Changes

[[File:Schematic describing the contact load categories.jpg|right|thumb|Figure 1: Schematische Darstellung der Zuordnung der Kontaktlastkategorien im Strom- Spannungsbereich nach IEC/EN 61810-2 Lichtbogengrenzkurve bei Lichtbogendauer< 1 ms]]

nach der 4 - Draht - Methode bei einer Umgebungstemperatur von 27°C + 1°C

[[File:Relation between the breaking currents of relays and electrical life requirements of switching systems.jpg|right|thumb|Figure 2: Zusammenhang zwischen Ausschaltstrom von Relais und Lebensdauerforderung in Systemen]]

Materialwanderung, Abbrand, Verschweißen (<xr id="fig:Relation between the breaking currents of relays and electrical life requirements of switching systems"/><!--(Fig. 13.6)-->).

*Failure to close by exceeding an upper limit for the contact resistanceNicht-Schließen durch Überschreitung einer Obergrenze des Kontaktwiderstandes,

*Failure to open by contact welding at a higher force than specifiedor by mechanical interlockingNicht-Öffnen durch Verschweißen mit einer höher als zulässig angesehenen Schweißkraft oder durch mechanisches Verhaken,

*Switching characteristics strongly changed by arc erosion or material transferunzulässig stark veränderte Schaltvorgänge durch Abbrand oder Materialwanderung.

As opposed to electronic components, failures in electromechanical devices can occur once and not repeat at all or at considerably later stages of the life timeBei elektromechanischen Schaltgeräten kann im Gegensatz zu elektronischenein Ausfall einmalig auftreten und sich nicht mehr oder erst wesentlich späterwiederholen.

Because of this an exact definition for the failure mode must be providedAus diesem Grunde muss eine exakte Festlegung für den Ausfallgetroffen werden. In most cases the first failure occurrence is defined as the overall device failureMeist wird der erste auftretende Fehler als Geräteausfalldefiniert, since relays are increasingly used da Relais zunehmend in safety related electrical circuitssicherheitsrelevanten Schaltkreisen eingesetztwerden. Failures to open because of contact welding must be very critically examinedGenauer zu betrachten sind u. In some instances a weak weld or “sticking” of the contacts can cause a delayed opening and separation of the contacts by themselvesU. Therefore it is useful to define weld failures as nonAusfälle, die durch Nicht-opening after a specified timeÖffnender Kontaktstücke infolge Verschweißen auftreten. Kommt es lediglich zu einemleichten Verschweißen oder Kleben der Kontaktstücke, so kann ein Kontaktöffnennach einer bestimmten Zeit noch selbsttätig erfolgen. In diesem Fall istes zweckmäßig, approxals Ausfall festzulegen, wenn das Öffnen der Kontaktstückenach einer festgelegten Zeit, ca. 1 sec1s, after the actual switching-off eventnach Eintritt des Ereignisses nicht erfolgtist.

===<!--13.3.4-->Determination of Functional LifeErmittlung der Lebensdauer===

Electrical lifeLebensdauer, failure rate, and reliability are statistical measuresAusfallrate und Zuverlässigkeit sind statistische Größen. To determine the electrical life the relays are switching the specified load in an accelerated way with higher switching frequency until the first pre-defined failure occursZurBestimmung der Lebensdauer schalten die Relais die vorgegebene Lastzeitraffend mit erhöhter Schaltfrequenz bis zum Auftreten der durch die Ausfallkriteriendefinierten Kontaktfehler. The number of switching operations reached for the representative sample size of relays is determined through statistically valid test setups using Die für das Kollektiv der Relais repräsentativeSchaltspielzahl wird anhand statistisch angelegter Versuche mit Hilfe derWeibull distributions-Verteilung ermittelt. For all switching operations the failure criteria must be monitored and recordedAlle Schaltspiele müssen bezüglich der Ausfallkriterienlückenlos überwacht werden.

[[File:Statistical evaluation of the electrical life of relays.jpg|right|thumb|Statistical evaluation of the electrical life of relays Figure 3: Statistische Ermittlung der elektrischen Lebensdauer von Relais (Operating parametersSchaltbedingungen: 220VAC220 V, 8A8 A, 0.,1Hz, resistive load; contact material AgCdO Ohmsche Last; Kontaktwerkstoff: Ag/CdO 90/10)]]

The large quantity of data generated during the tests can be only analyzed with computer based test systemsDie dabei sich ergebenden großenDatenmengen können nur von rechnergesteuerten Dauerversuchsanlagen bewältigt werden. After all the relays failed a failure statistic is calculated and the expected electrical life is calculated based on the specified switching and operating criteriaNach dem Ausfall sämtlicher geprüfter Relais wird die Ausfallstatistikerstellt und die Lebensdauer als Anzahl erreichter Schaltspiele gemäßden Vorgaben ermittelt. <xr id="fig:Statistical evaluation of the electrical life of relays"/><!--(Fig. 13.7)--> shows gibt in form of a Weibull diagram the results of a relay life test for a sampling of switching relays under a resistive AC load with failures after the first and the -Darstellung die Ergebnisse vonLebensdaueruntersuchungen eines Kollektivs von Elementarrelais beiohmscher Wechselstromlast wieder, wobei Ausfälle nach dem 1. und 10^th occurrence analyzed. From such electrical life test it is also possible to statistically predict the failure rate of relays under certain specified load conditionsSchaltfehler ausgewertet wurden. Aus Lebensdaueruntersuchungen könnenunter statistischen Annahmen auch Richtwerte für die Ausfallrate von Relais beieiner bestimmten Last ermittelt werden.

