Unerklärbarer Kontaktabbrand bei Relais??

[ranke]

Wenn der Motor auf Anschlag fährt, dann zieht er 60A, der Kontakt macht auf und dann ist die Frage was ist schneller, der schließende Ruhekontakt oder die durch das zusammenbrechende Feld induzierte Spannung am Motor.

Sicherlich die Spannung, es ist ja ein Strom (60 A) durch die Induktivität des Motors vorgegeben, die Spannung resultiert zu jeder Zeit aus den vorhandenen Widerständen im Stromkreis.
Bei zunehmendem Widerstand am Arbeitskontakt (also beim Öffnen des selben) wird der Spannungsabfall dort höher. Wenn die Schwellspannung an der Diode erreicht wird, wird sich der Strom zwischen Kontakt und Diode aufteilen, sobald der Arbeitskontakt vollständig geöffnet hat, wird der Gesamtstrom solange durch die Diode fließen, bis der Ruhekontakt schließt. Der Ruhekontakt wird dann noch einige Male prellen, also öffnen und schließen, bis er endlich geschlossen bleibt. Der Strom wird sich also noch mehrmals zwischen Diode und Ruhekontakt aufteilen.

Allerdings habe ich nachgesehen, die Dioden halten nur 1A aus, sollten wirklich diese Type verbaut sein sind sie warscheinlich bereits im Nirwana.

Das ist zumindest ein mutiges Design. Entweder hat er andere Dioden verwendet als im Schaltplan angegeben, oder die Dioden halten kurzfristig die Überlast tatsächlich aus. Daß sie kaputt sind, glaube ich eher nicht, zumindest hätte ich in diesem Fall ein deutlicheres Schadensbild am Arbeitskontakt erwartet.

[Powell]

Hallo zusammen, und vielen dank für die vielen Interessanten Anregungen und Ideen.
Ich fange mal vorne an:

Hessibaby: Ich habe kein Labornetzteil sondern eine Batterie genommen, der Strom von 60A ist also auch tatsächlich geflossen. Vibrationen schließe ich mittlerweile auch als Ursache aus

ranke: Deine Argumentation kann ich sehr gut nachvollziehen, das ist auch die Richtung in die ich Vermutungen anstelle, wenngleich es doch einige gute Gegenargumente gibt: Warum bildeten sich unter Laborbedingungen keine Materialüberträge, ist doch der Anpressdruck der gleiche? Definitiv ist es aber so, dass der Anpressdruck am Arbeitskontakt größer ist, denn die Federkraft des Kupferplättchens ist nicht wirklich groß.
Dabei wirft sich mir noch die Frage auf: Bei gängigen KFZ-Umschaltrelais wird die Angabe der Belastbarkeit getrennt gemacht. Gängig ist z.B. 50A/30A, d.h. 50A am Arbeitskontakt und 30A am Ruhekontakt - hat das vielleicht was damit zu tun?
Was die Überflüssigkeit der oberen beiden Schutzdioden angeht scheinst du recht zu haben, mir ist das bisweilen gar nicht aufgefallen.
Die Testreihe mit einem Relais bei dem der Arbeitskontakt permanent geschlossen ist dürfte auch interessant sein, allerdings fällt da die Simulation des Kontaktprellens unter den Tisch und auch die Gegeninduktion des Motors wird nicht mit betrachtet, daher wahrscheinlich nicht aussagekräftig genug.

Was die Rückwärtsdrehung des Motors durch die Federkraft angeht, kann ich mal etwaige Schätzwerte angeben, die aber sicherlich mit +-25% Toleranz zu betrachten sind:
Der Motor macht bei der Rückwärtsdrehung ziemlich genau 4 Umdrehungen. Das passiert in einer Zeit von ca. 80 ms. Vernachlässigt man die Beschleunigungszeit entspricht das einer Drehzahl von 3000min-1. Gehen wir also davon aus dass der Ruhekontakt bei dieser Rückwärtsdrehzahl wieder Kontakt schließt, liegt in dem Moment eine Spannung von -2V am Motor (bzw Generator) an (Motor hat ca. 1500min-1/V).

