die Messspannung £/*"" ^{' am} Abzweig 14 auf das niedrigere Spannungsniveau V-, da hier der untere Widerstand 22b des Spannungsteilers 22 überbrückt wird. Entsprechend sinken sowohl die Messspannung U^' als auch das resultierende binare Antwortsignal BS ^korr ' sprunghaft ab. Solange das Prufsignal P_B abgegeben wird, verharren die Messspannung auf dem niedrigen Spannungsniveau V- und das bi- nare Antwortsignal BS ^korr' auf dem niedrigen Pegel. Nach

Beendigung des Prufsignals P_B sperrt die zweite Schalteinrichtung 12b wieder. In der Relaisspule 11 wird durch das plötzlich Unterbrechen des Stromflusses und das sich daher abbauende Magnetfeld eine überspannung induziert , die sich über einen Stromfluss über den Widerstand 25a und die Diode

25b langsam abbaut. Entsprechend steigt die am Abzweig 14 abgegriffene Messspannung U ^k °^' zunächst über das hohe

Spannungsniveau V+ und sinkt dann allmählich wieder auf das hohe Spannungsniveau V+ . Bevor der Strom auf einen Wert un- terhalb des Haltestromes absinken wurde und damit die Magnetfeldstarke nicht mehr ausreichen wurde, um die Relaiskontakte in ihrer aktivierten Stellung zu halten, muss das Prufsignal P_B wieder eingeschaltet werden, um den Strompfad 10 wieder zu schließen.

Aus der in Figur 6 dargestellten Messspannung UZ ^k l ^* resultiert folglich ein binares Antwortsignal BS ^korr ' , das nach Beendigung der Abgabe des Prufsignals P_B aufgrund der dann ansteigenden Messspannung £/*""' wieder auf seinen hohen Pegel springt.

Der Uberwachungseinrichtung 16 wird der Verlauf der binaren Antwortsignals BS zugeführt. Wie bereits im stromlosen Zustand der Relaisspule kann eine Prüfung des korrekten Verlaufes des binaren Antwortsignals kontinuierlich oder diskonti- nuierlich durchgeführt werden. In Figur 6 sind für die diskontinuierliche Betrachtung zwei charakteristische Zeitpunkte t ₃ und t ₄ herausgegriffen, zu denen die Uberwachungseinrichtung 16 den Verlauf des binaren Antwortsignals überprüft. Bei einem korrekten Verlauf des binaren Antwortsignals entspre- chend BS ^kon' muss folglich zum Zeitpunkt t ₃ ein niedriger Pegel und zum Zeitpunkt t ₄ ein hoher Pegel erkannt werden.

Im Folgenden sollen nun die möglichen erkennbaren Fehlerfalle, nämlich eine dauerhaft kurzgeschlossene oder eine dau- erhaft gesperrte Schalteinrichtung 12b, eine dauerhaft gesperrte Schalteinrichtung 12a oder ein Leitungsbruch in der Relaisspule 11 erläutert werden.

Da die Schalteinrichtung 12a ohnehin dauerhaft durch Abgabe eines kontinuierlichen Prufsignals P_A in ihrem geschlossenen Zustand gehalten wird, lasst sich ein durch einen Fehler dauerhaft kurzgeschlossener Zustand der ersten Schalteinrichtung 12a mittels der Prufsequenz bei stromdurchflossener Relaisspule 11 nicht erkennen. Da dies jedoch zunächst zu keiner Fehlfunktion des elektromagnetischen Relais fuhren wurde - die erste Schalteinrichtung 12a soll ohnehin dauerhaft kurzgeschlossenen sein - stellt die Nichterkennbarkeit eines solchen Fehlers keinen Nachteil des Prüfdurchlaufs dar. Ein solcher Fehler wurde bei der bereits voranstehend beschrieben überprüfung im stromlosen Zustand der Relaisspule leicht er ^¬ kannt werden können.

Zunächst soll der Fehlerfall F5 behandelt werden, dass sich die zweite Schalteinrichtung 12b in einem dauerhaft gesperrten Zustand befindet. In einem solchen Fall wurde der Abzweig 14 durch die gewollt kurzgeschlossene Schalteinrichtung 12a dauerhaft auf dem hohen Spannungsniveau V+ verharren. Da ein Abgeben des Prufsignals P_B aufgrund der fehlerhaft dauerhaft gesperrten zweiten Schalteinrichtung 12b keinen Einfluss auf den Schaltzustand dieser zweiten Schalteinrichtung 12b hat, verharrt die Messspannung f/^ _v am Abzweig 14 unabhängig vom Zustand des Prufsignals P B auf dem hohen Spannungsniveau V+ . Das hieraus resultierende binare Antwortsignal BS ^F5 verharrt folglich kontinuierlich auf dem hohen Pegel, so dass die Uberwachungseinrichtung 16 eine Abweichung des Verlaufs des binaren Antwortsignals BS ^FS vom erwarteten Verlauf fest- stellt. Bei diskontinuierlicher Betrachtungsweise zu den

Zeitpunkten t ₃ und t ₄ stellt die Uberwachungseinrichtung 16 beim Zeitpunkt t ₃ eine Abweichung des binaren Antwortsignals

BS ^FS fest, das anstelle auf niedrigem auf hohem Pegel liegt, und kann ein Fehlersignal generieren.