===<!--13.3.5-->Testing TechnologyPrüftechnik===

The test set-ups for relay tests consist of a load partDie Einrichtungen zur Prüfung von Relais unterteilen sich in einen Lastteil, derdie Einstellung der gewünschten elektrischen Last ermöglicht, which allows the selection of specific electrical loadsund einen Überwachungsteil, and a control / monitoring partder meist eine rechnergesteuerte Messtechnik mit entsprechendausgelegtem Datenspeicher, which typically includes the measuring devices with data collection and mostly also a computer for data analysis bzw. auch angeschlossener Datenauswertungenthält (<xr id="fig:Principle and sequence of testing with electronic load simulation"/><!--(Fig. 13.8)-->). Unterschiede bei den verschiedenen Relaisfamilien zeigensich u. Variations for testing of different relay types concern mostly the load circuits, the sample size of test specimensa. bei den Lastfällen, and the frequency of testingder Größe der Prüfkollektive und der Prüffrequenz.

*Signal Relays Signalrelais / TelekomrelaisDie DC (Low Current RelaysGleichstrom)The DC load conditions are specified -Lastfälle sind in the relevant standards entsprechenden Normen (for exz. Telecom SpecificationsB. Telekom-Spezifikationen)definiert.<figure id="fig:Principle and sequence of testing with electronic load simulation">[[File:Principle and sequence of testing with electronic load simulation*Schalten „trockener Stromkreise“ mit Überwachung des Kontaktwiderstandes, u.U. bei erhöhter Temperatur.jpg|right|thumb|Principle and sequence of testing with electronic load simulation]]</figure>

<figure id="fig:Automotive relays under motor load">[[File:Automotive relays under motor load*Zwei Lastfälle bei 30 Watt (125 VDC, 0,24 A und 37, 5 VDC, 0,8 A).jpg|right|thumb|Automotive relays under motor load: Results of electrical life testing using different contact materials]]</figure>

*Switching of “dry circuits” with monitoring of the contact resistance, in some cases at elevated temperaturesVerschiedene Kabel-Lastfälle.

*Two load conditions at 30 W Zwei unterschiedliche Überlastfälle bei 60 Watt (125 VDC250VDC, 0.24 A and ,24A und 37.,5 VDC, 01,6 A).8 A

*Two different overload conditions at 60 W (250 VDC, 0.24 A and 37.7 VDC, 1.6 A)Elementarrelais

The number of test samples varies between 3 and 20 pieces, depending on the load; the switching frequency varies between 0.3 and 10 HzBei diesen Relais werden bei der Lebensdauerprüfung entsprechend desvielfältigen Einsatzes sowohl Gleich- als auch Wechselstrom-Lastfälle vorgeschrieben.The test setDiese Lastfälle sind in den auch in der Energietechnik bekanntenAnwendernormen definiert (IEC/EN 60947-4-up has to follow the regulations of 1, IEC DIN /EN 61810-2).Zahl der Prüflinge (meist < 10 Relais) und Prüffrequenz sind festgelegt.Prüfungen unter den für diese Lastbereiche charakteristischen Bedingungen werden häufig zur Auswahl der geeigneten Kontaktwerkstoffe durchgeführt.

*Elementary Relays (or General Purpose Relays / Switching Relays)Kraftfahrzeugrelais

For these relays electrical life tests according to their various DC as well as AC load conditions are requiredBei diesen Relais werden die Lebensdauerprüfungen bei der im Bordnetzfestgelegten Gleichspannung ausgeführt. These load conditions are also defined in well known VDE standards for power engineering products (IEC/EN 60947Da es für die Prüfung von Kfz-4Relaiskeine allgemeingültigen Vorschriften und Normen gibt, werden die zu prüfendenLasten i.d.R. mit dem Anwender abgestimmt. Die Vielfalt von Lastfällen z.B.Widerstands-1, IEC DIN EN 61810Motor-2)., Lampenlast erfordert einen variablen Aufbau derThe number of samples Prüfeinrichtungen (mostly < 10 relays, xr id="fig:Principle and sequence of testing frequency are definedwith electronic load simulation"/>). Often tests for these load characteristics are used for the selection of optimum contact materials<!--(Fig. 13.8)-->

Bei zeitraffenden Lebensdauerprüfungen unter realen Lastbedingungen ist folgendes zu beachten:*Automotive RelaysLampenlasten stellen stark temperaturabhängige ohmsche Widerstände dar. Daher muss eine ausreichend lange Abkühlzeit für die Glühfäden eingehalten werden.*Die zu prüfenden Lasten (Motoren, Lampen etc.) unterliegen einem Verschleiß und müssen von Zeit zu Zeit ersetzt werden.*Prüfungen bei tiefen Temperaturen erfordern große Kältekammern und lange Abkühlzeiten.