Jetzt noch mal kurz zur Dimensionierung der Dioden: Schützen mir diese jetzt den Arbeitskontakt oder den Ruhekontakt?
Und bezüglich der Unterdimensionierung: Wieso sind sie jetzt genau unterdimensioniert? Sie schließen die Gegeninduktionsspannung des Motors kurz, soweit richtig, ja? Aber da fließt doch kein großartiger Strom - jedenfalls nicht für eine lange Zeit. Und die Energie reicht dabei doch kaum aus um die Diode zu erwärmen, oder verstehe ich da was falsch?

EDIT: Auch bei der Leiterbahndimensionierung zu den Dioden habe ich keine besonderen vorkehrungen getroffen. Breite liegt bei 0,6mm und sie sind nicht durchgebrannt. Was hat es damit auf sich?

[ranke]

Vibrationen schließe ich mittlerweile auch als Ursache aus

Was macht Dich da so sicher? Vorstellen könnte ich mir gut, daß es eine Rolle spielt.

Jetzt noch mal kurz zur Dimensionierung der Dioden: Schützen mir diese jetzt den Arbeitskontakt oder den Ruhekontakt?
Und bezüglich der Unterdimensionierung: Wieso sind sie jetzt genau unterdimensioniert? Sie schließen die Gegeninduktionsspannung des Motors kurz, soweit richtig, ja? Aber da fließt doch kein großartiger Strom - jedenfalls nicht für eine lange Zeit. Und die Energie reicht dabei doch kaum aus um die Diode zu erwärmen, oder verstehe ich da was falsch?

Ich bin mir nicht sicher, ob wir da nicht aneinander vorbeireden.
Es gibt wohl zwei unabhängige Effekte, die in Moment des Abschaltens eine Klemmenspannung am Motor verursachen können.
Effekt 1:
Der Motor wirkt als Generator. Die Generatorspannung ist proportional zur Drehzahl, in unserem Fall also zu vernachlässigen, weil der Motor beim Abschalten ja gegen den Anschlag gefahren ist, also steht.
Effekt 2:
Der Motor besitzt eine gewisse Induktivität. Diese ist unabhängig von der Drehzahl und bewirkt, daß zeitliche Änderungen des Motorstroms eine Spannung erzeugen, die der Stromänderung entgegengerichtet ist (Selbstinduktion). Mit anderen Worten: Die Induktivität widersetzt sich plötzlichen Stromänderungen.
Der Abschaltprozess ist eine plötzliche Stromänderung, bei realen Kontakten sorgt die induzierte Spannung für ein endliches Abklingen des Stromflusses in Form eines Funken.

Bei Deinem Beispiel:
Vor der Trennung der Kontakte fließen 60 A. Die fließen auch nach Abschalten des Arbeitskontaktes, aber über die Diode. Ein größerer Funken ist am Arbeitskontakt nicht zu erwarten, Du hast ja nur etwas mehr als 12V anliegen.
Sicherlich ist der Strom auch noch nicht gänzlich abgeklungen, wenn der Ruhekontakt schließt. In diesem Fall fließt der Strom dann über den Ruhekontakt (weil der keine Schwellspannung hat, im Gegensatz zur Diode). Öffnet der Ruhekontakt noch mehrmals (Kontaktprellen), dann übernimmt wieder die Diode.
Die Diode schützt also sowohl Arbeits- als auch Ruhekontakt, jeweils beim Öffnen des Kontaktes.

Die Diode sollte also kurzzeitige Spitzen von 60 A aushalten können. Bei der SB140 sind im Datenblatt nur 30 A (für 8,3 ms als Sinushalbwelle) angegeben. Die bereits genannten 1A ist die Dauerbelastbarkeit.

Was die Belastbarkeit der Leiterbahnen betrifft: Der Strom ist zwar hoch, aber nur sehr kurz. Dadurch ist wahrscheinlich keine Gefahr gegeben. Allerdings erinnere ich mich da von Materialmigration an hochbelasteten Leiterbahnen gehört zu haben, da könnte man evt. mal danach googlen, ob das hier eine mögliche Fehlerquelle im Dauerbetrieb sein könnte.