Als nächstes soll der Fehlerfall F6 behandelt werden, dass die zweite Schalteinrichtung 12b dauerhaft kurzgeschlossen ist. In diesem Fall ist die Messspannung U ^F * _it am Abzweig 14 durch die dauerhaft kurzgeschlossene Schalteinrichtung 12b kontinuierlich auf dem niedrigen Spannungsniveau V-, so dass sich der Verlauf der Messspannung U^ , wie in Figur 6 gezeigt, ergibt. Die Messspannung £/™ _w liegt hierbei unabhängig vom Prüfsignal P B auf dem niedrigen Spannungsniveau V-, so dass auch das resultierende binare Antwortsignal BS ^F6 dauer- haft auf niedrigem Pegel verharrt. Die Uberwachungseinrichtung 16 kann sowohl bei kontinuierlicher als auch bei diskontinuierlicher überwachung des Verlaufs des binaren Antwort-

Signals folglich eine Abweichung vom erwarteten Verlauf feststellen; bei diskontinuierlicher Betrachtungsweise erkennt die überwachungseinrichtung 16 zum Zeitpunkt t ₄ einen niedrigen Pegel des binären Antwortsignals BS ^F6 anstelle eines er- warteten hohen Pegels, so dass ein Fehlersignal abgegeben werden kann.

Schließlich soll der Fehlerfall F7 betrachtet werden, dass entweder die Relaisspule 11 einen Leitungsbruch aufweist oder die erste Schalteinrichtung 12a dauerhaft sperrt. In diesem Fall startet die Messspannung U _m ^r _e ^η _ss am Abzweig 14 zunächst bei einem über den Spannungsteiler 22 eingestellten mittleren Spannungsniveau, da auch die zweite Schalteinrichtung 12b den Stromfluss sperrt. Das binare Antwortsignal BS ^fl startet folglich auf hohem Pegel. Nach Einschalten des PrüfSignals P_B und daraus resultierendem Schließen der zweiten Schalteinrichtung 12b wird die Messspannung UJ' _iS am Abzweig 14 auf das niedrige Spannungsniveau V- gezogen. Daraus resultiert auch ein Absinken des binaren Antwortsignals BS ¹¹ auf den niedrigen Pegel. Die Messspannung U^ verharrt auf dem niedrigen Spannungsniveau V-, solange das Prufsignal P B die zweite Schalteinrichtung 12b im geschlossenen Zustand halt. Nach Beendigung des Prufsignals P_B laden sich der Dampfungskondensator 27b (bei Leitungsbruch in der Relaisspule 11) oder beide Dampfungskondensatoren (bei dauerhaft gesperrter erster Schalteinrichtung 12a) durch den oberen Widerstand 22a des Spannungsteilers 22 wieder auf das mittleren Spannungsniveau auf.

Dies geschieht jedoch wieder entsprechend langsam, so dass das binäre Antwortsignal BS ^F1 zunächst auf niedrigem Pegel verharrt. Die Uberwachungseinrichtung 16 erkennt somit eine

Abweichung des binaren Antwortsignals BS ^F1 vom erwarteten

Verlauf. Bei diskontinuierlicher Betrachtungsweise erkennt die Uberwachungseinrichtung 16 zum Zeitpunkt t ₄ einen niedrigen Pegel anstelle eines erwarteten hohen Pegels des binaren Antwortsignals und kann ein Fehlersignal abgeben.

In Figur 7 ist schließlich der Ablauf des Prüfdurchgangs bei stromdurchflossener Relaisspule 11 für den Fall einer diskontinuierlichen überwachung des binaren Antwortsignals zu den Zeitpunkten t ₃ und t ₄ gezeigt. Nach einer Initiierung des

Prufdurchgangs („TEST Start") wird in einem ersten Schritt 71 das PrüfSignal P_B eingeschaltet. Nach Abwarten einer kurzen Zeitdauer im Schritt 72 findet im Schritt 73 eine überprüfung statt, ob das binare Antwortsignal BS einen niedrigen Pegel („0") eingenommen hat.