For these relays electrical life tests are conducted under the DC voltage used in the on-board circuitry. Since no standardized tests have been established for automotive relaysDies führte dazu, the electrical loads are agreed upon between the supplier and the end userdie Lastaufbauten elektronisch nachzubilden. The multitude of load conditions, i.e. resistive, inductive motor, and lamp loads require a flexible set-up of suitable test equipment (see <xr id="figDiese elektronischeLastnachbildung und die rechnergestützte Steuerung mit Überwachungdes Prüfablaufs ermöglichen:Principle and sequence of testing with electronic load simulation"/>)<!--(Fig. 13.8)-->.

During accelerated life tests the following parameters from real life loads must be observed:*Lamp loads are strongly temperature dependent resistive loads. Therefore a sufficient cooling time of the bulb filaments must be allowed.Die zeitsparende Prüfung bei Lampenlasten durch Reduktion der Intervallzeiten,*The actual loads used in test experiments wear over time and must be replaced at regular intervals.die Überwachung der vorgegebenen Lebensdauerkriterien bei jedem Schaltspiel,*Tests at low temperatures require large cooled climate chambers and extended cool-down timesÖffnungsfehler als Ausfälle zu definieren, wenn innerhalb einer festgelegten Zeit keine Kontakttrennung erfolgt.

These requirements lead to the need to simulate the real life loads through electronically controlled Die Ergebnisse der Lebensdauerprüfung von Relais, bestückt mit verschiedenenKontaktwerkstoffen, sind exemplarisch bei Motorlast in <xr id="fig:Automotive relays under motor load circuits"/><!--(Fig. 13.9)--> dargestellt.Je Kontaktwerkstoff wurden 10 Relais unter den vorgegebenenLastbedingungen bis zu deren Ausfall geschaltet, der durch Nicht-Öffnengekennzeichnet war. Für diesen Lastfall erwies sich AgNi0,15 als besondersgeeigneter Werkstoff. Such computerized electronic load circuit simulations easily allow the test sequences to be controlled and monitored:

* Time saving test runs for lamp loads by reducing interval times Monitoring of each switching operation for electrical life criteria Allowing to recognize non separation of the contacts after a pre<div class="multiple-set time limit to be classified as a relay fallureimages">

Results <figure id="fig:Principle and sequence of testing with electronic load simulation">[[File:Principle and sequence of testing with electronic load simulation.jpg|right|thumb|Figure 4: Principle and sequence of relay life testing using different contact materials are illustrated as an example in with electronic load simulation]]</figure><xr figure id="fig:Automotive relays under motor load"/> <!--(Fig. 13.9)-->. For each contact material 10 [[File:Automotive relays were tested under the prescribed motor load until a failure due to non-opening was detected. For this specific jpg|right|thumb|Figure 5: Automotive relays under motor load condition AgNiO. 15 was found to be the best suited : Results of electrical life testing using different contact material.materials]]</figure></div><div class="clear"></div><br style="clear:both;"/>

===<!--13.3.6-->Failure AnalysisAufklärung von Schadensfällen===

The full clarification of causes for switching device failures, for example relays, is most important for quality assuranceDie lückenlose Aufklärung der Ursache z.B. von Relaisausfällen ist für dieQualitätssicherung äußerst wichtig. As a starting point the full history of the relay, such as electrical loadVorab sollte jedoch die exakte Historie desRelais, environmental conditionswie elektrische Belastung, Umweltbedingungen etc. must be recordedaufgelistet werden. The process flow chart Zur Lösung des Problems hat sich eine Verfahrensabwicklung als geeigneterwiesen, die in <xr id="fig:Flow diagram for evaluation of failure cause in switching devices for communications technology"/><!--(Fig. 13.10)--> clearly describes a proven way to conduct a failure analysisals Flussdiagramm selbstredend dargestellt ist.Es wird bei der Untersuchung gewissermaßen von außen nach innen vorgegangen.Bei sorgfältiger Durchführung kann mit hoher Wahrscheinlichkeit dieAusfallursache gefunden werden. Daraus ergeben sich Maßnahmen, um künftigAusfälle zu vermeiden.

[[File:Flow diagram for evaluation of failure cause in switching devices for communications technology.jpg|rightleft|thumb|Flow diagram for evaluation of failure cause in switching devices for communications technologyFigure 6: Ablaufplan zur Klärung der Ausfallursachen bei Schaltgeräten der Informationstechnik]]