Die im Schritt 72 geforderte Zeitdauer muss lediglich so lang bemessen sein, dass die Reaktion des binaren Antwortsignals BS auf die durch das Prufsignal P_B eingeschaltete zweite Schalteinrichtung 12b korrekt erfasst werden kann.

Wird im Schritt 73 zum Zeitpunkt t ₃ eine Abweichung des binaren Antwortsignals BS vom erwarteten niedrigen Pegel festgestellt, so wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Entspricht im Schritt 73 das binare Antwortsignal BS jedoch dem erwarteten Verlauf, so wird nach Ablauf einer für die Erzeugung des notwendigen Haltestroms ausreichenden Zeitdauer in Schritt 74 das Prufsignal P_B in Schritt 75 wieder ausgeschaltet, und es wird in Schritt 76 eine weitere kurze Zeitdauer gewartet, die so bemessen ist, dass eine Reaktion des binaren Antwortsignals erfassbar ist. In Schritt 77 wird überprüft, ob das binare Antwortsignal BS auf dem erwarteten hohen Pegel liegt. Ist dies nicht der Fall, wird wiederum ein Fehler ausgegeben.

Liegt das binare Antwortsignal jedoch auf dem erwarteten hohen Pegel, so wird der Testdurchlauf erfolgreich beendet und kann nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer erneut gestartet werden.

Durch den ermöglichten Informationsaustausch zwischen der Ansteuereinrichtung 13 und der Uberwachungseinrichtung 16 ist es für die Uberwachungseinrichtung 16 möglich, den zu dem jeweiligen Sollzustand der Relaisspule 11 (entweder stromlos oder stromdurchflossen) passenden erwarteten Verlauf des binaren Antwortsignals in seine überprüfung einzubeziehen .

Schließlich sei noch erwähnt, dass bei der diskontinuierlichen überprüfung zu jeweils zwei charakteristischen Messzeit- punkten eine genaue Fehlerdifferenzierung nach der Art des aufgetretenen Fehlers nicht durchgangig möglich ist, da meist mehrere Fehlerarten zu den charakteristischen Zeitpunkten einander entsprechende Abweichungen vom gewünschten Verlauf des binaren Antwortsignals aufzeigen. Eine genaue Differen- zierung der Fehlerart ist jedoch häufig auch nicht notwendig, da dem Betreiber eines elektrischen Gerätes, in dem das elektromagnetische Relais eingesetzt wird, lediglich interessiert, ob die Relaisansteuerung in Ordnung oder fehlerbehaftet ist. Tritt einer der möglichen Fehler auf, so wird unab- hangig von der Fehlerart der Betreiber die entsprechende

Schaltgruppe mit der Relaisansteuerung und dem elektromagnetischen Relais austauschen, um eine korrekte Funktionsweise seines elektrischen Gerätes zu gewahrleisten.

Sollte dennoch eine genaue Fehlerdifferenzierung gewünscht sein, so muss entweder eine kontinuierliche überwachung des binaren Antwortsignals mittels der Uberwachungseinrichtung durchgeführt werden oder es muss die Anzahl der Messzeitpunkte entsprechend um weitere charakteristische Zeitpunkte

erhöht werden, da hierdurch weitere aussagekraftige Abweichungen des binaren Antwortsignals angegeben werden können. In diesem Fall ist es möglich, dass die Uberwachungseinrich- tung mit ihrer Fehlermeldung gleichzeitig auch die Fehlerart ausgibt .

Allerdings ist es auch bei der beschriebenen diskontinuierlichen Betrachtungsweise mit lediglich zwei Messzeitpunkten denkbar, zumindest die Auswahl der möglichen Fehlerarten ent- sprechend einzugrenzen. So kann beispielsweise bei der überprüfung im eingeschalteten Zustand der Relaisspule 11 bei der überprüfung des Pegels gemäß Schritt 77 (vergleiche Figur 7) bei einer festgestellten Abweichung eine spezifischere Fehlermeldung ausgegeben werden, die angibt, dass entweder die zweite Schalteinrichtung 12b dauerhaft kurzgeschlossen ist oder die erste Schalteinrichtung 12a dauerhaft sperrt oder die Relaisspule 11 einen Leiterbruch aufweist. Bei der überprüfung des Pegels der binaren Antwortsignals im Schritt 73 gemäß Figur 7 ist bereits eine Eingrenzung auf eine dauerhaft gesperrte zweite Schalteinrichtung 12b möglich. Solche Fehlermeldungen können beispielsweise bei der Reparatur einer defekten Relaisbaugruppe oder der Suche nach einer systematischen Fehlerursache hilfreich sein.